CƠ QUAN HỢP TÁC QUỐC TẾ NHẬT BẢN TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC VIỆT NAM DỰ ÁN ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN/HƯỚNG DẪN VIÊN NGÀNH ĐIỆN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY CHUY£N Đề Hệ THốNG RƠLE BảO Vệ (CƠ BảN) (Mó s: JE-TRF-RY-01/02) Ngành: Trạm biếp áp Phiên 2.0 Hà Nội, tháng năm 2006 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Đất nước ta trình hội nhập kinh tế giới phát triển kinh tế nước với tốc độ cao Chính khiến cho nhu cầu sử dụng điện ngày tăng với tốc độ chóng mặt Xu hướng kinh tế chuyển sang hình thức cổ phần hóa, khiến cho cạnh tranh ngày lớn khiến cho yêu cầu chất lượng điện ngày cao khắt khe Có nghĩa Ngành điện lực phải cung cấp điện với chất lượng điện đảm bảo tính ổn định, liên tục tin cậy Như biết, Hệ thống điện kết cấu nhiều các nhà máy điện, thiết bị điện, đường dây truyền tải, đường dây phân phối v.v phải vận hành liên tục chế độ đầy tải Do đó, sảy cố bất thường vào lúc nào, làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng điện cung cấp cho khách hàng Do vậy, để đảm bảo chất lượng điện cho khách hàng đòi hỏi phải có biện pháp bảo vệ hệ thống điện cho phát ngăn chặn kịp thời tượng bất thường cố xảy hệ thống điện Chính lẽ Hệ thống rơ le bảo vệ đóng vai trò quan trọng Do việc trang bị kiến thức nhằm giúp bạn hiểu tự vận dụng lý thuyết kết hợp với sử dụng thiết bị rơ le bảo vệ để nhằm phán đoán, ngăn chặn kịp thời lý cố phân tích truy tìm cố cần thiết Tài liệu hệ thống rơ le bảo vệ Nhóm Trạm biến áp biên dịch hỗ trợ kỹ thuật chuyên gia Điện lực Nhật Bản cộng với đóng góp ý kiến chuyên gia đến từ đơn vị trực thuộc Tổng công ty Điện lực Việt Nam Tài liệu phân làm hai tập: - Tập “Hệ thống rơ le bảo vệ (cơ bản)” - Tập hai “Hệ thống rơ le bảo vệ (nâng cao)” Cuốn tài liệu tập chủ yếu trang bị cho bạn lý thuyết hệ thống rơ le bảo vệ ứng dụng thực tế nhằm củng cố tảng kiến thức cho đồng chí kỹ sư trường đồng chí cơng nhân làm việc nghành điện Cuốn tài liệu tập xây dựng dựa tảng kiến thức tập 1, nhằm bổ xung kiến thức cách thức thí nghiệm hệ thống rơ le bảo vệ thực tế kiến thức công nghệ rơ le số Cuốn tài liệu hữu ích cho đồng chí kỹ sư từ đến năm kinh nghiệm đồng chí cơng nhân thợ bậc cao đảm đương công tác vận hành sửa chữa Nhà máy điện Trạm biến áp Tài liệu thiết kế biên soạn lần hợp tác hai phủ Việt Nam – Nhật Bản đào tạo nguồn nhân lực cho Ngành điện Việt Nam Do hẳn có nhiều thiếu sót, bước đầu tài liệu phát hành với vai trò làm tài liệu tham khảo Chúng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp q báu bạn đọc nhằm giúp cho chúng tơi q trình hồn thiện nâng cấp tài liệu lần sau tốt Ý kiến bạn đọc xin gửi theo địa chỉ: “Trường cao đẳng điện lực – 235 Hoàng Quốc Việt - Từ Liêm – Hà Nội” Chúng xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2006 NHÓM BIÊN SOẠN Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 MỤC LỤC: Chương 1: NHỮNG NÉT CHÍNH VỀ RƠ LE BẢO VỆ 1-1 Hệ thống điện cố xảy hệ thống điện 1-1-1 Ảnh hưởng cố xảy hệ thống điện 1-1-2 Các nguyên nhân gây cố hệ thống điện 1-1-3 Pha cố hệ thống điện 1-2 Vai trò điều kiện thiết bị rơle bảo vệ 1-2-1 Vai trò thiết bị rơle bảo vệ 1-2-2 yêu cầu đặt thiết bị rơ le bảo vệ Chương 2: THIẾT BỊ MƠ PHỎNG LÀ GÌ? 11 2-1 Thông tin tổng quát thiết bị mô 11 2-1-1 Những nét thiết bị mơ 11 2-1-2 Phân loại thiết bị mô 12 2-1-3 Thiết bị mô dùng để đào tạo rơ le bảo vệ 12 2-1-4 Thiết bị mơ có phạm vi lớn 13 Chương 3: VÉC TƠ CỦA ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN KHI MANG TẢI 14 (Tải Thuần trở/Thuần kháng/Thuần dung) 3-1 Nguyên lý dòng điện xoay chiều 14 3-1-1 Dòng điện xoay chiều hình sin 14 3-1-2 Sự lệch pha 15 3-2 Biểu diễn mạch điện xoay chiều theo sơ đồ véc tơ 17 3-2-1 Đại lượng véc tơ đại lượng vô hướng 17 3-2-2 Biểu diễn véc tơ 17 3-2-3 Tổng véc tơ 17 3-2-4 Hiệu véc tơ 18 3-3 Mạch điện xoay chiều 19 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 3-3-1 Mạch điện trở (R) 19 3-3-2 Mạch điện cảm (L) 19 3-3-3 Mạch điện dung (C) 20 3-3-4 Mạch điện mắc nối tiếp R L 21 3-3-5 Mạch điện mắc R C nối tiếp 22 3-3-6 Mạch mắc nối tiếp R, L C 22 Chương 4: VÉC TƠ CỦA ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN KHI SỰ CỐ 24 (Sự cố chạm đất, Sự cố ngắn mạch) 4-1 Phân tích cố hệ thống điện 24 4-1-1 Mục đích việc phân tích cố 24 4-1-2 Các thành phần đối xứng 24 4-1-2-1 Các thành phần đối xứng điện áp xoay chiều pha 24 4-1-2-2 Mạch điện thành phần thứ tự không 27 (1) Mạch điện thành phần thứ tự không Máy phát điện 27 (2) Mạch điện thành phần thứ tự không Máy biến áp 29 4-1-2-3 32 Mạch điện thành phần thứ tự thuận / thành phần thứ tự nghịch (1) Mạch điện thành phần thứ tự thuận / thành phần thứ tự nghịch MPĐ 32 (2) Mạch điện thành phần thứ tự thuận/thành phần thứ tự nghịch MBA 33 4-1-3 Phân tích cố MPĐ khơng tải 34 4-1-3-1 Phương trình MPĐ 34 4-1-3-2 Sự cố chạm đất pha (3LG) 35 4-1-3-3 Sự cố ngắn mạch pha (2LS) 37 4-1-3-4 Sự cố ngắn mạch chạm đất pha (1LG) 41 4-1-3-5 Sự cố ngắn mạch pha chạm đất (2LG) 47 4-2 Phân tích cố với điện trở điểm cố 52 4-3 Sự cố hở mạch (đứt dây) 54 4-3-1 Các biểu thức điện áp dòng điện điểm cố 54 4-3-2 Sự cố hở mạch pha 57 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) 4-3-3 4-4 JE-TRF-RY-01 Sự cố hở mạch pha 59 Sơ đồ véc tơ cố chạm đất 62 4-4-1 Hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp 62 4-4-2 Hệ thống khơng có trung tính nối đất 63 4-5 Sơ đồ véc tơ ngắn mạch pha 64 4-6 Sơ đồ véc tơ cố chạm đất pha 65 4-7 Sơ đồ véc tơ cố ngắn mạch pha 66 Chương 5: VÉC TƠ KHI TẢI KHÔNG CÂN BẰNG 32 5-1 Các nguyên nhân gây cân điện áp 67 5-1-1 Các nguyên nhân gây phía phụ tải 68 5-1-2 Các nguyên nhân gây nguồn cung cấp điện 68 5-1-2-1 Sơ đồ đấu nối MBA pha theo hình chữ V 71 5-1-2-2 Sơ đồ đấu nối hệ thống điện hạ áp 74 Chương 6: RƠ LE BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 77 6-1 77 6-2 Những nét rơle bảo vệ dòng điện 6-1-1 Ứng dụng 77 6-1-2 Ưu điểm 77 6-1-3 Nhược điểm 77 Nguyên lý rơle bảo vệ dòng điện 78 6-2-1 Các cố ngắn mạch Bảo vệ chống cố ngắn mạch 78 6-2-1-1 Bảo vệ khơng có hướng 78 6-2-1-2 Ứng dụng rơ le bảo vệ dòng với thành phần tức thời 80 6-2-1-2 Phương pháp định hướng 81 Chương 7: RƠ LE BẢO VỆ CHỐNG SỰ CỐ CHẠM ĐẤT CÓ HƯỚNG 83 7-1 Rơ le bảo vệ chống chạm đất có hướng 83 7-1-1 Tổng quan 83 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 7-2 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất có hướng 83 7-2-1 Bảo vệ chống cố chạm đất có hướng gì? (Ngun lý bản) 83 7-2-2 Sơ đồ véc tơ Vo Io lưới điện có trung tính cách ly 84 7-2-2-1 Sơ đồ véc tơ Vo Io tình trạng lưới điện vận hành bình thường 84 7-2-2-2 Đặc tính ảnh hưởng góc pha rơ le bảo vệ chống chạm đất có hướng 87 Chương 8: RƠ LE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH CÓ HƯỚNG (1) 91 8-1 91 8-2 Nét rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng 8-1-1 Rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng gì? 91 8-1-2 Uu điểm Rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng 91 nguyên lý tác động 92 8-2-1 Mối quan hệ tổng trở tính tới điểm cố, điện áp dòng điện cố 92 8-3 8-4 Mạch điện xoay chiều 93 8-3-1 Mạch điện CT PT 93 8-3-1-1 Giới thiệu tổng quan loại rơ le khoảng cách 93 8-3-2 Điện áp dòng điện đầu vào rơ le 94 Mạch điện chiều (DC) 96 8-4-1 Mạch 8-4-2 96 Biện pháp khắc phục tượng tác động nhầm (tác động vùng bảo vệ: vượt vùng) rơ le pha vượt trước góc (1) Hiện tượng tác động nhầm pha vượt trước 97 97 (2) Biện pháp khắc phục chống lại tượng tác động nhầm vượt vùng bảo vệ rơ le pha vượt trước góc pha 98 8-5 103 Rơ le khoảng cách chống cố ngắn mạch 8-5-1 Mạch CT PT rơ le khoảng cách chống cố ngắn mạch 103 8-5-2 Điện áp đầu vào dòng điện đầu vào rơ le 103 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 8-5-2 So sánh Bảo vệ khoảng cách chống ngắn mạch Bảo vệ dòng điện 8-6 106 Phối hợp thời gian loại trừ cố bảo vệ khoảng cách 110 Chương 9: RƠ LE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 112 9-1 112 Những nét bảo vệ so lệch 9-1-1 Tổng quan 112 9-1-2 Nguyên lý tác động rơ le so lệch 112 9-2 Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch phần trăm 114 9-2-1 So sánh với hệ thống bảo vệ so lệch dòng điện 114 9-2-2 Nguyên lý làm việc rơ le so lệch phần trăm 114 Chương 10: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 116 10-1 Tổng quan bảo vệ máy biến áp 116 10-1-1 Bảo vệ máy biến áp gì? 116 10-1-1-1 Các cố xảy với máy biến áp 116 10-1-1-2 Các loại bảo vệ máy biến áp 117 10-1-2 Nguyên lý rơ le so lệch phần trăm 10-1-2-1 Hệ thống rơ le so lệch 117 117 Các thiết bị bảo vệ MBA thực tế 119 10-2-1 Các kiểu đấu dây máy biến dòng điện 119 10-2-1-1 119 10-2 Sự dịch chuyển pha MBA (Sự di dịch góc) (a) Khi tổ đấu dây Y-Y sử dụng cho mạch thứ cấp CT 120 (b) Khi tổ đấu dây ∆-Y dùng cho mạch thứ cấp CT 122 10-3 124 Những trục trặc bảo vệ MBA giải pháp khắc phục 10-3-1 Bù dòng điện 124 10-3-2 Các phương pháp để chống lại dòng điện xung từ hố MBA 125 10-3-2-1 Diện mạo dòng điện xung từ hố MBA 125 10-3-2-2 Hiện tượng dòng điện xung từ hố MBA làm việc song song 129 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 Chương 1: NHỮNG NÉT CHÍNH VỀ RƠ LE BẢO VỆ 1-1 Hệ thống điện cố xảy hệ thống điện 1-1-1 Ảnh hưởng cố xảy hệ thống điện: Thiết bị điện kết nối với cách chắn (về khí, từ, điện) tác động lẫn Do đó, có cố xảy thiết bị hệ thống điện, điểm cố phải tách rời khỏi hệ thống điện cách nhanh chóng khơng gây hư hỏng lan tràn (do cố gây cho thiết bị làm việc bình thường) cố làm đồng lan tràn Vùng tách ly phải bao gồm điểm cố phải nhỏ tốt Khi mà cân tải nguồn cấp hệ thống điện trở nên cân mức đường dây truyền tải ngừng làm việc, tồn hệ thống điện điện tình trạng khơng kiểm tra Do đó, việc xa thải phụ tải việc xa thải nguồn phải thực cách nhanh chóng để lập lại cân Khi tách thiết bị cố khỏi HTĐ bị chậm trễ xảy đồng bộ, hệ thống phải tách ly cách tập hợp thiết bị đồng hố có góc pha nhỏ để ngăn chặn việc phá vỡ toàn hệ thống điện 1-1-2 Các nguyên nhân gây cố hệ thống điện: Các nguyên nhân gây cố hệ thống điện sau: (1) Gây hệ thống bên ngoài: (a) Do Hiện tượng tự nhiên chẳng hạn sấm, tuyết, muối, gió, nước, động đất, v.v (b) Do Bám bụi bẩn, đặc biệt chất dẫn điện (c) Do chạm phải người, động vật, cối (2) Gây thân hệ thống: Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 (a) Do lão hoá cách điện tự nhiên (b) Do lỗi vi phạm quy trình chẳng hạn vận hành không (c) Do lỗi chế tạo thiết kế thiết bị (d) Do vận hành, bảo dưỡng kiểm tra cố (e) Do điện áp bất thường bên hệ thống Trong trình định cấu hình hệ thống điện, việc thiết kế, chế tạo xây dựng phải thực có tính toán đến nguyên nhân cố này; việc vận hành bảo dưỡng phải thực đầy đủ Tuy nhiên, tượng tự nhiên, việc thiết kế sơ đồ hệ thống điện phải thực theo tính tốn tổng hợp mặt kinh tế thiết bị tầm quan trọng ảnh hưởng cố thiết bị, theo kích cỡ khả xảy cố 1-1-3 Các dạng cố hệ thống điện: Các loại cố thường xảy hệ thống điện trình bày đây: A B C Ngắn mạch pha Ngắn mạch pha Sự cố chạm đất pha Sự cố chạm đất pha Sự cố chạm đất pha Hình 1.1: Các dạng cố đơn giản ABC (a) Sự cố chạm đất pha khác điểm Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) 10-1-1-2 JE-TRF-RY-01 Các loại bảo vệ máy biến áp Nói chung phân loại có loại bảo vệ điện bảo vệ khí (1) Bảo vệ điện: Các rơ le bảo vệ so lệch phần trăm rơ le bảo vệ dòng điện sử dụng để phát cố ngắn mạch, chạm đất tải (2) Bảo vệ khí: Rơ le áp lực, Van xả áp lực rơ le bảo vệ nhiệt độ, v.v cung cấp loại bảo vệ Các thiết bị bảo vệ máy biến áp kết hợp hai loại bảo vệ: bảo vệ mặt điện bảo vệ mặt khí kể Phần chủ yếu miêu tả thiết bị mà có sử dụng rơ le so lệch phần trăm 10-1-2 Nguyên lý rơ le so lệch phần trăm 10-1-2-1 Hệ thống rơ le so lệch (1) Phương pháp bản: Câu hỏi đặt dùng phương pháp để phát cố bên máy biến áp mặt điện Mặc dù với rơ le bảo vệ q dòng điện đủ để phát dòng điện cố chạm đất ngắn mạch, chúng kích hoạt khơng cố máy biến áp mà cố bên ngồi Vấn đề thiếu tính chọn lọc bắt buộc cần phải có phối hợp giới hạn thời gian tác động Xét khía cạnh này, liệu xác định cố xảy bên máy biến áp hay khơng có chênh lệch dòng điện phía sơ cấp dòng điện phía thứ cấp phát Vấn đề thực nhờ hệ thống rơ le bảo vệ so lệch 117 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 CT Df: Rơ le so lệch Tr Df Hình1.2.1 Bản vẽ phác thảo bảo vệ so lệch (2) Hệ thống rơ le bảo vệ so lệch làm việc nào? Trong Hình 1.2.2 trình bày phân bố dòng điện mạch dòng điện so lệch Hình (a) trình bày trường hợp dòng điện tải MBA tình trạng vận hành hành bình thường dòng điện xuyên xuốt chạy qua vùng bảo vệ xảy cố bên ngoài, (“internal” denotes a failure in the current transformer CT; “external” denotes the CT bus): Nếu đặc tính kỹ thuật CT1 CT2 giống hệt nhau, dòng điện vào rơ le so lệch không Ngược lại, Hình (b) biểu diễn dòng điện chạy vào rơ le so lệch có cố xảy bên vùng bảo vệ Các hư hỏng xuất bên MBA phát cách lắp đặt CT phía cao áp phía hạ áp MBA nối rơ le kích hoạt dòng điện vào mạch thứ cấp máy biến dòng điện Mạch đấu nối CT rơ le phải theo kiểu so lệch Một rơ le kích hoạt dòng điện mạch điện gọi rơ le so lệch Tuy nhiên thực tế, dòng điện sinh khác biệt đặc tính kỹ thuật máy biến dòng CT1 CT2 chạy vào rơ le so lệch xảy cố bên ngồi Chính lý nên rơ le so lệch phần trăm sử dụng 118 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 ～ I1 i1 i1 Df id=0 I2 ～ i2 i2 (a) Sự cố bên I1 i1 i1 Df I2 i2 id=i1+i2 i2 (b) Sự cố bên Hình 1.2.2 Sự phân bố dòng điện mạch dòng so lệch 10-2 Các thiết bị bảo vệ máy biến áp thực tê 10-2-1 Các kiểu đấu dây máy biến dòng điện 10-2-1-1 Sự dịch chuyển pha MBA (Sự di dịch góc) Khi máy biến áp có tổ đấu dây Y-∆ ∆-Y, xuất lệch pha 300 119 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 phía sơ cấp phía thứ cấp MBA Khi mạch thứ cấp CT nối tới rơ le so lệch theo cách nó, lệch pha tạo dòng điện chênh lệch chạy mạch, khiến cho bảo vệ máy biến áp làm việc khơng xác Tuy nhiên, góc lệch pha bù lại nhờ vào cách đấu nối mạch thứ cấp máy biến dòng điện (CT) đây: (1) Nếu máy biến áp sử dụng tổ đấu dây Y-∆: bạn sử dụng tổ đấu dây ∆-Y cho mạch thứ cấp CT (2) Nếu máy biến áp sử dụng tổ đấu dây ∆-Y: bạn sử dụng tổ đấu dây Y-∆ cho mạch thứ cấp CT Dưới đưa vài ví dụ điển hình sai lệch phát sinh từ cách đấu nối mạch thứ cấp CT cho máy biến áp sử dụng tổ đấu dây Y-∆: (a) Khi tổ đấu dây Y-Y sử dụng cho mạch thứ cấp CT: Hình 2.1.1 biểu diễn mối quan hệ góc pha dòng điện pha phía cao áp dòng điện pha phía hạ áp Từ sơ đồ véc tơ ta thấy rõ ràng rằng, khơng có lệch pha dòng điện pha Ｙ－Δ A B C IA IB IC Phaseđiện current Dòng pha Ia Ib Ic a High-voltage Phía cao áp Low-volta Phía hạ áp ge IA b Ic Ib c IC Ia IB Hình 2.1.1: Quan hệ dòng điện pha Dòng điện dây chạy qua CT sau: Khi kiểu đấu dây Y sử dụng cho cuộn dây MBA, dòng điện dây phía cao áp có góc pha với dòng điện pha Khi kiểu đấu dây ∆ sử dụng cho cuộn dây MBA, dòng điện 120 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) dây phía hạ áp JE-TRF-RY-01 lần dòng điện pha lệch pha 300 Ｙ－Δ IA A IB B IC C Ia-Ic IA Ia IB Ib IC Ic Y a Ib-Ia b Ic-Ib c Y Line Dòng current điện dây High-voltage Phía cao áp Low-voltag Phía hạ áp e Ia-Ic IA Ic-Ib 30゜ IC IB Ib-Ia Hình 2.1.2: Dòng điện dây MBA tổ đấu dây máy biến áp Y-∆ Xuất phát từ CT phía cao áp làm tham chiếu trình bày đây, ta thấy rõ ràng dòng điện sơ cấp máy biến dòng phía hạ áp MBA lệch pha 300 so với dòng điện sơ cấp máy biến dòng phía cao áp MBA giá trị lần Differential current Dòng điện so lệch Ia-Ic IA 30゜ Ic-Ib IC IB Ib-Ia Hình 2.1.3: Sự sản sinh dòng điện so lệch Do rơ le so lệch tác động nhầm có dòng điện so lệch chạy qua rơ le lệch pha 300 tạo ra, nên lệch pha cần phải bù lại 121 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 (b) Khi tổ đấu dây ∆-Y dùng cho mạch thứ cấp CT: Dòng điện phía sơ cấp CT sau: Ｙ－Δ A iA B iB C iC IA Ia IB Ib IC Ic ∆ a ia-ic b ib-ia c ic-ib Phase current Dòng điện pha High-voltage Phía cao áp Y Low-voltage Phía hạ áp ia-ic iC ic-ib iA iB ib-ia Hình 2.1.4: Dòng điện pha tổ đấu dây mạch thứ cấp máy biến dòng điện ∆-Y Dòng điện phía thứ cấp CT phía cao áp sau: Khi CT đấu kiểu ∆, rõ ràng dòng điện dây đầu phía thứ cấp CT có góc lệch pha 300 có giá trị lớn gấp lần so với dòng điện pha Ｙ－Δ A iA B iB C iC IA Ia IB Ib IC Ic ∆ a ia-ic b ib-ia c ic-ib Y High-voltage Phía cao áp Low-voltage Phía hạ áp iA-iC ia-ic iC-iB ic-ib ib-ia iB-iA Hình 2.1.5: Đầu tổ đấu dây phía thứ cấp CT sử dụng ∆-Y 122 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 Theo cách này, dòng điện pha phía thứ cấp CT chạy vào rơ le so lệch phía cao áp phía hạ áp giống nhau, điều có nghĩa lệch pha gây dịch chuyển góc pha bù, dòng điện so lệch giảm xuống Dòng điện so lệch = ia - ic ic - ib iA - i C iC- iB iB - iA ib-ia Hình 2.1.6: Dòng điện so lệch sau bù Bảng 2.1.1 tóm lược lại tương quan tổ đấu dây MBA tổ đấu dây phía thứ cấp Máy biến dòng điện (CT) Bảng 2.1.1: Dòng điện so lệch sinh tổ dấu dây MBA tổ đấu dây Máy biến dòng điện Tổ đấu dây MBA Phía sơ cấp Phía thứ cấp Tổ đấu dây phía thứ cấp CT Υ ∆ ∆ Υ Υ ∆ Υ ∆ Υ ∆ Dòng điện so lệch i2 i1 i2 i1 30 Tổ đấu dây i2 ⋅ i2 × i2 i2 i1 i1 i2 30 × 600 × Khi tỷ số biến áp 1:1 123 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 Kiểu đấu dây MBA Kiểu đấu dây phía thứ cấp CT ∆ Thứ cấp Υ Sơ cấp ∆ Υ Thứ cấp ∆ Υ Sơ cấp Υ ∆ Thứ cấp Υ ∆ Sơ cấp Υ ∆ Thứ cấp ∆ Υ Sơ cấp ∆ Υ 10-3 Những trục trặc bảo vệ MBA giải pháp khắc phục 10-3-1 Bù dòng điện Một rơ le nối tới mạch dòng so lệch xuyên suốt tới MBA, tỷ số biến áp số nguyên, lựa chọn máy biến dòng điện phù hợp với MBA Tuy nhiên, thơng thường tỷ số biến áp khơng phải số nguyên, nên phải sử dụng thêm máy biến dòng điện bù (CCT: Compensating Current Transformer) để làm hài hồ cân đối tỷ số biến dòng điện phía cao áp phía hạ áp, nhằm để đảm bảo dòng điện so lệch khơng chạy qua rơ le có dòng điện chạy qua MBA Khi MBA lực trang bị điều áp tải để điều chỉnh điện áp MBA điều kiện MBA mang tải (OLTC), tỷ số biến áp bị thay đổi liên tục vận hành điều áp tải này, nên việc điều chỉnh điện áp tạo dòng điện so lệch chạy qua rơ le Các rơ le bảo vệ phải cài đặt để đảm bảo chắn khơng tác động nhầm dòng điện sai số 124 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 Phía thứ cấp Phía sơ cấp A B Ip Is Df Hình 2.2.1: Máy biến dòng điện bù Máy biến dòng điện bù sử dụng kiểu đấu dây Y: Nó đấu nối theo cách cho dòng điện phía đầu thấp dòng điện phía đầu vào Đây phụ tải CT tăng lên CCT đấu nối ngược lại Nếu Ip ≥ Is, CCT trang bị cho đầu A; ngược lại, Ip ≤ Is, CCT trang bị cho đầu the B 10-3-2 Các phương pháp để chống lại dòng điện xung từ hố MBA 10-3-2-1 Diện mạo dòng điện xung từ hố MBA Khi đóng điện cho MBA khơng mang tải có dao động điện áp đột ngột xuất sinh dòng điện xung từ hoá thoáng qua Độ lớn thời gian tắt dần khác phụ thuộc vào: Pha điện áp đặt vào, Độ lớn hướng thông lượng từ dư, Độ lớn nguồn điện, Tổng trở mạch điện, Cấu tạo MBA Các nhân tố khác Mặc dù mức độ nói chung nhỏ lần dòng điện phụ tải tổng (giá trị đỉnh), người ta tin lơn gấp 10 lần giá trị đỉnh Hơn nữa, thời gian tắt dần vài giây thông thường thời gian tắt dần ngắn giây Đối với rơ le so lệch tỷ lệ, dòng điện gây ảnh hưởng giống xảy cố vùng bảo vệ, vấn đề gây khó khăn mà dòng điện vào rơ le bảo vệ Nên rơ le khơng có chức bảo vệ dòng điện đóng xung MBA bị kích hoạt nhầm đóng 125 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 điện cho MBA Do cần thiết phải có biện pháp khắc phục ｉ e: Điện áp đặt vào Φ’ φ’: Từ thông (Giá trị thoáng qua) e φm’: Giá trị cực đại φ’ φ: Thành phần AC (xoay chiều) φ’ Φ’m Φc Φm ０ (Giá trị trạng thái ổn định) Thời timegian φm: Giá trị cực đại φ i: Dòng điện xung từ hố MBA φc: Thành phần DC (một chiều) φ’ φc = φm cosθ Do đó, giá trị cực đại φm’ từ thông φ’ là: φm’ = φm + φc = φm ( 1+cosθ) Hình 2.2.3: Sơ đồ giải thích dòng điện xung từ hố MBA Hình 2.2.3 trình bày ngun lý đặc trưng cho phát sinh dòng điện xung từ hố MBA Nếu điện áp sóng hình sin “e” đặt vào MBA không tải “t” không, từ thơng thay đổi theo giống φ chậm pha so với “e” góc 900 trạng thái ổn định giữ nguyên Tuy nhiên, “t” phải tiếp tục 0, nên từ thông tăng từ thay đổi đường cong φ’ Nói theo cách khác, φ’ có chứa thành phần DC (thành phần từ thơng thống qua) (φc) cộng thêm vào thành phần AC (φ) φc bị thay đổi góc pha đóng điện θ “e”, có giá trị φm.cosθ (Trong φm từ thơng cực đại “e”) Chính lý này, đạt tời giá trị cực đại (φm) θ biểu diễn Hình vẽ Do vậy, giá trị cực đại φm’ từ thông φ’ là: φm’＝φm＋φc＝φm（１＋cosθ） (1) Hơn nữa, từ thông dư (residual magnetic flux) φR MBA đưa vào tính tốn, giá trị cực đại tăng giảm phụ thuộc vào hướng từ thông 126 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 φm’＝± φR＋φm（１＋cosθ） (2) Với φR trường hợp này, φ’ đạt giá trị cực đại nó, lõi thép trở nên bị bão hoà từ tới mực độ đáng kể Chính lý này, dòng điện từ hoá “i” tăng đột ngột biểu diễn Hình2.2.3 Hiện tượng biết đến dòng điện đóng xung từ hố MBA (Excitation inrush current) Có nhiều nhân tố tác động tới độ lớn dòng điện xung từ hố MBA, số hệ số góc góc pha điện áp（θ） từ thông dư (φR) đưa vào tác động rõ ràng cá biệt Dòng điện đạt giá trị cực đại góc θ 00 1800; ngược lại, Nó đạt giá trị cực tiểu góc θ 900 2700 Về phần từ thơng dư, thơng lượng từ dư φR theo hướng “+” lớn, thơng lượng từ có xu hướng trở nên bão hồ, từ dư φR theo hướng “-” gây tác động làm loại bỏ từ thơng dòng điện làm giảm mức độ bão hồ Khi đó, điều kiện vận hành thực tế, thành phần khơng thiết trạng thái tối ưu hai thành phần điều khiển theo mong muốn, giá trị dòng điện khơng phải số Điện trở mạch điện, dòng điện xoáy, tượng trễ nhân tố khác gây tổn hao dòng điện xung từ hố MBA, dẫn đến làm tắt dần dòng điện cách từ từ Tốc độ tắt dần MBA khác nhau, chí MBA giống hệt nhau, khác tuỳ theo trạng thái hệ thống điện mà MBA kết nối vào, nên phụ thuộc tồn vào HTĐ Mức độ, mà thành phần thoáng qua dòng điện xung bị xuy giảm tới đó, xác định nhờ vào điện trở/điện kháng toàn mạch điện Trong khoảng chu kỳ mức bão hồ lõi thép mạnh, đoạn cuối bị giảm xuống tới độ lớn để cho tắt dần đáng kể khoảng chu kỳ Tuy nhiên, tắt dần tiếp tục theo đường đồ thị thoai thoải sau chu kỳ Các dạng sóng dòng điện xung từ hố MBA dạng sóng biết đến giống dạng sóng chỉnh lưu nửa chu kỳ mà chúng có chứa lượng lớn thành phần chiều DC thành phần sóng hài Có nhiều phép phân tích dạng sóng thực dựa sở đầu thông số đo 127 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 lường thực tế, kết tính tốn khơng khác so với số liệu đo lường thực tế, là: xuất an tồn với giả thiết lớn hay nhỏ giá trị đo lường thực tế, thành phần sóng 100%, thành phần DC lên xuống khoảng từ 30% đến 50% nữa, thành phần sóng hài bậc ba nửa thành phần sóng hài bậc 2, thành phần bậc thành phần bậc cao nhỏ Trái lại, dòng điện cố xảy vùng bảo vệ, xét mặt tương đối đơi thành phần sóng hài bậc lại trở lên lớn mà dòng điện thứ cấp CT trở nên bão hoà, thành phần sóng hài bậc hai ln ln nhỏ Hình 2.2.4 biểu diễn ví dụ số liệu đo lường thực tế 275 kV side voltage 275 kV side current VA-VN IA IB IC Hình 2.2.4: Ví dụ dòng điện xung từ hố MBA đo thực tế 128 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) 10-3-2-2 JE-TRF-RY-01 Hiện tượng dòng điện xung từ hoá MBA làm việc song song Khi đặt điện áp vào MBA ngừng làm việc có MBA khác vận hành hành, có dòng điện xung từ hoá MBA chạy vào MBA vận hành (đã từ hố rồi) vào thời điểm Trong số trường hợp, dòng điện xung từ hố MBA đạt độ lớn gấp lần dòng điện tải định mức MBA, thời gian tắt dần dài Dòng điện MBA bắt đầu từ hố Dòng điện MBA từ hố ～ Dòng điện kết hợp (Dòng điện dây) Hình 2.2.5: Dòng điện từ hố máy biến áp làm việc song song Hiện tượng giải thích sau Các thành phần DC dòng điện xung từ hố chạy vào MBA từ hoá, làm tăng điện áp rơi (sụt áp) điện áp chiều thành phần điện trở tổng trở đường dây truyền tải Điện áp thành phần chiều DC tạo từ hoá chiều cho MBA từ hoá (MBA vận hành), kết có dòng điện xung từ hố sản sinh MBA từ hoá (đang vận hành) Dưới trình bày lược tình trạng tượng khác nhau: (a) Dòng điện xung từ hoá MBA đấu song song tăng từ từ vào chu kỳ đầu tiên, đạt tới mức cực đại sau khoảng thời gian đó, sau giảm xuống (b) Các dạng sóng dòng điện xung từ hố giống với dạng sóng dòng điện xung từ hố MBA đóng điện hướng dòng điện từ hoá ngược lại 129 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Hệ thống rơ le bảo vệ (phần bản) JE-TRF-RY-01 (c) Điện trở đường dây lớn mức cực đại dòng điện xung từ hố MBA đấu song song khác cao, thời gian mà dòng điện xung từ hố đạt điểm cực đại lại nhỏ (d) Dòng điện xung từ hố MBA đóng điện cao, dòng điện xung từ hoá MBA đấu song song khác cao (e) Số lượng MBA đấu song song khác ít, dòng điện xung chạy vào chúng cao (f) Công suất MBA đấu song song khác so với MBA đóng điện thấp, dòng điện xung từ hố sản sinh MBA đấu song song lại lớn (g) Khi MBA đấu song song sử dụng, mức độ tắt dần dòng điện xung từ hố chạy vào chúng cao gấp vài lần so với có MBA sử dụng Theo liệt kê tình trạng tượng này, dòng điện xung từ hố sản sinh MBA đấu song song từ hoá (đang vận hành) nhỏ dòng điện từ hố MBA đóng điện, phụ thuộc vào trạng thái mạch điện, đủ lớn để khiến cho rơ le so lệch tỷ lệ bị tác động nhầm Khả xảy tượng tăng lên mà MBA có cơng suất nhỏ vận hành song song với 130 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảo vệ hệ thống điện - Tác giả: VS.GS TRẦN ĐÌNH LONG Protective Relay System (Basic level) - (Technical Training Texbook) - Tác giả: CHUBU ELECTRIC POWER COMPANY PProtective Relay System (Advanced level) - (Technical Training Texbook) - Tác giả: CHUBU ELECTRIC POWER COMPANY Waveform Analyzer System - Tác giả: KINKEI SYSTEM COMPANY