Sản phẩm bảo vệ chênh lệch máy biến áp và các sản phẩm bảo vệ chênh lệch khác | CANWIN

Ngoài ra, còn có một số điều kiện hoạt động bất thường của máy biến áp, chủ yếu bao gồm mức dầu thấp, nhiệt độ hoặc áp suất dầu cao, điện áp điểm trung tính của máy biến áp cao, quá tải, quá dòng, quá kích thích, v.v.

Để giám sát các lỗi khác nhau hoặc điều kiện hoạt động bất thường, chúng tôi đã thiết lập các hệ thống bảo vệ khác nhau, được chia thành bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng, trong đó bảo vệ chính có đặc điểm tác động nhanh.

Phần 2: Bảo vệ vi sai

Bảo vệ chênh lệch dọc là một trong những biện pháp bảo vệ chính của máy biến áp, và biện pháp bảo vệ này hoạt động tức thời để ngắt các công tắc ở mỗi bên. Vùng bảo vệ là phần nằm giữa các biến dòng ở mỗi bên của hệ thống bảo vệ chênh lệch, bao gồm thân máy biến áp và các đường dây dẫn ra giữa biến dòng và máy biến áp. Năm 2017, bộ chống sét ở phía 35kV của máy biến áp chính số 2 thuộc trạm biến áp 220kV bị phóng điện hồ quang pha AB, và khung bộ chống sét bị vỡ do phóng điện; vì bộ chống sét 35kV nằm giữa máy biến áp từ biến và máy biến áp chính ở phía hạ áp của máy biến áp chính, nên nó nằm trong phạm vi bảo vệ chênh lệch dọc. Cả hai hệ thống bảo vệ máy biến áp chính đều hoạt động chính xác và sự cố đã được cách ly.

01

Nguyên lý cơ bản của bảo vệ vi sai

Hệ thống bảo vệ chênh lệch dọc trục máy biến áp hiện có sử dụng thiết bị bảo vệ vi tính, dòng điện của mỗi pha được đưa vào thiết bị bảo vệ riêng biệt, và việc bảo vệ chênh lệch dọc trục được thực hiện bằng thuật toán phần mềm. Chúng ta sẽ lấy một pha làm ví dụ để minh họa nguyên lý cơ bản của bảo vệ chênh lệch dọc trục.

Dòng điện chênh lệch mà thiết bị bảo vệ "cảm nhận" là tổng vectơ của dòng điện thứ cấp của hai cuộn dây. Như thể hiện trong Hình 1, khi hệ thống hoạt động bình thường hoặc bị ngắn mạch bên ngoài, dòng điện thứ cấp của hai cuộn dây có cùng độ lớn và ngược cực, và dòng điện chênh lệch bằng 0, và thiết bị bảo vệ không hoạt động tại thời điểm này. Như thể hiện trong Hình 2, khi xảy ra sự cố chạm đất trong phạm vi bảo vệ, dòng điện thứ cấp có cùng độ lớn và cùng cực, và dòng điện chênh lệch là tổng của các dòng điện thứ cấp. Khi đạt đến giá trị khởi động chênh lệch, thiết bị bảo vệ sẽ hoạt động.

Trên cơ sở phương pháp kết nối cuộn dây thứ cấp dựa trên đặc tính lưu biến nêu trên, mạch bảo vệ chênh lệch dọc bổ sung thêm điều chỉnh pha, loại bỏ dòng điện thứ tự không và chuyển đổi biên độ cho các vectơ dòng điện ở các phía khác nhau để tạo thành phương pháp tính toán dòng điện chênh lệch, sau đó đưa vào đường cong đặc tính hãm tỷ lệ. Từ đó hình thành logic cơ bản của mạch bảo vệ.

Lấy ví dụ hệ thống dây điện YN-d11, sơ đồ đấu dây và sơ đồ vectơ dòng điện được thể hiện trong Hình 3. Có thể thấy rằng do có sự chênh lệch góc 30° giữa vectơ phía cao áp và phía thấp áp, tổng vectơ của hai dòng điện không bằng 0 trong quá trình hoạt động bình thường, và cần phải thực hiện chuyển pha trước. Sau khi chuyển pha, phía cao áp và phía thấp áp của cùng một pha sẽ có cùng pha.

Có hai phương pháp chuyển đổi pha, một phương pháp dựa trên phía Y, sao cho pha dòng điện phía D trùng với pha dòng điện phía Y, được gọi là "mạch sao góc", loại mạch bảo vệ mạch sao góc phổ biến nhất là Narui Jibao RCS-978, v.v., công thức chuyển đổi là:

Phương pháp còn lại dựa trên cạnh d, sao cho pha hiện tại của phía Y trùng với pha của phía d, được gọi là "góc quay sao". Hầu hết các thiết bị bảo vệ hiện có đều sử dụng phương pháp góc quay sao, và công thức chuyển đổi là:

Mục đích của việc loại bỏ dòng điện thứ tự không là để ngăn ngừa sự vận hành sai của bảo vệ chênh lệch dọc. Đối với hệ thống dây dẫn YN-d, khi xảy ra sự cố chạm đất bên ngoài phía cao áp, dòng điện thứ tự không sẽ chảy ở phía cao áp Y, nhưng không có dòng điện thứ tự không ở phía hạ áp d, và dòng điện thứ tự không ở cả hai phía không thể cân bằng, do đó bảo vệ chênh lệch sẽ hoạt động sai. Trong chế độ chuyển đổi "góc quay sao", sự khác biệt giữa hai dòng điện sau khi dịch pha ở phía Y đã lọc bỏ dòng điện thứ tự không, do đó không cần thực hiện biện pháp nào. Trong chế độ chuyển đổi "góc sang sao", việc bù dòng điện thứ tự không được thực hiện trên vectơ dòng điện phía Y, và công thức bù là:

Do sự khác biệt về tỷ số biến đổi của máy biến áp và tỷ số biến đổi từ tính của mỗi bên, biên độ dòng điện chênh lệch thứ cấp ở mỗi bên của máy biến áp không thể giống nhau trong quá trình hoạt động bình thường hoặc khi có sự cố bên ngoài. Lúc này, cần phải thực hiện chuyển đổi biên độ, lấy giá trị dòng điện ở một bên làm tham chiếu, tính toán hệ số cân bằng ở phía bên kia dựa trên điện áp ở cả hai phía và tỷ số từ tính, rồi nhân dòng điện ở phía bên kia với hệ số cân bằng, sao cho tính toán bên trong của dòng điện chênh lệch trong thiết bị bằng 0.

Để nâng cao hơn nữa độ nhạy hoạt động trong trường hợp lỗi bên trong và tránh một cách đáng tin cậy dòng điện không cân bằng do lỗi bên ngoài, hệ thống bảo vệ vi sai dọc sử dụng phần tử vi sai với đường cong đặc tính phanh tỷ lệ. Trục tung của đường cong phanh tỷ lệ là dòng điện vi sai, trục hoành là dòng điện phanh, phần trên của đường cong là vùng hoạt động và phần dưới là vùng phanh. Các đường cong đặc tính hiện có chủ yếu được chia thành hai loại: loại đường gấp khúc hai đoạn và loại đường gấp khúc ba đoạn.

Đường cong tỷ lệ phanh gấp hai đoạn được thể hiện ở hình bên trái của Hình 4. Đường cong có thể là loại ABC đi qua gốc tọa độ, hoặc loại ABD không đi qua gốc tọa độ. Hầu hết các thiết bị đều thuộc loại ABC.

Đường cong tỷ lệ phanh gãy khúc ba đoạn được thể hiện ở hình bên phải của Hình 4, có thể được chia thành hai loại, một là đường thẳng nằm ngang cho đoạn AB, và loại kia là đường xiên cho đoạn AB. Các thiết bị có đường thẳng nằm ngang ở đoạn AB bao gồm Guodian Nanzi PST-1200U, ABB RET-316, Xuji WBH-801 và SEL-387, và các thiết bị có đường xiên ở đoạn AB bao gồm Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 và South Swiss RCS-978.

02

Cách kiểm tra bảo vệ vi sai

Việc kiểm tra bảo vệ chênh lệch dọc được thực hiện theo đường cong đặc tính phanh tỷ lệ, phần bảo vệ phía trên đường cong hoạt động, và phần bảo vệ phía dưới đường cong không hoạt động:

1) Chọn một điểm. Chọn 3-5 điểm để kiểm tra bảo vệ chênh lệch dọc, điểm đầu tiên được chọn trên trục tung của Hình 4 để kiểm tra dòng điện hoạt động tối thiểu Iop.min; điểm thứ hai và thứ ba được chọn tại điểm uốn để kiểm tra dòng điện tại điểm uốn Ires; ngoài ra, chọn một điểm trên mỗi sườn dốc để kiểm tra độ dốc.

2) Tính toán giá trị. Tính toán dòng điện khởi động, hệ số cân bằng và độ cân bằng của mỗi phía của máy biến áp; sau đó tính toán biên độ dòng điện và góc pha của mỗi phía tại mỗi điểm kiểm tra theo đường cong tỷ lệ hãm của thiết bị.

3) Kiểm tra đường cong. Áp dụng phương pháp biến đổi cố định để giữ cố định một dòng điện tại điểm kiểm tra và thay đổi cường độ của dòng điện khác, sao cho điểm kiểm tra di chuyển lên xuống trong vùng hoạt động và vùng hãm để xác minh xem thiết bị bảo vệ có hoạt động chính xác hay không.

03

Các thành phần phụ trợ cho bảo vệ vi sai

Để tăng độ tin cậy của hệ thống bảo vệ chênh lệch, mạch logic bảo vệ cũng bao gồm các thành phần như khởi động, ngắt nhanh và khóa:

1) Phần tử khởi tạo: Biến khởi tạo bao gồm giá trị cực đại của dòng điện chênh lệch ba pha, lượng biến thiên dòng điện, v.v. Khi biến khởi tạo lớn hơn bất kỳ giá trị khởi tạo nào, thiết bị bảo vệ sẽ mở mạch bảo vệ chênh lệch.

2) Phần tử ngắt nhanh vi sai: Ở mức dòng ngắn mạch cao, do hiện tượng bão hòa của biến dòng, sóng hài bậc hai tạo ra mômen hãm rất lớn và phần tử vi sai không thể hoạt động. Để tránh tình trạng bảo vệ không hoạt động, một phần tử tác động nhanh vi sai được lắp đặt trong thiết bị. Khi dòng ngắn mạch đạt đến 4~10 lần dòng định mức, phần tử tác động nhanh sẽ nhanh chóng di chuyển đến đầu ra. Ngoài ra, để ngăn ngừa hoạt động sai của hệ thống bảo vệ do sự không nhất quán về đặc tính quá độ của các biến dòng ở mỗi bên khi có dòng ngắn mạch lớn, các đặc tính liên quan của các biến dòng ở mỗi bên của hệ thống bảo vệ vi sai của thiết bị chính bao gồm máy biến áp phải nhất quán (Mục 15.1.10, Biện pháp đối phó thứ mười tám). Phía cao áp của máy biến áp chính số 2 của trạm biến áp được nối với dây dẫn thứ hai của hệ thống dây 2/3, và dây dẫn này được nối với một đường dây liên kết khác; Năm 2017, một sự cố chạm đất một pha xảy ra trên pha B của công tắc trong chuỗi, và hai bộ bảo vệ chênh lệch cho thân máy biến áp chính. Phần tử ngắt nhanh hoạt động để ngắt các công tắc ở mỗi phía của máy biến áp chính; bảo vệ chênh lệch dòng điện pha tách rời ở cả hai phía của đường dây liên kết sẽ ngắt pha B của công tắc phía tương ứng, và sau đó quá trình đóng lại một pha thành công.

3) Phần tử chặn dòng xung kích thích: Khi máy biến áp thả nổi và mạch ngắn bên ngoài khu vực máy biến áp bị ngắt, một dòng xung kích thích rất lớn sẽ được tạo ra. Để ngăn chặn dòng điện chênh lệch do dòng xung kích thích gây ra làm trục trặc thiết bị, một phần tử chặn dòng xung được thiết lập cho bảo vệ chênh lệch dọc, sử dụng biến dạng dạng sóng (dạng sóng dòng điện chênh lệch không liên tục hoặc không đối xứng), nhận dạng thành phần hài (hàm lượng hài bậc hai hoặc bậc ba), nhận dạng mờ dòng xung kích thích. Tuy nhiên, khi máy biến áp thực sự được thả nổi, đặc biệt là lần thả nổi đầu tiên, bảo vệ chênh lệch vẫn sẽ hoạt động không bình thường do việc khử từ thân máy chính không đủ, và hàm lượng hài của dòng điện chênh lệch thả nổi có thể thấp hơn ngưỡng chặn thành phần hài. Để loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của từ dư đến quá trình nạp không tải của máy biến áp, chúng ta có thể thực hiện các biện pháp khử từ và tiến hành nạp không tải khác, hoặc tạm thời hạ thấp ngưỡng chặn hài bậc hai để đảm bảo hoạt động bình thường của máy biến áp chính.

4) Phần tử ngắt mạch CT: Khi pha thứ cấp của CT bị ngắt, dòng điện chênh lệch là dòng điện tải của pha bị ngắt, và hệ thống bảo vệ có thể bị trục trặc. Lúc này, dòng điện thứ tự không, sự thay đổi dòng điện pha, sự sụt giảm đột ngột bất thường của điện áp pha, v.v. có thể được sử dụng để phán đoán việc ngắt mạch CT.

5) Phần tử chặn bão hòa CT: Khi xảy ra sự cố bên ngoài, hiện tượng bão hòa CT sẽ gây ra sự cố bảo vệ vi sai, do đó thiết bị bảo vệ được trang bị phần tử phát hiện chặn bão hòa CT. Khi CT bị bão hòa, dòng điện vi sai sẽ xuất hiện sau khi CT bị bão hòa trong một khoảng thời gian, vì vậy thiết bị sử dụng sự nhất quán về thời gian của dòng điện hãm và dòng điện vi sai để đánh giá xem CT có bị bão hòa hay không. Ngoài ra, để giảm thiểu tác động của hiện tượng bão hòa CT đến bảo vệ vi sai dọc của máy biến áp, cần sử dụng máy biến dòng có hệ số giới hạn chính xác (ALF) và điện áp điểm uốn định mức cao hơn (biện pháp khắc phục mục 18, 15.1.12).

Phần 3: Giới thiệu về các loại bảo vệ vi sai khác

1.

bảo vệ vi sai tách rời hai bên

Bảo vệ vi sai phân tách phía là một loại bảo vệ vi sai lấy cuộn dây phía Y của máy biến áp làm đối tượng được bảo vệ, và được cấu tạo từ các biến dòng (CT) đầu tiên và cuối cùng của các cuộn dây ở mỗi phía theo pha. Lấy pha tự ghép A trong Hình 5 làm ví dụ, hệ thống bảo vệ được cấu tạo bởi TA1A, TA2a' và TA3A. Theo định luật dòng điện Kirchhoff, không có mối quan hệ ghép nối điện từ giữa các dòng điện ở hai đầu, do đó hệ thống bảo vệ không cần các phần tử chặn dòng khởi động, phần tử tác động nhanh vi sai và phần tử chặn quá kích thích. Ngoài ra, giá trị cố định của dòng điện hoạt động của bảo vệ vi sai phân tách phía thấp hơn và độ nhạy cao hơn so với bảo vệ vi sai dọc. Tuy nhiên, nhược điểm của loại bảo vệ này là không thể bảo vệ ngắn mạch giữa các vòng dây.

2.

bảo vệ chênh lệch pha tách rời

Bảo vệ vi sai tách pha là một loại bảo vệ vi sai coi mỗi cuộn dây pha của máy biến áp là đối tượng được bảo vệ, và bao gồm các biến dòng (CT) ở mỗi phía của mỗi cuộn dây pha (ví dụ). Loại bảo vệ này có thể phản ánh tất cả các sự cố của một pha nhất định của máy biến áp ngoại trừ các đầu dây phía hạ áp, nhưng cần có phần tử chặn dòng khởi động.

3.

Bảo vệ chênh lệch điện áp giữa các cell ở phía điện áp thấp

Do mạch bảo vệ chênh lệch tách pha không có phạm vi bảo vệ cho dây dẫn ở phía điện áp thấp, nên mạch bảo vệ chênh lệch cụm được bổ sung cho mạch bảo vệ chênh lệch tách pha. Mạch bảo vệ chênh lệch phía điện áp thấp bao gồm biến dòng (CT) bên trong cuộn dây hai pha hình tam giác ở phía điện áp thấp và biến dòng phản ánh dòng điện chênh lệch của cuộn dây hai pha. Mạch này có chức năng chặn dòng khởi động, nhưng không phản ứng với các lỗi giữa các vòng dây.

4.

bảo vệ chênh lệch trình tự không

Hệ thống bảo vệ chênh lệch thứ tự không bao gồm các biến dòng thứ tự không ở phía điểm trung tính của máy biến áp và các mạch thứ tự không của biến dòng ở phía sao của máy biến áp. Hình 6 và 7 lần lượt là các vòng dòng điện khi xảy ra sự cố chạm đất bên ngoài vùng và bên trong vùng. Tương tự, dòng điện thứ cấp của hệ thống bảo vệ này không có mối quan hệ ghép nối điện từ, do đó thiết bị bảo vệ không cần phần tử chặn dòng điện khởi động hoặc phần tử chặn quá kích; đồng thời, nó nhạy hơn với sự cố chạm đất của cuộn dây máy biến áp. Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ chênh lệch thứ tự không chỉ có thể phản ánh sự cố chạm đất bên trong phía cao áp và trung áp, và không thể bảo vệ ngắn mạch giữa các vòng dây.