GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV HƯNG ĐÔNG – TP VINH
Nghệ An là tỉnh phía bắc miền Trung Việt Nam, có diện tích rộng lớn hơn 16.000 km² và dân số trên 3 triệu người, bao gồm 20 huyện, thị xã và một thành phố Vinh, thành phố tỉnh lỵ của Nghệ An, được công nhận là đô thị loại III vào năm 1960 và loại II vào năm 1998, với mục tiêu trở thành đô thị loại I theo quy hoạch đến năm 2010 Tỉnh Nghệ An nổi bật với tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh chóng.
Lưới điện quốc gia đã bao phủ hầu hết các huyện và thị xã ở phía bắc tỉnh Nghệ An, với nguồn cung cấp điện chủ yếu từ Trạm 220kV Nghi Sơn (Thanh Hoá) qua đường dây mạch kép 110kV Các trạm 110kV như Xi măng Hoàng Mai, Quỳnh Lưu, Nghĩa Đàn và Quỳ Hợp ở vùng phía nam và phía tây của Nghệ An được cung cấp điện từ Trạm biến áp 220kV Vinh.
Hình 1.1: Trạm biến áp Hưng Đông
Trạm biến áp 220/110kV Vinh, tọa lạc tại phía bắc thành phố Vinh, có nhiệm vụ cung cấp điện an toàn, liên tục và chất lượng cho thành phố và khu vực xung quanh Được đưa vào vận hành từ năm 1983 với cấp điện áp 110kV, trạm đã được mở rộng và nâng cấp lên 220kV vào năm 1990 Nguồn điện cho trạm được cung cấp từ các đường dây 220kV Vinh (275) - Hà Tĩnh 1.
275) và Vinh (274)– Hà Tĩnh 2 (đ/d 276) và đường dây Vinh(271) – Nghi Sơn 1(đ/d 273),
Hệ thống điện bao gồm 10 đường dây chính: Vinh(276) – Nghi Sơn 2 (đ/d 274), Vinh(272) – Đô Lương 2 (đ/d 271), và Vinh(273) – Đô Lương 1 (đ/d 272) Sơ đồ nối điện chính phía 220kV sử dụng hệ thống 2 thanh góp và thanh góp vòng, bao gồm 1 máy biến áp 220/110/10kV với tổng dung lượng 1x125MVA, 1 máy biến áp 220/110/22kV với tổng dung lượng 1x250MVA, cùng 2 máy biến áp 110/35/22 với dung lượng 2x63MVA Hệ thống phân phối phía 110kV được thiết kế để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Hệ thống điện khu vực Nam Nghệ An và Bắc Hà Tĩnh bao gồm hai thanh góp và thanh góp vòng với 11 ngăn lộ máy cắt cho lưới điện 110kV Đối với lưới điện 35kV, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp với 8 ngăn lộ máy cắt phục vụ các huyện ven thành phố Lưới điện 22kV cũng áp dụng sơ đồ 2 thanh góp có 8 ngăn lộ máy cắt, đáp ứng nhu cầu nâng cấp từ lưới 22kV lên cho thành phố Vinh Đối với lưới điện 10kV, hệ thống sử dụng sơ đồ 1 thanh góp với 9 ngăn lộ máy cắt cung cấp điện cho các phường trong thành phố Sự phát triển của công trình thủy điện Bản Vẽ với công suất 320MW và chiều dài gần 200km đã được kết nối vào phía thanh cái 220kV, nâng cấp từ sơ đồ ngũ giác lên sơ đồ hai thanh góp và thanh góp vòng, đảm bảo điểm điều hòa công suất trong khu vực Trạm 220/110kV Vinh đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa công suất cho khu vực Bắc Miền Trung.
Một số hình ảnh về các máy biến áp chính trong trạm:
Hình 1.2: Máy biến áp AT4
11 Hình 1.3: Máy biến áp AT2
TỔNG QUAN VỀ RƠ LE BẢO VỆ
Khái niệm về rơ-le bảo vệ
Trong quá trình vận hành các trạm biến điện áp cao thế, có thể xảy ra sự cố thiết bị hoặc đường dây do chế độ làm việc bất thường Những sự cố này thường gây ra dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, dẫn đến hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống Khi các thông số như điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép, nếu tình trạng này kéo dài, nguy cơ xảy ra sự cố lan rộng sẽ tăng lên.
Để duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xảy ra sự cố, việc phát hiện nhanh chóng vị trí sự cố và cách ly nó khỏi phần tử bị hư hỏng là rất quan trọng Điều này giúp các phần còn lại hoạt động ổn định và giảm thiểu mức độ hư hại của phần tử gặp sự cố Chỉ có các thiết bị tự động, được gọi là rơle bảo vệ, mới có khả năng thực hiện nhiệm vụ này hiệu quả.
Trong hệ thống điện, rơle bảo vệ liên tục giám sát tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử Khi có sự cố xảy ra, rơle phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố thông qua máy cắt điện Nếu chế độ làm việc không bình thường, rơle sẽ phát tín hiệu và tùy theo cài đặt, có thể khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc thông báo cho nhân viên vận hành.
Tuỳ theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo vệ dự phòng :
Bảo vệ trang thiết bị là quá trình thực hiện các biện pháp nhanh chóng nhằm ứng phó kịp thời với các sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn của thiết bị được bảo vệ.
Bảo vệ dự phòng cho trang thiết bị là giải pháp thay thế khi bảo vệ chính không hoạt động hoặc đang trong quá trình sửa chữa Để đảm bảo hiệu quả, bảo vệ dự phòng cần có thời gian tác động lâu hơn so với bảo vệ chính, giúp loại bỏ phần tử gặp sự cố khỏi hệ thống trước tiên khi bảo vệ chính hoạt động đúng cách.
Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ
Rơle bảo vệ phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây :
Là khả năng phân biệt các phần tử hƣ hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô lập) các phần tử đó
Tính chọn lọc là yếu tố thiết yếu trong bảo vệ rơle, giúp đảm bảo cung cấp điện an toàn và liên tục Nếu hệ thống bảo vệ không hoạt động một cách chọn lọc, sự cố có thể dễ dàng lan rộng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện.
Cần phân biệt hai khái niệm cắt chọn lọc :
Bảo vệ có thể hoạt động như bảo vệ dự trữ trong trường hợp ngắn mạch, theo nguyên tắc tác động của nó, nhằm chọn lọc tương đối các phần tử lân cận.
+ Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử đƣợc bảo vệ
Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch
Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hƣ hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm :
- Đảm bảo tính ổn định của hệ thống
- Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị
- Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải
Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1giây
Bảo vệ hệ thống điện cần phải hoạt động hiệu quả không chỉ trong các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà còn đối với các tình huống ngắn mạch qua điện trở trung gian Hơn nữa, hệ thống bảo vệ cũng phải có khả năng phản ứng khi xảy ra ngắn mạch trong điều kiện làm việc ở chế độ cực tiểu, khi một số nguồn điện đã bị cắt, dẫn đến dòng ngắn mạch thấp Độ nhạy của hệ thống bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số nhạy.
I Nmin : dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất
Giá trị dòng điện nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động được gọi là I kđbv Đối với các bảo vệ hoạt động dựa trên giá trị cực tiểu, chẳng hạn như bảo vệ thiếu điện áp, hệ số nhạy được tính bằng cách chia trị số khởi động cho trị số cực tiểu.
Bảo vệ cần phải thực hiện các biện pháp can thiệp hiệu quả khi xảy ra sự cố trong khu vực được giao, đồng thời phải tránh can thiệp sai vào những trường hợp không thuộc nhiệm vụ của mình.
Một bảo vệ không hoạt động đúng cách có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, dẫn đến mất điện cho một lượng lớn phụ tải hoặc làm gia tăng sự cố trong toàn bộ hệ thống.
Xem sơ đồ minh họa sau : kdbv min
Hình 2.1: Cắt chọn lọc các phần tử bị hư hỏng trong mạng
Lưới trung và hạ áp có số lượng phần tử cần bảo vệ lớn, do đó yêu cầu bảo vệ không cao như lưới truyền tải cao áp Vì vậy, cần xem xét tính kinh tế để chọn thiết bị bảo vệ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật với chi phí tối ưu nhất.
Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện
1: Phần tử chỉ huy khởi động
2: Rơle trung gian (chỉ huy đóng hoặc khởi động) có trễ thời gian
3: Rơle liên động hoặc kiểm tra
5: Thiết bị làm ngƣng hoạt động
8: Thiết bị cách ly nguồn điều khiển
10: Đóng cắt phối hợp thiết bị
11: Thiết bị đa chức năng
12: Thiết bị chống vƣợt tốc
13: Thiết bị tác động theo tốc độ đồng bộ
14: Chức năng giảm tốc độ
15: Thiết bị bám tốc độ hoặc tần số phù hợp với thiết bị song hành
16: Dự phòng cho tương lai hiện chưa sử dụng
17: Khóa đóng cắt mạch shunt hoặc phóng điện
18: Thiết bị gia tốc hoặc giảm tốc độ đóng
19: Công tắc tơ khởi động thiết bị có quá độ (thiết bị khởi động qua nhiều mức tăng dần)
Hình 1: Cắt chọn lọc các phần tử bị hư hỏng trong mạng
20: Van vận hành bằng điện
22: Mắy cắt tác động điều khiển cân bằng
23: Thiết bị điều khiển nhiệt độ
24: Rơle tỷ số V/Hz (điện áp/tần số), chức năng quá kích thích
25: Chức năng kiểm tra đồng bộ
27: Chức năng bảo vệ kém áp
28: Bộ giám sát ngọn lửa (với tuabin khí hoặc nồi hơi)
30: Rơle tín hiệu (không tự giải trừ đƣợc)
31: Bộ kích mở cách ly (kích mở thyristor)
32: Chức năng định hướng công suất
34: Thiết bị đặt lịch trình làm việc
35: Cổ góp chổi than hoặc vành xuyến trƣợt có chổi than
37: Chức năng bảo vệ kém áp hoặc kém công suất
38: Chức năng đo nhiệt độ vòng bi hoặc gối trục
39: Chức năng đo độ rung
40: Chức năng bảo vệ chống mất kích từ
42: Máy cắt khởi động máy hoặc thiết bị
43: Thiết bị chuyển đổi hoặc chọn mạch điều khiển bằng tay
44: Rơle khởi động khối chức năng kế tiếp vào thay thế
45: Rơle giám sát tình trạng không khí (khói, lửa, chất nổ v.v.)
46: Rơle dòng điện thứ tự nghịch hoặc bộ lọc dòng điện thứ tự thuận
47: Rơle điện áp thứ tự nghịch hoặc bộ lọc điện áp thứ tự thuận
48: Rơle bảo vệ duy trì trình tự
49: Rơle nhiệt (bảo vệ quá nhiệt)
50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh chạm đất
51: Bảo vệ quá dòng (xoay chiều) có thời gian
51N: Bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian duy trì
52: Máy cắt dòng điện xoay chiều
53: Rơle cưỡng bức kích thích điện trường cho máy điện một chiều
54: Thiết bị chuyển số cơ khí đƣợc điều khiển bằng điện
55: Rơle hệ số công suất
56: Rơle điều khiển áp dụng điện trường kích thích cho động cơ xoay chiều
57: Thiết bị nối đất hoặc làm ngắn mạch
58: Rơle ngăn chặn hư hỏng chỉnh lưu
60: Rơle cân bằng điện áp hoặc dòng điện
61: Cảm biến hoặc khóa đóng cắt theo mật độ khí
62: Rơle duy trì thời gian đóng hoặc mở tiếp điểm
64: Rơle phát hiện chạm đất
64R: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn rôto
64G: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn stato
66: Chức năng đếm số lần khởi động trong một giờ
67: Rơle bảo vệ quá dòng có hướng
67N: Rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng
69: Thiết bị cho phép điều khiển
72: Máy cắt điện một chiều
73: Tiếp điểm có trở chịu dòng tải
74: Rơle cảnh báo (rơle tín hiệu)
75: Cơ cấu thay đổi vị trí
76: Rơle bảo vệ quá dòng một chiều
78: Rơle bảo vệ góc lệch pha
79: Rơle tự đóng lại (điện xoay chiều)
80: Thiết bị chuyển đổi theo trào lưu chạy qua
82: Rơle đóng lặp lại theo mức mang tải mạch điện một chiều
83: Rơle chuyển đổi hoặc chọn điều khiển tự động
84: Bộ điều áp máy biến áp (OLTC)
85: Rơle nhận thông tin phối hợp tác động từ bảo vệ đầu đối diện
87B: Rơle bảo vệ so lệch thanh cái
87G: Rơle bảo vệ so lệch máy phát
87L: Rơle bảo vệ so lệch đường dây
87M: Rơle bảo vệ so lệch động cơ
87T: Rơle bảo vệ so lệch máy biến áp
87TG: Rơle bảo vệ so lệch hạn chế máy biến áp chạm đất (chỉ giới hạn cho cuộn dây đấu sao có nối đất)
88: Động cơ phụ hoặc máy phát động cơ
90: Rơle điều chỉnh (điện áp, dòng điện, công suất, tốc độ, tần số, nhiệt độ)
91: Rơle điện áp có hướng
92: Rơle điện áp và công suất có hướng
93: Các chức năng tiếp điểm thay đổi kích thích
95: Chức năng đồng bộ (cho động cơ đồng bộ có tải nhỏ và quán tính nhỏ) bằng hiệu ứng mômen từ trở
96: Chức năng tự động đổi tải cơ học
Tùy thuộc vào phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh rơle có thể có phần mở rộng Dưới đây là một số chỉ danh rơle thông dụng có phần mở rộng.
26.W: Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp
26.O: Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp)
51P,51S: Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp MBA
50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA)
67N: Rơle quá dòng chạm đất có hướng
87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái
87T: Rơle so lệch dọc bảo vệ máy biến áp
96-1: Rơle hơi cấp 1(chỉ báo tín hiệu)
96-2: Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện)
Nguyên lý hoạt động của các loại rơle bảo vệ trạm biến áp
Rơle hơi được sử dụng cho các máy biến áp có công suất trung bình và lớn, đặc biệt là những máy có thùng giãn nở dầu Thiết bị này được lắp đặt trên ống dẫn dầu nối từ thùng chính đến thùng giãn nở, với đầu mũi tên trên rơle phải chỉ về phía thùng giãn nở, tương ứng với chiều dòng chảy của dầu trong trường hợp có sự cố Đoạn ống dẫn dầu cần được nâng cao về phía thùng giãn nở với góc nghiêng khoảng 1 đến 10 độ so với mặt phẳng ngang, đồng thời không được có góc và phần cong của ống nên có bán kính càng lớn càng tốt.
Van Đồng hồ chỉ mức dầu
Hình 2: Vị trí lắp rơle hơi và rơle mức dầu tại máy biến áp
Hình 2.2: Vị trí lắp rơ le hơi và rơ le mức dầu tại máy biến áp
Rơle hơi hai phao có cấu tạo gồm :
Phao 1 là một thiết bị hình cầu rỗng, nhẹ, có khả năng tự nâng hạ theo mức dầu Bên trong phao có một tiếp điểm thủy ngân được kết nối với hộp nối dây trên rơle Khi xảy ra sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra sẽ tập trung ở phía trên, đẩy phao 1 về vị trí nằm ngang và đóng tiếp điểm thủy ngân Tiếp điểm này đóng vai trò quan trọng trong việc báo hiệu sự cố của máy biến áp (96-1).
Phao dưới (phao 2) có cấu trúc tương tự như phao 1 và được kết nối với một cánh chặn Cánh chặn là tấm kim loại mỏng được treo ở vị trí phía lỗ mặt bích.
Rơle hơi phía nối vào thùng chính máy biến áp được treo sao cho bề mặt tấm kim loại thẳng góc với hướng dòng chảy của dầu, giúp cánh chặn phản ứng với lưu lượng dầu Cánh chặn có thể điều chỉnh theo ba mức lưu lượng là 65, 100 và 150 cm/giây, với mức 100 cm/giây thường được nhà chế tạo cài sẵn Trong điều kiện vận hành bình thường, dầu chỉ di chuyển do giãn nở nhiệt mà không đủ để tác động đến cánh chặn Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi mạnh mẽ sẽ phun từ thùng chính qua rơle hơi tới thùng giãn nở Nếu lưu lượng dầu vượt quá mức đã điều chỉnh, cánh chặn sẽ quay, làm cho phao 2 chìm xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân và kích hoạt máy cắt (96-2).
Hình 2.3: Nguyên lý cấu tạo rơ le hơi
Dựa vào thành phần và khối lượng khí sinh ra, có thể xác định tính chất và mức độ sự cố Do đó, rơle hơi được trang bị thêm van để thu thập hỗn hợp khí, phục vụ cho việc phân tích sự cố.
Rơle nhiệt độ đặt tại máy biến áp
Rơle nhiệt độ dầu bao gồm các tiếp điểm thường đóng và thường mở, được lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị nhiệt độ Nhiệt kế này có cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt và một ống mao dẫn nối bộ phận cảm ứng với cơ cấu chỉ thị Bên trong ống mao dẫn chứa chất lỏng (dung dịch hữu cơ) bị nén lại Sự co giãn của chất lỏng trong ống mao dẫn thay đổi theo nhiệt độ mà bộ phận cảm biến nhận được, từ đó tác động lên cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm, làm cho các tiếp điểm chuyển trạng thái từ “mở” sang “đóng”.
Bộ phận cảm biến nhiệt trong máy biến áp được lắp đặt trong một lỗ trụ bọc kín, nằm ở phía trên nắp máy, với dầu bao quanh để đo nhiệt độ Khi nhiệt độ vượt quá trị số đặt trước, bộ phận này sẽ chuyển từ trạng thái “đóng” sang “mở”.
Tới bình dầu phụ Tới thùng dầu thân máy Cắt máy cắtVan xả khí Báo tín hiệu
Hình 3: Nguyên lý cấu tạo rơle hơi.
Để giám sát nhiệt độ dầu trên cùng của máy biến áp, người ta thường sử dụng nhiệt kế với 2 hoặc 4 vít điều chỉnh Thiết bị này cho phép cài đặt các trị số tác động cho các bộ tiếp điểm riêng biệt Khi nhiệt độ vượt quá trị số đặt cấp 1, rơle sẽ kích hoạt tiếp điểm cấp 1 để cảnh báo sự cố “Nhiệt độ dầu cao” Nếu nhiệt độ tiếp tục gia tăng và vượt quá trị số cấp 2, rơle sẽ đóng tiếp điểm cấp 2, tự động cắt máy cắt và ngắt điện máy biến áp, đồng thời kích hoạt mạch điện báo hiệu sự cố “cắt do nhiệt độ dầu cao”.
2.4.2.2 Rơle nhiệt độ cuộn dây (26 W)
Rơle nhiệt độ cuộn dây bao gồm bốn bộ tiếp điểm, mỗi bộ có một tiếp điểm thường mở và một tiếp điểm đóng, được lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị Nhiệt kế này có cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt và một ống mao dẫn nối bộ phận cảm biến với cơ cấu chỉ thị Bên trong ống mao dẫn chứa chất lỏng nén, sự co giãn của chất lỏng này thay đổi theo nhiệt độ mà bộ cảm biến nhận được, tác động lên cơ cấu chỉ thị và bốn bộ tiếp điểm Ngoài ra, còn có một điện trở nung tác động lên cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm Cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng điện được kết nối với điện trở nung và song song với nó là một biến trở để hiệu chỉnh Tác dụng của điện trở nung và bộ cảm biến nhiệt lên cơ cấu đo cùng các bộ tiếp điểm sẽ tương ứng với nhiệt độ của cuộn dây.
Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho bốn bộ tiếp điểm Tùy theo thiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể đƣợc nối vào các mạch: báo hiệu sự cố “nhiệt độ cuộn dây cao”, mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp, mạch tự động khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến áp
Rơle mức dầu được trang bị hai bộ tiếp điểm bên trong thiết bị chỉ thị mức dầu, thiết yếu cho máy biến áp có bộ đổi nấc điện áp có tải Thùng giãn nở dầu được chia thành hai ngăn: ngăn lớn kết nối với thùng chính máy biến áp qua rơle hơi, đảm bảo đủ thể tích giãn nở cho dầu, và ngăn nhỏ hơn nối với thùng chứa bộ đổi nấc có tải Hai thùng được thiết kế tách biệt, không có liên thông dầu, do đó mỗi thùng đều có thiết bị chỉ thị mức dầu riêng: một cho máy biến áp và một cho bộ đổi nấc có tải.
Xem hình vẽ vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến thế sau :
Hình 2.4: Vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến áp
Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu gồm hai phần : bộ phận điều khiển và bộ chỉ thị
Bộ phận điều khiển của máy bao gồm một phao, thanh quay và trục quay, được trang bị nam châm vĩnh cửu Phần này được lắp trên vỏ máy, cụ thể là đầu thùng giãn nở, và có vòng đệm để đảm bảo kín nước Bộ phận chỉ thị, với kim chỉ lắp trên trục mang nam châm vĩnh cửu, được chế tạo từ nhôm nhằm tránh tác động của từ trường và nước.
Hình 2.5: Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu
Khi mức dầu thay đổi, phao sẽ di chuyển lên xuống Sự chuyển động này được chuyển hóa thành chuyển động quay của trục thông qua thanh quay Khi trục quay, từ trường do nam châm tạo ra sẽ điều khiển nam châm khác quay theo hướng sao cho hai cực khác tên.
Hai nam châm đối diện nhau có cực N và S sẽ tạo ra lực đẩy khi cùng tên và lực hút khi khác tên Do đó, kim chỉ thị sẽ quay theo nam châm, giúp ghi nhận mức dầu trên mặt chỉ thị.
Bộ phận chỉ thị điều khiển việc đóng mở các tiếp điểm của rơle mức dầu, từ đó gửi tín hiệu vào mạch báo động hoặc mạch cắt tùy theo thiết kế cụ thể.
2.4.2.4 Rơle quá dòng tức thì (50)
Bảo vệ máy biến áp ba pha ba cuộn dây
2.5.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng
Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hƣ hỏng bên trong và hƣ hỏng bên ngoài
Hƣ hỏng bên trong bao gồm:
- Chạm chập giữa các vòng dây
- Ngắn mạch giữa các cuộn dây
- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất
- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp
- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu
Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm:
- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống
- Ngắn mạch một pha trong hệ thống
- Quá bão hoà mạch từ
Tùy thuộc vào công suất, vị trí và vai trò của máy biến áp trong hệ thống, việc lựa chọn phương thức bảo vệ phù hợp là rất quan trọng Dưới đây là bảng giới thiệu các loại bảo vệ thường được sử dụng để ngăn chặn sự cố và tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp.
Loại hƣ hỏng Loại bảo vệ
Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất
So lệch có hãm (bảo vệ chính) Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự phòng tuỳ theo công suất máy biến áp)
Quá dòng thứ tự không
Chạm chập các vòng dây
Thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu Rơle khí (BUCHHOLZ)
Quá tải Quá dòng điện
Hình ảnh nhiệt Quá bão hoà mạch từ Chống quá bão hoà
2.5.2 Các bảo vệ chống ngắn mạch
2.5.2.1 Bảo vệ so lệch có hãm
Dòng điện sơ cấp của máy biến áp có sự khác biệt về trị số và góc pha, do đó để cân bằng dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch, cần sử dụng máy biến dòng trung gian BGI với tổ đấu dây phù hợp Tỉ số biến đổi cũng được chọn để đảm bảo các dòng điện đưa vào so sánh trong rơ le so lệch có trị số gần bằng nhau Các rơ le so lệch hiện đại cho phép thực hiện việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ngay trong thiết bị, giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ.
Dòng điện từ hóa trong máy biến áp tạo ra dòng điện không cân bằng qua rơle, với trị số quá độ có thể rất lớn khi máy biến áp được đóng.
Để bảo vệ máy biến áp khỏi sự cố do lệch, người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp cho 37 máy biến áp không tải hoặc cắt ngắn mạch ngoài.
Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lí bảo vệ so lệch có hãm
Cuộn dây cao áp của máy biến áp được kết nối với nguồn cấp điện, trong khi cuộn trung áp và hạ áp nối với phụ tải Trong chế độ làm việc bình thường, bỏ qua dòng điện kích từ, ta có mối quan hệ: í S1 = í S2 + í S3.
Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: í LV = í T1 – (í T2 + í T3 )
Các dòng điện hãm đƣợc cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: í H = ( í T1 + í T2 + í T3 ).K H
Trong đó K H 0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch
Để ngăn chặn tác động sai do dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải và cắt ngắn mạch ngoài, cần sử dụng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa I HM để bảo vệ Để đảm bảo hiệu quả của hệ thống bảo vệ khi có ngắn mạch ngoài, điều kiện cần thiết là í H > í LV.
2.5.2.2 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian
Bảo vệ quá dòng điện có thời gian là giải pháp chính cho máy biến áp công suất nhỏ và là biện pháp dự phòng cho máy biến áp công suất trung bình và lớn, giúp ngăn chặn các sự cố ngắn mạch bên trong và bên ngoài Dòng điện khởi động của hệ thống bảo vệ được chọn dựa trên dòng điện danh định của máy biến áp, đồng thời tính đến khả năng quá tải Thời gian hoạt động của hệ thống bảo vệ được thiết kế theo nguyên tắc bậc thang, nhằm phối hợp hiệu quả với thời gian hoạt động của các thiết bị bảo vệ khác trong hệ thống.
2.5.2.3 Bảo vệ chống chạm đất Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao có trung điểm nối đất của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có miền bảo vệ đƣợc giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp
2.5.3 Các bảo vệ chống quá tải
Quá tải làm tăng nhiệt độ máy biến áp, giảm tuổi thọ nếu kéo dài Để bảo vệ máy biến áp công suất nhỏ, sử dụng bảo vệ quá dòng điện thông thường; còn với máy biến áp lớn, áp dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt Hệ thống bảo vệ này theo dõi mức tăng nhiệt độ tại các điểm kiểm tra khác nhau, đưa ra nhiều cấp tác động như cảnh báo, khởi động làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn dầu, và giảm tải Nếu các biện pháp này không hiệu quả và nhiệt độ vẫn vượt quá giới hạn cho phép trong thời gian quy định, máy biến áp sẽ bị cắt ra khỏi hệ thống.
2.5.4 Bảo vệ bằng rơle khí (Buchholz)
Hư hỏng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu dẫn đến hiện tượng dầu bốc hơi và chuyển động Đối với các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 5MVA, việc bảo vệ được thực hiện thông qua rơle khí với hai cấp tác động: cấp 1 để báo tín hiệu và cấp 2 để cắt các máy cắt kết nối với máy biến áp.
Rơle khí hai cấp tác động được trang bị hai phao kim loại và bầu thủy tinh, sử dụng tiếp điểm thủy ngân hoặc từ Trong trạng thái bình thường, khi bình rơle đầy dầu, tiếp điểm rơle ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu do dầu nóng hoặc quá tải, khí tập trung ở trên bình rơle làm phao số 1 hạ xuống, gửi tín hiệu cảnh báo cấp 1 Ngược lại, nếu khí bốc ra mạnh do ngắn mạch, dầu từ thùng sẽ đẩy phao số 2 xuống và gửi tín hiệu cắt.
39 máy biến áp Rơle khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle giảm thấp do dầu bị rò rỉ hoặc thùng biến áp bị thủng
Rơle khí là thiết bị đáng tin cậy trong việc bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố bên trong thùng dầu, nhưng kinh nghiệm cho thấy có thể xảy ra tác động sai do chấn động cơ học như động đất hoặc vụ nổ gần Đối với các máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặt trong thùng dầu riêng và cần sử dụng một bộ rơle khí riêng để bảo vệ bộ điều áp này.
2.6 Lựa chọn phương thức bảo vệ cho trạm biến áp
Hình 2.18 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp
2.6.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( bảo vệ chính)
Bảo vệ so lệch 7UT613 được thiết kế để bảo vệ các dạng ngắn mạch pha-pha và pha-đất trong khu vực lắp đặt máy biến dòng ba phía của máy biến áp Thiết bị này cũng bao gồm chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF.
2.6.2 Bảo vệ rơ le khí máy biến áp
Bảo vệ rơ le khí được lắp đặt trên đường ống dẫn dầu từ bình dầu phụ xuống thùng máy biến áp, có chức năng tách ngay lập tức máy biến áp khỏi hệ thống khi phát hiện hư hỏng bên trong như phóng điện, cháy hoặc chập vòng dây Điều này giúp ngăn ngừa sự hình thành hơi trong thùng máy biến áp, đảm bảo an toàn cho thiết bị.
2.6.3 Bảo vệ dự phòng máy biến áp
Bảo vệ dự phòng phía 110 kV:
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
- Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc
- Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt
Bảo vệ dự phòng phía 24 kV:
- Bảo vệ quá dòng có thời gian
- Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt
Bảo vệ dự phòng phía 10,5 kV:
- Bảo vệ quá dòng có thời gian
- Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt
Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao