BẢO VỆ DỰ PHÒNG MÁY CẮT HỎNG
Máy cắt là phần tử thừa hành cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cắt phần tử đang mang điện bị sự cố ra khỏi hệ thống. Vì máy cắt khá đắt tiền nên không thể tăng cường độ tin cậy bằng cách đặt thêm máy cắt dự phòng làm việc song song ...
Máy cắt là phần tử thừa hành cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cắt phần tử đang mang điện bị sự cố ra khỏi hệ thống. Vì máy cắt khá đắt tiền nên không thể tăng cường độ tin cậy bằng cách đặt thêm máy cắt dự phòng làm việc song song với máy cắt chính được. Nếu máy cắt từ chối tác động thì hệ thống bảo vệ dự phòng phải tác động cắt tất cả những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch đến chỗ sự cố.
Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ chính phần tử bị hư hỏng gởi tín hiệu đi cắt máy cắt, nhưng sau một khoảng thời gian nào đó dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại, có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác động.
Từ hình 3.18 ta nhận thấy, khi sự cố xảy ra trên đường dây D3 nếu máy cắt MC3 làm việc bình thường thì sau khi nhận được tín hiệu cắt từ bảo vệ thì máy cắt MC3 sẽ cắt và dòng điện đầu vào của bảo vệ dự phòng sự cố máy cắt bằng không, mạch bảo vệ dự phòng sẽ không khởi động. Nếu máy cắt MC3 hỏng, từ chối tác động thì dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào mạch bảo vệ dự phòng, rơle quá dòng điện được giữ ở trạng thái tác động, sau một khoảng thời gian đặt nào đó bảo vệ dự phòng hỏng MC sẽ gởi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt nối trực tiếp với phân đoạn thanh góp có máy cắt hỏng, cũng như máy cắt ở đầu đối diện đường dây bị sự cố D3.
Sơ đồ hệ thống hai thanh góp:
Sơ đồ bảo vệ hình 3.20. Bảo vệ gồm hai bộ phận chính.
+ Bộ khởi động: Có nhiệm vụ khởi động bảo vệ khi xảy ra sự cố trên thanh góp và đưa tín hiệu đến bộ phận chọn lọc.
+ Bộ chọn lọc sự cố: để phân biệt ngắn mạch trong và ngắn mạch ngoài.
Trong đó R: rơle khởi động, xác định tổng dòng vào và ra của thanh góp, phân biệt ngắn mạch trong vùng bảo vệ hay ngắn mạch ngoài.
R1: rơle chọn lọc thanh góp I.
R2: rơle chọn lọc thanh góp II.
K: rơle kiểm tra đứt mạch thứ.
* Ví dụ cách phân bố dòng trong bảo vệ so lệch hệ thống hai thanh góp. Trong đó F1, D1 làm việc với thanh góp I, F2, D2 làm việc với thanh góp II.
+ Dòng phân bố phía thứ cấp BI khi ngắn mạch ngoài hình 3.20a, khi ngắn mạch trên thanh góp I hình 3.20b và khi đứt mạch thứ BI hình 3.20c.
Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng:
1RI: So lệch thanh góp, cắt máy cắt nối thanh góp I.
2RI: So lệch thanh góp, cắt máy cắt nối thanh góp II.
3RI: So lệch chung hệ thống thanh góp dùng khởi động bảo vệ.
RIK: Rơle kiểm tra đứt mạch thứ BI.
(Bình thường thứ cấp biến dòng 6BI được nối tắc bằng hộp nối M5 và có thể được nối tới hệ thống bảo vệ thanh góp I hay thanh góp II qua M3 và M4)
H: Con nối.
RG: Rơle trung gian.
RT: Rơle thời gian.
Th: Rơle tín hiệu.
6RG: Rơle trung gian điều khiển máy cắt MC6.
7RG: Rơle trung gian điều khiển máy cắt MC7.
3RG: Rơle trung gian điều khiển máy cắt nối tới thanh góp I.
4RG: Rơle trung gian điều khiển máy cắt nối tới thanh góp II.
Khi ngắn mạch thuộc thanh góp I, bộ phận khởi động 3RI tác động làm cho tiếp điểm 3RI1 ở mạch điều khiển đóng. Vì ngắn mạch thuộc thanh góp I nên bộ phận chọn lọc thanh góp I (1RI) tác động nên tiếp điểm 1RI1 đóng. Tiếp điểm 3RI1, 1RI1 đóng dẫn đến 3RG có điện sẽ điều khiển cắt tất cả các máy cắt nối vào thanh góp I.
Mạch kiểm tra đứt mạch thứ máy biến dòng (RIK): Khi mạch thứ BI bị đứt RIK tác động dẫn đến tiếp điểm KRI1 ở mạch điều khiển đóng làm cho 1RT có điện nên tiếp điểm 1RT1 đóng, 1RG có điện nên tiếp điểm 1RG1 đóng (tiếp điểm tự giữ), tiếp điểm 1RG2 mở do đó sẽ khoá bộ phận bảo vệ so lệch không cho tác động, đồng thời báo tín hiệu đứt mạch thứ BI.
Mạch khoá bảo vệ khi đóng thử máy cắt vòng: Ở chế độ làm việc bình thường chỉ có hai thanh góp I và II làm việc, thanh góp vòng chỉ để dự phòng. Trong trường hợp nào đó (ví dụ máy cắt mạch đường dây cần sửa chữa) thì thanh góp vòng kết hợp với máy cắt vòng MC6 sẽ thay thế cho máy cắt của mạch bất kỳ. Sau khi kiểm tra bằng mắt, người ta phải đóng điện thử xem máy cắt vòng và thanh góp vòng có khả năng làm việc được hay không. Điều này đặt ra yêu cầu là khi đóng thử máy cắt vòng nếu sự cố thì chỉ được phép cắt máy cắt vòng mà không được phép cắt các máy cắt thuộc thanh góp I và II. Khi đưa tín hiệu đóng máy cắt vòng MC6 thì 6RG ở mạch điều khiển có điện, tiếp điểm 6RG1 đóng, đưa tín hiệu đóng máy cắt MC6. Tiếp điểm 6RG3 mở cách li bộ phận chọn lọc thanh góp I, II không cho tác động khi xảy ra sự cố khi đóng thử máy cắt vòng (vì rơle trung gian điều khiển máy cắt nối với thanh góp I, II bị cách li bằng tiếp điểm 6RG3). Nếu có ngắn mạch xảy ra trên thanh góp vòng bộ phận khởi động rơle 3RI tác động, tiếp điểm 3RI1 đóng làm cho 2RG có điện, tiếp điểm 2RG2 của nó đóng đưa tín hiệu đi cắt máy cắt 6MC ( vì tiếp điểm 6RG2 đã được đóng trước đó).
Mạch khoá bảo vệ khi đóng thử máy cắt nối MC5: tương tự như trên.
Bảo vệ so lệch không toàn phần thanh góp điện áp máy phát:
Các máy biến dòng chỉ đặt trên các phần tử nối thanh góp với nguồn (mạch máy phát điện, máy biến áp, máy cắt phân đoạn, máy cắt nối các thanh góp).
Thực chất bảo vệ so lệch không toàn phần là một dạng của bảo vệ quá dòng điện có nhiều cấp thời gian (thường là hai cấp).
Cấp thứ nhất của bảo vệ:
Là cấp chủ đạo để bảo vệ chống ngắn mạch trên thanh góp và trên các đoạn nối giữa các phần tử nối với thanh góp. Khi cấp thứ nhất của bảo vệ tác động cho xung đi cắt các máy cắt nối với hệ thống 1MC và máy cắt phân đoạn 2MC, máy cắt máy phát điện 3MC (với máy cắt 3MC có thể cắt hoặc không). Đôi khi người ta không cho cắt 3MC vì sau khi cắt 1MC và 2MC thì ngắn mạch sẽ tiêu tan và để 3MC lại sẽ giữ để cung cấp cho các phụ tải điện áp máy phát. Nếu ngắn mạch tồn tại lâu cấp thứ hai sẽ làm việc và cắt 3MC.
Cấp thứ hai của bảo vệ:
Cấp thứ hai của bảo vệ là bảo vệ dòng cực đại có thời gian, làm nhiệm vụ dự phòng chống ngắn mạch trên các phần tử nối với thanh góp không được bảo vệ so lệch bọc lấy khi bảo vệ chính của phần tử này không tác động.
TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN CHO CÁC THANH GÓP CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Việc tính toán bảo vệ so lệch dòng điện cho các thanh góp trình bày dưới đây áp dụng cho trường hợp dùng máy biến dòng có cùng hệ số biến đổi.
Máy biến dòng dùng cho bảo vệ thanh góp phải thoả mãn đường cong sai số 10%. Việc thử lại theo điều kiện này cần tiến hành cho máy biến dòng của phần tử nào mà khi ngắn mạch ngoài có dòng điện ngắn mạch lớn nhất chạy qua.
Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo hai điều kiện:
- Điều kiện 1: Theo dòng không cân bằng cực đại khi ngắn mạch ngoài:
Ikñ≥Kat.Ikcbtt size 12{I rSub { size 8{"kñ"} } >= K rSub { size 8{"at"} } "." I rSub { size 8{"kcbtt"} } } {} (3-9)
Trong đó:
－ Kat: hệ số an toàn xét đến sai số của rơle và độ dự trữ cần thiết có thể lấy Kat = 1,5. Dòng điện không cân bằng được tính toán như sau:
(3-10)
－ Kkck: hệ số kể đến ảnh hưởng của thanh phần không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch. Khi dùng rơle có biến dòng bão hoà trung gian (PHT - 562, PHT - 564) thì lấy Kkck= 1.
－ fi: là sai số tương đối lớn nhất cho phép của biến dòng lấy bằng 1.
－ INngmax: thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất có thể, đi qua biến dòng của phần tử tính toán khi có ngắn mạch ngoài.
Điều kiện 2: Theo dòng phụ tải cực đại khi đứt mạch thứ máy biến dòng:
(3-11)
thường chọn Kat = 1,2.
Khi tỷ số biến dòng của các sơ đồ bảo vệ chọn như nhau thì Iptmax là dòng điện đi qua phần tử mang tải lớn nhất với giả thiết là mạch thứ cấp của máy biến dòng bị đứt.
Trong hai điều kiện trên, điều kiện nào cho dòng điện khởi động khởi động lớn hơn thì chọn làm dòng khởi động tính toán.
Khi dùng hệ thống hai thanh góp thì dòng điện khởi động của bộ phận khởi động chung chọn theo biểu thức (3-9) và (3-11). Dòng khởi động của bộ chọn lọc chọn theo điều kiện dòng không cân bằng lớn nhất khi ngắn mạch ngoài (dòng chạy qua máy cắt nối khi ngắn mạch trên thanh góp bên cạnh). Trong thực tế có thể chọn dòng khởi động của bộ phận chọn lọc bằng dòng khởi động của bộ phận khởi động chung.
Dòng khởi động của rơle kiểm tra mạch thứ máy biến dòng được chọn theo dòng không cân bằng ở chế độ làm việc khi phụ tải cực đại:
IkđK ≥ Kat . Kn . fi . Iptmax (3-12)
Nếu bảo vệ thực hiện theo sơ đồ nối vào dòng điện pha thì độ nhạy có thể được kiểm tra theo biểu thức sau:
(3-13)
với INmin là thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua bảo vệ khi ngắn mạch trên thanh góp.
Độ nhạy của bảo vệ chống đứt mạch thứ được kiểm tra theo điều kiện phụ tải cực tiểu.
(3-14)
BẢO VỆ SO LỆCH KHÔNG TOÀN PHẦN CHO THANH GÓP CẤP ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT.
Sơ đồ bảo vệ hình 3.23, bảo vệ có hai cấp thời gian: cấp I là bảo vệ dòng điện cắt nhanh không thời gian, cấp hai là bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian.
Bảo vệ cấp I:
Bảo vệ cắt nhanh tác động khi ngắn mạch xảy ra trên thanh góp và các đoạn nối các phần tử với thanh góp.
Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh chọn theo dòng ngắn mạch sau kháng điện đường dây hoặc biến áp tự dùng có tính đến việc tăng dòng phụ tải của phân đoạn được bảo vệ do một phân đoạn nào đó bên cạnh nghỉ làm việc, hay do thiết bị TĐD tự động chuyển một phần phụ tải của phân đoạn khác sang.
(3-15)
Trong đó:
－ Kat = 1,2 : hệ số an toàn.
－ INmax: dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch sau kháng điện đường dây hoặc MBA tự dùng.
－ :dòng phụ tải tổng của phân đoạn được bảo vệ.
－ : dòng điện phụ tải tăng thêm của phân đoạn được bảo vệ do phân đoạn khác nghỉ làm việc hoặc TĐD chuyển một phần phụ tải của phân đoạn khác sang.
－ Kpt: hệ số tính đến khả năng tăng dòng phụ tải trên thanh góp khi ngắn mạch sau kháng điện đường dây hay MBA tự dùng.
Độ nhạy của bảo vệ cấp I được xác định bằng hệ số nhạy khi có ngắn mạch trên thanh góp được bảo vệ:
(3-16)
-
: dòng ngắn mạch trực tiếp hai pha trên thanh góp trong chế độ phụ tải cực tiểu.
Bảo vệ cấp II:
Bảo vệ cấp II làm nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ cấp I và bảo vệ của các phần tử nối với thanh góp khi bảo vệ chính của các phần tử này không tác động.
Dòng điện khởi động của bảo vệ cấp II chọn theo 2 điều kiện:
- Điều kiện 1: Bảo vệ phải trở về sau khi cắt ngắn mạch sau kháng điện đường dây nối vào phân đoạn bảo vệ, có tính đến trường hợp phụ tải phân đoạn được bảo vệ tăng lên khi một phân đoạn nào đó nghỉ việc.
(3-17)
- Điều kiện 2: Bảo vệ không được tác động trong trường hợp thiết bị TĐD đã tự động chuyển phụ tải của phân đoạn bị sự cố sang phân đoạn được bảo vệ.
(3-18)
Trong đó :
－ Ktv: hệ số trở về lấy bằng 0,85.
－ Kmm: hệ số tự mở máy của động cơ, lấy bằng (1,2 -1,3).
－ Kpt: hệ số phụ tải lấy bằng (1,2 -1,3).
Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo giá trị dòng điện tính toán lớn nhất từ hai điều kiện trên.
Độ nhạy của bảo vệ cấp II được xác định bằng hệ số độ nhạy khi ngắn mạch hai pha trực tiếp sau kháng điện đường dây.
(3-19)
Khi bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ dự trữ thì yêu cầu độ nhạy Kn ≥ 1,2. Trong trường hợp máy cắt đặt sau kháng điện đường dây và làm nhiệm vụ bảo vệ chính yêu cầu độ nhạy của bảo vệ Kn ≥ 1,5.
BẢO VỆ SO LỆCH KHÔNG HOÀN TOÀN THANH GÓP ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT, DÙNG BẢO VỆ CẮT NHANH PHỐI HỢP GIỮA DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP
Bảo vệ cấp I là bảo vệ cắt nhanh phối hợp giữa dòng và áp, còn bảo vệ cấp II là bảo vệ quá dòng cực đại.
Bảo vệ cấp I:
Dòng khởi động của bảo vệ cấp I được xác định theo điều kiện đảm bảo độ nhạy khi ngắn mạch trực tiếp giữa hai pha của thanh góp được bảo vệ trong chế độ làm việc với phụ tải cực tiểu.
(3-20)
Trong đó:
－ : dòng ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp giữa 2 pha thanh góp trong chế độ phụ tải cực tiểu.
－ KnI: hệ số nhạy của bảo vệ cấp I, KnI = 1,5.
Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhầm khi đứt mạch bảo vệ điện áp, dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh trong trường hợp này chọn lớn hơn dòng phụ tải lâu dài cho phép của phân ñoán .
－ I¬pt: dòng phụ tải chính của phân đoạn được bảo vệ.
－ : dòng phụ tải tăng thêm của phân đoạn khi TĐD chuyển phụ tải của phân đoạn khác sang.
Điện áp khởi động của rơle áp chọn theo áp cực tiểu ở thanh góp khi ngắn mạch sau kháng điện đường dây mà dòng qua bảo vệ bằng dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh.
(3-21)
Trong đó:
－ IKĐB: dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh.
－ xkđ: điện kháng của kháng điện đường dây.
－ Kat: hệ số an toàn lấy bằng 1,3.
Ngoài ra theo điều kiện ổn định nhiệt khi dùng loại rơle PH -520 (của Liên Xô) và điều kiện chỉnh định theo điện áp ở chế độ làm việc mang tải, điện áp khởi động của bảo vệ còn phải thoả mãn điều kiện sau:
0,2Uñm≤Ukñ≤0,7Uñm size 12{"0,2U" rSub { size 8{"ñm"} } <= U rSub { size 8{"kñ"} } <= "0,7U" rSub { size 8{"ñm"} } } {} (3-22)
với: Uđmlà điện áp định mức của thanh góp.
Nếu UKĐB 0,2Uđm thì không dùng được rơle loại PH -520. Còn nếu thì phải lấy bằng 0,7Uđm và dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh cần phải giảm bớt theo biểu thức (3-21).
Độ nhạy của rơle điện áp được xác định bằng hệ số nhạy khi có ngắn mạch qua điện trở quá độ Rqđ.
KnU=UKÂBUR≥2 size 12{K rSub { size 8{"nU"} } = { {U rSub { size 8{"KÂB"} } } over {U rSub { size 8{R} } } } >= 2} {} (3-23)
với UR là điện áp lớn nhất có thể có trên điện trở quá độ khi ngắn mạch trên thanh góp, điện áp này có thể xác định như sau:
(3-24)
với l là chiều dài hồ quang tính bằng m. Khi mới xuất hiện hồ quang độ dài này bằng khoảng cách giữa các phần dẫn điện.
* Bảo vệ cấp II:
Dòng khởi động và độ nhạy của bảo vệ cấp II tính tương tự như bảo vệ cấp II ở mục 2 của phần II.
SƠ ĐỒ BẢO VỆ HỆ THỐNG HAI THANH GÓP TIÊU BIỂU.
