Phương pháp bảo vệ và phạm vi bảo vệ máy biến áp

Các phương pháp bảo vệ máy biến áp thường được sử dụng

Các điều kiện làm việc bất thường của máy biến áp chủ yếu bao gồm quá tải, dòng điện quá lớn do ngắn mạch bên ngoài, điện áp quá cao tại điểm trung tính do ngắn mạch chạm đất bên ngoài, mức dầu giảm do rò rỉ trong thùng dầu, hoặc nhiệt độ tăng do sự cố hệ thống làm mát, v.v. Ngoài ra, máy biến áp công suất lớn, do mật độ từ thông làm việc định mức cao, tỷ lệ thuận với tỷ lệ điện áp-tần số, có thể gây ra sự cố quá kích thích của máy biến áp khi hoạt động dưới điện áp quá cao hoặc tần số thấp. Xét tình hình trên, các máy biến áp lớn thường áp dụng các phương pháp bảo vệ sau:

1. Bảo vệ khí: bảo vệ ngắn mạch nội bộ của máy biến áp và sự cố giảm mức dầu.

2. Bảo vệ vi sai, bảo vệ cắt nhanh dòng điện: để bảo vệ ngắn mạch pha-pha của mỗi pha cuộn dây máy biến áp hoặc dây dẫn, ngắn mạch chạm đất của hệ thống dòng điện chạm đất lớn, và ngắn mạch giữa các vòng dây.

3. Bảo vệ quá dòng: bảo vệ ngắn mạch pha-pha bên ngoài, và đóng vai trò bảo vệ dự phòng cho bảo vệ khí và bảo vệ vi sai (hoặc bảo vệ cắt nhanh dòng điện).

4. Bảo vệ dòng điện thứ tự không: bảo vệ ngắn mạch chạm đất một pha bên ngoài của hệ thống dòng điện chạm đất lớn.

5. Bảo vệ quá tải: bảo vệ quá tải đối xứng, chỉ báo tín hiệu.

6. Bảo vệ quá kích thích: Bảo vệ quá kích thích của máy biến áp không vượt quá giới hạn cho phép.

Máy biến áp thường sử dụng phương pháp bảo vệ 1: bảo vệ khí

Bảo vệ khí máy biến áp phản ứng với các sự cố khác nhau và sự giảm mức dầu bên trong thùng máy biến áp. Máy biến áp ngâm dầu từ 0,8MVA trở lên và máy biến áp ngâm dầu từ 0,4MVA trở lên trong các phân xưởng phải được trang bị bảo vệ khí. Khi sự cố trong thùng dầu tạo ra khí nhẹ hoặc mức dầu giảm, tín hiệu phải được kích hoạt ngay lập tức; khi tạo ra lượng khí lớn, cầu dao ở mỗi phía của máy biến áp phải được kích hoạt. Thiết bị điều chỉnh áp của máy biến áp ngâm dầu có điều chỉnh tải cũng phải được trang bị bảo vệ khí.

Phương pháp bảo vệ thường được áp dụng cho máy biến áp 2: bảo vệ vi sai dọc hoặc bảo vệ cắt nhanh dòng điện

Bảo vệ vi sai dọc hoặc bảo vệ cắt nhanh dòng điện để phản ứng với các sự cố ngắn mạch ở dây dẫn, sứ xuyên và bên trong máy biến áp. Bảo vệ hoạt động ngay lập tức để ngắt các cầu dao ở mỗi phía của máy biến áp.

1. Đối với máy biến áp nhà máy dưới 6,3MVA và máy biến áp chạy song song, cũng như máy biến áp dự phòng nhà máy dưới 10MVA và máy biến áp chạy độc lập, khi thời gian bảo vệ dự phòng lớn hơn 0,5s, nên lắp đặt bảo vệ cắt nhanh dòng điện.

2. Đối với máy biến áp làm việc nhà máy từ 6,3MVA trở lên và máy biến áp hoạt động song song, máy biến áp dự phòng nhà máy từ 10MVA trở lên và máy biến áp chạy độc lập, và máy biến áp từ 2MVA trở lên có độ nhạy bảo vệ cắt nhanh dòng điện không đáp ứng yêu cầu, nên lắp đặt bảo vệ vi sai dọc.

3. Đối với máy biến áp có điện áp phía cao áp từ 330kV trở lên, có thể lắp đặt bảo vệ vi sai dọc kép.

4. Đối với tổ máy phát điện-máy biến áp, khi có cầu dao giữa máy phát và máy biến áp, máy phát được trang bị bảo vệ vi sai dọc riêng biệt. Khi không có cầu dao giữa máy phát và máy biến áp, tổ máy phát và máy biến áp từ 100MVA trở xuống dùng chung bảo vệ vi sai dọc; máy phát trên 100MVA. Ngoài bảo vệ vi sai dọc chung của máy phát và máy biến áp, máy phát cũng nên được trang bị bảo vệ vi sai dọc riêng biệt. Đối với tổ máy phát điện-máy biến áp 200~300MVA, cũng có thể thêm bảo vệ vi sai dọc riêng cho máy biến áp, tức là bảo vệ nhanh kép.

Phản ứng với ngắn mạch pha ngoài của máy biến áp và cho bảo vệ dự phòng quá dòng của bảo vệ khí và bảo vệ vi sai dọc (hoặc bảo vệ cắt nhanh dòng điện), bảo vệ quá dòng khởi động điện áp thấp, bảo vệ quá dòng khởi động điện áp kép, bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch và bảo vệ trở kháng, sau khi bảo vệ hoạt động, nó phải tác động cắt với thời gian giới hạn.

Phương pháp bảo vệ máy biến áp thường dùng 3: Bảo vệ quá dòng

1. Bảo vệ quá dòng nên được sử dụng cho máy biến áp hạ áp.

2. Bảo vệ quá dòng khởi động bằng điện áp kép phù hợp cho máy biến áp tăng áp, máy biến áp liên kết hệ thống và máy biến áp hạ áp mà bảo vệ quá dòng không đáp ứng yêu cầu về độ nhạy.

3. Bảo vệ quá dòng khởi động bằng dòng thứ tự nghịch và điện áp thấp một pha có thể được sử dụng cho máy biến áp tăng áp từ 63MVA trở lên.

4. Khi các biện pháp bảo vệ ở mục 2 và 3 trên không đáp ứng yêu cầu về độ nhạy và tính chọn lọc, có thể sử dụng bảo vệ tổng trở.

Phương pháp bảo vệ máy biến áp thường dùng 4: Bảo vệ dòng điện thứ tự không

Bảo vệ dòng điện thứ tự không cho sự cố ngắn mạch chạm đất bên ngoài của máy biến áp trong hệ thống có dòng chạm đất lớn. Trong hệ thống có dòng chạm đất lớn từ 110kV trở lên, nếu điểm trung tính của máy biến áp có thể được nối đất, nên lắp đặt bảo vệ dòng điện thứ tự không cho máy biến áp tăng áp hoặc hạ áp của nguồn cấp ở hai bên hoặc ba bên, như một biện pháp bảo vệ dự phòng cho bảo vệ chính của máy biến áp, và như bảo vệ dự phòng cho các phần tử lân cận.

Bảo vệ dòng điện thứ tự không là gì

Thiết bị sử dụng dòng điện thứ tự không sinh ra khi chạm đất để làm cho bảo vệ hoạt động được gọi là bảo vệ dòng điện thứ tự không. Biến dòng thứ tự không đặc biệt được sử dụng trên các đường cáp để thực hiện bảo vệ chạm đất. Đặt biến dòng thứ tự không trên cáp ba lõi đã nối đất, và rơle dòng điện được kết nối với cuộn thứ cấp của biến dòng. Trong điều kiện vận hành bình thường hoặc không có sự cố chạm đất, do tổng vectơ của dòng điện ba pha của cáp bằng không, dòng điện trong cuộn thứ cấp của biến dòng thứ tự không cũng bằng không (chỉ có một dòng không cân bằng nhỏ), vì vậy rơle dòng điện không hoạt động. Khi xảy ra sự cố chạm đất, một dòng điện lớn sẽ xuất hiện trong cuộn thứ cấp của biến dòng thứ tự không, và rơle dòng điện sẽ hoạt động để gửi tín hiệu hoặc cắt sự cố.

Phương pháp bảo vệ máy biến áp thường dùng 5: Bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tải dành cho các quá tải đối xứng của máy biến áp phản kháng.

Đối với máy biến áp từ 400kVA trở lên, cần lắp đặt bảo vệ quá tải theo khả năng quá tải có thể xảy ra khi vận hành song song hoặc đơn lẻ và được sử dụng làm nguồn dự phòng cho các phụ tải khác. Đối với máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp nhiều cuộn dây, thiết bị bảo vệ phải có khả năng đáp ứng với tình trạng quá tải của cuộn dây chung và từng phía. Dòng quá tải của máy biến áp, trong hầu hết các trường hợp, là đối xứng ba pha, do đó bảo vệ quá tải chỉ cần kết nối với dòng điện một pha, sử dụng rơ le dòng điện và áp dụng một độ trễ nhất định cho tín hiệu. Khi lựa chọn phía nào để lắp đặt bảo vệ, cần xem xét sao cho nó phản ánh được tình trạng quá tải của các cuộn dây ở tất cả các phía của máy biến áp. Tại các trạm biến áp không có nhân viên trực thường xuyên, bảo vệ quá tải có thể tác động cắt máy hoặc ngắt một phần phụ tải khi cần thiết.

Phương pháp bảo vệ máy biến áp 6: Bảo vệ quá kích từ

Bảo vệ quá kích từ dành cho tình trạng quá kích từ của máy biến áp.

Trong thiết kế hiện tại của các máy biến áp công suất lớn, để tiết kiệm vật liệu, giảm chi phí xây dựng và trọng lượng vận chuyển, mật độ từ thông làm việc định mức của lõi thép được thiết kế cao, khoảng 1.7~1.8 T, gần với mật độ từ bão hòa (1.9~2 T), do đó trong trường hợp quá áp, rất dễ xảy ra quá kích từ. Ngoài ra, do đường cong từ hóa tương đối "cứng", trong quá trình quá kích từ, vì lõi thép bão hòa, trở kháng kích từ giảm và dòng kích từ tăng nhanh. Khi mật độ từ thông làm việc đạt 1.3~1.4 lần mật độ từ thông bình thường, dòng kích từ có thể đạt đến mức dòng điện định mức. Thứ hai, vì dòng kích từ là sóng không sin, nó chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao, và tổn hao dòng xoáy trong lõi thép và các thành phần kim loại khác tỷ lệ với bình phương tần số, có thể gây ra quá nhiệt nghiêm trọng cho lõi thép, các bộ phận kim loại và vật liệu cách điện. Nếu kéo dài quá lâu có thể làm hỏng máy biến áp. Do đó, máy biến áp có phía cao áp 500kV nên được trang bị bảo vệ quá kích từ.

Mục đích lắp đặt bảo vệ quá kích từ cho máy biến áp là để phát hiện tình trạng quá kích từ của máy biến áp, phát tín hiệu hoặc kịp thời tác động cắt máy, nhằm đảm bảo mức độ quá kích từ không vượt quá giới hạn cho phép và ngăn ngừa máy biến áp bị hư hỏng do quá kích từ.

Công ty TNHH Thiết bị Máy biến áp Kingrun

Thêm các thiết bị kiểm tra máy biến áp từ Kingrun