Bảo vệ rơle cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây:
* Tính chọn lọc
Tính chọn lọc là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc càng khó khăn.
Cấp bảo vệ chính của máy biến áp sử dụng rơle có tính chọn lọc tuyệt đối, đó là bảo vệ so lệch dòng điện. Bảo vệ khí do nhà sản xuất lắp đặt sẵn trên đoạn ống dẫn dầu từ thùng dầu chính của máy biến áp lên bình dầu phụ. Ngoài bảo vệ chớnh cũn cú bảo vệ dự phòng nh bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) và bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51) ở phía 110 để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống bảo vệ.
* Tác động nhanh
Bảo vệ rơle càng cắt nhanh phần tử bị hư háng càng hạn chế được mức độ phá hoại, càng giảm được thời gian sụt điện áp ở các hộ dùng điện. Yêu cầu tác động nhanh tùy thuộc vào những điều kiện cụ thể của mạng điện và tỡnh trạng làm việc của các phần tử được bảo vệ trong hệ thống điện.
* Độ nhạy
Để phát hiện được những thay đổi khác với tình trạng làm việc bình thường của mạng điện, bảo vệ cần phải có độ nhạy đảm bảo. Muốn xác định độ nhạy, trước tiên phải xác định vùng tác động của bảo vệ. Thường thì độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số kn. Đối với các bảo vệ làm việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch (như quá dòng điện), hệ số độ nhạy được xác định bằng tỉ số giữa lượng tác động tối thiểu (tức là dòng điện ngắn mạch bé nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (dòng điện khởi động).
Bảo vệ phải luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn, chống lại tất cả các loại ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ và cỏc tỡnh trạng làm việc không bình thường của phần tử được bảo vệ.
Mặt khác, bảo vệ không được tác động mất chọn lọc khi ngắn mạch ngoài. Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự phòng cho các bảo vệ sau nú thỡ khi ngắn mạch ở trong vùng dự trữ, bảo vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đang làm việc.
Để tăng tính đảm bảo của bảo vệ ta cần:
- Sử dụng rơle có chất lượng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn định. - Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản nhất với số rơle và tiếp điểm Ýt nhất.
- Các bộ phận phô nh dây dẫn, các cực nối… dùng cho bảo vệ phải bảo đảm chất lượng.
- Thường xuyên kiểm tra tình trạng hoạt động của rơle và thiết bị phụ trợ.
2.1. Đối tượng được bảo vệ và các dạng hư háng * Đối tượng được bảo vệ
Trạm biến áp 110 kV gồm có 2 máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 110/35/22 kV làm việc độc lập, công suất mỗi máy là 63 MVA.
* Các dạng sự cố của máy biến áp + Sù cố bên trong:
- Chập chờn giữa các cuộn dây Chập chờn giữa các cuộn dây - Háng bộ chuyển đổi đầu phõn ỏp Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp - Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu
+ Các sự cố và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài :
- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong hệ thống - Quá tải
* ĐÓ chống lại các loại sự cố trên, ta sử dụng các loại bảo vệ sau: + Bảo vệ chính
- Bảo vệ so lệch cú hóm, dựng để chống các dạng ngắn mạch. Bảo vệ so lệch có hãm, dùng để chống các dạng ngắn mạch.
- Bảo vệ bằng rơle khí, làm nhiệm vụ chống các dạng sự cố bên trong thùng dầu máy biến áp. Bảo vệ bằng rơle khí, làm nhiệm vụ chống các dạng sự cố bên trong thùng dầu máy biến áp.
+ Bảo vệ dự phòng
- Bảo vệ quỏ dũng, làm nhiệm vụ chống dòng tăng cao do dòng ngắn mạch chạy qua máy biến áp. Bảo vệ quá dòng, làm nhiệm vụ chống dòng tăng cao do dòng ngắn mạch chạy qua máy biến áp.
- Bảo vệ chố Bảo vệ chống quá tải, làm nhiệm vụ báo hiệu quá tải máy biến áp.
- Bảo vệ chống chạm đất, làm nhiệm vụ chống dòng thứ tự không tăng cao do ngắn mạch. Bảo vệ chống chạm đất, làm nhiệm vụ chống dòng thứ tự không tăng cao do ngắn mạch.
2.2. Lùa chọn các loại rơle định sử dụng
Ta chọn sử dụng rơle số cho tất cả các loại bảo vệ:
- Bảo vệ so lệch ta chọn loại rơle 7UT – 513 Bảo vệ so lệch ta chọn loại rơle 7UT – 513
- Bảo vệ quỏ dũng ta chọn loại 7SJ – 600 Bảo vệ quá dòng ta chọn loại 7SJ – 600
Rơle bảo vệ so lệch 7UT – 513 là bảo vệ ngắn mạch tác động nhanh và cú lựa chọn cho tất cả các loại máy biến áp với tất cả các cấp điện áp. Loại 7UT – 513 được sử dụng cho máy biến áp 3 cuộn dây và các điểm rẽ nhỏnh cú 3 nguồn cung cấp. 7UT – 513 có 5 tiếp điểm cắt, 10 rơle tín hiệu, 5 đầu vào nhị phân và 14 chỉ thị LED.
- Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) - Bảo vệ chạm đất có thời gian (87N) Bảo vệ chạm đất có thời gian (87N)
- Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ (49) Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ (49) - Bảo vệ quỏ dũng cú thời gian (51) Bảo vệ quá dòng có thời gian (51) - Bảo vệ chống chạm vỏ máy biến áp (tùy chọn) Bảo vệ chống chạm vỏ máy biến áp (tùy chọn)
- Phối hợp các tín hiệu nhị phân và tín hiệu cắt từ bên ngoài Phối hợp các tín hiệu nhị phân và tín hiệu cắt từ bên ngoài
Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 110/35/22 kV:
50 51 50n 51n 87n 87n 49 51 51 7sj - 600 7ut - 513 110kv 22kv 35kv 7sj - 600 51n
2.3. Các nguyên lý bảo vệ được sử dụng2.3.1. Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện 2.3.1. Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện
Bảo vệ so lệch dòng điện dùa trên nguyên tắc so sánh các dòng điện, vì vậy cũng được hiểu nh hệ thống cân bằng dòng điện. Chúng sử dụng nguyên tắc là dòng điện đi ra khỏi đối tượng được bảo vệ trong điều kiện bình thường bằng dòng đi vào đối tượng được bảo vệ. Bất cứ sự sai lệch nhỏ nào cũng được hiểu
là sự cố bên trong vùng bảo vệ. Các cuộn dây thứ cấp của BI1 và BI2 có cùng tỷ số biến đổi được nối để có được sơ đồ dòng điện.
Vïng b¶o vÖ i1 bi1 i2 bi2 i1 i2 n2 n1 rl i1 i1 i1 - i2 i i i2 i1 i o i1 i2
Khi vận hành bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, dòng điện đi vào và đi ra khỏi vùng bảo vệ bằng nhau:
I1 ≈ I2 nên ta cã:I Isl = I1 - I2 ≈ 0 rơle không tác động.
Khi có sự cố bên trong vùng bảo vệ, dòng điện đi vào và đi ra khỏi vùng bảo vệ không bằng nhau:
I1 ≠ I2 nên ta cã:I Isl = I1 - I2 ≠ 0. Nếu Isl ≥ Ikđ rơle tác động.
* Bảo vệ so lệch dòng điện + Bảo vệ so lệch dũng cú hóm
Trên thực tế, do sai số của cỏc mỏy biến dòng hay hiện tượng bão hòa mạch từ hoặc sai sè trong quá trình đúng mỏy biến áp không tải nờn dũng thứ cấp BI khác nhau, tạo ra dòng điện không cân bằng:
Isl = I1 - I2 = Ikcb
Dòng điện không cân bằng trong một số trường hợp có thể có giá trị rất lớn, dẫn đến rơle so lệch tác động nhầm. Để khắc phục nhược điểm trên người ta đặt giá trị dòng điện hãm cho bảo vệ.
Dòng so lệch không chỉ được gây ra bởi các sự cố bên trong vùng bảo vệ mà còn bởi dòng từ hóa khi đúng máy biến áp, nối song song máy biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp.
Dòng từ hóa có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức, bao gồm các thành phần sóng hài bậc cao. Trong đó chủ yếu là thành phần sóng hài bậc 2 (có tần sè = 100 hz). Cỏc súng hài bậc cao này không tồn tại trong dòng điện ngắn mạch nên ta có thể dùa vào đó để cài đặt cho rơle không tác động nhầm.
Vì bảo vệ rơle làm việc độc lập cho từng pha nên bảo vệ vẫn làm việc ổn định và đảm bảo độ nhạy ngay cả khi đúng mỏy biến áp váo sự cố 1 pha, vì khi đó dòng từ hóa chỉ xuất hiện ở các pha không sự cố.
2.3.2. Bảo vệ quá dòng điện
Bảo vệ quỏ dũng điện đặt ở phía 110 kV dự phòng cho bảo vệ so lệch. Bảo vệ làm việc với hai cấp tác động: cắt nhanh hoặc cắt có thời gian.
* Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50/I >>)
Dòng khởi động chọn theo điều kiện giá trị lớn nhất của dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.
Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo công thức: Ikđ = kat.IN ng max
Trong đú:k kat = 1,2 ÷1,3 là hệ số an toàn
IN ng max là dòng điện ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ, thường tính cho trường hợp ngắn mạch 3 pha trực tiếp trên thanh cái ở cuối phần tử được bảo vệ.
* Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51/I >)
Tính chọn lọc của bảo vệ quỏ dũng điện có thời gian dùng bảo vệ cho máy biến áp được đảm bảo bằng cách phối hợp về thời gian với các bảo vệ cùng loại đặt ở hai phía trung và hạ áp của máy biến áp. Các bảo vệ đặt ở phía trung và hạ
áp phối hợp với bảo vệ ở cỏc lộ đường đây chạy từ thanh góp, có nhiệm vụ bảo vệ thanh góp và làm dự phòng cho bảo vệ đường dây.
Có hai đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quỏ dũng cú thời gian:
+ Đặc tính thời gian tác động độc lập:
Thời gian tác động của bảo vệ không phụ thuộc dòng điện chạy qua bảo vệ.
+ Đặc tính thời gian tác động phụ thuộc:
Thời gian tác động của bảo vệ giảm khi dòng điện chạy qua bảo vệ tăng.
I t Ik® t = const t = const Ik® t I
Thời gian tác động độc lập Thời gian tác động phụ thuộc Dòng điện khởi động của bảo vệ quỏ dũng cú thời gian được tính nh sau:
Ikđ = Ilvmax. tv mm at k k k . Trong đú:k kat = 1,2 ÷1,3 là hệ số an toàn
kmm = 1 ÷1,5 là hệ số mở máy khi xét phụ tải là động cơ k ktv = 0,95 là hệ số trở về của rơle
2.3.3. Bảo vệ chống quá tải cho máy biến áp
Quá tải làm tăng nhiệt độ dầu và cuộn dây của máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài sẽ làm cho nhiệt độ của máy biến áp vuợt quá mức cho phép sẽ làm cho tuổi thọ của máy bị suy giảm nhiều. Để bảo vệ chống quá tải cho cuộn dây và cách điện của máy biến áp công suất lớn, người ta dùng phương pháp đo trực tiếp nhiệt độ dầu và nhiệt độ cuộn dây máy biến áp hoặc phương pháp hình ảnh nhiệt.
Bảo vệ làm việc theo nhiều cấp nh tăng cường làm mát, cảnh báo bằng tín hiệu âm thanh, sa thải bớt các phụ tải… Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả thỡ mỏy biến áp sẽ được cắt ra khỏi lưới điện.
Phương pháp đo trực tiếp tại máy biến áp sử dụng bộ cảm ứng nhiệt đặt ở phía trên thùng dầu, nơi có nhiệt đé dầu cao nhất. Khi nhiệt độ tăng > 500C, bộ khuếch đại sẽ thực hiện tuần tự các công việc nh tăng cường làm mát hoặc cảnh báo tín hiệu nếu nhiệt độ vẫn tiếp tục tăng.
2.3.4. Bảo vệ bằng rơle khí (Buchholz)
Những hư hỏng bờn trong thùng dầu máy biến áp có cuộn dõy ngõm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Người ta lợi dụng sự bốc hơi này vào mục đích bảo vệ bằng việc đặt rơle khí Buchholz trờn các ống nối từ bỡnh dón dầu (bình dầu phụ) tới thùng dầu máy biến áp (bình dầu chính). Để rơle làm việc được dễ dàng, người ta tạo ra một góc nghiêng nhất định bằng cách đặt nghiêng ống dẫn nối bình dầu chính với bình dầu phụ một góc 20 ÷ 70C so với mặt phẳng ngang.
Rơle khí gồm có 2 phao kim bằng kim loại mang bầu thủy tinh con có tiếp điểm từ hoặc thủy ngân. Ở chế độ làm việc bình thường, trong bình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơle ở trạng thái hở. Nếu khí bốc lên mạnh (khi có sự cố), luồng dầu chuyển động từ thùng dầu lờn bỡnh dón dầu xô phao thứ hai chìm xuống, tiếp điểm được đóng sẽ gửi tín hiệu đi thực hiện các thao tác cần thiết theo cài đặt. Rơle khớ cũn có thể tác động khi mức dầu trong bỡnh rơle hạ thấp do bị rò hoặc thùng dầu máy biến áp bị thủng. Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên của bình dầu rơle từ 100 ÷250 cm3, cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơle từ 70 ÷160 cm/s.
Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất đơn giản nhất ở máy biến áp có trung tính nối đất nh sau:
I0 >
Sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt trên trung tính của máy biến áp và một rơle quỏ dũng với dòng khởi động được tính theo công thức:
Ikđ = k0.Iđm
Trong đú:k k0 = 0,2 ÷ 0,4 (thường lấy = 0,3)
Iđm là dòng điện định mức của máy biến dòng
Thời gian tác động của bảo vệ quỏ dũng thứ tự không được chọn theo đặc tính thời gian tác động độc lập
3. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG
3.1. Rơle so lệch 7UT – 513 3.1.2. Tính năng của 7UT – 513
Rơle sè 7UT – 513 dùng cho bảo vệ so lệch máy biến áp có tính ưu việt là tác động nhanh, chọn lọc tốt. Ngoài bảo vệ máy biến áp, 7UT – 513 còn được sử dụng để bảo vệ các điểm phân 3 nhánh hoặc các phần tử có 3 đầu vào. Nú cú 5 tiếp điểm cắt, 10 rơle tín hiệu, 5 đầu vào nhị phân và 14 chỉ thị LED.
Những chức năng của 7UT – 513 bao gồm:
-Bảo vệ quỏ dũng cú thời gian Bảo vệ quá dòng có thời gian -Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ -Bảo vệ chạm vỏ tùy chọn Bảo vệ chạm vỏ tùy chọn
3.1.2. Các thông số cơ bản của 7UT – 513 * Mạch đo lường:
+ Dòng danh định: 1A hoặc 5A Dòng danh định: 1A hoặc 5A
+ Tần số định mức: 50Hz/ Tần số định mức: 50Hz/60Hz + Công suất tiêu thụ:0,1VA/ Công suất tiêu thụ: 0,1VA/pha ứng với dòng danh định là 1A
0,5VA/pha ứng với dòng danh định là 5A
* Khả năng quá tải nhiệt:
+ 100.I 100.Iđm trong thời gian ≤ 1s + 4.I 4.Iđm trong thời gian lâu dài
+ 250.I 250.Iđm trong 1/2 chu kì (khi có quá tải xung)
* Khả năng quá tải của chức năng phát hiện dòng chạm vỏ:
+ 300A trong thời gian 300A trong thời gian ≤ 1s + 100A trong thời gian 100A trong thời gian ≤ 10s
+ 15A trong thời gian lâu dài 15A trong thời gian lâu dài
+ 1A trong phát hiện dòng chạm vỏ với độ nhạy cao 1A trong phát hiện dòng chạm vỏ với độ nhạy cao
* Nguồn thao tác 1 chiều cấp qua bộ chuyển đổi DC/AC:
Uđm(VDC) 24/48 60/110/125 220/250 Sai lệch cho phép 19 ÷56 4 ÷14 176 ÷288
* Điện áp xoay chiều xếp chồng ≤ 12%.Uđm:
+ Thời Thời gian phục hồi điện áp khi có sự cố ngắn mạch 1 chiều
≥ 50ms ở
điện áp Uđm ≥ 110 VDC
* Tiếp điểm làm việc:
+ Sè rơle tác động cắt: 5 5
+ Sè tiếp điểm / 1 rơle: 2 thường mở Số tiếp điểm / 1 rơle: 2 thường