6.1.Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc bất thường đối với máy biến áp
Để có thể thiết kế phương thức bảo vệ, trước tiên cần xác định các loại sự cố có thể xảy ra với thiết bị, các tình trạng làm việc bất thường…từ đó sẽ lựa chọn các chức năng bảo vệ phù hợp. Ngoài ra mức độ phức tạp của phương thức bảo vệ còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác như công suất, cấp điện áp, mức độ quan trọng của thiết bị, vai trò của thiết bị trong hệ thống…
Hình 6.1 Hư hỏng cuộn dây máy biến áp do sự cố
Sự cố của MBA có thể xảy ra tại bất cứ thời điểm nào, bao gồm một số loại sự cố phổ biến trong MBA và các chế độ làm việc bất thường.
6.1.1. Các dạng sự cố thường gặp của máy biến áp
a. Sự cố chạm đất cuộn dây (Earth Faults)
Độ lớn dòng sự cố chạm đất trong cuộn dây MBA phụ thuộc vào các yếu tố như công suất ngắn mạch của nguồn, chế độ nối đất của cuộn dây, điện kháng của bản thân cuộn dây MBA và vị trí của điểm sự cố trên cuộn dây (Hình 6.2).
Trong trường hợp cuộn dây đấu Y0 và trung tính nói đất qua tổng trở Znối đất, độ lớn dòng sự cố chạm đất sẽ phụ thuộc vào Znối đất và tỷ lệ với khoảng cách từ điểm sự cố đến điểm trung tính của cuộn dây.
Nếu cuộn dây được nối đất trực tiếp thì dòng sự cố phụ thuộc nhiều vào điện kháng của cuộn dây, điện kháng này lại phụ thuộc vào vị trí sự cố. Điện kháng giảm khi điểm sự cố di chuyển về gần trung tính cuộn dây, hệ quả là dòng sự cố sẽ có giá trị cao nhất khi sự cố gần điểm trung tính.
47
Hình 6.2 Độ lớn dòng sự cố theo vị trí chạm đất và chế độ nối đất cuộn dây
b. Sự cố lõi từ (Core faults)
Sự cố lõi từ do hư hỏng cách điện giữa các lá thép có thể làm dòng điện xoáy tăng cao gây phát nóng và gây nguy hiểm cho cuộn dây.
48
c. Sự cố giữa các vòng dây trên cùng một pha (Interturn faults)
Sự cố giữa các vòng dây xảy ra do sự phóng điện trong cuộn dây gây ra bởi sóng sét lan truyền. Sự cố chạm chập một vài vòng dây sẽ gây ra dòng điện chạy quẩn rất lớn trong các vòng dây này, tuy nhiên dòng điện đo tại đầu cực của máy biến áp chỉ thay đổi rất ít.
Hình 6.4 Sự cố giữa các vòng dây của cuộn dây máy biến áp
d. Sự cố pha – pha (Phase-to-phase faults)
Sự cố pha-pha rất hiếm khi xảy ra, tuy nhiên dòng sự cố pha-pha thường rất lớn, tương tự như khi có sự cố chạm đất.
e. Sự cố thùng dầu (Tank faults)
Sự cố thùng dầu thường làm giảm mức dầu dẫn tới giảm mức độ cách điện, giảm hiệu quả làm mát dẫn tới tăng nhiệt.
49
6.1.2. Các chế độ làm việc bất thường của máy biến áp
Bên cạnh các dạng sự cố thường gặp xảy ra trong máy biến áp, có thể gặp một số tình huống vận hành bất thường đối với máy biến áp.
a. Dòng từ hóa xung kích khi đóng không tải máy biến áp (Magnetizing inrush current)
Khi đóng điện MBA giá trị đỉnh của từ thông trong lõi từ phụ thuộc vào từ dư và thời điểm đóng điện. Giá trị đỉnh của từ thông thường cao hơn so với mức từ thông ở chế độ vận hành bình thường và giá trị từ thông đỉnh này bị giới hạn bởi khả năng bão hòa của lõi từ.
Dòng điện từ hóa tại thời điểm đóng MBA có thể có giá trị lớn từ 8÷10 lần dòng điện định mức, giá trị này sẽ lớn nhất nếu đóng điện MBA vào thời điểm điện áp đi qua 0. Khi đóng MBA không tải chỉ có dòng xung kích lớn đi vào và không có dòng điện ở đầu ra thứ cấp của MBA, dẫn tới các rơle có thể coi đây như là một trạng thái sự cố trong vùng và có thể tác động nhầm. Các bảo vệ hiện nay dựa trên đặc tính của sóng hài trong dòng xung kích để hãm bảo vệ tránh tác động nhầm trong các trường hợp này.
b. Quá nhiệt máy biến áp (Overheating)
Bảo vệ chống quá nhiệt cho MBA dựa trên tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ được đặt trong khu vực thùng dầu MBA.
Rơle quá dòng điện được sử dụng như bảo vệ dự phòng với thời gian đặt thường dài hơn so với các bảo vệ quá dòng pha hoặc quá dòng chạm đất.
c. Hư hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp (Tap changer)
Bộ chuyển đổi đầu phân áp thường được đặt trong thùng dầu riêng vì thiết bị này khi hoạt động có thể phát sinh hồ quang ở các tiếp điểm và dầu cách điện nhanh bị xuống cấp hơn. Với các máy biến áp có trang bị thùng dầu riêng cho bộ chuyển đổi đầu phân áp thường trang bị kèm theo rơle dòng dầu để bảo vệ chống các sự cố trong thùng dầu này.
Rơle dòng dầu có cấu tạo tương tự như rơle hơi (rơle Buchholz), tuy nhiên chỉ có một phao và tác động theo tốc độ dòng dầu chảy qua.
6.2.Phương thức bảo vệ máy biến áp 110kV
Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 110kV được giới thiệu sau đây dựa trên khuyến cáo của ngành điện:
- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 87N (theo nguyên lý tổng trở thấp), 50/51, 50/51N, tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào các phía MBA.
- Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 110kV: được tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 50BF, 74. Tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân sứ 110kV của MBA, tín hiệu điện áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 110kV.
50 - Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân sứ cuộn trung áp 1 của MBA.
- Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N/51G, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân sứ cuộn trung áp 2 của MBA.
- Chức năng rơ le bảo vệ nhiệt độ dầu /cuộn dây MBA (26), rơ le áp lực MBA (63), rơ le hơi cho bình dầu chính và ngăn điều áp dưới tải (96), rơle báo mức dầu tăng cao (71) được trang bị đồng bộ với MBA, được gửi đi cắt trực tiếp máy cắt ba phía thông qua rơ le chỉ huy cắt hoặc được gửi đi cắt đồng thời thông qua bảo vệ chính và dự phòng phía 110kV của MBA (87T, 67/67N).
Trong phạm vi của đồ án không cần sử dụng các chức năng bảo vệ quá dòng có hướng vì chỉ có một nguồn cấp cho máy biến áp (Hình 6.6).
Hình 6.6 Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA 110kV một nguồn cấp