Đề tài Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng – Đi sâu vào hệ thống đo lƣờng và bảo vệ

uá dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện nhưng bảo vệ đa chức năng hiện đại . Nguyên lý đo tổng trở có thể được sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồn với hình dang bất kì 28 Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách - Nguyªn lý lµm viÖc cña b¶o vÖ : Khi x¶y ra ng¾n m¹ch ngoµi ®èi xøng (nh• ng¾n m¹ch ba pha trong cuén d©y cña m¸y biÕn ¸p MTR-A mµ c¸c b¶o vÖ cña m¸y biÕn ¸p kh«ng lµm viÖc). Khi ®ã biến dßng thø cÊp CT t¨ng lªn rÊt lín lµm cho bé b¶o vÖ 1PC t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm. §•a nguån ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm cña bé r¬le 1PC ®Õn cuén d©y cña r¬le trong bé r¬le kho¶ng c¸ch AKZ. R¬le t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®•a ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm ®Õn cuén d©y cña r¬le thêi gian KT13. R¬le KT13 cã ®iÖn t¸c ®éng víi 2 cấp thêi gian : + Cấp 1 : Sau 7,5s, r¬le KT13 t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®•a ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm KT13, ®Õn cuén d©y cña r¬le tÝn hiÖu KH15, ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL10. R¬le trung gian KL10 cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm, ®•a ®iÖn ®Õn cuén c¾t cña c¸c m¸y c¾t . + Cấp 2 : Sau 8s, r¬le thêi gian KT13 t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm sè 1 vµ sè 3. Qua tiÕp ®iÓm KT13 sè 1 ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL11. R¬le KL11 cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm vµ ®i c¾t c¸c m¸y c¾t ; c¾t Đi cắt máy cắt 431 Máy cắt 431 Đi ngừng MPĐ Đi cắt máy cắt CT 29 dËp tõ kÝch thÝch m¸y ph¸t ®iÖn. Qua tiÕp ®iÓm KT13 sè 3 ®Õn cuén d©y cña r¬le tÝn hiÖu KH16, tõ cuén d©y cña r¬le KH16 ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL13. R¬le trung gian nµy cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®i ngõng lß vµ m¸y ph¸t ®iÖn. 3.1.2. Bảo vệ máy phát điện a. Bảo vệ so lệch dọc máy phát điện Hình 3.3: Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc cuộn stator MFĐ; sơ đồ tính toán (a) và theo mã số (b) Trong đó: Rf: dùng để hạn chế dòng điện không cân bằng (IKCB), nhằm nâng cao độ nhạy của bảo vệ. 1RI, 2RI, 4Rth: phát hiện sự cố và đưa tín hiệu đi cắt máy cắt đầu cực máy phát không thời gian (thực tế thường t ≈ 0,1 sec). 3RI, 5RT: báo tín hiệu khi xảy ra đứt mạch thứ sau một thời gian cần thiết (thông qua 5RT) để tránh hiện tượng báo nhầm khi ngắn mạch ngoài mà tưởng đứt mạch thứ. 30 Vùng tác động của bảo vệ là vùng giới hạn giữa các BI nối vào mạch so lệch. Cụ thể ở đây là các cuộn dây stator của MFĐ, đoạn thanh dẫn từ đầu cực MFĐ đến máy cắt. Nguyên lý làm việc: Bảo vệ so lệch dọc hoạt động theo nguyên tắc so sánh độ lệch dòng điện giữa hai đầu cuộn dây stator, dòng vào rơle là dòng so lệch: IR = I1T - I2T = ISL (3.1) Với I1T, I2T là dòng điện thứ cấp của các BI ở hai đầu cuộn dây. Bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, dòng vào rơle 1RI, 2RI là dòng không cân bằng IKCB: ISL = I1T - I2T = IKCB< IKĐR (dòng khởi động rơle) q(3.2)nên bảo vệ không tác động . Khi xảy ra chạm chập giữa các pha trong cuộn dây stator , dòng điện vào các rơle 1RI, 2RI: ISL = I1T - I2T = IN/ nI > IKĐR (3.3) Trong đó: - IN: dòng điện ngắn mạch. - nI: tỉ số biến dòng của BI Bảo vệ tác động đi cắt 1MC đồng thời đưa tín hiệu đi đến bộ phận tự động diệt từ (TDT). Trường hợp đứt mạch thứ của BI, dòng vào rơle là: IR= IF/nI (3.4) b. Bảo vệ khoảng cách máy phát Đối với các MFĐ công suất lớn người ta thường sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch (hình 3.4). 31 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý (a); đặc tính thời gian (b) và đặc tuyến khởi động (c) của bảo vệ khoảng cách cho MFĐ Vì khoảng cách từ MBA đến máy cắt cao áp khá ngắn, để tránh tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài MBA, vùng thứ nhất của bảo vệ khoảng cách được chọn bao gồm điện kháng của MFĐ và khoảng 70% điện kháng của MBA tăng áp (để bảo vệ hoàn toàn cuộn hạ của MBA), nghĩa là: ZIkđ = ZF + 0,7.ZB (3.5) Thời gian làm việc của vùng thứ nhất thường chọn tI = (0,4 ÷ 0,5) sec Vùng thứ hai thường bao gồm phần còn lại của cuộn dây MBA, thanh dẫn và đường dây truyền tải nối với thanh góp liền kề. Đặc tuyến khởi động của rơle khoảng cách có thể có dạng vòng tròn với tâm ở góc toạ độ hoặc hình bình hành với độ nghiêng của cạnh bên bằng độ nghiêng của véctơ điện áp UF. c. Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây stato Chạm đất trong cuộn dây stato là loại sự cố bên trong thường gặp ở máy phát điện. Mạng điện áp máy phát thường làm việc với trung tính không nối đất nên dòng điện chạm đất không lớn đặc biệt đối với máy phát điện nối hợp bộ với máy biến áp. Trong trường hợp này bảo vệ chỉ cần tác động cảnh báo vì dòng điện chạm đất trong bộ bé . 32 Những máy phát điện nối với thanh góp điện áp máy phât thường có công suất bé và sơ đồ bảo vệ thường dựa trên nguyên lý làm việc theo chê độ hoặc hướng dòng điện chạm đất . Một phương án khác để thực hiện bảo vệ chống chạm đất cuộn stato máy phát điện có trung điểm không nối đất hoặc nối đất qua điện trở lớn làm việc trực tiếp với thanh góp điện áp máy phát . Trong phương án này người ta sử dụng thiết bị tạo thêm tải thứ tự không, tải này sẽ được đưa vào làm việc khi có chạm đât và làm tăng thành phần tác dụng của dòng điện sự cố lên khoảng 10A, tạo điều kiên thuận lợi cho việc xác định hướng dòng điện . Với các máy phát điện công suất lớn người ta phải yêu cầu phải bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất để ngăn chặn để ngăn chặn khả năng chạm đất ở vùng gần trung điểm của cuộn đâyo các nguyên nhân cơ học . d. Bảo vệ chống mất kích từ Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư hỏng trong mạch kích thích, hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp… Khi máy phát điện bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ gây phát nóng cục bộ ở stato và roto. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn dây roto gây nguy hiểm cho cách điện cuộn dây . Ở chế độ vận hành bình thường, máy phát điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện áp đầu cực máy phát UF (chế độ quá kích thích, đưa công suất phản kháng Q vào hệ thống, Q > 0). Khi máy phát làm việc ở chế độ thiếu kích thích hoặc mất kích thích, sức điện động E thấp hơn điện áp UF, máy phát nhận công suất phản kháng từ hệ thống (Q < 0). Như vậy khi mất kích từ, tổng trở đo được đầu cực máy phát sẽ thay đổi từ Zpt (tổng trở phụ tải nhìn từ phía máy phát) nằm ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở của máy phát nhìn từ đầu cực của nó trong chế độ Q < 0) nằm ở góc phần tư thứ tư trên mặt phẳng tổng trở phức . 33 Hình 3.5. Khi xảy ra mất kích từ, điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ trị số Xd (điện kháng đồng bộ) đến trị số X’d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng. Vì vậy để phát hiện mất kích từ ở máy phát điện, chúng ta có thể sử dụng một rơle điện kháng cực tiểu có X’d < Xkđ < Xd với đặc tính vòng tròn có tâm nằm trên trục -jX của mặt phẳng tổng trở phưc. Tín hiệu đầu vào của rơle là điện áp dây Ubc lấy ở đầu cực máy phát và dòng điện pha Ib, Ic lấy ở các pha tương ứng. Điện áp sơ cấp UBC được đưa qua biến áp trung gian BUG sao cho điện thứ cấp có thể lấy ra các đại lượng a.UBC và b.UBC (với b > a) tương ứng với các điểm A và B trên đặc tính điện kháng khởi động . Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính chất dung và vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 900. Hiệu dòng điện các pha B và C thông qua biến dòng cảm kháng BIG tạo nên điện áp phía thứ cấp UD vượt trước dòng điện IBC một góc 900. Như vậy góc lệch pha giữa hai véctơ điện áp UD và UBC là 180 0 . 34 Điện áp đưa vào các bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S1 và S2 tương ứng bằng: U1=a.UBC−UD (3.6) U2=b.UBC−UD (3.7) Góc lệch pha α giữa U1 và U2 sẽ được kiểm tra. Ở chế độ bình thường α = 0 0, rơle không làm việc. Khi bị mất kích từ α = 1800, rơle sẽ tác động. Góc khởi động được chọn khoảng 900. Các hệ số a, b được chọn (bằng cách thay đổi đầu phân áp của BUG) sao cho các điểm A và B trên hình 1.34b thoả mãn điều kiện: b.UBC>UD>a.UBC (3.8) e. Bảo vệ chống quá điện áp Điện áp đầu cực máy phát điện có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hoặc khi máy phát bị mất tải đột ngột . Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể gây tác hại cho cách điện của cuộn dây, các thiết bị đấu nối ở đầu cực máy phát, còn đối với các máy phát làm việc hợp bộ với MBA sẽ làm bão hoà mạch từ của MBA tăng áp, kéo theo nhiều tác dụng xấu . Bảo vệ chống quá điện áp ở đầu cực máy phát thường gồm hai cấp . * Cấp 1 (59I) với điện áp khởi động: UKĐ59 I = 1,1UFđm (điện áp định mức MFĐ). Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ để giảm kích từ của máy phát. * Cấp 2 (59II) với điện áp khởi động: UKĐ59 II = (1,3÷1,5)UFđm. Cấp 2 làm việc tức thời, tác động cắt MC ở đầu cực máy phát và tự động diệt từ trường của máy phát. f. Bảo vệ so lệch ngang máy phát Các vòng dây của MFĐ chập nhau thường do nguyên nhân hư hỏng cách điện của dây quấn. Có thể xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một nhánh (cuộn dây đơn) hoặc giữa các vòng dây thuộc hai nhánh khác nhau trong 35 cùng một pha, dòng điện trong các vòng dây bị chạm chập có thể đạt đến trị số rất lớn. Đối với máy phát điện mà cuộn dây stator là cuộn dây kép, khi có một số vòng dây chạm nhau sức điện động cảm ứng trong hai nhánh sẽ khác nhau tạo nên dòng điện cân bằng chạy quẩn trong các mạch vòng sự cố và đốt nóng cuộn dây có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng. Trong nhiều trường hợp khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha nhưng BVSLD không thể phát hiện được, vì vậy cần phải đặt bảo vệ so lệch ngang để chống dạng sự cố này. Hình 3.6: Bảo vệ so lệch ngang có hãm (a) và đặc tính khởi động (b) Đối với MFĐ công suất vừa và nhỏ chỉ có cuộn dây đơn, lúc đó chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha thường kèm theo chạm vỏ, nên bảo vệ chống chạm đất tác động (trường hợp này không cần đặt bảo vệ so lệch ngang). Với MFĐ công suất lớn, cuộn dây stator làm bằng thanh dẫn và được quấn kép, đầu ra các nhánh đưa ra ngoài nên việc bảo vệ so lệch ngang tương đối dễ dàng. Người ta có thể dùng sơ đồ bảo vệ riêng hoặc chung cho các pha. Sơ đồ bảo vệ riêng cho từng pha Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, sức điện động trong các nhánh cuộn dây stator bằng nhau nên I1T = I2T. Khi đó: |IH| = |I1T + I2T| = 2.I1T ISL =|ILV|=|I1T - I2T| = IKCB ⇒ IH > ILV nên bảo vệ không tác động 36 Khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây của hai nhánh khác nhau cùng một pha, giả thiết ở chế độ máy phát chưa mang tải, ta có: I1T = -I2T |IH| = |I1T - I2T| = IKCB | ILV|= |I1T + I2T| = 2.I1T (1-26) ⇒ ILV> IH nên rơle tác động cắt máy cắt đầu cực máy phát. Hình 3.6: Sơ đồ bảo vệ so lệch ngang theo mã số Sơ đồ bảo vệ chung cho các pha Trong sơ đồ BI được đặt ở giữa hai điểm nối trung tính của 2 nhóm nhánh của cuộn dây stator, thứ cấp của BI nối qua bộ lọc sóng hài bậc ba L3f dùng để giảm dòng không cân bằng đi vào rơle. Hình 3.7: Sơ đồ bảo vệ so lệch ngang cho các pha MFĐ, sơ đồ tính toán (a) và theo mã số (b) 37 CN: cầu nối, bình thường CN ở vị trí 1 và bảo vệ tác động không thời gian. Khi máy phát đã chạm đất 1 điểm mạch kích từ (không nguy hiểm), CN được chuyển sang vị trí 2 lúc đó bảo vệ sẽ tác động có thời gian để tránh tác động nhầm khi chạm đất thoáng qua điểm thứ 2 mạch kích từ. Nguyên lý hoạt động: Bảo vệ hoạt động trên nguyên lý so sánh thế V1 và V2 của trung điểm O1 và O2 giữa 2 nhánh song song của cuộn dây. * Ở chế độ bình thường hoặc ngắn mạch ngoài: U12 = V1 - V2 ≈ 0 nên không có dòng qua BI do đó bảo vệ không tác động (cầu nối ở vị trí 1). * Khi xảy ra chạm chập 1 điểm mạch kích từ, máy phát vẫn được duy trì vận hành nhưng phải chuyển cầu nồi sang vị trí 2 để tránh trường hợp bảo vệ tác động nhầm khi ngắn mạch thoáng qua điểm thứ 2 mạch kích từ. * Khi sự cố (chạm chập giữa các vòng dây): U12 = V1 - V2 ≠ 0 nên có dòng qua BI bảo vệ tác động cắt máy cắt. 3.1.3. Bảo vệ máy biến áp a. Bảo vệ so lệch dòng điện Khác với bảo vệ so lệch của máy phát điện, dòng điện sơ cấp ở hai phía của máy biến áp thường khác nhau về trị số và về góc pha. Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở hai phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỉ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau. Hình 3.8 Một đặc điểm nữa của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hóa của máy biến áp sẽ tạo nên dòng không cân bằng chạy qua rơle. Trị số quá độ 38 của dòng không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến áp không tải hoặc cắt ngắn mạch ngoài. Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp. Ngoài ra, tùy theo tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ cần sử dụng biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây máy biến áp nối đất và có ngắn mạch chạm đất xảy ra trong hêk thống. Gần đây trong các rơle so lệch hiện đại người ta có thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch . b. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường dùng để làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho các máy biến áp có công suât trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp. Với máy biến áp hai cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp. Với máy biến áp nhiều cuộn dây thường mỗi phía đặt một bộ . Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo dòng danh định của biến áp có xét đến khả năng quá tải. Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống. Nếu máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía thì cần đặt bộ phận định hướng công suất ở phía nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn . c. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây máy biến áp Đối với MBA có trung tính nối đất, để bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây MBA có thể được thực hiện bởi rơle quá dòng điện hay so lệch thứ tự không. Phương án được chọn tuỳ thuộc vào loại, cỡ, tổ đấu dây MBA. 39 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất MBA bằng bảo vệ quá dòng điện Khi dùng bảo vệ quá dòng thứ tự không bảo vệ nối vào BI đặt ở trung tính MBA, hoặc bộ lọc dòng thứ tự không gồm ba BI đặt ở phía điện áp có trung tính nối đất trực tiếp. Đối với trường hợp trung tính cuộn dây nối sao nối qua tổng trở nối đất bảo vệ quá dòng điện thường không đủ độ nhạy, khi đó người ta dùng rơle so lệch. Bảo vệ này so sánh dòng chạy ở dây nối đất IN và tổng dòng điện 3 pha (IO). Chọn IN là thành phần làm việc và nó xuất hiện khi có chạm đất trong vùng bảo vệ. Khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ dòng thứ tự không (IO tổng dòng các pha) có trị số bằng nhưng ngược pha với dòng qua dây trung tính IN. d .Bảo vệ quá tải máy biến áp Quá tải làm tăng nhiệt độ máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp công suất bé có thể sử dụng loại bảo vệ quá dòng điện thông thường, tuy nhiên rơle quá dòng điện không htể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải . Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta thường sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này 40 phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tùy theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau : cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp . Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dàu quá thời gian quy định thì máy biến áp được cắt ra khỏi hệ thống . Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá tải Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống. e. Bảo vệ khí ngăn bằng rơle hơi Những hư hỏng bên trong thùng 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 500kA thường được bảo vệ bằng rơle khí có 1 cấp tác động (với máy biến áp từ 500kVA đến 5 MVA) hoặc 2 cấp tác động (lớn hơn 5 MVA ). Rơle khí thường đặttrên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dẫn dầu của máy biến áp. Rơle với 2 cấp tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh con có tiếp điểm thủy ngân hoặc tiếp điểm từ. Ở chế độ làm việc 41 bình thường trong bình rơle đầy dầu ,các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơle ở trạng thái hở. Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn ví 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 trong thùng dầu) luồng dầuvận chuyển từ thùng lên bình dãn dẫuô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp. Rơle khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle hạ thấp do dầu bị rò hoặc thùng biến áp bị thủng. Để rơle khí làm việc được dễ dàng người ta tạo một độ nghiêng nhất định của ống dẫn so với mặt phẳng ngang. Góc nghiêngkhoản từ 2 đến 5o đối với rơle khí có một phao và từ 2 đến 7o đối với rơle có 2 phao. Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên của bình dầu rơle từ 100 đến 250cm3, cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơle từ 70 đến 160cm/s. Để tránh ảnh hưởng chuyển động rối của dầu qua rơle, chiều dài của đoạn ống từ thùng đến rơle phải lớn hơn 5 lần đường kính của nó và từ rơle đến bình dãn dầu phải lớn hơn 3 lần. Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống tất cả các loại sự cố bên trong thùng dầu, tuy nhiên kinh nghiêm vận hành cũng phát hiện một số trường hợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên 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 một bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải . 3.1.4. Bảo vệ dự phòng máy cắt hỏng Máy cắt là phần tử thừa hành cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cắt phần tử đang mang điện bị sự cố ra khỏi hệ thống. Vì máy cắt khá đắt tiền nên không thể tăng cường độ tin cậy bằng cách đặt thêm máy cắt dự phòng làm việc song song với máy cắt chính được. Nếu máy cắt từ chối tác động thì hệ thống bảo vệ dự phòng phải tác động cắt tất cả những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch đến chỗ sự cố. 42 Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ chính phần tử bị hư hỏng gởi tín hiệu đi cắt máy cắt, nhưng sau một khoảng thời gian nào đó dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại, có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác động. Hình 3.11 : Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy cắt hỏng Từ hình 3.8 ta nhận thấy, khi sự cố xảy ra trên đường dây D3 nếu máy cắt MC3 làm việc bình thường thì sau khi nhận được tín hiệu cắt từ bảo vệ thì máy cắt MC3 sẽ cắt và dòng điện đầu vào của bảo vệ dự phòng sự cố máy cắt bằng không, mạch bảo vệ dự phòng sẽ không khởi động. Nếu máy cắt MC3 hỏng, từ chối tác động thì dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào mạch bảo vệ dự phòng, rơle quá dòng điện được giữ ở trạng thái tác động, sau một khoảng thời gian đặt nào đó bảo vệ dự phòng hỏng MC sẽ gởi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt nối trực tiếp với phân đoạn thanh góp có máy cắt hỏng, cũng như máy cắt ở đầu đối diện đường dây bị sự cố D3. 3.2. HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG TRONG KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA Các chức năng bảo vệ của trạm phát điện đều dựa trên số liệu từ việc đo lường các thông số của trạm phát. Nếu việc đo lường bị gián đoạn hoặc không chính xác thì hệ thống trạm phát hoạt động không ổn định, tin cậy và có thể gặp các sự cố rất nghiêm trọng. Do đó việc đo lường các thông số của trạm phát là hết sức quan trọng và có ý nghĩa đến các quyết định điều khiển, điều chỉnh của hệ thống trạm phát. Trong các thông số đó các thông số cơ bản và quan trọng nhất là : điện áp, dòng điện, tần số, công suất . 43 Các yêu cầu với đo lường - Đo lường các thông số một cách chính xác tin cậy trong mọi chế độ công tác. - Việc đo lường các thông số phải đảm bảo tính liên tục, các giá trị thông số phải phản ánh được giá trị tức thời của hệ thống. - Các thiết bị đo, mạch đo phải có độ chính xác cao, gọn nhẹ và thuận lợi cho việc đo lường . 3.2.1. Các nguyên lý đo lƣờng dùng cho mục đích bảo vệ a. Đo lường một đại lượng đầu vào Đại lượng đầu vào của X rơle thường là những đại lượng tương tự (dòng điện, điện áp, góc pha giữa dòng và áp …) được lấy từ phía thứ cấp của máy biến dòng điện và máy biến điện áp . Trị số hiệu dụng, trị số tuyệt đối hoặc trị số tức thời của đại lượng đầu vào này được so sánh với ngưỡng tác động Xkđ của rơle, còn gọi là trị số chỉnh định của rơle. Nếu đại lượng đầu vào biến thiên vượt quá (đối với loại rơle cực đại) hoặc thấp hơn (đối với loại rơle cực tiểu) ngưỡng chỉnh định thì rơle sẽ tác động. Sau khi tác động xong nếu đại lượng đầu vào biến thiên theo chiều ngược lại và vượt quá trị số Xtv, rơle sẽ trở về trạng thái ban đầu trước lúc khởi động. Xtv được gọi là ngưỡng trở về hoặc trị số trở về. Trị số khởi động và trị số trở về liên hệ với nhau qua hệ số trở về : Kv = Xtv / Xkđ Đối với các rơle điện cơ Kv ≠ 1 thông thường : + Kv = 0.85 ÷ 0.9 đối với rơle cực đại + Kv = 1.1÷ 1.15 đối với rơle cực tiểu Đối với các rơle tĩnh và rơle số : Kv ≈ 1 . Khái niệm rơle cực đại (tác động khi đại lượng đầu vào tăng) và rơle cực tiểu (tác động khi đại lượng đầu vào giảm) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rơle điện cơ (cuộn dây, lò xo, tiếp điểm). Đối với rơle tĩnh và rơle số chức 44 năng cực đại hoặc cực tiểu có thể dễ dàng đổi lẫn cho nhau bằng phép nghịch đảo tin hiệu logic đầu ra của rơle. b. So sánh nhiều đại lượng đầu vào Rơle có thể tác động trên cơ sở so sánh nhiều đại lượng đầu vào. Nhiều loại rơle hiện nay như khoảng cách, so lệch ,định hướng công suất … làm việc với hai đại lượng đầu vào. Trong trường hợp tổng quát, hai đại lượng đầu vào X1 và X2 là tổ hợp của dòng điện I và điện áp U của phần tử bảo vệ : X1 = K1U + K2I (3.9) X2 = K3U + K4I (3.10) Ở đây các hệ số tỉ lệ K1, K2, K3, K4 là những hệ số phức. Tùy từng loại bảo vệ (loại rơle) có thể chọn những trị số thích hợp cho các hệ số này. Chẳng hạn, đối với rơle so lệch dòng điện, hai đại lượng dùng để so sánh là vectơ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ I1 và I2, khi ấy người ta chọn K1 = K3 = 0 và K2=K4 = 1. Đối với rơle khoảng cách hai đại lượng dùng để so sánh là điện áp chỗ đặt bảo vệ và dòng điện chạy qua phần tử được bảo vệ nên ta chọn K1 = K4 =1, K2 = K3 =0. Với các rơle theo hai đại lượng đầu vào thường người ta dùng hai nguyên lý so sánh : so sánh biên độ và so sánh pha . * So sánh biên độ Trong các rơle làm việc với hai đại lượng đầu vào, thông thường một đại lượng nào đó chẳng hạn X1 tác động theo chiều hướng làm rơle khởi động còn đại lượng kia X2 tác động theo chiều hướng ngược lại (hãm, cản trở rơle tác động) tín hiệu đầu ra Y của rơle sẽ xuất hiện khi:│X1│> │X2│ Trong đó : │X1│ tín hiệu đầu vào khởi động │X2│tín hiệu đầu vào hãm Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng điện được sử dụng trong bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách. 45 * So sánh pha So sánh pha phản ánh góc lệch pha giữa các đại lượng đầu vào, nếu góc lệch pha vượt qua (> hay <) trị số pha định trước rơle sẽ tác động. Các đại lượng tương tự đầu vào X1, X2 qua các bộ biến đổi BĐ1, BĐ2 biến thành các xung chữ nhật X1’ và X2’ với thời gian trùng pha là tK. Kiểu so sánh này gọi là so sánh thời gian trùng hợp pha . Nếu thời gian trùng hợp pha tK lớn hơn thời gian dặt tO của bộ phận thời gian sẽ xuất hiện tín hiệu đầu ra (Y = 1). Cũng có thể tiến hành so sánh cho cả nửa chu kỳ âm để tăng mức tác động nhanh của bộ phận so sánh. Để tăng độ chính xác của bộ so sánh pha, có thể tiến hành lọc và khử thành phần một chiều cũng như các sóng hài bậc cao trong các đại lượng đầu vào X1, X2 trước khi dựa vào bộ so sánh . 3.2.2. Đo dòng điện và điện áp Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện htường có trị số lớn không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơle và các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng co đo và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng và máy biến điện áp . Việc đo lường dòng điện và điện áp rất quan trọng trong mục đích bảo vệ của hệ thống vì vậy yêu cầu về độ chính xác của thiết bị đo là