Bảo vệ Động học của Máy phát điện

Bảo vệ sai biệt máy phát điện

Bảo vệ sai biệt cho máy phát điện chủ yếu bảo vệ cuộn dây stator khỏi các sự cố chạm đất và ngắn mạch giữa pha. Sự cố cuộn dây stator là mối đe dọa nghiêm trọng, có thể gây thiệt hại nặng nề cho máy phát. Để bảo vệ cuộn dây stator, hệ thống bảo vệ sai biệt được sử dụng để loại bỏ sự cố trong thời gian ngắn nhất có thể, do đó giảm thiểu mức độ thiệt hại.

Hệ thống dòng điện tuần hoàn Merz - Prize

Trong sơ đồ bảo vệ này, các dòng điện ở hai đầu của phần được bảo vệ được so sánh. Trong quá trình hoạt động bình thường, cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp của biến dòng bằng nhau. Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố, dòng điện ngắn mạch chảy qua hệ thống, làm cho cường độ dòng điện khác nhau. Sự khác biệt về dòng điện trong điều kiện sự cố được dẫn qua cuộn dây hoạt động của rơle.

Khi dòng điện vượt quá ngưỡng đã đặt, rơle đóng các tiếp điểm, kích hoạt việc cắt mạch của cầu dao. Hành động này tách phần bị lỗi khỏi phần còn lại của hệ thống. Cơ chế bảo vệ như vậy được gọi là hệ thống dòng điện tuần hoàn Merz - Prize, chứng tỏ rất hiệu quả trong việc phát hiện và phản ứng với sự cố chạm đất và ngắn mạch giữa pha.

Kết nối hệ thống bảo vệ sai biệt

Hệ thống bảo vệ sai biệt yêu cầu hai biến dòng giống hệt nhau, được lắp đặt ở hai bên của khu vực được bảo vệ. Các đầu cuối thứ cấp của các biến dòng được kết nối theo hình sao, và các đầu cuối cuối cùng được liên kết thông qua dây thí điểm. Trong khi đó, cuộn dây rơle được kết nối theo hình tam giác. Điểm trung tính của các biến dòng và rơle sau đó được kết nối với một đầu cuối chung. Sắp xếp dây cụ thể này đảm bảo việc phát hiện chính xác sự mất cân đối dòng điện và cho phép cách ly sự cố nhanh chóng.

Rơle được kết nối qua các điểm đẳng thế của ba dây thí điểm để đảm bảo rằng mỗi biến dòng chịu tải bằng nhau. Vì điểm giữa của mỗi dây thí điểm đại diện cho điểm đẳng thế của nó, rơle được định vị chiến lược tại điểm giữa của các dây này.

Để hệ thống bảo vệ sai biệt hoạt động tối ưu, rất quan trọng phải đặt cuộn dây rơle gần các biến dòng gần với mạch chính. Điều này có thể đạt được bằng cách chèn các điện trở cân bằng vào chuỗi với dây thí điểm, hiệu quả chuyển điểm đẳng thế gần hơn với cầu dao chính.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bảo vệ sai biệt

Giả sử xảy ra sự cố vỡ cách điện trên pha R của mạng, gây ra sự cố. Kết quả là, các dòng điện trong cuộn thứ cấp của biến dòng trở nên mất cân đối. Sự mất cân đối này tạo ra dòng điện sai biệt chảy qua cuộn dây rơle. Kết quả là, rơle kích hoạt và đưa ra lệnh cắt mạch cho cầu dao, tách phần bị lỗi khỏi phần còn lại của hệ thống.

Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ này có một hạn chế đáng kể: nó rất nhạy cảm với dòng điện khởi động từ biến áp. Dòng điện khởi động có thể khiến rơle hoạt động không đúng. Để giải quyết vấn đề này, rơle sai biệt có độ lệch được sử dụng. Loại rơle này cho phép một mức độ nhất định của dòng điện mất cân đối đi qua cuộn dây mà không kích hoạt hoạt động không cần thiết.

Để giảm thiểu tác động của dòng điện khởi động, một cuộn dây kiềm chế được tích hợp vào thiết kế. Cuộn dây kiềm chế hiệu quả giảm ảnh hưởng của dòng điện khởi động, làm cho rơle miễn nhiễm với việc cắt mạch giả do dòng điện khởi động. Rơle được trang bị cấu hình như vậy được gọi là rơle sai biệt có độ lệch.

Kịch bản sự cố và hoạt động của rơle

Khi xảy ra sự cố giữa bất kỳ hai pha nào, ví dụ, giữa pha Y và B, dòng điện ngắn mạch sẽ chảy qua hai pha này. Sự cố này phá vỡ sự cân đối của dòng điện chảy qua các biến dòng (CTs). Kết quả là, dòng điện sai biệt chảy qua cuộn dây hoạt động của rơle, khiến rơle cắt mạch và mở các tiếp điểm, do đó tách phần bị lỗi khỏi hệ thống điện.

Vấn đề với hệ thống bảo vệ sai biệt

Trong hệ thống bảo vệ sai biệt, thường sử dụng dây điện trở trung tính để giảm thiểu tác động tiêu cực của dòng điện sự cố chạm đất. Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố chạm đất gần điểm trung tính, một điện động lực nhỏ (emf) tạo ra dòng điện ngắn mạch tương đối nhỏ chảy qua trung tính. Điện trở của tiếp địa trung tính càng làm giảm dòng điện này. Kết quả là, chỉ có một lượng nhỏ dòng điện đến rơle. Do dòng điện nhỏ này không đủ để kích hoạt cuộn dây rơle, sự cố có thể không được phát hiện, có thể dẫn đến hư hỏng máy phát.

Sơ đồ hệ thống bảo vệ sai biệt được cải tiến

Để giải quyết vấn đề nêu trên, một sơ đồ hệ thống bảo vệ sai biệt được cải tiến đã được phát triển. Sơ đồ được cải tiến này bao gồm hai thành phần riêng biệt: một được thiết kế để bảo vệ chống lại sự cố pha và thành phần khác để bảo vệ chống lại sự cố chạm đất.

Các thành phần bảo vệ sự cố pha được kết nối theo hình sao cùng với một điện trở. Trong khi đó, rơle sự cố chạm đất được đặt giữa các thành phần pha kết nối theo hình sao và điểm trung tính. Cụ thể, hai thành phần sự cố pha, cùng với một điện trở cân bằng, được kết nối theo hình sao, và rơle sự cố chạm đất sau đó được kết nối giữa kết nối hình sao và dây thí điểm trung tính. Sắp xếp này nâng cao khả năng phát hiện và phản ứng chính xác của hệ thống đối với cả sự cố pha và sự cố chạm đất, cải thiện độ tin cậy tổng thể của hệ thống bảo vệ sai biệt.

Mạch kết nối theo hình sao thể hiện sự đối xứng, đảm bảo rằng bất kỳ dòng điện dư cân đối nào xuất phát từ điểm tuần hoàn dòng điện sẽ không đi qua rơle sự cố chạm đất. Kết quả là, trong hệ thống này, rơle sự cố chạm đất nhạy có thể hoạt động với mức độ ổn định cao, phát hiện chính xác sự cố chạm đất mà không bị kích hoạt bởi các biến động dòng điện cân đối bình thường.