Giáo trình Bảo vệ rơ le (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ liên thông)

1 UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH Môn học/ Mô đun: Bảo vệ rơ le NGHỀ:ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ LIÊN THÔNG Hải Phòng, 2019 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đuợc phép dùng nguyên bản hoặc trích đúng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 LỜI GIỚI THIỆU Tài liệu Bảo vệ rơ le là kết quả của Dự án “Thí điểm xây dựng chương trình và giáo trình dạy nghề năm 2011-2012”. Được thực hiện bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải Phòng Trên cơ sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải phòng, cùng với các trường trọng điểm trên toàn quốc, các giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực hiện biên soạn giáo trình Bảo vệ rơ le phục vụ cho côngtác dạy nghề Chúng tôi xin chân thành cám ơn Trường Cao nghề Bách nghệ Hải Phòng,trường Cao đẳng nghề giao thông vận tải Trung ương II, trường Cao đẳng nghề số 3 Bộ quốc phòng, trường Cao đẳng nghề cơ điện Hà Nội đã góp nhiều công sức để nội dung giáo trình được hoàn thành Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo Mô đun này được thiết kế gồm 7 bài: Bài1. Bảo vệ so lệch và dòng công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ Bài2. Bảo vệ sự cố chạm đất ROTOR,chống mất kích từ và bảo vệ quá Áp cho máy phát xoay chiều đồng bộ Bài3. Bảo vệ quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng bộ-hòa đồng bộ máy phát điện Bài4.Phối hợp bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ Bài5: Thí nghiệm hiện tượng nhẩy vọt từ hóa, bảo vệ so lệch và chống chạm đất Cho máy biến áp Bài6: Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối hợp bảo vệ cho máy biến áp Bài7.Thí nghiệm bảo vệ sự cố cuộn dây quấn Stato, quá dòng và chống hiện tượng rơi tốc cho động cơ không đồng bộ ba pha Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn Tổ bộ môn 4 MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 3 2. Mục lục 4 3. Giới thiệu về mô đun 6 4. Bài1. Bảo vệ so lệch và dòng công suất ngược cho máy phát 8 xoay chiều đồng bộ 5. 1.Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ 8 6. 2.Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ 18 7. Bài2.Bảo vệ sự cố chạm đất ROTOR,chống mất kích từ và bảo 26 vệ quá áp cho máy phát xoay chiều đồng bộ 8. 1.Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng 26 bộ 9. 2.Bảo vệ chống mất kích từ cho máy ph á t điện xoay chiều đồng 33 bộ 10. 3.Bảo vệ quá điện áp cho m áy phát điện xoay chiều đồng bộ 40 11. Bài3 Bảo vệ quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng 49 bộ- hòa đồng bộ máy phát điện 12. 1.Bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ 49 13. 2.Bảo vệ quá dòng cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ 57 14. 3.Hòa đồng bộ máy phát điện 67 15. Bài4.Phối hợp bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ 73 16. 1.Mục đích thí nghiệm 73 17. 2.Tóm tắt lý thuyết 73 18. 3.Thiết bị thí nghiệm 74 19. 4.Trình tự thí nghiệm 74 20. 5.Kết luận 82 21. Bài5: Thí nghiệm hiện tượng nhẩy vọt từ hóa, bảo vệ so lệch và 83 chống chạm đất cho máy biến áp 5 22. 1.Hiện tượng nhảy vọt từ hoá máy biến áp 83 23. 2.Bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha 92 24. 3.Bảo vệ chạm đất cho máy biến áp 99 25. Bài6: Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối hợp bảo vệ cho máy biến áp 108 26. 1.Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp ba pha 108 27. 2.Phối hợp bảo vệ máy biến áp điện lực ba pha 115 28. Bài7.Thí nghiệm bảo vệ sự cố cuộn dây quấn Stato, quá dòng và chống hiện tượng rơi tốc cho động cơ không đồng bộ ba pha 123 29. 1.Bảo vệ sự cố cuộn dây quấn stato 123 30. 2.Bảo vệ quá dòng động cơ cảm ứng ba pha 134 31. 3.Bảo vệ chống hiện tượng rơi tốc động cơ 139 32. Tài liệu tham khảo 148 6 MÔ ĐUN: BẢO VỆ RƠ LE Mã mô đun: MĐ14 Vị trí, tính chất, vai trò của mô đun - Vị trí: Mô đun Bảo vệ rơ le học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện... - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. - Vai trò của mô đun: Bảo vệ rơ le có một vai trò rất quan trọng trong ngành Điện, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của thiết bị. Dùng để bảo vệ cho các thiết bị trong quá trình làm việc không có sự cố xẩy ra Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của các phương pháp bảo vệ rơ le Mục tiêu của mô đun: - Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ rơle trong hệ thống điện. - Kiểm tra/xác định được hư hỏng của các linh kiện, mạch điện bảo vệ. - Thay thế các thiết bị hư hỏng. - Phân tích được nguyên lý hoạt động của sơ đồ từ đó phát hiện sai lỗi và đề ra phương pháp cải tiến khả thi. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Nội dung của mô đun: Số TT Tên các bài trong mô đun Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra* 1 2 Thí nghiệm bảo vệ so lệch và dòng công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ. Thí nghiệm bảo vệ sự cố chạm đất rôto, chống mất kích từ và bảo vệ quá áp cho máy phát xoay chiều đồng bộ. 16 20 4 5 11 14 1 1 7 3 4 5 6 7 Thí nghiệm bảo vệ quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng bộ hòa đồng bộ máy phát điện. Thí nghiệm phối hợp bảo vệ máy phát xoay chiều đồng bộ. Thí nghiệm hiện tượng nhảy vọt từ hóa bảo vệ so lệch và chống chạm đất cho máy biến áp. Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối hợp bảo vệ cho máy biến áp. Thí nghiệm bảo vệ sự cố cuộn dây quấn stato, quá dòng và chống hiện tượng rơi tốc cho động cơ không đồng bộ ba pha. 20 12 20 12 20 5 3 5 3 5 14 8,5 14 8,5 14 1 0,5 1 0,5 1 Cộng: 120 30 84 6 8 BÀI 1: BẢO VỆ SO LỆCH VÀ DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC CHO MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ Mã bài : 19-01 Giới thiệu: Khi ngắn mạch giữa các pha trong các cuộn dây của máy phát dòng ngắn mạch có thể đạt giá trị rất lớn vì điện trở kháng của máy phát giảm rất nhanh so với sức điện động của nó. Sự nguy hiểm của dòng ngắn mạch thể hiện qua sự đốt nóng lõi thép và các cuộn dây. Ngắn mạch chạm massae tại một điểm của máy phát nhìn chung không thay đổi các tham số của nó, do đó máy phát vẫn có thể làm việc trong một thời gian nhất định cho đến khi thuận lợi mới cắt ra để sửa chữa. Tuy nhiên khi ngắn mạch chạm massae tại hai điểm thì phần cuộn dây giữa hai điểm này bị nối tắt nên dòng điện trong cuộn dây sẽ tăng lên, làm dây dẫn bị đốt nóng và làm mất đối xứng của từ trường do cuộn dây kích từ sinh ra, là rung máy phát. Bảo vệ so lệch là phương pháp hiệu quả nhất dùng để bảo vệ cho các cuộn dây quấn stator của máy phát điện xoay chiều đồng bộ chống lại các sự cố chạm pha với pha và pha với đất. Trong hệ thống bảo vệ so lệch, ở mỗi pha có một mạch điện dùng để so sánh dòng điện đi vào và dòng điện đi ra khỏi thiết bị bảo vệ. Bất kì một sự khác nhau nào của các dòng điện này với một lượng đủ lớn để làm cho rơ le hoạt động, khi đó sự cố sẽ bị loại bỏ. Hình MĐ 36-01-01 là sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ so lệch một pha. Mục tiêu: - Trình bày được các biện pháp bảo vệ khác nhau dùng để bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ. - Lắp đặt được hệ thống bảo vệ so lệch và bảo vệ công suất ngược dùng để bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. 1. Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ Mục tiêu: - Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ. - Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ. 1.1. Mục đích của thí nghiệm 9 Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên làm quen được hệ thống bảo vệ so lệch dung để bảo vệ cho máy phát xoay chiều đồng bộ 1.2. Tóm tắt lý thuyết Máy phát điện xoay chiều đồng bộ là phần tử quan trọng nhất trong hệ hệ thống điện, sự làm việc tin cậy của các máy phát điện có ảnh hưởng quyết định đến độ tin cậy của toàn hệ thống. Vì vậy đối với máy phát điện, đặc biệt là các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ khác nhau để ngăn ngừa các sự cố và chế độ làm việc bất thường như: ngắn mạch nhiều pha, ngắn mạch giữa các vòng dây, ngắn mạch chạm massae, chế độ không đối xứng và chế độ quá tải của stator Khi ngắn mạch giữa các pha trong các cuộn dây của máy phát dòng ngắn mạch có thể đạt giá trị rất lớn vì điện trở kháng của máy phát giảm rất nhanh so với sức điện động của nó. Sự nguy hiểm của dòng ngắn mạch thể hiện qua sự đốt nóng lõi thép và các cuộn dây. Ngắn mạch chạm massae tại một điểm của máy phát nhìn chung không thay đổi các tham số của nó, do đó máy phát vẫn có thể làm việc trong một thời gian nhất định cho đến khi thuận lợi mới cắt ra để sửa chữa. Tuy nhiên khi ngắn mạch chạm massae tại hai điểm thì phần cuộn dây giữa hai điểm này bị nối tắt nên dòng điện trong cuộn dây sẽ tăng lên, làm dây dẫn bị đốt nóng và làm mất đối xứng của từ trường do cuộn dây kích từ sinh ra, là rung máy phát. Bảo vệ so lệch là phương pháp hiệu quả nhất dùng để bảo vệ cho các cuộn dây quấn stator của máy phát điện xoay chiều đồng bộ chống lại các sự cố chạm pha với pha và pha với đất. Trong hệ thống bảo vệ so lệch, ở mỗi pha có một mạch điện dùng để so sánh dòng điện đi vào và dòng điện đi ra khỏi thiết bị bảo vệ. Bất kì một sự khác nhau nào của các dòng điện này với một lượng đủ lớn để làm cho rơ le hoạt động, khi đó sự cố sẽ bị loại bỏ. (hình 1-1). là sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ so lệch một pha. 10 Hình 1-1. Sơ đồ hệ thống bảo vệ so lệch một pha Các dòng điện đi vào và đi ra khỏi thiết bị bảo vệ ( I pin và I p out ) được cảm ứng qua hai máy biến dòng giống nhau. Khi không có sự cố trong thiết bị được bảo vệ các dòng sơ cấp I pin và I p out bằng nhau và các dòng điện phía thứ cấp các máy biến dòng cũng bằng nhau I S in = I S out do các máy biến dòng giống hệt nhau. Khi các máy biến dòng được kết nối như hình 1 – 1 không có dòng điện chạy trong cuộn dây của rơ le ( I R 0 ). Khi có sự cố xảy ra ở thiết bị được bảo vệ, các dòng I pin và I p out không bằng nhau nữa dẫn tới các dòng thứ cấp I S in và I S out cũng không bằng nhau. Dòng điện được tạo ra do sự sai lệch của các dòng I pin và I p out sẽ chạy trong cuộn dây của rơ le. Nếu dòng này đủ lớn làm rơ le tác động thì sự cố sẽ bị loại bỏ. (Hình 1-2). Miêu tả sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ so lệch dùng để bảo vệ cho một máy phát đồng bộ ba pha. Nó giống như mạch điện trong hình MĐ 36-01-01 nhưng được đấu ở cả ba pha cuộn dây và ở phía thứ cấp của các máy biến dòng nối chung lại và nối với dây trung tính. Chú ý dây trung tính của máy phát được nối đất qua một điện trở để hạn chế độ lớn giá trị dòng điện chạm đất. Hệ thống trong (hình 1-2) bảo vệ các cuộn dây quấn stator chống sự cố chạm đất cũng như sự cố chạm pha – pha. 11 Hình 1-2. Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ Trong thực tế, dòng điện I R trong cuộn dây của các rơ le bảo vệ của một hệ thống bảo vệ so lệch không hãm không bằng 0 trong điều kiện không có sự cố. Do các máy biến dòng luôn có những sai số nhất định nên các dòng thứ cấp I S in và I S out không hoàn toàn bằng nhau. Do đó luôn có một giá trị dòng chạy trong cuộn dây của rơ le và dòng đó được gọi là dòng không cân bằng I KCB I S in I S out và dòng này thường rất nhỏ (khi mạch không có sự cố) nhỏ hơn so với giá trị đặt trên các rơ le nên rơ le không tác động. Tuy nhiên khi tải áp đặt vào các thiết bị được bảo vệ tăng lên đáng kể hoặc có sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch chạy qua thiết bị được bảo vệ, dòng điện này có thể tăng lên đáng kể. Để tránh cho hệ thống bảo vệ tác động trong trường hợp này thì giá trị đặt của rơ le phải được chỉnh định tăng lên, do đó độ nhạy của bảo vệ bị giảm đáng kể. Để khắc phục được vấn đề này, các rơ le bảo vệ được mắc thêm cuộn hãm. Các dòng này có tác dụng ngăn chặn tác động ngắt của rơ le bảo vệ khi có sự tăng của dòng không cân bằng do sự tăng mạnh của dòng điện chạy qua thiết bị được bảo vệ. Kết quả, giá trị đặt trên các rơ le được giảm xuống và độ nhạy của bảo vệ được tăng lên. (Hình 1-3) Miêu tả sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ so lệch dùng rơ le có cuộn hãm để bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ. Nó được xem như bảo vệ so lệch có hãm. 12 Hình 1-3. Bảo vệ so lệch có hãm cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ ٭ Tóm tắt bài thí nghiệm Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation và Protective Relaying Control station. Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-04 và MĐ 36-01-05. Trong mạch này máy phát đồng bộ được bảo vệ bằng hệ thống bảo vệ so lệch không hãm, cung cấp tới một tải cân bằng ba pha. Hệ thống bảo vệ bao gồm các máy biến dòng đặt tại hai đầu của cuộn dây quấn stator của máy phát, một điện trở nối đất và một rơ le quá dòng. Khi dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra của một cuộn dây khác nhau một lượng đủ lớn rơ le quá dòng sẽ tác động . Nó tạo ra dòng điện chạy trong cuộn của rơ le phụ và làm cho công tắc tơ CR1 và CR2 mở, kéo theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích từ của máy phát để dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ. Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ. Khi máy phát cung cấp công suất tới tải tạo ra sự cố chạm đất đãn tới thay đổi độ lớn của dòng so lệch bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R4. Điều này sẽ mô phỏng được các sự cố cuộn dây chạm đất xảy ra tại các vị trí khác nhau của các cuộn dây quấn stator. Chúng ta có thể quan sát hoạt động của rơ le quá dòng. 13 Trong phần thứ ba của bài thực hành, đóng công tắc tơ CR3 để bảo vệ không hoạt động. Hãy lần lượt tạo ra các sự cố pha chạm đất và pha chạm pha để quan sát sự hoạt động của hệ thống bảo vệ. 1.3. Thiết bị thí nghiệm Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC Volmetter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây đai, dây cáp. 1.4. Trình tự thí nghiệm 1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt. Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off) sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station. 2. Đặt trên Universal Fault Module như sau: TD1 thời gian trì hoãn ...................................................... ~1 s SST1 thời gian tạm nghỉ .................................................... ~3 s SST2 thời gian tạm nghỉ .................................................. ~10 s 3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation. Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và Primer Mover/ Dynatometer. Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0. Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng. 4. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometer tới ngõ ra 24V của Power Supply. Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ 5. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp. Kết nối các thiết bị như (hình 1-4 và 1-5). 14 Hình 1-4. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation 15 Hình 1-5. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station. 6. Đặt sẵn các thiết bị như sau: Trên Synchronous Motor/ Generator Công tắc EXCITER ............................................. 1 (close) Nút vặn EXCITER ................................... vị trí giữa (mid) Trên Primer Mover/ Dynatometer Công tắc MODE ............................................ Primer Mover Công tắc DISPLAY .............................................. SPEED Trên Transmission Grid (A) Công tắc S1 và S2 .............................................. O (open) Trên AC/DC Current Sensitive Relay Công tắc INPUT ........................................................... AC Công tắc MODE ...................................... OVER CURRENT Trên Universal Fault Module Nút INITIATE FAULT ....................................... vị trí nhả Công tắc FAULT DURATION ........................... 0,05 – 5s Các biến dòng phải được nối như trong (hình1-4), sau đó đặt tất cả các công tắc của các máy biến dòng từ CT1 đến CT6 trên Current Transformers ở vị trí 0 (off). 16 7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện và sai số của AC/DC Current Sensitive Relay lần lượt là 1A và 5%. Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station. Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ không hãm và cho phép rơ le AC/DC Current Sensitive Relay hoạt động để quan sát. 8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để Primer Mover quay ở tốc độ xấp xỉ với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều đồng bộ. Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện áp dây của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức. Dòng điện trên dây ( được chỉ bởi I1) phải xấp xỉ với giá trị của dòng đầy tải định mức của máy phát điện đồng bộ. 9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây stator. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính ( được chỉ bởi I2), dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ ( được chỉ bởi I3) và tín hiệu tác động (đèn LED đỏ) trên AC/DC Current Sensitive Relay. Miêu tả hiện tượng xảy ra: 10. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Chỉnh giá trị điện trở R4 = 4400Ω ( sử dụng Resistor Load 2 ). 11. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây trung tính của cuộn dây stator. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay. Miêu tả hiện tượng xảy ra, giải thích ngắn ngọn tại sao Bảo vệ chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố chạm pha – pha 12. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Trên Control Relay 1 trên Protective Relaying Control Station, nhấn nút reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm 17 Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc tơ S3 tới vị trí 1 để đóng công tắc tơ CR3 làm cho hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hoạt động. 13. Chỉnh lại điện trở R4 như giá trị cho trong hình MĐ 36-01-04. Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator và núm điều chỉnh điện áp của Power Supply để điện áp dây và tốc độ của máy phát bằng giá trị định mức. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay. Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply. Miêu tả hiện tượng xảy ra Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không? 14. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm. Sử dụng một đường dẫn để tạo ngắn mạch tạm thời CR2. Điều đó làm cho mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ luôn được kích từ. 15. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay. Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply. Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không? Tại sao? 16. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả. Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm. Tháo rời đường dẫn ngắn mạch CR2. 18 17. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha chạm pha – pha. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay. Miêu tả hiện tượng xảy ra Sự cố có được loại bỏ bởi hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hay không? Hệ thống bảo vệ so lệch không hãm có bảo vệ được máy phát điện chống lại các sự cố dây pha chạm đất cũng như sự cố chạm pha – pha hay không? 18. Trên Power Supply tắt nguồn 24V AC. Tắt nguồn của Protective Relaying Control Station. Tháo rời tất cả các cáp và dây nối. 1.5. Kết luận Trong bài thí nghiệm này ta nhận thấy rằng hệ thống bảo vệ so lệch rất hiệu quả khi dùng để bảo vệ cuộn dây quấn của stator của máy phát đồng bộ chống lại các sự cố chạm pha – pha và chạm pha với đất. Ta thấy rằng hệ thống bảo vệ so lệch không hãm có thể thực hiện được với một rơ le quá dòng. Tuy nhiên loại bảo vệ này thường không đủ độ nhạy. Bảo vệ so lệch có hãm sẽ cung cấp độ nhạy tốt hơn vì nó sử dụng các rơ le có cuộn hãm. Các cuộn này ngăn tác động ngắt của rơ le bảo vệ khi có dòng điện khá lớn chạy qua thiết bị bảo vệ. 2. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ Mục tiêu: - Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ. - Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ. 2.1. Mục đích của thí nghiệm Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên làm quen được hệ thống bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ 2.1.Tóm tắt lý thuyết Máy phát đồng bộ là một phần của hệ thống điện ba pha gồm nhiều máy phát nối song song, nó được hòa đồng bộ với hệ thống ngay cả khi động cơ sơ cấp bị sự cố. Khi đó công suất tác dụng chạy theo chiều ngược lại từ hệ thống vào máy phát, 19 lúc này máy phát vận hành như một động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống. Máy phát nhận công suất cho động cơ sơ cấp hoạt động. Sự nguy hiểm của chế độ này đối với các 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. Đối với các máy phát điêzen chế độ này có thể làm nổ máy. Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất tác dụng của máy phát điện. Yêu cầu rơ le hướng công suất phải có độ nhạy cao để phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé để đảm bảo an toàn cho động cơ sơ cấp. Hệ thống này ngăn chặn hư hại cho động cơ sơ cấp khi chiều công suất tác dụng đảo ngược gây hư hỏng động cơ sơ cấp. Hình 1-6. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ (Hình 1-6). là sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ công suất ngược cho máy phát. Trong sơ đồ này, dòng điện của một pha và điện áp pha đo được đi qua một biến dòng và một biến điện áp để giảm giá trị dòng và áp đưa vào rơ le. Dòng điện và điện áp được dùng để xác định độ lớn và chiều của công suất trên một pha của hệ thống. Tác động của bảo vệ có hướng phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng điện và hướng của công suất chạy qua bảo vệ. Khi công suất tác dụng ngược đủ lớn, rơ le sẽ tác động và loại bỏ máy phát ra khỏi hệ thống điện. ٭ Tóm tắt bài thí nghiệm Phần đầu của bài thực hành, lắp đặ các thiết bị lên EMS Workstation và Protective Relaying Control station. 20 Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-07 và MĐ 36-01-08. Trong sơ đồ này máy phát đồng bộ được nối với nguồn ba pha. Hệ thống bảo vệ công suất ngược bao gồm một biến dòng, một biến điện áp và một rơ le bảo vệ công suất ngược. Khi công suất tác dụng đổi chiều, rơ le công suất ngược tác động. Quá trình cắt dòng điện trong cuộn phụ của rơ le bắt đầu và làm cho công tắc tơ CR1 và CR2 mở, kéo theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích từ của máy phát để dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ. Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ công suất ngược. Máy phát cung cấp cho hệ thống, giảm điện áp trên động cơ sơ cấp để tạo sự cố giả trên động cơ. Điều này cho phép ta có thể quan sát được sự hoạt động của hệ thống bảo vệ. Đóng công tắc tơ CR3 để cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động trở lại. Tạo lại sự cố giả trên động cơ sơ cấp để quan sát sự tác động của hệ thống bảo vệ công suất ngược. 2.3. Thiết bị thí nghiệm Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential Transformer, Power Diodes, Synchronous Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây đai, dây cáp. 2.4. Trình tự thí nghiệm 1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha. Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off) sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station. 2. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module, Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential Transformer, Power Diodes, Synchronous Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter lên trên EMS Workstation. Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và Primer Mover/ Dynatometter. Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0. Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng.