Một số vấn đề bảo vệ rơle cho máy biến áp điện lực sử dụng rowle 3t 11 để bảo vệ cho máy biến áp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP
ĐIỆN LỰC SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO
MÁY BIẾN ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THỊ THU HIỀN
TÊN ĐỀ TÀI:

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN
LỰC VÀ SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO
MÁY BIẾN ÁP
Chuyên Ngành

: Kỹ Thuật Điện

Mã số

: 60520202

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN QUÂN NHU
Ngày giao đề tài

:

Ngày hoàn thành

:

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

NGUYỄN QUÂN NHU

NGUYỄN THỊ THU HIỀN

XÁC NHẬN KHOA ĐIỆN

PHÕNG SAU ĐẠI HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu
trong phần tài liệu tham khảo.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu Hiền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




i
MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................... i
DANG MỤC CÁC BẢNG............................................................................... iv
DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... iv
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC .. 4
1.1 CÁC LOẠI BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC ............................... 4
1.1.1.Các dạng sự cố và các loại bảo vệ. .................................................. 4
1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thƣờng đối với máy biến áp và các
loại bảo vệ. ................................................................................................ 4

1.2. BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T) ....................... 6
1.2.1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch. .......................................... 6
1.2.2. Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong bảo
vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của bảo
vệ. .............................................................................................................. 7
1.2.3. Bảo vệ so lệch có rơle dòng mắc qua máy biến dòng bão hoà
nhanh. ...................................................................................................... 16
1.2.4. Chọn các tham số của bảo vệ dùng biến dòng bão hoà nhanh. .... 17
CHƢƠNG 2..................................................................................................... 26
NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG CỦA Д3T – 11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY
BIẾN ÁP ......................................................................................................... 26
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................... 26
2.1.1. Cấu tạo của rơ le Д3T – 11 ........................................................... 26
2.1.2. Tính năng và phạm vi điều chỉnh của rơ le Д3T – 11 .................. 32
2.2. ỨNG DỤNG CỦA RƠ LE Д3T – 11 TRONG BẢO VỆ HỆ THỐNG
ĐIỆN ........................................................................................................... 33
CHƢƠNG 3..................................................................................................... 39


ii
TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH DÙNG MÁY BIẾN DÕNG BÃO HÕA
TRUNG GIAN CÓ ĐẶC TÍNH HÃM (RƠLE LOẠI Д3T-11)..................... 39
3.1. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN .................................................................... 39
3.1.1. Xác định dòng sơ cấp ở tất cả các phía của máy áp đƣợc bảo vệ
tƣơng ứng với công suất định mức (công suất của cuộn khỏe nhất) ..... 39
3.1.2 Chọn phía có tổ máy biến dòng nối với cuộn hãm của rơle. ......... 39
3.1.3. Trong những trƣờng hợp khi nhìn vào sơ đồ nối máy biến áp ..... 40
3.1.4. Xác định số vòng của cuộn dây làm việc đối với phía cơ bản ...... 40
3.1.5. Xác định số vòng cần thiết của cuộn hãm..................................... 40
3.1.6. Xác định các dòng ngắn mạch sơ cấp, các dòng thứ cấp tƣơng ứng

và hệ số độ nhậy kn.................................................................................. 41
3.1.7. Xác định dòng sơ cấp tại chỗ ngắn mạch và các dòng sơ cấp tƣơng
ứng trong các cuộn hãm làm việc IlvT ở các phía của máy dòng trong
cuộn hãm IhT ............................................................................................ 41
3.1.8. Theo các giá trị của IlvT và IhT đã tính đƣợc trong mục 7.............. 41
3.1.9. Theo đặc tính khởi động tính toán của rơle .................................. 41
3.1.10. Xác định hệ số độ nhậy kn (hãm) trong những trƣờng hợp ngắn
mạch ........................................................................................................ 41
3.2. ĐÁNH GIÁ BẢO VỆ SO LỆCH. ........................................................ 42
CHƢƠNG 4..................................................................................................... 43
XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM TỪ MÔ HÌNH SỬ DỤNG Д3T-11 BẢO
VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI
HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN .................................. 43
4.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 ............................................. 43
4.1.1.Sử dụng 3 rơ le so lệch có hãm Д 3T-11 ....................................... 43
4.1.2. Sử dụng bộ tạo nguồn dòng 3 pha................................................. 44
4.1.3. Sử dụng bộ tạo nguồn áp 3 pha ..................................................... 44


iii
4.1.4. Rơ le thời gian ............................................................................... 45
4.1.5. Sử dụng máy biến áp lực 3 pha 2 cuộn dây 6/0,4kV – 160kVA .. 46
4.1.6. Bảng thí nghiệm ............................................................................ 47
4.2. CÔNG DỤNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
MÁY BIẾN ÁP SỬ DỤNG RƠ LE Д 3T-11 ............................................. 48
4.2.1. Công dung ..................................................................................... 48
4.2.2. Điều kiện làm việc. ....................................................................... 49
4.2.3. Yêu cầu về an toàn khi sử dụng bàn thí nghiệm: .......................... 49
4.3.BÀI THÍ NGHIỆM BẢO VỆ SO LỆCH DỌC MÁY BIẾN ÁP SỬ

DỤNG RƠ LE Д 3T-11 .............................................................................. 51
4.3.1.Sơ đồ nguyên lý.............................................................................. 51
4.3.2. Trình tự thí nghiệm. ...................................................................... 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 63


iv

DANG MC CC BNG
Bng 4.1 Bng thụng s thớ nghim 1 pha khi s c trong phm vi bo v 55
Bng 4.2 Bng thụng s thớ nghim 1 pha khi s c ngoi phm vi bo v 56
Bng 4.3 Bng thụng s thớ nghim 3 pha khi s c trong phm vi bo v 60
Bng 4.4 Bng thụng s thớ nghim 3 pha khi s c trong phm vi bo v 61

DANG MC CC HèNH V
Hỡnh 1-1. Nguyờn lý tỏc ng ca bo v so lch dc cho mỏy bin ỏp 2 cun
dõy (hoc 3 cun dõy). ...................................................................................... 6
Hỡnh 1- 2. S u mỏy bin dũng bự gúc lch pha ................................. 9
Hỡnh 1 - 3. Bo v so lch dựng bin dũng t ngu ........................................ 11
Hỡnh 1-4. Nguyờn lý tỏc ng ca bo v so lch dựng mỏy bin dũng bóo ho
nhanh ............................................................................................................... 12
Hỡnh 2.1 : S nguyờn lý ca r le 3T 11 .............................................. 27
Hỡnh 2.2 : S v trớ cỏc cun dõy trờn mch t ca r le 3T 11 ........... 28
Hỡnh 2.3 : S nguyờn lý iu chnh s vũng dõy ca cỏc cun dõy .......... 29
Hỡnh2. 4 : Hỡnh nh v r le 3T 11 .......................................................... 30
Hỡnh 2.5: Quỏ trỡnh in t xy ra bờn trong r le 3T 11 ........................ 31
Hỡnh 2.6: c tớnh khi ng ca rle loi 3T 11. ................................... 32
Hỡnh 2.7: Xỏc nh sc t ng lm vic khi ng ca r le theo c tớnh
khi ng khi hóm ln nht ....................................................................... 33

Hỡnh 2.8 : Mt s vớ d v s ni dõy ca mỏy bin ỏp tng ỏp 3 cun dõy
hoc t ngu s dng r le so lch cú hóm 3T 11 ..................................... 35
Hỡnh 2.9 : S ni cun hóm ca rle 3T 11 vo mỏy bin ỏp gim ỏp 37
Hình 3.1: Sơ đồ tính toán (a) và các sơ đồ thay thế
thứ tự thuận (ngịch) (b) và
không (c). ..........................................


v
Hình 3.2: Dòng điện chạy qua máy biến áp khi ngắn mạch ngoài (tính trong
hệ đơn vị tƣơng đối với điện cơ bản bằng dòng định mức của máy biến áp). ....
Hình 3.3: Sơ đồ nối Rơle Д3T-11 để thực hiện bảo vệ so lệch máy biến áp.....
Hình3. 4: Sự phân bố dòng điện khi ngắn mạch nhiều pha trong vùng bảo vệ. .
Hình 3.5: Sự phân bố dòng điện trong các mạng thuận (nghịch) (a), không (b)
và trong các cuộn dây của máy ...........................................................................
Hình 3.6: Tính độ nhậy của bảo vệ máy biến áp bằng rơle Д3T-11...................


1

MỞ ĐẦU
Định hƣớng của đề tài
Ngày nay, hầu nhƣ hoạt động của con ngƣời trong mọi lĩnh vực đều
không thể tách khỏi nguồn năng lƣợng điện, ở nƣớc ta điện năng hầu hết đƣợc
sản xuất ở những nhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn nhƣ: Thủy
điện Hòa Bình, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phỳ Mỹ,
nhiệt điện Phả Lại …vv. Các nhà máy thủy điện đƣợc xây dựng ở những vùng
có vị trí địa lý thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà
máy nhiệt điện đƣợc xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu. Vấn đề đặt
ra là làm sao truyền tải đƣợc điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ

một cách liên tục, an toàn và kinh tế nhất. Để đảm bảo sản lƣợng và chất
lƣợng điện năng cần thiết, tăng cƣờng độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ
thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi có hiệu quả các thiết bị bảo vệ,
thông tin đo lƣờng, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện.
Trong số các thiết bị này, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai
trò hết sức quan trọng trong việc duy trì sự làm việc ổn định của bất kỳ Hệ
thống điện nào. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ
thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mƣơi năm gần đây đã
có những biến đổi và tiến bộ rất to lớn. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ
rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính
kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không
cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có
những hƣ hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện.
Mặt khác, nhằm hoàn thiện các phƣơng pháp dự phòng trong các hệ
thống khi có hƣ hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt
điện cũng nhƣ khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc… vv hiện nay ngƣời ta


2

đó chế tạo đƣợc các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động chính
xác, tốc động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao.
Tại Việt Nam hiện nay cũng đó có một số công trình nghiên cứu khoa
học về chủ đề bảo vệ rơle cho máy biến áp. Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu
chỉ hạn chế ở lý thuyết, chƣa áp dụng thực tiễn trên đối tƣợng bảo vệ cụ thể.
Mặt khác, thiết bị rơle để bảo vệ cho máy biến áp có nhiều loại khác
nhau, với những chức năng bảo vệ khác nhau. Chính vì vậy, để đáp ứng một
phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài:
“MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN

LỰC VÀ SỬ DỤNG RƠLE Д 3T-11 ĐỂ BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP”.
Mục tiêu của nghiên cứu
Mục tiêu chung: Đề tài này, đặt mục tiêu chính là nghiên cứu lý thuyết
về vấn đề sử dụng rơle bảo vệ cho máy biến áp, sử dụng các loại bảo vệ nhƣ
bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ quá dòng điện cực đại, bảo vệ dòng điện
cực đại có khóa điện áp cực tiểu, bảo vệ thứ tự không, bảo vệ quá tải, bảo vệ
rơle hơi, và đặc biệt là dùng bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp. Nghiên cứu
các chức năng của rơ le Д 3T-11 để bảo vệ cho máy biến áp. Tính toán bảo vệ
so lệch có dùng máy biến dòng bão hoà trung gian có đặc tính hãm (rơle loại
Д 3T-11), từ đó áp dụng trên mô hình bảo vệ cụ thể.
Các mục tiêu cụ thể là:
1. Nghiên cứu lý thuyết về bảo vệ rơle cho máy biến áp.
2. Nghiên cứu các chức năng của rơle Д 3T-11 bảo vệ cho máy biến áp.
3. Thiết kế bảo vệ so lệch dọc máy biến áp dùng rơ le Д 3T-11 tại Trung
tâm Thí nghiệm – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


3

Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 4 chƣơng, 71 trang, 7 tài liệu tham khảo
Thái Nguyên, ngày tháng

năm 2014

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Hiền

4

CHƢƠNG 1

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP
ĐIỆN LỰC
1.1 CÁC LOẠI BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

1.1.1.Các dạng sự cố và các loại bảo vệ.
Các dạng sự cố gồm có:
Ngắn mạch giữa các pha bên trong thùng dầu máy biến áp và trên đầu ra các
cuộn dây.
Ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha.
Chạm đất cuộn dây hoặc đầu ra cuộn dây.
Dầu trong máy biến áp bị cạn, dầu bị phân huỷ.
Vỡ sứ đầu vào và đầu ra máy biến áp.
Kinh nghiệm chỉ ra rằng ngắn mạch đầu ra và ngắn mạch giữa các vòng
dây trong một cuộn dây là hay xảy ra hơn cả.
Các loại bảo vệ sự cố bên trong máy biến áp:
a.Bảo vệ cắt nhanh.
b. Bảo vệ so lệch.
c. Bảo vệ chạm vỏ thùng máy biến áp.
d. Bảo vệ rơle hơi.
1.1.2 Các chế độ làm việc không bình thƣờng đối với máy biến áp và
các loại bảo vệ.
Các chế độ làm việc không bình thƣờng hay gặp nhất là dòng điện chạy
trong cuộn dây máy biến áp tăng quá giá trị định mức, xuất hiện khi ngắn
mạch ngoài, dao động và quá tải. Quá tải xuất hiện khi các động cơ tự khởi
động, tăng phụ tải do cắt bớt máy biến áp làm việc song song, đóng tự động
phụ tải khi thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng tác động .v.v...

- Ngắn mạch ngoài: Khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái đầu ra máy biến
áp hoặc ngắn mạch trên các lộ đƣờng dây đi ra từ thanh cái máy biến áp mà


5

bảo vệ các lộ đƣờng dây đi ra từ thanh cái máy biến áp mà bảo vệ các lộ
đƣờng dây này từ chối tác động, dòng ngắn mạch lớn hơn dòng định mức này
từ chối tác động, dòng ngắn mạch lớn hơn dòng định mức nhiều lần làm phát
nóng các dây cuộn dây máy biến áp. Vì vậy máy viến áp cần phải đƣợc bảo
vệ ngắn mạch ngoài. Ngắn mạch ngoài còn kéo theo sự giảm điện áp trong
lƣới, vì vậy bảo vệ cần phải tác động với thời gian nhỏ nhất nhƣng phải bảo
đảm tính tác động chọn lọc.
- Quá tải: Quá tải thƣờng không gây sụt áp lớn trong lƣới. Vì vậy thời
gian tác động của bảo vệ quá tải đƣợc xác định xuất phát từ sự phát nóng cách
điện cuộn dây máy biến áp.
Quá tải thƣờng gặp là quá tải ngắn hạn và tự loại trừ không nguy hiểm cho
máy biến áp vì thời gian tồn tại ngắn, ví dụ nhƣ quá tải do động cơ tự khởi động,
phụ tải đỉnh nhọn (tàu điện, thiết bị nâng hạ ...) vì vậy không cho bảo vệ tác động
cắt máy biến áp trong trƣờng hợp này.
Bảo vệ quá tải cho máy biến áp cần phải tác động cắt máy cắt chỉ khi không
thể cắt quá tải bằng tay. Những trƣờng hợp còn lại bảo vệ quá tải cần tác động
phản ứng theo dòng điện cho tín hiệu hoặc cắt tuỳ theo tính chất của từng trạm.
Các loại bảo vệ:
- Bảo vệ dòng cực đại.
- Bảo vệ dòng cực đại có khoá điện áp cực tiểu.
- Bảo vệ thứ tự nghịch, thứ tự không .v.v...
- Bảo vệ quá tải.

6

1.2. BẢO VỆ SO LỆCH DỌC CHO MÁY BIẾN ÁP (87T)

1.2.1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch.
Để bảo vệ máy biến áp khi xẩy ra ngắn mạch giữa các pha, ngắn mạch
một pha và ngắn mạch một số vòng dây trong một pha ngƣời ta sử dụng bảo
vệ so lệch (Hình 1 - 1).

BI
1

BI
1I

II

N3
II

II

I

IR

R
I2

N3

IIII
BI
2

II

III

N2
IR

II

II

II
R
I

IIII

II
T

BI
2

III

T

II

N1

Hình 1-1. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 2
cuộn dây (hoặc 3 cuộn dây).
Đầu tiên xét bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 2 dây
quấn. Theo nguyên lý tác động của bảo vệ này máy biến dòng đƣợc ở cả hai
phía biến áp. Phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các vị
trí đặt các máy biến dòng ở 2 phía máy biến áp. Tỉ số biến đổi của các máy
biến dòng đƣợc chọn sao cho:
I IT  I IIT

Các cuộn dây thứ cấp của các máy biến dòng đƣợc nối nhƣ thế nào đó để
khi máy biến áp mang tải và khi ngắn mạch ngoài (điểm N1), dòng thứ cấp
trong các phía của bảo vệ phải bằng nhau về trị số và trùng pha nhau, do dòng
chạy qua rơle là hiệu số các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng nên:
IR = IIT - IIIT = 0

(1 - 1 )


7

Bảo vệ không khởi động đƣợc. Còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ
của nó (điểm N2), dòng chảy qua rơle bằng tổng các dòng thứ cấp, dòng IIIT
sẽ bằng không hoặc đảo chiều khi đó:
IR = IIT + IIIT ≠ 0 (1 - 2 )

Nếu IR > IKđR thì rơle tác động đến cắt máy biến áp.
Để bảo vệ so lệch dọc bảo vệ cho máy biến áp 3 pha 3 dây quấn (cuộn
dây thứ 3 vẽ nét đứt trên Hình 1 - 1), các máy biến dòng đƣợc đặt ở cả ba phía
của máy biến áp, phạm vi bảo vệ của bảo vệ nằm trong vùng giới hạn bởi các
vị trí đặt các máy biến dòng ở 3 phía máy biến áp, các cuộn dây thứ cấp của
các máy biến dòng đặt ở hai cuộn thứ cấp đƣợc nối song song với nhau, các
dòng IIIT và IIIIT trùng pha nhau. Tỉ số biến đổi của các máy biến dòng đƣợc
chọn sao cho:
I IT  I IIT  I IIIT

Thực tế do nhiều nguyên nhân khác nhau, nên trong chế độ làm việc
bình thƣờng và ngắn mạch ngoài dòng điện qua rơle có giá trị khác không,
dòng điện đó đƣợc gọi là dòng không cân bằng IKcb, dòng điện này có thể
làm cho bảo vệ tác động nhầm và làm giảm độ nhậy của bảo vệ.
1.2.2. Một số nguyên nhân gây ra dòng điện không cân bằng trong
bảo vệ so lệch, các biện pháp khắc phục, xác định dòng khởi động của
bảo vệ.
a. Sự lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp
máy biến áp điện lực.
Ở bảo vệ so lệch đƣờng dây và máy phát, dòng sơ cấp ở đầu và cuối
phần tử đƣợc bảo vệ nhƣ nhau, vì vậy để thực hiện điều kiện tác động chọn
lọc là việc chọn hệ số biến dòng giống nhau. Bảo vệ so lệch của máy biến áp
có đặc điểm khác. Dòng sơ cấp và thứ của máy biến áp không bằng nhau về
trị số và nói chung không trùng pha nhau. Trong chế độ phụ tải và ngắn mạch
ngoài dòng thứ cấp của máy biến áp III luôn luôn lớn hơn dòng sơ cấp II. Tỷ số
III/II xấp xỉ bằng tỉ số biến áp của máy biến áp.


8

Trong máy biến áp có tổ đấu dây / dòng II và III không những khác
nhau về trị số mà còn khác nhau về pha. Góc lệch pha phụ thuộc vào tổ đấu
dây của máy biến áp. Tổ đấu dây phổ biến nhất là Y/ - 11. Dòng dây ở phía
 vƣợt trƣớc dòng ở phía hình Y một góc 300 (hình 1 - 2) ở máy biến áp có tổ
đấu dây Y/Y dòng II dòng III trùng pha nhau hoặc lệch pha một góc 1800. Vì
vậy để bảo đảm IIT và IIIT bằng nhau về trị số và trùng pha phải sử dụng một
số biện pháp: Bù góc lệch pha của dòng điện và bù sự không cân bằng dòng
sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực.
Bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt trên phía
cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam giác, còn tổ máy biến dòng
đặt ở phía cuộn dây tam giác của máy biến áp đấu hình sao. Hình 1 - 2 vẽ sơ
đồ véc tơ dòng điện trong sơ đồ bảo vệ ứng với khi máy biến áp mang tải đối
xứng và ngắn mạch ngoài đối xứng. Véc tơ dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng
và máy biến áp điện lực trùng pha nhau. Từ hình vẽ ta thấy rằng dòng điện
dây của tổ máy biến dòng sơ và thứ cấp máy biến dòng lệch nhau một góc
300. Dòng dây của nhóm máy biến dòng nối hình sao: I ab2, Ibc2, Ica2 trùng pha
với dòng sơ cấp tƣơng ứng Iab, Ibc, Ica vì vậy nó lệch pha với dòng sơ cấp hình
sao máy biến áp điện lực cũng nhƣ dòng IAB2, IBC2, ICA2 một góc 300. Do đó
các dòng chạy trong rơle trùng nhau về pha.


9

B

A

C

-IBYT

IAY
BI
1

IAY

IAY

IBY

IAB

IBC

IBY

ICY

ICY

ICY

IAB

IBY

ICA

IAY

IBC

ICY
IBY -IAYT ICA
ICYT

RI2

RI1

I3

IaΔ

IbΔ

IcΔ
-IbΔ
Iab

BI
2
Iab

Iab
Ibc

Ibc

Ica

IcΔ

IaΔIbc

Iab

-IcΔ
I
-IaΔ Ica bΔ

IbcT

IcaT

Ica

Hình 1- 2. Sơ đồ đấu máy biến dòng để bù góc lệch pha
cho máy biến áp đấu /
Nối một trong hai nhóm máy biến dòng theo hình  bảo đảm bù đƣợc góc
lệch pha giữa dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực không chỉ khi phụ tải
đối xứng hay phụ tải không đối xứng. Điều đó đƣợc chứng minh bằng phƣơng
pháp các thành phần đối xứng. Dòng thứ tự nghịch và thuận đối xứng vì vậy
sự phân bố các dòng này tƣơng ứng với sự phân bố dòng khi ngắn mạch ba
pha (hình 1 - 2). Tóm lại là việc nối một nhóm máy biến dòng theo tam giác
và một nhóm hình sao loại trừ đƣợc góc lệch pha của dòng thứ tự nghịch và
thuận. Dòng thứ tự không xuất hiện khi ngắn mạch chạm đất và chỉ khép
mạch qua cuộn dây máy biến áp nối hình sao khi trung tính nối đất. Vì máy
biến áp đƣợc chế tạo 3 pha 3 trụ, dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây hình

10

"tam giác" máy biến áp rất nhỏ vì từ trở trên đƣờng đi của từ thông thứ tự
không rất lớn (từ thông thứ tự không phải khép mạch qua 3 trụ máy biến áp
điện lực do các sức điện động thứ tự không trùng pha nhau) tạo ra dòng thứ tự
không chạy quẩn trong cuộn dây  của máy biến áp). Khi chạm đất phía cuộn
dây đấu "tam giác" dòng dây của cuộn tam giác này của biến áp có chứa
thành phần thứ tự không, nhƣng thành phần thứ tự không này trùng pha nhau
nên chạy quẩn trong cuộn dây "tam giác" của máy biến áp. do đó trong các
cuộn dây thứ cấp máy biến dòng đặt ở phía này không chứa thành phần dòng
thứ tự không, nhƣ vậy dòng trong rơle không chứa thành phần thứ tự không.
Do đó góc lệch pha dòng sơ và thứ cấp trong chế độ không đối xứng cũng
đƣợc bù hoàn toàn.
Với máy biến áp có tổ đấu dây Y/Y/ bù góc lệch pha của các dòng điện thứ
cấp các máy biến dòng bằng cách đấu các cuộn dây thứ cấp của các tổ máy
biến dòng đặt ở các phía cuộn dây hình sao của máy biến áp theo hình tam
giác, còn các cuộn dây thứ cấp của tổ máy biến dòng đặt ở phía cuộn dây tam
giác của máy biến áp đấu hình sao.
b. Dòng không cân bằng do chọn tỉ số các máy biến dòng và tỉ số biến đổi
của máy biến áp điện lực.
Hệ số biến dòng của máy biến dòng nBDI và nBDII đƣợc chọn sao cho dòng thứ
cấp trong các nhánh của bảo vệ bằng nhau: IIT = IIIT khi máy biến áp mang tải
hoặc khi ngắn mạch ngoài.
- Khi máy biến áp nối Y/Y thì đẳng thức IIT = IIIT có thể viết:
II
I
 II
nBI1 nBI 2

Vì vậy để bảo đảm sự cân bằng dòng điện trong các nhánh của bảo vệ thì hệ
số biến dòng của máy biến dòng của bảo vệ so lệch phải thoả mãn điều kiện.
nBI 2 I II

 nBA
nBI 1 I I

(1 - 3 )


11

- nBA là hệ số biến đổi của máy biến áp điện lực.
- Khi máy biến áp điện lực nối Y, dòng trong nhánh đƣợc cung cấp từ máy
biến dòng nối tam giác là
dòng nối hình sao bằng

II
3 còn dòng trong nhánh cung cấp tổ máy biến
nBI 1

I II
. Để đảm bảo IIT = IIIT thì:
nBI 2
II
I
3 = II
nBI 1
nBI 2

Hay:

n BI 2
I
n
 II  BA
n BI1 I I . 3
3

(1 - 4)

Nếu chọn trƣớc hệ số biến dòng ví dụ nBD2 dựa vào các biểu thức trên ta tính
đƣợc nBD1 bảo đảm cân bằng dòng thứ cấp. Nhƣng nBD1 vừa tính đƣợc có thể
không nằm trong tiêu chuẩn gần với hệ số biến dòng tính toán, việc bù dòng
không cân bằng còn lại đƣợc thực hiện bằng máy biến dòng từ ngẫu hay máy
biến dòng bão hoà nhanh.
- Trƣờng hợp dùng máy biến dòng tự ngẫu (hình 1 - 3)
Để cân bằng dòng trong các nhánh của bảo vệ, hệ số biến dòng của máy biến
dòng từ ngẫu (TN) đƣợc chọn sao cho để dòng thứ cấp của nó bằng dòng của
nhánh đối diện của bảo vệ.
nTN 

I IT
I IIT

I II TN 

I IT
 I IIT
nTN

BI1

BI2

II

III
N1

T

II
TN

TN

I

RI

IR

Hình 1 - 3. Bảo vệ so lệch dùng biến dòng tự ngẫu
- Trƣờng hợp dùng máy biến dòng bão hoà nhanh (hình 1 - 4).


12

Máy biến dòng bão hoà nhanh có ba cuộn sơ cấp. Cuộn cân bằng WcbI và

WcbII đƣợc mắc vào nhánh các bảo vệ, còn cuộn WSL (so lệch) mắc vào hiệu
số dòng IIT –IIIT. Cuộn thứ cấp WRL cung cấp cho rơle so lệch RI. Số vòng dây
cuộn cân bằng đƣợc chọn sao cho tổng hình học sức từ động trong cả ba cuộn
dây trong chế độ phụ tải và ngắn mạch ngoài bằng không.
Hình 1 - 4 giới thiệu sơ đồ bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng bão hoà nhanh.
Cuộn WcbI và WcbII là các cuôn cân bằng, cuộn Wlv nối vào hiệu số dòng thứ
cấp, cuộn WRL cung cấp dòng cho rơle dòng RI, cuộn dây ngắn mạch WN
dùng để nâng cao hiệu quả việc chỉnh định rơle theo dòng không cân bằng và
dòng từ hoá nhảy vọt.
II
BI

II

R
I
W cbI

W cbII

W RL
WN

W lv
R
N

BI

II

III

WN

N1

Hình 1-4. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch dùng máy biến dòng
bão hoà nhanh
Trong mạch bảo vệ này máy biến dòng bão hoà nhanh làm các nhiệm vụ sau:
- Cân bằng sức từ động do các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng gây
ra trong mạch từ của máy biến dòng bão hoà nhanh khi làm việc bình thƣờng
và ngắn mạch ngoài theo biểu thức:
IIT.(WcbI + WSL) = IIIT.(WcbII + WSL)
IIT.Wcb1 – IIIT.WcbII + (IIT - IIIT).WSL = 0.


13

Khi thoả mãn điều kiện này từ thông tổng trong mạch từ  = 0 và khi đó
dòng chảy qua rơle bằng không, bảo vệ không tác động.
Do các cuộn dây WcbI, WSL và WcbII có nhiều đầu ra có thể thay đổi đƣợc, nên
biểu thức này có thể thực hiện đƣợc, nhƣng do các cuộn dây này có số vòng là
nguyên nên việc cân bằng cũng không thể triệt để đƣợc, điều này sẽ đƣợc kể
đến khi xác định dòng điện không cân bằng Ikcb.
- Giảm ảnh hƣởng của dòng điện từ hoá máy biến áp do đặc tính bão hoà
nhanh của mạch từ. Ta biết rằng máy biến dòng bão hòa nhanh biến đổi thành
phần không chu kỳ rất kém, do đó thành phần không chu kỳ của dòng không
cân bằng quá độ và của dòng từ hoá nhảy vọt hầu nhƣ không đƣợc biến đổi
sang mạch thứ cấp mà chỉ để từ hoá lõi thép, nên trong rơle không chứa thành

phần không chu kỳ có giá trị rất nhỏ.
c. Thành phần dòng không cân bằng do sai số của các máy biến dòng
khác nhau (đƣờng đặc tính không tải không giống nhau) I'kcb.
Dòng chảy qua rơle khi ngắn mạch ngoài.
 I
  I

IR = (IIT - IIIT) =  I  I I 02    II  I II 02 
 nBDI

  nBDII



II02, III02 là dòng từ hoá của máy biến dòng đã quy đổi về mạch thứ cấp máy
biến dòng.
Giả thiết rằng sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp về trị số và
pha đƣợc bù hoàn toàn thì:
II
I
 II
nBDI nBDII

IR= III0T – II0T = I’kcb
Dòng không cân bằng trong bảo vệ so lệch do sai số của các máy biến dòng
khác nhau bằng hiệu hình học dòng từ hoá của các máy biến dòng của bảo vệ.
Thành phần này có giá trị đáng kể và là cơ bản.


14

Quy đổi IkcbBDT về sơ cấp của bảo vệ ứng với cấp điện áp đầu vào máy biến
áp:
I’kcb = III0- II0= (fiII- fiI).INM ng max = fi.I’NM ng max
- III0, II0 là dòng từ hoá của máy biến dòng đã quy đổi về điện áp định mức sơ
cấp máy biến áp.
- fi =(fiII- fiI).INM ng max là sai lệch về sai số của máy biến dòng đặt ở đầu ra và
đầu vào máy biến áp điện lực.
- I’NM ng max là dòng ngắn mạch ngoài cực đại đã qui đổi về sơ cấp của bảo vệ.
Giả sử rằng máy biến dòng đƣợc chọn theo đƣờng cong sai số 10% thì khi có
dòng ngắn mạch chạy qua, sai số của máy biến dòng không vƣợt quá 10%.
Nếu fiII = 0,1 và fiI = 0 thì fi = fiII- fiI = 0,1.
Khi phụ tải của các nhánh cân bằng và đặc tính của máy biến dòng giống
nhau thì (fiII- fiI) < 0,1. Để kể đến yếu tố này ngƣời ta đƣa vào hệ số đồng
nhất:
I’kcb BD = kđn. fi.I’NM ng max
Khi máy biến dòng cùng loại và tổng trở các nhánh nhƣ nhau lấy kđn = 0,5.
Với máy biến dòng khác loại kđn = 1.
Tại thời điểm ban đầu khi xuất hiện ngắn mạch, dòng ngắn mạch có chứa
thành phần không chu kỳ là do dòng từ hoá của máy biến dòng tăng lên, tăng
sai số máy biến dòng. Để kể tới yếu tố ảnh hƣởng này ta đƣa vào biểu thức hệ
số kKCK:
I’kcb =KKCK kđn. fi.I’NM ng max

(1 - 5)

- kKCK là hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch.
+ kKCK = 2 với sơ đồ không có máy biến dòng bão hoà nhanh.
+ kKCK = 1 với sơ đồ có máy biến dòng bão hoà nhanh.
d. Thành phần dòng không cân bằng do điều chỉnh hệ số biến áp của máy

biến áp điện lực I"kcb.
Bù sự không cân bằng dòng sơ và thứ cấp máy biến áp điện lực bằng máy
biến dòng từ ngẫu hay máy biến dòng bão hoà nhanh khi tỷ số biến áp của


15

máy biến áp là nBA ở một giá trị xác định. Khi điều chỉnh điện áp, hệ số biến
áp thay đổi đi  U% thì tỉ số biến đổi của máy biến áp nBA cũng thay đổi
làm xuất hiện dòng không cân bằng.
I’’kcb =

U % '
'
I NMng max  U dc.I NMng
max (1 - 6)
100

Trong đó: Uđc - Sai lệch điện áp do điều chỉnh đầu phân thế của máy biến
áp. Thông thƣờng ở máy biến áp có điều chỉnh điện áp không tải U% =  5.
Ở máy biến áp có điều chỉnh dƣới tải U% =  (10 15).
e. Ảnh hƣởng của dòng từ hoá máy biến áp.
Bảo vệ so lệch cắt nhanh đƣợc thực hiện bằng các rơle dòng bình thƣờng
tác động đến máy cắt không có thời gian duy trì. Điều kiện cơ bản để bảo đảm
sự làm việc đúng của bảo vệ là chỉnh định dòng khởi động của rơle theo dòng
từ hoá nhảy vọt xuất hiện khi đóng máy biến áp không tải vào lƣới và dòng
không cân bằng khi ngắn mạch ngoài.
Để giảm nhẹ việc chỉnh định theo dòng từ hoá nhảy vọt, trên đầu ra của bảo
vệ đặt rơle trung gian có thời gian tác động 0,04  0,06s. Sau thời gian này
dòng dòng từ hoá giảm xuống, vì vậy cho phép không chỉnh định theo dòng

từ hoá cực đại.
Khi này chọn dòng khởi động của bảo vệ theo các điều kiện:
- Bảo vệ không đƣợc tác động với dòng từ hoá khi đóng máy biến áp không
tải vào mạng:
Ikđbv = (3 5).IđmBA

(1 - 7 )

- Bảo vệ không đƣợc tác động với dòng không cân bằng cực đại khi ngắn
mạch ngoài:
Ikđbv = kat.(I’kcb + I’’kcb) = kat.( KKCK kđn. fi + Uđc).I’NM ng max
Trong đó:
- kat = 1,3 là hệ số an toàn kể đến sai số của rơle và độ dự trữ.

(1 - 8 )


16

- I’NM ng max là dòng ngắn mạch ngoài cực đại đã quy đổi về sơ cấp máy biến
áp.
Dòng khởi động của bảo vệ chọn bằng giá trị lớn nhất trong hai giá trị tính
bằng hai biểu thức trên.
Độ nhậy của bảo vệ.
knh 

I R
2
I kdR

(1 - 9 )

Trong đó:
IR - Dòng trong cuộn dây rơle. Dòng này phụ thuộc vào dạng ngắn mạch và
sơ đồ nối dây của máy biến dòng. Để đơn giản hệ số độ nhậy có thể xác định
với giả thiết là toàn bộ dòng ngắn mạch chỉ chạy từ một phía đến.
IkđR - Dòng khởi động của rơle tƣơng ứng với số vòng ở phía có dòng IR
chạy qua.
1.2.3. Bảo vệ so lệch có rơle dòng mắc qua máy biến dòng bão hoà
nhanh.
Dòng khởi động của bảo vệ đƣợc chỉnh định theo thành phần chu kỳ của dòng
từ hoá và dòng không cân bằng quá độ. Theo kinh nghiệm chọn theo các điều
kiện:
- Bảo vệ không đƣợc tác động với dòng định mức của máy biến áp:
Ikđbv = (1,0 1,3).IđmBA

(1 - 10)

Với IđmBA là dòng định mức của máy biến áp.
- Bảo vệ không đƣợc tác động với dòng không cân bằng cực đại khi ngắn
 do việc cân bằng
mạch ngoài có kể đến thành phần dòng không cân bằng I kcb

không triệt để các dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng khi chọn số vòng
dây của máy biến dòng bão hoà nhanh:
 
I kcb

Trong đó:

WI tt  WI
WI tt

'
I NMng
max = fN.I’NM ng max

(1 - 11)


17

WItt - Số vòng tính toán của cuộn dây máy biến dòng bão hoà trung gian đối
với phía không cơ bản xác định theo yêu cầu cân bằng sức tự động khi ngắn
mạch ngoài và làm việc bình thƣờng.
WI - Số vòng đƣợc chấp nhận (số nguyên) của cuộn dây máy biến dòng trung
gian ở các phía không cơ bản tƣơng ứng.
fN =

WI tt  WI
WI tt

- là hệ số kể đến việc cân bằng không triệt để các dòng điện thứ

cấp của các máy biến dòng do việc chọn số vòng dây của các cuộn dây trong
máy biến dòng bão hoà nhanh là số nguyên.
Dòng khởi động của bảo vệ:
Ikđbv = kat.(I’kcb + I’’kcb +I’’’kcb ) = kat.( KKCK kđn. fi + Uđc +fN).I’NM ng max
(1 - 12)
Dòng khởi động của bảo vệ chọn bằng giá trị lớn nhất trong hai giá trị tính

bằng hai biểu thức trên.
Độ nhậy của bảo vệ cũng tính nhƣ trên.
Khi bảo vệ không đủ độ nhậy (knh < 2) do dòng không cân bằng lớn ngƣời ta
sử dụng rơle có hãm.
1.2.4. Chọn các tham số của bảo vệ dùng biến dòng bão hoà nhanh.
Trình tự tính toán:
Để thuận tiện cho việc tính toán thiết kế trong tài liệu này giới thiệu cách tính
toán bảo vệ so lệch cho máy biến áp 3 pha 3 dây quấn, cách tính toán bảo vệ
so lệch cho máy biến áp 3 pha 2 dây quấn cũng tƣơng tự (có nêu rõ trong
phần hƣớng dẫn).
a. Xác định các dòng sơ cấp của các biến dòng ở tất cả các phía của máy
biến áp hoặc biến áp tự ngẫu đƣợc bảo vệ:
Đối với máy biến áp các dòng này đƣợc xác định tƣơng ứng với công suất
định mức (công suất định mức của cuộn dây có công suất lớn nhất) còn đối
với máy biến áp tự ngẫu thì tƣơng ứng với công suất truyền qua nó.