Bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện

Danh mục tài liệu rơ le mọi người có thể tải vệ theo các link sau: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HTĐ Bảo vệ máy phát điện Bảo vệ máy phát điện được tính toán để ngăn ngừa sự cố và chế độ làm việc không bình thường như : nhắn mạch nhiều pha, ngắn mạch giữa các vòng dây, ngắn mạch chạm vỏ, chế độ phi đối xứng và chế độ quá tải của Stator, ngắn mạch một điểm và ngắn mạch 2 điểm cuộn dây kích từ.Các máy phát điện thường được trang bị các loại bảo vệ sau. Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng được sử dụng như là bảo vệ dự phòng cho các máy phát có công suất nhỏ. Bảo vệ quá dòng thường được kết hợp với khóa điện áp thấp với sự tham gia của rơ le điện áp cực tiểu RU< để phân biệt với chế độ quá tải. Bảo vệ tác động với 2 cấp thời gian: Cấp 1 tác động cắt máy cắt ở đầu cực máy phát với thời gian được phối hợp với thời gian của bảo vệ dự phòng đường dây và máy biến áp. Cấp 2 với thời gian lớn hơn sẽ tác động dừng máy phát nếu sau khi cắt máy cắt đầu cực máy phát hoặc dầu hợp bộ mà dòng sự cố vẫn tiếp tục tồn tại. Bảo vệ dòng điện cực đại Dòng khởi động của rơ le bảo vệ dòng điện cực đại được xác định theo biểu thức. Trong đó: ktc - hệ số tin cậy lấy trong khoảng 1.2 – 1.3 kmm - hệ số mở máy trung bình ktv - hệ số trở về của rơ le (đối với rơ le số ktv = 0.98; đối với rơ le điện từ ktv = 0.8 – 0.85) ksd - hệ số sơ đồ ni - hệ số biến dòng Ilvmax – dòng điện làm việc cực đại của máy phát, thường lấy bằng dòng định mức của máy phát. Trên cơ sở dòng khởi động tính toán của rơ le chọn dòng đặt IdRI > có trị số gần nhất về phía trên. Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là Độ nhạy của bảo vệ Hệ số nhạy không được nhỏ hơn 1.5 Bảo vệ cắt nhanh Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được xác định theo biểu thức Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh IdR – dòng dặt của rơ le cắt nhanh chọn theo giá trị dòng khởi động tính toán. - dòng ngắn mạch ngoài 3 pha của máy phát điện. Độ nhạy của bảo vệ cắt nhanh không nhỏ hơn 2 ( knh ≥ 2 ) Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch dọc Dòng khởi động của bảo vệ so lêch dọc của máy phát điện được xác định theo dòng lớn nhất từ 2 điều kiện sau. Điều kiện 1: Ikd = ktc (0.3 ÷ 0.5) InF Trong đó: InF – dòng định mức của máy phát Điều kiện 2: Ikd = ktc Ikcbmax Trong đó: Ikcb.max – dòng điện không cân bằng cực đại: - dòng ngắn mạch 3 pha trong máy phát, có thể xác định theo biểu thức Trong đó: Ef - suất điện động của máy phát, ứng với điện áp pha Rqd - điện trở quá độ tại điểm ngắn mạch (trong trường hợp ngắn mạch kim loại Rqd = 0) Rd - điện trở tác dụng của cuộn dây - điện cảm kháng quá độ của cuộn dây α - hệ số tính đến phần cuộn dây bị ngắn mạch (tính từ trung điểm) ZF - điện trở máy phát ka - hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch kcl - hệ số cùng loại của máy biến dòng (nếu các máy biến dòng ở 2 phía cùng loại thì kcl = 0.5, còn khác loại thì lấy giá trị 1) si – sai số của máy biến dòng. Dòng điện khởi động của rơ le so lệch được xác định theo biểu thức Trong đó Ikd – dòng khởi động xác định từ điều kiện 1 và 2 Trên cơ sở giá trị dòng điện IkdRSL chọn dòng đặt của rơ le Id.R . Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc cuộn dây stator. ~ ∆I Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc cuộn dây Stator Bảo vệ so lệch ngang Bảo vệ so lệch ngang dùng để chống ngắn mạch giữa các vòng dây stator máy phát điện có cuộn dây kép. Có thể thực hiện bảo vệ riêng cho từng pha của máy phát như hình 1.2 87 A 87 A 87 A I1 I2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang cho cuộn dây Stator Ở tình trạng làm việc bình thường hoặc có ngắn mạch ngoài, sức điện động trong các nhánh cuộn dây stator bằng nhau nên I1 = I2 và dòng điện so lệch bằng: Bảo vệ không tác động. Khi một số vòng trong một nhánh nào đó bị ngắn mạch, sức điện động trong 2 nhánh không còn bằng nhau nữa I1 ≠ I2 và dòng điện so lệch lớn hơn không, nếu ISL > Ikd bảo vệ sẽ tác động. Một phương án khác thực hiện bảo vệ so lệch ngang chống các vòng dây trong cùng một pha chập nhau trình bày trên hình 1.3 Trong sơ đồ máy biến dòng BI đặt ở giữa 2 điểm nối trung tính của 2 nhánh song song hai cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng nối qua bộ lọc sóng hài bậc ba L3 dùng để giảm dòng không cân bằng đi vào rơ le. Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo điều kiện: Trong đó IdmF – là dòng điện định mức của máy phát điện Bảo vệ so lệch ngang cũng có thể làm việc khi ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây stato. Tuy nhiên không thể dùng bảo vệ so lệch ngang thay thế bảo vệ so lệch dọc vì khi ngắn mạch trên đầu cực máy phát điện bảo vệ so lệch ngang không làm việc. 87 A B C L3 BI Hình 1.3 Bảo vệ so lêch ngang cuộn dây Stato Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ khoảng cách được sử dụng với tư cách là bảo vệ dự phòng cho máy phát. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách máy phát được thể hiện trên hình 1.4 Bảo vệ được thực hiện với 2 vùng tác động: Vùng 1 bảo vệ toàn bộ cuộn dây máy phát và khoảng 70% cuộn dây của máy biến áp tăng áp với thời gian tác động t1 = 0.4 ÷ 0.5s. Vùng 2 bao phủ phần còn lại của máy biến áp và hệ thống thanh cái. Điện trở khởi động vùng 1 Trong đó: XF - điện trở của máy phát điện ZBA - điện trở của MBA Điện trở của máy phát được xác định theo biểu thức UnF - điện áp định mức của máy phát SF – công suất định mức của máy phát Điện trở của MBA Uk - điện áp ngắn mạch của MBA SBA – công suất định mức của MBA UnBA - điện áp định mức của MBA Điện trở khởi động của vùng 2 ZTC - điện trở của hệ thống thanh cái quy về cấp điện áp máy phát Thời gian tác động của vùng 2 là tMC - thời gian tác động của máy cắt st – sai số thời gian của rơ le tqt,dt – sai số do quán tính và thời gian dự trữ ~ RZ BI BA BU Hinh 1.4 Sơ đồ bảo vệ khoảng cách máy phát Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây rô to của máy phát điện Chống chạm đất một điểm Đối với máy phát điện có công suất bé và trung bình, thường người ta đặt bảo vệ báo tín hiệu khi có một điểm chạm đất trong cuộn dây rô to và tác động cắt máy phát điện khi chạm đất điểm thứ 2. Đối với các máy phát điện có công suất lớn, hậu quả của việc chạm đất điểm thứ 2 trong mạch kích thích có thể rất nghiêm trọng, vì vậy khi chạm đất một điểm trong cuộn dây rô to bảo vệ đã phải tác động cắt máy phát điện ra khỏi hệ thống. Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong mạch kích từ có dạng sau: RI Tín hiệu RI Tín hiệu U= Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất cuộn Dây rô to mát phát a) b) Hình 1.5 a Rơ le được mắc trực tiếp vào mạch kích từ. Dòng điện đi vào rơ le tỷ lệ với số vòng dây bị ngắn mạch. Sơ đồ này có một vùng chết (khi xảy ra ngắn mạch ở gần cực nối với rơ le). Để loại trừ vùng chết người ta mắc rơ le vào một nguồn bổ xung một chiều như hình 1.5 b. Tuy nhiên sơ đồ có nhược điểm là sự liên hệ trực tiếp về điện giữa thiết bị bảo vệ với điện áp kích thích Ukt có trị số khá cao đối với máy phát điện có công suất lớn. Để khắc phục nhược điểm này có thể dùng sơ đồ với nguồn điện áp phụ xoay chiều được cách ly với điện áp kích thích Ukt qua tụ điện C. Đối với các máy phát điện có hệ thống kích từ không có chổi than với các đi ốt chỉnh lưu được mắc trực tiếp trên thân rô to máy phát, điện dung của hệ thống kích thích đối với đất tăng lên đáng kể và hệ thống bảo vệ chống chạm đất của cuộn dây rô to cũng trở nên phức tạp hơn. Các sơ đồ bảo vệ chống trạm đất một điểm trong cuộn dây rô to của các máy phát điện hiện đại thường tác động cắt máy cắt (để loại trừ khả năng xảy ra chạm đất điểm thứ 2) và dựa trên một trong những nguyên lý sau. Đo điện dẫn của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp tần số công nghiệp 50Hz. Đo điện trở của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp một chiều hoặc tín hiệu sóng chữ nhật tần số thấp. Bảo vệ chống chạm đất 2 điểm trong mạch kích từ Bảo vệ được thực hiện theo nguyên lý của cầu cân bằng. Rơ le dòng được mắc trên đường chéo của mạch cầu (hình 1.6). Khi có sự cố ngắn mạch chạm đất một điểm trong mạch kích từ thì cơ cấu bảo vệ được mắc vào mạch kích từ này. Với sự trợ giúp của con chạy cầu, được điều chỉnh ở trạng thái cân bằng . Khi sự cố ngắn mạch chạm vỏ xảy ra ở điểm thứ 2 thì sự cân bằng của cầu bị phá vỡ và sẽ có một dòng điện chạy qua rơ le, nếu dòng điện này lớn hơn dòng khởi động thì rơ le sẽ tác động đưu tín hiệu đến cơ cấu thừa hành để thực hiện bảo vệ máy phát. RI Rkt1 Rkt 2 R1 R2 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây Stator máy phát điện khi có đứt dây (hoặc hở mạch ) một pha, khi có phụ tải không đối xứng hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện. Dòng điện thứ tự nghịch I2 càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé. Bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch I2 thường có quan hệ thời gian t phụ thuộc tỷ lệ nghịch với dòng I2 như sau: Trong đó: K1 và K2 là các hệ số tỷ lệ; α – là hằng số đối với từng loại rơ le cụ thể I2cp – dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài Idđ – dòng điện danh định của máy phát LI2 1RI2 t1 2RI2 t2 Cảnh báo cắt A B C Hình 1.7 Sơ đồ bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch Bảo vệ chống mất kích từ Khi máy phát bị mất kích từ thưòng dẫn đến mất đồng bộ, gây phát nóng ở stato và rô to. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn dây rô to nguy hiểm cho cách điện của cuộn dây. Ở chế độ bình thường máy phát điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện áp đầu cực máy phát U. Khi máy phát làm việc ở chế độ thiếu kích thích hoặc mất kích thích, sức điện động E thấp hơn điện áp U, máy phát điện nhận công suất phản kháng từ hệ thống. (Q < 0). Như vậy khi mất kích từ, tổng trở đo được ở đầu cực máy phát sẽ thay đổi từ Zpt (tổng trở phụ tải nhìn từ phía máy phát) nằm ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở máy phát nhìn từ đầu cực của nó trong chế độ tiêu thụ công suất phản kháng) nằm ở góc phần thứ tư trên mặt phẳng tổng trở phức. Khi xảy ra mất kích từ, điện kháng của máy phát điện sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện kháng đồng bộ) đến trị số X’d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng. Vì vậy để phát hiện mất kích từ ở máy phát điện, ta có thể sử dụng một rơ le điện kháng cực tiểu có X’d < Xkd < Xd với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục –jX của mặt phẳng tổng trở phức. Đặc tính khởi động của rơ le cảm kháng cực tiểu hình 1.8 Tín hiệu đầu vào của rơ le là điện áp dây UBC ở đầu cực máy phát và dòng điện pha IB và IC của các pha tương ứng. Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính điện dung và vượt trước các điện áp pha tương ứng một góc 900. Hiệu dòng điện các pha B và C () thông qua máy biến dòng cảm kháng BIG tạo nên ở phía thứ cấp điện áp vượt trước dòng điện một góc 900 . Như vậy góc lệch pha giữa 2 véc tơ điện áp U*D và U*BC là 1800 (hình 1.9) Điện áp được đưa vào bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S1 và S2 tương ứng bằng: Góc lệch pha α giữa và được kiểm tra, nếu ở chế độ bình thường α = 0, rơ le không làm việc, khi mất kích từ α = 1800 rơle tác động. Góc khởi động αkd được chọn khoảng 900. Các hệ số a, b được chọn (Bằng cách thay đổi đầu phân áp của BUG) sao cho các điểm A và B ( hình 1.7) thỏa mãn điều kiện: Khi mất kích thích, góc pha dòng điện thay đổi , góc lệch pha α giữa và được kiểm tra thông qua độ dài của tín hiệu Nếu α > αkd bảo vệ sẽ tác động cắt máy phát trong khoảng từ 1 đến 2 giây. I II III IV Xd 0.5 X’d -jX +jX Zpt ZF Đặc tính khởi động của rơle cảm kháng cực tiểu Hình 1.8 ~ ~ -1 & ∫ RL UD BIG IB IC A B C BUG BU U2 U1 aUBC S2 S1 -S1 S3 S4 BI Hình 1.9 Sơ đồ bảo vệ chống mất kích thích ở máy phát dùng rơ le điện kháng cực tiểu Cắt Bảo vệ chống quá áp Quá điện áp ở đầu cực máy phát điện có thể gây tác hại cho cách điện cuộn dây, của các thiết bị nối ở đầu cực máy phát, còn đối với máy phát điện làm việc hợp bộ với máy biến áp sẽ làm bảo hòa mạch từ của máy biến áp tăng áp. Bảo vệ quá điện áp đặt ở máy phát điện thường gồm hai cấp: Cấp 1 với điện áp khởi động: Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ để giảm kích thích của máy phát điện. Cấp 2 với điện áp khởi động: Cấp 2 làm việc tức thời, tác động cắt máy cắt điện đầu cực máy phát và tự động diệt từ trường của máy phát điện. Bảo vệ chống giảm áp Máy phát được bảo vệ chống giảm áp nhằm tránh hiện tượng quá nhiệt khi điện áp thấp. Điện áp khởi động của rơ le điện áp được xác định theo các điều kiện: rơle phải trở về sau khi cắt ngắn mạch ngoài và không được tác động khi tự hòa đồng bộ mà máy phát bị mất kích từ . - Đối với tua bin hơi: - Đối với tua bin nước: Thời gian tác động khoảng 10s. Bảo vệ chống tần số giảm thấp Tần số của hệ thống điện có thể bị giảm thấp do mất cân bằng (thiếu) công suất tác dụng trong hệ thống hoặc do hệ thống tự động điều chỉnh tần số đặt ở các máy phát điện bị hư hỏng. Tần số thấp có thể gây các hậu quả xấu như: làm hỏng cách tua bin, làm tăng nhiệt độ của máy phát quá mức cho phép do tổn thất thép tăng lên, gây bảo hòa từ của các máy biến áp Bảo vệ tần số giảm thấp thường có 2 mức tác động, cấp thứ nhất với tần số khởi động: Tác động tức thời cách ly máy phát điện ra khỏi hệ thống. Cấp thứ 2 sẽ tác động dừng tổ máy nếu sau khi máy phát bị cách ly ra khỏi hệ thống một khoảng thời gian xác định mà tần số không thể khôi phục lại trị số bình thường. Bảo vệ chống quá tải Sự quá tải của máy phát điện làm cho máy phát bị phát nóng quá mức. Sự quá tải có thể do máy phát làm việc ở trạng thái quá kích thích, vận hành với hệ số công suất thấp, thành phần công suất phản kháng có thể đạt đến giá trị vượt quá mức cho phép Thời gian chịu quá tải của máy phát phụ thuộc vào mức độ quá tải. Thời gian quá tải cho phép có thể được biểu diễn bởi công thức. T - hằng số thời gian đốt nóng, phụ thuộc vào kết cấu của phát a- hệ số phụ thuộc vào đặc tính quá dòng và loại máy phát kqt - hệ số quá tải Tín hiệu quá tải có thể lấy gián tiếp từ nhiệt độ của môi chất làm mát, hoặc trực tiếp từ dòng điện của cuộn dây stator. Bảo vệ công suất ngược Công suất sẽ chạy từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng lượng cho tua bin bị gián đoạn. Khi ấy máy phát điện sẽ làm việc như một động cơ điện tiêu thụ cống suất của hệ thống. Nguy hiểm của chế độ này đối với máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép. Đê bảo vệ chống công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất tác dụng của máy phát điện. Với máy phát điện tua bin hơi công suất khởi động bằng: Với các máy phát thủy điện và tuy bin khí Bảo vệ chống công suất ngược thường có 2 cấp tác động: Cấp thứ nhất với thời gian khoảng 2 ÷ 5 giây sau khi van Stop khẩn cấp làm việc và cấp 2 với thời gian cắt máy khoảng vài chục giây không qua tiếp điểm của van Stop. Bảo vệ máy biến áp Các dạng hư hỏng thương xảy ra đối với máy biến áp Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm 2 nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài. Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm: Chạm chập giữa các vòng dây Ngắn mạch giữa các cuộn dây Chạm vỏ và ngắn mạch chạm đất Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm: Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống Ngắn mạch một pha trong hệ thống Quá tải Quá bảo hòa mạch từ Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí và vai trò của MBA trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Các máy biến áp thường được trang bị các loại bảo vệ sau: Bảo vệ quá dòng Bảo vệ chống ngắn mạch trong máy biến áp có thể thực hiện theo nguyên lý quá dòng (hình 2.1), tức là bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì và bảo vệ cắt nhanh. I> I>> RG N Hình 2.1 Với máy biến áp 2 cuộn dây bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở cả 2 phía hoặc chỉ một phía sơ cấp. Đối với máy biến áp 3 cuộn dây, bảo vệ quá dòng phải được bố trí ít nhất ở 2 phía hoặc ở cả 3 phía. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (cấp bảo vệ thứ nhất) Dòng điện khởi động của bảo vệ được chỉnh định theo dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất đi qua máy biến áp ( điểm N hình 2.1). (2-1) Trong đó ktc - hệ số tin cậy 1.2 ÷ 1.3 INmax – dòng ngắn mạch ngoài max Dòng khởi động của rơ le (2-2) Giá trị dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh (2-3) IdR – dòng đặt chọn theo nấc chỉnh định gần nhất của rơ le bảo vệ cắt nhanh Bảo vệ dòng điện cực đại (cấp thứ hai) Dòng khởi động của rơ le bảo vệ dòng điện cực đại được xác định theo biểu thức. (2-4) Trong đó: ktc - hệ số tin cậy lấy trong khoảng 1.2 – 1.3 kmm - hệ số mở máy trung bình ktv - hệ số trở về của rơ le (đối với rơ le số ktv = 0.98; đối với rơ le điện từ ktv = 0.8 – 0.85) ksd - hệ số sơ đồ ni - hệ số biến dòng Ilvmax – dòng điện làm việc cực đại của máy biến áp, thường lấy bằng dòng định mức của máy biến áp. Trên cơ sở dòng khởi động tính toán của rơ le chọn dòng đặt IdRI > có trị số gần nhất về phía trên. Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là (2-5) Độ nhạy của bảo vệ (2-6) Hệ số nhạy không được nhỏ hơn 1.5 Thời gian tác động của bảo vệ cấp 2 được xác định dựa theo thời gian tác động lớn nhất của bảo vệ trước đó t2 = t1.Max + ∆t Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại không nhỏ hơn 1.5. Nhìn chung đối với các máy biến áp, bảo vệ dòng điện cực đại không đảm bảo độ nhạy cần thiết vì vậy người ta thường sử dụng sơ đồ bảo vệ dòng cực đại kết hợp với khoá điện áp cực tiểu hoặc áp dụng sơ đồ với bộ lọc thành phần thứ tự nghịch. Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lêch được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp. Các máy biến dòng được đặt ở tất cả các phía của máy biến áp được bảo vệ. Thông thường bảo vệ so lệch dọc được thực hiện với 2 rơ le trong mạch so sánh, trong trường hợp sơ đồ với 2 rơ le không đảm bảo độ nhạy cần thiết thì sơ đồ dùng 3 rơ le với được áp dụng. Các đặc điểm của bảo vệ máy biến áp Dòng từ hoá của máy biến áp là một thành phần quan trọng của dòng không cân bằng, thay đổi một cách đột biến khi U tăng đột ngột ( khi đóng cắt máy biến áp). Giá trị của nó có thể đạt 6 ÷ 8 lần dòng định mức của máy biến áp. Ngoài đặc điểm tắt dần theo thời gian, dòng từ hoá còn chứa thành phần không chu kỳ và các sóng hài bậc cao. Để giảm giảm giá trị của dòng từ hoá cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt như sử dụng máy biến dòng bảo hoà nhanh có tác dụng hạn chế thành phần không chu kỳ của dòng điện. Sự điều chỉnh hệ số biến áp làm phá vỡ sự cân bằng của dòng điện ở các nhánh bảo vệ, có nghĩa là làm xuất hiện thành phần không cân bằng. Sự khác nhau của điện áp buộc phải chọn các máy biến dòng ở hai phía khác nhau về hệ số biến cũng như về chủng loại. Để cân đối dòng điện trên các nhánh người ta áp dụng các sơ đồ hiệu chỉnh nhờ sựu hổ trựo của máy biến áp tựu ngẫu hoặc máy biến dòng trung gian. ∆I Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch MBA 3 cuộn dây Tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp Do những đặc điểm trên dòng không cân bằng cực đại có thể được xác định theo biểu thức (2-7) ∆Udc - phần trăm điều chỉnh điện áp của máy biến áp bảo vệ Ik.max.ng – dòng ngắn mạch cực đại ngoài vùng bảo vệ s2i – sai số do sự chênh lẹch dòng thứ cấp, có thể xác định theo biểu thức I2I và I2II – dòng thứ cấp phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp Dòng khởi động tính toán được chọn theo 3 điều kiện: bảo vệ không tác động khi đứt dây ở mạch nhị thứ Ikd = ktc.IlvMax (2-8) bảo vệ không tác động khi dòng từ hoá nhảy vọt Ikd = (1,1 ÷ 1,4) InBA (2-9) bảo vệ không tác động ở giá trị cực đại của dòng không cân bằng Ikd = ktcIkcb.max (2-10) Dòng điện khởi động của rơ le so lệch (2-11) Ikd – dòng khởi độnh tính toán lấy giá trị lớn nhất trong các điều kiện (2-8), (2-9) và (2-10) ksd2 - hệ số sơ đồ của các máy biến dòng phía thứ cấp biến áp ni2 - hệ số biến áp phía thứ cấp Dòng khởi động thực tế của bảo vệ so lệch (2-12) IdR.SL – dòng chỉnh định của rơ le so lệch, chọn theo giá trị IkdSL với nấc gần nhất về phía trên. Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá theo biểu thức (2-13) Tính toán chỉnh định rơ le so lệch kỹ thuật số Rơ le số sẽ tác động khi dòng điện đi vào rơ le so lệch bằng dòng điện hãm ISL = IH đối với máy biến áp 2 cuộn dây đối với máy biến áp 3 cuộn dây (2-14) Và dòng hãm đối với máy biến áp 2 cuộn dây đối với máy biến áp 3 cuộn dây Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ thì I2I và I2II sẽ có chiều ngược nhau nên ISL = 2I2II = IH Do đó rơ le sẽ tác động Khi ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ bình thuờng thì I2I = I2II nên (2-15) Còn dòng hãm (2-16) tức là ISL < IH nên rơ le sẽ không tác động. Tuy nhiên do ảnh hưởng của các yếu tố như thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch, sai số máy biến dòng, sai số do chỉnh định điện áp vv khi có dòng ngắn mạch ngoài dòng so lệch không bằng 0 mà bằng giá trị dòng điện không cân bằng cực đại: ISL = Ikcb.Max. Hệ số an toàn của bảo vệ được xác định theo biểu thức (2-17) Ing – dòng so lệch ngưỡng, xác định theo biểu thức Ing = tgα2 ( IH – ICS ) (2-18) tgα2 - độ nghiêng của đường đặc tính bảo vệ (đoạn CD hình 2.3) ICS – dòng hãm cơ sở của nhánh đặc tính bảo vệ Ngưỡng thay đổi thứ nhất (2-18) tgα1 - độ nghiêng của đường đặc tính bảo vệ (đoạn BC hình 2.3) Ngưỡng thay đổi thứ 2 (2-19) Ngưỡng thay đổi thứ 3 (2-20) I>, I>> - dòng khởi động ngưỡng thấp và ngưỡng cao A B C D E 1 2 3 4 5 IH1 IH2 IH3 0 2 4 6 8 10 Vùng tác động Vùng khoá Vùng ổn định sóng hài Hình 2.3 Đặc tính khởi động của rơ le so lệch 7UT512 Bảo vệ khoảng cách Đối với những máy biến áp công suất lớn ( >100MVA), người ta thường dùng bảo vệ khoảng cách để làm bảo vệ dự phòng thay cho bảo vệ quá dòng điện Trên hình 2.4 trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ cho máy biến áp 2 cuộn dây. Bảo vệ khoảng cách được đặt ở cả 2 phía của máy biến áp với 3 vùng tác động về phía trước ( hướng thuận) và một vùng tác động về phía sau ( hướng ngược) Bảo vệ khoảng cách ở hai phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ so lệch của máy biến áp và cho các bảo vệ chính đặt ở thanh góp và các đường dây lân cận của máy biến áp. Tổng trở khởi động và thời gian khởi động của các vùng được chọn như sau: Vùng thứ nhất: (2-21) Trong đó XB – là điện kháng của máy biến áp Vùng thú hai: (2-22) Với ∆t = ( 0.3 ÷ 0.5) s Vùng thứ 3 được phối hợp với vùng thứ 2 của các bảo vệ khoảng cách RZD1 và RZD2 đặt ở các đường dây D1 và D2 lân cận máy biến áp RZ1 RZ2 RZD1 RZD2 XB MC1 MC2 D2 D1 Hinh 2.4 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách đặt đặt ở máy biến áp 2 cuộn dây Bảo vệ chống chạm đất Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp có trung điểm nối đất được trình bày trên hình 2.5. Sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt ở trên dây trung tính của máy biến áp và một rơ le quá dòng với dòng điện khởi động Ikd = (0.2 ÷ 0.4) Idđ (2-23) Trong đó Idđ – dòng danh định của máy biến áp I0> Hình 2.5 Bảo vệ chống chạm đất máy biến áp Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian của bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận. Bảo vệ quá dòng chọn theo (2-23) đảm bảo laọi trừ được tất cả các trường hợp chạm đất xảy ra trong cuộn dây nối hình sao của máy biến áp và vùng lân cận của lưới điện nối với cuộn dây này. Với các máy biến áp có công suất lớn, để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn. Thực chất đây là bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (hình 2.6). RI0 IA IB IC Hình 2.6 Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng thứ tự không Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài Bảo vệ đường dây Đại cương Bảo vệ rơ le đối với đường dây tải điện (trên không và đường dây cáp) phải được tính toán để đảm bảo ngăn ngừa các sự cố: ngắn mạch nhiều pha, ngắn mạch một pha, chạm đất và các chế độ làm việc không bình thường như quá tải, sụt áp . Hiện nay bảo vệ đường dây chủ yếu được thực hiện bởi các sơ đồ bảo vệ quá dòng nhiều cấp, bảo vệ khoảng cách nhiều cấp, bảo vệ so lệch pha cao tần kết hợp bảo vệ khoảng cách và bảo vệ dòng điện thứ tự không đối với mạng có trung tính nối đất. Đối với các đường dây phân phối người ta thường dùng các loại bảo vệ sau: Bảo vệ quá dòng Bảo vệ có hướng Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ so lệch Đối với các đường dây truyền tải các bảo vệ chủ yếu được sử dụng là Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ có hướng Bảo vệ so lệch Bảo vệ cao tần Bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha trên đường dây Để chống ngắn mạch trên đường dây thường sử dụng các loại bảo vệ sau: Bảo vệ quá dòng, bảo vệ có hướng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ so lệch và bảo vệ cao tần. Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá dòng cho đường dây thường sử dụng bảo vệ quá dòng có thời gian kết hợp với bảo vệ cắt nhanh. Đối với mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp, thường các máy biến dòng được nối theo sơ đồ hình sao đủ, ngoài 3 rơ le cho 3 pha còn cần thêm một rơ le phản ứng theo dòng thứ tự không. Đối với mạng điện có trung tính cách ly, thường dùng sơ đồ sao thiếu với 2 máy biến dòng và 2 rơ le. Đối với mạng điện 2 nguồn cung cấp, bảo vệ cắt nhanh không có bộ phận định hướng thì dòng khởi động được chọn theo giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất xảy ra trên một trong 2 thanh cái của 2 đầu đường dây. Để nâng cao độ nhạy của bỏa vệ trong một số mạng điện có công suất ngắn mạch yếu, người ta áp dụng sơ đồ bảo vệ quá dòng với khóa điện áp thấp. Đối với mạng điện có kết cấu phức tạp bảo vệ quá dòng thường được thực hiện kết hợp với bảo vệ có hướng. Trong các rơ le quá dòng kỹ thuật số thì chức năng bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dòng điện cực đại hay còn gọi là bảo vệ quá dòng có thời gian xác định. Còn chức năng bảo vệ ngưỡng cao thực hiện nhiệm vụ bảo vệ cắt nhanh. Giá trị cài đặt của dòng khởi động được thể hiện dưới dạng bội số của dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng. Dòng khởi động ngưỡng thấp của bảo vệ quá dòng được xác định theo biểu thức Bội số dòng khởi động ngưỡng thấp - giá trị dòng định mức sơ cấp của máy biến dòng Dòng khởi động ngưỡng cao được xác định theo biểu thức Bội số dòng khởi động ngưỡng cao Bảo vệ so lệch đường dây Do đặc điểm của đương dây tải điện là dài, nên bảo vệ so lệch đường dây tải điện phải sử dụng hai bộ bảo vệ đặt ở 2 đầu đường dây để mỗi bộ tác động cắt các máy cắt ở đầu dây của mình. Các bảo vệ này liên lạc với nhau qua kênh thông tin như cáp quang, dây dẫn phụ hoặc kênh vô tuyến Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ khoảng cách áp dụng cho đường dây tải điện được thực hiện theo nhiều cấp với nhiều vùng tác động, các vùng phía trước (tính theo chiều từ thanh cái vào đường dây ) đóng vai trò bảo vệ dự phòng cho vùng liền kề. Thường sơ đồ bảo vệ khoảng cách 3 cấp được áp dụng nhiều nhất. Cấp 1 bảo vệ chính có vùng tác động chiếm khoảng 80-85% tổng chiều dài đường dây cần bảo vệ. Chức năng chính của bảo vệ cấp 2 là bảo vệ vùng chết và bảo vệ dự phòng cho bảo vệ cấp 1, còn bảo vệ cấp 3 làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ cấp 2 và cấp 1 với thời gian trễ thích hợp. Để đảm bảo điều kiện làm việc chọn lọc của bảo vệ điện trở khởi động của bảo vệ vùng 1 phải nhỏ hơn điện trở của đường dây AB, tức là Z1 < ZAB Hay Z1 = K1. ZAB K1 – là hệ số dự trữ, tính đến sự tác động thiếu chính xác của rơ le và ảnh hưởng của điện trở quá độ tại nơi xảy ra ngắn mạch, thường có giá trị trong khoảng 0.8 – 0.85 ZAB - điện trở của đoạn dây cần bảo vệ Danh mục tài liệu rơ le mọi người có thể tải vệ theo các link sau: