Tải bản đầy đủ
Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ

Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ

Tải bản đầy đủ

10

Bảo vệ so lệch là phương pháp hiệu quả nhất dùng để bảo vệ cho các cuộn
dây quấn stator của máy phát điện xoay chiều đồng bộ chống lại các sự cố chạm
pha với pha và pha với đất. Trong hệ thống bảo vệ so lệch, ở mỗi pha có một mạch
điện dùng để so sánh dòng điện đi vào và dòng điện đi ra khỏi thiết bị bảo vệ. Bất
kì một sự khác nhau nào của các dòng điện này với một lượng đủ lớn để làm cho rơ
le hoạt động, khi đó sự cố sẽ bị loại bỏ. (hình 1-1). là sơ đồ đơn giản của hệ thống
bảo vệ so lệch một pha.

Hình 1-1. Sơ đồ hệ thống bảo vệ so lệch một pha
Các dòng điện đi vào và đi ra khỏi thiết bị bảo vệ ( I p in và I p out ) được cảm
ứng qua hai máy biến dòng giống nhau. Khi không có sự cố trong thiết bị được bảo
vệ các dòng sơ cấp I p in và I p out bằng nhau và các dòng điện phía thứ cấp các máy
biến dòng cũng bằng nhau I S in = I S out do các máy biến dòng giống hệt nhau. Khi
các máy biến dòng được kết nối như hình 1 – 1 không có dòng điện chạy trong
cuộn dây của rơ le ( I R = 0 ). Khi có sự cố xảy ra ở thiết bị được bảo vệ, các dòng
I p in và I p out không bằng nhau nữa dẫn tới các dòng thứ cấp I S in và I S out cũng
không bằng nhau. Dòng điện được tạo ra do sự sai lệch của các dòng I p in và I p out
sẽ chạy trong cuộn dây của rơ le. Nếu dòng này đủ lớn làm rơ le tác động thì sự cố
sẽ bị loại bỏ.

11

(Hình 1-2). Miêu tả sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ so lệch dùng để
bảo vệ cho một máy phát đồng bộ ba pha. Nó giống như mạch điện trong hình MĐ
36-01-01 nhưng được đấu ở cả ba pha cuộn dây và ở phía thứ cấp của các máy biến
dòng nối chung lại và nối với dây trung tính. Chú ý dây trung tính của máy phát
được nối đất qua một điện trở để hạn chế độ lớn giá trị dòng điện chạm đất. Hệ
thống trong (hình 1-2) bảo vệ các cuộn dây quấn stator chống sự cố chạm đất cũng
như sự cố chạm pha – pha.

Hình 1-2. Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Trong thực tế, dòng điện I R trong cuộn dây của các rơ le bảo vệ của một hệ
thống bảo vệ so lệch không hãm không bằng 0 trong điều kiện không có sự cố. Do
các máy biến dòng luôn có những sai số nhất định nên các dòng thứ cấp I S in và
I S out không hoàn toàn bằng nhau. Do đó luôn có một giá trị dòng chạy trong cuộn
dây của rơ le và dòng đó được gọi là dòng không cân bằng I KCB = I S in − I S out và
dòng này thường rất nhỏ (khi mạch không có sự cố) nhỏ hơn so với giá trị đặt trên
các rơ le nên rơ le không tác động. Tuy nhiên khi tải áp đặt vào các thiết bị được
bảo vệ tăng lên đáng kể hoặc có sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch chạy qua
thiết bị được bảo vệ, dòng điện này có thể tăng lên đáng kể. Để tránh cho hệ thống
bảo vệ tác động trong trường hợp này thì giá trị đặt của rơ le phải được chỉnh định
tăng lên, do đó độ nhạy của bảo vệ bị giảm đáng kể. Để khắc phục được vấn đề

12

này, các rơ le bảo vệ được mắc thêm cuộn hãm. Các dòng này có tác dụng ngăn
chặn tác động ngắt của rơ le bảo vệ khi có sự tăng của dòng không cân bằng do sự
tăng mạnh của dòng điện chạy qua thiết bị được bảo vệ. Kết quả, giá trị đặt trên các
rơ le được giảm xuống và độ nhạy của bảo vệ được tăng lên.
(Hình 1-3) Miêu tả sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ so lệch dùng rơ le có
cuộn hãm để bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ. Nó được xem như bảo vệ
so lệch có hãm.

Hình 1-3. Bảo vệ so lệch có hãm cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
‫ ٭‬Tóm tắt bài thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation
và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-04 và MĐ 36-01-05.
Trong mạch này máy phát đồng bộ được bảo vệ bằng hệ thống bảo vệ so lệch
không hãm, cung cấp tới một tải cân bằng ba pha. Hệ thống bảo vệ bao gồm các
máy biến dòng đặt tại hai đầu của cuộn dây quấn stator của máy phát, một điện trở
nối đất và một rơ le quá dòng. Khi dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra của một
cuộn dây khác nhau một lượng đủ lớn rơ le quá dòng sẽ tác động . Nó tạo ra dòng
điện chạy trong cuộn của rơ le phụ và làm cho công tắc tơ CR1 và CR2 mở, kéo

13

theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích từ của máy phát để
dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ.
Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ. Khi
máy phát cung cấp công suất tới tải tạo ra sự cố chạm đất đãn tới thay đổi độ lớn
của dòng so lệch bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R4. Điều này sẽ mô phỏng
được các sự cố cuộn dây chạm đất xảy ra tại các vị trí khác nhau của các cuộn dây
quấn stator. Chúng ta có thể quan sát hoạt động của rơ le quá dòng.
Trong phần thứ ba của bài thực hành, đóng công tắc tơ CR3 để bảo vệ không
hoạt động. Hãy lần lượt tạo ra các sự cố pha chạm đất và pha chạm pha để quan sát
sự hoạt động của hệ thống bảo vệ.
1.3.Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC
Volmetter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây
đai, dây cáp.
1.4.Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha
và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off)
sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Đặt trên Universal Fault Module như sau:
TD1 thời gian trì hoãn……………………………………….~1 s
SST1 thời gian tạm nghỉ……………………………………..~3 s
SST2 thời gian tạm nghỉ……………………………………~10 s
3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC
Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometer.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.
Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví
trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng.

14

4. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometer
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ
5. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation
tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Kết nối các thiết bị như (hình 1-4 và 1-5).

15

Hình 1-4. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

Hình 1-5. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station.
6. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……………………………. Primer Mover
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 và S2………………………………….O (open)
Trên AC/DC Current Sensitive Relay
Công tắc INPUT……………………………………..…...AC
Công tắc MODE…………………………OVER CURRENT
Trên Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT…………………………….vị trí nhả
Công tắc FAULT DURATION…………………….0,05 – 5s

16

Các biến dòng phải được nối như trong (hình1-4), sau đó đặt tất cả các công
tắc của các máy biến dòng từ CT1 đến CT6 trên Current Transformers ở vị trí 0
(off).
7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện và sai số của AC/DC Current Sensitive
Relay lần lượt là 1A và 5%.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở
công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ không hãm và
cho phép rơ le AC/DC Current Sensitive Relay hoạt động để quan sát.
8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để Primer
Mover quay ở tốc độ xấp xỉ với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều
đồng bộ.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp dây của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức.
Dòng điện trên dây ( được chỉ bởi I1) phải xấp xỉ với giá trị của dòng đầy tải
định mức của máy phát điện đồng bộ.
9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây stator. Cùng lúc đó
quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính ( được chỉ bởi I2), dòng so lệch
chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ ( được chỉ bởi I3) và tín hiệu tác động (đèn
LED đỏ) trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Chỉnh giá trị điện trở R4 = 4400Ω ( sử dụng Resistor Load 2 ).
11. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây trung tính của cuộn dây stator. Cùng lúc
đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn
dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra, giải thích ngắn ngọn tại sao
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bảo vệ chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố chạm pha – pha

17

12. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 trên Protective Relaying Control Station, nhấn nút reset
của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc tơ S3 tới vị trí 1 để đóng công
tắc tơ CR3 làm cho hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hoạt động.
13. Chỉnh lại điện trở R4 như giá trị cho trong hình MĐ 36-01-04.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator và núm
điều chỉnh điện áp của Power Supply để điện áp dây và tốc độ của máy phát bằng
giá trị định mức.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan
sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của
rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không?
14. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm.
Sử dụng một đường dẫn để tạo ngắn mạch tạm thời CR2. Điều đó làm cho
mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ luôn được kích từ.
15. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan
sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của
rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply.
Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không? Tại
sao?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------16. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.

18

Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm.
Tháo rời đường dẫn ngắn mạch CR2.
17. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm pha – pha. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính,
dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC
Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sự cố có được loại bỏ bởi hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hay không?
Hệ thống bảo vệ so lệch không hãm có bảo vệ được máy phát điện chống lại
các sự cố dây pha chạm đất cũng như sự cố chạm pha – pha hay không?
18. Trên Power Supply tắt nguồn 24V AC.
Tắt nguồn của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các cáp và dây nối.
1.5.Kết luận
Trong bài thí nghiệm này ta nhận thấy rằng hệ thống bảo vệ so lệch rất hiệu
quả khi dùng để bảo vệ cuộn dây quấn của stator của máy phát đồng bộ chống lại
các sự cố chạm pha – pha và chạm pha với đất. Ta thấy rằng hệ thống bảo vệ so
lệch không hãm có thể thực hiện được với một rơ le quá dòng. Tuy nhiên loại bảo
vệ này thường không đủ độ nhạy. Bảo vệ so lệch có hãm sẽ cung cấp độ nhạy tốt
hơn vì nó sử dụng các rơ le có cuộn hãm. Các cuộn này ngăn tác động ngắt của rơ
le bảo vệ khi có dòng điện khá lớn chạy qua thiết bị bảo vệ.
2. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ công suất ngược cho máy
phát xoay chiều đồng bộ.
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
2.1. Mục đích của thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên làm quen được hệ thống bảo
vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
2.1.Tóm tắt lý thuyết

19

Máy phát đồng bộ là một phần của hệ thống điện ba pha gồm nhiều máy phát
nối song song, nó được hòa đồng bộ với hệ thống ngay cả khi động cơ sơ cấp bị sự
cố. Khi đó công suất tác dụng chạy theo chiều ngược lại từ hệ thống vào máy phát,
lúc này máy phát vận hành như một động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống.
Máy phát nhận công suất cho động cơ sơ cấp hoạt động. Sự nguy hiểm của chế độ
này đối với các máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén
lượng hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép.
Đối với các máy phát điêzen 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 điện. Yêu cầu rơ le hướng công suất phải có độ nhạy cao để
phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé để đảm bảo an toàn cho
động cơ sơ cấp. Hệ thống này ngăn chặn hư hại cho động cơ sơ cấp khi chiều công
suất tác dụng đảo ngược gây hư hỏng động cơ sơ cấp.

Hình 1-6. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
(Hình 1-6). là sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ công suất ngược cho
máy phát. Trong sơ đồ này, dòng điện của một pha và điện áp pha đo được đi qua
một biến dòng và một biến điện áp để giảm giá trị dòng và áp đưa vào rơ le. Dòng
điện và điện áp được dùng để xác định độ lớn và chiều của công suất trên một pha
của hệ thống. Tác động của bảo vệ có hướng phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng điện
và hướng của công suất chạy qua bảo vệ. Khi công suất tác dụng ngược đủ lớn, rơ
le sẽ tác động và loại bỏ máy phát ra khỏi hệ thống điện.