THUYẾT TRÌNH BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

© Department of Power Systems

THUYẾT TRÌNH BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP
GVHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

Sinh viên thực hiện
1. Võ Đình Thịnh
2. Hoàng Minh Triết
3. Nguyễn Tri Khánh
4. Nguyễn Hữu Khánh

page 1/xx


© Department of Power Systems

MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Giới thiệu
Sự cố cuộn dây MBA
Dòng từ hóa nhảy vọt
Quá nhiệt MBA
Tổng quan về bảo vệ MBA
Bảo vệ quá dòng MBA
Bảo vệ sự cố chạm đất
giới hạn
8. Bảo vệ so lệch
9. Ổn định của bảo vệ so
lệch trong điều kiện dòng
dòng từ hóa tăng vọt
10. Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai
lệch và sơ đồ bảo vệ giới
hạn
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.

Bảo vệ MBA nối đất
Bảo vệ MBA tự ngẫu

Bảo vệ quá từ thông
Bảo vệ nối đất vỏ MBA
Thiết bị khí và dầu
Bảo vệ phát tuyến MBA
Phối hợp đóng cắt từ xa
Điều kiện giám sát MBA
Ví dụ về bảo vệ MBA

page 2/xx


© Department of Power Systems

MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Giới thiệu
Sự cố cuộn dây MBA
Dòng từ hóa nhảy vọt
Quá nhiệt MBA
Tổng quan về bảo vệ MBA
Bảo vệ quá dòng MBA
Bảo vệ sự cố chạm đất
giới hạn

8. Bảo vệ so lệch
9. Ổn định của bảo vệ so
lệch trong điều kiện dòng
từ hóa tăng vọt
10. Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai
lệch và sơ đồ bảo vệ giới
hạn
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.

Bảo vệ MBA nối đất
Bảo vệ MBA tự ngẫu
Bảo vệ quá từ thông
Bảo vệ nối đất vỏ MBA
Thiết bị khí và dầu
Bảo vệ phát tuyến MBA
Phối hợp đóng cắt từ xa
Điều kiện giám sát MBA
Ví dụ về bảo vệ MBA

page 3/xx

1.GIỚI THIỆU

© Department of Power Systems

1.1 Nhắc lại về cấu tạo MBA điện lực 3 pha

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 4/xx


© Department of Power Systems
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 5/xx


GIỚI THIỆU

© Department of Power Systems

1.2 Phân loại sự cố MBA
Sự cố MBA thông thường được phân
thành 6 loại
 Sự cố trong cuộn dây và phát tuyến
nối với MBA
 Sự cố trong lõi thép
 Sự cố trong thùng chứa MBA và các

phụ kiện khác của MBA
 Sự cố bộ điều áp dưới tải - On Load
Tap Changer (OLTC)
 Điều kiện vận hành không bình
thường
 Sự cố kéo dài từ bên ngoài MBA

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

Cuộn dây và phát tuyến
Lõi thép
Thùng chứa và phụ kiện
OLTC

page 6/xx


© Department of Power Systems

MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Giới thiệu
Sự cố trong cuộn dây

Dòng từ hóa nhảy vọt
Quá nhiệt MBA
Tổng quan về bảo vệ MBA
Bảo vệ quá dòng MBA
Bảo vệ sự cố chạm đất
giới hạn
8. Bảo vệ so lệch
9. Ổn định của bảo vệ so
lệch trong điều kiện dòng
từ hóa tăng vọt
10. Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai
lệch và sơ đồ bảo vệ giới
hạn
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.

Bảo vệ MBA nối đất
Bảo vệ MBA tự ngẫu
Bảo vệ quá từ thông
Bảo vệ nối đất vỏ MBA
Thiết bị khí và dầu

Bảo vệ phát tuyến MBA
Phối hợp đóng cắt từ xa
Điều kiện giám sát MBA
Ví dụ về bảo vệ MBA

page 7/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.1 Cuộn dây đấu sao với điểm
trung tính nối đất qua trở
kháng
- Dòng điện sự cố chạm đất trong cuộn dây
phụ thuộc vào trở kháng nối đất và tỉ lệ với
khoảng cách từ điểm sự cố tới điểm trung
tính (vì điện áp sự cố tỉ lệ trực tiếp với
khoảng cách này)
- Dòng sự cố phía sơ cấp MBA tỉ lệ với bình
phương tỉ số vòng dây bị ngắn mạch
- Sự cố xảy ra ở 1/3 đầu cuộn dây thứ cấp
gây nên một dòng điện rất nhỏ bên phía
sơ cấp, khiến cho việc phát hiện sự cố
dựa trên dòng điện phía sơ cấp khó khăn.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 8/xx

2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.2 Cuộn dây đấu sao với điểm
trung tính nối đất trực tiếp
- Dòng sự cố được quyết định phần lớn
bởi điện kháng rò trong cuộn dây, vốn
thay đổi một cách phức tạp so với vị trí
sự cố.
- Đối với sự cố xảy ra gần đầu trung tính
của cuộn dây, điện kháng sẽ rất nhỏ,
dẫn đến dòng điện cực kỳ lớn.
- Dòng điện sự cố bên sơ phụ thuộc vào
dòng điện sự cố bên sơ cấp theo tỉ số
MBA mới.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 9/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.3 Cuộn dây đấu tam giác
- Không có điểm nào trên cuộn dây

đấu tam giác vận hành với thấp hơn
50% điện áp pha. Vì vậy biên độ dòng
sự cố thấp hơn so với cuộn dây đấu
sao.
- Trong trường hợp điện áp so với đất
trước sự cố tại điểm này bằng một
nửa điện áp pha , dòng điện sự cố
chạm đất có thể nhỏ hơn dòng định
mức nếu trở kháng nguồn hoặc trở
kháng nối đất là đáng kể. Dòng điện
sẽ đi theo sự cố mỗi bên qua 2 nửa
cuộn dây, và sẽ được chia ra bởi 2
pha của hệ thống. Dẫn đến dòng điện
pha thấp, làm cho việc đưa ra
phương án bảo vệ khó khăn.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 10/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.4 Chạm giữa các pha
- Chạm giữa các pha trong máy
biến áp hiếm khi xảy ra.
Nhưng một khi xảy ra sẽ tạo
nên một dòng điện đáng kể

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 11/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.5 Chạm giữa các vòng dây

© Department of Power Systems

- Trong máy biến áp điện áp thấp, việc hỏng
cách điện giữa các vòng dây khó xảy ra
- Máy biến áp lực thường phải chịu các
xung điện áp do sét lan truyền, sự cố hoặc
các thao tác đóng ngắt.
Sóng đường dây, thông thường lớn hơn
vài lần so với điện áp định mức, tập trung
chủ yếu vào các vòng cuối của cuộn dây.
Hiện tượng cộng hưởng ở một phần cuộn
dây tạo nên điện áp có thể cao gấp 20 lần
định mức  Gây hư hỏng cách điện giữa
các vòng dây.
- Ngắn mạch ở một vài vòng dây có thể gây
ra dòng điện rất lớn ở các vòng bị ngắn
mạch

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 12/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.6 Sự cố trong lõi thép
- Sự tiếp xúc giữa những lá thép có thể
tạo ra dòng xoáy đủ lớn để gây ra quá
nhiệt MBA một cách trầm trọng. Vì vậy
bulông để kẹp các lá thép lại với nhau
luôn luôn được cách điện để tránh sự cố
này.
- Ở những phần mà cách điện giữa các lá
thép bị hư hại, nhiệt sinh ra có thể đủ để
làm hỏng các cuộn dây.
- Phần tổn hao lõi thêm vào mặc dù gây ra
nhiệt nhưng không làm thay đổi đáng kể
dòng điện → khó phát hiện

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

- Trong MBA dầu, nhiệt sinh ra từ
lõi thép làm dầu giãn nở, đẩy khí
ra khỏi van và kích hoạt được
rơle trước khi đủ để làm hỏng
cách điện giữa các vòng dây

page 13/xx

2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

2.7 Sự cố vỏ MBA
- Sự mất mát dầu do rò rỉ vỏ MBA
không chỉ làm giảm cách điện giữa
các vòng dây mà còn làm quá nhiệt
MBA do mất chất làm mát
→ Rất nguy hiểm

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 14/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.8 Điều kiện tác
động từ bên ngoài
© Department of Power Systems

2.8.1 Quá tải
• Quá tải gây ra sự tăng tổn
thất đồng và hậu quả là làm
tăng nhiệt độ. Tình trạng
quá tải chỉ nên áp dụng
trong một thời gian giới hạn

và hơn nữa là cho MBA
dầu.

PERMISSIBLE LOADING OF OIL-IMMERSED TRANSFORMERS AND REGULATORS
FACILITIES ENGINEERING BRANCH DENVER OFFICE

page 15/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.8 Điều kiện áp tác động từ bên ngoài

© Department of Power Systems

2.8.2 Sự cố hệ thống bên ngoài
- Ngắn mạch hệ thống sinh nhiệt trong
MBA, tổn hao đồng tăng tỉ lệ với bình
phương đơn vị tương đối của dòng ngắn
mạch.
- Thời gian MBA có thể chịu đựng được
mà không bị tổn hại bởi điện kháng của
chính nó được trình bày trong bảng 15.1
- Ứng suất điện cao nhất đặt lên cuộn dây
là vào chu kỳ đầu tiên của sự cố. Khá
năng tránh hư hại là một vấn đề của thiết
kế MBA.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 16/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.8 Điều kiện áp đặt từ bên ngoài
2.8.3 Quá điện áp
© Department of Power Systems

Quá áp do sóng điện áp quá độ
- Sóng điện áp quá độ có thể được sinh
ra bởi sự cố, đóng ngắt, nhiễu do sét.
Đó là nguyên nhân gây ra chạm giữa
các vòng dây.
- Sự quá điện áp này có thể được giới
hạn bằng cách mắc rẽ đầu điện áp
cao xuống đất thông qua chống sét
van hoặc thiết bị cắt lọc sét

Hình minh họa: electrical installation wiki

page 17/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

© Department of Power Systems

Quá áp do sóng điện áp quá độ
- Ở điều kiện bình thường, chống sét

van là sản phẩm cách điện. Khi điện
áp điện thế đột ngột tăng cao
( thường ~ 3,5 lần), do sét cảm ứng
hay sự cố về điện, chống sét van sẽ
nhanh chóng trở thành vật dẫn điện
cao và truyền tải năng lượng điện
dư thừa này xuống đất

- Thiết bị cắt lọc sét có thể tản công
suất nhanh hơn, tránh tình trạng
cách li MBA

Hình minh họa: electrical installation wiki

page 18/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.8 Điều kiện áp đặt từ bên ngoài
2.8.3 Quá điện áp
© Department of Power Systems

 Quá áp tần số công nghiệp
- Quá áp tần số công nghiệp tồn tại trong thời gian dài hơn so với quá áp do
sóng đường dây
- Quá áp tần số công nghiệp được gây ra bởi sự cố, thay đổi tải bất thường
hoặc cộng hưởng sắt từ.
- Quá áp tần số công nghiệp vừa gây ứng suất điện lớn lên cách điện, vừa
làm tăng từ thông.

→ Làm tăng tổn hao lõi thép và làm tăng một các không tỉ lệ dòng từ hóa

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 19/xx


2. SỰ CỐ CUỘN DÂY MBA

2.8 Điều kiện áp đặt từ bên ngoài

© Department of Power Systems

2.8.4 Giảm tần số hệ thống
- Khi mang tải quá định mức, công suất của tải sẽ tạo ra moment chống
lại moment quay của động cơ sơ cấp. Do đó, máy phát sẽ có khuynh
hướng bị ghì lạilàm tốc độ giảm xuống. Vì thế tần số cũng sẽ giảm
theo.
- Việc giảm tần số hệ thống sẽ tác động tới mật độ từ thông, tương tự
như trường hợp quá điện áp do tần số công suất bên trên.
- Một MBA có thể vận hành với một mức độ quá điện áp ứng với độ tăng
tần số tương ứng nghĩa là tỉ số V/f=const. Nhưng không thể hoạt động
khi tần số giảm đến mức V/f >1.1

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 20/xx


© Department of Power Systems

MỤC LỤC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Giới thiệu
Sự cố trong cuộn dây
Dòng từ hoá nhảy vọt
Quá nhiệt MBA
Tổng quan về bảo vệ MBA
Bảo vệ quá dòng MBA
Bảo vệ sự cố chạm đất
giới hạn
8. Bảo vệ so lệch
9. Ổn định của bảo vệ so
lệch trong điều kiện dòng
từ hóa tăng vọt
10. Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai
lệch và sơ đồ bảo vệ giới
hạn
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

11.
12.
13.

14.
15.
16.
17.
18.
19.

Bảo vệ MBA nối đất
Bảo vệ MBA tự ngẫu
Bảo vệ quá từ thông
Bảo vệ nối đất vỏ MBA
Thiết bị khí và dầu
Bảo vệ phát tuyến MBA
Phối hợp đóng cắt từ xa
Điều kiện giám sát MBA
Ví dụ về bảo vệ MBA

page 21/xx


© Department of Power Systems

3. DÒNG TỪ HÓA NHẢY VỌT

Hình 15.5a trình bày đặc tính từ hóa của một
MBA. Để giảm thiểu chi phí vật tư, khối
lượng và kích thước, MBA thông thường
được vận hành tại điểm đầu gối của đặc tính
từ hóa, chỉ một sự tăng nhỏ từ thông trong
lõi so với diểm làm việc bình thường cũng sẽ

gây ra dòng điện từ hóa rất lớn.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 22/xx


3. DÒNG TỪ HÓA NHẢY VỌT

© Department of Power Systems

Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng từ
hóa tương ứng với từ thông vận hành khá nhỏ.
Tuy nhiên, nếu một cuộn dây MBA được đóng
điện ở điện áp bằng 0, không có từ dư, từ thông
trong chu kỳ điện áp đầu tiên cao gấp 2 lần bình
thường sẽ gây ra bão hòa lõi thép
→Gây ra dòng xung kích MBA và tồn tại trong vài
chu kỳ.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 23/xx


© Department of Power Systems

MỤC LỤC
1.
2.

3.
4.
5.
6.
7.

Giới thiệu
Sự cố trong cuộn dây
Dòng từ hoá nhảy vọt
Quá nhiệt MBA
Tổng quan về bảo vệ MBA
Bảo vệ quá dòng MBA
Bảo vệ sự cố chạm đất
giới hạn
8. Bảo vệ so lệch
9. Ổn định của bảo vệ so
lệch trong điều kiện dòng
từ hóa tăng vọt
10. Kết hợp sơ đồ bảo vệ sai
lệch và sơ đồ bảo vệ giới
hạn
BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.

18.
19.

Bảo vệ MBA nối đất
Bảo vệ MBA tự ngẫu
Bảo vệ quá từ thông
Bảo vệ nối đất vỏ MBA
Thiết bị khí và dầu
Bảo vệ phát tuyến MBA
Phối hợp đóng cắt từ xa
Điều kiện giám sát MBA
Ví dụ về bảo vệ MBA

page 24/xx


4. QUÁ NHIỆT MBA

© Department of Power Systems

- Công suất định mức của 1 MBA
phụ thuộc vào nhiệt độ mà nó phát
ra.
- Nhiệt độ khoảng 95 °C được xem
là nhiệt độ hoạt động tối đa của
MBA. Nếu hoạt động quá mức trên
khoảng 8°C-10°C thì tuổi thọ của
cách điện sẽ giảm một nửa.
- Bảo vệ quá tải vì vậy dựa vào
nhiệt độ của cuộn dây, đo bởi thiết

bị đo bức xạ nhiệt.

BẢO VỆ SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

page 25/xx