Cách bảo vệ máy biến áp. Bảo vệ máy biến áp đúng cách có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng của nó.

Máy biến áp là thiết bị tĩnh hoạt động liên tục, vận hành đáng tin cậy hơn, ít khả năng hỏng hóc hơn. Tuy nhiên, do phần lớn máy biến áp được lắp đặt ngoài trời và chịu ảnh hưởng của tải trong quá trình vận hành cũng như ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện, nên các sự cố và điều kiện bất thường khác nhau là không thể tránh khỏi trong quá trình vận hành.

1. Các lỗi và sự cố thường gặp của máy biến áp

Các sự cố của máy biến áp có thể được chia thành sự cố bên trong và sự cố bên ngoài.

Lỗi bên trong đề cập đến các lỗi xảy ra bên trong vỏ máy, chẳng hạn như lỗi ngắn mạch giữa các pha của cuộn dây, lỗi ngắn mạch giữa các vòng dây của cuộn dây một pha, lỗi ngắn mạch giữa cuộn dây và lõi sắt, và lỗi đứt cuộn dây, v.v.

Sự cố bên ngoài đề cập đến các sự cố ngắn mạch pha khác nhau giữa các đường dây dẫn bên ngoài của máy biến áp và các sự cố chạm đất một pha xảy ra khi sứ cách điện của đường dây dẫn bị phóng điện qua vỏ máy.

Hỏng máy biến áp gây ra thiệt hại rất lớn. Đặc biệt khi xảy ra sự cố bên trong, hồ quang nhiệt độ cao do dòng điện ngắn mạch tạo ra không chỉ làm cháy lớp cách điện và lõi sắt của cuộn dây máy biến áp mà còn làm cho dầu máy biến áp bị phân hủy và sinh ra nhiều khí, dẫn đến biến dạng vỏ máy biến áp và thậm chí là nổ. Do đó, khi máy biến áp bị hỏng, cần phải tháo dỡ nó.

Các sự cố bất thường của máy biến áp chủ yếu là do quá tải, giảm mức dầu, ngắn mạch bên ngoài do quá dòng, nhiệt độ dầu máy biến áp đang hoạt động quá cao, nhiệt độ cuộn dây quá cao, áp suất máy biến áp quá cao và hỏng hệ thống làm mát. Khi máy biến áp hoạt động bất thường, cần phát ra tín hiệu báo động.

Hai, cấu hình bảo vệ máy biến áp

Các biện pháp bảo vệ chính đối với sự cố ngắn mạch: bảo vệ chênh lệch dọc, bảo vệ khí nặng, v.v.

Bảo vệ dự phòng sự cố ngắn mạch: chủ yếu là bảo vệ quá dòng khóa điện áp phức hợp, bảo vệ quá dòng thứ tự không (hướng), bảo vệ trở kháng thấp, v.v.

Bảo vệ khi vận hành bất thường: chủ yếu là bảo vệ quá tải, bảo vệ quá kích, bảo vệ khí nhẹ, bảo vệ khe hở trung tính, bảo vệ mức dầu nhiệt độ và bảo vệ lỗi hệ thống làm mát.

Ba, bảo vệ không dùng điện

Hệ thống bảo vệ máy biến áp bao gồm các đại lượng không phải điện như dầu, khí, nhiệt độ, v.v. được gọi là bảo vệ không phải điện. Chủ yếu có bảo vệ khí, bảo vệ áp suất, bảo vệ nhiệt độ, bảo vệ mức dầu và bảo vệ dừng máy làm mát. Hệ thống bảo vệ không phải điện hoạt động theo yêu cầu của hệ thống để ngắt mạch hoặc gửi tín hiệu.

1. Bảo vệ khỏi khí gas

Khi xảy ra sự cố bên trong máy biến áp, do tác động của dòng điện ngắn mạch và hồ quang điểm ngắn mạch, bên trong máy biến áp sẽ sinh ra rất nhiều khí, đồng thời tốc độ dòng chảy của dầu máy biến áp cũng tăng lên. Việc sử dụng dòng chảy của khí và dầu để thực hiện chức năng bảo vệ được gọi là bảo vệ bằng khí.

(1) Bảo vệ bằng khí nhẹ: khi xảy ra lỗi nhỏ hoặc bất thường bên trong máy biến áp, hiện tượng quá nhiệt cục bộ tại điểm lỗi gây ra sự giãn nở một phần của dầu, và khí trong dầu tạo thành bọt khí đi vào rơ le khí. Cơ chế bảo vệ bằng khí nhẹ gửi tín hiệu khí nhẹ.

(2) Bảo vệ khí nặng: khi xảy ra sự cố nghiêm trọng trong thùng máy biến áp, dòng điện sự cố lớn và hồ quang làm cho dầu máy biến áp bị phân hủy với số lượng lớn, dẫn đến lượng khí và dầu chảy ra lớn. Tấm chắn va đập khiến khí nặng đi theo tác động bảo vệ, phát ra tín hiệu khí nặng và ngắt mạch, và máy biến áp bị ngắt.

(3) Bảo vệ bằng khí nặng là biện pháp bảo vệ chính đối với sự cố bên trong thùng nhiên liệu, có thể phản ánh nhiều sự cố bên trong khác nhau của máy biến áp. Khi máy biến áp xảy ra hiện tượng ngắn mạch vài vòng dây, mặc dù dòng điện sự cố rất lớn nhưng trong bảo vệ chênh lệch, dòng điện chênh lệch được tạo ra có thể không lớn, do đó bảo vệ chênh lệch có thể từ chối hoạt động. Vì vậy, đối với các sự cố bên trong máy biến áp, cần phải dựa vào bảo vệ bằng khí nặng để loại bỏ sự cố.

Bức ảnh

2, bảo vệ áp suất

Bảo vệ áp suất cũng là biện pháp bảo vệ chính chống lại các sự cố bên trong thùng máy biến áp. Với chức năng xả áp và bảo vệ biến đổi áp suất, nó được sử dụng để phản ánh áp suất của dầu máy biến áp.

3. Bảo vệ nhiệt độ và mức dầu

Khi nhiệt độ máy biến áp tăng lên đến giá trị cảnh báo, mạch bảo vệ nhiệt sẽ gửi tín hiệu báo động và khởi động bộ làm mát dự phòng.

Khi máy biến áp bị rò rỉ dầu hoặc mực dầu giảm xuống vì những lý do khác, mực dầu sẽ được bảo vệ và tín hiệu báo động sẽ được gửi đi.

4. Bảo vệ toàn diện bộ làm mát

Khi tất cả các bộ làm mát máy biến áp đang hoạt động dừng lại, nhiệt độ của máy biến áp sẽ tăng lên. Nếu không được xử lý kịp thời, lớp cách điện của cuộn dây máy biến áp có thể bị hư hỏng. Do đó, khi tất cả các bộ làm mát dừng hoạt động trong quá trình vận hành máy biến áp, hệ thống bảo vệ sẽ phát ra tín hiệu báo động và ngắt máy biến áp sau một khoảng thời gian trễ dài.

Bốn, bảo vệ vi sai

Bảo vệ chênh lệch biến áp là biện pháp bảo vệ chính cho dòng điện biến áp, phạm vi bảo vệ là phần được bao quanh bởi mỗi phía của biến áp dòng. Trong phạm vi này, nếu xảy ra ngắn mạch giữa các cuộn dây, ngắn mạch giữa các vòng dây và các sự cố khác, bảo vệ chênh lệch sẽ hoạt động.

1, dòng khởi động của máy biến áp

Dòng điện kích từ sinh ra khi máy biến áp bị ngắt mạch được gọi là dòng điện xung kích từ. Độ lớn của dòng điện xung kích từ phụ thuộc vào cấu trúc máy biến áp, góc đóng mạch, dung lượng, từ dư trước khi đóng mạch và các yếu tố khác. Kết quả đo cho thấy dòng điện xung thường gấp 2 đến 6 lần dòng điện định mức, và tối đa có thể gấp hơn 8 lần dòng điện định mức. Vì dòng điện xung chỉ chảy vào máy biến áp ở phía nạp, nó sẽ tạo ra dòng điện chênh lệch lớn trong mạch bảo vệ chênh lệch, dẫn đến sự cố hoạt động của mạch bảo vệ chênh lệch.

Dòng điện xung kích có các đặc điểm sau: a. Giá trị dòng điện xung kích rất lớn và chứa thành phần không tuần hoàn rõ rệt; b. Dạng sóng nhọn và không liên tục; c. Chứa thành phần hài bậc cao rõ rệt, đặc biệt là thành phần hài bậc hai; d. Dòng điện xung kích bị suy giảm.

Dựa trên các đặc điểm của dòng điện xung kích nêu trên, để ngăn ngừa dòng điện xung kích gây ra sự cố hoạt động sai của bảo vệ vi sai máy biến áp, dự án sử dụng ba nguyên tắc: hàm lượng sóng hài bậc hai cao, dạng sóng bất đối xứng, góc gián đoạn dạng sóng để thực hiện khóa bảo vệ vi sai.

2. Nguyên lý hãm sóng hài bậc hai

Bản chất của việc hãm bằng sóng hài bậc hai là sử dụng thành phần sóng hài bậc hai của dòng điện chênh lệch để xác định xem dòng điện chênh lệch là dòng điện sự cố hay dòng điện xung kích. Khi tỷ lệ phần trăm của thành phần sóng hài bậc hai so với thành phần cơ bản lớn hơn một giá trị nhất định (thường là 20%), dòng điện chênh lệch được xác định là do dòng điện xung kích gây ra, và mạch bảo vệ chênh lệch sẽ đóng lại.

Do đó, tỷ số hãm sóng hài bậc hai càng lớn thì dòng điện sóng hài bậc hai chứa trong sóng cơ bản cho phép càng nhiều, và hiệu quả hãm càng kém.

3. Bảo vệ phanh nhanh vi sai

Khi xảy ra sự cố nghiêm trọng bên trong máy biến áp và dòng điện sự cố đủ lớn để dẫn đến hiện tượng bão hòa biến dòng (CT), dòng điện thứ cấp của CT cũng chứa một lượng lớn các thành phần hài. Theo mô tả trên, rất có thể hệ thống bảo vệ vi sai sẽ bị khóa hoặc bị trì hoãn do hiện tượng hãm hài bậc hai. Điều này sẽ gây hư hỏng nghiêm trọng cho máy biến áp. Để giải quyết vấn đề này, hệ thống bảo vệ ngắt nhanh vi sai thường được thiết lập.

Phần tử ngắt nhanh vi sai thực chất là một phần tử vi sai hằng số cao của hệ thống bảo vệ vi sai dọc. Khác với phần tử vi sai thông thường, nó phản ánh giá trị hiệu dụng của dòng điện vi sai. Bất kể dạng sóng của dòng điện vi sai như thế nào, biên độ của thành phần hài ra sao, miễn là giá trị hiệu dụng của dòng điện vi sai vượt quá giá trị cài đặt của ngắt tốc độ vi sai (thường cao hơn giá trị cài đặt của hệ thống bảo vệ vi sai), nó sẽ ngay lập tức ngắt máy biến áp, mà không cần dòng điện xung kích thích và các tiêu chí khóa khác.

Năm, bảo vệ dự phòng máy biến áp

Bài viết giới thiệu ngắn gọn về hệ thống bảo vệ chính của máy biến áp, tiếp theo là giới thiệu về hệ thống bảo vệ dự phòng của máy biến áp. Có nhiều cấu hình bảo vệ dự phòng khác nhau cho máy biến áp. Ở đây, chúng ta sẽ giới thiệu ngắn gọn hai loại bảo vệ dự phòng của máy biến áp, đó là bảo vệ quá dòng khóa điện áp kép và bảo vệ nối đất.

1. Bảo vệ quá dòng bằng khóa áp suất kép

Mạch bảo vệ quá dòng khóa điện áp hỗn hợp là mạch bảo vệ dự phòng cho sự cố ngắn mạch giữa các máy biến áp lớn và trung bình. Mạch này thích hợp cho các máy biến áp tăng áp, máy biến áp kết nối hệ thống và máy biến áp giảm áp mà mạch bảo vệ quá dòng không đáp ứng được yêu cầu về độ nhạy. Điện áp hỗn hợp bao gồm điện áp thứ tự nghịch và điện áp thấp có thể phản ánh nhiều sự cố khác nhau trong phạm vi bảo vệ, giảm giá trị cài đặt của mạch bảo vệ quá dòng và cải thiện độ nhạy.

Bảo vệ quá dòng điện áp phức hợp bao gồm phần tử điện áp phức hợp, phần tử quá dòng và phần tử thời gian. Dòng điện truy cập của bảo vệ là dòng điện CT ba pha thứ cấp ở phía cục bộ của máy biến áp, và điện áp truy cập là điện áp PT ba pha thứ cấp ở phía cục bộ hoặc các phía khác của máy biến áp. Đối với điều khiển bằng vi tính, điện áp ở phía này có thể được cung cấp cho các phía khác thông qua phần mềm, để đảm bảo rằng bất kỳ phía nào của PT cũng có thể sử dụng bảo vệ quá dòng điện áp phức hợp. Logic hoạt động được thể hiện bên dưới.

2. Bảo vệ nối đất máy biến áp

Hệ thống bảo vệ dự phòng sự cố ngắn mạch nối đất của máy biến áp cỡ lớn và trung bình thường bao gồm: bảo vệ quá dòng thứ tự không, bảo vệ quá áp thứ tự không, bảo vệ khe hở, v.v. Sau đây là giới thiệu ngắn gọn về ba chế độ nối đất khác nhau dựa trên điểm trung tính.

(1) Điểm trung tính được nối đất trực tiếp

Đối với máy biến áp có điện áp từ 110kV trở lên, điểm trung tính được nối đất trực tiếp, cần đặt hệ thống bảo vệ dòng điện thứ tự không ở phía hệ thống nối đất dòng điện cao để phản ánh sự cố nối đất. Đối với máy biến áp được nối đất trực tiếp cả ở phía cao áp và trung áp, hệ thống bảo vệ dòng điện thứ tự không nên được đặt theo hướng của mỗi thanh cái phía.

Nguyên lý bảo vệ dòng điện thứ tự không tương tự như bảo vệ dòng điện thứ tự không đường dây, xem mục 30. Dòng điện thứ tự không có thể được lấy từ dòng điện CT thứ cấp của điểm trung tính, hoặc từ dòng điện CT ba pha thứ cấp của phía cục bộ. Điện áp thứ tự không nối với phần tử định hướng có thể được lấy từ điện áp tam giác mở PT của phía cục bộ hoặc từ điện áp ba pha thứ cấp của phía cục bộ. Trong thiết bị bảo vệ vi tính, chủ yếu sử dụng phương pháp tự sản xuất.

Đối với các máy biến áp ba cuộn dây lớn, hệ thống bảo vệ dòng điện thứ tự không có thể gồm ba cấp. Có hướng dòng điện ở phần I và II, và không có hướng dòng điện ở phần III. Mỗi phần thường có độ trễ hai cấp, với độ trễ ngắn hơn để giảm phạm vi sự cố (nối tắt thanh cái hoặc công tắc cục bộ), với độ trễ dài hơn để ngắt máy biến áp (nối tắt công tắc ba phía). Cấu hình bảo vệ cụ thể phụ thuộc vào tình hình thực tế.

Như hình vẽ, sau khi vận hành hệ thống bảo vệ dòng điện một chiều thứ tự không ở phần I hoặc II, trước tiên cần phải nối tắt thanh cái t1 hoặc T3 hoặc công tắc cục bộ với độ trễ ngắn để giảm phạm vi ảnh hưởng của sự cố. Nếu lượng sự cố vẫn còn, cần phải ngắt máy biến áp bằng công tắc ba chiều t2 hoặc T4 với độ trễ dài. Phần III không có hướng, máy biến áp được ngắt trực tiếp bằng độ trễ.

(2) điểm trung tính không được nối đất

Dòng điện thứ tự không đi qua điểm trung tính của máy biến áp để tạo thành vòng mạch thứ tự không. Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm trung tính của máy biến áp đều được nối đất, dòng điện ngắn mạch tại điểm nối đất sẽ được phân bổ cho mỗi máy biến áp, điều này sẽ làm giảm độ nhạy của bảo vệ quá dòng thứ tự không. Do đó, để giới hạn dòng điện thứ tự không trong một phạm vi nhất định, số lượng máy biến áp được nối đất với điểm trung tính được quy định.

Đối với máy biến áp không nối đất, cần cấu hình bảo vệ điện áp thứ tự không để ngăn ngừa hư hỏng do quá điện áp gây ra bởi hồ quang khe hở tại điểm sự cố khi xảy ra sự cố nối đất.

Máy biến áp cách điện hoàn toàn nhờ mức độ cách điện cao tại điểm trung tính, khi hệ thống xảy ra sự cố chạm đất, trước tiên hệ thống bảo vệ dòng điện thứ tự không sẽ ngắt máy biến áp bị chạm đất tại điểm trung tính. Nếu sự cố vẫn còn, thì hệ thống bảo vệ điện áp thứ tự không sẽ ngắt máy biến áp không bị chạm đất tại điểm trung tính.

(3) Điểm trung tính được nối đất thông qua khe phóng điện

Tất cả các máy biến áp cao áp đều là bán cách điện, và lớp cách điện giữa cuộn dây trung tính và đất yếu hơn các bộ phận khác. Lớp cách điện trung tính dễ bị hỏng. Do đó, cần phải cấu hình hệ thống bảo vệ khoảng cách an toàn.

Chức năng của mạch bảo vệ khe hở là bảo vệ điểm trung tính của hệ thống cách điện máy biến áp không nối đất để đảm bảo an toàn.

Như hình vẽ, một khe hở đánh thủng được lắp đặt giữa điểm trung tính của máy biến áp và mặt đất. Khi công tắc cách ly nối đất đóng, máy biến áp được nối đất trực tiếp và chế độ bảo vệ quá dòng thứ tự không được kích hoạt. Khi công tắc cách ly nối đất ngắt, máy biến áp được nối đất thông qua khe hở và được đưa vào chế độ bảo vệ khe hở.

Việc bảo vệ khe hở được thực hiện bằng cách sử dụng dòng điện khe hở 3I0 chạy qua điểm trung tính của máy biến áp và điện áp tam giác mở 3U0 của PT thanh cái làm tiêu chí.

Nếu điện áp điểm trung tính tại vị trí sự cố tăng cao, sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng khe hở, dẫn đến dòng điện khe hở lớn 3I0. Lúc này, hệ thống sẽ thực hiện tác vụ bảo vệ khe hở, sau một khoảng thời gian trễ sẽ ngắt máy biến áp. Ngoài ra, khi hệ thống có sự cố chạm đất, hệ thống sẽ thực hiện tác vụ bảo vệ trình tự không của máy biến áp nối đất điểm trung tính, trước tiên sẽ ngắt máy biến áp nối đất điểm trung tính. Sau khi hệ thống mất điểm nối đất, nếu sự cố vẫn còn tồn tại, điện áp tam giác hở của thanh cái PT 3U0 sẽ lớn, và hệ thống bảo vệ khe hở cũng sẽ hoạt động vào lúc này.

Nguồn: Bục giảng quyền lực