Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, BVRL phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây: Tác động nhanh, chọn lọc, nhạy, tin cậy, độc lập và an toàn, đơn giản và kinh tế.
- Tác động nhanh: hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cách nhanh nhất, giảm được mức độ hư hỏng của thiết bị.
- Chọn lọc: Các bảo vệ cần phải phát hiện và loại trừ đúng phần tử hệ sự cố ra khỏi hệ thống.
- Độ nhạy: Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số độ nhạy không thấp hơn 1,5, các bảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không thấp hơn 1,2.
- Độ tin cậy: Khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm
vi bảo vệ đã được xác định. - Độc lập và an toàn:
+ Cuộn dây rơle độc lập với mạch động lực và điểm sự cố. +Nguồn thao tác độc lập với lưới.
- Đơn giản và kinh tế:
+ Sơ đồ kết nối rõ ràng.
+ Sử dụng ít rơle nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu trên.
3.5.2.Bảo vệ so lệch dòng điện _87T
Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ:
Hình 3. 2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện
Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động trên nguyên lý so sánh giá trị dòng điện (góc pha dòng điện) ở đầu vào và đầu ra của đối tượng được bảo vệ (máy phát, đường dây, thanh cái, máy biến áp). Nếu giá trị dòng điện vượt quá giá trị dòng điện đặt của bảo vệ thì bảo vệ sẽ tác động.
Khu vực bảo vệ được giới hạn bởi vị trí đặt của biến dòng ở hai đầu phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng để so sánh.
Trên thực tế do sai số của BI, đặc biệt là sự bão hoà mạch từ, do đó trong chế độ bình thường cũng như ngắn mạch ngoài vẫn có dòng qua rơle, gọi là dòng không cân bằng (Ikcb).
Dòng khởi động của bảo vệ phải định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng: Ikđbv> Ikcb Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, thường người ta sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ. Rơ le so lệch có hãm so sánh hai dòng điện, dòng làm việc (IOp) và dòng hãm (IRes).
Khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài tại N2, khi đó dòng I1S và I2S sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn:
- Dòng điện làm việc (IOp):
(3. 1)
-
Dòng điện hãm (IRes):
(3. 2)
Khi đó rơle không tác động.
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (tại N1) dòng một phía (I2S) sẽ thay đổi cả chiều lẫn trị số. - Dòng điện làm việc (IOp): (3. 3) - Dòng điện hãm (IRes): (3. 4) Khi đó rơle tác động. Ta có độ dốc của đặc tính: (3. 5)
Ta có đường đặc tính được thể hiện như hình 3.3
Hình 3. 3: Đường đặc tính của bảo vệ so lệch.
Đối với máy biến áp các thành phần sóng hài bậc cao (bậc 2, bậc 5) được tách ra để tăng cường hãm nhằm tránh tác động nhầm của bảo vệ khi đóng cắt máy biến áp không tải, máy biến áp bị kích thích hoặc ngắn mạch ngoài. Do dòng điện từ hoá xung kích, xuất hiện khi cắt máy biến áp không tải chứa một phân lượng rất lớn hài bậc cao (bậc 2) và có thể đạt đến trị số cực đại khoảng 20% 30% trị số dòng sự cố. Còn khi máy biến áp quá kích thích thì thành phần hài bậc 5 tăng lên đột ngột.
3.5.3. B o v quá dòng c t nhanh (50) và quá dòng tr th i gian (51)ả ệ ắ ễ ờ
Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ :
Hình 3. 4: Sơ của bảo vệ 50,
Quá tượng
tử tăng trị lâu dài cho dòng
có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải.
- Khi làm việc bình thường dòng qua rơ le có giá trị nhỏ hơn giá trị dòng khởi động (IKđ) của rơle, khi đó rơ le không làm việc.
- Khi có sự cố trong phạm vi bảo vệ của rơle, dòng qua sơ le tăng lên, nếu dòng này vượt quá dòng khởi động thì rơ le sẽ tác động.
- Đối với rơle quá dòng điện cắt nhanh: Khi dòng điện Ikđbv qua bảo vệ tăng đến I > Ikđbv bảo vệ tác động cắt máy cắt tức thời với thời gian t 0s.
- Đối với rơ le quá dòng điện có thời gian: Khi dòng điện qua bảo vệ (I) tăng đến I > Ikđbv thì bảo vệ sẽ hoạt động nhưng người ta sẽ khống chế thời gian đưa ra tín hiệu đi cắt máy cắt.
- Dòng khởi động của rơ le được chỉnh định theo biểu thức sau:
(3. 6)
Trong đó:
Ilvmax: là dòng làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ kđt = 1,5÷4 Inmmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho các bảo vệ tác động được
Bảo vệ 50:
Yêu cầu
- Cắt tức thời đối tượng bị sự cố ra khỏi mạng điện khi dòng điện ngắn mạch lớn xẩy ra ở cuối vùng bảo vệ.
- Tác động với nhiều loại sự cố nhất có thể, nhưng phải chọn lọc. - Không làm việc với sự cố cuối vùng bảo vệ.
Nguyên tắc tác động
- Đo lường dòng điện dư (dòng điện ngắn mạch) ở đầu đối tượng bảo vệ. Bảo vệ tác động khi dòng điện dư lớn hơn dòng điện khởi động của bảo vệ.
Đặc điểm:
- Làm việc khi dòng điện đi qua chỗ đặt bảo vệ lớn hơn dòng đặt trước. - Chỉ bảo vệ được 1 phần của đối tượng.
- Thời gian làm việc là cố định (nhỏ hơn 0,1 giây). - Dòng điện khởi động bảo vệ:
Ikđ=Iđặt=Kdt.IN1max Trong đó:
Kdt: = 1,2 ÷ 1,3 là hệ số dự trữ.
IN1max: là dòng điện ngắn mạch lớn nhất trên thanh góp kế tiếp. Bảo vệ 51:
Yêu cầu
- Cắt đối tượng bị sự cố ra khỏi mạng điện sau một khoảng thời gian trễ. - Tác động với nhiều loại sự cố nhất có thể, nhưng phải chọn lọc.
- Không làm việc với dòng điện khởi động của tải, quá dòng cho phép, dòng xung, … Nguyên tắc tác động
- Làm việc khi dòng điện đi qua chỗ đặt bảo vệ lớn hơn dòng đặt trước. Đặc điểm:
- Tác động với dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng tải cực đại, - Thường được phối hợp với bảo vệ quá dòng lân cận và cầu chì. - Dòng khởi động bảo vệ 51:
Ikđ = IS=Kdt. Ilvmax Trong đó:
ILVmax : Dòng làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ trong điều kiện làm việc bình thường.
Kdt = 1,5 4 là hệ số dự trữ
Với bảo vệ cho máy biến áp thì phải quy đổi dòng điện ngắn mạch ở phía thứ cấp về phía sơ cấp.
3.5.4. Bảo vệ quá dòng chạm đất (51N)
Làm việc dựa trên dòng điện dư (Io) của hệ thống 3 pha đo được. Làm việc độc lập với dòng tải kể cả tải không cân bằng giữa các pha.
Tác động với dòng điện chạm đất nhỏ (dòng điện dung), dòng điện ngắn mạch chạm đất 1 pha và 2 pha.
- Dòng khởi động của rơ le được chỉnh định theo biểu thức sau: Ikđ=Kdt.Imax
Hoặc 1,3.IRmax ≤ Ikđ ≤ 0.7IEmin Trong đó:
Kdt = 0,3÷0,4 là hệ số dự trữ
Imax : là dòng điện toàn tải
IRmax: là dòng điện dư cho phép cực đại trong điều kiện làm việc. IEmin: là dòng điện chạm đất dư nhỏ nhất mà rơle có thể giải trừ.
3.5.5. B o v ch ng quá t i 49.ả ệ ố ả
Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài , máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp có công suất bé có thể sử dụng bảovệ quá dòng thông thường ,tuy nhiên rơle quá dòng không thể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải .
Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau : cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động này không mang loại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian qui định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống.
CHƯƠNG 4: CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRÊN SƠ ĐỒ BẢO VỆ
4.1. Máy cắt điện
Điện áp định mức (UđmMC): Điện áp định mức của máy cắt được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmMC Uđmlưới
Dòng điện định mức (IđmMC): Dòng điện định mức của máy cắt được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: IđmMC Ilvcb
Điều kiện cắt: Dòng điện cắt định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện ngắn mạch của mạch: ICđm I”k
Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực động điện của máy cắt phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: iđđmMC ip
Điều kiện ổn định nhiệt: Các máy cắt nói chung thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A. Do đó với các máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra điều kiện này: I2nhđm.tnhđm BN
(BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn máy cắt của từng mạch cho từng cấp điện áp. Phía điện áp 220kV: Ilvmax =kqtsc.IđmB = kqtsc. = (A) Chọn máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 220kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 459 A + Dòng cắt định mức: ICđm I”k = 15,3 (kA)
+ Điều kiện ổn định lực động điện: IđđmMC ip max = 41,9 (kA)
Phía điện áp 110 kV: Ilvmax = kqtsc.IđmB = kqtsc. (A) Chọn máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 110kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 918 A + Dòng cắt định mức: ICđm I”k = 7,96 (kA)
+ Điều kiện ổn định lực động điện: IđđmMC ip max = 20,96 (kA)
Căn cứ vào thông số tính toán kết hợp với tra bảng III và IV sách “Thiết kế nhà máy điện, Nguyễn Hữu Khái”, trang 234 và 235 ta chọn được máy cắt có thông số sau:
Bảng 4. 1: Chọn máy cắt ở các cấp điện áp Cấp điện áp (kV) 220 123 Phía điện áp 22 kV: Ilvmax = kqtsc.IđmB = kqtsc. (A) Chọn tủ máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 22 kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 4592 A
Căn cứ vào thông số tính toán kết hợp với tra bảng 5.16 sách “Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV, Ngô Hồng Quang trang 234 và 236 ta chọn được máy cắt có thông số sau:
Bảng 4. 1: Chọn máy cắt ở các cấp điện áp
Cấp điện áp (kV)
22
4.2. Chọn dao cách ly
Điều kiện chọn dao cách ly giống với điều kiện chọn máy cắt
-Điện áp định mức (UđmDCL): Điện áp định mức của dao cách ly được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmDCL Uđmlưới
- Dòng điện định mức (IđmDCL): Dòng điện định mức của dao cách ly được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: IđmDCL Ilvcb
- Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực động điện của dao cách ly phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: iđđmMC ip max
- Điều kiện ổn định nhiệt: thỏa mãn điều kiện I2nhđm.tnhđm BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn dao cách ly của từng mạch cho từng cấp điện áp.
Căn cứ vào thông số tính toán phía trước, kết hợp với tra bảng VI.IIb sách “Thiết kế nhà máy điện, Nguyễn Hữu Khái”, trang 245 và 246 ta chọn được dao cách ly ta có thông số sau:
Bảng 4.2: Thông số dao cách ly
Kí hiệu
4.3 Chọn rơ le
4.3.1. Chọn rơ le 7UT613 của Siemens cho bảo vệ 874.3.1.1. Thông số kỹ thuật 4.3.1.1. Thông số kỹ thuật
Rơ le 7UT513 được sử dụng cho máy biến áp ba cuộn dây và các điểm rẽ nhánh có ba nguồn cấp. Rơ le có 5 rơ le cắt, 10 rơ le tín hiệu, 5 đầu vào nhị phân và 14 chỉ thị LED có thể lập trình được.
Hình 4. 1: Rơ le 7UT613 của hãng Siemens
Thông số của rơ le 7UT613 được tra theo số liệu của
nhà sản xuất Siemens
Bảng 4. 3: Thông số của rơ le 7UT613
Đặc tính
Hình 4. 2: Đặc tính bảo vệ so lệch cho máy biến áp
4.3.1.2. Các ch c năng b o v đứ ả ệ ược tích h p trong r le 7UT613ợ ơ
Các chức năng bảo vệ
- Bảo vệ so lệch máy biến áp 3 cuộn dây. - Bảo vệ so lệch động cơ và máy phát điện. - Bảo vệ so lệch điểm rẽ nhánh.
- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế. - Bảo vệ chống sự cố chạm vỏ. - Bảo vệ quá dòng có thời gian. - Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ
- Bảo vệ so lệch với từng pha riêng biệt. - Hãm hài máy biến áp.
- Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất. - Cắt nhanh ở ngưỡng cao.
Các chức năng khác: chức năng đo lường và chức năng ghi chụp sự cố. 1. So lệch máy biến áp
- Đặc tính cắt dòng hãm.
- Hãm chống lại các dòng từ hóa với sóng hài bậc hai.
- Hãm chống lại các dòng sai số ổn định và thoáng qua, ví dụ: gây ra quá kích thích, với sóng hài có thể lựa chọn (hài bậc 3, 4 hoặc bậc 5).
- Không nhạy cảm với các thành phần một chiều và bão hòa biến dòng. - Ổn định cao ngay cả với các mức bão hòa khác nhau của biến dòng. - Cắt nhanh không hãm đối với các sự cố máy biến áp có dòng lớn. - Độc lập với cách nối đất của trung tính máy biến áp.
- Tăng độ nhạy với các sự cố chạm đất bằng việc bù dòng thứ tự không. - Tự tổ hợp các tổ đấu dây của máy biến áp.
- Điều chỉnh các tỷ số biến dòng với việc cân nhắc các dòng định mức khác nhau của biến dòng.
2. Bảo vệ chạm đất có giới hạn
-Cho các cuộn dây máy biến áp, các máy phát, các động cơ hoặc cuộn kháng điểm nối sao của chúng được nối đất trực tiếp.
- Có độ nhạy cao với các sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ.
- Có độ ổn định cao với các sự cố ngoài vùng dùng phương pháp hãm dòng qua việc đánh giá độ lớn của dòng điện cũng như vị trí các pha của dòng chạy qua.
3. Bảo vệ quá dòng có thời gian
- Có thể bảo vệ như bảo vệ dự phòng cho bất cứ cuộn dây được lựa chọn hoặc nguồn cấp nào.
- Có thể làm việc như bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập hoặc phụ thuộc với đặc tính có thể lựa chọn.
- Cấp qua dòng đặt lớn có thể làm việc độc lập. 4. Bảo vệ quá dòng theo nhiệt
-Hai chức năng logic quá tải theo nhiệt độc lập có thể gán cho bất cứ hai cuộn dây nào hoặc các nguồn cấp của thiết bị được bảo vệ.
- Mô phỏng nhiệt của các tổn hao nhiệt do dòng. - Đo giá trị hiệu dụng.
- Cấp cảnh báo quá dòng có thể điều chỉnh. 5. Bảo vệ chạm vỏ
-Cho các máy biến áp có vỏ bọc cách ly hoặc nối đất qua điện trở lớn.
- Giám sát dòng chảy qua giữa vỏ và đất, có thể đánh giá dòng bằng sóng cơ bản hoặc