Tài liệu Một số vấn đề về bảo vệ rowle cho máy biến áp điện lực sử dụng rowle д 3t-11 để bảo vệ cho máy biến áp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THU HIỀN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do – Hạnh phúc TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ THU HIỀN TÊN ĐỀ TÀI: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC VÀ SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP Chuyên Ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 60520202 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN QUÂN NHU Ngày giao đề tài : Ngày hoàn thành : NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN NGUYỄN QUÂN NHU NGUYỄN THỊ THU HIỀN XÁC NHẬN KHOA ĐIỆN PHÕNG SAU ĐẠI HỌC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thu Hiền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANG MỤC CÁC BẢNG............................................................................... iv DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... iv MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC .. 4 1.1 CÁC LOẠI BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC ............................... 4 1.1.1.Các dạng sự cố và các loại bảo vệ. .................................................. 4 1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thƣờng đối với máy biến áp và các loại bảo vệ. ................................................................................................ 4 1.2. BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T) ....................... 6 1.2.1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch. .......................................... 6 1.2.2. Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong bảo vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của bảo vệ. .............................................................................................................. 7 1.2.3. Bảo vệ so lệch có rơle dòng mắc qua máy biến dòng bão hoà nhanh. ...................................................................................................... 16 1.2.4. Chọn các tham số của bảo vệ dùng biến dòng bão hoà nhanh. .... 17 CHƢƠNG 2..................................................................................................... 26 NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG CỦA Д3T – 11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP ......................................................................................................... 26 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................... 26 2.1.1. Cấu tạo của rơ le Д3T – 11 ........................................................... 26 2.1.2. Tính năng và phạm vi điều chỉnh của rơ le Д3T – 11 .................. 32 2.2. ỨNG DỤNG CỦA RƠ LE Д3T – 11 TRONG BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN ........................................................................................................... 33 CHƢƠNG 3..................................................................................................... 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH DÙNG MÁY BIẾN DÕNG BÃO HÕA TRUNG GIAN CÓ ĐẶC TÍNH HÃM (RƠLE LOẠI Д3T-11)..................... 39 3.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN .................................................................... 39 3.1.1. Xác định dòng sơ cấp ở tất cả các phía của máy áp đƣợc bảo vệ tƣơng ứng với công suất định mức (công suất của cuộn khỏe nhất) ..... 39 3.1.2 Chọn phía có tổ máy biến dòng nối với cuộn hãm của rơle. ......... 39 3.1.3. Trong những trƣờng hợp khi nhìn vào sơ đồ nối máy biến áp ..... 40 3.1.4. Xác định số vòng của cuộn dây làm việc đối với phía cơ bản ...... 40 3.1.5. Xác định số vòng cần thiết của cuộn hãm..................................... 40 3.1.6. Xác định các dòng ngắn mạch sơ cấp, các dòng thứ cấp tƣơng ứng và hệ số độ nhậy kn.................................................................................. 41 3.1.7. Xác định dòng sơ cấp tại chỗ ngắn mạch và các dòng sơ cấp tƣơng ứng trong các cuộn hãm làm việc IlvT ở các phía của máy dòng trong cuộn hãm IhT ............................................................................................ 41 3.1.8. Theo các giá trị của IlvT và IhT đã tính đƣợc trong mục 7.............. 41 3.1.9. Theo đặc tính khởi động tính toán của rơle .................................. 41 3.1.10. Xác định hệ số độ nhậy kn (hãm) trong những trƣờng hợp ngắn mạch ........................................................................................................ 41 3.2. ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH. ........................................................ 42 CHƢƠNG 4..................................................................................................... 43 XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TỪ MÔ HÌNH SỬ DỤNG Д3T-11 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN .................................. 43 4.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 ............................................. 43 4.1.1.Sử dụng 3 rơ le so lệch có hãm Д 3T-11 ....................................... 43 4.1.2. Sử dụng bộ tạo nguồn dòng 3 pha................................................. 44 4.1.3. Sử dụng bộ tạo nguồn áp 3 pha ..................................................... 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii 4.1.4. Rơ le thời gian ............................................................................... 45 4.1.5. Sử dụng máy biến áp lực 3 pha 2 cuộn dây 6/0,4kV – 160kVA .. 46 4.1.6. Bảng thí nghiệm ............................................................................ 47 4.2. CÔNG DỤNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 ............................................. 48 4.2.1. Công dung ..................................................................................... 48 4.2.2. Điều kiện làm việc. ....................................................................... 49 4.2.3. Yêu cầu về an toàn khi sử dụng bàn thí nghiệm: .......................... 49 4.3.BÀI THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 .............................................................................. 51 4.3.1.Sơ đồ nguyên lý.............................................................................. 51 4.3.2. Trình tự thí nghiệm. ...................................................................... 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv DANG MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 – Bảng thông số thí nghiệm 1 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 55 Bảng 4.2 – Bảng thông số thí nghiệm 1 pha khi sự cố ngoài phạm vi bảo vệ 56 Bảng 4.3 – Bảng thông số thí nghiệm 3 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 60 Bảng 4.4 – Bảng thông số thí nghiệm 3 pha khi sự cố trong phạm vi bảo vệ 61 DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 2 cuộn dây (hoặc 3 cuộn dây). ...................................................................................... 6 Hình 1- 2. Sơ đồ đấu máy biến dòng để bù góc lệch pha ................................. 9 Hình 1 - 3. Bảo vệ so lệch dùng biến dòng tự ngẫu ........................................ 11 Hình 1-4. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh ............................................................................................................... 12 Hình 2.1 : Sơ đồ nguyên lý của rơ le Д3T – 11 .............................................. 27 Hình 2.2 : Sơ đồ vị trí các cuộn dây trên mạch từ của rơ le Д3T – 11 ........... 28 Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh số vòng dây của các cuộn dây .......... 29 Hình2. 4 : Hình ảnh về rơ le Д3T – 11 .......................................................... 30 Hình 2.5: Quá trình điện từ xảy ra bên trong rơ le Д3T – 11 ........................ 31 Hình 2.6: Đặc tính khởi động của rơle loại Д3T – 11. ................................... 32 Hình 2.7: Xác định sức từ động làm việc khởi động của rơ le theo đặc tính khởi động khi độ hãm lớn nhất ....................................................................... 33 Hình 2.8 : Một số ví dụ về sơ đồ nối dây của máy biến áp tăng áp 3 cuộn dây hoặc tự ngẫu sử dụng rơ le so lệch có hãm Д3T – 11 ..................................... 35 Hình 2.9 : Sơ đồ nối cuộn hãm của rơle Д3T – 11 vào máy biến áp giảm áp 37 H×nh 3.1: S¬ ®å tÝnh to¸n (a) vµ c¸c s¬ ®å thay thÕ thø tù thuËn (ngÞch) (b) vµ kh«ng (c). ......................................... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v Hình 3.2: Dòng điện chạy qua máy biến áp khi ngắn mạch ngoài (tính trong hệ đơn vị tƣơng đối với điện cơ bản bằng dòng định mức của máy biến áp). .... Hình 3.3: Sơ đồ nối Rơle Д3T-11 để thực hiện bảo vệ so lệch máy biến áp..... Hình3. 4: Sự phân bố dòng điện khi ngắn mạch nhiều pha trong vùng bảo vệ. . Hình 3.5: Sự phân bố dòng điện trong các mạng thuận (nghịch) (a), không (b) và trong các cuộn dây của máy ........................................................................... Hình 3.6: Tính độ nhậy của bảo vệ máy biến áp bằng rơle Д3T-11................... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU Định hƣớng của đề tài Ngày nay, hầu nhƣ hoạt động của con ngƣời trong mọi lĩnh vực đều không thể tách khỏi nguồn năng lƣợng điện, ở nƣớc ta điện năng hầu hết đƣợc sản xuất ở những nhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn nhƣ: Thủy điện Hòa Bình, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phỳ Mỹ, nhiệt điện Phả Lại …vv. Các nhà máy thủy điện đƣợc xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện đƣợc xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu. Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải đƣợc điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh tế nhất. Để đảm bảo sản lƣợng và chất lƣợng điện năng cần thiết, tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi có hiệu quả các thiết bị bảo vệ, thông tin đo lƣờng, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện. Trong số các thiết bị này, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc duy trì sự làm việc ổn định của bất kỳ Hệ thống điện nào. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mƣơi năm gần đây đã có những biến đổi và tiến bộ rất to lớn. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có những hƣ hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện. Mặt khác, nhằm hoàn thiện các phƣơng pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hƣ hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng nhƣ khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc… vv hiện nay ngƣời ta Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 đó chế tạo đƣợc các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động chính xác, tốc động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao. Tại Việt Nam hiện nay cũng đó có một số công trình nghiên cứu khoa học về chủ đề bảo vệ rơle cho máy biến áp. Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu chỉ hạn chế ở lý thuyết, chƣa áp dụng thực tiễn trên đối tƣợng bảo vệ cụ thể. Mặt khác, thiết bị rơle để bảo vệ cho máy biến áp có nhiều loại khác nhau, với những chức năng bảo vệ khác nhau. Chính vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài: “MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC VÀ SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP”. Mục tiêu của nghiên cứu Mục tiêu chung: Đề tài này, đặt mục tiêu chính là nghiên cứu lý thuyết về vấn đề sử dụng rơle bảo vệ cho máy biến áp, sử dụng các loại bảo vệ nhƣ bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ quá dòng điện cực đại, bảo vệ dòng điện cực đại có khóa điện áp cực tiểu, bảo vệ thứ tự không, bảo vệ quá tải, bảo vệ rơle hơi, và đặc biệt là dùng bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp. Nghiên cứu các chức năng của rơ le Д 3T-11 để bảo vệ cho máy biến áp. Tính toán bảo vệ so lệch có dùng máy biến dòng bão hoà trung gian có đặc tính hãm (rơle loại Д 3T-11), từ đó áp dụng trên mô hình bảo vệ cụ thể. Các mục tiêu cụ thể là: 1. Nghiên cứu lý thuyết về bảo vệ rơle cho máy biến áp. 2. Nghiên cứu các chức năng của rơle Д 3T-11 bảo vệ cho máy biến áp. 3. Thiết kế bảo vệ so lệch dọc máy biến áp dùng rơ le Д 3T-11 tại Trung tâm Thí nghiệm – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 Cấu trúc luận văn Luận văn gồm 4 chƣơng, 71 trang, 7 tài liệu tham khảo Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Thu Hiền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 CHƢƠNG 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 1.1 CÁC LOẠI BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC 1.1.1.Các dạng sự cố và các loại bảo vệ. Các dạng sự cố gồm có: Ngắn mạch giữa các pha bên trong thùng dầu máy biến áp và trên đầu ra các cuộn dây. Ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha. Chạm đất cuộn dây hoặc đầu ra cuộn dây. Dầu trong máy biến áp bị cạn, dầu bị phân huỷ. Vỡ sứ đầu vào và đầu ra máy biến áp. Kinh nghiệm chỉ ra rằng ngắn mạch đầu ra và ngắn mạch giữa các vòng dây trong một cuộn dây là hay xảy ra hơn cả. Các loại bảo vệ sự cố bên trong máy biến áp: a.Bảo vệ cắt nhanh. b. Bảo vệ so lệch. c. Bảo vệ chạm vỏ thùng máy biến áp. d. Bảo vệ rơle hơi. 1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thƣờng đối với máy biến áp và các loại bảo vệ. Các chế độ làm việc không bình thƣờng hay gặp nhất là dòng điện chạy trong cuộn dây máy biến áp tăng quá giá trị định mức, xuất hiện khi ngắn mạch ngoài, dao động và quá tải. Quá tải xuất hiện khi các động cơ tự khởi động, tăng phụ tải do cắt bớt máy biến áp làm việc song song, đóng tự động phụ tải khi thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng tác động .v.v... - Ngắn mạch ngoài: Khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái đầu ra máy biến áp hoặc ngắn mạch trên các lộ đƣờng dây đi ra từ thanh cái máy biến áp mà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 bảo vệ các lộ đƣờng dây đi ra từ thanh cái máy biến áp mà bảo vệ các lộ đƣờng dây này từ chối tác động, dòng ngắn mạch lớn hơn dòng định mức này từ chối tác động, dòng ngắn mạch lớn hơn dòng định mức nhiều lần làm phát nóng các dây cuộn dây máy biến áp. Vì vậy máy viến áp cần phải đƣợc bảo vệ ngắn mạch ngoài. Ngắn mạch ngoài còn kéo theo sự giảm điện áp trong lƣới, vì vậy bảo vệ cần phải tác động với thời gian nhỏ nhất nhƣng phải bảo đảm tính tác động chọn lọc. - Quá tải: Quá tải thƣờng không gây sụt áp lớn trong lƣới. Vì vậy thời gian tác động của bảo vệ quá tải đƣợc xác định xuất phát từ sự phát nóng cách điện cuộn dây máy biến áp. Quá tải thƣờng gặp là quá tải ngắn hạn và tự loại trừ không nguy hiểm cho máy biến áp vì thời gian tồn tại ngắn, ví dụ nhƣ quá tải do động cơ tự khởi động, phụ tải đỉnh nhọn (tàu điện, thiết bị nâng hạ ...) vì vậy không cho bảo vệ tác động cắt máy biến áp trong trƣờng hợp này. Bảo vệ quá tải cho máy biến áp cần phải tác động cắt máy cắt chỉ khi không thể cắt quá tải bằng tay. Những trƣờng hợp còn lại bảo vệ quá tải cần tác động phản ứng theo dòng điện cho tín hiệu hoặc cắt tuỳ theo tính chất của từng trạm. Các loại bảo vệ: - Bảo vệ dòng cực đại. - Bảo vệ dòng cực đại có khoá điện áp cực tiểu. - Bảo vệ thứ tự nghịch, thứ tự không .v.v... - Bảo vệ quá tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 1.2. BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T) 1.2.1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch. Để bảo vệ máy biến áp khi xẩy ra ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch một pha và ngắn mạch một số vòng dây trong một pha ngƣời ta sử dụng bảo vệ so lệch (Hình 1 - 1). BI 1 II N3 II BI 1I T IR I R I N3 III IIII I BI 2 II I III NT2 IR III T II I T R I IIII T BI 2 III T II N1 I Hình 1-1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 2 cuộn dây (hoặc 3 cuộn dây). Đầu tiên xét bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 2 dây quấn. Theo nguyên lý tác động của bảo vệ này máy biến dòng đƣợc ở cả hai phía biến áp. Phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các vị trí đặt các máy biến dòng ở 2 phía máy biến áp. Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng đƣợc chọn sao cho: I IT I IIT Các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng đƣợc nối nhƣ thế nào đó để khi máy biến áp mang tải và khi ngắn mạch ngoài (điểm N1), dòng thứ cấp trong các phía của bảo vệ phải bằng nhau về trị số và trùng pha nhau, do dòng chạy qua rơle là hiệu số các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng nên: IR = IIT - IIIT = 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN (1 - 1 ) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 Bảo vệ không khởi động đƣợc. Còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ của nó (điểm N2), dòng chảy qua rơle bằng tổng các dòng thứ cấp, dòng IIIT sẽ bằng không hoặc đảo chiều khi đó: IR = IIT + IIIT ≠ 0 (1 - 2 ) Nếu IR > IKđR thì rơle tác động đến cắt máy biến áp. Để bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 3 dây quấn (cuộn dây thứ 3 vẽ nét đứt trên Hình 1 - 1), các máy biến dòng đƣợc đặt ở cả ba phía của máy biến áp, phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các vị trí đặt các máy biến dòng ở 3 phía máy biến áp, các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng đặt ở hai cuộn thứ cấp đƣợc nối song song với nhau, các dòng IIIT và IIIIT trùng pha nhau. Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng đƣợc chọn sao cho: I IT I IIT I IIIT Thực tế do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên trong chế độ làm việc bình thƣờng và ngắn mạch ngoài dòng điện qua rơle có giá trị khác không, dòng điện đó đƣợc gọi là dòng không cân bằng IKcb, dòng điện này có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm và làm giảm độ nhậy của bảo vệ. 1.2.2. Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong bảo vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của bảo vệ. a. Sự lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực. Ở bảo vệ so lệch đƣờng dây và máy phát, dòng sơ cấp ở đầu và cuối phần tử đƣợc bảo vệ nhƣ nhau, vì vậy để thực hiện điều kiện tác động chọn lọc là việc chọn hệ số biến dòng giống nhau. Bảo vệ so lệch của máy biến áp có đặc điểm khác. Dòng sơ cấp và thứ của máy biến áp không bằng nhau về trị số và nói chung không trùng pha nhau. Trong chế độ phụ tải và ngắn mạch ngoài dòng thứ cấp của máy biến áp III luôn luôn lớn hơn dòng sơ cấp II. Tỷ số III/II xấp xỉ bằng tỉ số biến áp của máy biến áp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 Trong máy biến áp có tổ đấu dây / dòng II và III không những khác nhau về trị số mà còn khác nhau về pha. Góc lệch pha phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp. Tổ đấu dây phổ biến nhất là Y/ - 11. Dòng dây ở phía vƣợt trƣớc dòng ở phía hình Y một góc 300 (hình 1 - 2) ở máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y dòng II dòng III trùng pha nhau hoặc lệch pha một góc 1800. Vì vậy để bảo đảm IIT và IIIT bằng nhau về trị số và trùng pha phải sử dụng một số biện pháp: Bù góc lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực. Bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt trên phía cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam giác, còn tổ máy biến dòng đặt ở phía cuộn dây tam giác của máy biến áp đấu hình sao. Hình 1 - 2 vẽ sơ đồ véc tơ dòng điện trong sơ đồ bảo vệ ứng với khi máy biến áp mang tải đối xứng và ngắn mạch ngoài đối xứng. Véc tơ dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng và máy biến áp điện lực trùng pha nhau. Từ hình vẽ ta thấy rằng dòng điện dây của tổ máy biến dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng lệch nhau một góc 300. Dòng dây của nhóm máy biến dòng nối hình sao: I ab2, Ibc2, Ica2 trùng pha với dòng sơ cấp tƣơng ứng Iab, Ibc, Ica vì vậy nó lệch pha với dòng sơ cấp hình sao máy biến áp điện lực cũng nhƣ dòng IAB2, IBC2, ICA2 một góc 300. Do đó các dòng chạy trong rơle trùng nhau về pha. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 B A C -IBYT IAB IAY IAY BI 1 IAY IBY ICY T T T IAB IBY IBY T ICA IBC CYT T T T T IAY ICY IBC T T ICY IBY T -I T AYT ICA I ICY RI2 RI1 R I3 IbΔ IaΔ IcΔ -IbΔ Iab BI 2 Iab Iab Ibc Ica T T T Ibc IcΔ IaΔIbc Iab IbΔ -IcΔ T -IaΔ I ca IbcT IcaT Ica Hình 1- 2. Sơ đồ đấu máy biến dòng để bù góc lệch pha cho máy biến áp đấu / Nối một trong hai nhóm máy biến dòng theo hình bảo đảm bù đƣợc góc lệch pha giữa dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực không chỉ khi phụ tải đối xứng hay phụ tải không đối xứng. Điều đó đƣợc chứng minh bằng phƣơng pháp các thành phần đối xứng. Dòng thứ tự nghịch và thuận đối xứng vì vậy sự phân bố các dòng này tƣơng ứng với sự phân bố dòng khi ngắn mạch ba pha (hình 1 - 2). Tóm lại là việc nối một nhóm máy biến dòng theo tam giác và một nhóm hình sao loại trừ đƣợc góc lệch pha của dòng thứ tự nghịch và thuận. Dòng thứ tự không xuất hiện khi ngắn mạch chạm đất và chỉ khép mạch qua cuộn dây máy biến áp nối hình sao khi trung tính nối đất. Vì máy biến áp đƣợc chế tạo 3 pha 3 trụ, dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây hình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 "tam giác" máy biến áp rất nhỏ vì từ trở trên đƣờng đi của từ thông thứ tự không rất lớn (từ thông thứ tự không phải khép mạch qua 3 trụ máy biến áp điện lực do các sức điện động thứ tự không trùng pha nhau) tạo ra dòng thứ tự không chạy quẩn trong cuộn dây của máy biến áp). Khi chạm đất phía cuộn dây đấu "tam giác" dòng dây của cuộn tam giác này của biến áp có chứa thành phần thứ tự không, nhƣng thành phần thứ tự không này trùng pha nhau nên chạy quẩn trong cuộn dây "tam giác" của máy biến áp. do đó trong các cuộn dây thứ cấp máy biến dòng đặt ở phía này không chứa thành phần dòng thứ tự không, nhƣ vậy dòng trong rơle không chứa thành phần thứ tự không. Do đó góc lệch pha dòng sơ và thứ cấp trong chế độ không đối xứng cũng đƣợc bù hoàn toàn. Với máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y/ bù góc lệch pha của các dòng điện thứ cấp các máy biến dòng bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của các tổ máy biến dòng đặt ở các phía cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam giác, còn các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt ở phía cuộn dây tam giác của máy biến áp đấu hình sao. b. Dòng không cân bằng do chọn tỉ số các máy biến dòng và tỉ số biến đổi của máy biến áp điện lực. Hệ số biến dòng của máy biến dòng nBDI và nBDII đƣợc chọn sao cho dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ bằng nhau: IIT = IIIT khi máy biến áp mang tải hoặc khi ngắn mạch ngoài. - Khi máy biến áp nối Y/Y thì đẳng thức IIT = IIIT có thể viết: II nBI1 I II nBI 2 Vì vậy để bảo đảm sự cân bằng dòng điện trong các nhánh của bảo vệ thì hệ số biến dòng của máy biến dòng của bảo vệ so lệch phải thoả mãn điều kiện. nBI 2 nBI 1 I II II nBA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN (1 - 3 ) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 - nBA là hệ số biến đổi của máy biến áp điện lực. - Khi máy biến áp điện lực nối Y , dòng trong nhánh đƣợc cung cấp từ máy biến dòng nối tam giác là dòng nối hình sao bằng II 3 còn dòng trong nhánh cung cấp tổ máy biến nBI 1 I II . Để đảm bảo IIT = IIIT thì: nBI 2 II I 3 = II nBI 1 nBI 2 Hay: n BI 2 n BI 1 I II n BA II. 3 3 (1 - 4) Nếu chọn trƣớc hệ số biến dòng ví dụ nBD2 dựa vào các biểu thức trên ta tính đƣợc nBD1 bảo đảm cân bằng dòng thứ cấp. Nhƣng n BD1 vừa tính đƣợc có thể không nằm trong tiêu chuẩn gần với hệ số biến dòng tính toán, việc bù dòng không cân bằng còn lại đƣợc thực hiện bằng máy biến dòng từ ngẫu hay máy biến dòng bão hoà nhanh. - Trƣờng hợp dùng máy biến dòng tự ngẫu (hình 1 - 3) Để cân bằng dòng trong các nhánh của bảo vệ, hệ số biến dòng của máy biến dòng từ ngẫu (TN) đƣợc chọn sao cho để dòng thứ cấp của nó bằng dòng của nhánh đối diện của bảo vệ. nTN I IT I IIT I IT nTN I II TN I IIT BI1 BI2 II III T T II TN TN N1 I RI IR Hình 1 - 3. Bảo vệ so lệch dùng biến dòng tự ngẫu - Trƣờng hợp dùng máy biến dòng bão hoà nhanh (hình 1 - 4). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 Máy biến dòng bão hoà nhanh có ba cuộn sơ cấp. Cuộn cân bằng WcbI và WcbII đƣợc mắc vào nhánh các bảo vệ, còn cuộn WSL (so lệch) mắc vào hiệu số dòng IIT –IIIT. Cuộn thứ cấp WRL cung cấp cho rơle so lệch RI. Số vòng dây cuộn cân bằng đƣợc chọn sao cho tổng hình học sức từ động trong cả ba cuộn dây trong chế độ phụ tải và ngắn mạch ngoài bằng không. Hình 1 - 4 giới thiệu sơ đồ bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh. Cuộn WcbI và WcbII là các cuôn cân bằng, cuộn Wlv nối vào hiệu số dòng thứ cấp, cuộn WRL cung cấp dòng cho rơle dòng RI, cuộn dây ngắn mạch WN dùng để nâng cao hiệu quả việc chỉnh định rơle theo dòng không cân bằng và dòng từ hoá nhảy vọt. II BI II R I T W cbI W cbII W RL WN W lv R N BI II I III T WN N1 Hình 1-4. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh Trong mạch bảo vệ này máy biến dòng bão hoà nhanh làm các nhiệm vụ sau: - Cân bằng sức từ động do các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng gây ra trong mạch từ của máy biến dòng bão hoà nhanh khi làm việc bình thƣờng và ngắn mạch ngoài theo biểu thức: IIT.(WcbI + WSL) = IIIT.(WcbII + WSL) IIT.Wcb1 – IIIT.WcbII + (IIT - IIIT).WSL = 0. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/