hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp 220 KV Nhiệt điện uông bí

&

Đồ án tốt nghiệp

Phần chuyên đề : tính toán chỉnh định hệ thống rơle bảo vệ
cho máy biến áp tự dùng 20t điện áp 35/6,3 kv

giới thiệu chung về công ty nhiệt điện uông bí
khái quát quá trình hình thành và phát triển của công ty
nhiệt điện uông bí
1. Vị trí địa lý, khí hậu , địa chất của khu vực
1.1. Vị trí địa lý
Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí nằm ở phía Nam trục đờng Quốc lộ 18, phía Đông
giáp sông Uông phờng Quang Trung, phía Bắc giáp phờng Bắc Sơn, phía Tây giáp đồi
khe Ngát, nằm trên Thị xã Uông Bí, Tỉnh Quảng Ninh, trên vùng Đông bắc Tổ quốc.
Thuận lợi cung cấp điện năng cho vùng Đông bắc Tổ quốc.
1.2. Khí hậu
- Nhiệt độ môi trờng: OoC

ữ

42oC.

- Độ ẩm cực đại: 95 %
- Hệ số động đất: 0,1 g.
- Tốc độ gió lớn nhất: 215 km/h.
1.3. Địa chất khu vực:
Địa hình nhà máy đợc bố trí khảo sát trên cơ sở gần nguồn than của mỏ Vàng
Danh, nguồn nớc cung cấp vào nhà máy là sông Uông Bí. Giữa 2 nguồn nớc đợc ngăn
cách bởi một đập tràn đợc thiết kế ngăn chặn giữa nớc mặn và nớc ngọt từ suối Vàng
Danh Yên Tử chảy ra.

2. Sự hình thành và phát triển kinh tế xã hội của khu vực
Nhà máy điện Uông Bí đợc nằm trong giữa 3 quả đồi, thuận tiện cho việc bảo vệ
khi có chiến tranh xảy ra. Cung cấp điện năng thuận lợi cho vùng Đông bắc của Tổ quốc
để phát triển kinh tế và an ninh vững vàng.
Về phần giao thông, vô cùng thuận lợi vì nhà máy nằm gần trục Quốc lộ 18. Đó
là những tiêu chuẩn đầu tiên để xây dựng nhà máy theo đúng lý thuyết của nhà máy
nhiệt điện, đó là: vận chuyển than, dầu thuận tiện, nguồn nớc cung cấp cho nhà máy.

1

1


&

Đồ án tốt nghiệp

Công ty Nhiệt điện Uông Bí là một doanh nghiệp nhà nớc trực thuộc Tập đoàn
Điện lực Việt Nam. Vị trí nằm trên Phờng Quang Trung, Thị xã Uông Bí, Tỉnh Quảng
Ninh. Đợc khởi công và xây dựng ngày 19-5-1961, thủ tớng Phạm Văn Đồng thay mặt
Chính phủ bổ nhát cuốc dầu tiên với phân viện Lê Nin Grát (Liên Xô cũ) giúp ta xây
dựng, với tổng công xuất 153MW. Bao gồm 8 lò hơi và 6 khối phát điện. Ngày nay do
thiết bị lạc hậu đã cải tiến và thay đổi còn 2 máy phát (mỗi máy 55MW) và 4 lò hơi với
tổng công xuất 110MW hằng năm phát sản lợng hơn 700 triệu kWh lên lới điện Quốc
gia.
Công ty Nhiệt điện Uông Bí những năm đầu xây dựng trực thuộc Cục Điện lực Bộ
điện và than. Đến nay trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt nam Bộ Công nghiệp.
Công ty Nhiệt điện Uông Bí vinh dự đợc Bác Hồ về thăm ngày 2/2/1965 (tức
ngày mồng 1 Tết năm mới ất Tỵ). Nhân dịp Bác về tham gia vui Tết với nhân dân Thị xã
Uông Bí. Bác nói: Hiện nay nhà máy điện Uông Bí và mỏ Vàng Danh đều là xí nghiệp

vào loại to và hiện đại nhất nớc taThan và Điện rất cần cho Công nghiệp và Nông
nghiệp. Các cô các chú hãy ra sức làm ra nhiều, nhanh, tốt, rẻ. Thiết kế và xây dựng phải
làm cho chắc chắn, cho kỹphải tiết kiệm nguyên vật liệu giữ gìn máy móc vì đó là mồ
hôi và máu của nhân dân ta làm ra...
Hiện nay, nhà máy nhiệt điện đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống phát điện
quốc gia. Với khả năng phản ứng nhanh, dễ điều chỉnh công suất phát dới tải. Các nhà
máy nhiệt điện đảm nhiệm chức năng chính trong việc điều độ và phân phối điện. Với xu
hớng phát triển công nghệ hiện đại trong mọi lĩnh vực nh hiện nay, nhu cầu về năng lợng
trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng ngày càng tăng trởng, tốc độ phát triển
nhiệt điện hiện nay là rất mạnh. Việt Nam ta trong vòng khoảng một thập kỷ gần đây, rất
nhiều các nhà máy nhiệt điện lò hơi sử dụng nhiều loại nhiên liệu than, dầu, khí đốt
đợc xây dựng ở mọi miền đất nớc. Việc nghiên cứu về điện năng trong nhà máy nhiệt
điện nói riêng và các nhà máy điện nói chung là hết sức cần thiết. Cho đến nay các vấn
đề về điều khiển, nâng cao hiệu suất phát điện, đảm bảo an toàn trong vận hành, giảm
thiểu ô nhiễm môi trờngvẫn cha đợc giải quyết triệt để, đặt ra những thách thức đối
với khoa học hiện đại.
3. Cơ cấu tổ chức quản lý của Công ty Nhiệt điện Uông Bí
3.1. Đặc điểm tổ chức sản xuất

2

2


&

Đồ án tốt nghiệp

Là một doanh nghiệp một thành viên sản xuất điện trực thuộc Tập đoàn Điện lực
Việt Nam. Nhiệm vụ là sản xuất điện năng cung cấp lên lới điện Quốc gia. Theo phân

cấp quản lý của Nhà nớc dới sự điều hành của Tập đoàn Điện lực Việt Nam nắm giữ
trên 50% vốn điều lệ.
Hiện nay Công ty gồm 2 dây chuyền sản xuất:
+ Dây chuyền 1 là toàn bộ thiết bị nhà máy cũ 110 MW. (Cần khảo sát và hoàn
thiện).
+ Dây chuyền 2 là tổ máy 300MW (Uông Bí mở rộng 1), tổ máy số 7.
+ Đã khảo sát và chuẩn bị khởi công xây dựng 300MW (Uông Bí mở rộng 2).
3.2. Đặc điểm tổ chức quản lý
Bộ máy quản lý và lực lợng sản xuất đợc tổ chức cơ cấu theo mô hình sau:
Sơ đồ tổ chức công ty hiện tạiPhân xởng Tự động điều khiển
P.GĐ Phó T ban CBSX
Phó GĐ - KT vận hành
Phòng Tổng hợp CBSX
Phân xởng Vận hành
Tổ trởng ca
P.Kỹ thuật An toàn
Phân xởng Nhiên liệu
Phân xởng Lò máy
PX Điện Kiểm nhiệt
Phân xởng Hóa
Phòng K.tế Kế hoạch
P.Tổ chức Lao động
Phòng Tài chính Kế toán
Văn phòng Công ty
Phòng Vật t Nhiên liệu
Phòng Bảo vệ
Kế Toán trởng
Phó Giám Đốc
Khối SXKD ngoài
Giám Đốc

Trởng ban CBSX
Phòng GP MBCB MR II
Phân xởng Cơ nhiệt

3

3


&

Đồ án tốt nghiệp

Chơng 1
lý thuyết rơle bảo vệ trạm biến áp
Trong hệ thống cung cấp chính của công ty hiện nay. Máy biến áp (MBA) 20T
luôn duy trì ở phơng thức làm việc dự phòng nóng, nó đóng một vai trò hết sức quan
trọng trong phơng thức hoạt động của 2 tổ máy phát số 5 và số 6 và lấy điện lới về phục
vụ điện tự dùng của nhà máy. Mặt khác trong thời điểm hiện tại nó đóng góp vai trò rất
quan trọng để đa tổ máy số 7: 300MW vào vận hành. Do đó việc tính toán và lựa chọn
rơle bảo vệ và vận hành máy biến áp 20T là hết sức quan trọng.
Rơle bảo vệ là hệ thống thiết bị tự động có khả năng phát hiện nhanh các
phần tử bị sự cố và cô lập chúng để duy trì hoạt động bình thờng cho đối tợng đợc
bảo vệ, nhằm hạn chế thấp nhất những hậu quả tai hại do sự cố.
Nhiệm vụ của máy biến áp 20T:

4

4

&

Đồ án tốt nghiệp

+ Cấp điện áp tự dùng cho nhà máy khi sự cố lới điện, để duy trì và đốt lò cho
nhà máy chạy lại.
+ Cấp điện áp tự dùng khi 2 khối máy phát số 5 và số 6 không phát điện để đa ra
đại tu sửa chữa.
+ Nếu sự cố các kháng 5,6 đa ra đại tu. Phải dùng nguồn của máy biến áp 20T đa
về.
Sơ đồ nguyên lý về cung cấp điện cho các phân đoạn tự dùng trên hình 3.1
1.1 các dạng h hỏng, sự cố của máy biến áp
1.1.1. Các trờng hợp sự cố trong máy biến áp
+ Ngắn mạch giữa các pha trong cuộn dây máy biến áp .
+ Ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha.
+ Cách điện giữa các lá thép và mạch từ bị phá huỷ, dòng điện xoáy làm già hoá
vật liệu cách điện.
+ Vỏ máy biến áp bị thủng, dầu trong máy biến áp bị sụt quá mức giới hạn.
1.1.2. Tình trạng làm việc không bình thờng bên ngoài máy biến áp
+ Dòng điện tăng cao do ngắn mạch trên đờng dây.
+ Dòng điện quá tải khi có sự cố

5

5


&

§å ¸n tèt nghiÖp
Thanh c¸i 1-35kV
Thanh c¸i 2-35kV

333-1 333-2

20T

333-25

35/6,3kV
Uk%=10%
U®/c=5%
Y/ -11

333

616-1

615-1
Tp-Tp-6-1000
Xk%=6%
6,3kV 1000A

Tp-Tp-6-1000
Xk%=6%
6,3kV 1000A
615

5P 6kV

616

6P 6kV

7P 6kV

Ph©n ®o¹n 1-2.

CB 185

8P 6kV

Ph©n ®o¹n 3-4.

H×nh 1.1. S¬ ®å nguyªn lý vÒ cung cÊp ®iÖn cho c¸c ph©n ®o¹n tù dïng.

6

6


&

Đồ án tốt nghiệp

1.2 . các yêu cầu đối cơ bản với hệ thống rơle bảo vệ
Trong quá trình vận hành hệ thống điện (máy biến áp, đờng dây, động cơ điện,
thiết bị điều khiển... nối với nhau) có thể rơi vào các sự cố hay làm việc không bình thờng. Sự cố trong hệ thống điện là các chế độ xuất hiện khi có h hỏng ở các phần tử của
nó nh: hỏng lớp cách điện, đứt dây dẫn... ở chế độ sự cố dòng trong mạch thờng tăng lên

gấp nhiều lần ở chế độ bình thờng, do đó sự cố cần đợc loại trừ nhanh chóng, để đảm
bảo không làm h hỏng các thiết bị khác trong hệ thống điện, cũng nh đối với môi tr ờng
và con ngời vận hành.
1.2.1. Tính chọn lọc
Tính tác động chọn lọc của bảo vệ thực chất là tác động không nhầm lẫn, tức là
chỉ tác động trong giới hạn đã đợc giao nhiệm vụ mà không vợt quá giới hạn, giữ nguyên
vẹn các phần tử cung cấp điện khác.
Tác động chọn lọc của bảo vệ đợc phân thành :
+ Chọn lọc theo vùng bảo vệ .
+ Chọn lọc theo chế độ đợc trao cho bảo vệ: áp hay dòng
Đối với bảo vệ khỏi ngắn mạch theo vùng là khả năng cắt của bảo vệ khi có ngắn
mạch chỉ cắt phần tử h hỏng của bảo vệ.
Để khắc khục nhợc điểm này thờng dùng các biện pháp:
+ Sau khi cắt không chọn lọc cần sử dụng hệ thống đóng lặp lại cùng với thiết bị
kiểm tra và khoá chắc chắn vùng có sự cố.
+ Phân chia vùng bảo vệ bằng các đặc tuyến dòng thời gian phụ thuộc. Tính chọn
lọc đối với các bảo vệ khỏi chế độ không bình thờng còn phải có yêu cầu cao hơn, vì chỉ
có nh vậy thì các thiết bị bảo vệ mới có thể ngăn chặn đợc nguyên nhân phát sinh và sự
cố lan tràn của phụ tải.
1.2.2. Tính tác động nhanh
Khi phát sinh dòng, thiết bị điện nằm trong mạch chịu tác dụng của lực điện
động và tác dụng nhiệt do dòng ngắn mạch tạo ra. Vì thế khi bảo vệ tác động nhanh, kịp
thời thì dòng ngắn mạch nhỏ nên tác động phá hoại là thấp nhất.
Tính tác động nhanh của bảo vệ cũng còn là yêu cầu quan trọng để đảm bảo cho
các phụ tải không có h hỏng và làm việc ổn định, để giảm mức độ h hỏng là nhỏ nhất.
Đặc biệt là động cơ và máy biến áp công suất lớn, để tăng hiệu quả của hệ thống tự đóng
lại.
7

7

&

Đồ án tốt nghiệp

1.2.3. Độ nhậy
Độ nhậy của bảo vệ là khả năng ghi nhận độ lệch khỏi giá trị đặt, của đại lợng đợc bảo vệ ( áp tăng, dòng giảm). Độ nhậy bảo vệ khỏi ngắn mạch đ ợc đánh giá bởi hệ
số nhạy :

kN =

I nm min
I kd

trong đó :
Inm min - dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ;
Ikđ

- dòng khởi động của bảo vệ rơle.

Nh vậy là hệ số độ nhậy biểu thị mức độ không từ chối tác động của bảo vệ khi
xuất hiện sự cố bất lợi nhất cho sự làm việc của nó. Hệ số độ nhậy càng lớn thì bảo vệ
tác động càng chắc chắn, ngợc lại knh càng nhỏ thì độ nhậy thấp.
Yêu cầu về độ nhậy:
- Đối với bảo vệ chính kN



- Đối với bảo vệ dự trữ kN

1,5.



1,2.

Bảo vệ có thể rơi vào trạng thái không tác động khi:
- Dòng sự cố thực tế nhỏ hơn giá trị tính toán, do điện áp mạng nhỏ hơn định
mức do điện trở quá độ chỗ ngắn mạch
- Do chỉnh định không chính xác: Vì thang đo chỉnh dịnh sai với giá trị tác động
của rơ le, vì môi trờng, lực kéo của lò so, tiếp điểm tiếp xúc kém
- Sai số khi tính toán dòng chỉnh định, ngắn mạch.
- Sai lệch do nhiệt độ môi trờng tác động.
1.2.4. Độ tin cậy
Độ tin cậy là khả năng bảo vệ làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện đối với bất
kỳ sự cố nào trong vùng bảo vệ, đồng thời không tác động đối với các chế độ mà nó
không đợc giao nhiệm vụ.
Thiết bị bảo vệ rơle phụ thuộc vào loại thiết bị thờng trực. Sự làm việc của thiết
bị này đợc đặc trng bởi 2 chế độ khác nhau:
- Chế độ báo động (tính bằng phần trăm giây hay giây), ở chế độ này bảo vệ phải
tác động .
8

8


&

Đồ án tốt nghiệp

- Chế độ thờng trực (tính bằng hàng giờ) lúc đó thiết bị phải tác động, trong khi
đó nó không tác động.
Nh vậy, yêu cầu tính làm việc chắc chắn của bảo vệ rơle phải tác động không đợc
từ chối khi có sự cố phát sinh bất ngờ trong vùng đợc bảo vệ (Ngắn mạch và các chế độ
không bình thờng khác) và không đ ợc tác động trong các tr ờng hợp còn lại, nghiã là
rơle không đợc giao nhiệm vụ.
1.2.5. Tính kinh tế
Các bảo vệ rơle phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải xây dựng sao
cho rẻ nhất đến mức có thể. Đối với thiết bị cao áp chi phí cho trang thiết bị lắp đặt
(bảo vệ rơle) BVRL chỉ chiếm một phần nhỏ, đại đa số thiết bị ở mạng cao áp đều rất
đắt, vì vậy hệ thống bảo vệ rơle thờng chi phí bé nên yêu cầu này ít đợc xét đến.
Năm yêu cầu trên mâu thuẫn lẫn nhau, nếu tăng yêu cầu kỹ thuật thì giá thành sẽ
cao. Do vậy cần tính toán các yêu cầu ở mức độ tốt nhất trong việc lựa chọn sơ đồ và
thiết bị rơle bảo vệ.
1.3. Sơ đồ nối các máy biến dòng và rơle
1.3.1. Sơ đồ nối các máy biến dòng và rơle theo hình sao đủ (sao hoàn toàn)

Hình 1.2. Sơ đồ nối cấc maý biến dòng hình sao hoàn toàn.

Trong sơ đồ hình sao hoàn toàn máy biến dòng đặt ở tất cả các pha, cuộn dây của
rơle nối vào dòng điện pha toàn phần. Dây trung tính đảm bảo cho sơ đồ bảo vệ đúng khi
ngắn mạch chạm đất. Khi hệ thống làm việc bình thờng và ngắn mạch không chạm đất
3 pha và dây trung tính về nguyên tắc sẽ không có dòng điện.
9

9


&

Đồ án tốt nghiệp

Khi ngắn mạch chạm đất dòng điện chạy trong dây trung tính là:
3I'o = I'a + I'b + I'c.

k sd =

I ri
I2

=1

1.3.2. Sơ đồ nối các máy biến dòng và rơle theo hình sao khuyết

Hình 3.3. Sơ đồ nối cấc maý biến dòng hình sao khuyết.

Dòng điện trong dây dẫn trở về Iv là:
I'v = - (I'a + I'c ) hay I'v = I'b.
(khi không có thành phần dòng điện thứ tự không)
Khi ngắn mạch 1 pha không đặt máy biến dòng (pha B), thì rơle không tác động.
Vì vậy, chỉ dùng bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha.

10

10


&

Đồ án tốt nghiệp

1.3.3. Sơ đồ nối các máy biến dòng theo hình tam giác và rơle nối hình sao

Hình 1.4. Sơ đồ nối cấc maý biến dòng hình tam giác và rơle nối hình sao.

Theo sơ đồ này dòng điện đi vào một trong các rơle có giá trị Ir1 =
đồ ksd =

3

3

If, hệ số sơ

.

1.3.4. Sơ đồ nối các máy biến dòng theo thứ tự không
Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không dùng để bảo vệ chống chạm đất trong máy
biến áp có điểm trung tính trực tiếp nối đất. Nó cũng có thể sử dụng để bảo vệ cho máy
biến áp có trung tính cách điện nối đất hay máy biến áp cuộn dây nối tam giác, khi đó
phải sử dụng các trung tính nhân tạo. Vùng bảo vệ đợc xác định trong phạm vi máy biến
dòng ở điểm trung tính và ở máy biến dòng trên các pha.
Trong điều làm việc bình thờng, không có dòng điện đi qua điểm trung tính, tổng
dòng điện thứ tự không ở các pha bằng không.

11

11

&

Đồ án tốt nghiệp

Khi xảy ra sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, sẽ xuất hiện dòng điện thứ tự không
trung tính máy biến áp và dòng điện thứ tự không ở các pha Io1và Io2 bằng nhau về độ lớn
và cùng chiều.

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không

I sc = Io1 + Io2



0.

Tuy nhiên, khi sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ, dòng điện không cân bằng có
thể tồn tại do bão hoà máy biến dòng không giống nhau. Dòng bão hoà này cũng có thể
làm cho bảo vệ tác động nhầm . Để khắc phục hiện tợng này bảo vệ chống sự cố chạm
đất có bộ phận khoá bảo vệ với dòng điện thứ tự không khi xảy ra chạm đất ngoài vùng
bảo vệ.
Tóm lại: Khi chọn sơ đồ nối các máy biến dòng và các rơle ta cần xét trên các
quan điểm sao cho :
- Số lợng thiết bị cần thiết là ít nhất và đặc tính thực hiện bảo vệ là tốt nhất;
- Độ nhậy cần thiết của bảo vệ đối với các dạng ngắn mạch khác nhau phải đảm
bảo yêu cầu.
1.4 . Nguồn điện thao tác
Các phơng pháp cung cấp cho mạch nguồn thao tác:
- Dùng dòng xoay chiều lấy trực tiếp từ nguồn dòng BI hay thông qua máy biến

áp dòng trung gian BIT.
- Dùng dòng chỉnh lu lấy từ máy biến dòng BI, máy biến điện áp BU và máy biến
áp nhu cầu riêng.
- Dùng dòng do năng lợng nạp từ tụ điện.
- Dùng dòng một chiều lấy từ ắc quy.
12

12


&

Đồ án tốt nghiệp

Ba phơng pháp đầu dựa trên cơ sở công suất của nguồn dòng thao tác ở chế độ
bình thờng và thời điểm sự cố, đợc dùng rộng rãi. Tuy nhiên, khi sự cố lâu dòng một
chiều lấy từ ắc quy đảm bảo tin cậy.
1.5. Các hình thức bảo vệ rơle máy biến áp 2 cuộn dây
Hệ thống rơle
Các rơle dòng điện đều đợc đấu ở phiá nguồn cung cấp cho máy biến áp làm
việc theo nguyên lý điện từ. Nguyên tắc tác động làm việc gián tiếp dùng dòng điện thứ
cấp của máy biến dòng. Khi dòng qua rơle bảo vệ vợt quá giá trị đặt tr ớc và sau khoảng
thời gian đặt rơle sẽ tác động máy cắt loại trừ sự cố ra ngoài hệ thốngđiện.
1.5.1. Bảo vệ dòng điện cực đại
Bảo vệ dòng điện cực đại là một trong những bảo vệ đơn giản nhất, đợc xây dựng
trên nguyên lý tăng dòng điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch. Nếu giá trị của dòng điện
chạy trong mạch lớn hơn giá trị dòng điện đặt trớc, đợc chỉnh định theo điều kiện làm
việc nặng nề nhất của máy biến áp thì bảo vệ dòng cực đại sẽ tác động.
Bảo vệ quá tải đợc lắp đặt để bảo vệ các máy biến áp có công suất từ 400kVA trở
lên. Thời gian tác động của bảo vệ thờng đợc chọn lớn hơn 30% thời gian khởi động

nhận từ nguồn cung cấp của máy biến áp.
Dòng chỉnh định của rơle bảo vệ quá tải :
I cd =

k at
I db
k lv

Dòng khởi động của rơle:
I kd =

k at .k sd
I db
k lv k i

Trong đó:
- kat - 1,05 - hệ số an toàn;
- Idb - dòng điện định mức của cuộn dây máy biến áp ;
- Thời gian duy trì tác động thờng lấy từ 7 ữ 9 s.

13

13


&

Đồ án tốt nghiệp

110kV

Tín hiệu

(+)
MC1
RI1

RT

BI

(-)

TBA

MC1

Hình 3.6. Sơ đồ bảo vệ quá tải.

1.5.2. Bảo vệ cắt nhanh (bảo vệ cực dại và quá tải)
Bảo vệ cắt nhanh là một trong những dạng của bảo vệ quá dòng tác động một
cách tức thời, Khác với bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ cắt nhanh đợc đảm bảo tính
chọn giá trị dòng điện khởi động không dựa vào dòng làm việc mà dựa vào dòng ngắn
mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ.
Trong đó:
RI2 :rơle bảo vệ quá tải.
RI1 RI3 :rơle bảo vệ cực đại.
+ Nguyên lý hoạt động:
Khi dòng điện tăng quá dòng điện định mức Idm thì rơle dòng điện báo tín hiệu
quá tải nhẹ (RI2) làm việc báo tín hiệu đèn sáng và chuông kêu.

Qúa tải nặng tín hiệu truyền đến 2 rơle RI1, RI3 ,khi quá tải nặng hay ngắn mạch
xảy ra để 2 rơle làm việc. Sau khoảng thời gian khống chế thì các máy cắt MC1, MC2
tác động cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống điện.

14

14


&

Đồ án tốt nghiệp

35 kV
(+)

MC

(+)

(+)

RI1

(+)

RI2

RI3

(+)

Rtg1

RG1
(-)

(+)

(+)

RTG

Tín hiệu
RTH

(-)

(-)

MC
6kV

Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá tải và cực đại.

1.5.3. Bảo vệ quá dòng
Với máy biến áp 2 cuộn dây bảo vệ quá dòng có thể bố trí ở 2 phía sơ cấp và thứ
cấp hoặc chỉ bố trí trên sơ cấp nguồn vào.
Dòng chỉnh định 2 phía thứ i:
k at .k nv .I dm( i )

Icd(i) =

k tv

Trong đó:
Idm(i) -dòng điện danh định phía đặt bảo vệ
kat - hệ số tin cậy, lấy = 1,15 ữ 1,25.
knv - hệ số mở máy, lấy bằng 1,5 ữ 2,0.với phụ tải tự dùng chọn =1,5
ktv - hệ số trở về với rơle cơ = 0,85, rơle số = 1.
Kiểm tra độ nhậy:


kn

I n min

I cd

1,5

Inmin - dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ bên thứ cấp N1

15

15


&

Đồ án tốt nghiệp

35 kV
MC

(+)

(+)

(+)

RT

RI

BI

(-)

(+)
(+)

RI

RT

BI

(-)

MC
6kV
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng máy biến áp.

Nếu độ nhậy không đạt, phải sử dụng bảo vệ quá dòng có bộ phận khởi động kém
điện áp.
Dòng chỉnh dịnh:
k at .I dm( U )

Icd(U) =

k tv

Điện áp chỉnh định:

Ucd =

U lv min
k at .k tv

trong đó:
Ulv min = (0,85 ữ 0,9)Udm điện áp làm việc nhỏ nhất.
kat -chọn bằng 1,2,
ktv -chọn bằng 1,15,
Udm -điện áp phía đặt bảo vệ,

16

16

&

Đồ án tốt nghiệp

35 kV
MC

(+)

(+)

(+)

RT

RI

BI

(-)

RU
UTH

MC
6kV
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng có bộ phận khởi động kém điện áp

Thời gian chỉnh định:

+/Phía thứ cấp (6,3kV): đi máy cắt thứ cấp
tcd(2) = tLmax + t
với:
tLmax - thời gian bảo vệ lớn nhất của đờng dây nối tới thanh cái thứ cấp, kể cả máy
cắt các phân đoạn.
+/Phía thứ cấp : Thờng phân cấp thời gian:
+ Cấp 1 cắt máy cắt thứ cấp:
tcd(I) = tcd(2) + t
+ Cấp 2 cắt tất cả các máy cắtcủa máy biến áp :
tcd(II) = tcd(I) + t
Hai chức năng ngỡng cao và ngỡng thấp do 2 rơle cơ khác nhau thực hiện.
1.5.4. Bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí :
Bảo vệ máy biến áp khi có sự cố bên trong MBA do chập vòng dây, hỏng lớp cách
điện làm lõi thép quá nóng sinh nhiệt làm cho dầu bên trong giãn nở mạnh không thoát
đợc ra ngoài. Dựa vào đặc điểm này khi có sự cố dầu trong MBA giãn nở mạnh màng
chắn của rơle là tấm kính mỏng tự vỡ để dầu tràn ra ngoài.
17

17


&

Đồ án tốt nghiệp

Có nhiều loại rơle khí và chúng có cấu tạo khác nhau, loại thờng gặp là loại bình
thông nhau. Phía trong có đặt phao nối với bình thuỷ tinh và có tiếp điểm thuỷ ngân các
phao nổi là hình trụ. Khi làm việc bình thờng trong bình rơle đầy dầu và các phao nổi
lên, lúc này các tiếp điểm của rơle ở trạng thái mở. Khi có sự cố không bình thờng (h
hỏng nhẹ) khí tạo ra tích tụ lại nổi lên trên của rơle, do vậy dầu bị đẩy ra và khí chiếm

chỗ. Phao của rơle bắt đầu hạ xuống và tiếp điểm đóng truyền tín hiệu
(rơle hơi cấp 1)
Khi có sự cố nặng thì khối lợng khí tạo ra lớn, đột ngột do vậy dầu bị đẩy mạnh từ
thùng máy biến áp vào bình dầu phụ, dòng dầu làm lật phao về phía dới tiếp điểm của
nó sẽ đóng tiếp điểm đến máy cắt 2 đầu máy biến áp. Vì một lý do nào đó nh thùng dầu
bị rò rỉ hay giãn nở quá đột ngột thì rơle cũng tác động.(rơle hơi cấp 2).

Bình dãn dầu.
Chỗ đặt rơle khí

Góc nghiêng a(2-5 độ)
Thùng biến áp

Hình 1.10: Sơ đồ bố trí rơle hơi bảo vệ cho máy biến áp

Bảo vệ bằng rơle khí có u, nhợc điểm sau:
+ Ưu điểm:
- Độ nhậy cao cho phép ghi nhận hầu hết tất cả mọi sự cố bên trong thùng dầu.
- Thời gian nhanh khi có dòng đủ lớn.
+ Nhợc điểm:

18

18


&

Đồ án tốt nghiệp

- Không ghi nhận các sự cố phát sinh bên ngoài thùng dầu nh trong vùng nằm
giữa máy cắt, vì thế nó không thể là bảo vệ duy nhất để bảo vệ khỏi các h hỏng phát
sinh trong vùng này.
- Thời gian tác động tơng đối chậm khi có bọt khí tạo ra, vì thế bảo vệ rơle khí
không đợc xem là bảo vệ tác động nhanh.
-Tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cũng phát hiện một số tác động sai do ảnh hởng của chấn động cơ học lên máy biến áp (chẳng hạn nh động đất, do các vụ nổ gần nơi
máy biến áp v.v)
35 kV
MC
Bảo vệ hơi cấp 1

Bảo vệ hơi cấp 2

(+)

(+)
RK

(+)
RTh

RG
1

2

(-)

MC
6kV

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ bằng rơle hơi cho máy biến áp.

1.5.5. Bảo vệ so lệch dọc
Bảo vệ so lệch dựa trên nguyên tắc so sánh dòng điện giữa 2 đầu của một phần tử
lấy từ nguồn của máy biến dòng.
Muốn vậy ta phải chọn tổ nối dây. Sao cho dòng điện thứ cấp của máy biến dòng
cùng pha với máy biến áp làm việc bình thờng. Máy biến áp lực thờng có tổ nối dây Y/
-11 véc tơ dòng điện sơ cấp và thứ cấp lệch nhau một góc 30o.

19

19


&

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc.

Để dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng không lệch pha nhau, ngời ta nối
mạch thứ cấp máy biến dòng ngợc lại, nghĩa là phía hình sao máy biến áp, mạch thứ cấp
máy biến dòng nối hình tam giác (), còn cuộn dây máy biến áp nối tam giác mạch thứ
cấp máy biến dòng nối hình sao (Y). Mục đích để vectơ dòng điện phía thứ cấp máy
biến dòng cả 2 phía trùng pha nhau.
+ Chỉnh định rơle bảo vệ so lệch
Dòng khởi động:
Để đảm bảo cho rơle bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ;
IkdR

kat. I

kcbMax

, với Ikcb Max:- dòng không cân bằng khi có dòng ngắn

mạch ngoài cực đại.
a/Bảo vệ so lệch dọc không có cuộn hãm :
Trong thực tế do có dòng từ hoá của 2 phía từ biến dòng trong quá trình chế tạo
nên xuất hiện dòng không cân bằng trong rơle. Dòng không cân bằng gồm 3 thành phần
Ikcb = I'kcb + I''kcb + I'''kcb .
với:
+ I'kcb : Thành phần gây ra do sai số của biến dòng
I'kcb = kdm.kkck .. InMax
Trong đó:
kdm : - hệ số không đồng nhất của biến dòng ở 2 phía (kdm = 0 ữ1)
kkck: - hệ số kể đến thành phầnkhông chu kỳ của dòng ngắn mạch
20

20


&

Đồ án tốt nghiệp

(kkck = 1ữ 2)
:- giá trị sai số của biến dòng = 0,1

InMax:- thành phần chu kỳ dòng điện ngoài lớn nhất ( t= 0)
+ I''kcb : Thành phần do điều chỉnh điện áp của máy biến áp cần bảo vệ
I''kcb = U .I Nmax + U. I Nmax
trong đó:
I Nmax, I Nmax: - Dòng ứng với t = 0 khi ngắn mạch ngoài có điều chỉnh
điện áp .
+ I'''kcb:- thành phần dòng sai số do việc đặt chính xác ở đầu cực đấu nối của rơle
số đầu dây so sánh với cực tính toán

Ikcb =

W1tt W1
W W2
I 1N max + 2tt
I 2 N max
W1
W2tt

trong đó:
- W1tt; W2tt : số vòng dây tính toán của các cuộn đối với phía cơ bản
- I1Nmax, I2Nmax : thành phần chu kỳ dòng ngắn mạch ( t = 0) xảy ra khi ngắn
mạch ngoài tính toán ở các phía nối tơng ứng W1, W2.
+ Tính toán số vòng dây máy biến dòng bão hoà từ:
Trớc tiên cần xác định dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ so lệch; phía có
dòng lớn hơn chọn làm phía cơ bản. Xác định dòng tác động của rơle theo công thức :

Itdcb =

I cdcb .K sd
KI

trong đó:
Ki :- tỷ số biến dòng
Ksd :- hệ số sơ đồ đấu biến dòng
Đối với các máy biến áp có dải điều chỉnh điện áp rộng ở phía sơ cấp (Udc



10% ) và có giá trị dòng ngắn mạch lớn khi bộ điều chỉnh điện áp dới tải nằm ở vị trí
ngoài cùng, thì tính toán INmax. Ikcb chọn Icd và chọn số vòng dây của cuộn PTH đấu vào
nhánh sơ cấp, sẽ quy đổi về phía điều chỉnh ngay cả phía đó có dòng nhỏ hơn.
Số vòng của biến dòng bão hoà từ của rơlr PHT-565 đấu vào biến dòng phía cơ
bản đợc xác định theo công thức :
21

21


&

Wcbtt =

Đồ án tốt nghiệp

Ftd
I tdcb

trong đó:
Ftd : -sức từ động cần thiết để rơle tác động; với rơle PHT-565 Có F = 1005
để làm cuộn cơ bản có thể sử dụng 1 trong các cuộn so sánh hay cuộn làm việc của rơle.

Số vòng dây PHT - 565 đấu vào phía không cơ bản đợc xác định theo công thức:

Wkcbtt = Wcb

I 2 cb
I 2 kcb

Số vòng dây PHT - 565 đấu vào phía cơ bản đợc xác định theo công thức:

Wcbtt = Wkcbtt

I 2 cb
I 2 kcb

Với I2cbvà I2kcb :dòng định mức phía cấp trong tất cả các nhánh của bảo vệ đối với
phía cơ bản và không cơ bản.
b/Bảo vệ so lệch dọc có sử dụng cuộn hãm :
Rơle bảo vệ so lệch có cuộn hãm là rơle mà dòng khởi động của nó tăng lên
mhanh nhờ có hãm khi có dòng trong các nhánh tác động khi có ngắn mạch ngoài.
Để bảo đảm cho rơle không có tác động khi có ngắn mạch ngoài cần đa vào cuộn
hãm.
Với máy biến áp có điều chỉnh dới tải thờng sử dụng loại rơle 3Tcó bão hoà từ
và có hãm dòng tuần hoàn. Để tăng độ nhậy của bảo vệ thờng sử dụng nguyên lý hãm
dòng xuyên qua.
Để đảm bảo cho rơle không tác động khi có ngắn mạch ngoài cần đa vào cuộn
hãm của rơle số vòng dây Wh, đợc xác định theo công thức:

Wh =

K c .I kcb .Wh

I N max sc .tg

Trong bảo vệ so lệch có cuộn dây sơ cấp đợc đấu lệch với cuộn thứ cấp, 2 cuộn so
sánh và 2 phần của cuộn ngắn mạch với số vòng dây của các cuộn tơng ứng
Wlvsc ,Wlvtc , Wss1, Wss2, W'nm , W''nm.
trong đó :
22

22


&

Đồ án tốt nghiệp

,

W nm
W ,, nm

2.

- Biến dòng bão hoà trung gian có 2 mục đích ;
+ Tránh cho bảo vệ khỏi dòng không cân bằng quá độ do dòng từ hoá nhảy vọt
của máy biến áp đợc bảo vệ dòng ngắn mạch ngoài.
+ Tránh cân bằng gián tiếp dòng I 1tc và I2tc của các nhánh bảo vệ bằng cách cân
bằng sức từ động do các dòng này gây ra.
Dòng qua rơle khi không có sự cố nguyên tắc phải bằng 0 (trong vùng đợc bảo
vệ).

Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ so lệch
có dùng máy biến dòng bão hoà trung gian PTH

Theo nguyên lý;
- I1tc (Wss1+ Wlvsc) = I2tc(Wss2+ Wlvsc).
Trong trờng hợp tổng quát để cân bằng có thể chỉ dùng 1 cuộn cân bằng và ngợc
lại khi sử dụng 2 cuộn cân bằng thì có thể không dùng cuộn làm việc sơ cấp.
- Chọn thông số tác động và kiểm tra độ nhậy;
Dòng tác động Itd đợc chọn theo các điều kiện sau;
Để tránh dòng từ hoá nhảy vọt (quá độ) với biến dòng có tác động khuyếch đại:
23

23


&

Itd

(1 ữ 1.5) I dmba

Đồ án tốt nghiệp

.

Theo điều kiện tránh khỏi dòng không cân bằng khi có ngắn mạch ngoài :
Itd kc (k cl .k qđ . +Uđc + cb )I n max.
Trong đó ;
kc -Hệ số làm việc chắc chắn.
kqd - Hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của quá trình quá độ.

kcl - Hệ số kể đến tính cùng loại của máy biến dòng .
- Sai số toàn phần của máy biến dòng .
Uđc- Hệ số kể đến điều chỉnh đầu phân áp nếu điều chỉnh đầu phân áp dới
Uđc (0.15 ữ 0.2)

tải thì :

Nếu điều chỉnh khi máy phân áp không đấu vào mạng thì có :
Uđc 0,05.
cb - Hệ số không cân bằng (khi tính toán sơ bộ) cb = 0.
In max - Gía trị dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất (dòng tác động lớn nhất trong 2
điều kiện).
- Kết cấu của rơle PHT có đặc điểm hết sức tự động, khi tác động F tđ không thay
đổi không thay đổi (60 ữ100)A. Tuỳ theo loại rơle giá trị tác động F tđ và Itđ đã biết sẽ
tính đợc số vòng dây, với dòng Isc của một trong các nhánh.
Thí dụ :

-I sc Ta có công thức : W

ss1

+W lvsc =

Ftd
I td1

.

Trong đó:

Itd1 - Dòng tác động của rơle quy đổi về phía có I1sc với I td1 = ksd (

I td
ki

)

số vòng dây ở phía đối xứng, đợc xác định theo công thức khi sảy ra sự cố bên trong.
Khi máy biến áp làm việc vứi dòng định mức:
S dm

I dmba =

24

3.U dm

24


&

W sc1 + W lvsc = (W sc1 + W lvsc )

k n=

Đồ án tốt nghiệp

I Itcdm
I IItcdm

Flv min [ (Wss1 +W lvsc ).I Itc + ( S ssII + Wlvsc ).I IItc ]
=
Ftd
Ftd

.

Đối với máy biến áp công suất lớn, độ nhậy phải thoả mãn: k > 2 .
Sơ đồ này có u điểm là đơn giản nên sử dụng rộng rãi.
Nhợc điểm của nó là dòng từ hoá nhảy vọt chỉnh định khá nhỏ (1,0ữ1,5) Idmba nên
máy biến áp công suất lớn, độ nhậy sẽ không đảm bảo .
Sơ đồ bảo vệ với loại rơle 3T - 11 đợc trình bày trên hình 3.17:

Hình1.14. Rơle so lệch dùng nguyên tắc hãm từ.

Trong sơ đồ sử dụng biến dòng bão hoà từ trung gian, chỉ khác là trong nó có
cuộn hãm với vòng hãm Wh vòng dây. Thông thờng cả 2 cuộn hãm đợc đấu vào dòng
của 1 trong các nhánh và không có cuộn ngắn mạch. Do không có cuộn ngắn mạch nên
không tránh khỏi dòng điện không cân bằng quá độ là chậm hơn.
Một nửa cuộn làm việc và cuộn hãm đợc bố trí ở trụ ngoài cùng đợc nối với nhau.
Sao cho sức điện động trong cuộn làm việc đợc tạo ra chỉ bởi từ thông gây nên nhờ sức
từ động của các cuộn hãm Wlvsc và Wsc. Cuộn hãm đảm bảo hãm từ, nghĩa là tăng tự
động dòng I td , khi dòng (I h). Dòng hãm tăng nhờ sự từ hoá mạch, từ do dòng định mức
25

25