Cuộc cách mạng trong Thí nghiệm Máy biến dòng điện

03/04/2020
CT Testing with CTAnalyzer

Các thiết bị thí nghiệm và các phương pháp khác nhau được sử dụng trên thị trường để kiểm tra tính năng của biến dòng trong quá trình phát triển, sản xuất, lắp đặt và bảo dưỡng.

Một giải pháp đột phá hiện có để thí nghiệm máy biến dòng tại mọi giai đoạn trong vòng đời thiết bị sử dụng mô hình khái niệm.

Máy biến dòng được sử dụng trong hệ thống điện với mục đích dành cho bảo vệ rơ le và đo lường. Biến dòng được thiết kế khác nhau phụ thuộc vào ứng dụng được sử dụng.

Sơ đồ mạch tương đương của một biến dòng điện thực
Hình 1: Sơ đồ mạch tương đương của một biến dòng điện thực

Ie: Dòng từ hóa

Ip, Is: Dòng sơ và thứ cấp

Xm: Điện cảm chính của lõi từ

Rm: Tổn thất từ của lõi từ

Np, Ns: Số vòng dây của lõi từ lý

tưởng

Rct: Điện trở thuần của cuộn thứ cấp

Us: Điện áp đầu cực thứ cấp

Rb: Thành phần điện trở thuần của công suất phức hợp

Xb: Thành phần điện cảm của công suất phức hợp

Lĩnh vực ứng dụng

  • Biến dòng cho ứng dụng đo lường và bảo vệ về cơ bản làm việc theo cùng một cách: biến đổi tín hiệu sơ cấp công suất cao sang giá trị thứ cấp có thể đọc được. Trong khi biến dòng sử dụng cho mục đích bảo vệ thường vận hành tốt trên dòng định mức, thì biến dòng cho mục đích đo lường phải đi vào vùng bão hòa trực tiếp trên mức dòng định mức để bảo vệ thiết bị đo lường được nối với phía thứ cấp.
  • Biến dòng bảo vệ: Các biến dòng giữ một vai trò quan trọng trong bảo vệ hệ thống điện. Chúng cung cấp cho rơ le bảo vệ một tỉ số của dòng sơ cấp do đó nó có thể vận hành tương ứng với cài đặt chỉnh định. Sự biến đổi của các giá trị dòng điện từ sơ cấp sang thứ cấp phải chính xác trong chế độ bình thường và đặc biệt trong điều kiện sự cố tại phía sơ cấp (khi dòng tăng gấp 30 lần dòng định mức không là ngoại lệ).
  • Biến dòng đo lường: Năng lượng được cung cấp bởi nhiều nguồn, bao gồm cả các nguồn năng lượng thay thế như năng lượng mặt trời và gió. Để đảm bảo chính xác định giá trong thị trường điện cạnh tranh, các điểm đo bổ sung là cần thiết. Điều quan trọng là có toàn bộ chuỗi đo được hiệu chuẩn bởi vì thiết bị đo chỉ có cấp chính xác bằng với biến dòng đo lường nối với nó. Do đó việc thí nghiệm và hiệu chuẩn các máy biến dòng cấp chính xác 0.1 là thiết yếu. Tuy nhiên, thí nghiệm tại hiện trường các biến dòng cấp chính xác 0.1 bị
    đặc biệt giới hạn bởi nhiễu động từ đường dây truyền tải có thể ảnh hưởng đến kết quả đo.
Ví dụ đấu nối một biến dòng có 6 nấc tỉ số
Hình 2: Ví dụ đấu nối một biến dòng có 6 nấc tỉ số

Thí nghiệm máy biến dòng
Phương pháp thí nghiệm truyền thống đặt một tín hiệu lên một phía và đọc tín hiệu ra tại phía còn lại. Có nhiều cách thí nghiệm truyền thống có thể áp dụng.
1. Cách truyền thống để thí nghiệm một máy biến dòng là đặt một dòng điện lớn vào phía sơ cấp và đọc tín hiệu ra tại phía thứ cấp. Bằng việc sử dụng các công suất khác nhau hoặc tạo quá dòng, các trạng thái có thể được mô phỏng và tín hiệu tại phía thứ cấp có thể được đo và phân tích. Tuy nhiên phương pháp này tiêu tốn thời gian và tác động mạnh đến vật liệu. Đôi khi còn không thể thực hiện được do yêu cầu dòng điện rất lớn (ví dụ, với thí
nghiệm tại hiện trường máy biến dòng được thiết kế cho phản ứng quá độ (loại TP) với các giá trị điểm gãy rất lớn).

2. Một kiểu thí nghiệm quen thuộc khác là đặt một điện áp thí nghiệm định trước vào phía thứ cấp và đọc tín hiệu từ phía sơ cấp. Tuy nhiên khi thí nghiệm theo phương pháp này, một vài thông số ví dụ như cấp chính xác và điểm gãy (đường cong từ hóa) có thể chỉ được thí nghiệm với các giới hạn. Đó là bởi vì giới hạn của phương pháp về cấp chính xác gây ra bởi tín hiệu rất thấp khi sử dụng và điện áp lớn nhất xấp xỉ 2kV có thể được đặt vào phía
thứ cấp của máy biến dòng. Các thông số quan trọng khác như hệ số kích thước quá độ, hệ số giới hạn cấp chính xác, hệ số an toàn, các sai số phức hợp, các hằng số thời gian, và nhiều thông số khác không thể thí nghiệm được.
Vì hai phương pháp đều có giới hạn, một phương pháp mới để thí nghiệm biến dòng là cần thiết.

Hình 3: Thiết bị phân tích CT Analyzer với phụ kiện CT SB2 đính kèm
Hình 3: Thiết bị phân tích CT Analyzer với phụ kiện CT SB2 đính kèm

Mô hình khái niệm mới
– Hãng OMICRON đã phát triển thiết bị thí nghiệm CT Analyzer. Mô hình khái niệm của một máy biến dòng cho phép quan sát chi tiết thiết kế của máy biến dòng và phản ứng vật lý của nó. Thiết bị thí nghiệm tự động xây dựng một mô hình của máy biến dòng sử dụng dữ liệu trên nhãn máy và dữ liệu đo được trong khi thí nghiệm. Dựa trên mô hình này, thiết bị thí nghiệm có thể tính toán các thông số bổ sung như Vb (điện áp đầu cực thứ cấp theo IEEE) hoặc hệ số giới hạn cấp chính xác (ALF) và hệ số an toàn (FS theo IEC) và mô phỏng phản ứng của CT, ví dụ dưới các công suất tải khác nhau hoặc với dòng sơ cấp biến đổi.

Hình 4: Đường cong từ trễ tại điểm bão hòa lớn nhất thể hiện vùng có thể của từ dư

– Từ khi được giới thiệu vào năm 2005, thiết bị phân tích CT (CT Analyzer) đã được chấp nhận với hơn 1000 máy vận hành ở mọi ngóc ngách trên toàn cầu, bao gồm Hoa Kỳ và Canada.
Thiết bị phân tích CT nhỏ, trọng lượng nhẹ và thực hiện thí nghiệm hoàn toàn tự động các máy biến dòng với thời gian ngắn nhất có thể.
– Nó đo tổn hao đồng và sắt của máy biến dòng tuân theo sơ đồ mạch tương đương (xem Hình 1). Trong khi tổn hao đồng được mô tả là điện trở cuộn dây RCT, tổn hao sắt được mô tả tổn hao xoáy hay điện trở xoáy Reddy. Với các thông tin chi tiết này về tổn hao tổng cộng của cuộn dây, thiết bị phân tích có thể mô hình máy biến dòng và tính toán sai số tỉ số dòng, cũng như dịch chuyển pha cho mọi dòng sơ cấp và công suất thứ cấp.

– Tất cả các điểm vận hành được mô tả trong liên hệ với các tiêu chuẩn quốc tế cho các máy biến dòng có thể xác định được. Mô hình cũng cho phép đánh giá các thông số quan trọng như từ dư, điện kháng bão hòa và không bão hòa, hệ số dòng ngắn mạch thứ tự (hệ số quá dòng) và hệ số kích thước quá độ (tuân theo tiêu chuẩn IEC 60044-46 cho các tính toán dòng sự cố quá độ).
– Với tất cả mô hình dữ liệu liên quan đã biết, nó có thể sử dụng trực tiếp trong các chương trình mô phỏng hệ thống điện để đưa ra biến dòng hoặc nhóm các biến dòng hiện tại đáp ứng với các trạng thái hệ thống được mô hình. Nó cung cấp cho kỹ sư hệ thống điện các mô phỏng sự cố được cải thiện, tạo tính năng thí nghiệm và xác định nguyên nhân của bảo vệ hệ thống chính xác hơn.

– Trong vòng vài giây, biên bản thí nghiệm bao gồm một đánh giá tự động tuân theo IEEE C57.13 hoặc C57.13.6 (tiêu chuẩn cho các máy biến áp đo lường cấp chính xác cao) được tạo ra. Thiết bị phân tích CT đem lại một cấp chính xác thí nghiệm rất cao với 0.05% (0.02% điển hình) cho tỉ số dòng và 3 phút (1 phút điển hình) cho thay đổi góc pha.

– Cấp chính xác của thiết bị phân tích CT được kiểm chứng bởi nhiều viện đo lường bao gồm PTB (CH liên bang Đức), KEMA (Hà Lan) và Viện nghiên cứu cao áp Vũ Hán (Trung Quốc). (Nguồn gốc là quản lý tiêu chuẩn quốc gia bởi EURAMET và thành viên ILAC (ví dụ OKD, DKD, NIST, NATA, NPL, PTB, BNM…).

Sự đổi mới
– Để thí nghiệm tự động các biến dòng đa tỉ số (tới 6 nấc đấu nối – X1 tới X6), thiết bị phân tích được cải tiến với bộ phận mở rộng Hộp chuyển đổi CT SB2 như một phụ kiện. CT SB2 được nối tới tất cả các nấc của một biến dòng đa tỉ số, cũng như được nối tới thiết bị phân tích CT.
– Mọi tỉ số biến kết hợp có thể được thí nghiệm tự động mà không cần đấu nối lại dây đo. Tính năng kiểm tra đấu nối tích hợp sẽ thử nghiệm mạch đấu nối thứ cấp tới CT và chỉ ra lỗi đấu nối trước khi chu kỳ đo bắt đầu.
– Ngoài ra, thiết bị phân tích kiểm tra các tỉ số khác nhau của biến dòng được thí nghiệm. Tín hiệu thí nghiệm sau đó sẽ được điều chỉnh để giới hạn điện áp thí nghiệm dưới 200V, đảm bảo mức an toàn cao cho con người trong khi vận hành. SB2 có thể được gắn vào phía sau của thiết bị phân tích (xem Hình 3) với tất cả đấu nối kèm theo.

Hình 5: Nguyên lý khử từ của lõi sắt
Hình 5: Nguyên lý khử từ của lõi sắt

– Như một tùy chọn đo mới cho thiết bị phân tích, RemAlyzer cho phép máy biến dòng được thí nghiệm về từ dư sau một sự cố hoặc hiện tượng cục bộ khi bão hòa lõi từ bị nghi ngờ xảy ra.
– Từ dư có thể xảy ra nếu một biến dòng bị bão hòa. Điều này xảy ra là kết quả của dòng điện sự cố lớn có bao gồm các thành phần quá độ hoặc dòng một chiều đặt vào biến dòng trong thí nghiệm đo điện trở cuộn dây hoặc trong khi kiểm tra cực tính (kiểm tra dây đấu nối). Phụ thuộc vào mức mật độ từ thông còn lại, từ dư sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến đặc tính đáp ứng của biến dòng.
– Vì hiệu ứng từ dư trong máy biến dòng cho bảo vệ không dự đoán và nhận biết rõ ràng được trong chế độ vận hành bình thường, hiện tượng này thậm chí còn nghiêm trọng hơn.
Việc tác động nhầm của bảo vệ so lệch có thể xảy ra. Bảo vệ rơ le cũng có thể làm việc sai trong trường hợp có quá dòng thực sự do tín hiệu của biến dòng bị méo gây ra bởi từ dư trong lõi CT.
– Ngay khi biến dòng bị từ hóa, quá trình khử từ là cần thiết để loại bỏ từ dư. Điều này có thể thực hiện, ví dụ bằng cách đặt một dòng điện xoay chiều với độ lớn tương tự như dòng điện gây ra từ dư. Ở bước thứ hai, biến dòng được khử từ bằng cách giảm điện áp từ từ về 0 (xem Hình 5 và 6).

H6
Hình 6: Thẻ thí nghiệm của CT Analyzer thể hiện kết quả đo của một thí nghiệm từ dư

– Thiết bị phân tích thực hiện phép đo từ dư trước chu kỳ thí nghiệm CT thông thường cũng như nó tự động loại bỏ từ dư sau khi thí nghiệm. Để xác định từ dư, thiết bị phân tích đưa lõi từ vào chế độ bão hòa thuận và nghịch xen kẽ tới khi một vòng từ trễ đối xứng ổn định đạt được. Thiết bị phân tích sau đó tính toán điều kiện từ dư ban đầu để xác định lõi từ có bị nhiễm từ dư hay không. Các kết quả được hiển thị dưới dạng giá trị tuyệt đối với đơn vị điện áp theo thời gian, cũng như phần trăm tương đối với từ thông bão hòa (ψS : định nghĩa trong IEC 60044-1) trên thẻ thí nghiệm từ dư. Ngoài ra hệ số từ dư Kr được thể hiện trên thẻ thí nghiệm.
– Thiết bị phân tích tự động khử từ dư biến dòng điện khi thí nghiệm hoàn tất.

Kết luận
– Sau khi lắp đặt, biến dòng điện thường được sử dụng 30 năm. Để đảm bảo tin cậy và vận hành an toàn trong vòng đời của các biến dòng, mức chất lượng cao trong giai đoạn thiết kế, quá trình sản xuất và lắp đặt là cần thiết. Nhiều thí nghiệm chất lượng được thực hiện từ lúc phát triển tới lắp đặt. Sau khi lắp đặt, các biến dòng nên được thí nghiệm định kì để vận hành chính xác trong toàn bộ vòng đời.
– Benton Vandiver là giám đốc kỹ thuật tại OMICRON electronics và có hơn 32 năm kinh nghiệm trong bảo vệ hệ thống. Ông là một kỹ sư chuyên nghiệp đã đăng kí tại Texas và là một thành viên của IEEE/PES/SPRC, IEEE-SA và USNC/CIGRE. Benton nắm giữ một bằng sáng chế của Hoa Kỳ về “Truyền thông dựa trên thí nghiệm các thiết bị điện tử thông minh” và là tác giả hoặc đồng tác giả của hơn 80 bài báo và bài viết kỹ thuật tại Hoa Kỳ và trên thế giới.

 

Biên dịch:
Trần Quang Minh
ENTEC A&T
Email: SUPPORT@AutomationAndTesting.vn
Biên soạn:
Benton Vandiver
OMICRON

 

This entry was posted in . Bookmark the permalink.
024 6683 0230

Send us
an Email

Contact