Đồ án bảo vệ rơ le mới , đề tài bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Đồ án mẫu về bảo vệ rơ le trong hệ thống điện, đây là một đồ án mẫu rất là chi tiết và cụ thể dành cho các bạn sinh viên tham khảo về thiết kế bảo vệ rơ le cho hệ thống điện dùng cho đồ án môn học cũng như đồ án tốt nghiệp cho đề tài bảo vệ rơ le được hướng dẫn bởi các giảng viên đại học với chuyên môn cao rất phù hợp cho các bạn tham khảo

Lời Nói Đầu

Hệ thống điện (HTĐ) trải dài trong không gian với nhiều phần tử khác nhau từ khâu phátđiện, truyền tải đến phân phối điện năng Cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu về điện cũng tănglên không ngừng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng điện năng Để đáp ứng vớinhững thách thức đó thì hệ thống điện Việt Nam cũng không ngừng phát triển nhất là khi nhữngthành tựu khoa học công nghệ hiện đại trong ngành điện được được đưa vào ứng dụng Tuy nhiênnhững hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong hệ thống điện,nếu không phát hiện kịp thời và khắc phục sự cố có thể làm cho HTĐ mất ổn định, thậm chí là tan rãảnh hưởng rất nghiêm trong cho đời sống nhân dân, nền kinh tế quốc dân vì thế cần nhanh chóngphát hiện và cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống để có thể ngăn chặn và hạn chế thấp nhấtnhững tác hại của hệ thống Một trong những thiết bị bảo vệ làm nhiệm vụ đó là Rơle

Đồ án môn học bảo vệ rơle trong hệ thống điện cung cấp cho chúng em một cái nhìn tổngquan về Rơle thiết bị bảo vệ hệ thống điện trước những kích động để HTĐ có thể làm việc an toàn,phát triển liên tục và bền vững

Trong quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn,

đặc biệt cảm ơn thầy TS.Nguyễn Ngọc Trung đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi còn những thiếu sót, em rấtmong được sự chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy, cô giáo để em có thể có thêm kiến thức cho bản thân

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày tháng năm 2018

Sinh viên thực hiện

ĐINH VĂN TẤN

Mục lục

CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN MÁY BIẾN DÒNG (BI) 6

1.1 CHỌN BIẾN DÒNG CHO BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY (BI7) 7

1.2 CHỌN BIẾN DÒNG CHO BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 7

1.2.1 Chọn máy biến dòng BI1 (BI4) 7

1.2.2 Chọn máy biên dòng BI2 (BI5) 7

1.2.3 Chọn BI3, BI6 7

CHƯƠNG 2 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 8 2.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 8

2.1.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường 8

2.1.2 Phương thức bảo vệ 8

2.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 9

CHƯƠNG 3 CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 10

3.1 SO LỆCH CÓ HÃM 10

3.1.1 Nguyên lý bảo vệ so lệch 10

3.1.2 Nguyên lý bảo vệ so lệch tác động hãm 11

3.2 BẢO VỆ RƠ LE KHÍ 13

3.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CÓ THỜI GIAN (QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI) 14

3.4 BẢO VỆ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG 15

3.5 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI MBA 16

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 17

4.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ ĐIỆN KHÁNG 17

4.1.1 Tính các giá trị điện kháng các phần tử trong chế độ công suất hệ thống cực đại

17

4.1.2 Tính các giá trị điện kháng trong chế độ công suất hệ thống cực tiểu 18

4.2 TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH 19

4.2.1 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ công suất hệ thống cực đại 20

4.2.2 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ công suất hệ thống cực tiểu.26 CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 30

5.1 TÍNH TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH 30

5.1.1 Tính toán dòng khởi động cho bảo vệ so lệch có hãm 30

5.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH 32

5.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI 32

5.4 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT( QUÁ DÒNG TTK) 33

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 34

6.1 DÒNG NGẮN MẠCH TRONG CÁC TRƯỜNG HỢP TRÊN ĐƯỜNG DÂY 34 6.1.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 34

6.1.2 Xác định vùng bảo vệ: 35

6.2 TÍNH TOÁN BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI 36

6.2.1 Chế độ công suất hệ thống cực đại 36

6.2.2 Chế độ công suất hệ thống đạt cực tiểu 37

6.3TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT THỨ TỰ KHÔNG (TTK ) 38 CHƯƠNG 7 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG TRÊN 39

7.1 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 39

7.1.1 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 39

7.1.2 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ quá dòng cắt nhanh 41

7.1.3 Bảo vệ chống chạm đất thứ tự không( TTK) 42

7.2 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 42

7.2.1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 42

7.2.2 Bảo vệ dòng điện cực đại 42 7.2.3 Bảo vệ chống chạm đất thứ tự không(TTK) 43

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỀ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Đề bài: Cho hệ thống điện như hình vẽ

U1/U2: 115/24 kV, tổ đấu dây YN/yn- 12

Tổng trở: Loại dây XLPE-185 : 0,0.17+0,37j (Ω/km)km) 1

Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian: 2

I và TMS là hắng số thời gian đặt, độ lệch thời gian bảo vệ t= 0.5s

II Nội dung:

1 Chọn BI phục vụ cho bảo vệ

2 Xây dựng phương thức bảo vệ cho các máy biến áp B1, B2 và đường dây L

3 Trình bài các nguyên lý bảo vệ rơ le sử dụng trong phương thức bảo vệ cho các đối tượng trên

CHƯƠNG 1 LỰA CHỌN MÁY BIẾN DÒNG (BI)



-BI6 BI3

B1

B2 HTÐ

Hình 1.1 Sơ đồ đặt bố trí các máy biến dòng

Từ yêu cầu bảo vệ của đồ án ta có thể thấy rằng cần phải chọn 5 BI để phục vụ cho công tácbảo vệ máy biến áp và đường dây L Trong đó có BI5 đặt cho các bảo vệ đường dây và BI1, BI2,BI3 và BI4 đặt cho bảo vệ máy biến áp

Điều kiện chọn BI:

dmI

i k

i l F

I t k





Trong đó:

- k odd : hệ số dòng điện ổn định động, thông số này do nhà chế tạo quy định.

- a : là khoảng cách giữa các pha

- l khoảng cách từ máy biến dòng đến sứ đỡ gần nhất.:

- k odn: là hệ số dòng ổn định nhiệt, thông số này do nhà chế tạo quy định.

Đối với đồ án Rơ le này ta chỉ để cập tới việc chọn BI theo các điều kiện về điện áp định mức,dòng điện sơ cấp định mức Sau đây ta đi lựa chọn các máy biến dòng cho phục vụ cho bảo vệ

1.1 Chọn biến dòng cho bảo vệ đường dây (BI7)

Dòng điện làm việc cực đại chạy trên đường dây L là:

I L lvmax=Ipt 1 max= P 1 max

1.2 Chọn biến dòng cho bảo vệ máy biến áp

1.2.1 Chọn máy biến dòng BI1 (BI4)

Các máy biến dòng BI1 và BI4 được chọn cùng một loại với tỷ số biến như nhau

Dòng điện lớn nhất chạy qua BI1 là:

 Chọn BI có dòng sơ cấp định mức là 300 A và dòng thứ cấp định mức là 5A, điện áp

danh định là 110 kV Tỷ số biến đổi: n BI 1=300

5

- Tương tự như vậy tỉ số biến đổi của BI4là:n BI 4=300

5

1.2.2 Chọn máy biên dòng BI2 (BI5)

Các máy biến dòng BI2 và BI5 được chọn cùng một loại với tỷ số biến như nhau

Xét đến điều kiện quá tải của MBA nên dòng điện lớn nhất chạy qua BI1 là:

 Chọn BI có dòng sơ cấp định mức là 1500 A và dòng thứ cấp định mức là 5A, điện áp

danh định là 22 kV Tỷ số biến đổi: n BI 2=1500

-2.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

2.1.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường

Đối với máy biến áp, những loại hư hỏng có thể phân ra thành 2 nhóm: hư hỏng bên trong và

hư hỏng bên ngoài:

+ Sự cố bên trong MBA gồm:

- Chức năng : làm bảo vệ chính cho máy biến áp.

- Vùng tác động : chống lại mọi dạng sự cố bên trong máy biến áp

+ So lệch có hãm : chống sự cố ngắn mạch trong máy biến áp

+ Rơ le khí : chống chạm chập giữa các vòng dây, thủng thùng dầu hoặc rò dầu

 Bảo vệ dự phòng : quá dòng có thời gian và quá dòng cắt nhanh

- Chức năng :

+ Làm dự phòng cho bảo vệ chính

+ Chống ngắn mạch bên trong và bên ngoài MBA

- Vùng tác động : bên trong MBA và 1 phần bên ngoài

- Chú ý :

+ Thời gian tác động phải sau thời gian tác động của bảo vệ chính

+ Phối hợp thời gian với các bảo vệ lân cận

+ Nếu MBA nhận công suất từ nhiều nguồn cung cấp thì phải đặt định hướng công suất tạiphía nối với nguồn có thời gian tác động nhỏ hơn

+ Nếu là MBA 2 cuộn dây thì chỉ cần đặt bảo vệ quá dòng ở 1 đầu MBA, phía gần nguồn (donếu 1 cuộn dây quá tải thì cuộn dây còn lại của MBA cũng quá tải) Nếu là MBA nhiều cuộndây thì mỗi phía đặt 1 bộ

 Bảo vệ chống chạm đất : quá dòng TTK

- Chức năng : chống chạm đất (vỏ) bên trong MBA

- Vùng tác động : phần được giới hạn bởi bộ lọc dòng TTK và BI trung tính MBA

 Bảo vệ chống quá tải : quá dòng điện hoặc rơ le hình ảnh nhiệt

- Chức năng : chống quá tải

- Vùng bảo vệ :

Hình 2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

2.2 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY

Đường dây L là đường dây trung áp nên ta cần đặt các loại bảo vệ để chống lại các loại ngắnmạch, chạm chập trên đường dây Đối với đường dây, ta sử dụng bảo vệ quá dòng có thời gian (50)làm bảo vệ chính (đặc tính thời gian phụ thuộc), quá dòng cắt nhanh (51) làm dự phòng

Để phát hiện và chống lại sự cố chạm đất trên đường dây L, sử dụng bảo vệ quá dòng thứ thự không(50N,51N)

- So sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ

- Tác động khi độ lệch dòng điện giữa hai đâu phần tử bảo vệ vượt quá một giá trị cho trước (dòng khởi động) :  I I kd

Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí của hai máy biến dòng điện ở đầu

và cuối của phần tử được bảo vệ từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh

+ Do sai số của máy biến dòng Khi đó I có giá trị nhỏ

+ Do bão hòa mạch từ của BI: xảy ra khi đóng máy biến áp không tải hoặc xảy ra ngắn mạchngoài Khi đó I có giá trị lớn trong thời gian ngắn

+ Do điều chỉnh điện áp

Dòng khởi động được xác định như sau: Ikd  K Iat. kcbttmax (ISL  Ikcbttmax)

max max . max

Rơ le tác động khi ISL ≥ IH

- Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ: Hai vecto dòng điện thứ cấp I1T và IT2 có góc lệch nhỏ nên dòng điện hãm lớn hơn dòng so lệch, rơ le không tác động

Hình 3.1.3 Góc lệch pha giữa I T1 và I T2 là do sai số của BI

- Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ: Hai vecto IT1 và IT2 có góc lệch lớn nên ISL > IH Lúc đó rơ

+ Đoạn đặc tính (b):

Đoạn đặc tính này đảm bảo sự làm việc của rơ le khi xét đến sai số BI

+ Đoạn đặc tính (c):

Đặc trưng cho độ hãm cao, đảm bảo sự làm việc của rơ le khi bão hòa mạch từ BI

+ Đoạn đặt tính (d):

Đặc trưng cho giá trị so lệch ngưỡng cao

Khi dòng điện so lệch vượt quá giá trị này thì bảo vệ sẽ tác động không phụ thuộc vào dònghãm

Đoạn đặc tính này phụ thuộc vào giá trị UN% của máy biến áp Ngưỡng này thường được

chỉnh định ở mức khi ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn hơn %

Khi có lọt khí, hoặc khi sự cố nhẹ (chập ít vòng), các bọt khí sinh ra, sẽ tích tụ ở phần nắp của

rơ le khí Khi lượng khí tích tụ đủ lớn, nó sẽ làm phao phía trên chìm xuống và đóng tiếp điểm lại,rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo

Khi sự cố lớn như chập nhiều vòng, chập pha, lượng khí sinh ra rất lớn, tạo thành luồng, phụtqua rơle lên thùng dầu giãn nở Khi đó, phao dưới bị nhấn chìm, tiếp điểm dưới bị đóng lại

Như vậy, tiếp điểm trên tác động khi sự cố nhẹ, tác động đi báo hiệu Tiếp điểm dưới tácđộng khi sự cố nặng Nó được bố trí đi cắt ngay máy biến áp

Bảo vệ có hai mức: mức nhẹ - đi báo hiệu và mức nặng - đi cắt

Rơle dòng dầu có cùng một nguyên lý hoạt động như rơle khí, bố trí trong hộp bộ điều chỉnhdưới tải, khi có trục trặc ở bộ này, dầu bị đốt nóng, sẽ chuyển động thành dòng, làm rơle tác động, đicắt máy biến áp

3.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CÓ THỜI GIAN (QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI)

I> t1

t 0

K t

I

I

I I

N

kd V

b)

Hình 3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian

Bảo vệ quá dòng cực đại (BVQDCĐ) là loại bảo vệ tác động sau một khoảng thời gian trễ ∆tkhi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị BV tăng quá giá trị khởi động BVQDCĐ đảm bảo tính chọn lọcbằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thìthời gian tác động càng lớn

- kat : là hệ số an toàn , thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2

- kmm : là hệ số mở máy, thường lấy kmm = 2 ÷ 5

- ktv : là hệ số trở về, thường lấy kv = 0,85 ÷ 0,9 với rơle điện cơ, ktv =1 đối với rơle số

- Ilvmax : dòng điện cực đại của đường dây bảo vệ

Dòng khởi động phía thứ cấp:

max

.

Phối hợp với những bảo vệ ở vùng lân cận theo nguyên tắc bậc thang từng cấp

3.4 BẢO VỆ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG

I0 >

Hình 3.4 Bảo vệ quá dòng TTK

Bảo vệ quá dòng thứ tự không thực chất cũng là bảo vệ quá dòng nên nguyên lý tác động cũng

là tác động khi dòng thứ tự không vượt quá giá trị khởi động

I0 ≥ IkdBảo vệ quá dòng TTK, phải đặt thêm máy biến dòng thứ tự không tại trung tính của máy biếnáp

3.5 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI MBA

Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp, nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bịtăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng Để bảo vệchống quá tải máy biến áp có công suất bé có thể sử dụng bảo vệ quá dòng thông thường Bảo vệquá dòng điện sử dụng rơ le dòng điện có chức năng bảo tín hiệu quá tải MBA Ở MBA hai quấndây bảo vệ được bố trí ở phía nguồn, máy biến áp ba quấn dây bảo vệ quá tải có thể bố trí ở hai hoặc

ba dây quấn Bảo vệ quá tải bố trí ở một pha và báo tín hiệu sau một thời gian định trước Tuy nhiênquá dòng điện không thể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải

Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thựchiện chống quá tải Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhautrong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ có nhiều mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnhbáo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn bằng không khí hoặc dầu, giảm tải máybiến áp Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượtquá giới hạn cho phép và kéo dài thời gian quy định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH



-4.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ ĐIỆN KHÁNG

Chọn S cb= 40 MVA, tính tương đối chính xác trong hệ tương đối

Điện áp cơ bản bằng điện áp trung bình tại mỗi cấp điện áp:

Ucb1 = 115 kV, Ucb2 = 24 kV

4.1.1 Tính các giá trị điện kháng các phần tử trong chế độ công suất hệ thống cực đại

Công suất hệ thống: S HT= 2500 MVA

Trạm vận hành với hai máy biến áp làm việc song song

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Điện kháng hệ thống: X11=X HT= S cb

S Nmax=

40

2500=0,016 Điện kháng máy biến áp:

4.1.2 Tính các giá trị điện kháng trong chế độ công suất hệ thống cực tiểu

Công suất hệ thống: S HT = 1850 MVA

Trạm biến áp vận hành với 1 máy biến áp

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

BI 1

BI4

BI2

BI5 BI7

BI6 BI3

N(1,1) 2 0

2 0

a a

I X I

a a

I X I

-Dạng ngắn mạch N(1):

Dòng điện pha A thứ tự thuận:

I(1,1)Na1= E HT

X N 11+X N 1 ∆=

10,0016+0,0082=41,32

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là:

I(1,1)N 1 =m(1,1) I(1,1)Na1=√3 √1− X N 12 Σ X N 10 Σ

(X¿¿N 12 Σ+X N 10 Σ)2 I(1,1)Na1¿

¿√3 √1− 0,016.0,017

(0,0016+0,017)2.41,32=61,99Dòng điện ngắn mạch ba pha thành phần thứ tự không:

Tổng điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không khi ngắn mạch tải điểm N1:

XN21 = X11 + X21

2 = 0,016 +

0,184

2 = 0,108XN22 = XN21 = 0,108

Dòng điện pha A thứ tự thuận:

I(1,1)Na1= E HT

X N 21+X N 2 ∆=

10,108+0,054=6,17

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 là:

I(1)N 3=m(1) I(1)Na1=3.1,56=4,68Dòng điện ngắn mạch thứ tự không là:

Dòng điện pha A thứ tự thuận:

I(1,1)Na1

= E HT

X N 31+X N 3 ∆=

10,185+0,111=3,39

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N3 là:

Tại các điểm ngắn mạch N4, N5, N6 tính toán tương tự ta được:

Bảng tính toán NM chế độ max 2 mba làm việc song song

X1 0,016 0,108 0,185 0,0262 0,339 0,416X2 0,016 0,108 0,185 0,0262 0,339 0,416

I(1)N 2=m(1) I Na 2(1) =3.1,664=4,992Dòng điện ngắn mạch thứ tự không là:

Tính toán tương tự ta được

Bảng tính toán NM chế độ max 1 mba độc lập

IN(1,1) 61,69 4,999 3,466 2,672 2,174 1,835I0(1,1) 60,1 4,987 2,992 2,138 1,663 1,361

4.2.2 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ công suất hệ thống cực tiểu

Điện kháng: X ' N 1 Δ=X' N 12 Σ

=0,022Dòng điện ngắn mạch tải điểm N1:

I(2)N 1=m(2) I Na 1(2) =√3 E HT

X ' N 11 Σ+X Δ=√3

10,022+0,022=39,365

Dòng điện pha A thứ tự thuận:

I(1,1)Na1= E HT

X N 11+X N 1 ∆=

10,022+ 0,011=30,303

Dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 là: