CÁC PHẦN TỬ TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TBA
MÁY CẮT ĐIỆN
1.1.1 Chức năng và phân loại máy cắt điện cao áp
Máy cắt điện cao áp (trên 1000V) được sử dụng để đóng, cắt mạch trong các tình huống có dòng phụ tải và dòng ngắn mạch Yêu cầu chính đối với thiết bị này là khả năng cắt nhanh, không gây nổ hoặc cháy, đồng thời có kích thước gọn nhẹ và giá thành hợp lý Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong máy cắt cao áp là khả năng dập tắt hồ quang khi cắt ngắn mạch, do đó, phương pháp dập tắt hồ quang thường được sử dụng làm tiêu chí phân loại máy cắt.
1 Máy cắt nhiều dầu: dầu vừa là chất cách điện, đồng thời sinh khí để dập tắt hồ quang
2 Máy cắt ít dầu: lượng dầu ít chỉ đủ để sinh khí dập tắt hồ quang, còn cách điện là chất rắn
3 Máy cắt không khí: dùng khí nén để dập tắt hồ quang
4 Máy cắt tự sinh khí: dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí dựới tác dụng nhiệt độ cao của hồ quang Khí tự sinh áp suất cao có khả năng dập tắt hồ quang
5 Máy cắt điện từ: hồ quang được dập tắt trong khe hẹp làm bằng vật liệu rắn chịu được hồ quang Lực điện từ sẽ đẩy hồ quang vào khe hẹp
6 Máy cắt chân không: hồ quang được dập tắt trong môi trường chân không
7 Máy cắt phụ tải: chỉ dùng để cắt dòng phụ tải, không cắt được dòng ngắn mạch Hồ quang được dập tắt bằng khí sinh từ vật liệu rắn tự sinh khí dưới tác dụng nhiệt độ cao của hồ quang
Các thông số quan trọng của máy cắt bao gồm điện áp định mức Uđm, dòng định mức Iđm, dòng ổn định động định mức Iđ.đm và dòng ổn định nhiệt Inhđm Dòng cắt định mức Icđm là dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng lớn nhất mà máy cắt có thể xử lý mà không gây hư hại Thông số công suất cắt định mức cũng có thể được tính bằng công thức S = √3 Uđm Icđm.
Máy cắt cần có khả năng đóng mạch khi xảy ra dòng ngắn mạch mà không làm hư hại các đầu tiếp xúc Để thể hiện khả năng này, người ta sử dụng dòng đóng định mức, tương đương với dòng ổn định động định mức.
Sơ đồ nguyên lý máy cắt nhiều dầu cho thấy thùng dầu 1 chứa dầu máy biến áp 2, với cấu trúc khác nhau cho điện áp 10kV và 35kV trở lên Đối với điện áp 10kV, cả ba pha được đặt trong một thùng, trong khi với 35kV trở lên, mỗi pha có một thùng riêng Thùng được làm bằng thép lò và có lớp cách điện 9 ở bề mặt trong để ngăn ngừa hồ quang Giữa các pha trong thùng có tấm ngăn cách điện nhằm tăng cường cách điện và ngăn ngừa hồ quang lan ra Để đảm bảo an toàn, thùng và nắp kim loại được nối đất, trong đó nắp thùng 3 được đúc bằng gang không từ tính cho điện áp 35kV trở lại.
110kV trở lên thì làm bằng thép lò Sứ xuyên 4 được đặt nghiêng để tăng khoảng cách giữa các phần mang điện trong không khí
Lõi của sứ xuyên bao gồm thanh tiếp xúc cố định 7, trong khi đầu tiếp xúc di động 8 được kết nối với bộ truyền động Máy cắt hoạt động bằng cách đóng và cắt nhờ vào lò so 5 và trục truyền.
6 Khi đóng, tác động vào trục truyền 6, kéo đầu tiếp xúc di động lên, lò so 5 bị nén khi máy cắt ở trạng thái đóng Quá trình cắt được thực hiện bằng tay hay tự động Khi chốt được thả lỏng, dưới tác dụng của lực nén lò so 5, đầu tiếp xúc di động 8 được nhanh chóng hạ xuống Khi đó hồ quang xuất hiện, nhưng bị tắt ngay bởi bọt khí và hơi dầu áp suất cao
Cơ cấu vít 10, 11 dùng để giữ chặt nắp và thùng của máy cắt
Máy cắt nhiều dầu mô tả trên có nhược điểm là kích thước to, thời gian cắt lớn, nên chỉ dùng cho điện áp 10kV trở lại
Dầu chỉ hoạt động trong quá trình dập hồ quang, vì vậy số lượng của nó thường ít và thiết kế gọn nhẹ Để đảm bảo hiệu quả, buồng dập cần phải được thiết kế theo kiểu thổi ngang Thân máy được treo và gắn trên sứ cách điện cho cả ba pha, tất cả đều nằm trong một khung đỡ chung Mỗi pha (cực) được trang bị một vị trí cắt riêng biệt, đi kèm với buồng dập tắt hồ quang độc lập.
Máy cắt điện áp cao từ 35kV đến 110kV thường có một chỗ cắt trên một pha, trong khi các máy cắt với điện áp lớn hơn sẽ có nhiều chỗ cắt hơn Một số loại máy cắt này được thiết kế với dầu tiếp xúc để hoạt động hiệu quả hơn, đặc biệt là cho các máy có dòng định mức lớn.
Máy ngắt ít dầu thưòng dùng cho TBPP trong nhà có điện áp 6, 10, 20, 35, đến 1l0kV TBPP ngoài trời 35, 110, 220kV có công suất lớn
Hồ quang trong loại máy ngắt này được dập tắt nhờ khí nén với áp suất từ 8 đến 20 at, sử dụng cách điện bằng sứ hoặc vật liệu rắn Cấu trúc của loại máy ngắt này đảm bảo hiệu quả trong việc kiểm soát và ngăn chặn hiện tượng hồ quang.
Hình.1-2 Sơ đồ cấu trúc máy cắt ít dầu
1- Đầu tiếp xúc di động; 2- Buồng dập tắt hồ quang; 3- Đầu tiếp xúc cố định; 4- Đầu tiếp xúc làm việc
Máy cắt nhiều dầu không khí có sự khác biệt rõ rệt tùy thuộc vào điện áp định mức và khoảng cách giữa các đầu tiếp xúc tại vị trí cắt, cũng như phương pháp truyền khí nén vào buồng dập hồ quang Đối với máy ngắt không khí với dòng định mức lớn, thiết bị này được chia thành hai phần.
- Mạch chính (dao cách li)
- Mạch dập hồ quang (buồng dập, điện trở shun)
Khí nén 200 N/cm² có thời gian dập là 0,01 giây và tổng thời gian tác động khoảng 0,17 giây Trên bình khí nén được trang bị tủ điều khiển với các van đóng mở khí nén, nam châm điều khiển, bộ tiếp điểm truyền động bằng khí nén, hộp đấu nối mạch nhị thứ, tín hiệu chỉ vị trí đóng mở, áp kế khí nén và công tơ đếm số lần đóng cắt Mỗi pha của máy đều có bộ truyền động riêng, cho phép máy ngắt khí có thể đóng lại theo từng pha.
Máy cắt điện áp 35kV có một chỗ cắt trong buồng dập tắt hồ quang, trong khi máy cắt từ 110kV trở lên có ít nhất hai chỗ cắt Ngoài các chỗ cắt này, thiết bị còn được trang bị bộ cách ly 5 để tạo khoảng cách điện an toàn sau khi mở tiếp xúc Đối với máy cắt điện áp 220kV trở lên, còn có bộ phân áp bằng tụ và điện trở nhằm phân bố đều điện áp giữa các buồng dập hồ quang, đảm bảo điều kiện làm việc đồng nhất Bộ phân áp bằng tụ giúp cân bằng điện áp giữa các đầu tiếp xúc của bộ cách ly khi máy cắt ở trạng thái cắt.
DAO CÁCH LY
1.2.1 Chức năng của dao cách ly
Dao cách ly là thiết bị dùng để đóng cắt mạch cao áp, chủ yếu khi không có dòng điện Nó cũng được sử dụng để cách ly các phần cần sửa chữa khỏi lưới điện Các đầu tiếp xúc của dao cách ly không có buồng dập hồ quang, do đó việc thao tác nhầm có thể gây ra hồ quang và sự cố Trước khi mở dao cách ly, cần phải cắt mạch điện bằng máy cắt Tuy nhiên, dao cách ly vẫn có thể được sử dụng để cắt dòng nhỏ trong một số trường hợp nhất định.
- Đóng, cắt dòng điện không tải của các đường dây ngắn và các máy biến áp công suất nhỏ
- Đóng, cắt dòng phụ tải tới 10 - 15 A của các mạch có điện áp tới 10kV;
- Đóng, cắt dòng điện dung của thanh góp, các đoạn dây dẫn trong các NMĐ và TBA;
- Dòng điện làm việc trong các mạch của máy biến điện áp
Cắt mạch có dòng điện lớn xảy ra khi độ lệch điện áp giữa các đầu tiếp xúc sau khi cắt là không đáng kể, chẳng hạn như trong trường hợp cắt dòng điện trong mạch liên lạc giữa hai hệ thống với độ lệch điện áp không vượt quá 2% điện áp định mức Khi thực hiện đóng hoặc cắt các mạch điện song song, trong tình huống một mạch đang ở trạng thái đóng, có thể sử dụng dao để thao tác.
Công tắc CL được sử dụng để điều khiển mạch thứ hai, cho phép đóng mở CL2 khi CL1 đang ở trạng thái đóng và ngược lại Các thao tác này thường thấy trong thiết bị điện, đặc biệt trong các sơ đồ hai thanh góp tại nhà máy điện và trạm biến áp.
Đóng cắt dòng điện không cân bằng tại điểm trung tính của máy biến áp và các cuộn dây dập hồ quang là vấn đề quan trọng Để giải quyết tình trạng này, dao cách ly (dao CL) được sử dụng để nối đất điểm trung tính của các thành phần trong hệ thống điện (HTĐ).
- Đóng cắt dòng chạm đất một pha trong các mạng điện có trung tính cách điện: với mạng điện đến 10kV, dòng Ic ≤ 10A; với mạng 20 - 35 kV, dòng Ic ≤ 5 A
CL để đóng cắt các mạch điện song song
Các thông số chính của dao cách ly tương tự như máy cắt điện, bao gồm điện áp định mức Uđm, dòng định mức Iđm, dòng ổn định động định mức Iđđm, và dòng ổn định nhiệt định mức Inhđm cùng với thời gian ổn định nhiệt định mức tnh Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn nhất là dao cách ly không có dòng điện cắt định mức.
1.2.2 Các loại dao cách ly
1 Dao cách ly kiểu quay hai trụ
Dao cách ly kiểu quay hai trụ là thiết bị cao áp phổ biến, sử dụng cho điện áp từ 72,5 đến 420 kV, chủ yếu tại các trạm ngoài trời Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt, dao có thể đi kèm với dao nối đất Hình 1-9 minh họa cấu tạo của dao CL kiểu hai trụ quay, với hai đế quay được kết nối bằng thanh kẹp Sứ đỡ gắn trên đế quay có khớp quay và các tiếp điểm cao áp, cho phép thao tác mở và đóng bằng cách quay cả hai cần một góc 90° Khi ở vị trí mở, dao CL tạo ra một khoảng cách cách điện nằm ngang giữa hai trụ sứ.
Bệ quay được gắn bằng bulông, cho phép điều chỉnh chính xác hệ thống tiếp xúc Mỗi dao CL có thể được lắp thêm một hoặc hai dao nối đất tùy theo yêu cầu, với khóa liên động giữa chúng để ngăn ngừa thao tác nhầm lẫn và cố định vị trí Điều này giúp đảm bảo an toàn trong các tình huống nguy hiểm như ngắn mạch, động đất, hay gió bão.
2 Dao cách ly kiểu quay ba trụ Để khắc phục một phần nhược điểm của dao CL kiểu hai trụ, người ta dùng dao CL ba trụ Hai sứ cách điện phía ngoài cố định và được dùng để giữ hệ thống tiếp xúc (hình 1-10) Sứ giữa gắn trên đế quay và đỡ lưỡi dao Khi thao tác, sứ giữa quay khoảng 60° để đóng mở dao CL
Các dao nối đất (nếu có) được đặt về phía các tiếp điểm tĩnh của dao CL, ở hai sứ cố định phía ngoài
3 Dao cách ly kiểu quay một trụ, tiếp điểm đóng mở
Tiếp điểm treo được lắp đặt phía trên dao CL, gần thanh góp, và khi đóng, hai thanh truyền sẽ ép chặt vào tiếp điểm này Để giảm thiểu sự mài mòn và tăng khả năng dẫn điện, thanh tiếp xúc tại đầu thanh truyền và tiếp điểm treo được chế tạo từ các tấm đồng mạ bạc hoặc bạc tinh khiết, giúp kéo dài thời gian hoạt động hiệu quả.
4 Dao cách ly hai trụ đứng, cắt ở giữa
Dao CL hai trụ đứng được giới thiệu trong hình 1-12, có khả năng cắt ở điện áp định mức 525kV Các cần tiếp điểm chỉ cần quay trong mặt phẳng đứng, giúp loại bỏ yêu cầu về chuyển động quay phụ để đạt được áp suất cần thiết tại điểm tiếp xúc, từ đó tối ưu hóa cấu trúc cơ khí của thiết bị.
Hình 1-9 Dao cách ly quay hai trụ kiểu SGF 123 kv
1- dế quay; 2- khung; 3- sứ cách điện; 4- đầu quay; 5- tay khớp; 6- dầu cuối cao áp; 7- bộ tác động;8- cầu dao nối đất khí của dao CL loại này đơn giản, lực thao tác nhỏ ; áp suất tại chỗ tiếp xúc thấp nên các tiếp điểm ít bị mài mòn Khi đóng mở, sứ quay làm cho các cần tiếp điểm quay theo chiều thẳng đứng một góc 90°, tạo khoảng cách cách điện theo phương nằm ngang
Cũng như các dao CL khác, có thể lắp thêm dao nối đất vào một hoặc cả hai phía của dao CL
5 Dao nối đất một trụ
Trong các thiết bị phân phối điện ngoài trời, dao nối đất không chỉ được lắp đặt cùng với dao CL mà còn được bố trí tại các phân đoạn thanh góp riêng biệt Dao nối đất một trụ không chỉ có chức năng nối đất cho các thiết bị của trạm khi cần thiết, mà còn hỗ trợ cho các thanh dẫn ống Khi thực hiện thao tác đóng mở, dao nối đất cần được quay một góc khoảng 90° tương tự như các thiết bị khác.
THANH DẪN, CÁP ĐIỆN LỰC VÀ SỨ
Trong nhà máy điện và trạm biến áp, các thiết bị chính như máy phát, máy biến áp và máy bù được kết nối với nhau qua thanh dẫn và cáp điện lực Thanh dẫn bao gồm hai loại chính: thanh dẫn cứng và thanh dẫn mềm, cùng với các khí cụ điện như máy cắt điện và dao cách ly kháng điện.
- Thanh dẫn cứng: thường dùng ở cấp điện áp dưới 35KV làm bằng đồng, nhôm Thanh dẫn cứng thường dùng để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy,
Hình.1-12 Dao cách ly cắt ỏ giữa đặt đứng kiểu TK, 525 kV
1- ổ quay; 2- khung; 3- sứ đỡ; 4- sứ quay; 5- cần tiếp điểm; 6- đầu cao áp; 7- cd cấu thao tác;
Hình.1-10 DCL quay ba trụ kiểu
3- sứ cố đinh; 4- sứ quay;
5- cần tiếp điểm; 6- đầu cao áp;
Hình.1-11 DCL một trụ kiểu TFB,
1- Ổ bi quay; 2-khung; 3- sứ đỡ;
4-sứ quay; 5- cơ cấu thanh truyền; 6- hộp số; 7- cơ cấu tác động;
8- cầu dao nối đất; 9- tiếp điểm treo
Cầu dao nối đất cao áp 420kV một trụ được sử dụng làm thanh góp điện áp cho máy phát và thanh góp 6 - 10KV tại các trạm biến áp Cấu tạo của thanh dẫn cứng thay đổi tùy theo dòng tải, với thanh dẫn ghép được sử dụng khi dòng điện lớn hơn Mỗi pha sẽ có ít nhất hai thanh dẫn, giữa chúng có thể đặt miếng đệm với độ dày tương đương Đối với dòng điện lớn hơn 2000 đến 3000A, thanh dẫn rỗng có tiết diện vuông hoặc tròn, hoặc thanh dẫn hình máng sẽ được áp dụng.
Thanh dẫn mềm là thành phần quan trọng trong thiết bị điện ngoài trời với điện áp từ 35KV trở lên, được chế tạo từ dây vặn xoắn bằng đồng hoặc nhôm lõi thép Để đảm bảo tải dòng cần thiết, người ta thường sử dụng chùm dây dẫn mềm, bao gồm nhiều dây được phân bố đều và kẹp chặt trên vòng kim loại hình tròn Hiện nay, thanh dẫn nhôm được sử dụng phổ biến trong hệ thống phân phối điện ở nhiều cấp điện áp, trong khi thanh dẫn đồng chỉ được áp dụng ở những khu vực ven biển hoặc nơi có bụi công nghiệp nhiều.
Thanh dẫn và thanh góp của ba pha có thể được bố trí theo chiều ngang, thẳng đứng hoặc trên các đỉnh tam giác Thanh dẫn cứng được sơn bằng êmy theo các tiêu chuẩn màu sắc: Pha A màu vàng, Pha B màu xanh, Pha C màu đỏ Trung tính được sơn màu trắng nếu là trung tính cách điện, hoặc màu tím nếu là trung tính trực tiếp nối đất Dây dẫn mềm chỉ được sơn ở các đầu nắp sứ.
Cáp điện lực trong nhà máy điện và trạm biến áp được sử dụng để kết nối các máy phát hoặc máy biến áp có công suất danh định không vượt quá 15 MVA với thanh góp từ 6 đến 10 KV, đồng thời cung cấp điện cho các mạch tự dùng.
Cáp điện áp cao và thấp có nhiều loại, phổ biến nhất là cáp đồng và nhôm, với cấu trúc từ một đến bốn lõi Đối với điện áp 110 - 220 KV, cách điện thường sử dụng dầu hoặc khí Cáp dưới 10KV thường được thiết kế theo kiểu ba pha chung trong một vỏ chì, trong khi cáp trên 10KV thường có cấu trúc bọc riêng từng pha.
Hình dáng tiết diện ngang của thanh dẫn rất đa dạng, bao gồm: a) thanh dẫn hình chữ nhật, b) thanh dẫn hình ống tròn, c) thanh dẫn hình ống vuông, d) thanh dẫn hình máng tròn và e) thanh dẫn hình máng vuông.
Hình 1-15 minh họa cách bố trí thanh dẫn ghép, bao gồm ba trường hợp: a) một thanh trong một pha; b) hai thanh trong một pha; và c) ba thanh trong một pha Đối với điện áp 1000V trở xuống, thường sử dụng loại cáp cách điện bằng giấy tẩm dầu hoặc cao su.
Sứ là thiết bị điện quan trọng, được sử dụng để giữ chặt các thanh dẫn và cách ly các phần mang điện với nhau hoặc với mặt đất Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, sứ cần có độ bền điện, độ bền cơ và khả năng chống bụi bẩn, vì bề mặt bẩn có thể làm giảm đáng kể độ bền điện của nó.
Sứ trong nhà và sứ ngoài trời có những đặc điểm khác nhau rõ rệt Sứ trong nhà thường có bề mặt phẳng, trong khi sứ ngoài trời được thiết kế với bề mặt tăng cường để đảm bảo độ bền cần thiết khi tiếp xúc với bụi bẩn và mưa Độ bền cơ học của sứ được xác định bởi lực phá hoại tác động vào đầu sứ, vuông góc với trục Tùy theo nhiệm vụ sử dụng, sứ được phân thành ba loại chính: sứ đỡ, sứ treo và sứ xuyên.
MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
Máy biến điện áp có chức năng chuyển đổi điện áp từ mức cao xuống mức thấp, phục vụ cho các thiết bị đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hóa Đối với máy biến điện áp ba pha, điện áp cuộn thứ cấp đạt 100V, trong khi máy biến điện áp một pha có điện áp cuộn thứ cấp là 100/√3 V Đối với cuộn dây thứ cấp phụ, điện áp cuộn thứ cấp là 100/3V.
Như vậy ta có thể tiêu chuẩn hóa việc chế tạo các đồng hồ đo Các đồng hồ đo được nối song song với cuộn dây thứ cấp
Máy biến điện áp cũng có cuộn dây sơ cấp W1, cuộn dây thứ cấp W2 và lõi thép Thứ cấp của
MBĐA được nối đất nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng Máy biến điện áp hoạt động trong trạng thái không tải do tổng trở của mạch ngoài lớn.
1.4.2 Cấu tạo và phân loại máy biến điện áp
Về mặt cấu tạo thì
MBĐA cũng giống như máy biến áp điện lực nghĩa là cũng có lõi thép, cuộn dây sơ cấp và
Hình.1-16 Cấu tạo của máy biến điện áp biến điện áp loại UT từ 52 - 420kV
1- Nắp đậy; 2- Bù trừ bằng kim loại; 3- Cái chỉ mức dầu; 4- Đầu của cuộn dây sơ cấp; 5- Sứ cách điện;
6- Giấy cách điện; 7- Dầu; 8- Các cuộn dây; 9- Lõl từ; 10- Thùng chứa dầu; 11- Hộp đầu ra cuộn dây thứ cấp;
12- Van tháo dầu cuộn dây thứ cấp Công suất của MBĐA rất nhỏ, từ vài chục cho đến vài ngàn VA, nhưng yêu cầu chính xác cao hơn nên đòi hỏi thép làm mạch từ phải có chất lượng tốt hơn Việc phân loại MBĐA có nhiều cách:
- Phân theo biện pháp làm lạnh, MBĐA có 2 loại: MBĐA kiểu khô và MBĐA kiểu dầu
- Phân theo số pha, có MBĐA một pha và MBĐA ba pha
Máy biến điện áp kiểu dầu bao gồm các loại chính sau: Máy biến điện áp một pha, có vỏ kim loại và cuộn dây cùng lõi thép ngâm trong dầu, thường được chế tạo cho điện áp U ≤ 35kV Máy biến điện áp ba pha với lõi thép gồm ba trụ, trong đó cuộn sơ cấp mỗi pha được chia thành hai phần, nhằm giảm sai số góc Cuối cùng, máy biến điện áp ba pha năm trụ có năm trụ thép, với ba trụ giữa dùng để quấn cuộn dây ba pha và hai trụ bên để khép mạnh từ thông thứ tự không, với tổ nối dây là Yo/Yo/.
Cuộn dây thứ cấp bao gồm hai thành phần: cuộn nối Yo dùng để đo lường và bảo vệ rơle, có khả năng đo điện áp dây và điện áp pha Ngoài ra, cuộn dây nối còn có chức năng báo tín hiệu chạm đất một pha.
3U0, có điện áp định mức là 100V
1.4.3 Sơ đồ nối dây của máy biến điện áp:
- Dùng hai BU một pha nối theo sơ đồ V/V( sơ đồ hình V/V )
Sử dụng hai máy biến điện áp một pha theo sơ đồ hình 1-19 là phương pháp phổ biến cho lưới điện có dòng điện chạm đất U ≤ 35kV Sơ đồ này thường được áp dụng cho các phụ tải là dụng cụ đo lường như công tơ và watt kế, trong đó các dụng cụ này được trang bị hai cuộn dây, bao gồm cuộn dây điện áp kết nối với điện áp dây Uab và Ubc.
MBĐA, còn cuộn dây dòng điện được nối với máy biến dòng điện Vì hai máy biến
Hình.1-18 Biến điện áp ba pha năm trụ
Sơ đồ đấu dây của hai máy Biến điện áp một pha V/V
Sơ đồ đấu dây của ba máy biến điện áp một pha Y 0 /Y 0 / cho thấy rằng điện áp giữa chúng là giống nhau, giúp phân bố tải đồng đều hơn Điều này dẫn đến việc giảm sai số và tăng độ chính xác trong quá trình hoạt động Điện áp định mức sơ cấp của máy biến điện áp được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của mạng điện, trong khi điện áp thứ cấp được thiết lập ở mức 100V.
- Dùng ba BU một pha nối theo sơ đồ Y 0 /Y 0 / :
Để thiết lập hệ thống điện áp, có thể sử dụng ba máy biến điện áp một pha hoặc một máy biến điện áp ba pha kết nối theo sơ đồ Y0/Y0 Khi áp dụng ba máy biến điện áp một pha, sơ đồ nối dây sẽ tương tự Đối với điện áp từ 35kV trở lên, việc sử dụng ba máy biến điện áp một pha là phương án tối ưu.
Khi điện áp U ≤ 20kV, cần sử dụng máy ba pha năm trụ với trung tính cuộn sơ cấp và thứ cấp được nối đất Việc nối đất trung tính phía sơ cấp là điều bắt buộc, bởi vì trong trường hợp xảy ra ngắn mạch một pha chạm đất trong mạng trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, từ thông thứ tự sẽ không có đường khép mạch khi dòng điện I0 chạy qua cuộn sơ cấp.
MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN
Máy biến dòng điện có chức năng giảm dòng điện từ mức cao xuống mức thấp phù hợp cho các thiết bị đo lường, thường là 5A Trong những trường hợp đặc biệt, dòng thứ cấp có thể là 1A hoặc 10A, tùy thuộc vào khoảng cách từ máy biến dòng đến thiết bị đo Nếu khoảng cách xa, dòng thứ cấp sẽ là 1A, trong khi đó, nếu máy biến dòng được sử dụng cho các bộ truyền động của máy cắt điện, dòng thứ cấp sẽ là 10A Việc chuyển đổi dòng điện xuống 5A giúp chuẩn hóa các thiết bị đo lường kết nối vào mạch thứ cấp của máy biến dòng.
Về mặt cấu tạo của MBD cũng giống như máy biến áp điện lực nghĩa là cũng có mạch từ, cuộn dây sơ cấp W1, cuộn dây thứ cấp W2
Thứ cấp của MBD cần được nối đất để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Đặc điểm của MBD là tổng trở mạch ngoài nhỏ, khiến nó luôn hoạt động trong tình trạng ngắn mạch Khi không sử dụng, hai đầu cuộn thứ cấp cần được nối tắt; nếu để hở mạch, dòng điện từ hóa I0 sẽ tăng lên bằng dòng điện sơ cấp, dẫn đến tổn thất công suất, làm nóng lõi thép và cuộn dây, gây hư hỏng cách điện Ngoài ra, sức điện động cảm ứng bên thứ cấp có thể đạt hàng chục kV, gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành.
1.5.2 Phân loại và cấu tạo
Có nhiều cách để phân loại MBD
- Phân theo số vòng dây quấn: Máy biến dòng loại 1 vòng và máy biến dòng loại nhiều vòng
- Phân theo cách điện: Có MBD cách điện bằng sứ, bằng dầu hay bằng nhựa
Hình.1-21 Sơ đồ nguyên lý máy Biến điện áp
Máy biến dòng (MBD) được phân loại theo vị trí lắp đặt thành hai loại: MBD trong nhà và MBD ngoài trời Đối với MBD trong nhà, sơ cấp thường là thanh dẫn hình chữ nhật, hình tròn hoặc hình ống, được cách điện bằng sứ hoặc êpôxy, với mỗi cuộn thứ cấp có lõi thép riêng, giúp các dòng điện thứ cấp hoạt động độc lập Trong khi đó, MBD ngoài trời sử dụng dầu máy biến áp và vỏ sứ làm cách điện Đối với các MBD có điện áp siêu cao, kiểu phân cấp được áp dụng để giảm cách điện giữa các cuộn dây Ngoài ra, các MBD cũng được lắp sẵn trong các thiết bị điện như máy cắt điện và máy biến áp, với sơ cấp là thanh dẫn và có thể lắp một hoặc hai sứ xuyên.
Máy biến dòng điện thứ tự không kiểu cáp sử dụng cáp ba pha xuyên qua lõi thép hình xuyến Trong điều kiện làm việc bình thường với tải ba pha đối xứng, từ thông tổng trong lõi thép bằng không Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố ngắn mạch không đối xứng, ba pha sẽ mất đối xứng, dẫn đến sự xuất hiện của từ thông thứ tự không trong lõi thép Kết quả là cuộn dây thứ cấp tạo ra dòng điện cảm ứng, đi vào rơle Lưu ý rằng dây nối đất cần được luồn qua lõi thép để đảm bảo an toàn.
1.5.3 Sơ đồ nối dây của máy biến dòng a- Sơ đồ BI nối từng pha riêng rẽ :
Để đo lường dòng điện trong hệ thống một pha, chiều dài dây dẫn được tính toán theo công thức ltt = 2.l Sơ đồ nối BI kiểu sao khuyết được sử dụng để cung cấp nguồn cho các thiết bị đo lường trong mạch ba pha, đồng thời hỗ trợ cho thiết bị bảo vệ rơ le chống.
Hình.1-22 Máy biến dòng điện từ 72,5 đến 525kV
1- Nối mạch sơ cấp; 2- ông giãn nở; 3- Nút làm đầy dầu; 4- Sứ cách điện; 5- Hộp đầu dây thứ cấp;
6- Đầu dây thứ cấp; 7- Van tháo dầu; 8- Chỗ tiếp đất;
11- Cái chỉ vị trí ống giãn nở; 12- Cách điện cao áp; 13- Cuộn dây thứ cấp và mạch từ; 14- Thanh dẫn sơ cấp;
Máy biến dòng điện thứ tự không kiểu cáp được sử dụng để đo dòng ngắn mạch trong các hệ thống nhiều pha Khi phụ tải ở các pha có thể đối xứng hoặc không đối xứng, dòng điện trong dây sẽ trở về theo cách nhất định.
Do đó chiều dài tính toán: l tt = √3 l c- Sơ đồ BI nối theo kiểu sao hoàn toàn :
Sơ đồ này được thiết kế để cung cấp nguồn cho các thiết bị đo lường ba pha và thiết bị bảo vệ rơle chống ngắn mạch nhiều pha.
Khi phụ tải nối vào ba pha đối xứng thì dòng trong dây trở về:
Do đó chiều dài tính toán: ltt = l
Câu hỏi và bài tập bài 1
1 Nêu nhiệm vụ của máy cắt điện, dao cách ly và điều kiện chọn các thiết bị này
2 Nêu ưu, nhược điểm của các vật liệu dùng chế tạo thanh dẫn và hình dáng kích thước, kích thước của loại thanh dẫn
3 Nêu điều kiện chọn sứ cách điện và cáp điện lực
4 Phân loại máy biến điện áp
SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN VÀ TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
KHÁI NIỆM CHUNG
Trong các thiết bị điện của nhà máy điện và trạm biến áp, sơ đồ nối điện là yếu tố quan trọng, đảm bảo hoạt động hiệu quả và tin cậy Sơ đồ này cần có cấu trúc đơn giản, cho phép vận hành linh hoạt, đồng thời đảm bảo tính kinh tế và an toàn cho con người.
Tính đảm bảo của sơ đồ phụ thuộc vào vai trò quan trọng của hộ tiêu thụ
Tính linh hoạt của sơ đồ thể hiện bởi khả năng thích ứng với nhiều trạng thái vận hành khác nhau
Tính kinh tế của sơ đồ được quyết định bởi hình thức thanh góp, số lượng và khí cụ dùng cho sơ đồ
Ngoài ra, cách bố trí thiết bị trong sơ đồ phải đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành.
CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CƠ BẢN
Thanh góp là thiết bị quan trọng trong hệ thống phân phối điện, có chức năng nhận điện năng từ các nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ Nó đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo quá trình cung cấp điện năng diễn ra hiệu quả.
2.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp
Sơ đồ hệ thống thanh góp, như được trình bày trong H.2-1, bao gồm các máy cắt và dao cách ly ở cả nguồn vào và đường dây ra Ưu điểm nổi bật của sơ đồ này là tính đơn giản và chi phí thấp Dao cách ly có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn trong quá trình sửa chữa và thực hiện đóng cắt khi không có dòng điện.
Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thể không phân đoạn như H.2-1,a hoặc phân chia thành các phân đoạn như H.2-l,b và H.2-l,c
Sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn có các nhược điểm như sau
Hình.2-1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp a) Không phân đoạn; b) Phân đoạn bằng dao cách ly; c) Phân đoạn bằng máy cắt điện
Khi thực hiện sửa chữa thanh góp hoặc dao cách ly trong một mạch điện, cần phải ngắt toàn bộ nguồn cung cấp, dẫn đến việc tạm ngừng hoạt động của các thiết bị trong thời gian sửa chữa Đối với việc sửa chữa máy cắt của đường dây, đường dây đó cũng phải được cắt, và hộ tiêu thụ sẽ bị mất điện trong suốt quá trình sửa chữa Thời gian sửa chữa có thể kéo dài từ vài ngày, tùy thuộc vào loại máy cắt.
Ngắn mạch trên thanh góp sẽ gây ra việc tự động ngắt tất cả nguồn cung cấp, buộc các thiết bị phải ngừng hoạt động để khắc phục sự cố.
Do những nhược điểm trên, sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn chỉ dùng cho thiết bị có một nguồn cung cấp
Phân đoạn thanh góp là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy của thiết bị trong hệ thống thanh góp Số lượng phân đoạn được xác định dựa trên số nguồn cung cấp và công suất của chúng Việc phân phối các đường dây giữa các phân đoạn cần được thực hiện sao cho khi một phân đoạn bị cắt, các hộ tiêu thụ quan trọng vẫn tiếp tục hoạt động bình thường.
Do đó các hộ tiêu thụ quan trọng cần được cung cấp từ hai nguồn lấy từ hai phân đoạn khác nhau
Thanh góp có thể được phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt Hệ thống thanh góp được phân đoạn sử dụng hai dao cách ly mắc nối tiếp, CL1 và CL2, để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Trong hệ thống điện, việc sử dụng dao cách ly phân đoạn cho phép sửa chữa mà không cần ngừng toàn bộ hệ thống, như trình bày trong H.2- l,b Khi dao cách ly phân đoạn đóng, các nguồn cung cấp hoạt động song song, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên, nếu có sự cố ngắn mạch xảy ra ở một phân đoạn, toàn bộ nguồn cung cấp sẽ bị cắt, dẫn đến mất điện Ngược lại, khi dao cách ly phân đoạn được cắt, chỉ những thiết bị kết nối với phân đoạn gặp sự cố mới bị mất điện, trong khi các nguồn cung cấp khác vẫn hoạt động bình thường.
Sơ đồ hệ thống thanh góp phân đoạn bằng máy cắt H.2-l,c có nhiều ưu điểm vượt trội Máy cắt phân đoạn MC có khả năng tự động đóng lại nhờ thiết bị tự động đóng nguồn dự trữ (TDD) khi nguồn cung cấp của phân đoạn bên cạnh bị cắt Trong trường hợp xảy ra ngắn mạch trên bất kỳ phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn và máy cắt nguồn sẽ tự động ngắt, trong khi các phân đoạn còn lại vẫn hoạt động bình thường Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi tại các nhà máy điện và trạm biến áp với số mạch ít và điện áp đa dạng Tại nhà máy điện, máy cắt phân đoạn thường ở trạng thái đóng trong điều kiện làm việc bình thường, trong khi tại trạm biến áp, máy cắt có thể được đóng hoặc cắt tùy theo yêu cầu.
Sơ đồ hệ thống thanh góp phân đoạn bằng máy cắt có nhược điểm là khi xảy ra sự cố hoặc cần sửa chữa một phân đoạn, các nguồn cung cấp và đường dây kết nối với phân đoạn đó sẽ phải ngừng hoạt động Điều này dẫn đến việc mạch bị mất điện tạm thời trong quá trình sửa chữa máy cắt.
2.2.2 Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp đường vòng
Như đã phân tích ở trên, sơ đồ một hệ thống thanh góp có nhược điểm là sửa chữa máy cắt của mạch nào thì mạch ấy mất điện
Nhược điểm của hệ thống có thể được khắc phục bằng cách lắp đặt thêm một hệ thống thanh góp đường vòng và máy cắt vòng MCV Để sửa chữa máy cắt của đường dây D-4, trước tiên cần đóng máy cắt vòng và dao cách ly của đường dây này, sau đó tiến hành cắt máy cắt đường dây MC và dao cách ly hai bên máy cắt Khi hệ thống thanh góp hoạt động, nó sẽ được phân đoạn bằng máy cắt hoặc dao cách ly, và mỗi phân đoạn sẽ được trang bị một máy cắt vòng.
Bình thường tất cả máy cắt đường dây nguồn cung cấp và phân đoạn đều đóng, máy cắt đường vòng
Để giảm số lượng máy cắt trong hệ thống MCV ở vị trí cắt, có thể áp dụng sơ đồ H.2-2,b, trong đó máy cắt vòng và máy cắt phân đoạn được gộp thành một thiết bị duy nhất Tuy nhiên, cần lưu ý rằng máy cắt này không thể thực hiện hai nhiệm vụ đồng thời.
Hệ thống thanh góp đường vòng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị phân phối điện áp từ 110kV trở lên, mặc dù sơ đồ này kinh tế hơn nhưng lại có vận hành phức tạp.
2.2.3 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp
Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với một máy cắt cho phép một hệ thống hoạt động trong khi hệ thống còn lại dự trữ, giúp duy trì nguồn điện liên tục cho tiêu thụ Khi hệ thống thanh góp TG-I hoạt động, dao cách ly của nó được đóng, trong khi dao cách ly của TG-II được cắt ra Liên lạc giữa hai hệ thống được thực hiện qua máy cắt nối MCN Ưu điểm của sơ đồ này là cho phép sửa chữa từng thanh góp mà không làm gián đoạn nguồn điện cho các tiêu thụ khác, đồng thời nhanh chóng phục hồi hoạt động của thiết bị khi có sự cố ngắn mạch, và việc sửa chữa máy cắt không cần phải dừng hoạt động lâu dài.
Hệ thống thanh góp với thanh góp đường vòng được mô tả trong hình 2-2, bao gồm hai phần: a) hệ thống thanh góp hoạt động không phân đoạn và b) máy cắt phân đoạn được sử dụng như mạch cắt vòng Điều này giúp trong việc sửa chữa hệ thống thanh góp TG hiệu quả.
Để chuyển nguồn cung cấp và các đường dây nối từ TG-I sang thanh góp dự trữ TG-II, trước tiên cần kiểm tra xem TG-II có bị ngắn mạch hay nối tắt không Nếu TG-II hoạt động tốt, tiến hành đóng máy cắt nối MCN Trong trường hợp có ngắn mạch xảy ra, máy cắt nối sẽ tự động ngắt, bảo vệ các thiết bị nối với TG-I Nếu không có ngắn mạch, TG-II sẽ có điện và máy cắt nối không bị ngắt Tiếp theo, đóng tất cả dao cách ly của nguồn cung cấp và đường dây nối với TG-II, sau đó cắt tất cả dao cách ly nối với thanh góp làm việc TG-I Cuối cùng, cắt máy cắt nối và hai dao cách ly của nó, đảm bảo thanh góp TG-I mất điện và thực hiện các biện pháp an toàn để đưa TG-I vào sửa chữa.
SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
2.3.1 Sơ đồ khối nhà máy thủy điện
Trong các nhà máy thủy điện có công suất trung bình và lớn, sơ đồ khối nối giữa máy phát điện và máy biến áp thường được sử dụng Đối với các nhà máy lớn, nhóm máy biến áp một pha có cuộn dây phân chia phía hạ áp được lắp đặt để hạn chế dòng ngắn mạch Sơ đồ khối mở rộng cũng được áp dụng cho máy biến áp ba pha Việc sử dụng hai máy biến áp ba pha thay vì ba máy biến
Các khối mở rộng thường được lắp đặt máy cắt trong mạch của máy phát, có nhiệm vụ điều khiển việc đóng và cắt máy phát thủy điện theo biểu đồ vận hành của nhà máy Đồng thời, chúng cũng tự động thực hiện việc đóng cắt máy phát trong trường hợp xảy ra sự cố, đảm bảo rằng các máy phát còn lại vẫn tiếp tục hoạt động.
Trong các sơ đồ khối đơn giản, máy cắt điện thường không được đặt giữa máy phát và máy biến áp Tuy nhiên, một số nhà máy điện lại lắp đặt máy cắt tại vị trí này để giảm bớt thao tác cho máy cắt phía cao áp và đảm bảo cung cấp điện tự dùng cho nhà máy khi máy phát điện bị cắt Đặc biệt, trong nhà máy thủy điện, máy biến áp tự ngẫu tăng áp được sử dụng khi công suất truyền vào lưới có hai cấp điện áp khác nhau và trung tính được nối đất trực tiếp.
Sơ đồ khối nhà máy thủy điện bao gồm nhiều cấu hình khác nhau của máy phát và máy biến áp Trong đó, hai máy phát được kết nối với nhóm máy biến áp một pha có cuộn dây phân chia ở điện áp thấp Ba máy phát có thể nối với nhóm máy biến áp một pha, trong khi tám máy phát cũng kết nối với một máy biến áp một pha Bốn máy phát có thể được kết nối với một máy biến áp ba pha, với hai máy phát chia sẻ chung một máy cắt Cuối cùng, hai khối, mỗi khối gồm bốn máy phát, được nối với một máy biến áp ba pha và hợp nhất ở phía cao áp.
2.3.2 Sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện công suất nhỏ, với công suất lên đến 100MW và từ hai đến bốn máy phát, thường được đặt xa hệ thống điện chính Chúng cung cấp điện cho các xí nghiệp công nghiệp địa phương, nông trường và các đối tượng khác với điện áp 6, 10, 35 và 110kV Những nhà máy này có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với các nhà máy nhiệt điện và thủy điện lân cận Đối với các nhà máy có công suất khoảng vài chục MW, thường xây dựng hệ thống điện áp máy phát 6 hoặc 10kV để kết nối với máy phát điện, máy biến áp tăng áp, máy biến áp tự dùng và các đường dây của lưới điện địa phương.
Với nhà máy có công suất vừa phải, việc nối song song các máy phát và máy biến áp về phía thanh góp hạ áp diễn ra thuận lợi do dòng điện ngắn mạch không lớn và chi phí thiết bị phân phối hợp lý Các thanh góp được phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt điện thông thường Số lượng và công suất máy biến áp tăng áp sẽ phụ thuộc vào công suất phát của nhà máy Nếu có lưới cao áp 110kV, sẽ cần xem xét thêm lưới trung áp.
35kV thì có thể dùng máy biến áp ba cuộn dây
110/35/10 - 6kV; hoặc để cung cấp cho điện áp trung có thể đặt máy biến áp hai cuộn dây
Khi công suất của nhà máy điện tăng lên, dòng ngắn mạch cũng tăng theo, dẫn đến chi phí thiết bị phân phối cao hơn Để giảm dòng ngắn mạch, cần áp dụng sơ đồ có thanh góp phân đoạn riêng biệt ở phía hạ áp, tương tự như sơ đồ khối (H.2-12), với kết nối thông qua máy biến áp tăng áp và thanh góp phía cao áp.
Nhà máy thủy điện công suất nhỏ được thiết kế với hai cấu hình chính: một là hệ thống gồm hai máy phát và một máy biến áp tăng áp; hai là hệ thống với bốn máy phát và hai máy biến áp tăng áp ba cuộn dây.
Hình.2-12 Sơ đồ nhà máy thủy điện có bốn máy phát, công suất truyền vào lưới
2.4 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA TRẠM BIẾN ÁP GIẢM ÁP
2.4.1 Thiết bị phân phối điện áp cao
1 Trạm biến áp nối với một đưòng dây được cung cấp từ một phía
Trạm này có tính đảm bảo liên tục cung cấp điện kém, nhưng lại dễ thực hiện và có chi phí thấp Thông thường, trạm sẽ bao gồm một máy biến áp, với máy cắt và thiết bị tự động đóng lại được đặt ở đầu đường dây cung cấp.
Khi có nhiều trạm biến áp, việc đặt dao cách ly để phân đoạn đường dây là cần thiết Để bảo vệ máy biến áp, có thể sử dụng cầu chì hoặc máy cắt điện tùy thuộc vào công suất và điện áp định mức Cầu chì thường được áp dụng để bảo vệ các máy biến áp có công suất nhỏ trong lưới điện áp từ 6 đến 35kV.
Cầu chì cũng có thể đặt với điện áp 110kV nhưng khả năng cắt của chúng không lớn
Khi lắp đặt cầu chì, việc cắt máy biến áp trong chế độ làm việc bình thường được thực hiện thông qua máy cắt hạ áp và dao cách ly ở phía cao áp Thời gian chảy của cầu chì cần phải lớn hơn thời gian cắt tổng của máy cắt Trong các lưới điện áp 110 ÷ 220kV, thường không có máy cắt phía cao áp Khi xảy ra sự cố, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt ra, sau đó máy biến áp sẽ tự động ngắt khỏi lưới điện nhờ dao cách ly tự động, cho phép đường dây hoạt động trở lại nhờ thiết bị tự động Sơ đồ này có ưu điểm là đơn giản và giảm chi phí trạm Để đảm bảo máy cắt đầu đường dây cắt mạch hiệu quả khi có sự cố ngắn mạch bên trong máy biến áp, người ta thường thêm dao ngắn mạch ở phía cao áp máy biến áp.
2 Trạm biến áp nối với một đường dây được cung cấp từ hai phía
Sơ đồ cung cấp điện này có độ tin cậy cao, với cấu trúc phụ thuộc vào nhiệm vụ của đường dây và công suất truyền tải Khi nhiệm vụ của đường dây là cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ địa phương, sơ đồ trạm trở nên đơn giản hơn, với số lượng máy cắt phía cao áp được tối thiểu hóa.
Sơ đồ H.2-14,a được sử dụng phổ biến trong lưới điện 110 ÷ 220kV, với máy biến áp kết nối hai phía của máy cắt phân đoạn qua dao cách ly và dao ngắn mạch Dao cách ly trên đường dây cho phép truyền công suất trong quá trình sửa chữa máy cắt Trong trường hợp máy biến áp gặp sự cố, các máy cắt 1, 2, 4 hoặc 2, 3, 5 sẽ được cắt ra, và dao cách ly tự động của máy biến áp sẽ ngắt kết nối, tách máy biến áp khỏi lưới điện Sau đó, các máy cắt 1, 2 hoặc 2, 3 sẽ tự động đóng lại để khôi phục hoạt động của đường dây Tương tự, khi có sự cố trên đường dây, các máy cắt cũng sẽ bị ngắt để đảm bảo an toàn.
Hình 2-13 mô tả sơ đồ trạm biến áp kết nối với một đường dây từ một phía Có hai loại bảo vệ cho máy biến áp: a) bảo vệ bằng cầu chì và b) sử dụng dao ngắn mạch ở phía cao áp Khi xảy ra sự cố, các máy cắt 2, 4 hoặc 2, 5 sẽ tự động đóng lại, cho phép máy biến áp phục hồi hoạt động Đối với trạm 220kV và cao hơn, việc truyền tải công suất giữa các phần của hệ thống điện cần đảm bảo không làm giảm độ tin cậy Các sự cố liên quan đến máy biến áp, sửa chữa máy cắt và các thanh góp không được phép cản trở việc truyền tải công suất qua đường dây Những yêu cầu này có thể được giải quyết khi áp dụng sơ đồ tứ giác H.2-14,b.
3 Trạm biến áp trung tâm của hệ thống điện Điểm nút của lưới điện là điểm có số lượng đường dây tập trung không ít hơn ba tại thanh góp trạm biến áp Thiết bị phân phối của trạm trung tâm cần phải bảo đảm làm việc tin cậy liên hệ với các đường dây, cắt đường dây có chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện của máy biến áp Đối với trạm trung tâm 330 - 500kV có thể dùng sơ đồ nối tam giác
(H.2-15,b) và sơ đồ nối thanh góp máy biến áp
ĐIỆN TỰ DÙNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Để sản xuất điện năng, các nhà máy điện cần tiêu thụ một phần điện để đảm bảo hoạt động của máy phát điện và các hệ thống tự dùng Trong nhà máy thủy điện, điện năng này được sử dụng cho việc cung cấp nước, làm mát máy phát, máy biến áp, thông thoáng và chiếu sáng Điện tự dùng trong nhà máy thủy điện chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ so với tổng điện năng sản xuất Để vận hành các máy công tác, chủ yếu sử dụng động cơ điện, và máy biến áp giảm áp cung cấp nguồn điện cho hệ thống tự dùng Khác với các xí nghiệp công nghiệp, nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng độc lập như ắc quy và máy phát diesel dự trữ để duy trì hoạt động trong trường hợp sự cố Độ tin cậy cao của hệ thống điện tự dùng là yêu cầu cơ bản, bên cạnh đó, yếu tố kinh tế cũng rất quan trọng.
2.5.2 Hệ thống tự dùng của nhà máy thủy điện
1 Máy công tác và thiết bị phụ phục vụ cho khởi động, làm việc và dừng máy phát như bơm dầu hệ thống điều chỉnh tuabin, bôi trơn máy phát, bơm tiếp nước, van của hệ thống cấp nước, hệ thống quạt gió làm lạnh máy biến áp tăng áp V.V
2 Máy công tác và thiết bị phụ không liên quan trực tiếp đến máy phát thủy điện nhưng cần thiết cho làm việc của nhà máy như máy nén của thiết bị bơm dầu, bơm tiêu nước, bơm cứu hỏa, cần trục để láp rắp và sửa chữa máy phát, thiết bị nâng cửa van đập nước, quạt gió, máy nén khí của máy cắt, thiết bị nạp điện cho ác quy, thắp sáng v.v
Trong nhà máy thường dùng các động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc
Nguồn cung cấp cho hệ thống tự dùng bao gồm các máy phát điện và hệ thống liên quan Để cung cấp điện cho hệ thống điều khiển, bảo vệ rơ le, áptômát và liên lạc, người ta sử dụng các bộ acquy Các nhà máy thủy điện có công suất nhỏ và trung bình (gần 1000MW) thường áp dụng cấp điện áp tự dùng 380/220V, thông qua các máy biến áp có thứ cấp 400/230V với công suất tối đa không quá 1000 kVA.
Hình.2-18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự dùng nhà máy thủy điện công suất trung bình
Trong nhiều nhà thủy điện công suất rất lớn, hộ tiêu thụ cách xa nhà máy nếu dùng một cấp điện áp tự dùng
380/220V là không hợp lý về mặt kinh tế Trường hợp này người ta dùng hai cấp điện áp tự dùng là 6 hoặc 10kV và
Hệ thống cung cấp điện cho máy phát thủy điện bao gồm các máy biến áp đặc biệt với điện áp 380/220V, phục vụ cho động cơ của máy phát và động cơ chung Các máy biến áp này được kết nối vào máy phát điện, trong khi một số máy biến áp khác được đặt ở trung tâm tiêu thụ, kết nối với lưới điện 6-10kV Nguồn cung cấp cho lưới này là hai máy biến áp dự trữ lớn, có khả năng kết nối với máy phát điện hoặc lưới điện bên ngoài Hệ thống tự dùng chủ yếu sử dụng hai lần biến áp: từ 6kV xuống 380/220V cho phần tự dùng chung, và một lần duy nhất cho phần tự dùng riêng của từng tổ máy phát Để đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống tự dùng, có mười máy biến áp 630kVA với điện áp 15,75/0,400/0,230kV cho các động cơ máy phát, cùng với mười máy biến áp dự trữ tương đương và hai máy biến áp 35/6kV công suất 10MVA kết nối vào cuộn dây thứ ba của máy biến áp tự ngẫu Các máy biến áp bậc hai phục vụ cho tự dùng chung và máy biến áp dự trữ của máy phát thủy điện được kết nối vào lưới 6kV.
2.5.3 Hệ thống tự dùng của trạm biến áp
Dòng thao tác một chiều được áp dụng tại tất cả các trạm 330 - 750kV và các trạm 110 - 220kV có nhiều máy cắt Tại các trạm biến áp với hai máy 35 - 750kV, cần lắp đặt ít nhất hai máy biến áp tự dùng có dự trữ kín, mỗi máy hoạt động độc lập trên phân đoạn của nó, kèm theo thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng Công suất của máy biến áp tối đa là 630kVA, trong một số trường hợp đặc biệt có thể lên đến 1000kVA Ở các trạm một máy biến áp 35 - 220kV, khi có máy bù đồng bộ và hệ thống làm lạnh cưỡng bức, cũng cần hai máy biến áp tự dùng với dự trữ kín; một máy được kết nối với đường dây 6 - 35kV từ một trạm biến áp khác Trong trường hợp không có máy bù, có thể sử dụng một máy biến áp tự dùng Các máy biến áp tự dùng tại các trạm có nguồn thao tác một chiều được kết nối.
Hình.2-19 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự dùng nhà máy thủy điện công suất lớn với thanh góp 6 - 35kV (Hình.2-20)
Khi không có các thanh góp, máy biến áp sẽ được kết nối với cuộn hạ áp Tại các trạm biến áp sử dụng nguồn thao tác xoay chiều và chỉnh lưu, các máy biến áp được nối rẽ nhánh giữa đầu hạ áp và máy cắt đầu ra của chúng.
Tất cả các trạm biến áp đều sử dụng điện áp tự dùng là 380/220V với trung tính nối đất trực tiếp Nguồn cung cấp cho dòng thao tác xoay chiều được lấy từ thanh góp 0,4kV qua ổn áp, cho ra điện áp đầu ra 220V Đồng thời, nguồn cung cấp cho dòng thao tác chỉnh lưu cũng được lấy từ thanh góp này.
0,4kV qua chỉnh lưu với điện áp đầu ra là 220V
Nguồn thao tác xoay chiều thường được dùng ở các trạm 35 -
220kV có ít máy cắt (tùy thuộc vào chủng loại về dòng điện làm việc của các bộ truyền động của máy cắt)
Câu hỏi và bài tập bài 2
1 Nêu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của sơ đồ một hệ thống thanh góp
2 Trình bày chế độ vận hành của sơ đồ hai hệ thống thanh góp và ưu, nhược điểm của nó
3 Nêu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các sơ đồ cầu
Hình.2-20 Sơ đồ tự dùng của TBA a) Trạm dùng nguồn thao tác xoay chiều và chỉnh lưu; b) Trạm dùng nguồn thao tác một chiều
1- Ổn áp hoặc chỉnh lưu
BÀI 3 MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, sơ đồ mạch sơ cấp thể hiện các thiết bị chính và mối liên hệ giữa chúng, trong khi sơ đồ mạch thứ cấp mô tả các thiết bị thứ cấp và sự kết nối của chúng với các thiết bị sơ cấp Mạch thứ cấp bao gồm các hệ thống đo lường, bảo vệ rơle, tự động hóa, kiểm tra, điều khiển, tín hiệu và liên lạc, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của nhà máy điện và trạm biến áp.
Nói chung mỗi mạch thứ cấp cần đáp ứng 3 yêu cầu cơ bản sau
- Sơ đồ phải rõ ràng, cho phép nhanh chóng phát hiện được sự làm việc không bình thường hoặc sai lầm của mạch và của các thiết bị;
Đảm bảo hoạt động chính xác của các mạch thứ cấp trong từng phần tử là rất quan trọng Điều này cho phép kiểm tra tình trạng của từng mạch thao tác cũng như từng phần tử trong thiết bị năng lượng, hoặc từng mạch trong thiết bị phân phối.
- Không cho phép tác động sai lầm vì như vậy có thể dẫn đến các hậu quả nghiêm trọng
Có 3 hình thức điều khiển: trực tiếp, có khoảng cách và từ xa
- Khi điều khiển trực tiếp người thao tác phải đến tận thiết bị, dùng tay để đóng cắt các thiết bị nhờ các bộ truyền động bằng tay
Khi điều khiển từ xa, người sử dụng có thể đứng cách thiết bị hàng chục hoặc hàng trăm mét, chỉ cần nhấn nút hoặc sử dụng khóa điều khiển để gửi tín hiệu đến cuộn dây đóng cắt, từ đó thực hiện việc mở hoặc đóng thiết bị một cách dễ dàng.
Điều khiển từ xa có thể thực hiện ở khoảng cách hàng chục hoặc hàng trăm kilômét thông qua sóng vô tuyến hoặc các phương tiện đặc biệt Một trong những phương pháp là sử dụng đường dây tải điện cao áp để truyền các xung điều khiển có tần số cao, nhằm thực hiện lệnh đóng cắt thiết bị.
Trong nhà máy điện và trạm biến áp, tín hiệu được sử dụng để xác định vị trí của máy cắt và người thao tác ở xa Chương này tập trung vào nghiên cứu sơ đồ điều khiển và tín hiệu của các thiết bị đóng mở, được gọi là điều khiển cố khoảng cách Để đảm bảo hoạt động bình thường, mỗi mạng điện cần có mức độ cách điện nhất định tùy thuộc vào điện áp Khi cách điện của một phần tử trong lưới giảm xuống dưới mức cho phép, cần nhanh chóng tách phần tử đó ra khỏi lưới điện hoặc phát hiện kịp thời để có biện pháp khắc phục Trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn, thường có hai loại mạng điện song song: mạng điện một chiều và mạng điện xoay chiều.
CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH THỨ CẤP VÀ KÝ HIỆU CỦA CHÚNG
Trong các mạch thứ cấp của nhà máy điện và trạm biến áp, các khí cụ điện có cấu tạo khác nhau được sử dụng để điều khiển, đo lường, kiểm tra và báo tín hiệu Các khí cụ này được chia thành nhiều nhóm theo công dụng, bao gồm: khí cụ điều khiển để truyền tín hiệu và thay đổi chương trình làm việc; rơle trong mạch điều khiển để thực hiện chương trình logic và kiểm tra mạch; khóa điều khiển để phát tín hiệu và thay đổi chương trình; cuộn dây máy cắt để thực hiện động tác điều khiển cuối cùng; khí cụ tín hiệu như đèn, chuông, còi để thông báo trạng thái thiết bị; và khí cụ kiểm tra như đồng hồ đo lường để kiểm tra tình trạng hoạt động Tất cả các khí cụ và phần tử này được mã hiệu hóa bằng các ký hiệu đặc trưng trên sơ đồ mạch thứ cấp, giúp dễ dàng nhận biết công dụng và vai trò của chúng.
Các phần tử có thể được mã hiệu bằng số hoặc chữ cái Khi sử dụng chữ cái, mã hiệu của mỗi phần tử thường bao gồm một hoặc hai chữ cái đầu từ tên gọi của chúng hoặc các ký hiệu đặc trưng cho loại và chức năng, ví dụ như: MC - máy cắt điện, CL - dao động cách ly, KĐK - khóa điều khiển, N - nút bấm, NT - nút thử.
NK là nút khử, BI là máy biến dòng điện, BU là máy biến điện áp, Cđ là cuộn dây đóng của máy cắt, và Cc là cuộn dây cắt của máy cắt Các ký hiệu của rơle được trình bày trong bảng 3-1 Đối với dụng cụ đo lường, chúng được ký hiệu bằng các chữ cái tương ứng với đơn vị đo, chẳng hạn như A cho ampe mét, V cho vôn mét, mA cho miliampe mét, và Ω cho ôm mét.
Các cuộn dây của dụng cụ được thể hiện bằng ký hiệu tương ứng, kèm theo ký hiệu chữ cái của dụng cụ đo Các tiếp điểm của rơle và bộ truyền động máy cắt được vẽ theo trạng thái không có điện trong mạch Các khí cụ đóng mở cũng được minh họa ở trạng thái cắt Ví dụ cụ thể có thể tham khảo trong bảng 3-2.
Trong các sơ đồ điều khiển và tín hiệu, có nhiều loại khí cụ điện với các chức năng khác nhau Một trong những khí cụ điều khiển quan trọng là khóa điều khiển (KĐK), được người trực nhật sử dụng để phát tín hiệu điều khiển cần thiết.
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp khóa đỉều khiển lọại KΦ, KB, KBΦ,
KCBΦ và các loại cải tiến của chúng 54 KB,
Khóa điều khiển 54 KBΦ và 54 KΦ được sử dụng phổ biến với nhiều bộ đầu tiếp xúc, thường từ 6 đến 8 bộ Mỗi bộ bao gồm 4 đầu tiếp xúc cố định và một đầu tiếp xúc di động có hình dạng đa dạng Các đầu tiếp xúc di động được lắp trên trục khóa tại các vị trí khác nhau, cho phép tổ hợp linh hoạt giữa các bộ đầu tiếp xúc và vị trí của chúng, tạo ra nhiều cách kết nối các đầu tiếp xúc cố định theo nhu cầu sử dụng.
KCBΦ có 6 bộ đầu tiếp xúc, các trạng thái đóng mở của chúng ứng với các vị trí của trục
(tay cầm) được biểu diễn trên bảng 3-3
Các thao tác bằng khóa điều khiển được tiến hành theo 2 bước như sau:
1 Đóng bằng khóa điều khiển
- Quay tay cầm cùng chiều kim đồng hồ một góc 90° để chuẩn bị đóng, khi đó khóa sẽ ở vị trí Đ0
Tiếp tục xoay máy cắt thêm 45° để khóa ở vị trí Đ1 Sau khi hoàn tất việc khóa máy cắt, thả tay ra và điều chỉnh khóa tự động quay ngược lại 45° để trở về vị trí đã khóa Đ.
2 Cắt bằng khoá điều khiển cũng tiến hành theo 2 bước như trên nhưng quay theo chiều ngược kim đồng hồ, tương ứng khóa sẽ ở vị trí chuẩn bị cắt C0 cắt
Việc biểu diễn vị trí đóng mở của các cặp tiếp điểm tương ứng với tay cầm khóa trên bảng điều khiển rất thuận tiện cho người vận hành và sửa chữa Tuy nhiên, việc thể hiện trên sơ đồ lại gặp nhiều khó khăn Do đó, việc sử dụng sơ đồ biểu diễn trạng thái đóng mở của các đầu tiếp xúc theo 6 vị trí của tay cầm H.3-1 là giải pháp tối ưu Các tiếp điểm đóng được ký hiệu bằng dấu chấm “•”, và trong sơ đồ điều khiển chỉ vẽ các cặp tiếp điểm cần thiết, không cần hiển thị toàn bộ sơ đồ khóa, mang lại sự tiện lợi thực tế cho người sử dụng.
Hình.3-1 Sơ đồ biểu diễn vị trí đóng mở của các đầu tiếp xúc của KĐK
Gần đây, xu hướng sử dụng các khí cụ điện áp thấp như 24V và 60V ngày càng phổ biến Các khóa chuyển mạch loại K đã được thay thế bằng các loại chuyển mạch MO và MK, có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều.
CÁC YÊU CẦU CỦA CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, việc sử dụng sơ đồ điều khiển từ xa là phổ biến, cho phép điều khiển các khí cụ điện từ khoảng cách hàng chục đến hàng trăm mét Điều này được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí của các khí cụ thông qua tín hiệu chỉ huy Tín hiệu này được phát ra khi có sự tác động lên cơ cấu điều khiển và được truyền đến cơ cấu thực hiện thông qua mạch điều khiển.
1 Sơ đồ phải có tín hiệu chỉ vị trí
Trong sơ đồ điều khiển máy cắt, cần có tín hiệu chỉ vị trí đóng mở của máy cắt để người trực ở phòng điều khiển trung tâm có thể theo dõi tình trạng hoạt động bình thường và sự cố Đèn tín hiệu được sử dụng để biểu thị trạng thái này: đèn đỏ (ĐĐ) cho vị trí đóng và đèn xanh (ĐC) cho vị trí cắt Khi máy cắt hoạt động bình thường, đèn sáng liên tục; trong trường hợp có sự cố, đèn sẽ nhấp nháy Tín hiệu chỉ vị trí bình thường của máy cắt được thực hiện theo nguyên tắc tương ứng, tức là khi khóa điều khiển và máy cắt ở cùng một vị trí Ngược lại, tín hiệu sự cố được thực hiện theo nguyên tắc không tương ứng Để thiết lập các sơ đồ tín hiệu này, đèn tín hiệu được mắc phù hợp với các cặp tiếp điểm của khóa điều khiển và đầu tiếp xúc phụ của bộ truyền động máy cắt Khi cả khóa điều khiển và máy cắt đều ở vị trí đóng hoặc cắt, đèn sẽ sáng liên tục; nếu một trong hai ở vị trí khác, đèn sẽ nhấp nháy, từ đó giúp xác định trạng thái hoạt động của máy cắt.
2 Các sơ đồ điều khiển phải cho phép thực hiện các thao tác đóng cắt bằng tay cũng như tự động Để đóng cắt bằng khóa điều khiển người ta mắc nối tiếp các cuộn dây đóng và cắt của bộ truyền động máy cắt với các cặp tiếp điểm thích hợp của khóa điều khiển Còn để thực hiện việc đóng cắt tự động người ta nối song song các cặp tiếp điểm của rơ le tự động với các tiếp điểm của khóa điều khiển Sơ đồ như vậy được biểu diễn trên H.3-3 Khi các bảo vệ rơ le tác động đóng các tiếp điểm RTD hoặc
Hình 3-2 Sơ đồ mạch tín hiệu của máy cắt
RBV hoạt động tương tự như việc xoay khóa về vị trí đóng, giúp khép kín mạch cuộn đóng hoặc cắt Công tắc tơ trung gian K có vai trò quan trọng trong việc khép mạch cuộn đóng của máy cắt khi có điện, với tiếp điểm được trang bị bộ phận dập hồ quang Việc khép mạch cuộn đóng phải thông qua công tắc tơ, vì dòng điện đóng của máy cắt thường rất lớn, không thể khép mạch cuộn đóng qua tiếp điểm của khóa điều khiển.
3 Trong sơ đồ cần có bộ phận kiểm tra tình trạng làm việc của mạch điều khiển
Theo quy định, tất cả các máy cắt đều phải thực hiện kiểm tra mạch cắt, trong khi kiểm tra mạch đóng chỉ cần thực hiện đối với máy cắt ở mạch máy phát, máy biến áp, các đường dây từ 110kV trở lên và máy cắt có thiết bị tự động đóng Để kiểm tra mạch điều khiển, có thể sử dụng đèn tín hiệu hoặc kết hợp đèn với tín hiệu âm thanh Sơ đồ sử dụng đèn tín hiệu được minh họa trong H.3-4, trong đó đèn chỉ vị trí cắt cũng là đèn báo đứt dây mạch cuộn đóng, và đèn chỉ vị trí đóng cũng đồng thời là đèn báo đứt dây mạch cuộn cắt.
Khi máy cắt và khóa điều khiển ở vị trí cắt, đèn cắt ĐC sẽ sáng nếu cuộn dây K hoạt động tốt Ngược lại, nếu cuộn dây K bị đứt, đèn sẽ tắt, cho thấy mạch đóng của máy cắt bị hỏng Kiểm tra mạch cắt cũng có thể thực hiện bằng đèn đóng ĐĐ Do đó, khi máy cắt ở vị trí cắt, ta có thể kiểm tra mạch đóng, và khi máy cắt ở vị trí đóng, ta có thể kiểm tra mạch cắt.
Khi sử dụng sơ đồ trên, cần lựa chọn dòng làm việc của đèn sao cho không gây nhầm lẫn cho máy cắt Thông thường, dòng điện của đèn được chọn bằng 10-15% dòng điện của cuộn dây đóng và cắt Để tránh tình trạng máy cắt đóng hoặc cắt nhầm khi đèn tín hiệu bị ngắn mạch, điện trở phụ R được mắc nối tiếp trong mạch.
4 Thời gian cần thiết để đóng hoặc cắt máy cắt nhỏ nên các cuộn dây đóng và cắt chỉ được thiết kế với dòng điện làm việc ngắn hạn (một vài phần giây)
Sau khi hoàn thành nhiệm vụ, các mạch điện cần được cắt dòng điện để đảm bảo an toàn Thao tác này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các tiếp điểm.
Hình 3-3 Sơ đồ mạch đóng cắt máy cắt bằng tay và tự động
Sơ đồ kiểm tra mạch đóng và cắt bằng tín hiệu ánh sáng cho thấy mạch cuộn đóng được kết nối nối tiếp với tiếp điểm phụ thường đóng, trong khi mạch cuộn cắt được kết nối nối tiếp với tiếp điểm phụ thường mở.
Các tiếp điểm phụ cần được mở trước các tiếp điểm của rơ le và khóa điều khiển, do chúng không thể cắt mạch có dòng điện và điện cảm lớn từ các cuộn dây của máy cắt.
5 Khi bộ truyền động của máy cắt không có bộ khóa cơ khí hoặc cơ điện để khắc phục hiện tượng đóng cắt liên tục nhiều lần, trong sơ đồ điều khiển cần có bộ khóa bằng điện để tránh hiện tượng trên
Khóa điện chống đóng cắt nhiều lần liên tục có nhiều loại, trong đó H.3-5 là một sơ đồ phổ biến hiện nay Để bảo vệ mạch, người ta sử dụng rơle trung gian RG với hai tiếp điểm thường mở 1RG, 2RG và một tiếp điểm thường đóng 3RG, được mắc theo hình vẽ.
Khi xảy ra ngắn mạch trong mạch cao áp, tiếp điểm của rơle bảo vệ RBV sẽ đóng lại, kích hoạt cuộn dây của rơle trung gian RG, từ đó làm cho các tiếp điểm hoạt động.
Khi 1RG đóng, cuộn cắt Cc của máy cắt có điện và thực hiện cắt máy cắt, nhưng không thể đóng lại do khóa điều khiển vẫn ở vị trí đóng Đ1, vì tiếp điểm 3RG mở làm hở mạch cuộn dây của công tác tơ K Tiếp điểm 2RG đóng giúp tự giữ cho cuộn dây RG có điện cho đến khi khóa điều khiển không còn ở vị trí đóng, lúc đó sơ đồ sẽ trở về trạng thái ban đầu.
6 Trong sơ đồ điều khiển ngoài tín hiệu ánh sáng còn cần có tín hiệu âm thanh sự cố để thu hút sự chú ý của nhân viên trực nhật
TÍN HIỆU
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp người ta thường phân biệt các loại tín hiệu chính sau đây
Tín hiệu chỉ vị trí đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí của các thiết bị đóng mở như máy cắt điện, dao cách ly và áp tô mát Nó cũng thể hiện vị trí nấc làm việc của các đầu phân áp trong máy biến áp có điều áp dưới tải, giúp đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.
- Tín hiệu sự cố: báo hiệu cắt sự cố của các máy cắt, áp tô mát;
- Tín hiệu báo trước: báo hiệu sự phát sinh các chế độ hoặc trạng thái làm việc không bình thường của các thiết bị
- Tín hiệu chỉ huy: dùng để truyền các mệnh lệnh chính và liên lạc giữa phòng điều khiển trung tâm với các phân xưởng;
3.5.1 Tín hiệu chỉ vị trí Đối với các máy cắt để chỉ vị trí của chúng, người ta thường dùng các đèn tín hiệu, đèn đỏ ĐĐ chỉ vị trí đóng, đèn xanh ĐC chỉ vị trí cắt, ánh sáng liên tục chỉ vị trí đóng mở bình thường, ánh sáng nhấp nháy chỉ vị trí đóng cắt khi có sự cố Để chỉ vị trí đóng mở của dao cách ly, về nguyên tác người ta cũng có thể dùng các đèn tín hiệu và các đầu tiếp xúc phụ của nó để báo hiệu bằng ánh sáng Song người ta thường thực hiện đơn giản hơn bằng cách dùng cái chỉ vị trí kiểu ΠC (H.3-7) Dụng cụ này gồm một cuộn dây và một nam châm vĩnh cửu đặt trong từ trường của cuộn dây, trên nam châm vĩnh cửu có gắn cái
Hình 3-7 minh họa cái chỉ vị trí kiểu ΠC của dao cách ly, bao gồm hình dạng bên ngoài và sơ đồ vị trí trong thiết bị của hệ thống thanh góp Lưu ý rằng vị trí của nam châm sẽ thay đổi khi chiều từ trường của cuộn dây được điều chỉnh.
Dụng cụ ΠC được thiết kế để dao cách ly có vị trí thẳng đứng khi đóng (H.3-7) và nằm ngang khi mở Khi không có dòng điện trong cuộn dây, dao cách ly sẽ nghiêng một góc 45° Để thay đổi chiều dòng điện vào cuộn dây, các đầu tiếp xúc phụ của dao cách ly được sử dụng; khi dao cách ly đóng, các đầu tiếp xúc phụ 1-1 sẽ đóng và ngược lại, đầu tiếp xúc 2-2 sẽ đóng.
Tín hiệu chỉ vị trí nấc làm việc của các đầu phân áp máy biến áp có điều áp dưới tải được sử dụng với cơ cấu xen-xin, mà không đi vào chi tiết cụ thể.
Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, tín hiệu sự cố chủ yếu bao gồm tín hiệu âm thanh và tín hiệu ánh sáng Tín hiệu âm thanh, thường là còi, được sử dụng chung cho toàn bộ nhà máy nhằm thu hút sự chú ý của nhân viên trực nhật khi xảy ra sự cố Trong khi đó, tín hiệu ánh sáng nhấp nháy được sử dụng riêng cho từng mạch, giúp xác định thiết bị gặp sự cố Đối với các máy cắt điện, cả hai loại tín hiệu này hoạt động theo nguyên tắc không tương ứng giữa vị trí khóa điều khiển và máy cắt Khi còi kêu, nhân viên trực nhật cần tiến hành khử còi, có thể thực hiện khử còi riêng lẻ hoặc khử còi tập trung.
1 Khử còi riêng Đối với các thiết bị có ít mạch (ít máy cắt) để khử tín hiệu âm thanh sự cố có thể tiến hành riêng cho từng mạch bằng cách quay tay cầm của khóa điều khiển về vị trí tương ứng với máy cắt (H.3-6) Song khử còi như vậy, sau khi quay khóa điều khiển về vị trí tương ứng với máy cắt, cả tín hiệu âm thanh và ánh sáng đều mất đồng thời nên sẽ không thuận lợi khi vận hành các thiết bị lớn có nhiều mạch Để khắc phục nhược điểm này, ở các nhà máy điện và các trạm biến áp lớn người ta thực hiện các sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung bằng tay tại bàn điều khiển và khử tín hiệu ánh sáng sự cố riêng
Khi còi kêu, người trực nhật cần ấn nút khử còi tập trung để tắt còi, giữ lại tín hiệu ánh sáng sự cố, giúp dễ dàng xác định mạch gặp sự cố Sơ đồ khử còi tập trung có thể thực hiện tác động lặp lại hoặc không lặp lại.
Sơ đồ khử tín hiệu còi tập trung tác động không lặp lại cho phép người trực nhật ấn nút khử còi NK khi nghe còi kêu, làm mất tín hiệu âm thanh Rơle trung gian RG sẽ tự giữ ở trạng thái có điện cho đến khi khóa điều khiển được quay về vị trí cắt tương ứng với máy cắt.
Sơ đồ khử còi tập trung tác động không lập lại có nhược điểm là trong thời gian khóa điều khiển chưa quay về vị trí cắt, nếu một máy cắt khác gặp sự cố, bộ phận báo tín hiệu âm thanh sẽ không phát tín hiệu, khiến người trực nhật có thể không nhận biết được sự cố thứ hai Nhược điểm này càng rõ ràng khi nhà máy có nhiều máy cắt và bảng điều khiển lớn Do đó, sơ đồ này chỉ phù hợp cho các hệ thống có ít mạch, trong khi các nhà máy có nhiều mạch nên sử dụng sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung có tác dụng lặp lại.
Sơ đồ khử tín hiệu âm thanh tập trung sử dụng rơle tín hiệu xung đặc biệt RTX, bao gồm máy biến áp BU và rơle phân cực RPC Rơle này có hai cuộn dây, trong đó cuộn 1 được kết nối với cuộn thứ cấp của máy biến điện áp, còn cuộn 2 được mắc trong mạch của nút khử tín hiệu tập trung NK (H.3-9).
Khi máy cắt xảy ra sự cố, cuộn sơ cấp của máy biến điện áp kết nối với nguồn một chiều qua các tiếp điểm của mạch không tương ứng, dẫn đến dòng quá độ trong cuộn sơ cấp Dòng này tạo ra điện áp ở cuộn thứ cấp, kích hoạt cuộn dây 1 của rơ le phân cực, khiến rơ le trung gian RG hoạt động và còi kêu Nhấn nút khử NK sẽ làm dòng điện đi qua cuộn dây 2 của rơ le phân cực, mở tiếp điểm và đưa hệ thống trở về trạng thái ban đầu Khi các máy cắt khác cắt ra, điện trở tổng của mạch tín hiệu âm thanh thay đổi, gây ra dòng điện tương tự như trên Để kiểm tra còi, nhấn nút NT để đóng mạch cuộn dây sơ cấp, tạo dòng điện quá độ như khi đóng tiếp điểm MC của máy cắt.
Hình.3-8 Sơ đồ khử tín hiệu âm thanh sự cố tập trung tác động không lặp lại
Hình.3-9 Sơ đồ tín hiệu âm thanh sự cố tác động lặp lại
Với sơ đồ đã trình bày, chúng ta có thể thực hiện việc khử còi tập trung và khử còi riêng một cách tự động, đồng thời tạo ra dòng điện đủ lớn trong cuộn dây 1 và 2 Điều này đảm bảo sự tác động chắc chắn của rơle phân cực RPC, mặc dù dòng quá độ trong cuộn thứ cấp của BU rất nhỏ Điện trở R được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo dòng điện trong các cuộn dây 1 và 2 không vượt quá giới hạn cho phép.
Trong sơ đồ tín hiệu báo trước, tín hiệu âm thanh được sử dụng chung cho toàn bộ nhà máy, thường là chuông, nhằm phân biệt với tín hiệu âm thanh sự cố, như còi.
Tín hiệu ánh sáng được sử dụng để chỉ ra các chế độ hoạt động hoặc tình trạng không bình thường, bao gồm tín hiệu cảnh báo bảo vệ khí cho máy biến áp, tín hiệu quá tải cho máy phát điện, và tín hiệu cảnh báo nhiệt độ dầu cao trong ổ trục của máy phát cũng như trong máy biến áp.
SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍN HIỆU CỦA MÁY CẮT
Trong bài viết này, chúng ta đã khám phá các yêu cầu cơ bản của sơ đồ điều khiển và cách thực hiện các loại tín hiệu Dựa trên đặc điểm riêng của từng loại máy cắt, có thể xây dựng nhiều sơ đồ điều khiển và tín hiệu khác nhau Việc lựa chọn sơ đồ điều khiển phù hợp phụ thuộc vào các điều kiện thiết kế cụ thể Bài viết sẽ giới thiệu một số sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt phổ biến nhất để làm rõ hơn về vấn đề này.
3.6.1 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng (H.3-13)
Trong sơ đồ điều khiển, đèn tín hiệu không chỉ hiển thị vị trí của máy cắt mà còn kiểm tra trạng thái mạch điều khiển Đèn chỉ vị trí cắt sáng lên khi máy cắt ở vị trí cắt, nhưng nếu mạch cuộn dây công tắc tơ trung gian K bị đứt, đèn sẽ tắt, cảnh báo nhân viên về sự cố mạch đóng Tương tự, đèn chỉ vị trí đóng sáng khi máy cắt ở vị trí đóng, và nếu mạch cuộn cắt bị đứt, đèn sẽ tắt để thông báo về sự cố mạch cắt Điều này cho phép kiểm tra mạch đóng khi máy cắt ở vị trí cắt và ngược lại Trong trường hợp đóng cắt bình thường, đèn sẽ sáng liên tục, trong khi khi đóng cắt tự động, đèn sẽ nhấp nháy, thể hiện sự không tương ứng trong tín hiệu.
R được lựa chọn để đảm bảo khi các đèn tín hiệu sáng, dòng điện qua các cuộn dây của công tắc tơ K và cuộn cắt Cc không đủ mạnh để kích hoạt đóng cắt máy cắt nhầm lẫn.
Mệnh lệnh đóng và cắt được thực hiện thông qua việc kết nối các đèn tín hiệu và điện trở phụ R bằng các tiếp điểm của khóa điều khiển trong mạch 7 và 8, hoặc thông qua mạch tự động RTĐ và RBV.
Hình.3-13 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng
Hình.3-13 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng
Sơ đồ này có nhược điểm là không thu hút sự chú ý của người trực nhật, khiến họ có thể không nhận ra khi các đèn kiểm tra tắt Do đó, sơ đồ này thường chỉ được áp dụng cho các thiết bị có số mạch điều khiển từ xa tương đối ít Trong trường hợp có nhiều mạch, người ta thường sử dụng các sơ đồ điều khiển và tín hiệu kèm theo kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh.
3.6.2 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điềụ khiển bằng âm thanh
Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh, được trình bày trong H.3-14, khác với sơ đồ trước đó Để kiểm tra mạch điều khiển, người ta thay thế các đèn ĐC và ĐĐ mắc nối tiếp với cuộn dây của công tắc tơ K và cuộn cắt Cc bằng các rơle trung gian Các rơle này bao gồm rơle kiểm tra mạch đóng RGđ và rơle kiểm tra mạch cắt RGC.
Rơ le trung gian kiểm tra mạch đóng RGđ được thiết kế với 2 tiếp điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường đóng RGđ được kết nối trong mạch tín hiệu âm thanh, giúp báo hiệu khi mạch điều khiển bị đứt Trong khi đó, tiếp điểm thường mở lRGđ được sử dụng trong mạch tín hiệu đèn chỉ vị trí cắt ĐC, nhằm thông báo tình trạng cắt của máy cắt và hiển thị tín hiệu đứt dây mạch đóng bằng ánh sáng Cuối cùng, tiếp điểm thường mở 2RGđ được nối trong mạch tín hiệu âm thanh sự cố, thay thế cho tiếp điểm thường đóng của máy cắt.
Rơ le trung gian kiểm tra mạch cắt RGC được trang bị 2 tiếp điểm, trong đó tiếp điểm thường mở có nhiệm vụ báo tín hiệu đóng của máy cắt ĐĐ và phát hiện tình trạng đứt dây mạch cắt thông qua ánh sáng.
Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh cho thấy điểm thường đóng nối trong mạch tín hiệu âm thanh sẽ báo đứt mạch điều khiển khi mạch cắt của máy cắt bị đứt.
Khi máy cắt được mở, tiếp điểm phụ thường đóng sẽ khép lại, dẫn đến cuộn dây của rơ le kiểm tra mạch đóng RGđ có điện, khiến tiếp điểm thường đóng của nó mở ra Điều này tạo ra một mạch tín hiệu âm thanh thông báo về việc đứt mạch điều khiển do hở mạch.
Khi tiếp điểm thường mở của máy cắt đóng lại, tiếp điểm lRGđ sẽ báo tín hiệu vị trí cắt với đèn ĐC sáng Tiếp điểm 2RGđ đóng lại sẽ phát ra âm thanh cảnh báo khi KĐK ở vị trí đóng Nếu dây mạch đóng bị đứt, cuộn dây RGđ sẽ mất điện, dẫn đến việc tiếp điểm thường đóng đóng lại để phát tín hiệu âm thanh báo đứt dây mạch điều khiển Đồng thời, tiếp điểm thường mở lRGđ mở ra, làm tắt đèn chỉ vị trí cắt ĐC Nhờ đó, khi nhận được tín hiệu âm thanh và thấy đèn ĐC tắt, ta có thể xác định được mạch đóng của máy cắt nào đã bị đứt.
Khi Máy cắt đóng, mạch báo tín hiệu đứt dây mạch cắt cũng làm việc tương tự như trên nhờ có rơle kiểm tra mạch cắt RGC
Tín hiệu chỉ vị trí của máy cắt trong quá trình hoạt động bình thường hoặc khi xảy ra sự cố được thực hiện theo nguyên tắc tương ứng hoặc không tương ứng, tương tự như đã đề cập ở trên.
3.6.3 Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt không khí
Máy cắt không khí 110 kV trở lên có bộ phận truyền động khí nén riêng cho từng pha, bao gồm 3 cuộn dây đóng và 3 cuộn dây cắt Mặc dù có thể thực hiện đóng cắt từng pha riêng lẻ, nhưng thường thì cả 3 pha được điều khiển đồng thời Để đảm bảo quá trình đóng cắt diễn ra an toàn, áp lực khí trong các bình chứa phải đạt mức tối thiểu theo quy định trước khi thao tác.
Sơ đồ điều khiển và tín hiệu máy cắt không khí BBH-110 cho thấy rằng khi cắt áp lực khí nén nhỏ hơn giá trị cho phép, các thao tác cần phải tiếp tục cho đến khi hoàn thành nhiệm vụ Trong quá trình vận hành, nếu máy cắt không khí có bộ truyền động riêng từng pha, có thể xảy ra tình trạng đóng hoặc cắt không đủ cả 3 pha do hỏng hóc trong các cuộn dây đóng cắt của mỗi pha.
Trên H.3-15 trình bày sơ đồ điều khiển 3 pha của máy cắt không khí BBH-
Hệ thống 110 có khả năng kiểm tra mạch đóng và cắt bằng ánh sáng thông qua khóa điều khiển KCBΦ và bộ khóa chống đóng cắt nhiều lần Các nam châm đóng 3 pha của máy cắt CđA đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.
KIỂM TRA CÁCH ĐIỆN
Có nhiều phương pháp kiểm tra cách điện khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm của mạng điện, tầm quan trọng và yêu cầu của việc kiểm tra Mỗi phương pháp sẽ được áp dụng phù hợp với từng loại mạng điện cụ thể.
3.7.1 kiểm tra cách điện mạng điện một chiều
Theo quy trình vận hành của nhà máy điện và trạm biến áp, điện trở cách điện của mạng điện một chiều khi đo bằng mêgôm mét 1000-2500V phải đạt tối thiểu 1MΩ cho từng mạch và không nhỏ hơn 0,3MΩ cho toàn bộ hệ thống điện một chiều.
Trong các nhà máy điện, việc đảm bảo tình trạng cách điện của lưới điện một chiều là rất quan trọng do sự phức tạp của các mạch điều khiển và yêu cầu cung cấp điện liên tục cho cuộn dây kích từ của máy phát Do đó, cần lắp đặt các thiết bị đặc biệt để kiểm tra thường xuyên tình trạng cách điện và cung cấp tín hiệu cảnh báo khi điện trở cách điện giảm xuống dưới mức cho phép.
1 Phương pháp dùng vôn kế
Thiết bị kiểm tra cách điện đơn giản nhất trong mạng điện một chiều bao gồm sơ đồ sử dụng hai vôn kế mắc giữa các cực của lưới và đất hoặc sơ đồ dùng một vôn kế kết hợp với bộ chuyển mạch R+ và R- là điện trở cách điện của cực dương và cực âm so với đất, trong khi U là điện áp của mạng Khi kiểm tra cách điện với một vôn kế, cần đảo vị trí chuyển mạch để kiểm tra từng cực Nếu cách điện của các cực bình thường, vôn kế sẽ chỉ 0 trong cả hai trường hợp Tuy nhiên, nếu một cực chạm đất hoàn toàn, điện áp của cực đó sẽ bằng 0, trong khi điện áp của cực còn lại sẽ bằng điện áp của mạng.
Vốn kế và cái chuyển mạch là công cụ quan trọng giúp xác định cực nào bị chạm đất, từ đó tìm cách khắc phục sự cố Sơ đồ của một vôn kế đơn giản với ít thiết bị thường được sử dụng để kiểm tra cách điện trong mạch rôto của máy phát điện và máy bù đồng bộ.
Hình.3-16 Sơ đồ kiểm tra cách điện dùng 1 vôn kế
Trong sơ đồ dùng 2 vôn kế, khi cách điện ở trạng thái bình thường, cả 2 vôn kế đều chỉ một nửa điện áp của mạng ( 1
Khi điện trở của một cực giảm, vôn kế kết nối với cực đó sẽ chỉ ra điện áp nhỏ hơn 1/2 điện áp của mạng, trong khi vôn kế còn lại sẽ chỉ điện áp lớn hơn 1/2 điện áp mạng Nếu một cực chạm đất hoàn toàn, vôn kế kết nối với cực đó sẽ chỉ 0, trong khi vôn kế còn lại sẽ chỉ điện áp U của mạng.
Thiết bị dùng 2 vôn kế đơn giản, thuận tiện nhưng có những nhược điểm quan trọng sau:
Không thể đánh giá điện trở cách điện của các cực đối với đất tại từng thời điểm, đồng thời cũng không có tín hiệu cảnh báo khi mức cách điện giảm xuống dưới giới hạn cho phép.
Khi có chạm đất trong mạch thao tác bảo vệ rơle, có thể xảy ra tình trạng rơle tác động nhầm Nếu xảy ra ngắn mạch đối với đất tại điểm N, cuộn dây của rơle trung gian RG sẽ được khép kín, dẫn đến việc tiếp điểm đóng lại và cắt máy cắt Để khắc phục tình trạng này, có thể sử dụng các vôn kế và rơle trung gian RG có điện trở lớn, hoặc thêm điện trở tại điểm nối đất của các vôn kế Tuy nhiên, việc này sẽ làm giảm độ nhạy của thiết bị kiểm tra cách điện.
Do các nhược điểm của sơ đồ này, nó chỉ nên được sử dụng ở những khu vực không quan trọng Trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn, người ta thường áp dụng các sơ đồ cầu để kiểm tra tính cách điện của lưới điện trong quá trình thao tác.
2 Sơ đồ cầu kiểm tra cách điện Để kiểm tra cách điện của lưới điện thao tác trong các thiết bị quan trọng người ta sử dụng các sơ đồ cho phép đánh giá được điện trở cách điện và báo tín hiệu khi cách điện của mạng giảm quá mức cho phép Nguyên lý làm việc của sơ đồ cầu kiểm tra cách điện được trình bày trên H.3-19 Trong sơ đồ người ta dùng 2 điện trở giống nhau R1 và R2 Rơle tín hiệu RTH và vôn kế V được nối vào điểm chung của 2 điện trở và đất Bình thường các cực có điện trở đối với đất là R+ và R- Như vậy các điện trở R1, R2, R+, R- cùng với mạch rơle
Hình.3-17 Sơ đồ kiểm tra cách điện dùng 2 vôn kế
Hình.3-18 Sơ đồ dẫn đến sự tác động nhầm của máy cắt khi chạm đất trong mạch thao tác
Hình.3-19 Sơ đồ cầu nguyên lý của thiết bị kiểm tra cách điện tín hiệu và vôn kế hợp thành một sơ đồ cầu
Khi cách điện của các cực đối với đất giống nhau (R+ = R-), điện thế tại các điểm O và O’ trở nên tương đương, dẫn đến việc rơle tín hiệu không hoạt động và vôn kế chỉ không hiện thị.
0 Khi cách điện của một cực giảm xuống (R+ ≠ R-), điện thế 2 đầu O và O’ trong nhánh giữa của cầu khác nhau và có dòng đi qua nó Khi cách điện giữa 2 cực khác nhau nhiều, dòng đi trong nhánh giữa sẽ đủ lớn để rơle tín hiệu khởi động, vôn kế chỉ độ chênh điện thế Ud giữa O và O’ Từ hình vẽ ta dễ dàng xác định được:
Để xác định dấu và trị số của R+ và R-, người ta sử dụng vôn kế có thang đo hai chiều Nhìn vào chiều lệch của kim vôn kế, ta có thể biết được R+ hay R- đang thay đổi Độ lệch kim càng lớn cho thấy R+ hoặc R- giảm nhiều hơn.
3.7.2 kiểm tra cách điện trong mạch điện xoaychiều
Trong các lưới điện xoay chiều có trung tính trực tiếp nối đất, không sử dụng thiết bị kiểm tra cách điện vì việc chạm đất một pha sẽ gây ra ngắn mạch một pha, khiến rơle bảo vệ nhanh chóng loại bỏ phần hư hỏng Ngược lại, trong các mạng điện xoay chiều có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, thiết bị kiểm tra cách điện là cần thiết Những lưới điện này cho phép dòng chạm đất nhỏ, duy trì hoạt động khi có chạm đất một điểm trong một thời gian nhất định Thiết bị này giúp phát hiện điểm chạm đất, từ đó khắc phục kịp thời để tránh sự cố lớn khi xảy ra điểm chạm đất thứ hai Để kiểm tra cách điện, thường sử dụng vôn mét, với các sơ đồ đo trực tiếp hoặc gián tiếp tùy thuộc vào điện áp của mạch điện.
1 đối với các mạng điện áp đến 500V Để kiểm tra cách điện trong các lưới điện này người ta có thể dùng 3 hoặc 1 vôn kế Chúng được mắc trực tiếp với mạng điện (H.3-20) Khi dùng 1 vôn kế phải có bộ đổi nối để có thể lần lượt đo được điện áp của cả 3 pha
