Đồ án Tốt nghiệp Tính toán bảo vệ máy biến áp

Êp t¸c ®éng mµ nã cã mét hoÆc hai phao kim lo¹i mang bÇu thuû tinh con cã tiÕp ®iÓm thuû ng©n hoÆc tiÕp ®iÓm tõ. CÊp mét cña b¶o vÖ th­êng t¸c ®éng c¶nh b¸o. CÊp hai t¸c ®éng c¾t m¸y biÕn ¸p ra khái hÖ thèng. ë tr¹ng th¸i b×nh th­êng trong h×nh r¬le ®Çy dÇu, c¸c phao næi l¬ löng trong dÇu, tiÕp ®iÓm r¬le ë tr¹ng th¸i hë. Khi cã sù cè bªn trong thïng dÇu nh­ ch¹m chËp c¸ vßng d©y, cuén d©y, nhiÖt ®é hå quang lµm dÇu bèc h¬i vµ chuyÓn ®éng m¹nh. ¸p suÊt cña h¬i dÇu vµ chuyÓn ®éng cña dÇu nhÊn ch×m c¸c phao xuèng lµm tiÕp ®iÓm cña r¬le ®ãng l¹i göi tÝn hiÖu ®i c¶nh b¸o hoÆc c¾t m¸y biÕn ¸p ra khái hÖ thèng. R¬ le còng t¸c ®éng khi cã hiÖn t­îng rß dÇu, do lóc ®ã møc dÇu trong thïng tôt xuèng v× thÕ c¸c phao còng bÞ tôt xuèng theo møc dÇu lµm cho c¸c tiÕp ®iÓm cña r¬le ®ãng l¹i. NÕu møc dÇu gi¶m Ýt th× chØ tiÕp ®iÓm cña phao cÊp mét ®ãng l¹i göi tÝn hiÖu ®i c¶nh b¸o. NÕu møc dÇu gi¶m nhiÒu th× tiÕp ®iÓm phao cÊp hai ®ãng göi tÝn hiÖu ®i c¾t m¸y c¾t t¸ch m¸y biÕn ¸p ra khái hÖ thèng . c. Nguyªn lý lµm viÖc cña b¶o vÖ so lÖch dßng ®iÖn. PhÇn tö ®­îc b¶o vÖ DI I1 + I2 BI1 IS1 IT1 IT2 BI2 IS2 N2 N1 H×nh 3.5.2: S¬ ®å nguyªn lý b¶o vÖ so lÖch dßng ®iÖn. B¶o vÖ so lÖch dßng ®iÖn ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c so s¸nh c¸c gi¸ trÞ biªn ®é dßng ®iÖn ®i vµo vµ ®i ra cña c¸c phÇn tö ®­îc b¶o vÖ. NÕu sù sai kh¸c gi÷a hai dßng ®iÖn v­ît qu¸ gi¸ trÞ nµo ®ã th× b¶o vÖ sÏ c¶m nhËn ®ã lµ sù cè trong khu vùc b¶o vÖ vµ sÏ t¸c ®éng. Khu vùc b¶o vÖ ®­îc giíi h¹n bëi vÞ trÝ ®Æt cña biÕn dßng ë hai ®Çu phÇn tö ®­îc b¶o vÖ, tõ ®ã nhËn tÝn hiÖu dßng ®Ó so s¸nh. Khi lµm viÖc b×nh th­êng hoÆc ng¾n m¹ch ngoµi th× dßng so lÖch (ISL) qua r¬ le b»ng kh«ng, r¬ le kh«ng lµm viÖc. NÕu bá qua sai sè cña BI th× khi lµm viÖc b×nh th­êng hoÆc ng¾n m¹ch ngoµi t¹i N1 (H.3.5.2) dßng so lÖch qua r¬ le sÏ lµ: ISL = DI=IT1-IT2 = 0. Khi ng¾n m¹ch trong vïng b¶o vÖ (t¹i N2) dßng mét phÝa (IT2) sÏ thay ®æi c¶ chiÒu lÉn trÞ sè. Khi ®ã dßng so lÖch qua r¬ le sÏ lµ: ISL = DI = IT1 - IT2 >> 0 NÕu ISL = DI lín h¬n mét gi¸ trÞ nµo ®ã cña (IK®) dßng khëi ®éng th× b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng t¸ch phÇn tö bÞ sù cè ra. Trªn thùc tÕ do sai sè cña BI, ®Æc biÖt lµ sù b·o hoµ m¹ch tõ, do ®ã trong chÕ ®é b×nh th­êng còng nh­ ng¾n m¹ch ngoµi vÉn cã dßng qua r¬le, gäi lµ dßng kh«ng c©n b»ng (Ikcb). Dßng khëi ®éng cña b¶o vÖ ph¶i ®Þnh sao cho lín h¬n dßng kh«ng c©n b»ng. Ik®bv > Ikcb §Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm viÖc æn ®Þnh vµ tin cËy cña b¶o vÖ, th­êng ng­êi ta sö dông nguyªn lý h·m b¶o vÖ. R¬ le so lÖch cã h·m so s¸nh hai dßng ®iÖn, dßng lµm viÖc (ILV) vµ dßng h·m (IH). R¬ le sÏ t¸c ®éng khi ILV>IH. Trong tr­êng hîp ng¾n m¹ch ngoµi vµ chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, dßng ®iÖn lµm viÖc sÏ bÐ h¬n nhiÒu so víi dßng ®iÖn h·m ILV < IH b¶o vÖ kh«ng t¸c ®éng. ILV = ISL » 0 IH = IT1 + IT2. Khi ng¾n m¹ch t¹i N2 trong ph¹m vi b¶o vÖ lóc ®ã. ILV = ISL = IT1 + IT2. IH = IT1 - IT2. Nh­ vËy ILV > IH b¶o vÖ t¸c ®éng. a2 a1 KH1 KH2 Tga = IH ILVmin ILV>> ILV H×nh 3.5.2b: §Æc tÝnh lµm viÖc so lÖch cã h·m Vïng t¸c ®éng Vïng h·m Vïng h·m bæ xung §èi víi m¸y biÕn ¸p c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao (bËc 2 bËc 5) ®­îc t¸ch ra ®Ó t¨ng c­êng h·m nh»m tr¸nh t¸c ®éng nhÇm cña b¶o vÖ khi ®ãng c¾t m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i, m¸y biÕn ¸p bÞ kÝch thÝch hoÆc ng¾n m¹ch ngoµi. Do dßng ®iÖn tõ ho¸ xung kÝch, xuÊt hiÖn khi c¾t m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i chøa mét ph©n l­îng rÊt lín hµi bËc cao (bËc 2) vµ cã thÓ ®¹t ®Õn trÞ sè cùc ®¹i kho¶ng 20% ¸ 30% trÞ sè dßng sù cè. Cßn khi m¸y biÕn ¸p qu¸ kÝch thÝch th× thµnh phÇn hµi bËc 5 t¨ng lªn ®ét ngét. d. Nguyªn lý lµm viÖc cña b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn c¾t nhanh (50/I>>) vµ cã thêi gian (51/I>). I>> I> t1 I> T2 Qu¸ dßng lµ hiÖn t­îng dßng qua c¸c phÇn tö t¨ng lªn v­ît qu¸ gi¸ trÞ l©u dµi cho phÐp. Qu¸ dßng ®iÖn xuÊt hiÖn khi cã sù cè ng¾n m¹ch hoÆc qu¸ t¶i. Khi lµm viÖc b×nh th­êng dßng qua r¬ le cã gi¸ trÞ nhá h¬n gi¸ trÞ dßng khëi ®éng (IK®) cña r¬le, khi ®ã r¬ le kh«ng lµm viÖc. Khi cã sù cè trong ph¹m vi b¶o vÖ cña r¬le, dßng qua s¬ le t¨ng lªn, nÕu dßng nµy v­ît qu¸ dßng khëi ®éng th× r¬ le sÏ t¸c ®éng. §èi víi r¬le qu¸ dßng ®iÖn c¾t nhanh: Khi dßng ®iÖn Ik®bv qua b¶o vÖ t¨ng ®Õn I > Ik®bv b¶o vÖ t¸c ®éng c¾t m¸y c¾t tøc thêi víi thêi gian t » 0s. §èi víi r¬ le qu¸ dßng ®iÖn cã thêi gian: Khi dßng ®iÖn qua b¶o vÖ (I) t¨ng ®Õn I > Ik®bv th× b¶o vÖ sÏ ho¹t ®éng nh­ng ng­êi ta sÏ khèng chÕ thêi gian ®­a ra tÝn hiÖu ®i c¾t m¸y c¾t. Dßng khëi ®éng cña r¬ le ®­îc chØnh ®Þnh theo biÓu thøc sau: INmin > Ik® = Trong ®ã: ILVmax : Dßng lµm viÖc lín nhÊt cho phÐp ®èi víi phÇn tö ®­îc b¶o vÖ. Kat: HÖ sè an toµn lÊy Kat = 1,1 ¸ 1,2 Km: HÖ sè më m¸y Km = 2 ¸ 5 KV: HÖ sè trë vÒ KV = 0,8 ¸ 0,9 ®èi víi r¬ le c¬, KV = 1 ®èi víi r¬ le tÜnh. INmin: Dßng ng¾n m¹ch cùc tiÓu ®i qua b¶o vÖ ®¶m b¶o cho b¶o vÖ t¸c ®éng ®­îc. d. Nguyªn lý lµm viÖc cña v¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn thø tù kh«ng ®¹t ë trung tÝnh m¸y biÕn ¸p. B¶o vÖ nµy dïng ®Ó chèng c¸c d¹ng ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt phÝa 110kV (H.3.4.2) Trong chÕ ®é b×nh th­êng, nÕu hÖ thèng cã 3 pha hoµn toµn ®èi xøng vµ kh«ng cã thµnh phÇn hµi bËc cao th× dßng ®iÖn ®i qua BI0 lµ b»ng kh«ng. Tuy nhiªn ®iÒu nµy kh«ng thÓ thùc hiÖn ®­îc nªn qua BI0 lu«n cã dßng ®iÖn kh«ng c©n b»ng (IKcb) ch¹y qua. Do ®ã ph¶i chØnh ®Þnh r¬le cã dßng khëi ®éng IK® > IKcb. Trong chÕ ®é sù cè ch¹m ®Êt lóc ®ã dßng thø tù kh«ng ®i qua b¶o vÖ sÏ t¨ng lªn. NÕu IOSC ³ IK® th× b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng. I0 > BI0 35KV 10KV 110KV H×nh 3.4.2 e. B¶o vÖ qu¸ t¶i r¬le nhiÖt (49/q0) B¶o vÖ lo¹i nµy ph¶n ¶nh møc t¨ng nhiÖt ®é ë nh÷ng ®iÓm kiÓm tra kh¸c nhau trong m¸y biÕn ¸p vµ tuú theo møc t¨ng nhiÖt ®é mµ cã nhiÒu cÊp t¸c ®éng kh¸c nhau. CÊp 1: C¶nh b¸o khëi ®éng c¸c møc lµm m¸t, t¨ng tèc ®é tuÇn hoµn cña kh«ng khÝ hoÆc dÇu, gi¶m t¶i m¸y biÕn ¸p. CÊp 2: Sau khi cÊp 1 t¸c ®éng kh«ng mang l¹i hiÖu qu¶ vµ nhiÖt ®é cña m¸y biÕn ¸p vÉn v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp vµ kÐo dµi qu¸ thêi gian qui ®Þnh th× m¸y biÕn ¸p sÏ ®­îc c¾t ra khái hÖ thèng. Ch­¬ng IV Giíi thiÖu tÝnh n¨ng vµ th«ng sè c¸c r¬le ®­îc sö dông Nh÷ng thµnh tùu ®¹t ®­îc trong lÞch sö ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp ®iÖn lùc, ®Æc biÖt lµ trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, cho phÐp thiÕt kÕ vµ x©y dùng c¸c hÖ thèng ®iÖn lín, gåm c¸c m¸y ph¸t ®iÖn, m¸y biÕn ¸p cã c«ng suÊt lín, c¸c ®­êng d©y t¶i ®iÖn cao ¸p vµ siªu cao ¸p, víi c¸c hÖ thèng b¶o vÖ dïng thiÕt bÞ kü thuËt sè víi nh÷ng ­u viÖt rÊt lín. . TÝch hîp ®­îc nhiÒu chøc n¨ng vµo mét hé b¶o vÖ nªn kÝch th­íc gän gµng. . §é tin cËy vµ ®é s½n sµng cao nhê gi¶m ®­îc yªu cÇu b¶o tr× c¸c chi tiÕt c¬ khÝ vµ tr¹ng th¸i cu¶ r¬le lu«n ®­îc kiÓm tra th­êng xuyªn. . §é chÝnh x¸c cao. . C«ng suÊt tiªu thô bÐ » 0,1 VA. . Ngoµi chøc n¨ng b¶o vÖ cßn cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu chøc n¨ng kh¸c: §o l­êng, hiÓn thÞ, ghi chÐp c¸c th«ng sè trong hÖ thèng. . DÔ dµng liªn kÕt víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c vµ víi m¹ng th«ng tin ®o l­êng, ®iÒu khiÓn toµn hÖ thèng ®iÖn. §1: B¶o vÖ m¸y biÕn ¸p §Ó b¶o vÖ cho m¸y biÕn ¸p ë ®©y ta chän lo¹i r¬le 7UT513 (Siemens) lµm b¶o vÖ chÝnh cho m¸y biÕn ¸p; lo¹i SIPROTEC 7SJ600 (Siemens) lµm b¶o vÖ phô vµ lµm b¶o vÖ dù phßng. 1. B¶o vÖ so lÖch m¸y biÕn ¸p (87T/DI). R¬le 7UT513 lµ lo¹i r¬ le sè dïng b¶o vÖ cho m¸y biÕn ¸p 3 cuén d©y. 7UT513 t¸c ®éng nhanh vµ chän läc, chèng l¹i c¸c d¹ng ng¾n m¹ch x¶y ra trong ph¹m vi b¶o vÖ. Ngoµi b¶o vÖ m¸y biÕn ¸p 3 cuén d©y, r¬le cßn ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ c¸c ®iÓm ph©n nh¸nh cã 3 nh¸nh hoÆc phÇn tö cã 3 ®Çu vµo. R¬le còng ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ chèng ch¹m ®Êt h¹n chÕ cho m¸y biÕn ¸p, kh¸ng ®iÖn vµ m¸y ®iÖn cã ®iÓm trung tÝnh nèi ®Êt trùc tiÕp. R¬le cã bé phËn b¶o vÖ qu¸ dßng cã thêi gian vµ bé phËn qu¸ t¶i nhiÖt, cã thÓ b¶o vÖ qu¸ dßng vµ qu¸ t¶i cho c¸c cuén d©y. 1.1. Mét sè tÝnh n¨ng ho¹t ®éng cña R¬le. - §Æc tÝnh lµm viÖc æn ®Þnh. - æn ®Þnh víi dßng ®ét biÕn chøa sãng hµi bËc 2. - æn ®Þnh víi dßng kh«ng c©n b»ng tho¸ng qua hoÆc l©u dµi. - Lµm viÖc tin cËy víi thµnh phÇn 1 chiÒu vµ sù b·o hoµ cña m¸y biÕn dßng (BI). - Cã ®é æn ®Þnh cao ®èi víi c¸c møc ®é b·o hoµ kh¸c nhau cña BI. - Tèc ®é t¸c ®éng nhanh ®èi víi dßng sù cè lín. - Cã thÓ t¨ng ®é nh¹y ®èi víi sù cè ch¹m ®Êt b»ng c¸ch hiÖu chØnh dßng thø tù kh«ng. - ThÝch øng víi c¸c tæ ®Êu d©y cña m¸y biÕn ¸p. - ThÝch øng víi c¸c tû sè biÕn ®æi cña BI víi sù kh¸c nhau cña dßng danh ®Þnh. 1.2. C¸c th«ng sè kü thuËt vµ ph¹m vi chØnh ®Þnh. 1.2.1. C¸c th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña R¬le. M¹ch ®o l­êng. Dßng danh ®Þnh (IN): 1A hoÆc 5A TÇn sè danh ®Þnh: 50 Hz. C«ng suÊt tiªu thô: 0,1 VA/pha. t­¬ng øng víi Id® = 1A 0,1 VA/pha t­¬ng øng víi Id® = 5A. Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i nhiÖt: 100 Id® trong thêi gian £ 1s 20 Id® trong thêi gian £ 10s 4 Id® trong thêi gian l©u dµi. Qu¸ t¶i xung: 250 I®m trong nöa chu kú. §iÖn ¸p nguån thao t¸c (®iÖn ¸p lµm viÖc cña r¬le) nguån mét chiÒu qua bé chØnh l­u: 24V ¸ 250V DC. §iÖn ¸p danh ®Þnh (VDC) 24/48 60/110/125 220/250 Ph¹m vi thay ®æi cho phÐp 19/56 48/144 176/288 C«ng suÊt tiªu thô: 13 - 22W. Thêi gian phôc håi ®iÖn ¸p khi sù cè m¹ch 1 chiÒu lín h¬n hoÆc b»ng 50S ë U®m ³ 110 VDC. TiÕp ®iÓm t¸c ®éng: Sè r¬le t¸c ®éng: 5 Sè tiÕp ®iÓm trªn mét r¬le: 2 th­êng më (NO) Dung l­îng ®ãng: 100W/VA. Dung l­îng c¾t: 30W/VA §iÖn ¸p t¸c ®éng: 250 V Dßng cho phÐp: 30 A trong 50s. TiÕp ®iÓm b¸o tÝn hiÖu: Sè r¬le tÝn hiÖu: 11 Sè tiÕp ®iÓm trªn mét r¬le: 1 chuyÓn tiÕp (CO) hoÆc 1 th­êng më (NO) Dung l­îng ®ãng, c¾t: 20W/VA. Dßng cho phÐp: 1 A. §Çu vµo nhÞ ph©n. Sè ®Çu vµo: 5 §iÖn ¸p lµm viÖc: 24 - 250 VDC. Dßng ®iÖn tiªu thô: 2,5mA. 1.2.2. Ph¹m vi chØnh ®Þnh ®èi víi chøc n¨ng b¶o vÖ so lÖch MBA. . CÊp 1: ISL >; 0,15 Id ®B ¸2Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,01 Id®B. . CÊp 2: ISL >>; 0,5 Id®B ¸20Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,1 Id®B. Trong ®ã: Id®B lµ dßng danh ®Þnh cña m¸y biÕn ¸p. . Tû lÖ dßng ®ét biÕn (Chøa sãng hµi bËc 2); 10% ¸ 80% b­íc chØnh ®Þnh 1%. . Tû lÖ sãng hµi bËc cao (bËc 3, 4, 5): 10% ¸ 80% b­íc chØnh ®Þnh 1%. . Thêi gian chØnh ®Þnh: 0,00S ¸ 60,00s b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. . Thêi gian ph¶n ­ng cña r¬le: 18ms ¸ 35ms. 1.3. Ph­¬ng thøc ho¹t ®éng. a. Sù phèi hîp c¸c gi¸ trÞ ®o. C¸c dßng ®iÖn ®­îc cÊp ®Õn bé b¶o vÖ theo tõng pha qua c¸c m¸y biÕn dßng trung gian. C¸c cæng vµo ®­îc c¸ch ®iÖn víi nhau vµ c¸ch ®iÖn ®èi víi m¹ch ®iÖn. §iÒu nµy cho phÐp thùc hiÖn ®iÓm trung tÝch ngoµi bé b¶o vÖ hoÆc thªm vµo thiÕt bÞ t¹o trung tÝnh trong m¹ch dßng. Sù phèi hîp tû sè m¸y biÕn ¸p lùc, m¸y biÕn dßng vµ sù lÖch pha do tæ ®Êu d©y cña m¸y biÕn ¸p cÇn b¶o vÖ, ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch hoµn toµn to¸n häc. Th«ng th­êng kh«ng ph¶i dïng c¸c m¸y biÕn dßng phèi hîp. C¸c dßng ®iÖn vµo ®­îc biÕn ®æi tû lÖ víi dßng ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p lùc. §iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch khai b¸o d÷ liÖu ®Þnh møc m¸y biÕn ¸p lùc nh­ lµ: Dßng ®iÖn ®Þnh møc c«ng suÊt ®Þnh møc trong khi chØnh ®Þnh b¶o vÖ. Khi tæ ®Êu d©y ®· ®­îc khai b¸o, thiÕt bÞ b¶o vÖ cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn viÖc so s¸nh dßng ®iÖn theo c«ng thøc ®· ®Þnh tr­íc. Dßng ®iÖn ®­îc biÕn ®æi b»ng c¸c ma trËn, víi c¸c h»ng sè ®­îc lËp tr×nh m« pháng c¸c dßng so lÖch trong c¸c cuén d©y cña m¸y biÕn ¸p. C¸c nhãm vÐc t¬ ®Òu cã thÓ ®­îc khai b¸o (kÓ c¶ ®æi pha). Ngoµi ra dßng ch¹m ®Êt cã thÓ ®­îc lo¹i trõ. Bëi vËy, c¸c dßng sù cè ®i qua m¸y biÕn ¸p khi cã sù cè ch¹m ®Êt trong l­íi ®iÖn ®­îc v« hiÖu ho¸. b. §¸nh gi¸ c¸c ®¹i l­îng ®o. Sau khi dßng ch¹m ®Êt (dßng thø tù kh«ng) ®­îc lo¹i trõ r¬le tÝch tû sè biÕn dßng, nhãm vÐc t¬, c¸c gi¸ trÞ dßng ®iÖn so lÖch (DIFF) vµ c¸c gi¸ trÞ dßng ®iÖn h·m (STAB) c¸c gi¸ trÞ tøc thêi cña dßng s¬ cÊp (i1), thø cÊp (i2) cÊp thø 3 (i3) cña c¸c pha A, B, C cña m¸y biÕn ¸p theo c¸c mèi t­¬ng quan sau: DIFF = ISL = STAB = IH = So s¸nh c¸c gi¸ trÞ DIFF vµ STAB víi ®Æc tÝnh c¾t, ®Æc tÝnh nµy ph©n chia vïng t¸c ®éng vµ vïng kh«ng t¸c ®éng. C¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc chÝnh cña b¶o vÖ. §iÒu kiÖn 1: LiÖc b×nh th­êng hoÆc ng¾n m¹ch ngoµi ph¹m vi b¶o vÖ: Trong tr­êng hîp nµy dßng I1 vµ I2 cã cïng ®é lín vµ ng­îc chiÒu nhau: I1=-I2. ISL = = 0 IH = = 2 I1. Khi ®ã kh«ng cã tÝn hiÖu t¸c ®éng (ISL = 0), dßng ®iÖn b»ng hai lÇn dßng ng¾n m¹ch ®i qua (IH = 2I1). §iÒu kiÖn 2: Ng¾n m¹ch trong ph¹m vi b¶o vÖ (phÇn tö cã sè ®Çu vµo vµ ra lín h¬n hoÆc b»ng 2) khi 2 nguån cung cÊp tõ hai phÝa lóc ®ã I3 = 0, dßng I1 vµ I2 cïng chiÒu. ISL = IH = Dßng so lÖch vµ h·m b»ng tæng c¸c dßng sù cè. §iÒu kiÖn 3: Ng¾n m¹ch trong ph¹m vi b¶o vÖ, nguån cung cÊp tõ mét phÝa. Tr­êng hîp nµy I2 = 0. ISL = = I1 ; IH = = I1. Dßng so lÖch (IDIFF) vµ dßng h·m (ISTAB) b»ng nhau vµ b»ng dßng sù cè mét phÝa. Nh­ vËy ®èi víi c¸c sù cè trong ph¹m vi b¶o vÖ cña r¬le cã ISL = IH vµ ®Æc tÝnh sù cè lµ ®øng th¼ng cã ®é dèc b»ng 1 (H×nh 4.1) Vïng (h·m bæ xung) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vïng h·m Vïng t¸c ®éng §Æc tÝnh sù cè Gi¸ trÞ ®Æt I/IN IH Id®B ISL Id®B 7 6 5 4 3 2 1 0 a b c d IBASA H×nh 4.1: §Æc tÝnh khëi ®éng cña b¶o vÖ cïng c¸c gi¸ trÞ chØnh ®Þnh §o¹n ®Æc tÝnh (a), biÓu diÔn ng­ìng nh¹y cña r¬le khi xÐt ®Õn dßng kh«ng c©n b»ng cè ®Þnh qua r¬le trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng. §o¹n ®Æc tÝnh (b), xÐt ®Õn dßng kh«ng c©n b»ng do sai sè cña BI sinh ra, sù kh¸c nhau cña tû sè biÕn dßng, sù thay ®æi ®Çu ph©n ¸p cña m¸y biÕn ¸p. §o¹n nµy biÓu diÔn møc h·m cao h¬n. §o¹n ®Æc tÝnh (c), biÓu diÔn møc h·m cao h¬n nh»m ®¶m b¶o cho r¬le lµm viÖc tin cËy trong ®iÒu kiÖn dßng kh«ng c©n b»ng lín. §o¹n ®Æc tÝnh (d) biÓu diÔn ng­ìng t¸c ®éng c¾t nhanh cña b¶o vÖ. Khi dßng so lÖch ®¹t ®Õn trÞ sè cña ng­ìng nµy, b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng c¾t nhanh mµ kh«ng quan t©m ®Õn dßng h·m (IH). c) Chøc n¨ng ph©n tÝch tÇn sè, h·m h»ng sè sãng hµi bËc cao. Dßng so lÖch cã thÓ suÊt hiÖn kh«ng chØ bëi sù cè trong m¸y biÕn ¸p hoÆc qu¸ kÝch thÝch cña m¸y biÕn ¸p mµ cßn bëi dßng tõ ho¸ xung kÝch khi ®ãng m¸y biÕn ¸p kh«ng t¶i, hoÆc m¸y biÕn ¸p qu¸ kÝch thÝch. C¸c tr­êng hîp nµy ®­îc ph¸t hiÖn b»ng c¸ch ph©n tÝch c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao chøa trong chóng. Dßng xung kÝch cã thÓ lín gÊp nhiÒu lÇn so víi dßng ®Þnh møc cña m¸y biÕn ¸p vµ ®­îc ®Æc tr­ng bëi thµnh phÇn hµi bËc 2 chøa trong nã (gÊp ®«i tÇn sè c«ng nghiÖp) hµi nµy th­êng kh«ng cã trong tr­êng hîp sù cè ng¾n m¹ch. Bªn c¹nh sãng hµi bËc 2 c¸c thµnh phÇn bËc cao kh¸c cïng xuÊt hiÖn. §Æc biÖt lµ thµnh phÇn hµi bËc 5, t¨ng lªn mét c¸ch ®ét ngét khi m¸y biÕn ¸p bÞ qu¸ kÝch thÝch. C¸c bé läc sè ®­îc dïng ®Ó thùc hiÖn ph©n tÝch FURE dßng so lÖch (ISL). Khi l­îng hµi v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®Æt r¬le sÏ bÞ h·m. 2.0 1,0 0,5 0,2 0,15 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Adjustable e.g IDIFF>/IN = 0,2 Adjustable e.g 2nd harmonic = 15% I2f/IfN IfN IN TRIP BLOCK 2.0 1,0 0,5 0,2 0,15 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Adjustable e.g IDIFF>/IN = 0,4 Adjustable 5nd harmonic = 40% I5f/IfN IfN IN TRIP BLOCK d. H·m bæ sung. Vïng h·m bæ xung nh»m t¨ng c­êng ®é æn ®Þnh cña r¬le trong tr­êng hîp BI bÞ b·o hoµ m¹nh do ng¾n m¹ch ngoµi. R¬le 7UT513 ®­îc trang bÞ thiÕt bÞ chØ b¸o b·o hoµ thiÕt bÞ nµy sÏ ph¸t hiÖn sù b·o hoµ vµ khëi ®éng h·m bæ sung. Sù b·o hoµ cña BI trong khi ng¾n m¹ch ngoµi ®­îc ph¸t hiÖn bëi dßng h·m lín, dßng h·m nµy nhanh chãng chuyÓn ®iÓm lµm viÖc vµo vïng h·m nµy nhanh chãng chuyÓn ®iÓm lµm viÖc vµo vïng h·m bæ sung. Khi xuÊt hiÖn ng¾n m¹ch trong, ®iÓm lµm viÖc lËp tøc chuyÓn ®Õn ®Æc tÝnh sù cè, thiÕt bÞ chØ b¸o b·o hoµ thùc hiÖn quyÕt ®Þnh nµy chØ trong mét nöa chu kú ®Çu sau khi sù cè xuÊt hiÖn. e. Khëi ®éng c¾t: Khi dßng so lÖch (DIFF) ®¹t tíi 75% gi¸ trÞ ®Æt, b¶o vÖ khëi ®éng. Ch­¬ng tr×nh thùc hiÖn tù kiÓm tra vµ ®o l­êng vËn hµnh ®­îc chuyÓn vÒ chÕ ®é nÒn, toµn bé kh¶ n¨ng tÝnh to¸n ®­îc dïng cho c¸c thuËt to¸n b¶o vÖ. §Ó cã quyÕt ®Þnh ph¸t tÝn hiÖu c¾t cÇn tho¶ m·n c¸c tiªu chuÈn sau: . Dßng DIFF tÇn sè c«ng nghiÖp cÇn v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®· ®­îc chØnh ®Þnh. . L­îng hµi bËc 2 vµ hËc 5 kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®· ®­îc ®Æt. . Tû sè gi÷a dßng so lÖch (DIFF) vµ dßng h·m (STAB) thÓ hiÖn sù cè bªn trong vïng b¶o vÖ. Trong tr­êng hîp ®Æc biÖt, hai tiªu chuÈn n÷a cã thÓ ®­îc chÊp thuËn tr­íc khi tÝn hiÖu c¾t ®­îc ®­a ®Õn r¬le c¾t. QuyÕt ®Þnh c¾t tån t¹i suèt thêi gian trÔ TDIFF (nÕu ®Æt thêi gian trÔ). Kh«ng cã tÝn hiÖu kho¸ ng­êi (B¶o vÖ cã thÓ ®­îc kho¸ qua cæng nhÞ ph©n). NÕu c¶ 5 tiªu chuÈn trªn ®­îc ®¸p øng, c¸c r¬le c¾t sÏ t¸c ®éng. . R¬le sÏ trë vÒ khi trong 2 chu kú khëi ®éng kh«ng nhËn ®­îc tÝn hiÖu dßng so lÖch, tøc lµ gi¸ trÞ so lÖch (DIFF) tôt thÊp qu¸ 50% gi¸ trÞ ®Æt. 1.4. C¸c chøc n¨ng kh¸c. a. B¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt. Trong tæ hîp r¬le 7UT51 cßn cã bé b¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt ®Ó b¶o vÖ m¸y biÕn ¸p khái bÞ thiÖt h¹i g©y bëi qu¸ t¶i. Bé b¶o vÖ tÝnh ®é t¨ng nhiÖt theo m« h×nh nhiÖt cña mét vËt thÓ ®éc lËp (Single - body) theo biÓu thøc: Trong ®ã: q: §é t¨ng nhiÖt ®é tøc thêi t­¬ng øng qua nhiÖt ®é cuèi víi dßng ®iÖn cao nhÊt cho phÐp. t: H»ng sè thêi gian nhiÖt cho viÖc nung nãng cuén d©y m¸y biÕn ¸p. I: Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn tøc thêi cuén d©y (gi¸ trÞ cùc ®¹i), t­¬ng øng víi dßng cña cuén d©y cã c«ng suÊt cho phÐp lín nhÊt Imax = K.IN. Sù t¨ng nhiÖt ®é ®­îc tÝnh to¸n theo dßng ®iÖn pha. ViÖc tÝnh to¸n còng cã thÓ ®­îc thùc hiÖn theo pha cã tèc ®é t¨ng nhiÖt ®é cao nhÊt, gi¸ trÞ trung b×nh cña ®é t¨ng nhiÖt ®é pha hoÆc pha cã dßng ®iÖn lín nhÊt. Khi nhiÖt ®é t¨ng tíi møc ®Æt ®Çu tiªn, ®Ìn b¸o ®éng c¶nh b¸o s¸ng. b¸o hiÖu ph¶i gi¶m t¶i. NÕu møc t¨ng nhiÖt ®¹t tíi møc ®Æt thø 2, m¸y biÕn ¸p cã thÓ ®­îc c¾t bëi hÖ thèng. R¬le còng cã bé phËn c¶nh b¸o khi qu¸ dßng. . Ph¹m vi chØnh ®Þnh cña chøc n¨ng b¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt. Ngoµi hÖ sè qu¸ t¶i K, h»ng sè thêi gian 2 vµ nhiÖt ®é b¸o hiÖu qWARN ph¶i ®­îc cµi ®Æt vµo b¶o vÖ. HÖ sè qu¸ t¶i K = 0,1 ¸ 4, b­íc chØnh ®Þnh 0,01. H»ng sè thêi gian t = 1 ¸9,999 phót, b­íc chØnh ®Þnh 0,1 phót. Møc t¨ng nhiÖt ®é b¸o ®éng: 0,1 Id®cd ¸ 4Id®cd, b­íc chØnh ®Þnh 0,01Id®cd (Id®cd: dßng ®iÖn danh ®Þnh cuén d©y). . R¬le cã hai ®Æc tÝnh thêi gian lµm viÖc (H.4.4) tr­íc khi qu¸ t¶i m¸y biÕn ¸p mang t¶i. t = t.Ln Tr­íc khi qu¸ t¶i m¸y biÕn ¸p mang t¶i 90% t¶i ®Þnh møc. t = t.Ln . t phót 1000 20 0.20 0.10 0.05 1 2 10 3 0.50 0.30 2 1 5 2 4 3 6 5 1 I/k.I 5 10 8 10 12 N 100 20 50 500 200 100 30 50 t / phót 20 500 1000 100 200 50 I/k.I 20 0.20 0.10 0.05 1 2 0.50 0.30 1 5 10 3 2 3 2 1 4 5 5 8 6 10 12 10 N t phót t / phót 100 30 50 §Æc tÝnh thêi gian cña b¶o vÖ qu¸ t¶i - cã theo dâi toµn bé dßng phô t¶i (Ban ®Çu kh«ng mang t¶i) §Æc tÝnh thêi gian b¶o vÖ qu¸ t¶i cã theo dâi toµn bé dßng phô t¶i (Ban ®Çu mang 90% t¶i ®Þnh møc) H×nh 4.4. §Æc tÝnh thêi gian b¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt r¬le 7UT513 b. B¶o vÖ qu¸ dßng cã thêi gian. Cã thÓ dïng lµm b¶o vÖ dù phßng cho c¸c cuén d©y m¸y biÕn ¸p víi ®Æc tÝnh thêi gian ®éc lËp hoÆc phô thuéc. §Æc tÝnh thêi gian ®éc lËp cã 2 cÊp t¸c ®éng. CÊp I>: I/Id®B = 0,1 ¸ 30, b­íc chØnh ®Þnh 0,01. Thêi gian t¸c ®éng: 0,00s ¸ 32,0s, b­íc chØnh ®Þnh 0,01s CÊp I>>: I/Id®B = 0,1 ¸ 30, b­íc chØnh ®Þnh 0,01. Thêi gian t¸c ®éng: 0,00s ¸ 32,0s, b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. * §Æc tÝnh thêi gian phô thuéc. Cã ba hä ®­êng cong ®Æc tÝnh phô thuéc (H.4.1.5). Phô thuéc b×nh th­êng (®é dèc b×nh th­êng) t = (s) Phô thuéc rÊt cao (cùc dèc) t = (s) * Ph¹m vi chØnh ®Þnh ®èi víi ®Æc tÝnh phô thuéc. Ip: 0,1 . Id®B ¸ 20.Id®B, b­íc chØnh ®Þnh 0,01 Id®B. TP: 0,5s ¸ 32,0s, b­íc chØnh ®Þnh 0,01s 10 2 0.1 0.05 0.4 0.3 0.2 0.50 1 t[s] 40 30 20 5 4 3 10 100 50 2 4 6 8 8 I/Ip 20 0.5 2 1 4 Tp[s] 32 16 Phô thuéc cao (b) Phô thuéc th­êng (a) 100 30 0.4 0.3 0.2 0.50 0.1 0.05 t[s] 2 2 1 4 40 10 5 4 3 20 50 Tp[s] 0.5 32 6 8 10 I/Ip 20 2 4 8 16 0.2 0.05 0.1 4 0.50 0.3 0.4 3 2 1 50 40 20 30 10 5 4 2 6 8 10 t[s] 100 8 I/Ip 20 4 Tp[s] 32 16 Phô thuéc rÊt cao (c) H×nh 4.5: §Æc tÝnh thêi gian phô thuéc cña r¬le 7UT513 c. B¶o vÖ chèng ®Êt h¹n chÕ (BVCC§HC) Dïng ®Ó b¶o vÖ cuén d©y m¸y biÕn ¸p, m¸y ph¸t ®iÖn, ®éng c¬, kh¸ng ®iÖn cã trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt. §é nh¹y cao víi ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt trong vïng b¶o vÖ. §é æn ®Þnh cao khi x¶y ra ng¾n m¹ch ch¹m ®Êt trong vïng b¶o vÖ v× dïng ph­¬ng ph¸p æn ®Þnh b»ng c¸ch tÝnh to¸n ®é lín vµ gãc pha cña dßng ng¾n m¹ch. * Giíi h¹n chØnh ®Þnh dßng: 0,05 ¸ 2,00, B­íc chØnh ®Þnh 0,01. * Gãc giíi h¹n: fLIMITS = (I'0, I''0). Trong ®ã: I'0 lµ dßng ®iÖn ®i qua BI ®Æt ë d©y trung tÝnh nèi ®Êt. I''0 lµ dßng ®iÖn ®i qua BI ®Æt ë c¸c ®Çu ra cña d©y cuèn m¸y biÕn ¸p. * HÖ sè h·m dßng ®iÖn kh«ng c©n b»ng (K) K = 10% ¸ 80%; B­íc chØnh ®Þnh 1%. * Thêi gian t¸c ®éng: 0,00S ¸ 60,00s; b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. * Thêi gian trë vÒ: 0,008 ¸ 60,00s; b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. LIMIT Vïng t¸c ®éng - 0.4 F - 0.5 - 0.2 - 0.3 4 - 0.1 0 1 3 2 REF Io' I Vïng khãa. 0.1 0.2 0.3 0.4 I'0/I''0 H×nh 4.1.4a: §Æc tÝnh t¸c ®éng cña b¶o vÖ chèng ch¹m ®Êt phô thuéc vµo tØ sè dßmg ®iÖn: I0"/I0'. Vïng t¸c ®éng LIMIT F 1 3 4 2 3 Io' REF I (Io',Io") Vïng khãa. F H×nh 4.1.4b: §Æc tÝnh t¸c ®éng cña b¶o vÖ chèng ch¹m ®Êt phô thuéc vµo gãc lÖch pha gi÷a I0' , I0''. * Nguyªn lý cña BVCC§HC: 7UT513 I0''= I1 + I2 + I3 I0' I1 I3 I2 H×nh 4.I.4c. B¶o vÖ so s¸nh dßng ®iÖn ®i qua d©y nãi trung tÝnh (I'0) víi tæng dßng ®iÖn TTK ch¹y trong c¸c pha (I''0) * Dßng ®iÖn t¸c ®éng: IREF = ½I'0½ * Dßng ®iÖn h·m ISTAB = K ( ½I'0 - I''0½ + ½I'0 + I''0½) (trong ®ã: K lµ hÖ sè h·m). * Gi¶ thiÕt K = 1, biªn ®é I'0 vµ I''0 b»ng nhau th× ng¾n m¹ch ngoµi hoÆc chÕ ®é b×nh th­êng IREF = ½I'0½ ; ISTAB = 2. ½I'0½ B¶o vÖ hÖ kho¸: Khi ng¾n m¹ch trong vïng b¶o vÖ: IREF = ½I'0½ ; ISTAB = 0 hoÆc -2 ½I'0½ b¶o vÖ sÏ t¸c ®éng. * Trªn ®©y ta xÐt tr­êng hîp coi nh­ I'0 vµ I''0 lµ cïng pha nÕu ng¾n m¹ch trong vïng b¶o vÖ hoÆc ng­îc pha nÕu ng¾n m¹ch ngoµi vïng b¶o vÖ. * Thùc tÕ do sai sè cña BI nªn ph¶i xÐt ®Õn gãc f (I''0, I'0). §Æc tÝnh t¸c ®éng cña b¶o vÖ nh­ h×nh vÏ (h×nh 4.1.4.b). §2. B¶o vÖ qu¸ dßng cã thêi gian (I > /51) §Ó b¶o vÖ qu¸ dßng cho m¸y biÕn ¸p ë c¸c phÝa dïng lo¹i r¬le SIPROTEC 7SJ600 (Siemens) r¬le ®­îc ®Æt ë c¶ ba phÝa cña m¸y biÕn ¸p ®Ó b¶o vÖ qu¸ dßng, qu¸ t¶i, ®Æt ë d©y nèi ®Êt trung tÝnh m¸y biÕn ¸p ®Ó b¶o vÖ qu¸ I0. SIPROTEC 7SJ600 lµ lo¹i r¬le sè cã ®Æc tÝnh thêi gian ®éc lËp vµ ®Æc tÝnh phô thuéc. R¬le ®­îc sö dông ®Ó b¶o vÖ m¸y biÕn ¸p, ®­êng d©y bªn kh«ng, ®­êng d©y c¸p, ®éng c¬. Bªn c¹nh b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn r¬le 7SJ600 cßn b¶o vÖ qu¸ t¶i nhiÖt, b¶o vÖ qu¸ t¶i kh«ng ®èi xøng vµ kiÓm tra thêi gian më m¸y ®éng c¬. R¬le cã kh¶ n¨ng l­u tr÷ th«ng tin tøc thêi cña c¸c sù cè x¶y ra trong m¹ng, phôc vô cho viÖc ph©n tÝch c¸c sù cè tiÕp theo. Dßng sù cè ®­îc ph¸t hiÖn trong tõng pha riªng biÖt, dßng qua ®Êt ®­îc t×nh to¸n tõ dßng c¸c pha. R¬le lµm viÖc tin cËy ®èi víi thµnh phÇn mét chiÒu, dßng tõ ho¸ ®ét biÕn, dßng ®iÖn n¹p vµ tÇn sè cao trong dßng ®o l­êng. R¬le cã bèn hä ®Æc tÝnh thêi gian phô thuéc theo tiªu chuÈn IEC vµ t¸m hä ®Æc tÝnh thêi gian phô thuéc theo tiªu chuÈn ANSI/TEEE. 2.1. Th«ng sè kü thuËt chÝnh. Dßng danh ®Þnh: 1A hoÆc 5A. TÇn sè danh ®Þnh: 50Hz C«ng suÊt tiªuthô: §èi víi dßng 1A, < 0,1 VA. Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i: Qu¸ t¶i nhiÖt 100Id® trong thêi gian £ 1s 30 Id® Id® trong thêi gian £ 10s 4 Id® trong thêi gian l©u dµi Qóa t¶i xung: 250. Id® trong thêi gian mét nöa chu kú. 2.2. §Æc tÝnh lµm viÖc cña r¬le vµ ph¹m vi chØnh ®Þnh. a. Bèn hä ®Æc tÝnh thêi gian phô thuéc theo tiªu chuÈn IEC. §Æc tÝnh thêi gian lµm viÖc: Phô thuéc b×nh th­êng: t = .Tp (s) Phô thuéc cao: t .Tp (s) Phô thuéc rÊt cao. t = Dïng cho ch¹m ®Êt kÐo dµi: t = Trong ®ã: t: Thêi gian t¸c ®éng c¾t. TP: Thêi gian trÔ chØnh ®Þnh. I: Dßng sù cè. IP: Gi¸ trÞ dßng khëi ®éng. Trong tr­êng hîp sù cè ch¹m ®Êt, thay IP b»ng IEP vµo c¸c ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh trªn khi sö dông r¬le vµo lµm b¶o vÖ ch¹m ®Êt. (IE - dßng qua ®Êt). Víi mçi ®Æc tÝnh thêi gian phô thuéc cßn cã thªm cÊp t¸c ®éng thø hai tøc thêi hoÆc cã ®Æc tÝnh thêi gian ®éc lËp vµ cÊp thø ba t¸c ®éng tøc thêi. 10 2 0.1 0.05 0.4 0.3 0.2 0.50 1 t[s] 40 30 20 5 4 3 10 100 50 2 4 6 8 8 I/Ip 20 0.5 2 1 4 Tp[s] 32 16 Phô thuéc cao (b) Phô thuéc th­êng (a) 100 30 0.4 0.3 0.2 0.50 0.1 0.05 t[s] 2 2 1 4 40 10 5 4 3 20 50 Tp[s] 0.5 32 6 8 10 I/Ip 20 2 4 8 16 0.2 0.05 0.1 4 0.50 0.3 0.4 3 2 1 50 40 20 30 10 5 4 2 6 8 10 t[s] 100 8 I/Ip 20 4 Tp[s] 32 16 Phô thuéc rÊt cao (c) 1000 300 4 3 2 5 1 0.05 t[s] 20 2 10 4 400 100 50 40 30 200 500 Tp[s] 0.1 32 6 8 10 I/Ip 20 0.2 0.4 0.8 16 0.05 Dïng cho ch¹m kÐo dµi H×nh 4.5: §Æc tÝnh thêi gian phô thuéc cña r¬le 7SJ600 Ph¹m vi chØnh ®Þnh. - CÊp t¸c ®éng v¬i thêi gian phô thuéc: Ipk®: 0,1. Id®B - 4Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,1. I®®B. IEpk®: 0,1 . Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,1. Id®B. Thêi gian trÔ chØnh ®Þnh TP: 0,05s - 3,20s b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. - CÊp t¸c ®éng tøc thêi hoÆc theo ®Æc tÝnh thêi gian ®éc lËp. Ipk®: 0,1 Id®B - 25,0 . Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,1 Id®B IEpk®: 0,1 Id®B - 25,0 . Id®B b­íc chØnh ®Þnh 0,1 Id®B Thêi gian trÔ chØnh ®Þnh TP: 0,00s - 60,00s b­íc chØnh ®Þnh 0,01s. - CÊp t¸c ®éng tøc thêi : I