Đồ án thiết kế¬ tính toán thiết kế hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp 1152311kv

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.32 MB, 82 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬKHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ

Tính tốn thiết kế hệ thống rơlebảo vệ cho máy biến áp

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, Việt Nam khơng thể phủ nhận được vai trị của điện năng trong cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Trong sự phát triển hệ thống điện Việt Nam nói chung và hệ thống truyền tải nói riêng trạm 110kV là một trạm phổ biến và quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa, đóng vai trò là điều kiện cần để hệ thống trở thành một hệ thống lớn. Những hư hỏng và chế độ vận hành khơng bình thường của trạm 110kV gây hậu quả lớn đối với kinh tế - xã hội.

Trong trạm biến áp thì thiết bị quan trọng và đắt tiền nhất chính là máy biến áp, nên việc bảo vệ cho nó bằng một hệ thống rơle tốt là điều rất quan trọng để trạm biến áp hoạt động một cách bình thường và hiệu quả. Vì lý do đó em đã chọn đề tài Đồ án thiết kế “Tính tốn thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho MBA 115/23/11 kV”.

Nội dung đồ án gồm có 6 chương:

Chương 1: Mô tả đối tượng bảo vệ và các thông số chính. Chương 2: Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle. Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ.

Chương 4: Giới thiệu tính năng và thơng số của các loại rơle sử dụng. Chương 5: Chỉnh định các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Chương 6: Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256.

Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Xuân Tùng đã tận tình đưa ra những góp ý, hướng dẫn cụ thể trong suốt quá trình làm đồ án để đồ án của em hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày 6 tháng 11 năm 2023 Sinh viên

Tạ Xuân Hùng

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

CHƯƠNG 1. MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THƠNG SỐ

1.1. Mơ tả đối tượng...1

1.2. Các thơng số chính...1

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN NGẮN MẠCH...2

2.1. Các giả thiết và cơng thức sử dụng trong tính tốn ngắn mạch...2

2.2. Các cơng thức sử dụng cho tính tốn ngắn mạch...2

2.3. Quy đổi các thông số hệ thống và thiết bị...3

2.3.1. Chọn các đại lượng cơ bản...3

CHƯƠNG 3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP...19

3.1. Các dạng hư hỏng và các chế độ làm việc khơng bình thường của máy biến áp...19

3.2. Các loại bảo vệ cho máy biến áp...19

3.2.1. Bảo vệ chính cho máy biến áp...20

3.2.2. Bảo vệ dự phịng...23

3.3. Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp...26

CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THƠNG SỐ CỦA CÁC LOẠIRƠ LE SỬ DỤNG...27

4.1. Rơ le 7UT613...27

4.1.1. Giới thiệu chung...27

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

4.1.5. Chức năng bảo vệ chống chạm đất của rơle 7UT633...35

4.1.6. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT633...37

4.1.7. Chức năng bảo vệ quá tải của rơle 7UT633...37

4.2. Rơ le hợp bộ quá dòng 7SJ621...38

4.2.1. Giới thiệu tổng quan về Rơ le hợp bộ quá dòng 7SJ621...38

4.2.2. Các chức năng bảo vệ giám sát...39

4.2.3. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7SJ621...41

CHƯƠNG 5. CHỈNH ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VÀ KIỂM TRA SỰ LÀMVIỆC CỦA BẢO VỆ...43

5.1. Các số liệu phục vụ tính tốn và chỉnh định...43

5.1.1. Số liệu về máy biến áp...43

5.1.2. Chọn máy biến dòng điện...43

5.1.3. Chọn máy biến điện áp...45

5.2. Cài đặt các chức năng cho Rơ le 7UT613...45

5.2.1. Chức năng bảo vệ so lệch có hãm...45

5.2.2. Chức năng chống chạm đất hạn chế (REF)...47

5.2.3. Cài đặt chức năng 49 (chống quá tải MBA)...48

5.3. Cài đặt chức năng dùng Rơ le 7SJ612...48

5.3.1. Bảo vệ q dịng cắt nhanh (I>>/50)...48

5.3.2. Bảo vệ q dịng có thời gian (I>51)...48

5.3.3. Bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh (I 0 ≫ /50 N )...49

5.3.4. Bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian (I 0 >¿51 N )...50

5.3.5. Bảo vệ chạm đất phía 10,5 kV...50

5.3.6. Bảo vệ quá tải nhiệt (49)...50

5.4. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ...51

5.4.1. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (87T)...51

5.4.2. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch TTK (87N/∆ I 0)...58

5.4.3. Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ q dịng...59

CHƯƠNG 6. TÌM HIỂU HỢP BỘ THÍ NGHIỆM NHỊ THỨ CMC 256...62

6.1. Giới thiệu chung về Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256...62

6.2. Các tính năng chính của Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256...63

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

6.2.3. Tín hiệu kiểm tra có độ chính xác cao...63

6.2.4. Mạng tích hợp cho thử nghiệm IEX 61850 IEDs...63

6.2.5. Chức năng đo Analog 10 kênh và Ghi lưu động...64

6.3. Thơng số chính của Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256...64

TÀI LIỆU THAM KHẢO...68

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Hình 2.1. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (TTT) trong chế độ cực đại...4

Hình 2.2. Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch (TTN) trong chế độ cực đại...4

Hình 2.3. Sơ đồ thay thế thình ảnh thứ tự khơng (TTK) trong chế độ cực đại...4

Hình 2.4. Giao diện phần mềm ETAP 19.0.1...9

Hình 2.5. Sơ đồ tính tốn ngắn mạch trong ETAP...9

Hình 2.6. Thơng số của hệ thống...10

Hình 2.7. Thơng số hệ thống chế độ cực đại...11

Hình 2.8. Thơng số hệ thống chế độ cực tiểu...11

Hình 2.9. Thơng số máy biến áp...12

Hình 2.10. Lựa chọn tiêu chuẩn ngắn mạch...13

Hình 2.11. Lựa chọn loại ngắn mạch và kết quả xuất ra...14

Hình 2.12. Kết quả tính tốn ngắn mạch 3 pha tại N2...14

Hình 2.13. Kết quả tính tốn ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2...15

Hình 2.14. Kết quả tính tốn ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2...15

Hình 2.15. Kết quả tính tốn ngắn mạch 2 pha chạm nhau tại N2...15

Hình 2.16. Kết quả tính tốn ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2...16

Hình 2.17. Kết quả tính tốn ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2...16

Bảng 2.5. Tổng kết kết quả tính tốn ngắn mạch ở chế độ min...18

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm...20

Hình 3.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp 3 cuộn dây...21

Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Buchholz Relay...22

Hình 3.4. Vị trí lắp đặt của Buchholz relay...23

Hình 3.5. Bảo vệ cảnh báo chạm đất...25

Hình 3.6. Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp...26

Hình 4.1. Rơle bảo vệ so lệch 7UT613...27

Hình 4.2. Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613...31

Hình 4.3. Đặc tính tác động của Rơ le 7UT633...32

Hình 4.4. Nguyên tắc hãm chức năng của bảo vệ so lệch...34

Hình 4.5. Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF trong rơ le 7UT633.35 Hình 4.6. Đặc tính tác động chống chạm đất của REF...37

Hình 4.7. Rơ le 7SJ621...38

Hình 4.8. Đặc tính dốc tiêu chuẩn; đặc tính rất dốc; đặc tính cực dốc...40

Hình 5.1. Đặc tính bảo vệ so lệch có hãm của Rơ le 7UT613...46

Hình 5.2. Điểm làm việc tại N2...53

Hình 5.3. Điểm làm việc tại N3...54

Hình 5.4. Điểm làm việc tại N1’...56

Hình 5.5. Điểm làm việc tại N2’...57

Hình 5.6. Điểm làm việc tại N3’...58 Y

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Hình 6.3. Thơng số chi tiết bộ khuếch đại dịng CMC 256 plus...65

Hình 6.4. Thơng số chi tiết bộ khuếch đại điện áp CMC 256 plus...65

Hình 6.5. IEC 61850...66

Hình 6.6. Độ tin cậy của CMC 256 plus...67

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Bảng 2.1. Bảng tính tốn điện kháng phụ và hệ số m...2

Bảng 2.2. Các ký hiệu trong ETAP...10

Bảng 2.3. So sánh kết quả 2 phương pháp...16

Bảng 2.4. Tổng kết kết quả tính tốn ngắn mạch ở chế độ max...17

Bảng 2.5. Tổng kết kết quả tính tốn ngắn mạch ở chế độ min...18

Bảng 3.1. Những loại bảo vệ thường dùng của máy biến áp...19

Bảng 4.1. Thông số mạch đầu vào Rơ le 7UT613...29

Bảng 4.2. Thông số đầu vào nhị phân Rơ le 7UT613...30

Bảng 4.3. Thông số đầu ra Rơ le 7UT613...31

Bảng 4.4. Thông số mạch đầu vào Rơ le 7SJ621...41

Bảng 4.5. Thông số đầu vào nhị phân của Rơ le 7SJ621...42

Bảng 4.6. Thông số đầu ra Rơ le 7SJ621...42

Bảng 5.1. Thông số máy biến áp...43

Bảng 5.2. Thông số máy biến dịng được chọn...45

Bảng 5.3. Thơng số các máy biến điện áp đã chọn...45

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

CHƯƠNG 1. MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THƠNG SỐ CHÍNH

1.1. Mơ tả đối tượng

Đối tượng được bảo vệ là máy biến áp 3 cuộn dây 115/23/11 kV. Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp điện đến thanh cái 115 kV, phía trung áp và hạ áp của trạm biến áp lần lượt là 22 kV và 11kV cung cấp điện cho các phụ tải địa phương.

Hình 1.1. Sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN NGẮN MẠCH

2.1. Các giả thiết và cơng thức sử dụng trong tính tốn ngắn mạch

Để giảm khối lượng tính tốn trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết, ta cần có những giả thiết đơn giản hóa khi tiến hành tính tốn ngắn mạch.

Các giả thiết bao gồm:

2.2. Các cơng thức sử dụng cho tính tốn ngắn mạch

Trước hết, ta thành lập sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự khơng, sau đó biến đổi về sơ đồ đẳng trị. Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có thể xác định chung theo biểu thức:

 X1Ʃ là tổng trở thứ tự thuận, được tính dựa trên sơ đồ thay thế thứ tự thuận đã biến đổi về sơ đồ đẳng trị;

 X(n)Δ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch (n), có thể tính theo cơng thức ứng với dạng ngắn mạch tương ứng được liệt kê trong bảng;

thứ tự thuận theo hệ số m(n) . Cơng thức tính hệ số m(n) tương ứng với dạng ngắn mạch n trình bày trong bảng 2.1 với công thức:

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

2.3. Quy đổi các thông số hệ thống và thiết bị2.3.1. Chọn các đại lượng cơ bản

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 trong hệ đơn vị có tên:

I(3)N 2=IcbII× I(3)Na1=1,548 ×7,143=11,057kA

Khơng có dịng điện đi qua BI01, BI02và BI3

Dòng điện pha sự cố đi qua BI1:

IBI1=I1 BI1+I2 BI1+I0 BI1=3,067+3,067+0,833=6,967

Dòng ngắn mạch đi qua BI1 đã loại trừ dịng thứ tự khơng:

I(−0 )BI1=IBI1−I0 BI1=6,967−0,833=6,134

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất, pha cịn lại khơng bị sự cố là pha đặc biệt (giả sử là pha A). Các dịng điện và phân bố tính ra

Dịng sự cố đi qua BI1 là dòng điện của pha B và pha C. Dòng sự cố của pha B và pha C có biên độ bằng nhau nhưng trái dấu nên ta có:

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Dịng sự cố đi qua BI2 là dòng điện của pha B và pha C. Dòng sự cố của pha B và pha C có giá trị biên độ bằng nhau nhưng trái dấu nên ta

Dòng sự cố trong hệ đơn vị có tên:

IBI2'' =IcbII×

|

´IBI2

|

=1,548 ×8,953=13,859 kA

Dịng sự cố chạy qua BI01:

IBI01=3 ×

|

Ia 0 BI1

|

=3 ×1,417=4,251

Dịng sự cố qua BI02:

IBI02=3 ×

|

Ia 0 BI2

|

=3 × 4,313=12,939

Khơng có dịng chạy qua BI3

2.5. Tính tốn ngắn mạch tại điểm N2’

Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N2’, sơ đồ thay thế, quy trình tính dịng sự cố đi qua BI1, BI01, BI02 giống như khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N2. Giá trị dòng

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

2.6. Ứng dụng phần mềm Etap để tính tốn ngắn mạch

Etap là một phần mềm phân tích và vận hành hệ thống điện đang được sử dụng rất phổ biến bởi các ưu điểm vượt trội, có thể áp dụng với các mơ hình hệ thống điện từ đơn giản đến phức tạp, các thiết bị được cập nhật đầy đủ theo các chuẩn QT.

Etap được phát triển bởi công ty Operation Technology, Inc (OTI), phần mềm được dùng để thiết kế và mơ phỏng dựa trên các khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệ thống, phần mềm có khả năng tính tốn và phân tích các thơng số của hệ thống như dịng điện, đánh giá sự ổn định của hệ thống, ...

Etap là một phần mềm có khả năng tính tốn và phân tích tại các bus (thanh cái) của sơ đồ đơn tuyến, nhờ đó chúng ta có thể kiểm sốt, sửa chữa và điều chỉnh kịp thời các thông số tránh những tổn thất đáng tiếc xảy ra.

Ngồi ra cịn các chức năng như:

 Khảo sát phân tích một hệ thống đơn tuyến với nhiều nguồn cung cấp  Phân bố công suất trên hệ thống, phân bố công suất tổn thất trên đường

dây, quá tải trên đường dây, hệ số công suất trên tải

 Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắn mạch đối xứng, chế độ ngắn mạch không đối xứng, ngắn mạch một pha chạm đất, hai pha chạm đất,...

Giao diện của phần mềm Etap 19.0.1:

Trên giao diện phần mềm thể hiện các các thanh công cụ như: Main menu, Stydy View, Study Case Toolbar...Mỗi thanh công cụ chứa mỗi chức năng và hoạt động khác nhau, để tạo nên một tổng thể mô phỏng lưới điện, cài đặt các thông số cũng như thể hiện giá trị được tính tốn bằng các phương pháp khác nhau cụ thể như:

 Thanh công cụ File Menu: là thanh cơng cụ có khả năng truy cập các

hoạt động của hệ điều hành như mở, lưu, in... một sơ đồ đơn tuyến, bao gồm các chức năng như New, Open, Closes Project: tạo, mở hay đóng một dự án mới, ngồi ra cịn chức năng như Data Exchange: để chuyển đổi đi định dạng từ *.OTI sang dạng có đuôi là *.EMF

 Thanh công cụ Edit: các chức năng thường xuyên sử dụng để chỉnh sửa

sơ đồ như Cut, Coppy, Past, Move from: cắt, sao chép, dán, hay di chuyển một phần tử đã chọn.

 Thanh công cụ Viewer: gồm các chức năng như Zoom in, Zoom out,

Zoom fit: là thanh cơng cụ để phóng to, thu nhỏ hay để xem tấc cả các phần tử trên cửa sổ window ở chế độ tốt nhất, mục Grid để hiển thị đường lưới trên sơ đồ.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

 Thanh cơng cụ Project: trong đó có Information là hộp thoại chức các

thơng tin như tên dự án, vị trí của dự án, mã số của hợp đồng… còn Standars là các tiêu chuẩn định dạng cho hệ thống như: tần số, đơn vị chiều dài, tháng, năm... Seting là cài đặt chế độ hoạt động của tải như hoạt động theo hiệu suất, theo động cơ hoặc tải ưu tiên...mục Option dùng để cài đặt chế độ save trong bao nhiêu phút, nhắc nhở trước khi save,...

 Thanh công cụ Tool: Symbols là dòng lệnh sẽ làm thay đổi tấc cả kí hiệu

khi chọn các phần từ sơ đồ đơn tuyến với kí hiệu IEC hoặc kí hiệu ANSI, Orientation là lệnh dùng để thay đổi góc quay từng phần tử hay tấc cả phần tử được chọn với góc quay: 0°, 90°, 180°, 270°. Group và Un Group là lệnh dùng để nhóm các phần tử được chọn thành một nhóm, các phần tử chỉ phụ thuộc duy nhất một nhóm, lệnh Un Group thì tách một nhóm thành các phần tử riêng lẻ trên sơ đồ. Còn lại Use Default Annotation Position là lệnh dùng để chú thích từng phần tử trong sơ đồ đơn tuyến.

Hình 2.5. Giao diện phần mềm ETAP 19.0.1

2.6.1. Tính ngắn mạch bằng Etap

Sử dụng phần mềm Etap xây dựng lưới hệ thống như hình dưới:

Hình 2.6. Sơ đồ tính tốn ngắn mạch trong ETAP

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Ta có bảng các ký hiệu và tên thiết bị sử dụng:

Bảng 2.3. Các ký hiệu trong ETAP

Nguồn (Power Grid) Máy biến áp 3 cuộn dây (

Thanh cái (Bus)

Máy cắt cao áp (HV Circuit

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

 Chế độ cực đại

Nhập thông số vào hệ thống bằng cách nháy đúp vào ký hiệu trên sơ đồ theo hình sau. Sau khi nhập thông số Sđm của hệ thống, ta sẽ thu được kết quả %X Pos.

Dựa vào tỷ lệ XX0 HT

1 HT

=1,4 ta có thể xác định được %X zero và chương trình sẽ tính tốn phần cịn lại như hình:

Hình 2.8. Thơng số hệ thống chế độ cực đại

 Chế độ cực tiểu

Lặp lại tương tự như ở chế độ cực đại ta được thông số của chế độ cực tiểu như hình:

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

 Số liệu máy biến áp

Hình 2.10. Thơng số máy biến áp

b. Tính tốn ngắn mạch tại điểm N2

Sau khi cài đặt thơng số như trên ta bắt đầu tính tốn ngắn mạch tại điểm N2 trình tự tính tốn được thực hiện như sau:

 Sau khi nhập dữ liệu và vẽ lại sơ đồ, chuyển qua tab ở thanh công cụ

đầu thực hiện tính tốn ngắn mạch.

 Sử dụng tab "Edit Study Case" để lựa chọn vị trí cần tính tốn và

vị cho kết quả:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hình 2.11. Lựa chọn tiêu chuẩn ngắn mạch

 Nhấp chọn để thực hiện tính tốn.

 Nhấp chọn để chọn loại ngắn mạch và xuất kết quả ra màn hình:

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 2.12. Lựa chọn loại ngắn mạch và kết quả xuất ra

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

 Dịng ngắn mạch 1 pha chạm đất

Hình 2.17. Kết quả tính tốn ngắn mạch 1 pha chạm đất tại N2

 Dịng ngắn mạch 2 pha chạm đất

Hình 2.18. Kết quả tính tốn ngắn mạch 2 pha chạm đất tại N2

2.6.2. So sánh kết quả tính tay với kết quả trên ETAP

Ta có bảng so sánh giữa kết quả tính tay và tính tốn trên phần mềm ETAP tại điểm ngắn mạch N2 ở chế độ cực đại và cực tiểu

Từ bảng trên cho thấy: kết quả tính tốn bằng tay và tính tốn bằng Etap có sai số nhỏ (<5%) vì vậy phần mềm Etap đủ tin cậy nên ta sẽ sử dụng phần mềm Etap để tính tốn ngắn mạch các điểm cịn lại.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

2.6.3. Kết quả tính tốn ngắn mạch

Thực hiện các bước tính tốn tương tự với các điểm cịn lại ta được bảng kết quả tính tốn ngắn mạch như sau:

Bảng 2.5. Tổng kết kết quả tính tốn ngắn mạch ở chế độ max

ĐiểmNM

DạngNM

Dịng điện qua các BI (kA)

IBI1I0 BI1I(−0 )BI1 IBI01IBI2 I0 BI2I(−0 )BI2 IBI02IBI3

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Bảng 2.6. Tổng kết kết quả tính tốn ngắn mạch ở chế độ min

Dòng điện qua các BI (kA)

IBI1I0 BI1I(−0 )BI1 IBI01 IBI2 I0 BI2I(−0 )BI2 IBI02IBI3

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

CHƯƠNG 3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

3.1. Các dạng hư hỏng và các chế độ làm việc khơng bình thường củamáy biến áp

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra làm hai loại: Hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài.

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp bao gồm các nguyên nhân sau đây:

Những hư hỏng thường gặp bên ngoài máy biến áp bao gồm các nguyên nhân sau đây:

Tùy theo công suất máy biến áp, vị trí vai trị của máy biến áp trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Những loại bảo vệ thường dùng của máy biến áp được giới thiệu trong bảng dưới đây:

Bảng 3.7. Những loại bảo vệ thường dùng của máy biến áp

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất

dự phịng tùy theo cơng suất máy biến áp) Phát hiện sự cố rò gỉ dầu hoặc

áp lực dầu máy biến áp giảm đột ngột quá thấp hoặc quá

 Pressure Relief Valve for Transformers (PRV)

3.2. Các loại bảo vệ cho máy biến áp

Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, thiết bị bảo vệ

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, cịn độ tin cậy khơng tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngồi phạm vi bảo vệ đã được quy định.

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức là tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơ le khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lí đặt vào rơ le và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơ le càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, hay như thường nói rơ le tác động càng nhạy.

3.2.1. Bảo vệ chính cho máy biến áp

- Bảo vệ so lệch có hãm:

Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng cho máy biến áp được biểu thị qua hình sau:

Hình 3.19. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm

Giả sử phía cuộn dây 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2 và 3 nối với phụ tải. Bỏ qua dịng điện kích từ của máy biến áp trong chế độ làm việc bình thường của máy biến áp ta có :

I I I

(3.1)

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc:

Trong đó KH ≤ 0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.

Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng máy biên áp khơng tải và cắt ngắn mạch ngồi, bảo vệ cịn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dịng điện từ hóa.

Để đảm bảo được tác động có hãm khi có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:

IH ILV

Bảo vệ so lệch làm chức năng bảo vệ chính dùng để cắt nhanh máy biến áp khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Chỉnh định chắc chắn khỏi dịng điện khơng cân bằng khi đóng máy biến áp khơng tải, khi cắt ngắn mạch ngồi và dịng điện từ hóa tăng cao khi có quá điện áp và đảm bảo độ nhạy cao với các dạng ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ.

- Bảo vệ so lệch dịng thứ tự khơng ΔI0 (bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế: REF – Restricted Earth Fault):

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Hình 3.20. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp 3 cuộn dây

Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao có trung điểm nối đất của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn. Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự khơng có miền bảo vệ được giới hạn giữa máy biến dịng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự khơng đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp.

Nếu bỏ qua sai số của các máy biến dịng,trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ (điểm N1), ta có:

I0 3.I0 ID 0

Trong đó:

o I0 là dịng thứ tự khơng chạy trong cuộn dây máy biến áp;

o ID là dòng điện chạy trong trung tính máy biến áp.

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N2) ứng với giá trị dòng so lệch: I0 3.I0 ID 0

Lúc này sẽ có dịng qua rơ le và rơ le sẽ tác động.

- Bảo vệ bằng rơ le khí (Buchholz Relay):

Rơ le Buchholz là thiết bị bảo vệ an tồn cho máy biến áp, có khả năng phát hiện được sự cố dò rỉ dầu hoặc áp lực dầu quá thấp hoặc quá cao.

Khi có sự cố bên trong máy biến áp như lỗi cách điện giữa các vòng dây, đứt lõi máy biến áp, lõi máy biến áp quá nhiệt độ cho phép, lúc này nhiệt độ của dầu cách điện trong máy biến áp sẽ tăng lên và sẽ bị phân hủy thành các bọt khí hydrocacbon khác nhau CO2 và CO.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Hình 3.21. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Buchholz Relay

Sự dịch chuyển của dầu làm cho phao thủy ngân đóng cơng tắc mạch báo động để phát tín hiệu cảnh báo. Lượng khí thu được sẽ cho biết mức độ nghiêm trọng của lỗi xảy ra. Trong các lỗi nhỏ, lượng khí tạo ra khơng đủ để di chuyển phao bên dưới. Do đó, trong các lỗi nhỏ, phao dưới không bị ảnh hưởng.

Trong các sự cố lớn như ngắn mạch pha với đất, nhiệt lượng tỏa ra lớn và một lượng lớn khí được tạo ra. Một lượng lớn khí tương tự sẽ chảy lên trên, lượng dầu bị tụt đủ lớn sẽ làm nghiêng phao dưới. Trong trường hợp này, phao thủy ngân phía dưới sẽ đóng cơng tắc và cách ly khỏi nguồn cung cấp.

 Vị trí lắp đặt:

Hình 3.22. Vị trí lắp đặt của Buchholz relay

Rơ le lắp đặt trên đường ống dẫn dầu từ bồn dầu chính đến bồn dầu phụ với các loại

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

- Bảo vệ chống quá tải (49):

Quá tải làm cho nhiệt độ của máy biến áp tăng cao quá mức cho phép, nếu thời gian kéo dài sẽ làm giảm tuổi thọ máy biến áp. Để bảo vệ chống quá tải ở máy biến áp công suất bé dùng loại bảo vệ q dịng điện thơng thường, với máy biến áp lớn, người ta dùng ngun lí hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn của dầu, giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả, nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì sẽ cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống.

3.2.2. Bảo vệ dự phòng

- Bảo vệ q dịng có thời gian I > (51)

Bảo vệ khởi động khi dòng điện qua rơ le vượt quá giá trị dòng điện khởi động (Ikđ) đã cài đặt trước. Dòng điện khởi động của bảo vệ (Ikđ) chọn theo dịng điện danh định của máy biến áp có xét đến trường hợp q tải. Điều kiện khi tính tốn dịng khởi động là phải khơng khởi động ở chế độ bình thường và phải khởi động với dịng sự cố nhỏ

o k là hệ số an toàn, thường được chọn bằng 1,6; o Ilvmax là dòng làm việc lớn nhất cảu máy biến áp.

Bảo vệ có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc. Điều này được thực hiện thông qua phân cấp thời gian theo nguyên tắc bảo vệ gần chỗ sự cố nhất sẽ phải tác động trước. Bậc phân cấp thời gian ∆𝑡 = 0,3𝑠 ÷ 0,6𝑠 đã kể đến các yếu tố: Sai số thời gian của rơle, thời gian cắt máy cắt, thời gian gửi tín hiệu trip từ rơ le, sai số của biến dòng, thời gian dự trữ.

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh I >> (50)

Bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh thường làm bảo vệ dự phòng để chống ngắn mạch do khơng bảo vệ được tồn bộ đối tượng. Dòng khởi động của bảo vệ phải đảm bảo khi ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ thì bảo vệ không tác động.

Dịng khởi động của bảo vệ được tính bằng cơng thức sau:

Ikd k Iat. Nngmax

Trong đó:

o kat là hệ số an tồn (thường chọn kat = 1,1 ÷ 1,3);

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

o INngmax là giá trị ngắn mạch ngoài vùng lớn nhất đi qua bảo vệ, thường là giá trị dòng ngắn mạch 3 pha.

Bảo vệ q dịng pha cắt nhanh khơng bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi ngắn mạch cuối phần tử, bảo vệ cắt nhanh không tác động. Vùng bảo vệ của bảo vệ cắt nhanh phụ thuộc chế độ làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch.

- Bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian I0 > (51N)

Bảo vệ này dùng để chống các dạng ngắn mạch chạm đất các phía. Có thể dùng loại có đặc tính thời gian phụ thuộc (ti lệ nghịch). Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện chạm đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt quá giá trị chỉnh định.

Các trạng thái làm việc của bảo vệ:

IAIBIC 3I0 0

IAIB IC 3I0 0

- Bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh I0 >> (50N)

Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không cắt nhanh thường dùng làm bảo vệ dự phòng để chống ngắn mạch chạm đất . Dịng khởi động của ngắn mạch được tính theo cơng thức: Ikd k0at.I0Nngmax

Trong đó:

o k0at là hệ số an toàn, thường chọn giá trị k0at = 1,1 ÷ 1,2

o I0Nngmax là dịng ngắn mạch ngồi thứ tự không trong chế độ max đi qua bảo vệ, thường được tính theo ngắn mạch 3 pha trên thanh cái cuối phần tử được bảo vệ.

- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF)

Máy cắt điện là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện ở mọi chế độ vận hành:

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

phải gửi tín hiệu cắt tới những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch. Hệ thống bảo vệ này gọi là bảo vệ chống máy cắt hỏng. Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ tại nơi có phần tử bị hư hỏng đã gửi tín hiệu đi cắt máy cắt, nhưng sau một khoảng thời gian, dòng điện sự cố vẫn cịn tồn tại,có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác động. Dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào bảo vệ chống máy cắt hỏng, rơle quá dòng được giữ ở trạng thái tác động, sau một khoảng thời gian 100ms bảo vệ chống máy cắt hỏng gửi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt lân cận nối với chỗ hư hỏng.

- Bảo vệ cảnh bảo chạm đất

Bảo vệ cảnh báo chạm đất thường dùng để phát hiện chạm đất ở hệ thống có trung tính cách điện. Để lọc điện áp thứ tự không thường dùng máy biến điện áp 3 pha 5 trụ với các cuộn thứ cấp được đấu thành hình tam giác hở như hình bên dưới:

Hình 3.23. Bảo vệ cảnh báo chạm đất

3.3. Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

Hình 3.24. Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Chú thích:

 50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.  51 : Bảo vệ q dịng có thời gian.

 46 : Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch.  49 : Bảo vệ chống quá tải.

 59N : Bảo vệ quá điện áp thứ tự không.  87T : Bảo vệ so lệch có hãm.

 87N : Bảo vệ so lệch thứ tự không.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THƠNG SỐ CỦA CÁC LOẠIRƠ LE SỬ DỤNG

4.1. Rơ le 7UT613

Hình 4.25. Rơle bảo vệ so lệch 7UT613

4.1.1. Giới thiệu chung

Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chính cho máy biến áp 3 cuộn dây hoặc máy biến áp tự ngẫu ở tất cả các cấp điện áp. Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ ra). Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phòng như: bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng máy cắt. Bằng cách phối hợp các chức năng hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế với tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiện đại ngày nay.

a) Đặc điểm của rơle 7UT613:

Rơle UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bit.

 Thực hiện xử lý hồn tồn tín hiệu số từ đo lường, lấy mẫu, số hoá các đại lượng đầu vào tương tự đến việc xử lý tính tốn và tạo các lệnh, các tín hiệu đầu ra.

 Cách li hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của TUT613 với các mạch đo lường điều khiển và nguồn điện do các cách sắp xếp đầu vào tương tự của các bộ chuyển đổi, các đầu vào, đầu ra nhị phân, các bộ chuyển đổi DC/AC hoặc AC/DC.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

 Hoạt động đơn giản, sử dụng panel điều khiển tích hợp hoặc máy tính cá nhân sử dụng phần mềm DIGSI.

b) Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613 :

Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp: Đây là chức năng bảo vệ chính của rơ le 7UT613:

tượng quá kích thích máy biến áp bằng cách sử dụng các sóng hài

hoặc thanh góp cỡ nhỏ.

 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF).

 Bảo vệ so lệch trở kháng cao

 Bảo vệ chống chạm vỏ cho máy biến áp.

 Bảo vệ chống mất cân bằng tải.

 Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất.  Bảo vệ quá dòng một pha.

 Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt.  Bảo vệ q kích thích.

 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt. Ngoài ra rơle 7UT613 cịn có các chức năng sau:

 Đóng cắt trực tiếp từ bên ngồi: Rơle nhận tín hiệu từ ngồi đưa vào thông qua các đầu vào nhị phân. Sau khi xử lý thơng tin, rơle sẽ có tín hiệu phản hồi đến các đầu ra, các đèn LED…

 Cho phép người dùng xác định các hàm logic phục vụ cho các phương thức bảo vệ.

 Chức năng theo dõi, giám sát:

 Liên tục tự giám sát các mạch đo lường bên trong, nguồn điện của rơle, các phần cứng, phần mềm tính tốn của rơle với độ tin cậy cao.

 Liên tục đo lường, tính tốn và hiển thị các đại lượng vận hành lên màn hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle.

 Ghi lại, lưu giữ các số liệu, các sự cố và hiển thị chúng lên màn hình hoặc truyền dữ liệu đến các trung tâm điều khiển thông qua

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

4.1.2. Khả năng truyền thông kết nối của rơle 7UT613

Với nhu cầu ngày càng cao trong việc điều khiển và tự động hoá hệ thống điện, các rơle số ngày nay phải đáp ứng tốt vấn đề truyền thông và đa kết nối. Rơle 7UT613 đã thoả mãn các yêu cầu trên, nó có các cổng giao tiếp sau:

 Cổng giao tiếp với máy tính tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp này được đặt ở mặt trước của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin công nghiệp RS232. Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt trên máy tính, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông số, chức năng cũng như các dữ liệu có trong rơle. Điều này đặc biệt thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle trước khi đưa vào sử dụng.

 Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phía sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin cơng nghiệp RS485, do đó có thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4. Với chuẩn RS485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa có thể thực hiện thơng qua MODEM cho phép nhanh chóng phát hiện xử lý sự cố từ xa. Với phương án kết nối bằng cáp quang theo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung. Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kết văn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên máy tính.

 Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phía sau của rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC: 60870-5-103. Đây là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế có hiệu quả tốt trong lĩnh vực truyền thông bảo vệ hệ thống điện. Giao thức này hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới. Thiết bị được nối qua các cáp điện hoặc cáp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này. Cổng kết nối này cũng hỗ trợ các giao thức khác như PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, DNP 3.0

4.1.3. Thông số kỹ thuật của rơ le 7UT613

- Mạch đầu vào

Bảng 4.8. Thông số mạch đầu vào Rơ le 7UT613

Công suất tiêu thụ mỗi đầu vào

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Đầu vào độ nhạy cao ở

Dung lượng quá tải dòng điện đầu vào độ nhạy cao

Dải điện áp cho phép (92-265V)

≤ 15% (AC)

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Dải đo lường 0-200V

- Đầu vào nhị phân