Bài giảng Bảo vệ Rơle & tự động hóa - Chương 6: Bảo vệ máy phát điện

CHƯƠNG 6BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN1I. CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT.Các dạng hư hỏng của máy phát.Tình trạng làm việc không bình thường của máy phát.Những yêu cầu cơ bản về bảo vệ máy phát.21. Caùc daïng hö hoûng cuûa maùy phaùt. Đa số hư hỏng do cách điện của bộ dây quấn stator hay rotor bị già cỗi, nứt vỡ, cháy Ở dây quấn stator: Có thể ngắn mạch pha với pha, hoặc chạm đất 1 pha, hoặc ngắn mạch một số vòng dây trong cùng một pha.31. Caùc daïng hö hoûng cuûa maùy phaùt. Ngắn mạch pha với pha Khi chạm đất 1 pha, dòng điện chạm đất cực đại khi dây quấn bị chọc thủng ở đầu cực sinh ra hiện tượng quá điện áp. Ngắn mạch các vòng dây trong cùng 1 pha41. Caùc daïng hö hoûng cuûa maùy phaùt. Ở dây quấn rotor: Hư hỏng cách điện. Dây quấn rotor chạm đất 1 điểm, 2 điểm.52. TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT.Tình trạng làm việc không bình thường của máy phát là khi dòng qua dây quấn stator, rotor vượt quá định mức, hoặc phụ tải không đối xứng, hoặc có tình trạng quá điện áp. Quá tải.Ngắn mạch ngoài.62. TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT.Khi phụ tải không đối xứng, làm nóng rotor và chấn động cơ học. Đang vận hành mà mất phụ tải đột ngột, nếu bộ điều tốc không tốt sẽ sinh ra tình trạng vượt tốc, và mất phản ứng phần ứng làm điện áp tăng vọt.73. NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN VỀ BẢO VỆ MÁY PHÁT. Tình trạng làm việc không bình thường của máy phát: phải báo hiệu cho vận hành viên biết để xử lý. Để ngăn ngừa hư hỏng bên trong máy phát phát triển rộng ra, bảo vệ cắt máy phát khỏi lưới đồng thời cắt kích thích của máy, gọi là tự động diệt từ8II. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA PHA VÀ PHA TRONG DÂY QUẤN STATOR.Sơ đồ bảo vệ.Chọn dòng khởi động.91. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Sơ đồ so lệch thường dùng bảo vệ ngắn mạch giữa các pha ở dây quấn stator. Các biến dòng có tỷ số biến dòng giống nhau, các biến dòng này được nối dây theo sơ đồ so lệch. Khi ngắn mạch ngoài, thông số dòng điện vào rơ le I=Ikcb, bảo vệ không tác động.101. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Khi ngắn mạch ở dây quấn stator, thông số dòng điện vào rơ le I=I1+I20 làm cho bảo vệ tác động cắt máy phát và tự động diệt từ.111. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Để mở rộng khu bảo vệ, các biến dòng được đặt sát máy ngắt và sát trung tính. Cả hai bộ biến dòng chỉ cần nối đất an toàn ở chung một điểm.121. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Máy phát trung tính không nối đất, chỉ cần so lệch hai pha. Nếu ngắn mạch hai pha nối đất, trong đó một điểm nằm trong vùng bảo vệ máy phát ở pha không có biến dòng, và điểm còn lại nằm trong lưới điện thế máy phát, thì bảo vệ so lệch 2 pha không làm việc131. SƠ ĐỒ BẢO VỆ.141. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Sơ đồ bảo vệ so lệch 3 pha chỉ dùng cho máy phát làm việc hợp bộ với MBA, vì dòng điện điện_dung bé, không có bảo vệ chạm đất riêng.Để giảm ảnh hưởng của dòng điện không cân bằng, tăng cường tính bảo đảm và nhạy, ta nối thêm một điện trở 5 nối tiếp với cuộn dây của rơ le so lệch. 151. SƠ ĐỒ BẢO VỆ. Hiện nay, người ta dùng biến dòng bão hòa trung gian để loại trừ ảnh hưởng của dòng không cân bằng do thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch gây ra.162. CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG. Để tránh bảo vệ làm việc sai khi ngắn mạch ngoài, ta phải có Ikđ>Ikcbmax  Ikđ=Kat.Ikcbmax.Dòng không cân bằng tùy thuộc vào sai số của biến dòng, độ đồng nhất của biến dòng được chọn, ảnh hưởng thành phần không chu kỳ.Ikđ=Kat.Kkck.Kđn.0,1.INngmax172. CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG. Với:Kat=1,3 là hệ số an toàn.Kkck=1~1,3 (nếu có biến dòng bão hòa trung gian)Kkck=2 (nếu dùng điện trở phụ) Kđn=0,5 là hệ số đồng nhất của biến dòng.0,1 là sai số cho phép của biến dòng. 182. CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG.INngmax là thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch qua biến dòng của bảo vệ khi ngắn mạch ở pha trên đầu cực máy phát tại thời điểm t = 0.Thông thường Ikđ tính chọn theo Ikcb nhỏ hơn dòng định mức của máy phát. 192. CHỌN DÒNG KHỞI ĐỘNG. Độ nhạy của bảo vệ được kiểm tra theo dòng ngắn mạch 2 pha trên đầu cực máy phát khi máy phát cắt khỏi lưới, độ nhạy phải bảo đảm Knh2.20Bài tập:Tính toán chọn bảo vệ quá dòng và bảo vệ so lệch cho máy phát điện có Sdm = 60MVA, Udm = 10,5kV, suất điện động trong đơn vị tương đối E* = 1,05, điện trở siêu quá độ dọc trục X”d = 0,15Biết: kat =1,2 ; kmm =1,5; kv =0,98 Dòng không cân bằng của bảo vệ so lệch:Ikcb = 2309,3 A 21Giải:22Dòng điện định mức máy phát:Chọn BI 4000/5 Cấp chính xác 0,5Chọn sơ đồ đấu các biến dòng theo hình sao đủ, có Ksd =1Tính dòng ngắn mạch 3 pha: - Bảo vệ quá dòng cực đại:Dòng khởi động rơle:23Chọn dòng khởi động rơle: IkdR= 8 ADòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng điện cực đại là:Độ nhạy của bảo vệ:Vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu.24Bảo vệ quá dòng cắt nhanh: Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:Chọn dòng khởi động rơle: IkdR= 35 ADòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:25Bảo vệ so lệch: Dòng khởi động của bảo vệ so lệch là:Chọn dòng khởi động rơle: IkdR= 5 ADòng khởi động thực tế của bảo vệ so lệch là:26Độ nhạy của bảo vệ:Vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu.III. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA. Chỉ có máy phát lớn, mỗi pha có hai nhánh song song mới dùng bảo vệ so lệch ngang. 27III. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA. Khi ngắn mạch một số vòng dây, sức điện động ngắn mạch EN sinh ra dòng điện ngắn mạch IN rất lớn, chạy qua các vòng dây hư hỏng.28III. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA. Vì có chêch lệch sức điện động (E1–E2) nên sinh ra dòng điện cân bằng Icb=(E1-E2)/(X1–X2) Với E, X là sức điện động và điện kháng Rơ le có dòng IR=Icb/KI, nếu IR>Ikđ rơ le sẽ tác động.29III. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA. Dòng cân bằng Icb tùy thuộc vào số vòng dây bị ngắn mạch vì vậy bảo vệ có khu chết.Thường chọn tỷ số biến dòng KI=0,25.IđmMF/5, dòng khởi động lớn hơn dòng không cân bằng cực đại khi ngắn mạch ngoài trên đầu cực máy phát, và chọn bằng (20~40)%.IđmMF30III. BẢO VỆ NGẮN MẠCH GIỮA CÁC VÒNG DÂY TRONG CÙNG MỘT PHA. Hiện nay thường dùng sơ đồ 1 rơ le mắc qua biến dòng đặt ở dây nối trung tính. 31IV. BẢO VỆ DÂY QUẤN STATOR CHẠM ĐẤT MỘT ĐIỂM. Nguyên tắc thực hiện bảo vệ. Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chạm đất. Chọn dòng điện khởi động. 321. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ. Ở dây quấn stator, trung tính không nối đất trực tiếp, mà nối đất qua 1 tổng trở, kinh nghiệm vận hành cho: dòng chạm đất IG5A thì bảo vệ tác động cắt máy phát tránh hư hỏng cho máy phát331. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ. Về nguyên tắc có thể dùng bảo vệ so lệch, nhưng thường không đủ độ nhạy, nên dùng bảo vệ thứ_tự_không. Có 2 cách:Dùng 3 biến dòng mắc theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ_tự_không. Vì dòng không cân bằng Ikcb khá lớn nên bảo vệ chỉ tác động khi IG khoảng (15~20)A.341. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ. Dùng 3 biến dòng mắc theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ_tự_không. Vì dòng không cân bằng Ikcb khá lớn nên bảo vệ chỉ tác động khi IG khoảng (15~20)A.Hiện nay thường dùng biến dòng thứ_tự_không có cuộn kích từ phụ: có độ nhạy cao hơn và bảo vệ có thể tác động với IG=(3~5)A.351. NGUYÊN TẮC THỰC HIỆN BẢO VỆ. Khi dây quấn stator chạm đất, dòng thứ_tự_không của lưới sẽ qua biến dòng thứ_tự_không và cảm ứng qua thứ cấp sinh ra dòng vào rơ le IR, nếu dòng qua rơ le lớn hơn dòng khởi động thì bảo vệ sẽ tác động. Dòng thứ_tự_không tỷ lệ với số vòng dây bị chạm đất, nếu chạm đất gần trung tính của máy phát IRIkcbmax.372. BIẾN DÒNG THỨ_TỰ_KHÔNG.38Nếu mạch từ của biến dòng thứ_tự_không có đặt thêm cuộn kích từ bằng dòng xoay chiều thì sức điện động thứ cấp do dòng chạm đất sinh ra sẽ tăng từ 15~20 lần, dòng điện qua rơ le tăng làm độ nhạy tăng.ABCÑeán rô leHình 8: Biến dòng thứ tự có đặt thêm cuộn kích thích xoay chiều.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT..39Máy phát chỉ đặt bảo vệ chạm đất dây quấn stator khi dòng chạm đất IG>5A.+ Rơ le 51MP chỉ dùng bảo vệ chạm đất, để bảo vệ không tác động nhầm do dòng quá độ khi có chạm đất ở ngoài khu bảo vệĐến rơle 50MP, 51MP3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT..40+ Rơ le 51MP chỉnh thời gian (1~2)s.+ Rơ le 51Ng của bảo vệ ngắn mạch ngoài tác động khi có ngắn mạch ngoài để nâng cao độ nhạy.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT..41+ Khi ngắn mạch 2 pha nối đất, trong đóù có một điểm trong khu vực bảo vệ, dòng điện ngắn mạch rất lớn, rơ le 51MP có thể tác động nhưng bị rơ le 51Ng khóa cắt mạch điều khiển, nên bảo vệ sẽ cắt bởi rơ le 50MP. Ta chỉ dùng rơ le 50MP để bảo vệ ngắn mạch 2 pha nối đất khi bảo vệ so lệch dọc của máy phát chỉ đặt biến dòng trên 2 pha.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA BẢO VỆ CHẠM ĐẤT..42.NOT.51Ng.AND.51MP50MP.OR.52TDT741742Hình 10: .V. BẢO VỆ NGẮN MẠCH NGỒI VÀ BẢO VỆ QUÁ TẢIBảo vệ chống ngắn mạch ngồiBảo vệ quá tải431. Bảo vệ chống ngắn mạch ngồiBảo vệ máy phát chống ngắn mạch ngoài dùng để cắt máy phát khi có hư hỏng trên thanh góp máy phát, hoặc các phần tử nối trực tiếp với thanh góp (đường dây, máy biến áp, ...).441. Bảo vệ chống ngắn mạch ngồiNgày nay, người ta dùng sơ đồ bảo vệ quá dòng với bộ khởi động kém điện áp để phân biệt dòng quá tải hay dòng ngắn mạch. 451. Bảo vệ chống ngắn mạch ngồiKhi máy phát mất kích từ điện áp thanh góp giảm còn 70% điện áp làm việc định mức. Trong điều kiện này nếu muốn để máy phát tiếp tục làm vjệc thì chọn: Ukđ = (0,50,6)UlvđmĐộ nhạy của bảo vệ: KnhI­ = INmin / Ikđ. KnhU = Ukđ / UNmax.461. Bảo vệ chống ngắn mạch ngồiNếu có dùng bộ khởi động kém áp, thì dòng khởi động của bảo vệ là: Ikđ = IđmMFKat/KV (Kat = 1,11,2) Ukd = Ulvmin­­KatKV (Kat = 0,9; Ulvmin = 0,95Ulvđm).472. Bảo vệ quá tảiThường quá tải có tính đối xứng nên bảo vệ quá tải dùng 1 rơle dòng điện đặt trên 1 pha và dùng chung biến dòng với bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài. Dòng khởi động: Ikđ = IđmMFKat/KV. Để nâng cao độ nhạy ta chọn Kat­ = 1,05; KV = 0,85 Ikđ = 1,22IđmMF. Thời gian làm việc chọn t = 9s48VI. BẢO VỆ DÂY QUẤN KÍCH TỪBảo vệ dây quấn kích từ máy phát chống chạm đất 2 điểm dựa trên nguyên lý cầu điện.49VI. BẢO VỆ DÂY QUẤN KÍCH TỪKhi dây quấn kích từ cịn tốt, cầu cân bằng, vơn kế chỉ 0Nếu chạm đất ở N1, cầu mất cân bằng vơn kế chỉ  0.Để chuẩn bị bảo vệ chạm đất lần 2, ta điều chỉnh cho cầu cân bằng: vơn kế chỉ 0, rơle cĩ IR = 0.50VI. BẢO VỆ DÂY QUẤN KÍCH TỪNếu lại cĩ chạm đất, cầu mất cân bằng IR >0, nếu IR > Ikd: bảo vệ tác động. Trong trường hợp ngắn mạch lần 2 gần N1 cĩ thể IR <Ikđ : bảo vệ cĩ vùng chết.51