Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ
Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệCHƯƠNG 3LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 3.1 NHỮNG YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa những hậu quả của sự cố. Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện đại là các rơle. Khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn những yêu cầu kĩ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống. Những yêu cầu cơ bản đó là: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy và kinh tế. 3.1.1. Tin cậy.Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn. Người ta phân biệt:- 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.- Độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định.3.1.2.Chọn lọc. Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ được phân ra thành hai loại:- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cậnTrần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 31 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệ- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.3.1.3.Tác động nhanh. Bảo vệ phát hiện và cách li phần tử bị sự cố càng nhanh thì càng giảm được thiệt hại cho hệ thống. Bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kì của dòng công nghiệp).3.1.4.Độ nhạy. Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, là tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lí đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Tuỳ theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác nhau. Các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng từ 1,5 đến 2, các bảo vệ dự phòng từ 1,2 đến 1,5.3.1.5. Tính kinh tế. Đối với lưới trung, hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ lớn, yêu cầu bảo vệ không cao bằng lưới truyền tải cao áp nên cần cân nhắc về tính kinh tế sao cho thiết bị bảo vệ có thể đảm bảo được các yêu cầu về kĩ thuật với chi phí nhỏ nhất.3.2. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA CUỘN DÂY.3.2.1. Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng. Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài. Hư hỏng bên trong bao gồm:- Chạm chập giữa các vòng dây.- Ngắn mạch giữa các cuộn dây.- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất.Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 32 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệ- 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 bão hoà mạch từ. Tuỳ theo công suất của máy biến áp, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp. Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng 3.1. Bảng 3-1Loại hư hỏng Loại bảo vệNgắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất So lệch có hãm (bảo vệ chính). Khoảng cách (bảo vệ dự phòng). Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự phòng tuỳ theo công suất máy biến áp). Quá dòng thứ tự không.Chạm chập các vòng dâyThùng dầu thủng hoặc bị rò dầuRơle khí (BUCHHOLZ)Quá tảiQuá dòng điện Hình ảnh nhiệtQuá bão hoà mạch từChống quá bão hoà3.2.2. Các bảo vệ chống ngắn mạch 1. Bảo vệ so lệch có hãm.Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 33 Chng 3. La chn phng thc bo v Dũng in s cp cỏc phớa ca mỏy bin ỏp khỏc nhau v tr s (theo t s bin gia in ỏp cỏc phớa) v v gúc pha (theo t u dõy: YN, YO; YN, d11), vỡ vy cõn bng dũng in th cp cỏc phớa ca bo v so lch trong ch lm vic bỡnh thng, ngi ta s dng mỏy bin dũng trung gian BGI cú t u dõy phự hp vi t u dõy ca mỏy bin ỏp v t s bin i c chn sao cho cỏc dũng in a vo so sỏnh trong r le so lch cú tr s gn bng nhau. Trong cỏc r le so lch hin i, ngi ta cú th thc hin vic cõn bng pha v tr s ca dũng in th cp cỏc phớa ca mỏy bin ỏp ngay trong r le so lch. Dũng in t húa ca mỏy bin ỏp s to nờn dũng in khụng cõn bng chy qua rle. Tr s quỏ ca dũng in khụng cõn bng ny cú th rt ln trong ch úng mỏy bin ỏp khụng ti hoc ct ngn mch ngoi. Vỡ vy hóm bo v so lch ca mỏy bin ỏp ngi ta s dng dũng in t húa ca bin ỏp. I(hài bậc hai) Hỡnh 3-1. S nguyờn lớ bo v so lch cú hómTrn Th Hng H-HT2-K44 34 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệ Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và hạ áp nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có: íS1 = íS2 + íS3 Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: íLV = íT1 – (íT2 + íT3)Các dòng điện hãm: íH1 = íT1 + íT2 íH2 = íT3 Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: íH = ( íT1 + íT2 + íT3 ).KH Trongđó 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 biến áp không tải và cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa IHM. Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện: íH > íLV 2. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường được dùng làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp. Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện danh định của máy biến áp có xét đến khả năng quá tải. Thời gian làm việc của bảo vệ Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 35 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệchọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống. 3. Bảo vệ chống chạm đất: 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 không có miền bảo vệ được giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp.3.2.3. Các bảo vệ chống quá tải: 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 quá dòng điện thông thường, với máy biến áp lớn, người ta dùng nguyên 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.3.2.4. Bảo vệ bằng rơle khí (Buchholz): Những hư hỏng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 5MVA được bảo vệ bằng rơle khí có hai cấp tác động: cấp 1 báo tín hiệu, cấp 2 cắt các máy cắt nối với máy biến áp. Rơle khí với 2 cấp tác động gồm hai phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ. Trong chế độ làm việc bình Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 36 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệthường, trong bình rơ le đầy dầu, tiếp diểm rơle ở trạng thái hở. Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn vì dầu nóng do quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo. Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch bên trong thùng dầu), luồng dầu vận chuyển từ thùng lên bình giãn dầu xô phao số 2 xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp. Rơle khí còn có thể tác độngkhi mức dầu trong bình rơle giảm thấp do dầu bị rò rỉ hoặc thùng biến áp bị thủng. Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống lại tất cả các sự cố bên trong thùng dầu máy biến áp, tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cũng phát hiện một số trường hợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên máy biến áp (như động đất, các vụ nổ gần nơi đặt máy biến áp …) Đối với máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặt trong thùng dầu riêng và người ta dùng 1 bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải.3.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 37110kV7UT6131RK1250BFI >∆I035kV7SJ612122RK∆II >50BFI >50BFI>>TĐL22kV7SJ6127SJ612I ≥I0>51Ns Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệHình 3-3. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp.1. Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( bảo vệ chính). Bảo vệ so lệch sử dụng loại 7UT613 dùng để bảo vệ các dạng ngắn mạch pha- pha, pha- đất trong phạm vi đặt máy biến dòng 3 phía của máy biến áp. Thiết bị bao gồm cả bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF.2. Bảo vệ rơ le khí máy biến áp Bảo vệ rơ le khí được lắp đặt trên đường ống dẫn dầu từ bình dầu phụ xuống thùng máy biến áp. Bảo vệ được sử dụng để tách tức thời máy biến áp ra khỏi vận hành khi có hư hỏng bên trong máy biến áp ( phóng điện, cháy, chập vòng dây…) dẫn đến sinh ra hơi trong thùng máy biến áp.3. Bảo vệ dự phòng máy biến áp • Bảo vệ dự phòng phía 110 kV:- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc.- Bảo vệ quá tải.- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.• Bảo vệ dự phòng phía 35 kV:- Bảo vệ quá dòng có thời gian.- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.- Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao.Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 38 Chương 3. Lựa chọn phương thức bảo vệ• Bảo vệ dự phòng phía 22 kV:- Bảo vệ quá dòng có thời gian.- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 39 . để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải.3.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44 3711 0kV7 UT6131RK1250BFI >∆I03 5kV7 SJ612122RK∆II. máy biến áp. 3. Bảo vệ dự phòng máy biến áp • Bảo vệ dự phòng phía 110 kV: - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc.- Bảo