Bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải
Mục đích đặt bảo vệ: Chống ngắn mạch trên các phần tử kề (thanh góp máy phát, máy biến áp,...) nếu bảo vệ của các phần tử này không làm việc. Chống quá tải do hệ thống cắt giảm một số nguồn cung cấp. Làm dự trữ ...
Mục đích đặt bảo vệ:
- Chống ngắn mạch trên các phần tử kề (thanh góp máy phát, máy biến áp,...) nếu bảo vệ của các phần tử này không làm việc.
- Chống quá tải do hệ thống cắt giảm một số nguồn cung cấp.
- Làm dự trữ cho BVSLD máy phát điện.
Để thực hiện bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải ta có thể sử dụng các phương thức bảo vệ sau:
Bảo vệ quá dòng điện:
Với các máy phát bé và trung bình, người ta thường sử dụng bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp (hình 1.29). Bảo vệ thường có 2 cấp thời gian:
Cấp 1 (2I) tác động cắt MC ở đầu cực máy phát (nếu nối với thanh góp điện áp máy phát) hoặc MC của bộ MF-MBA. Cấp 1 được phối hợp với thời gian tác động của bảo vệ dự phòng của đường dây và MBA.
Cấp 2 (2II) tác động dừng máy phát nếu sau khi cắt MC đầu cực máy phát (có thanh góp điện áp máy phát) hoặc đầu hợp bộ (MF-MBA) mà dòng sự cố vẫn tồn tại (tức là sự cố xảy ra bên trong hợp bộ hoặc máy phát).
Khóa điện áp thấp cho phép phân biệt ngắn mạch với quá tải và cho phép bảo vệ làm việc chắc chắn khi máy phát được kích từ bằng chỉnh lưu lấy điện từ đầu cực máy phát. Trong trường hợp này dòng ngắn mạch sẽ suy giảm nhanh chóng khi xảy ra ngắn mạch tại đầu cực máy phát. Trong một số sơ đồ người ta còn dùng biện pháp đảm bảo cho bảo vệ tác động chắc chắn là chỉ lấy tín hiệu điện áp thấp sau khi rơle dòng điện đã trở về do sự suy giảm dòng ngắn mạch.
Dòng điện khởi động của rơle quá dòng 50 (khi bảo vệ quá dòng có khoá điện áp thấp 27):
IKĐ50=KatKtvnIIlvmax size 12{I rSub { size 8{ ital "KĐ""50"} } = { {K rSub { size 8{ ital "at"} } } over {K rSub { size 8{ ital "tv"} } n rSub { size 8{I} } } } I rSub { size 8{ ital "lv""max"} } } {} (1 -53)
với Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất qua cuộn thứ cấp của BI.
MFĐ:
Quá tải gây phát nóng cuộn dây stator có thể do nhiều nguyên nhân như máy phát điện vận hành với hệ số công suất thấp, thành phần công suất phản kháng vượt quá mức cho phép, có hư hỏng trong hệ thống làm mát hoăc hệ thống điều chỉnh điện áp làm cho máy phát bị quá kích thích. Cuộn dây rotor cũmg có thể bị quá tải ngắn hạn trong quá trình điều chỉnh điện áp khi máy phát đầy tải công suất tác dụng.
Thời gian chịu đựng quá tải của các cuộn dây máy phát có giới hạn và phụ thuộc vào mức độ quá tải, kết cấu của máy phát, hệ thống làm mát và công suất của máy phát. Thường các nhà chế tạo cho sẵn quan hệ giữa mức quá tải (I* = I/Iđm) với thời gian quá tải cho phép của từng loại máy phát điện.
Có nhiều nguyên lý khác nhau có thể được áp dụng để thực hiện bảo vệ chống quá tải cho cuộn dây của máy phát điện: theo số đo trực tiếp của nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ của chất làm mát hoặc gián tiếp qua trị số dòng diện chạy qua cuộn dây.
Để bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải cho máy phát người ta có thể sử dụng sơ đồ hình 1.30, thực chất đây cũng là một bảo vệ quá dòng.
Trong đó:
- 24RI, 18RT; 25RI, 20RT: để chống quá tải và ngắn mạch đối xứng.
- 26RI, 19RT; 27RI, 20RT: chống quá tải và ngắn mạch không đối xứng.
- 32LI2: bộ lọc dòng thứ tự nghịch (để nâng cao độ nhạy cho bảo vệ, thường dùng cho các máy phát có công suất lớn).
Tính chọn các thông số của rơle:
Bảo vệ chống quá tải đối xứng 24RI, 18RT:
Dòng điện khởi động của 24RI:
IKĐ24RI=Kat.IđmFKtv.nI size 12{I rSub { size 8{ ital "KĐ""24" ital "RI"} } = { {K rSub { size 8{ ital "at"} } "." I rSub { size 8{ ital "đmF"} } } over {K rSub { size 8{ ital "tv"} } "." n rSub { size 8{I} } } } } {} (1-54)
Thời gian tác động của 18RT:
t18RT = (7÷ 9) sec (1-55)
Bảo vệ chống ngắn mạch đối xứng 25RI, 20RT:
IKĐ4RI=Kat.Kmm.IđmFKtv.nI size 12{I rSub { size 8{ ital "KĐ"4 ital "RI"} } = { {K rSub { size 8{ ital "at"} } "." K rSub { size 8{ ital "mm"} } "." I rSub { size 8{ ital "đmF"} } } over {K rSub { size 8{ ital "tv"} } "." n rSub { size 8{I} } } } } {} (1-56)
t20RT = tmaxcác phần tử lân cận + Δt (1-57)
Bảo vệ chống quá tải không đối xứng 26RI, 19RT:
Dòng điện khởi động cho rơle 26RI được chọn theo hai điều kiện:
- Điều kiện 1: IKĐ26RI phải lớn hơn dòng thứ tự nghịch lâu dài cho phép I2cp:
IKĐ26RI= Kat.I2cp size 12{I rSub { size 8{"KĐ26RI"} } =" K" rSub { size 8{"at"} } "." I rSub { size 8{"2cp"} } } {} (1-58)
- Đối với máy phát điện turbine nước: I2cp = 5%.IđmF
- Đối với máy phát điện turbine hơi: I2cp = 10%.IđmF
- Điều kiện 2: Rơle phải trở về sau khi đã cắt ngắn mạch ngoài.
Từ hai điều kiện trên và theo kinh nghiệm người ta chọn:
IKĐ26RI=0,1.IđmFnI size 12{I rSub { size 8{ ital "KĐ""26" ital "RI"} } =0,1 "." { {I rSub { size 8{ ital "đmF"} } } over {n rSub { size 8{I} } } } } {} (1-59)
Thời gian tác động của 19RT thường được chọn:
t19RT = (7 ÷ 9) sec (1-60)
Bảo vệ chống ngắn mạch không đối xứng 27RI, 20RT:
Dòng khởi động của 27RI chọn theo các điều kiện sau:
- Điều kiện 1: Bảo vệ không được tác động khi đứt một pha trong hệ thống nối với nhà máy.
- Điều kiện 2: Bảo vệ phải phối hợp độ nhạy với các bảo vệ lân cận.
Trên thực tế tính toán dòng thứ tự nghịch khá phức tạp, theo kinh nghiệm người ta chọn:
IKĐ26RI=(0,5÷0,6)IđmFnI size 12{I rSub { size 8{ ital "KĐ""26" ital "RI"} } = ( 0,5 div 0,6 ) { {I rSub { size 8{ ital "đmF"} } } over {n rSub { size 8{I} } } } } {} (1-61)
từ giá trị dòng khởi động tính được ta có thể chọn được rơle thích hợp.
Thời gian tác động của rơle 20RT phải phối hợp với các bảo vệ lân cận:
t20RT = tmax các phần tử lân cận + Δt (1-62)
Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:
Độ nhạy Kn của bảo vệ được tính theo công thức sau:
Kn=INminIKĐB size 12{K rSub { size 8{n} } = { {I rSub { size 8{N"min"} } } over {I rSub { size 8{ ital "KĐB"} } } } } {} (1-63)
Tuỳ vào nhiệm vụ của bảo vệ mà giá trị độ nhạy của bảo vệ phải đạt yêu cầu. Khi làm bảo vệ chính Kn ≥ 1,5 và khi đóng vai trò làm bảo vệ dự trữ Kn ≥ 1,2.
Bảo vệ dòng thứ tự nghịch: (hình 1.31)
Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây stator máy phát khi xảy ra đứt dây (hoặc hở mạch một pha), khi phụ tải không đối xứng hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống.
Quá tải không đối xứng nguy hiểm hơn quá tải đối xứng rất nhiều vì nó tạo nên từ thông thứ tự nghịch φ size 12{φ} {}2 biến thiên với vận tốc 2 ω size 12{ω} {} gấp hai lần tốc độ của rotor, làm cảm ứng trên thân rotor dòng điện lớn đốt nóng rotor và máy phát.
Dòng thứ tự nghịch I2 càng lớn thì thời gian cho phép tồn tại càng bé, vì vậy bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch có thời gian tác động t phụ thuộc tỉ lệ nghịch với dòng I2:
t=K1I2IđmF2−K22 size 12{t= { {K rSub { size 8{1} } } over { left ( { {I rSub { size 8{2} } } over {I rSub { size 8{"đmF"} } } } right ) rSup { size 8{2} } - K rSub { size 8{2} } rSup { size 8{2} } } } } {} (1-64)
Trong đó:
-K1, K2 là hệ số tỉ lệ, K2 = αI2cpIđmF size 12{α { {I rSub { size 8{"2cp"} } } over {I rSub { size 8{"đmF"} } } } } {}
Hình 1.32: Đặc tính thời gian phụ thuộc (a) và độc lập có hai cấp của rơle 51
với:
- α là hằng số đối với từng loại rơle cụ thể.
- I2cp: dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài, nó phụ thuộc vào chủng loại máy phát, công suất và hệ thống làm mát của cuộn dây rotor.
- IđmF: dòng điện định mức của máy phát.
- I*2: dòng thứ tự nghịch tương đối, I*2 = I2IđmF size 12{ { {I rSub { size 8{2} } } over {I rSub { size 8{ ital "đmF"} } } } } {}
Bảo vệ có thể có đặc tính thời gian phụ thuộc tỉ lệ nghịch theo quan hệ t = f(I2) (hình 1.32a) hoặc đặc tính thời gian độc lập 2 cấp (hình 1.32b): cấp 1 cảnh báo và cấp 2 đi cắt máy cắt.
