3.1. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA CUỘN DÂY. 1. Cỏc dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dựng.
Những hư hỏng thường xảy ra đối với mỏy biến ỏp cú thể phõn ra thành hai nhúm: hư hỏng bờn trong và hư hỏng bờn ngoài.
* Sự cố bờn trong mỏy biến ỏp cú cỏc trường hợp sau:
- Cỏc vũng dõy trong cựng một pha trạm chập với nhau. - Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất.
- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phõn ỏp. - Thựng dầu bị thủng hoặc rũ dầu.
* Sự cố bờn ngoài mỏy biến ỏp cú cỏc trường hợp sau:
- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống. - Ngắn mạch một pha trong hệ thống. - Quỏ tải.
- Quỏ bóo hoà mạch từ.
Cỏc tỡnh trạng làm việc khụng bỡnh thường của mỏy biến ỏp :
Dũng điện trong cỏc cuộn dõy tăng cao do ngắn mạch ngoài và quỏ tải, nếu dũng này tăng quỏ mức cho phộp trong một thời gian dài sẽ làm lóo húa cỏch điện dẫn đến giảm tuổi thọ của mỏy biến ỏp
2. Cỏc yờu cầu đối với hệ thống bảo vệ :
1- Tỏc động nhanh: Hệ thống bảo vệ tỏc động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cỏnh nhanh nhất, giảm được mức đọ hư hỏng của thiết bị.
2- Chọn lọc: Cỏc bảo vệ cần phảI phỏt hiện và loại trừ đỳng phần thiết bị sự cố ra khỏi hệ thống .
3- Độ nhậy: Cỏc bảo vệ chớnh cần đảm bảo hệ số cú độ nhạy khụng thấp hơn 1,5. Cỏc bảo vệ phụ (dự phũng) cú độ nhạy khụng thấp hơn 1,2.
4- Độ tin cậy: Khẩ năng bảo vệ làm việc đỳng khi cú sự cố xảy ra trong phạm vi đó được xỏc định trong nhiệm vụ bảo vệ khụng tỏc động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đó được xỏc định.
3.2 CÁC BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP :
Tựy theo cụng suất vị trớ vai trũ của mỏy biến ỏp trong hệ thống mà lựa chọn phương thức bảo vệ cho thớch hợp. Những loại bảo vệ thường được dựng để chống lại sự cố và chế độ làm việc khụng bỡnh thường của mỏy biến ỏp. Trạm biến ỏp cần bảo vệ là trạm biến ỏp phõn phối với hai mỏy biến ỏp 3 pha 3 cuộn cấp điện ỏp 150/38,5/23 kV, làm việc độc lập cú cụng suất mỗi mỏy là 40 MVA.
3.2.1. Tớnh năng của cỏc loại bảo vệ đặt cho mỏy biến ỏp:
1 - Bảo vệ Rơle khớ:
Chống lại hư hỏng bờn trong thung dầu như: chạm chập cỏc vũng dõy đặt trong thung dầu, rũ dầu. Bảo vệ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động dũng dầu trong thung.
2- Bảo vệ so lệch dũng điện cú hóm tỏc động nhanh : (87T/∆I)
Được sử dụng làm bảo vệ chớnh cho mỏy biến ỏp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạm đất. Bảo vệ cần thỏa món cỏc điều kiện sau:
- Đảm bảo độ nhậy với cỏc sự cố trong khu vực bảo vệ .
- Cú biện phỏp ngăn chặn tỏc động nhầm của bảo vệ so lệch khi dũng điện từ húa tăng cao.
- Làm việc với dũng khụng cõn bằng xuất hiờn khi đúng mỏy biến ỏp khụng tải vào lưới điện hoặc cắt ngắn mạch ngoài, bóo hũa mạch từ của BI.
Bảo vệ phớa 110 kV làm bảo vệ dự phũng cho bảo vệ so lệch, làm việc với 2 cấp tỏc động. Cấp tỏc động cắt nhanh và cấp tỏc đụng cú thời gian . Cấp tỏc động cú thời gian phải phối hợp tỏc động với cỏc bảo vệ phớa 35 kV, 22 kV.
Bảo vệ quỏ dũng đặt ở phớa 35 kV và 22 kV làm việc cú thời gian và được phối hợp với bảo vệ quỏ dũng phớa 110 kV.
4- Bảo vệ chống quỏ tải:
Bảo vệ được đặt ở cỏc phớa của mỏy biến ỏp nhằm chống lại quỏ tải cho cỏc cuộn dõy.
Rơle làm vệc với đặc tớnh thời gian phụ thuộc và cú nhiều cấp tỏc động. Cảnh bỏo, khởi động cỏc mức làm mỏt bằng tăng tốc tuần hoàn của khụng khớ hoặc dầu, giảm tải mỏy biến ỏp, cắt mỏy biến ỏp ra khỏi hệ thống nếunhiệt độ của mỏy biến ỏp tăng quỏ mức cho phộp.
5- Bảo vệ qỳ dũng thứ tự khụng:
Đặt ở trung tớnh mỏy biến ỏp. Bảo vệ này dung để chống ngắn mạch chạm đất phớa 110 kV, thời gian tỏc động của bảo vệ chọn theo nguyờn tắc bậc thang 51N
3.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP:
Chỳ giải:
1 - Bảo vệ bằng rơle khớ
2 - Bảo vệ so lệch cú hóm 3 - Bảo vệ so lệch dũng thứ tự khụng 4 - Bảo vệ quỏ dũng điện cắt nhanh 5- Bảo vệ quỏ dũng điện cú thời gian
6 - Bảo vệ quỏ dũng thứ tự khụng 7 - Bảo vệ chống quỏ tải
Hỡnh 3.1. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho mỏy biến ỏp. 8 - Rơle nhiệt
9 - Bảo vệ chống hư hỏng mỏy cắt
3.4 NGUYấN Lí HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI BẢO VỆ
1. Bảo vệ bằng rơle khớ (Buchholz):
Rơle khớ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động dầu trong thựng dầu. Rơle khớ thường được đặt trờn đoạn nối thựng dầu đến bỡnh gión nở dầu (hỡnh 3.2 ). Tựy theo rơle cú 1 cấp hay 2 cấp tỏc động mà cú 1 hay 2 phao kim loại mang bầu thủy tinh con cú tiếp điểm từ hoặc thủy ngõn.
7UT 633 9 ∆I I > I0 > I > I >> I 0> I≥ I > U0 > 50BF 50BF 50BF ∆I0 BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 35 kV 22 kV 1 2 RL 5 4 6 7 2 9 3 7SJ 621 7SJ 621 1 θ0 8 110 kV
Hỡnh 3.2 Nơi đặt rơle khớ và cấu tạo rơle khớ Cấp 1 bảo vệ thường đưa tớn hiệu cảnh bỏo
Cấp 2 của bảo vệ tỏc động cắt mỏy biộn ỏp ra khỏi hệ thống.
Trong chế độ làm việc bỡnh thường, trong bỡnh rơ le đầy dầu, tiếp diểm rơle ở trạng thỏi hở. Khi khớ bốc ra yếu (chẳng hạn vỡ dầu núng do quỏ tải), khớ tập trung lờn phớa trờn của bỡnh Rơle đẩy phao số 1 xuống, Rơle gửi tớn hiệu cấp 1 cảnh bỏo. Nếu khớ bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch bờn trong thựng dầu), luồng dầu vận chuyển từ thựng lờn bỡnh gión dầu xụ phao số 2 xuống gửi tớn hiệu đi cắt mỏy biến ỏp. Rơle khớ cũn cú thể tỏc độngkhi mức dầu trong bỡnh rơle giảm thấp do dầu bị rũ rỉ hoặc thựng biến ỏp bị thủng. Rơle khớ cú thể làm việc khỏ tin cậy chống lại tất cả cỏc sự cố bờn trong thựng dầu mỏy biến ỏp, tuy nhiờn kinh nghiệm vận hành cũng
Nơi đặt rơle khớ
mỏy biến ỏp (như động đất, cỏc vụ nổ gần nơi đặt mỏy biến ỏp ). Đối với mỏy biến ỏp lớn, bộ điều chỉnh điện ỏp dưới tải thường được đặt trong thựng dầu riờng và người ta dựng 1 bộ rơle khớ riờng để bảo vệ cho bộ điều ỏp dưới tải.
2. Bảo vệ so lệch cú hóm:∆I/87T
Hỡnh 3.3 Sơ đồ nguyờn lý bảo vệ
Bảo vệ so lệch dũng điện hoạt động trờn nguyờn tắc so sỏnh cỏc giỏ trị biờn độ dũng điện đi vào và đi ra của cỏc phần tử được bảo vệ, bảo vệ sẽ cảm nhận đú là sự cố trong khu vực bảo vệ và sẽ tỏc động nếu sự sai khỏc giữa hai dũng điện vượt quỏ giỏ trị chỉnh định.
Khu vực bảo vệ được giới hạn bở vị trớ đặt của biến dũng ở 2 đầu phần tử được bảo vệ, từ đú nhận tớn hiệu để so sỏnh.
Khi làm viẹc bỡnh thường, hoặc ngắn mạch ngoài thỡ dũng điện (ISL) qua rơle bằng khụng, rơle khụng làm việc.
Nếu bỏ qua sai số của BI thỡ khi làm việc bỡnh thường hoặc ngắn mạch ngoài tại N1 (hỡnh 3.5) dũng so lệch qua rơle sẽ là :
ISL = ∆I = I1 - I2 = 0
Khi ngắn mạch trong vựng bảo vệ (N2) dũng một phớa (I2) sẽ thay đổi cả về chiều và trị số. Khi đú dũng so lệch qua rơle sẽ là :
IS2 ∆I I1 + I2 I1 BI1 BI2 IS1 N2 I2 N1
ISL = ∆I = I1 + I2 ≠ 0
Nếu ISL = ∆I lớn hơn giỏ trị chỉnh định của dũng khởi động (Ikđ) thỡ bảo vệ sẽ tỏc động tỏch phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.
Trong thực tế vận hành thiết bị, do cú sự sai số của BI đặc biệt là sự bóo hào mạch từ, nờn trong chế độ vận hành bỡnh thường cũng như ngắn mạch ngoài vẫn cú dũng qua rơle gọi là dũng khụng cõn bằng (Ikcb).
Do đú để bảo vệ rơle khụng tỏc động nhầm, thỡ dũng khởi động của bảo vệ phải chỉnh định sao cho lớn hơn dũng khụng cõn bằng:
Ikđ > Ikcbmax
Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, người ta thường dựng nguyờn lý làm hóm bảo vệ. Rơle so lệch cú hóm so sỏnh hai dũng điện. Dũng điện làm việc (Ilv) và dũng điện hóm (Ih).
Cỏc chế độ làm việc :
+ Chế độ làm việc bỡnh thường và vhế độ ngắn mạch ngoài: dũng điện sẽ bộ hơn nhiều so với dũng điện hóm (Ilv<IH) cho nờn bảo vệ khụng tỏc động.
Ilv = Isl = 0 IH = I1 + I2
Giả thiết do biến dũng khụng tốt thỡ I1 lệch khụng song song so với I2
Ilv = I1 - I2
KH =
2 1
là hệ số hóm của bảo vệ so lệch cú thể thay đổi được
Để đảm bảo được tỏc động hóm khi cú ngắn mạch ngoài vựng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:
IH> Ilv ⇒ Rơle tỏc đụng đỳng + Chế độ sự cố trong phạm vi bảo vệ:
Ilv = Isl = I1 + I2
Hỡnh 3.7 Sơ đồ nguyờn lớ bảo vệ so lệch cú hóm, sử dụng rơ le điện cơ Trong đú: (a) ISL* = (0,1 ữ0,4) KH = 0 (b) SLOPE1 = tgϕ1 = 0,25 BASE POIN 1 = 0 (c) SLOPE2 = tgϕ2 = 0,5 BASE POIN 2 = 2,5 (d) % 1 k SL U I =
Đối với mỏy biến ỏp thành phần súng hài bậc cao (2ữ5) được tỏch ra khỏi để tăng cường hóm nhằm trỏnh tỏc động nhầm của bảo vệ khi đúng mỏy biến ỏp khụng tải, mỏy biến ỏp bị kớch thớch hoặc ngắn mạch ngoài. Do điện từ húa xung kớch xuất hiện khi đúng mỏy biến ỏp khụng tải chứa một phõn lượng rất lớn súng hài bậc cao (bậc 2) và cú thể đạt được đến trị số cực đại khoảng 20% ữ 30% trị số dũng sự cố cũn khi MBA quỏ kớch thớch thỡ thành phần hài bậc 5 tăng lờn đột ngột
ISL>> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 a b c d Đặc tớnh sự cố Vựng tỏc động Vựng hóm Vựng hóm bổ xung ISL* IH* 0 ISL > Base Poin2 Base Poin1 KH=0 KH =0 α2 α1
3. Bảo vệ so lệch dũng thứ tự khụng: ∆I0/87N (bảo vệ chống chạm đất hạn
chế:REF-Restricted_Earth_Fault)
Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dõy nối hỡnh sao cú trung điểm nối đất của mỏy biến ỏp, người ta dựng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cú giới hạn. Thực chất đõy là loại bảo vệ so lệch dũng điện thứ tự khụng cú miền bảo vệ được giới hạn giữa mỏy biến dũng đặt ở trung tớnh mỏy biến ỏp và tổ mỏy biến dũng nối theo bộ lọc dũng điện thứ tự khụng đặt ở phớa đầu ra của cuộn dõy nối hỡnh sao của mỏy biến ỏp.
4. Bảo vệ quỏ dũng điện cắt nhanh: I>>/50
Bảo vệ quỏ dũng cắt nhanh trường cú độ nhậy cao, đảm bảo tớnh chọn lọc bằng cỏch chọn dũng điện lớn hơn dũng điện ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ. Khi ngắn mạch trong vựng bảo vệ, dũng điện ngắn mạch sẽ lớn hơn dũng điện khởi động, bảo vệ sẽ tỏc động.
Hỡnh 3.5 Bảo vệ quỏ dũng cắt nhanh
Đối với rơle quỏ dũng điện cắt nhanh khi dũng điện qua bảo vệ tăng đến I > Ikđ
bảo vệ tỏc động cắt mỏy cắt tức thời với thời gian t ≈ 0sec. Dũng khởi động của rơle được chỉnh định theo biểu thức:
Ikđ = katì IN ngoài max
Với: kat = 1,3 ữ1,5 tuỳ thuộc vào loại rơle sử dụng
Ngoài ra bảo vệ dũng điện cắt nhanh cũn được chỉnh định theo dũng điện từ hoỏ
TG3 TG2
t=0
I>> I>> I>>
N2 TG1
D1 D2
t= 0
IKđ = kat Iànv
Để thoả món điều kiện này thường chọn
kat = ( 3 ữ5 )IđmB Dũng ngắn mạch lớn nhất là ngay trờn thanh gúp:
Ikđ = katì IN TG2(max) Ikđ = katì IN TG3(max)
Nhược điểm cuả bảo vệ quỏ dũng điện cắt nhanh là thời gian tỏc động nhanh nhưng khụng bao giờ bảo vệ được toàn bộ đường dõy, chỉ bảo vệ được đến dũng khởi động nờn khụng làm bảo vệ chớnh cho đường dõy mà cần phải đặt thờm bảo vệ quỏ dũng cú thời gian (I>)
5. Bảo vệ quỏ dũng cú thời gian: I>/51
Bảo vệ quỏ dũng điện cú thời gian thường được dựng làm bảo vệ chớnh cho cỏc mỏy biến ỏp cú cụng suất bộ và làm bảo vệ dự phũng cho mỏy biến ỏp cú cụng suất trung bỡnh và lớn để chống cỏc dạng ngắn mạch bờn trong và bờn ngoài mỏy biến ỏp.
Hỡnh 3.6 Bảo vệ quỏ dũng cú thời gian
Đối với mỏy biến ỏp 2 cuộn dõy dựng một bộ bảo vệ đặt ở phớa nguồn cung cấp. Với mỏy biến ỏp nhiều cuộn dõy thường mỗi phớa đặt một bộ. Dũng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dũng điện danh định của biến ỏp cú xột đến khả năng quỏ tải.Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyờn tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của cỏc bảo vệ lõn cận trong hệ thống.
Dũng khởi đụng của rơle được chỉnh định theo biểu thức :
t2 t1 HT I> 1 I> > 2 N2
max lv tv mm at kd I K K K I = ì ì Trong đú:
Ilvmax là dũng điện làm việc lớn nhất cho phộp đối với phần tử được bảo vệ
Ilvmax = 1,4ìIdđ = 1,4. dm dm U S . 3 Kat hệ số an toàn lấy Kat = 1,1ữ 1,2
Kmm hệ số mở mỏy Kmm Tuỳ vị tớ đặt bảo vệ Ktv hệ số trở về rơle cơ lấy Ktv = 0,8 ữ 0,9
6 .Bảo vệ quỏ dũng thứ tự khụng: I0>/51N
Bảo vệ này đặt ở trung tớnh mỏy biến ỏp dựng để chống cỏc dạng ngắn mạch chạm đất cỏc phớa. Cú thể dựng loại cú đặc tớnh thời gian phụ thuộc (tỉ lệ nghịch).
Hỡnh 3.7 Bảo vệ quỏ dũng TTK
Trong chế độ làm việc bỡnh thường, nếu hệ thống cú 3 pha hoàn toàn đối xứng và khụng cú thành phần hài bậc cao thỡ dũng điện đi qua BI0 là bằng khụng. Tuy
I0> 110kV
35kV
22kV
nhiờn điều này khụng thể thực hiện được nờn qua BI0 luụn cú dũng điện khụng cõn bằng (Ikvb) chạy qua. Do đú phải chỉnh định rơle cú dũng khởi động Ikđ > Ikcb.
Ikcb = (0,1ữ0.3).IdđBI
Nờn cú: Ikđ = (0,1ữ0.3).IdđBI
t t
tI0(110) = I0(22) +∆
Trong chế đọ sự cố chạm đất, lỳc đú dũng thứ tự khụng đi qua bảo vệ sẽ tăng lờn nếu I0SC≥ Ikt thỡ bảo vệ tỏc động.
7. Cỏc bảo vệ chống quỏ tải: I≥/49
Quỏ tải làm cho nhiệt độ của mỏy biến ỏp tăng cao quỏ mức cho phộp, nếu thời gian kộo dài sẽ làm giảm tuổi thọ mỏy biến ỏp. Để bảo vệ chống quỏ tải ở mỏy biến ỏp cụng suất bộ dựng loại bảo vệ quỏ dũng điện thụng thường, với mỏy biến ỏp lớn, người ta dựng nguyờn lớ hỡnh ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quỏ tải. Bảo vệ loại này phản ỏnh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khỏc nhau trong mỏy biến ỏp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà cú nhiều cấp tỏc động khỏc nhau: cảnh bỏo, khởi động cỏc mức làm mỏt bằng cỏch tăng tốc độ tuần hoàn của dầu, giảm tải mỏy biến ỏp. Nếu cỏc cấp tỏc động này khụng mang lại hiệu quả, nhiệt độ mỏy biến ỏp vẫn vượt quỏ giới hạn cho phộp và kộo dài quỏ thời gian quy định thỡ sẽ cắt mỏy biến ỏp ra khỏi hệ thống.
Chương 4