Bảo vệ chống chạm đất mạch kích từ của MFĐ

Bảo vệ chống chạm đất một điểm mạch kích từ:

Có ba phương pháp được sử dụng để phát hiện chống chạm đất một điểm mạch kích từ :

* Phương pháp phân thế.

* Phương pháp dùng nguồn phụ AC.

* Phương pháp dùng nguồn phụ DC.

Một số sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong các MFĐ hiện đại:

Đối với các MFĐ có hệ thống kích từ không chổi than với các điốt chỉnh lưu lắp trực tiếp trên thân rotor của máy phát, điện dung của hệ thống kích từ đối với đất sẽ tăng lên đáng kể và hệ thống bảo vệ chống chạm đất của cuộn dây rotor cũng trở nên phức tạp .

Các sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây rotor của các MFĐ hiện đại thường tác động cắt máy phát (để loại trừ xảy ra chạm đất điểm thứ hai) và dựa trên một trong những nguyên lý sau:

• Đo điện dẫn trong mạch kích từ (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp xoay chiều tần số 50Hz.
• Đo điện trở của mạch kích từ (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp một chiều hoặc tín hiệu sóng chữ nhật tần số thấp. Nguyên lý đo điện dẫn của mạch kích từ đối với đất của MFĐ có hệ thống kích từ không chổi than trình bày trên hình 1.24.

Nguồn điện áp phụ xoay chiều tần số 50Hz được đặt vào mạch trung tính của cuộn dây máy kích thích xoay chiều ba pha và thân rotor của MFĐ thông qua các vành góp và chổi than S₁, S₂. Bộ lọc tần số LF chỉ cho tần số công nghiệp chạy qua rơle đo điện dẫn RY để loại trừ ảnh hưởng của hài bậc cao trong phép đo.

Điện dẫn mà rơle RY đo được chủ yếu xác định theo điện trở RĐ và điện dung CĐ đối với đất của mạch kích từ.

Trên hình 1.25 trình bày quỹ đạo của nút véctơ tổng trở Z mà rơle đo được cho hai trường hợp: Khi RĐ = const, CĐ = var và khi CĐ = const, RĐ = var.

Rơle RY được chỉnh định với hai mức tác động: mức cảnh báo với đặc tính khởi động 2 và mức tác động cắt máy phát với đặc tính khởi động 1. Đặc tính 1 bọc lấy một phần của góc phần tư thứ hai và thứ ba trên mặt phẳng tọa độ để đảm bảo cho bảo vệ tác động một cách chắc chắn khi có chạm đất trực tiếp (RĐ ≈ 0).

Sơ đồ bảo vệ hình 1.24 có một số nhược điểm là: sự có mặt của chổi than S₁, S₂ làm cho độ tin cậy của sơ đồ không cao và trị số của điện trở tiếp xúc có thể ảnh hưởng đến trị số đo của rơle. Ngoài ra bản thân hệ thống kích thích một chiều cũng có thể ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khi điện dung của mạch kích thích đối với đất CĐ lớn, điện trở rò RĐ lớn nhất có thể đo được 10 k Ω size 12{ %OMEGA } {}.

Để khắc phục nhược điểm này người ta dùng sơ đồ với nguồn điện phụ một chiều hoặc xoay chiều với tần số thấp có dạng sóng hình chữ nhật.

Hình 1.25: Đặc tính biến thiên của tổng trở đối với đất của mạch kích từ và đặc tính tác động của Rơle đo điện dẫn để chống chạm đất mạch roto MFĐ đồng bộ. 1- đặc tính cắt; 2- đặc tính cảnh báo.

Trên hình 1.26 trình bày nguyên lý phát hiện chạm đất trong cuộn dây rotor của MFĐ được kích thích từ nguồn điện tự dùng qua bộ chỉnh lưu Thyristor dùng nguồn tín hiệu sóng chữ nhật có tần số 1Hz.

Các điện trở phụ R₁, R₂ được chọn có chỉ số khá lớn so với điện trở RM để tạo điện áp UM đặt vào bộ phận đo lường M.

Dòng điện do nguồn điện phụ U tạo ra bằng:

I=URĐ+RM+R size 12{I= { {U} over {R rSub { size 8{Đ} } +R rSub { size 8{M} } +R} } } {} (1 -51)

Trong đó: R=R1.R2R1+R2 size 12{R= { {R rSub { size 8{1} } "." R rSub { size 8{2} } } over {R rSub { size 8{1} } +R rSub { size 8{2} } } } } {}

Lưu ý rằng RM << R và bỏ qua điện trở của bản thân cuộn dây rotor, ta có:

UM≈U.RMR+RĐ size 12{U rSub { size 8{M} } approx { {U "." R rSub { size 8{M} } } over {R+R rSub { size 8{Đ} } } } } {} (1-52)

Hình 1.26: Sơ đồ nguyên lý phát hiện chạm đất trong cuộn dây rotor MFĐ dùng nguồn điện áp phụ 1Hz có dạng sóng chữ nhật (a), và dạng sóng đặt vào bộ phận đo UM với các trị số điện trở khác nhau (b và c)

Điện dung đối với đất của mạch kích từ CĐ mắc song song với điện trở RĐ sẽ làm tức thời tăng trị số dòng điện I và điện áp UM ở thời điểm đầu của mỗi nửa chu kỳ của nguồn điện áp U.

Điện trở RĐ có tác dụng làm suy giảm trị số của I và UM. RĐ càng bé độ suy giảm càng nhanh, trên hình 1.26b và 1.26c trình bày dạng sóng UM đo được cho hai trị số của RĐ khác nhau.

Bảo vệ được chỉnh định để tác động báo hiệu khi điện trở rò RĐ tụt dưới 80k Ω size 12{ %OMEGA } {} (mức 1) và tác động cắt máy phát khi RĐ < 5k Ω size 12{ %OMEGA } {} (mức 2).

Bảo vệ chống chạm đất điểm thứ hai mạch kích từ:

Hình 1.27: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất thứ hai mạch kích từ a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ bảo vệ

Bảo vệ chống chạm đất điểm thứ hai mạch kích từ (hình 1.27) được đưa vào làm việc sau khi có tín hiệu báo chạm đất một điểm mạch kích từ. Thường bảo vệ được đặt trên một bảng di động và được dùng chung cho nhiều tổ máy của nhà máy. Bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc cầu bốn nhánh: Khi chạm đất một điểm mạch kích từ, người ta điều chỉnh cho cầu cân bằng nhờ đồng hồ V. Khi cầu cân bằng ta có: r1r2=r3r4 size 12{ { { size 8{r1} } over { size 8{r2} } } = { { size 8{r3} } over { size 8{r4} } } } {}, do đó không có dòng qua 1RI, bảo vệ không tác động.

Khi chạm đất điểm thứ hai mạch kích từ sẽ làm cho cầu mất cân bằng, có dòng qua 1RI và 2RT có điện, sau một thời gian 3RG có điện đi báo tín hiệu thông qua 4Rth, cắt máy cắt đồng thời nối tắt cuộn dây của 1RI để tránh bị hư hỏng và tự giữ cho 3RG thông qua mạch tự giữ.

Các phần tử trong sơ đồ:

• 3RG: rơle trung gian, bao gồm các tiếp điểm:

• Tiếp điểm a: đưa tín hiệu đi cắt máy phát.
• Tiếp điểm b: để bảo vệ RI không bị cháy (nối tắt RI).
• Tiếp điểm c: tiếp điểm tự giữ.

• BIH: lấy thành phần xoay chiều của nhiễu để tăng cường tác động hãm cho RI.
• 9CN: cầu nối, dùng để khoá bảo vệ khi sửa chữa hoặc không muốn bảo vệ tác động.
• 6N: nút ấn, kết hợp với đồng hồ V để điều chỉnh cho cầu cân bằng khi xảy ra chạm đất điểm thứ nhất mạch kích từ.
• 5N: nút ấn, để giải tự giữ sau khi bảo vệ đã tác động đi cắt máy cắt.
• 5CC: cuộn cản nhằm hạn chế thành phần nhiễu xoay chiều, tránh làm cho RI tác động nhầm.
• 10CN: khoá bảo vệ không cho cắt máy cắt.