CHƯƠNG 16: BẢO VỆ MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

CHƯƠNG 16: BẢO VỆ
MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

CHƯƠNG 16: BẢO VỆ MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

1.

GIỚI THIỆU
Máy phát điện và máy biến áp là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, sự
làm việc tin cậy của các máy phát điện và máy biến áp có ảnh hưởng quyết định đến độ
tin cậy của cả hệ thống
Vì vậy, đối với máy phát điện và máy biến áp đặc biệt là các máy có công suất lớn,
người ta đặt nhiều loại bảo vệ khác nhau để chống tất cả các loại sự cố và các chế độ làm
việc không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng như bên ngoài
Để thiết kế tính toán các bảo vệ cần thiết, chúng ta phải biết các dạng hư hỏng và các
tình trạng làm việc không bình thường của máy phát điện và máy biến áp
Các vấn đề cần được xem xét để bảo vệ:
1. Sự cố điện trên stator
2. Quá tải
3. Quá áp
4. Tải không cân bằng
5. Quá từ thông
6. Đóng điện ở trạng thái nghỉ
7. Sự cố điện trên rotor
8. Mất kích từ
9. Mất đồng bộ
10. Mất máy động lực
11. Thiếu dầu bôi trơn
12. Quá tốc độ
13. Sự méo dạng rotor
14. Dao động quá mức

CHƯƠNG 16: BẢO VỆ
MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

2. MÁY PHÁT NỐI ĐẤT.
Điểm trung tính của máy phát thường được nối đất để bảo vệ cuộn dây stator và hệ
thống liên kết. nối đất cũng ngăn ngừa sự phát hỏng của điện áp quá độ trong trường hợp
phóng điện trực tiếp xuống đất và hoặc sự cộng hưởng sắt từ.
Với những máy phát cao áp, trở kháng thường được nối vào trong đường dây nối
đất stator để giới hạn biên độ dòng chạm đất lỗi. Đây là một sự biến đổi rộng trong việc
chọn dòng lỗi nối đất, giá trị thường là:
1.
2.
3.

Dòng điện định mức
200A – 400A (nối đất trở kháng thấp)
10A – 20A (nối đất trở kháng cao)

Các phương pháp trở kháng nối đất một máy phát được thể hiện trong hình. Giá trị thấp
của dòng lỗi nối đất có thể hạn chế những thiệt hại gây ra từ một lỗi, nhưng nó đồng thời
làm cho việc phát hiện một lỗi về phía cuộn dây stato đấu sao khó khăn hơn. Ngoại trừ
cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như hàng hải, máy phát điện hạ thế thường được cố
định có dây nối đất để tuân theo các yêu cầu an toàn. Nơi một máy biến áp hỗ trợ được áp
dụng, các máy phát điện và điện áp cuộn dây quấn thấp hơn của biến áp có thể được coi
là một hệ cô lập mà không bị ảnh hưởng bởi các yêu cầu nối đất của hệ thống điện.


CHƯƠNG 16: BẢO VỆ

MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

Một biến áp nối đất hoặc một chuỗi trở kháng có thể được sử dụng như là trở
kháng. Nếu một biến áp nối đất được sử dụng, giá trị định mức thường trong khoảng 5250kVA. Cuộn dây sơ cấp được mang tải với một điện trở ở trên mà khi được quy về
thông qua tỉ lệ máy biến áp, sẽ thông qua sự lựa chọn trong thời gian ngắn dòng lỗi nối
đất. Đây là điển hình trong phạm vi của 5-20A. Điện trở ngăn chặn việc xuất hiện quá áp
quá độ cao trong các trường hợp của một lỗi chạm đất do phóng điện hồ quang , nó thực
hiện bằng cách xả các điện tích trong các dung mạch. Vì lý do này, các thành phần điện
trở của dòng lỗi không nên ít hơn so với sự điện dung còn lại dòng. Đây là cơ sở của
thiết kế, và trong thực tế giá trị từ 3-5ICO được sử dụng.
Điều quan trọng là các biến áp nối đất không được trở nên bão hòa; nếu không,
một điều kiện rất không mong muốn của sự cộng hưởng sắt từ có thể xảy ra. Sự gia tăng
bình thường của điện áp được tạo ra trên các giá trị định mức gây ra bởi một sự mất mát
đột ngột của tải hoặc theo field forcing phải được xem xét, cũng như thông lượng tăng
gấp đôi trong máy biến áp là do các điểm trên sóng áp dụng điện áp. Nó là đảm bảo rằng
các máy biến áp được thiết kế để có một cuộn sơ cấp điểm e.m.f chính bằng 1,3 lần so
với máy phát điện đánh giá điện áp.
3. LỖI CUỘN DÂY STATOR

Sự hỏng hóc của các cuộn dây
stator hoặc cách kết nối có thể gây thiệt
hại nghiêm trọng cho các cuộn dây stator
và lõi. Mức độ thiệt hại sẽ phụ thuộc vào
mức độ và thời gian của các dòng lỗi.


CHƯƠNG 16: BẢO VỆ
MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

3.1.

Lỗi chạm đất
Đây là một lỗi phổ biến nhất trong lỗi cuộn dây stator. Sử dụng một trở kháng nối
đất giới hạn dòng chạm đất và giảm thiệt hại stator.
3.2.
Lỗi pha chạm pha
Lỗi pha chạm pha tách biệt với đất ít phổ biến hơn; nó có thể xảy ra ở phần cuối
cuộn dây stator hoặc trong các khe nếu cuộn dây liên quan đến hai bên cuộn vào trong
cùng một khe. Trong trường hợp sau, các lỗi sẽ bao gồm chạm đất trong một thời gian rất
ngắn. lỗi dòng pha không được giới hạn bởi các phương pháp nối đất điểm trung tính.
3.3.
Lỗi interturn
Lỗi Interturn là rất hiếm, nhưng một dòng lỗi vòng lớn có thể phát sinh khi một lỗi
như vậy xảy ra. Hệ thống bảo vệ máy phát điện thông thường sẽ không phát hiện được
một lỗi interturn, nhưng với chi phí thêm và sự phức tạp của việc dò tìm bổ sung cho một
lỗi interturn đơn thuần thường không hợp lý và lãng phí. Trong trường hợp này, một lỗi
interturn phải phát triển thành một dòng chạm đất trước khi nó có thể bị loại bỏ. Một
ngoại lệ có thể là nơi mà một máy có một sự sắp xếp cuộn dây bất thường phức tạp hoặc
đa dạng, nơi mà xác suất của một lỗi interturn có thể được tăng lên.

4.

BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR
Để đáp ứng một cách nhanh chóng với lỗi dòng pha gây hại lớn , bảo vệ sai lệch nhạy, tốc
độ cao thường được áp dụng để đánh giá máy phát điện vượt quá 1MVA. Đối với các
máy phát điện lớn, việc cắt vị trí lỗi nhanh chóng cũng sẽ duy trì sự ổn định của hệ thống
điện chính. Các khu bảo vệ sai lệch có thể được mở rộng để bao gồm cả máy biến áp liên
kết. Đối với máy phát điện nhỏ hơn, IDMT / Bảo vệ quá dòng tức thời thường chỉ được
áp dụng cho bảo vệ lỗi pha. Ở phần 5 - 8, các phương pháp khác nhau được đưa ra để bảo
vệ cuộn dây stator

CHƯƠNG 16: BẢO VỆ
MÁY PHÁT – MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT

5. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT KẾT NỐI TRỰC TIẾP
5.1. Bảo vệ so lệch có hãm

Mô hình kết nối relay bảo vệ so lệch có hãm

Is1 có thể đặt dưới 5%.Irated
Is2 > Irated, (chọn 120%)
K2 = 150% (giá trị tiêu biểu)


5.2. Bảo vệ so lệch trở kháng cao

Nguyên tắc bảo vệ so lệch trở kháng cao

Relay kết nối cho bảo vệ so lệch trở kháng cao


7. BẢO VỆ QUÁ DÒNG
Bảo vệ quá dòng của máy biến áp có hai cách. Bảo vệ quá dòng đơn giản có thể
được sử dụng như là hình thức đầu tiên của bảo vệ cho máy phát loại nhỏ, và bảo vệ thứ
cấp cho loại lớn hơn mà ở đó bảo vệ sai lệch được sử dụng như là phương pháp đầu tiên
để bảo vệ cuộn dây stator cho máy phát. Bảo vệ quá dòng phụ thuộc vào điện áp có thể
được áp dụng ở nơi mà bảo vệ sai lệch không được chứng minh trên máy phát lớn hơn,
hoặc ở nơi mà vấn đề được gặp khi áp dụng bảo vệ quá dòng đơn giản
7.1 Bảo vệ quá dòng đơn giản

Bảo vệ quá dòng đơn giản cho máy phát thường sử dụng thời gian trễ. Cho những
máy có công suất định mức nhỏ hơn 1MVA, nó sẽ tạo thành hệ thống bảo vệ chủ yếu
cuộn dây stator cho lỗi pha. Cho những máy phát lơn hơn, bảo vệ quá dòng có thể được
áp dụng như là bảo vệ thứ cấp từ xa, để ngắt kế nối thành phần chưa được cắt bởi lỗi ở
bên ngoài. Ở đó chỉ có duy nhất một thành phần đặt bảo vệ so lệch chính, cho máy phát
nhỏ hơn, bảo vệ quá dòng cũng sẽ cung cấp back-up protection nội cho thành phần được
bảo vệ, trong trường hợp bảo vệ chính không hoạt động được.
Trong một số trường hợp máy phát đơn, cung cấp cho hệ thống cô lập, máy biến
dòng tại cuối của máy nên hỗ trợ cho bảo vệ quá dòng, để cho phép đáp ứng đến điều
kiện lỗi cuộn dây. Tính chất của relay nên được chọn để đưa vào dữ liệu tính toán để biểu
hiện sự giảm sút sự cố dòng của máy phát với sự cho phép cho đặc tính của hệ thống và
kích từ. Ngoài quy tắc của lỗi dòng đã tổng hợp từ máy biến dòng máy phát, một hệ
thống kích từ được cung cấp năng lượng từ một máy biến kích từ tại cuối máy phát sẽ thể
hiện giảm dòng lỗi rõ rệt cho lỗi cuối . Khi thất bại trong việc xác định nó, những cái còn
khả năng cho dòng lỗi lớn. Máy phát sau đó không được bảo vệ vì việc cắt máy phát thất


bại. Việc cài đặt được chọn phải tối ưu nhất giữa ổn định hệ thống ở tình huống được
nhắc đến ở trên và sự phân tách của bảo vệ hệ thống và cho dòng qua với những tải
thường, nhưng điều đó là không thể với bảo vệ quá dòng đơn giản
Trong trường hợp phổ biến hơn, máy phát được vận hành song song với những
máy khác tạo nên hệ thống rộng lớn được kết nối lại với nhau, bảo vện thứ cấp cho máy
phát và bảo vệ quá dòng cao áp cho máy biến áp. Backfeed ở mức cao được đáp ứng từ
hệ thống năng lượng đến từng đến từng thành phần lỗi. Những máy phát song song khác
cung cấp dòng và được ổn định bởi hệ thống trở kháng, nó sẽ không chịu một sự sụt giảm
chính nào. Cách bảo vệ này thường xuyên được yêu cầu cho hệ thống năng lượng. Cài
đặt phải được chọn để hệ thống bảo vệ cho lỗi xuất hiện ở ngoài bởi máy phát. Relay bảo
vệ quá dòng HV đươc cung cấp từ thời gian trì hoãn và những yếu tố cài đặt cao tức thời.
Thành phần thời gian trì hoãn được cài đặt để đảm bảo rằng dòng quá mức cho
phép không thể qua mà quá giới hạn về thời gian cho phép của các thiết bị được bảo vệ.

Những thành phần tức thời nên được cài đặt trên giới hạn dòng cho phép trong
máy phát, nhưng phải thấp hơn giá trị lỗi dòng của hệ thống cung cấp cho lỗi cuộn dây
máy phát. Back-up protection sẽ làm tố I thiểu những hư hại của thành phần trong trường
hợp bảo vệ chính bị hư hỏng về phần lỗi máy phát và cắt tức thời cho lỗi về mặt cao áp sẽ
được trợ giúp để khôi phục hệ thống năng lượng và máy phát song song.

7.2 Bảo vệ quá dòng phụ thuộc vào điện áp
Việc bảo vệ quá dòng giản đơn thiết lập khó khăn được nói đến trong phần trước,
phát sinh bởi vì trợ cấp đã được thực hiện cho cả sụt của lỗi phát hiện tại với thời gian và
cho việc thông qua đầy đủ tải trọng hiện tại. Để khắc phục những khó khăn trong việc
phân biệt đối xử, các máy phát điện thiết bị đầu cuối điện áp có thể được đo lường và sử
dụng để tự động thay đổi các relay hiện tại / quá dòng thời gian đặc trưng cơ bản cho
những lỗi gần các nhà máy phát điện. Có hai lựa chọn cơ bản cho ứng dụng bảo vệ quá
dòng điện áp phụ thuộc, mà sẽ được thảo luận trong các phần sau. Sự lựa chọn phụ thuộc
vào đặc điểm hệ thống điện và mức độ bảo vệ được cung cấp. Điện áp relay quá dòng
phụ thuộc thường được tìm thấy áp dụng cho máy phát điện sử dụng trên hệ thống công
nghiệp như là một thay thế cho bảo vệ khác biệt hoàn toàn.
7.2.1 Điện áp điều khiển bảo vệ quá dòng
Điện áp điều khiển bảo vệ quá dòng có hai đặc tính thời gian, nó được chọn dựa
theo tình trạng của việc tình toán điện áp của thành phần đầu cuối máy phát. Điện áp cài
đặt ngưỡng cho thiết bị cắt được chọn lựa theo tiêu chuẩn


1.

Trong khi quá tải, hệ thống điện áp được duy trì gần điện áp bình thường, bảo vệ
quá dòng nên có một dòng cài đặt lớn hơn dòng khi đầy tải và sự vận hành đặc
tính thời gian nó sẽ ngăn ngừa dòng chạy qua từ thành phần máy phát đến một lỗi
ngoài xa ở một thời gian trong giới hạn chịu đựng của nhà máy.

2.

Trong điều kiện lỗi sát lại, điện áp thanh cái phải giảm xuống dưới điện áp
ngưỡng để các đặc tính bảo vệ thứ hai sẽ được lựa chọn. đặc tính này nên được
thiết lập để cho phép vận hành relay với sự cố sụt dòng cho một sự cố sát lại tại
các thiết bị đầu cuối của máy phát điện hoặc tại thanh cái cao áp.
Việc bảo vệ cũng nên cấp thời gian với mạch bảo vệ bên ngoài. Có thể có sự tiếp
liệu bổ sung vào một sự cố mạch bên ngoài mà nó sẽ hỗ trợ và phân loại


7.2.2. Điện áp giới hạn bảo vệ quá dòng

Kỹ thuật liên tục biến đổi các yếu tố thiết lập relay với sự thay đổi điện áp máy
phát điện ở giữa giới hạn trên và dưới. Điện áp được cho là để giới hạn sự hoạt động của
các thành phần dòng điện.
Kết quả là cung cấp một đặc tính bảo vệ IDMT phù hợp theo điện áp tại các thiết
bị đầu cuối máy. Ngoài ra, các phần tử relay còn có thể được coi là một loại trở kháng với
sự phụ thuộc thời gian trì hoãn khá dài. Ta có được, với một điều kiện sự cố nhất định,
relay tiếp tục hoạt động độc lập nhiều hoặc ít hơn cho sự sụt dòng trong máy phát. Đặc
điểm đặc trưng được thể hiện trong Hình 16.10.
8. BẢO VỆ LỖI CHẠM ĐẤT STATOR
Bảo vệ lỗi chạm đất phải được áp dụng nơi có trở kháng nối đất được sử dụng để
hạn chế các sự cố sự cố dòng chạm đất dưới ngưỡng được chọn trong quá dòng hoặc bảo
vệ so lệch cho mỗi một sự cố xuống dưới 5% trong các cuộn dây stato đấu sao. Các loại
bảo vệ được yêu cầu sẽ phụ thuộc vào phương pháp nối đất và kết nối của các máy phát
điện đến hệ thống điện.
8.1 Máy phát điện kết nối trực tiếp
Một máy phát điện đơn kết nối trực tiếp hoạt động trên một hệ cô lập thông
thường sẽ được nối đất trực tiếp. Tuy nhiên, nếu một số máy phát điện kết nối trực tiếp
đang hoạt động song song, chỉ có một máy phát điện thường được nối đất tại một thời

điểm. Đối với các máy phát điện không nối đất, một phép đo đơn giản của các dòng trung
tính là không thể, và các phương pháp bảo vệ phải được sử dụng. Các phần sau đây mô tả
những phương pháp có sẵn.


8.1.1 Bảo vệ quá dòng trung tính
Với dạng bảo vệ này, một máy biến dòng trong các kết nối sự cố chạm đất trung
tính cấp dòng cho một phần tử relay quá dòng. Điều này cung cấp đầy đủ cho việc bảo vệ
sự cố chạm đất và vì vậy nó phải được phân loại với cho việc bảo vệ phụ tải. Do đó,
thành phần relay sẽ có một đặc tính vận hành thời gian trễ. Phân loại phải được tiến hành
phù hợp với các nguyên tắc trình bày chi tiết trong chương "Bảo vệ quá dòng cho pha và
những sự cố chạm đất". Các thiết lập không phải hơn 33% số _ dòng sự cố chạm đất tối
đa của máy phát điện, và một thiết lập thấp hơn sẽ thích hợp hơn, tùy thuộc vào những
cân nhắc phân loại.
8.1.2 Bảo vệ chạm đất nhạy
Phương pháp này được sử dụng trong các tình huống sau đây:
a. Máy phát điện kết nối trực tiếp hoạt động song song
b. Máy phát điện nối đất trung tính với trở kháng cao, lỗi dòng sự cố chạm đất đang được
giới hạn trong vài chục A
c. Lắp đặt nơi có trở kháng chạm đất là rất cao, do tính chất của đất
Trong những trường hợp này, lỗi bảo vệ dòng sự cố chạm đất thông thường như đã
mô tả trong Phần 8.1.1 là ít sử dụng.
Đối với máy phát điện trực tiếp hoạt động song song, bảo vệ chạm đất nhạy hướng
có thể cần thiết. Điều này là để đảm bảo rằng một máy phát điện bị sự cố sẽ đươc ngắt
trước khi có bất kỳ khả năng bảo vệ quá dòng trung tính ngắt một máy phát song song
đang hoạt động tốt. Khi được điều khiển bởi máy biến dòng được kết nối qua pha còn lại
máy biến dòng, các bảo vệ phải được đảm bảo chống lại việc ngắt không chính xác bằng
tức thời sự cố tràn dòng trong trường hợp bão hòa máy biến dòng đối xứng khi sự cố pha
hoặc từ hóa xâm nhập dòng đang được truyền qua. Ổn định kỹ thuật bao gồm việc bổ
sung các mạch relay trở kháng và / hoặc các ứng dụng của một sự chậm trễ thời gian. Nơi

thiết lập được yêu cầu việc bảo vệ là thấp so với dòng định mức của các pha trong máy
biến dòng, nó cần thiết để sử dụng một CBCT riêng cho các lỗi bảo vệ chạm đất để đảm
bảo sự ổn định lúc quá độ.
Khi bất kỳ máy phát điện song song trong nhóm có thể được nối đất, tất cả các
máy phát điện sẽ đòi hỏi phải được gắn với cả trung tính bảo vệ quá dòng và chiều bảo vệ
chạm đất nhạy.
Thiết lập của các chiều bảo vệ chạm đất nhạy được chọn để phối hợp với bảo vệ
máy phát điện so lệch hoặc trung tính bảo vệ điện áp chuyển để đảm bảo rằng 95% của
cuộn dây stato được bảo vệ. Hình 16.11 minh họa sơ đồ hoàn chỉnh, bao gồm cả tín hiệu
chặn tùy chọn nơi khó khăn trong việc phối hợp các máy phát điện và nguồn nuôi phía
dưới khi xảy ra bảo vệ sự cố chạm đất.


Đối với trường hợp (b) và (c) ở trên, nó không cần thiết để sử dụng một trang bị
định hướng. Chú ý thực hiện để sử dụng cài đặt RCA (characteristic angle) cho đúng - ví
dụ nếu trở kháng nối đất chủ yếu là điện trở, điều này nên được 0 0. Trên các hệ thống nối
đất trở kháng cách điện hoặc rất cao, một RCA của -900 sẽ được sử dụng, như chạm đất
hiện nay chủ yếu là điện dung.
Bảo vệ sự cố chạm đất so lệch nhạy cũng có thể được sử dụng để phát hiện lỗi cuộn dây
chạm đất. Trong trường hợp này, các phần tử Relay được áp dụng cho các thiết bị của
máy phát điện và được thiết lập để đáp ứng với sự cố chỉ trong các cuộn dây của máy. Do
đó lỗi chạm đất ở bên ngoài hệ thống không có kết quả trong hoạt động Relay. Tuy nhiên,
dòng điện chạy từ hệ thống vào một sự cố chạm đất của cuộn dây sẽ làm Relay hoạt động
. Nó sẽ không hoạt động trên các máy nối đất, do đó các loại bảo vệ sự cố chạm đất cũng
phải được áp dụng. Tất cả các máy phát điện phải được trang bị như vậy và có thể được
vận hành như là máy có dây tiếp đất.
8.1.3 bảo vệ điện áp trung tính thay thế
Trong một mạng cân bằng, sự bổ sung của điện áp ba pha nối đất sản sinh ra một
thứ tự không của điện áp dư trên lý thuyết bằng không, vì điện áp thứ tự không sẽ là rất
ít. Bất kỳ sự cố chạm đất nào cũng sẽ thiết lập một hệ thống thứ tự không, trong đó cũng

sẽ làm tăng điện áp dư thứ tự không. Điều này có thể được đo lường bằng một phần tử
relay phù hợp. Các tín hiệu điện áp phải được bắt nguồn từ một máy biến áp phù hợp, tức


là nó phải có khả năng chuyển đổi thứ tự không, do đó loại 3-limb và những cấu trúc
không có một kết nối chạm đất chính thì không phù hợp. Thứ tự không của điện áp mất
cân bằng này cung cấp nhằm để phát hiện sự cố chạm đất. Các phần tử Relay không được
nhạy với điện áp sóng hài bậc ba mà có thể có mặt trong các dạng sóng điện áp hệ thống,
vì chúng sẽ tổng hợp từ các phần dư.
Khi các cách bảo vệ vẫn còn nhiều hạn chế, khi thiết lập điện áp của relay phải lớn
hơn so với các thiết lập so với các cấp bảo vệ thấp hơn. Nó cũng phải có thời gian trì
hoãn để phối hợp với bảo vệ ở các cấp. Đôi khi, một yếu tố được thiết lấp cao thứ cấp với
thời gian trễ ngắn được sử dụng để cung cấp bảo vệ chống lại tác động nhanh cuộn dây
trong sự cố chạm đất chính. Hình sau sẽ minh họa các kết nối có thể được sử dụng.

8.2 Máy phát điện kết nối gián tiếp
Một thiết bị máy phát điện biến áp trực tiếp nối đất không thể trao đổi -dòng thứ tự
không với phần còn lại của mạng, và vì vậy vấn đề phân loại bảo vệ chạm đất không
hiện hữu. Chi tiết phần sau nói về phương pháp bảo vệ đa dạng của điện trở nối đất trong
máy phát điện.
8.2.1 Trở kháng cao nối đất - bảo vệ quá dòng trung tính
Một biến dòng gắn trên dây dẫn trung tính nối đất có thể điều khiển một thành
phần Relay tức thời hoặc có thời gian trễ quá dòng, như thể hiện trong hình 16.13. Nó là
không thể để cung cấp bảo vệ cho toàn bộ cho cuộn dây, và trong hình còn nêu chi tiết
bao nhiêu phần trăm cuộn dây được bao phủ có thể tính toán được. Đối với một bộ phận
Relay với thiết lập tức thời, bảo vệ thường được giới hạn cho 90% cho cuộn dây. Điều


này để đảm bảo rằng bảo vệ sẽ không thao tác sai với dòng thứ tự không trong hoạt động
của một cầu chì chính cho một sự cố biến dòng nối đất hoặc với bất kỳ dòng tăng quá độ

nào nó cũng có thể chảy qua các điện dung liên kết với nhau của biến áp cho một hệ
thống cao áp có sự cố chạm đất .

8.2.2 phân phối biến áp nối đất bằng cách sử dụng một thành phần dòng.
Trong sự sắp xếp này, thể hiện trong hình dưới, các máy phát điện được nối đất
qua cuộn sơ cấp của một máy biến áp phân phối. Các cuộn dây thứ cấp được trang bị với
một điện trở tải để hạn chế sự cố dòng chạm đất.


8.2.3 Phân phối biến áp nối đất bằng cách sử dụng một phần tử điện áp


9. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP
Điện áp ở đầu cực máy phát có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong
hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hoặc khi máy phát bị mất tải đột ngột
Khi mất tải đột ngột, điện áp ở đầu cực các máy phát thuỷ điện có thể đạt đến 200%
trị số danh định là do hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay của turbine nước có quán
tính lớn và khả năng vượt tốc của rotor máy phát cao hơn nhiều sovới máy phát turbine
hơi.
Ở các máy phát nhiệt điện (turbine hơi hoặc turbine khí) các bộ điều tốc làm việc với
tốc độ cao, có quán tính bé hơn nên có thể khống chế mức vượt tốc thấp hơn, ngoài ra các
turbine khi hoặc hơi còn được trang bị các van STOP đóng nguồn năng lượng đưa vào
turbine trong vòng vài msec khi mức vượt tốc cao hơn mức chỉnh định.
Mặt khác, các máy phát thuỷ điện nằm xa trung tâm phụ tải và bình thường phải làm việc
với các mức điện áp đầu cực cao hơn điện áp danh định để bù lại điện áp giáng trên hệ
thống truyền tải, khi mất tải đột ngột mức điện áp lại càng tăng cao. Quá điện áp ở đầu
cực máy phát có thể gây tác hại cho cách điện của cuộn dây, các thiết bị đấu nối ở đầu
cực máy phát, còn đối với các máy phát làm việc hợp bộ với MBA sẽ
làm bão hoà mạch từ của MBA tăng áp, kéo theo nhiều tác dụng xấu.
Bảo vệ chống quá điện áp ở đầu cực máy phát thường gồm hai cấp:

* Cấp 1 (59 ) với điện áp khởi động: UKĐ59I = 1,1UFđm (điện áp định mức
MFĐ). Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ
để giảm kích từ của máy phát.


* Cấp 2 (59 ) với điện áp khởi động: UKĐ59II = (1,3÷1,5)UFđm. Cấp 2 làm việc
tức thời, tác động cắt MC ở đầu cực máy phát và tự động diệt từ trường của máy phát.
Nguồn:bao-ve-may-phat-dien-221154 (trang 24)
10. BẢO VỆ CHỐNG ĐIỆN ÁP THẤP
Bảo vệ thấp áp rất hiếm khi được trang bị cho máy phát điện. Nó đôi khi được sử
dụng như một thành phần liên kết cho chức năng bảo vệ hoặc hệ thống khác, chẳng hạn
như bảo vệ mất từ trường hoặc bảo vệ đóng điện ở trạng thái nghỉ , nơi sự bất thường
được phát hiện dẫn trực tiếp hoặc gián tiếp đến tình trạng áp thấp.
Một trạng thái hệ thống truyền tải điện áp thấp có thể phát sinh khi không có đủ công
suất phản kháng sinh ra để duy trì các cấu hình điện áp hệ thống và tình trạng này phải
được giải quyết để tránh hiện tượng có thể có của việc sập hệ thống điện áp.
Tuy nhiên, nó phải được giải quyết bằng việc thực hiện các mô hình 'bảo vệ hệ
thống" . Các máy phát không nên bị ngắt. Bảo vệ thấp áp tốt nhất được yêu cầu sẽ được
cho một máy phát điện, nó sẽ cung cấp một hệ thống điện bị cô lập hoặc để đáp ứng yêu
cầu thuận lợi cho việc kết nối các máy phát được nhúng (xem phần 21).
Trong trường hợp máy phát điện cung cấp điện cho một hệ thống cô lập, áp thấp có
thể xảy ra vì nhiều lý do, thông thường quá tải hay thất bại của AVR. Trong một số
trường hợp, việc vận hành của đơn vị nhà máy phát điện phụ được cung cấp qua một máy
biến áp từ các thiết bị đầu (cuối) máy phát điện có thể bị ảnh hưởng bởi áp thấp kéo dài.
Ở những nơi bảo vệ thấp áp là cần thiết, nó sẽ bao gồm gắn liền một yếu tố áp thấp
và gắn liền một thời gian trễ . Cài đặt phải được lựa chọn để tránh tác động nhầm khi
thấp áp xảy ra trong quá trình điện khắc phục hệ thống hoặc kết hợp với động cơ bắt đầu.
Việc giảm tức thời điện áp xuống 80% hoặc ít hơn có thể gặp phải trong quá trình khởi
động động cơ.

11. BẢO VỆ DÒNG CÔNG SUẤT VÀ DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC
11.1. Bảo vệ dòng công suất - thấp
Bảo vệ dòng công suất thấp thường được sử dụng như là một chức năng khớp với
nhau để cho phép vận hành mạch cầu dao chính cho ngắt khi không khẩn cấp - vi dụ: cho
một sự cố stator chạm đất trên một máy phát nối đất trở kháng cao, hoặc khi tắt máy bình
thường của một nhóm đang diễn ra. Điều này là để giảm thiểu nguy cơ quá tốc của nhà
máy khi tải điện được ngắt ra từ một tốc độ cao máy phát điện rotor hình trụ. Rotor của
các loại máy phát điện là cho tác dụng công suất rất cao và không thể chịu đựng quá tốc
lớn. Trong khi các điều khiển nên kiểm soát điều kiện quá tốc , nó không vận hành tốt để
mở cầu dao chính song song với việc ngắt của các động lực chính khi ngắt không khẩn
cấp. Đối với một tua bin hơi nước, ví dụ, có một nguy cơ overspeeding do lưu trữ năng
lượng trong hơi nước bị mắc kẹt, sau khi van hơi bị ngắt, hoặc trong trường hợp van hơi
(s) không hoàn toàn đóng đối với một số lý do. Đối với điều kiện cắt khẩn cấp, chẳng hạn
như hoạt động bảo vệ stator so lệch, các rủi ro liên quan đến động lực và máy phát điện
đồng thời ngắt ngắt phải được chấp nhận
11.2. Bảo vệ chống luồng công suất ngược
Công suất sẽ đổi chiều từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng lượng
cho Turbine (dầu, khí, hơi nước hoặc dòng nước...) bị gián đoạn. Khi đó máy phát điện sẽ
làm việc như một động cơ tiêu thụ công suất từ hệ thống. Nguy hiểm của chế độ này đối
với các máy phát nhiệt điện là Turbine sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng hơi thừa
trong Turbine làm cho cánh Turbine có thể phát nóng quá mức cho phép. Đối với các
máy phát diezen chế độ này có thể làm nổ máy.

Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất tác dụng
của máy phát. Yêu cầu rơle hướng công suất phải có độ nhạy cao để phát hiện được luồng
công suất ngược với trị số khá bé (thường chỉ bù đắp lại tổn thất cơ của máy phát trong
chế độ này). Với các máy phát điện Turbine hơi, công suất khởi động ΔPkđ bằng:
ΔPkđ = (0,01 ÷ 0,03)Pđm (1-68).

Với các máy phát thuỷ điện và Turbine khí:.


ΔPkđ = (0,03 ÷ 0,05)P.
Để đảm bảo độ nhạy của bảo vệ cho các máy phát công suất lớn, mạch dòng điện của
bảo vệ thường được đấu vào lõi đo lường của máy biến dòng (thay cho lõi bảo vệ thường
dùng cho các thiết bị khác). Bảo vệ chống công suất ngược thường có hai cấp tác động:
cấp 1 với thời gian khoảng (2 ÷ 5) sec sau khi van STOP khẩn cấp làm việc và cấp thứ 2
với thời gian cắt máy khoảng vài chục giây không qua tiếp điểm của van STOP
Nguồn:bao-ve-may-phat-dien-221154 (trang 32)

13. BẢO VỆ CHỐNG ĐÓNG ĐIỆN Ở TRẠNG THÁI NGHỈ
Đây là hiện tượng bất ngờ đóng điện máy phát đang ở trạng thái dừng hoạt động
hoặc đã khởi động nhưng chưa kiểm tra đồng bộ. Lý do xảy ra hiện tượng đóng điện bất
thường này có thể do máy cắt bị phóng điện trong buồng cắt, hoặc hư hỏng mạch điều
khiển hoặc do lỗi vận hành. Khi máy phát điện được đóng điện mà không có kích từ nó sẽ
hoạt động như một động cơ không đồng bộ, khởi động với độ trượt lớn và gây dòng cảm
ứng lớn trong cuộn rotor. Các bảo vệ thông thường của máy phát thường không áp dụng
được bởi nhiều lý do: Bảo vệ đang bị cấm hoạt động (máy phát đang nghỉ, tháo cầu chì
mạch áp VT, ngắt nguồn DC của hệ thống điều khiển), tốc độ phản ứng chậm, …
Chức năng bảo vệ chống hiện tượng đóng điện máy phát đang ở trạng thái nghỉ sẽ
chỉ can thiệp khi tần số của máy phát thấp hơn ngưỡng làm việc (máy phát đang ở tốc độ
thấp hay đứng im) hoặc khi điện áp của máy phát thấp hơn điện áp thấp nhất cho phép, ta
có những sơ đồ bảo vệ sau:
Relay quá dòng với khóa tần số thấp (50 & 81U)
81U: Relay tần số thấp
60: Relay giám sát điện áp, relay này có tác dụng phát hiện sự mất điện thứ áp của
VT, Relay so sánh điện áp từ hai VT để thực hiện chức năng giám sát
62: Relay thời gian
86: Relay lockout

Relay 81U giám sát tần số, khi tần số thấp hơn hoặc bằng 0 thì relay sẽ đóng tiếp
điểm cho phép sự tác động của Relay quá dòng (50). Relay quá dòng có thể đặt cới dòng
khởi động thấp để tăng độ nhay.
Relay quá dòng thấp với khóa điện áp thấp (50&27): tương tự sơ đồ trên tuy nhiên
Relay tần số thấp 81U được thay thế bằng Relay điện áp thấp 27
Nguồn: “Tài liệu đào tạo chuyên đề hệ thống relay bảo vệ trong TBA”(trang 65)
Th.S Nguyễn Xuân Đạo

15. NHỮNG SỰ CỐ TRONG ROTOR
Mạch từ của máy phát bao gồm cuộn dây
và mạch kích từ và một mạch điện d.c tất
cả chúng bình thường không nối đất. Nếu
có một điểm chạm đất xảy ra trong rotor
thì sẽ không làm mất ổn định dòng điện và
không cần hành động để ngăn chặn.
Nguy hiểm chỉ xảy ra khi có điểm
thứ hai tron rotor chạm đất thì sẽ gây ra
dòng điện cao sinh ra từ trường cao hơn.


Gây những hậu quả nghiêm trọng cho dây dẫn và sự cố này sẽ lan ra nhanh chống trong
rotor.

Hình 16.17 Phân bố từ thông trong
sẽ

rotor khi ngắn mạch ( trang 500
sách NPAG)

Nhiều sự cố cơ khí sẽ xảy ra. Nếu có một
phần lớn mạch từ bị ngắn mạch, từ trường
bị lệch hướng và tạo ra lực hút lớn lên bề
mặt rotor. Lực hút đó được biểu diễn bởi
công thức:
F=

B2 A
8π

A: là diện tích rotor
B: là cảm ứng từ
Như hình 16.17 từ thông gây tổn hại lên một vùng rộng lớn và lan ra những vùng
lân cận. Lực hút gây ra những hậu quả nghiêm trọng lên một cực nhưng rất yếu, trong khi
từ thông theo trục ngang sẽ tạo ra lực cân bằng trên trục này. Kết quả là lực mất cân bằng
sẽ sinh ra trong một vùng rộng lớn của máy lực mất cân bằng này có thể lên đến 50-100
tấn. Sự rung động lớn sẽ được gây ra bởi lực này.
15.1 Bảo vệ chạm đất rotor
Có hai phương pháp để dò tìm sự cố này. Phương pháp đầu tiên phù hợp cho máy
có vành trượt trong hệ thống kích từ. Phương pháp thứ hai phù hợp với máy phát có kết
nối mạch từ dạng vòng:
a
b

Phương pháp phân thế
Phương pháp nguồn a.c thêm

15.1.1 Phương pháp phân thế
Phương pháp này phù hợp cho những máy phát dạng cũ và nó được thể hiện trong

hình 16.18. Khi một sự cố chạm đất xảy ra trong cuộn dây rotor sẽ tạo ra điện áp chạy
qua relay, điện áp cực đai xảy ra khi sự cố chạm đất xảy ra ở cuối cuộn dây.


Có một “điểm mù” ở chính giữa cuộn dây. Để tránh trường hợp sự cố xảy ra ngay
tại điểm này, một điểm nhấp nhả được trang bị cho relay dò sự cố bằng một nút nhấn hay
công tắc. Relay được cài đặt là 5% điện áp kích từ.

Hình 16.18 Bảo vệ chạm đất rotor bằng phương pháp phân thế (trang 501 sách
NPAG)

15.1.2 Phương pháp dùng nguồn phụ


Có hai phương pháp thường được sử
dụng. Phương pháp đầu tiên là phương
pháp dựa trên nguồn tín hiệu tần số thấp
với bộ lọc mắc nối tiếp. Nó bao gồm một
nguồn một nguồn điện phụ kết nối một
phía với đất một phía kết nối với mạch từ
thông qua tụ điện và mạch tính toán. Khi
sự cố chạm đất xảy ra ở bất cứ điểm nào
trong mạch từ thì sẽ làm tăng điện áp đặt
trên biến trở của relay. Tụ điện được mắc
để ngăn chặn điện áp d.c đi vào mạch bảo
vệ. Sự kết hợp của tụ điện và điện trở như

Hình 16.19 Bảo vệ chạm đất rotor
bằng phương pháp dùng nguồn phụ
(trang 501 sách NPAG)

một mạch lọc thông thấp.
Loại sơ đồ bảo vệ thứ hai dựa trên
tín hiệu tần số công suất. Một relay dò trở
kháng được sử dụng, khi mạch từ bị sự cố
chạm đất sẽ làm giảm trở kháng nhìn từ

phía relay. Hệ thống nhạy cảm với dòng điện điều hòa khi có cuộn dây từ trường và hệ
thống kích từ mắc song song với tụ điện.
Sự cách ly của hệ thống này là được trang bị cặp tụ điện trong sơ đồ bảo vệ cả đầu
và cuối cuộn dây nơi mà vành trượt hay chổi quét được mắc vào.
Sơ đồ bảo vệ dựa trên nguồn tần số thấp thì có lợi điểm là dòng điện qua cuộn rotor thì
nhỏ hơn là sơ đồ bảo vệ nguồn tần số công suất. Dòng điện chạy qua các ổ bi của máy
phát sẽ gây ra ăn mòn bề mặt chịu lực. Do đó cho nguồn tần số công suất, cách giải quyết
để không bị mòn ổ bi là nối đất thông qua chổi quét.

15.2 Bảo vệ chạm đất rotor cho máy phát không vành trượt
Một máy phát không vành trượt có hệ thông kích từ bao gồm những thành phần sau:
1 Mạch kích từ chính gồm thành phần quay và cuộn dây đứng yên


2
3

Bộ chỉnh lưu quay được gắn trực tiếp trên trục
Bộ điều khiển mạch chỉnh lưu để điều khiển điện áp d.c cho cuộn dây rotor
Do đó không cần vành trượt cho mạch từ của máy phát. Tất cả sự điều khiển nằm

trên mạch kích từ chính. Việc dò tìm sự cố chạm đất rotor thì vẫn cần thiết, nhưng điều
này phải dựa trên cấu trúc chuyên biệt của hệ thống rotor để có một liên kết từ xa cung

cấp tín hiệu báo động/dữ liệu.
15.3 Bảo vệ sự cố ngắn mạch giữa các vòng dây rotor
Sự cố ngắn mạch giữa các vòng dây rotor sẽ gây ra sự mất cân bằng từ thông và gây
rung động lên rotor. Việc dò tìm sự cố này sử dụng một que đo bao gồm lõi đặt ở khe hở
không khí. Dạng từ thông của cực âm và dương sẽ được tính toán và có bất cứ sự sai lệch
nào giữa từ thông của hai cực chứng tỏ sự cố ngắn mạch giữa các vòng dây rotor xảy ra.
Dạng sóng từ thông sẽ được so sánh và một sơ đồ bảo vệ sẽ được đưa ra. Lệnh ngừng
máy ngay lập tức sẽ ít khi được đưa ra nếu ảnh hưởng của sự cố không quá nguy hiểm.
Sự cố có thể tiếp tục duy trì cho đến khi sắp xếp thời gian ngừng máy.
15.4 Bảo vệ hư hại Diode
Sự ngắn mạch diode sẽ tạo ra sự nhấp nhô điện áp a.c cho cuộn kích từ. Sự cố có
thể được phát hiện bằng một relay quan sát dòng điện trong cuộn kích từ, tuy nhiên hệ
thống này thì không chứng minh được sự hiệu quả. Relay cần phải có thời gian trễ để
tránh cảnh báo giả. Thời gian trễ này là 5-10 giây.
Cầu chì để ngắt diode khi bị ngắn mạch thì phù hợp. Cầu chì là loại cầu chì chỉ thị,
và một màn hình theo dõi có thể được trang bị để theo dõi tình hình làm việc của diode
trong trục rotor.
Sự cố hở mạch diode thì ít xảy ra. Nếu có thêm diode song song cho mỗi mạch cầu diode,
chỉ có sự va chạm để thu hẹp giá trị lớn nhất liên tục trên mạch kích từ. Nếu chỉ có một
diode trên mỗi mạch cầu, một vài sự nhấp nhô sẽ xuất hiện trên mạch kích từ chính
nhưng cuộn cảm sẽ làm mượt ở cấp độ nào đó và chống lại ảnh hưởng chính là giới hạn
kích từ liên tục tối đa. Sự cài đặt vẫn tiếp tục hoạt động cho đến khi một lệnh ngừng máy
được sắp xếp.


15.5 Sự triệt tiêu từ trường
Cần nhanh chóng triệt tiêu từ trường trong máy phát khi sự cố xảy ra, bởi vì nếu
kích từ duy trì thì sự cố sẽ lan ra và gây hư hại nặng cho máy mặc dù đã cách ly khỏi hệ
thống. Bất cứ sự chậm trễ nào trong việc triệt tiêu từ trường rotor sẽ làm lan rộng sự cố ra
ngoài gây hư hại nặng. Biện pháp thắng rotor thì không khả thi do năng lượng động học

quá lớn.
Từ trường không thể bị triệt tiêu ngay lập tức thì sẽ tạo ra từ thông lớn qua mạch từ. Hậu
quả là làm tăng điện áp cảm ứng qua mạch từ. Đối với những máy phát có kích cỡ vừa
phải để triệt tiêu từ trường dùng máy cắt không khí để cắt mạch kích từ của rotor.
Với những máy phát lớn có công suất định mức trên 5MVA. Thì kết nối thêm một “điện
trở xả từ” mắc song song với cuộn dây rotor. Giá trị điện trở có thể xấp xỉ 5 lần giá trị
điện trở của cuộn dây rotor được kết nối với với máy cắt không khí. Sau khi máy cắt hở
mạch cuộn kích từ thì dòng từ trường sẽ đi qua điện trở xả từ và suy giảm một cách
nhanh chóng. Sử dụng giá trị điện trở cao để giảm thời gian duy trì của từ trường trong
cuộn dây khi xảy ra sự cố.
16. BẢO VỆ MẤT KÍCH TỪ
Mất kích từ xảy ra do nhiều lý do khác nhau. Nếu ban đầu máy phát chỉ hoạt động
20%-30% công suất định mức thì máy phát sẽ hoạt động như là máy phát cảm ứng ở giá
trị độ trượt thấp. Với chế độ làm việc như thế thì nó sẽ tạo ra dòng công suất phản kháng
từ hệ thống đổ vào kích từ của rotor. Với trường hợp này máy phát có thể chạy được vài
phút mà không cần yêu cầu lệnh cắt. Có thời gian để bù lại kích từ, nhưng do dòng công
suất phản kháng duy trì nên sẽ làm giảm điện áp đầu cực của máy phát xuống đến mức
không chấp nhận được. Ở chế độ làm việc với công suất cao, tốc độ rotor xấp xỉ 105%
tốc độ định mức, khi công suất ngõ ra thấp và dùng điện cảm ứng tăng cao đến 2.0pu.
Cần nhanh chống ngắt kết nối để bảo vệ stator từ dòng điện quá mức và bảo vệ rotor khỏi
bị hư hỏng gây ra bởi dòng tần số trượt.
16.1 Bảo vệ chóng mất kích từ
16.1.1 Máy phát nhỏ
Nếu dòng điện từ tính được tính toán, relay sẽ hoạt động khi dưới giá trị đặt trước.