4.2.1. Cỏc yờu cầu đối với thiết bị bảo vệ.
Trong quỏ trỡnh vận hành, HTD cú thểrơi vào tỡnh trạng sự cố và chếđộ làm việc
khụng bỡnh thường như: Hư hỏng cỏch điện, chạm chập giữa cỏc vũng dõy, tràn dầu
trong thựng dầu MBA ...
Phần lớn khi cỏc sự cố này xảy ra kốm theo dũng điện tăng cao, điện ỏp giảm xuống mức quỏ thấp dẫn tới làm hư hỏng cỏc thiết bị điện. Do đú sự cố cần được loại trừ nhanh chúng để khụng làm hỏng cỏc thiết bị điện trong mạch và khụng gõy nguy hiểm cho người vận hành.
Để hạn chế hậu quả cỏc sự cố và chế độ làm việc khụng bỡnh thường, người ta sử dụng cỏc rơle làm nhiệm vụ bảo vệ. Cỏc rơle này phải đỏp ứng cỏc yờu cầu sau:
a. Tỏc động nhanh.
Càng cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phỏ hoại phần tửđú, càng giảm được thời gian tụt thấp điện ỏp ở cỏc hộ tiờu thụ và càng cú khả năng giữđược ổn định của hệ thống điện.
Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tỏc động của thiết bị
bảo vệrơ le. Tuy nhiờn trong một số trường hợp để thực hiện yờu cầu tỏc động nhanh thỡ khụng thể thỏa món yờu cầu chọn lọc. Hai yờu cầu này đụi khi mõu thuẫn nhau, vỡ vậy tựy điều kiện cụ thể cần xem xột kỹcàng hơn về 2 yờu cầu này.
b. Tớnh chọn lọc.
Là khảnăng của bảo vệ cú thể phỏt hiện và loại trừđỳng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Theo nguyờn lý làm việc cú thể phõn ra:
+ Bảo vệ cú độ chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi cú sự cố
xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xỏc định, khụng làm nhiệm vụ dự phũng cho bảo vệđặt ở cỏc phần tử lõn cận.
+ Bảo vệ cú độ chọn lọc tương đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chớnh cho đối
tượng được bảo vệ cũn cú thể thực hiện chức năng dự phũng cho bảo vệđặt ở cỏc phần tử lõn cận.
Độ nhạy đặc trưng cho khảnăng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nú được biểu diễn bằng hệ sốđộ nhạy kd n Nmax U k U Yờu cầu: kn 2: Đối với bảo vệ chớnh. n k 1,5: Đối với bảo vệ dự phũng. d. Độ tin cậy.
Là tớnh năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đỳng, chắc chắn.
+ Độ tin cậy tỏc động: Là khả năng bảo vệ làm việc đỳng khi cú sự cố xảy ra trong phạm vi đó được xỏc định trong nhiệm vụ bảo vệ.
+ Độ tin cậy khụng tỏc động: Là khả năng trỏnh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bỡnh thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệđó được quy định
e. Tớnh kinh tế.
Đối với lưới điện trung, hạ ỏp vỡ số lượng cỏc phần tử cần được bảo vệ rất lớn, yờu cầu đối với thiết bị khụng cao bằng thiết bị bảo vệởcỏ nhà mỏy điện lớn hoặc lưới truyền tải cao ỏp và siờu cao ỏp do vậy cần chỳ ý tới tớnh kinh tế trong lựa chọn thiết bị
bảo vệ sao cho cú thểđảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật với chi phớ nhỏ nhất.
4.2.2. Lựa chọn phương thức bảo vệ cho MBA.
Cỏc hệ thống bảo vệ dựng thiết bị kỹ thuật số cú những ưu việt rất lớn như sau:
+ Tớch hợp được nhiều chức năng vào một bộ bảo vệ nờn kớch thước gọn gàng,
được chuẩn húa.
+ Độ tin cậy và độ sẵn sàng cao, nhờ giảm được yờu cầu bảo chỡ cỏc chi tiết cơ
khớ, trạng thỏi của rơle luụn được kiểm tra thường xuyờn.
+ Độ chớnh xỏc cao, cụng suất tiờu thụ nhỏ (0,1 VA).
+ Dễ dàng liờn kết với cỏc thiết bị khỏc và với mạng thụng tin đo lường, điều
khiển toàn hệ thống điện.
+ Ngoài chức năng bảo vệ cũn cú thể thực hiện nhiều chức năng khỏc như: Đo
lường, hiển thị, ghi chộp và lưu giữ thụng tin, thụng số trong hệ thống.
Ở đõy ta chọn loại rơle bảo vệ 7UT613 làm bảo vệ cho mỏy biến ỏp và loại rơle
4.3. CÁC LOẠI BẢO VỆ CẦN ĐẶT CHO MBA TỰ NGẪU. 4.3.1. Bảo vệ rơ le khớ mỏy biến ỏp (Buchholz). 4.3.1. Bảo vệ rơ le khớ mỏy biến ỏp (Buchholz).
Rơle khớ được ỏp dụng cho cỏc mỏy biến ỏp cú cụng suất trung bỡnh và lớn với
kiểu mỏy cú thựng gión nở dầu. Rơle khớ được lắp trờn đoạn ống liờn thụng dầu từ
thựng chớnh mỏy biến ỏp đến thựng gión nở dầu của mỏy theo một chiều nhất định của
đầu mũi tờn trờn rơle hơi phải chỉ về phớa thựng gión nở (cựng với chiều dũng chảy của
dầu từ thựng chớnh qua rơle khớ đến thựng gión nở dầu khi cú sự cố trong mỏy biến ỏp). Đoạn ống liờn thụng dầu cú độ nõng cao về phớa thựng gión nở với gúc nghiờng (so với mặt phẳng ngang) khoảng 1100. Đoạn ống liờn thụng khụng được cú gúc,
phần cong của ống cú bỏn kớnh càng lớn càng tốt.
Những hư hỏng của mỏy biến ỏp cú cuộn dõy ngõm trong dầu đều làm cho dầu bốc
hơi và chuyển động. Cỏc mỏy biến ỏp dầu cú cụng suất lớn hơn 5MVA được bảo vệ
bằng rơle khớ cú hai cấp tỏc động: cấp 1 bỏo tớn hiệu, cấp 2 cắt cỏc mỏy cắt nối với
mỏy biến ỏp.
Rơle khớ với 2 cấp tỏc động gồm hai phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh con cú
tiếp điểm thuỷ ngõn hoặc tiếp điểm từ. 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 động khi mức dầu trong bỡnh rơle
giảm thấp do dầu bị rũ rỉ hoặc thựng biến ỏp bị thủng.
Một van thử được lắp trờn rơle: Khi thử nghiệm rơle, lắp mỏy bơm khụng khớ nộn vào đầu van thử. Mở khúa van, khụng khớ nộn bờn trong rơle cho đến khi phao hạ
xuống đúng tiếp điểm.
Một nỳt nhấn thử để kiểm tra sự làm việc của 2 phao. Khi nhấn nỳt thử đến nửa
hành trỡnh, sẽ tỏc động cơ khớ cho phao trờn hạ xuống (lỳc này cả 2 phao đang nõng
lờn vỡ rơle chứa đầy dầu) đúng tiếp điểm bỏo hiệu (cấp 1) của phao trờn. Tiếp tục nhấn
nỳt thử đến cuối hành trỡnh, sẽ tỏc động cơ khớ cho phao dưới cũng bị hạ xuống (do
phao trờn đó hạ xuống rồi) đúng tiếp điểm mở mỏy cắt (cấp 2) của phao dưới.
Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra người ta cú thể xỏc định được tớnh
chất và mức độ sự cố. Do đú trờn rơle hơi cũn cú thờm van để lấy hỗn hợp khớ sinh ra
nhằm phục vụ cho việc phõn tớch sự cố. Rơle hơi tỏc động chậm thời gian làm việc tối
thiểu là 0,1s; trung bỡnh là 0,2s.
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 phỏt hiện một số trường hợp tỏc
động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lờn mỏy biến ỏp (như động đất, cỏc vụ nổ
Hỡnh 4.1. Vịtrớ rơle khớ.
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.
4.3.2. Bảo vệ so lệch dũng điện cú hóm ( bảo vệ chớnh).
Bảo vệ so lệch sử dụng loại 7UT613 dựng để bảo vệ cỏc dạng ngắn mạch pha - pha, pha - đất trong phạm vi đặt mỏy biến dũng 3 phớa của mỏy biến ỏp. Thiết bị bao gồm cả bảo vệ chống chạm đất hạn chế (Restricted Earth Fault – REF). Đối với mỏy biến ỏp cụng suất lớn làm việc ởlưới cao ỏp, bảo vệ so lệch (87T) được dựng làm bảo vệ chớnh. Nhiệm vụ chống ngắn mạch trong cỏc cuộn dõy và ởđầu ra của mỏy biến ỏp.
Hỡnh 4.2. Sơ đồ nguyờn lý bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp
Bảo vệ làm việc dựa trờn nguyờn tắc so sỏnh trực tiếp dũng điện ởhai đầu phần tử được bảo vệ. Bảo vệ sẽ tỏc động đưa tớn hiệu đi cắt mỏy cắt khi sự cố xảy ra trong vựng bảo vệ (vựng bảo vệ là vựng giới hạn giữa cỏc BI mắc vào mạch so lệch).
Khỏc với bảo vệ so lệch cỏc phần tử khỏc (như mỏy phỏt...), dũng điện sơ cấp ở hai (hoặc nhiều) phớa của mỏy biến ỏp thường khỏc nhau về trị số (theo tỷ số biến ỏp) và về gúc pha (theo tổ đấu dõy). Vỡ vậy tỷ số, sơ đồ BI được chọn phải thớch hợp để cõn bằng dũng thứ cấp và bự sự lệch pha giữa cỏc dũng điện ở cỏc phớa mỏy biến ỏp. Trong
cỏc rơ le so lệch hiện đại, người ta cú thể thực hiện việc cõn bằng pha và trị số của dũng điện thứ cấp ở cỏc phớa của mỏy biến ỏp ngay trong rơ le so lệch.
Cỏc yếu tố ảnh hưởng nhiều đến dũng khụng cõn bằng trong bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp khi ngắn mạch ngoài là:
- Do sựthay đổi đầu phõn ỏp mỏy biến ỏp.
- Sự khỏc nhau giữa tỷ số mỏy biến ỏp, tỷ số BI, nấc chỉnh rơle.
96B
Thùng MBA
bình dầu phụ
- Sai số khỏc nhau giữa cỏc BI ở cỏc pha mỏy biến ỏp.
Vỡ vậy, bảo vệ so lệch mỏy biến ỏp thường dựng rơle thụng qua mỏy biến dũng bóo hoà trung gian hoặc rơle so lệch tỏc động cú hóm .
Biện phỏp nõng cao độ nhạy: dựng rơle so lệch cú hóm
Hỡnh 4.3. Sơ đồ nguyờn lý dựng rơ le so lệch cú hóm
Nguyờn tắc chỉnh định rơle so lệch dọc dũng điện :
Về nguyờn tắc, rơle so lệch dọc dũng điện tỏc động khi cú dũng điện sai lệch đi qua rơle IR0. Tuy nhiờn thực tế do sựkhụng đồng nhất của cỏc biến dũng, sự sai lệch tỉ
số biến dũng,... nờn khi làm việc bỡnh thường dũng điện đi qua rơle vẫn cú một trị số
nhất định. Dũng điện này gọi là dũng khụng cõn bằng Ikcb. Trong trường hợp ngắn mạch ngoài vựng bảo vệ, hoặc trong cỏc tỡnh trạng quỏ độ, dũng điện khụng cõn bằng Ikcb cú thể cú giỏ trị lớn. Để trỏnh bảo vệtỏc động sai, dũng điện khởi động của bảo vệ
phải chọn sao cho:
kd at kcbtt max
I k .I Trong đú:
- Ikđ: dũng điện khởi động của rơle.
- Kat > 1 : hệ số an toàn, nhằm trỏnh tỏc động sai do cỏc sai số của rơle và mạch. - Ikcbttmax : dũng điện khụng cõn bằng tớnh toỏn cực đại.
Trong đú:
Ikcbttmax = kđn.kkck.fimax.INMNmax Với:
- kđn: hệ số kể tới sự đồng nhất của cỏc BI, bằng 0 khi cỏc BI cựng loại, và cú
cựng đặc tớnh từ húa, hoàn toàn giống nhau.
RSL
BIG IH
- kđn = 1 khi cỏc BI khỏc nhau nhiều nhất, 1 bộ cú sai số, 1 bộ khụng. - kkck: hệ số kểđến thành phần khụng chu kỳ của dũng ngắn mạch ngoài. - INMNmax: thành phần chu kỡ của dũng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. fimax = 0,1: sai số cực đại cho phộp của BI làm việc trong tỡnh trạng ổn định.
4.3.3. Bảo vệ so lệch dũng điện thứ tự khụng
a. Nhiệm vụ
Bảo vệ so lệch dũng điện thứ tự khụng dựng để bảo vệ chống sự cố chạm đất trong mỏy biến ỏp cú điểm trung tớnh trực tiếp nối đất. Nú cũng cú thể sử dụng để bảo vệ cho mỏy biến ỏp cú trung tớnh cỏch điện hay mỏy biến ỏp cú cuộn dõy nối tam giỏc
khi đú phải sử dụng trung tớnh nhõn tạo b. Nguyờn tắc hoạt động Sơ đồ nguyờn lý : 1BI 2BI 3BI Đ I I R 0 Hỡnh 4.4: Bảo vệ chống chạm đất cú giới hạn dựng cho mỏy biến ỏp tự ngẫu
Vựng bảo vệ được xỏc định trong phạm vi cỏc biến dũng ở điểm trung tớnh và cỏc biến dũng ở cỏc pha.
Trong điều kiện làm việc bỡnh thường và ngắn mạch ngoài vựng bảo vệ ta cú:
. 0 . 0 . I I . 3 I Đ = 0 Trong đú: 0 .
I - dũng thứ tự khụng chạy trong cuộn dõy mỏy biến ỏp;
.
IĐ- dũng điện chạy qua dõy trung tớnh mỏy biến ỏp.
Nếu bỏ qua sai số của mỏy biến dũng, ta cú dũng điện chạy qua R bằng khụng và
điện ỏp đặt trờn rơle so lệch cũng bằng khụng.
Khi cú ngắn mạch trong vựng bảo vệ toàn bộ dũng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nờn điện ỏp đặt trờn rơle so lệch rất lớn, rơle sẽtỏc động.
4.3.4. Bảo vệ quỏ dũng cắt nhanh.
Bảo vệ quỏ dũng điện cắt nhanh được dựng làm bảo vệ dự phũng cho mỏy biến ỏp
để chống cỏc dạng ngắn mạch bờn trong mỏy biến ỏp khi bảo vệ đặt cho phớa đầu vào mỏy biến ỏp và bờn ngoài mỏy biến ỏp khi bảo vệđặt cho đầu ra mỏy biến ỏp.
Rơle quỏ dũng tức thỡ là rơle tỏc động khi dũng điện qua rơle vượt quỏ trị sốđịnh
trước và tỏc động cắt mỏy cắt ngay lập tức, khụng cú thời gian trỡ hoón. Nguyờn tắc chỉnh định rơle quỏ dũng tức thỡ :
Chỉnh định rơle quỏ dũng tức thời là đặt trị số dũng điện khởi động của rơle.
Để đảm bảo tớnh chọn lọc, trỏnh tỏc động sai khi ngắn mạch ngoài vựng được bảo vệ, dũng điện khởi động được chọn theo quy tắc sau:
kd at Nngmax I K .I Trong đú: Nngmax I : dũng điện ngắn mạch cực đại ở cuối vựng bảo vệ. at
K 1, 2 1,3 : hệ số an toàn tớnh đến sai số trong khi tớnh toỏn dũng ngắn mạch và sai sốrơle.
Ikđ : dũng điện khởi động của rơle.
4.3.5. Bảo vệ quỏ dũng điện cú thời gian.
Bảo vệ quỏ dũng điện cú thời gian được dựng làm bảo vệ dự phũng cho mỏy biến ỏp
để chống cỏc dạng ngắn mạch bờn trong mỏy biến ỏp khi bảo vệ đặt cho phớa đầu vào mỏy biến ỏp và bờn ngoài mỏy biến ỏp khi bảo vệđặt cho đầu ra mỏy biến ỏp.
Dũng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dũng điện danh định của mỏy 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.
4.3.6. Bảo vệ chống chạm đất.
Đối với mỏy biến ỏp cú trung tớnh nối đất, để bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dõy mỏy biến ỏp cú thểđược thực hiện bởi rơle quỏ dũng điện hay so lệch thứ tự khụng. Phương ỏn được chọn tuỳ thuộc vào loại, cỡ, tổđấu dõy mỏy biến ỏp.
Bảo vệ này so sỏnh dũng chạy ở dõy nối đất IN và tổng dũng điện 3 pha (3.I0). Chọn IN là thành phần làm việc và nú xuất hiện khi cú chạm đất trong vựng bảo vệ. Khi chạm đất ngoài vựng bảo vệ dũng thứ tự khụng 3.I0 ( tổng dũng cỏc pha) cú trị số bằng
nhưng ngược pha với dũng qua dõy trung tớnh IN.
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
biến dũng đặt ở trung tớnh mỏy biến ỏp và tổ mỏy biến dũng nối theo bộ lọc dũng điện thứ tựkhụng đặt ởphớa đầu ra của cuộn dõy nối hỡnh sao của mỏy biến ỏp.
Hỡnh 4.5. Sơ đồ nguyờn lý bảo vệ so lệch thứ tự khụng và chạm đất hạn chế
4.3.7. Bảo vệ quỏ tải.
Cú chức năng bỏo tớn hiệu quỏ tải mỏy biến ỏp. Dựng bảo vệ quỏ dũng điện. Ở
mỏy biến ỏp hai dõy quấn bảo vệđược bố trớ phớa nguồn, mỏy biến ỏp ba dõy quấn bảo