Bảo vệ tụ điện trạm biến áp: Hướng dẫn Rơ-le và Cài đặt
Bảo vệ tụ bù trạm biến áp kết hợp khả năng cô lập lỗi cấp độ đơn vị, phát hiện mất cân bằng nhóm, bảo vệ sự cố pha và chạm đất, giám sát điện áp bất thường, điều khiển đóng cắt và phối hợp máy cắt. Mục tiêu trung tâm là phát hiện một phần tử hoặc đơn vị bị hỏng trước khi điện áp bị phân bố lại vượt quá giới hạn của cácụ điện còn lại, đồng thời vẫn duy trì độ an toàn trong điều kiện mất cân bằng thông thường và quá độ khi đóng điện. Các chức năng và cài đặt chính xác phụ thuộc vào kết cấu nhóm, kiến trúc cầu chì, bố trí nối tiếp/song song, công suất nguồn, chế độ đóng cắt và các tiêu chuẩn của công ích.
Sự bảo vệ bắt đầu từ thỏa thuận ngân hàng
Bảo vệ tụ bù trạm biến áp không thể được lựa chọn chỉ dựa trên kvar. Kỹ sư trước tiên ánh xạ các phần tử tụ điện thành các đơn vị, các đơn vị thành các nhóm nối tiếp và song song, và các nhóm vào từng pha. Kiểu đấu nối—hình sao nối đất, hình sao không nối đất, hình sao kép, cầu, hoặc tam giác—xác định các đại lượng sự cố nào có thể quan sát được. Dòng sự cố khả dụng, việc nối đất trung tính, vị trí biến dòng/biến áp đo lường, và số lượng đơn vị mắc song song ảnh hưởng đến hoạt động của cầu chì. Sơ đồ đơn tuyến được phê duyệt và bản vẽ bố trí giá đỡ vật lý phải khớp với nhau, bởi vì một phép tính rơ-le dựa trên bố trí nhóm sai có thể có vẻ chính xác trong khi lại bảo vệ một bộ tụ khác.
Những Gì Phải Được Phát Hiện
Hệ thống phải phản ứng với các sự cố phần tử hoặc khối nội bộ, sự cố pha, sự cố chạm đất nếu có, mất cân bằng bất thường, quá áp duy trì, sụt áp, dòng điện quá mức, sự cố máy cắt và các vấn đề chuyển mạch. Hệ thống cũng phải tránh việc cắt điện do dung sai sản xuất bình thường, mất cân bằng điện áp hệ thống, sự thay đổi điện dung do nhiệt độ, sai số của thiết bị đo và các quá độ dự kiến. Bảo vệ được phân tầng: cầu chì khối có thể giới hạn hư hỏng tại chỗ, các chức năng mất cân bằng dãy tụ xác định sự suy giảm điện dung, và các rơ-le hệ thống loại bỏ các sự cố vượt quá khả năng của cầu chì khối. Hệ thống cảnh báo phải cung cấp cho người vận hành thời gian để xử lý trước khi các khối còn sống vượt quá điện áp cho phép của chúng.
Các dãy tụ có cầu chì ngoài, có cầu chì trong và không có cầu chì
Một giàn tụ có cầu chì bên ngoài sẽ cách ly hoàn toàn một bộ tụ bị hỏng và cung cấp tín hiệu nhận biết trực quan. Một bộ tụ có cầu chì bên trong sẽ loại bỏ từng phần tử bị hỏng trong khi bộ tụ vẫn được kết nối. Một giàn tụ không dùng cầu chì dựa vào cách sắp xếp nối tiếp và bảo vệ mất cân bằng khi các phần tử hỏng làm thay đổi trạng thái của chuỗi. Mỗi kiến trúc tạo ra một mối quan hệ khác nhau giữa các linh kiện bị hỏng và đại lượng đo được ở trung tính hoặc cầu nối. Ngưỡng rơ-le và quy tắc bảo trì phải được xác định cho kiến trúc đó. So sánh chi tiết về cầu chì giải thích những điểm khác biệt này; các kỹ sư bảo vệ không nên sử dụng lại bảng cảnh báo từ loại giàn tụ khác mà không tính toán lại.
Bảo vệ mất cân bằng
Hiện tượng mất cân bằng là phép đo cảnh báo sớm quan trọng đối với nhiều dãy tụ bù ngang. Tùy thuộc vào cách đấu nối, rơ-le có thể đo dòng điện trung tính, điện áp trung tính, độ chênh lệch điện áp pha, độ chênh lệch dòng điện giữa các phân đoạn hình sao kép, hoặc đại lượng vi sai cầu. Hãy tính toán tín hiệu dự kiến đối với các trường hợp hỏng hóc bộ phận hoặc hỏng hóc thiết bị theo cấp độ và so sánh với mức mất cân bằng vốn có bình thường. Có thể cần bù trừ cho hiện tượng mất cân bằng điện áp hệ thống và dung sai tụ điện. Sử dụng các mức cảnh báo và cắt riêng biệt khi thiết kế cho phép tiếp tục vận hành sau một số lượng hỏng hóc hạn chế. Mức cắt phải bảo vệ các bộ phận còn lại khỏi tình trạng quá áp không thể chấp nhận được, chứ không chỉ đơn thuần là báo hiệu sự thiếu đối xứng.
Chức năng quá dòng và chạm đất
Các chức năng quá dòng pha bảo vệ các dây dẫn, thiết bị đóng cắt và dàn tụ điện khỏi các sự cố tạo ra dòng điện đủ lớn, nhưng chúng có thể không phát hiện được sự thay đổi nhỏ về điện dung. Bảo vệ chạm đất phụ thuộc nhiều vào việc nối đất trung tính và cấu hình hệ thống. Các cài đặt được phối hợp với cầu chì của từng đơn vị tụ điện, rơ-le phía nguồn, khả năng của máy cắt, bảo vệ máy biến áp và dòng khởi động khi đóng điện dự kiến. Các thành phần tác động tức thời cần sự ổn định trong các sự kiện đóng cắt và phóng điện; các thành phần có độ trễ vẫn phải ngắt được các sự cố gây hư hại. Máy cắt của dàn tụ không thay thế cho bảo vệ cấp đơn vị, và cầu chì của đơn vị không thay thế cho bảo vệ sự cố dàn tụ hoặc thanh cái.
Quá áp, Thấp áp và Tần số
Công suất phản kháng của tụ điện biến thiên theo bình phương điện áp, do đó quá áp kéo dài làm tăng ứng suất điện môi và nhiệt. Hệ thống bảo vệ và điều khiển phải phân biệt được quá áp của hệ thống với sự phân bố lại điện áp do mất các phần tử. Logic dưới điện áp có thể chặn việc đóng cắt, ngắt một dãy tụ độc lập, hoặc ngăn chặn việc đóng điện lại không mong muốn tùy theo quy định của đơn vị điện lực. Tần số ảnh hưởng đến dòng điện tụ điện và có thể đóng vai trò quan trọng trong các điều kiện hệ thống bất thường. Các điểm đặt và thời gian trễ thuộc về các tiêu chuẩn được chủ đầu tư áp dụng, nghiên cứu hệ thống và định mức thiết bị. Các cài đặt chung chung từ một bài viết không thể thay thế việc phối hợp với các bộ điều chỉnh, nắp phân áp của máy biến áp và hệ thống điều khiển lưới điện.
Quá trình quá độ đóng cắt và nhiệm vụ của máy cắt
Việc đóng điện tạo ra dòng khởi động, và việc đóng điện giáp lưng có thể rất nghiêm trọng vì một dãy tụ điện đã được đóng điện sẵn sẽ cấp dòng điện tần số cao vào dãy tụ điện mới đóng. Hiện tượng đánh lửa lại của máy cắt có thể gây ra quá điện áp gây hư hỏng. Do đó, các nghiên cứu bảo vệ sẽ phối hợp các thông số định mức của thiết bị đóng cắt, điều khiển điểm trên sóng (khi được sử dụng), thiết bị chống sét van, cuộn kháng nối tiếp, thiết bị xả điện và bộ lọc rơ-le. Quá trình quá độ không được gây ra hoạt động tác động giả, nhưng độ tin cậy của rơ-le không được làm che khuất một sự cố thực sự. Cần xem xét độ lệch thời gian đóng, điện tích dư, thời gian chết và trình tự vận hành cho nhiều cấp. Ghi lại tần số đóng cắt tối đa vì các ứng suất cơ và điện tích lũy theo thời gian.
Ranh giới bảo vệ nhiệt và sóng hài
Tải phi tuyến tính có thể đẩy dòng điện hài vào một dãy tụ hoặc gây ra hiện tượng cộng hưởng song song với điện cảm của hệ thống. Quá dòng có thể biểu hiện triệu chứng mà không xác định được nguyên nhân. Hãy đo phổ sóng hài và tiến hành nghiên cứu tổng trở trước khi thêm hoặc nâng cấp một dãy tụ trong lưới điện có nhiều sóng hài. Kiểm tra dòng điện tụ điện, điện áp, sự gia nhiệt của cầu chì, chế độ làm việc của cuộn kháng và đặc tính đo lường của rơ-le. Các thiết kế được khử điều hưởng hoặc lọc có thể là cần thiết. Hệ thống bảo vệ nên cảnh báo hoặc ngắt khi chế độ làm việc bất thường, nhưng không thể biến một điều kiện cộng hưởng không phù hợp thành chấp nhận được. Hãy sử dụng các hướng dẫn về cuộn kháng và cộng hưởng sóng hài như các nghiên cứu hỗ trợ, chứ không phải để thay thế cho việc đo đạc tại hiện trường.
Quy trình cài đặt rơ-le
Bắt đầu với bản vẽ trạm cuối cùng và các định mức thiết bị đã được xác minh. Mô phỏng dung sai thông thường và sự mất cân bằng của hệ thống, sau đó mô phỏng các sự cố đơn vị hoặc phần tử tiến triển cho mọi pha và nhóm đáng tin cậy. Tính toán điện áp của đơn vị còn lại, tín hiệu trung tính hoặc cầu, và dòng điện của trạm. Thiết lập các điểm cảnh báo và cắt với sai số đo lường và biên độ bảo mật. Kiểm tra các sự cố pha và chạm đất, dòng điện khởi động (inrush), đóng cắt nối tiếp (back-to-back), hỏng máy cắt, điện áp bất thường, mất nguồn tự dùng của trạm, và lỗi truyền thông. Phối hợp với các thiết bị thượng nguồn và hạ nguồn. Lập tài liệu các phép tính, phương trình logic, bộ hẹn giờ, điều kiện khóa (blocking), điểm kiểm tra, và phản ứng vận hành cho phép sau khi có cảnh báo.
| Lớp bảo vệ | Bằng chứng gốc | Mục đích chính | Kiểm tra bảo mật thông thường |
|---|---|---|---|
| Cầu chì thiết bị | Dòng điện sự cố bên trong | Cách ly phần tử hoặc thiết bị bị hỏng | Chế độ dòng khởi động và phóng điện song song |
| Mất cân bằng | Sự khác biệt giữa đoạn trung gian, đoạn cầu nối hoặc đoạn thân bài | Phát hiện mất điện dung | Độ dung sai và tình trạng mất cân bằng của hệ thống |
| Lỗi chạm đất/pha | CT và lượng dư | Xóa lỗi ngân hàng hoặc lỗi kết nối | Bảo vệ quá độ đóng cắt |
| Giám sát điện áp | Điện áp thanh cái và ngân hàng | Giới hạn ứng suất điện môi liên tục | Hoạt động của bộ điều áp và vòi phân áp |
Thử nghiệm vận hành
Công tác nghiệm thu xác nhận tỷ số CT và VT, cực tính, mối liên hệ pha, hệ thống dây điện, nối đất, cài đặt rơ-le, điều khiển máy cắt, khóa liên động, cảnh báo, mạch cắt, chỉ thị giám sát và đồng bộ thời gian. Đo lường đường cơ sở về sự mất cân bằng của giàn thiết bị bình thường và so sánh với giá trị tính toán. Kiểm tra các đại lượng cảnh báo và cắt giả lập mà không cần đặt giàn thiết bị vào sự cố thực tế. Xác nhận thời gian phóng điện và đóng lại, trạng thái máy cắt, điều khiển tại chỗ/từ xa và hành vi khi xảy ra sự cố. Trong lần đóng điện đầu tiên, quan sát dòng điện, bước điện áp, bản ghi rơ-le, nhiễu dạng sóng và tiếng ồn bất thường. Giải quyết các khác biệt không rõ nguyên nhân trước khi chấp nhận vận hành bình thường.
Bảo trì và Xem lại Sự kiện
Sau một thao tác, lưu giữ bản ghi sóng rơ-le, dữ liệu trình tự sự kiện, lệnh đóng cắt, điện áp thanh cái, dòng điện pha, các đại lượng mất cân bằng và quan sát môi trường. Chỉ kiểm tra sau khi đã cách ly, đạt thời gian phóng điện yêu cầu, thử nghiệm không có điện và nối đất. Kiểm tra cầu chì, sứ cách điện, các mối nối, hiện tượng rò rỉ, phồng rộp, ô nhiễm, ăn mòn, dấu hiệu động vật và tình trạng cuộn kháng. Kiểm tra các thiết bị nghi ngờ bằng quy trình của chủ đầu tư. Việc thay thế cầu chì và cài đặt lại rơ-le mà không xác định thành phần bị hỏng hoặc xác minh biên độ dự phòng còn lại có thể che giấu một sự cố đang phát triển. Cập nhật số lượng sự cố theo trạng thái bảo trì và bảng vận hành cho phép.
Danh mục kiểm tra RFQ bảo vệ
Xác định điện áp, tần số, kVAR, kiểu đấu nối, bố trí phần tử/đơn vị/nhóm, kiến trúc cầu chì, nối đất trung tính, dòng sự cố khả dụng, cấp cách điện, thiết bị đóng cắt, các giàn tụ mắc song sóng hiện hữu, môi trường sóng hài, biến dòng/biến áp đo lường, nguồn điện một chiều trạm, giao thức truyền thông, yêu cầu chống hỏng máy cắt, nền tảng rơ-le của chủ đầu tư, và các tiêu chuẩn hiện hành. Yêu cầu nhà cung cấp cung cấp các đại lượng mất cân bằng dự kiến cho các trường hợp sự cố theo bậc, điện áp của phần tử còn lại, cơ sở phối hợp cầu chì, giới hạn cảnh báo/cắt khuyến nghị, yêu cầu phóng điện, và tài liệu thử nghiệm. Làm rõ trách nhiệm về nghiên cứu cài đặt và thử nghiệm đóng điện tại hiện trường. Các sản phẩm bù hạ áp của CNBYG là thiết bị phía nhà máy; bảo vệ trung áp của đơn vị điện lực vẫn là phạm vi kỹ thuật đặc thù của dự án.
Yêu cầu kiểm soát thay đổi
Bất kỳ thay đổi nào sau đó đối với các tụ điện, loại cầu chì, cấu hình nhóm nối tiếp, tỷ lệ CT hoặc VT, hệ thống nối đất, thiết bị đóng cắt, phầnfirmware của rơ-le hoặc logic vận hành đều đòi hỏi phải xem xét lại các thông số cài đặt. Ngay cả giả định bảo trì thay thế tương đương cũng phải được xác nhận lại theo bản vẽ và nhãn thiết bị. Phải lưu trữ tính toán đã được phê duyệt, tệp cài đặt, báo cáo thử nghiệm và các giá trị thực tế sau khi lắp đặt dưới dạng kiểm soát phiên bản. Người vận hành cần biết ai có quyền cho phép vận hành tạm thời sau khi có cảnh báo và điều kiện nào đòi hỏi phải ngắt mạch ngay lập tức. Nguyên tắc này giúp ngăn chặn việc một sửa chữa thành công về mặt cơ khí vô tình làm mất hiệu lực của cơ sở bảo vệ điện.
Tài liệu hướng dẫn kỹ thuật liên quan
Đánh giá mục đích của trạm biến áp phân đoạn, kết hợp các kiến trúc, đóng cắt có điều khiển, và các sản phẩm bù đắp tại nhà máy.
Câu hỏi thường gặp
Bảo vệ chính cho một dãy tụ điện (tụ bù) là gì?
Không có chức năng đơn lẻ nào là đủ. Kết nối khối (unit fusing), mất cân bằng, quá dòng, giám sát điện áp và bảo vệ máy cắt hoạt động cùng nhau.
Tại sao bảo vệ mất cân bằng lại quan trọng?
Nó có thể phát hiện dung kháng bị mất trước khi dòng điện pha thay đổi đủ lớn để bảo vệ quá dòng thông thường.
Có thể sao chép cài đặt từ một ngân hàng khác không?
Không. Kiểu đấu nối, các nhóm nối tiếp, cầu chì, dung sai, tỷ lệ và các điều kiện cho phép về đơn vị hỏng sẽ làm thay đổi phép tính.
Cầu chì có bảo vệ chống lại hiện tượng cộng hưởng không?
Không. Hiện tượng cộng hưởng hài đòi hỏi phải đo lường và nghiên cứu lưới điện; một cầu chì chỉ phản ứng với dòng điện bất thường được định mức cho nó.
Cần lưu trữ những gì sau một chuyến đi?
Bản ghi rơ-le, dạng sóng, trình tự sự kiện, trạng thái đóng cắt, điện áp, dòng điện, kết quả kiểm tra và kết quả thử nghiệm.