đồ án bảo vệ role epu

MỤC LỤC1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly ph

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay Trong bất kỳ lĩnh vựcnào như sản xuất, sinh hoạt, an ninh… đều cần sử dụng điện năng Việc đảm bảo sảnxuất điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọnghiện nay Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũngđóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện Do nhu cầu về điện năng ngày càngtăng, hệ thống điện ngày càng mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩavới việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo Chính vìvậy phải tăng cường các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngănchặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra

Đồ án môn học Bảo vệ Rơ le giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơbản về bảo vệ rơ le Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn về từng loại bảo vệ.Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy

cô bộ môn, đặc biệt là cô giáo TS Vũ… Dù đã cố gắng nhưng do kiến thức của em

còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi những sai sót

Em mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ án cũngnhư kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là cô giáo TS.Vũ … đã giúp đỡ

em hoàn thành bản đồ án này

Hà Nội, tháng 3 năm 2022Sinh viên thực hiện

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Khoa Kỹ Thuật Điện

Giảng viên hướng dẫn :

Hà Nội, tháng 3 năm 2022

MỤC LỤC

1.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải kể đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện

ấy Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong hệ thống điện:

- Do hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ lụt

- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi

- Do các tai nạn ngẫu nhiên

- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điệnNhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể ngăn chặn vàhạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố

- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ cácphần tử bị ngắn mạch và các phần tử lân cận

- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoả hoạn

- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện

- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện

Hậu quả của ngắn mạch là:

- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện

- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện

- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ

- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường Một trong những tình trạng làm việc không bình thường đó là quá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá huỷ.

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hư hỏng

ra khỏi hệ thống điện Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện, tuỳ mức

độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thường thực hiện tácđộng sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ởcác thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng)

1.2 Yêu cầu của bảo bệ rơle

• Tính chọn lọc

Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị

sự cố ra khỏi hệ thống Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy

ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện hoặc máy biến áp)

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: có nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

I k I

+ Bảo vệ rơ le được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá50ms (2,5 chu kì của dòng điện tần số 50Hz) Bảo vệ rơ le được gọi là tác động tứcthời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơ le.

+ Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối,bảo vệ chính thường có thời gian cắt sự cố (0,2 ÷ 1,5s), bảo vệ dự phòng (1,5 ÷ 2,0s)

• Độ tin cậy

Độ tin cậy tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trongphạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

+ Độ tin cậy đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn

+ Độ tin cậy không tác động: là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định

• Kinh tế

Tuỳ thuộc vào thiết bị được bảo vệ và đặc tính bảo vệ mà ta cần phải cân nhắc tínhkinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩthuật mà chi phí thấp nhất

2 Các loại rơ-le thường sử dụng cho máy biến áp và đường dây

• Bảo vệ quá dòng:

Bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá một giá trịđịnh trước.Có 2 loại bảo vệ quá dòng:

+ Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (bảo vệ cực đại): là loại bảo vệ đảm bảo tínhchọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gầnnguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn.

+ Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cáchchọn giá trị dòng điện tác động lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch ngoài max

t = f ϕR

R

R ,IU

Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ đặt bảo

vệ tăng lên Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất

• Bảo vệ dòng điện có hướng

Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữadòng điện ấy vơi điện áp trên thanh góp có đặt bảo vệ cung cấp cho rơ le Bảo vệ sẽtác động khi dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợpvới trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đạicộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và áp vào rơ le

• Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé

Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phần thứ

tự không của dòng 3 pha Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng thứ tựkhông vào rơ le Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máy cắt

• Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn

Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha.Khi có ngắn mạch 1 pha dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không

và thành phần dòng không cân bằng Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơndòng không cân bằng tính toán nhân với 1 hệ số kat nào đó Nên khi có ngắn mạch 1pha chạm đất thì dòng vào rơ le lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máycắt Khi xảy ra các loại ngắn mạch khác thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ lekhông tác động

2.1 Máy biến áp

• Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của MBA

o Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm:

- Chạm đất giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đât (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc dò dầu

o Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngắn mạch một pha trong hệ thống

- Qúa tải

- Qúa bão hòa mạch từ

2.2 Đường dây

• Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của đường dây

- Ngắn mạch (nhiều pha hoặc một pha ), chạm đất 1 pha

- Qúa điện áp

- Đứt dây hoặc quá tải

3 Chọn tỷ số máy biến dòng

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI1, BI2 được chọn theo công thức :

sdd I tdd

I

n =IChọn Itdd = 5 A

Dòng Isdd được chọn theo công thức:

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠ-LE

tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính)

Giá trị dòng ngắn mạch tính toán được nhằm dùng để:

• Tính toán dòng điện khởi động và xác định vùng bảo vệ cho bảo vệ quá dòng cắtnhanh

• Tính toán, kiểm tra độ nhạy cho bảo vệ quá dòng có thời gian và bảo vệ so lệch

Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau Ta cần tính dòng ngắn mạchtại 9 điểm như hình vẽ sau:

Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua :

- Bão hòa từ

- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây

- Ảnh hưởng của phụ tải

1.1 Chọn các đại lượng cơ bản

Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng

Công suất cơ bản: Scb = SdmB = 90 MVA

cb HT

N

S X

= 0,97.5 = 0,758

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các

thành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần

0 2

)XX

(

X.X1

.3

∑

∑

∑

∑+

−

1 0 2

Tính ngắn mạch N(3) , N(1) và N(1,1)cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9

Giá trị X 1Ni∑ và X 0Ni∑ được tính như sau:

0,145 0,526 0,907 1,287 1,668 1,740 1,813 1,885 1,9570,154 1,111 2,068 3,025 3,982 4,172 4,361 4,551 4,740

• Tính ngắn mạch tại điểm N1:

o Ngắn mạch 3 pha N(3) :

Ta có: 0+ Dòng điện pha A thành phần thứ tự thuận, không tại điểm ngắn mạch:

Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MAX như sau :

0,145 0,526 0,907 1,287 1,668 1,740 1,813 1,885 1,957

X 0Ni∑ 0,154 1,111 2,068 3,025 3,982 4,172 4,361 4,551 4,740

0299 1,637 2,975 4,312 5,650 5,912 6174 6,436 6,697

3 3 3 3 3 3 3 3 30,075 0,357 0,630 0,903 1,176 1,228 1,281 1333 1,3851,500 1,532 1,538 1,540 1,541 1,542 1,542 1,542 1,543

14,627 3,003 1,673 1,160 0,888 0,849 0,813 0,781 0,75114,744 3,755 2,165 1,523 1,174 1,125 1,079 1,038 0,999

7 3,003 1,673 1,160 0,888 0,849 0,813 0,781 0,751

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp cácthành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phầnthứ tự thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không

Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MIN:

XHt XB1 XD11 XD12 XD13 XD14 XD21 XD22 XD23 XD24

P1

P2

Tính ngắn mạch N(2), N(1) và N(1,1) cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9

Giá trị X 1Ni∑ và X 0Ni∑ được tính như sau:

Tính toán tương tự như điểm N1

Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MIN như sau :

0,253 0,634 1,015 1,395 1,776 1,848 1,921 1,993 2,0650,264 1,221 2,178 3,135 4,092 4,282 4,471 4,661 4,8500,253 0,634 1,015 1,395 1,776 1,848 1,921 1,993 2,0651,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,732 1,7320,517 1,855 3,193 4,530 5,868 6,130 6,392 6,654 6,915

3 3 3 3 3 3 3 3 30,129 0,417 0,692 0,965 1,238 1,291 1,344 1,396 1,4481,500 1,525 1,533 1,536 1,538 1,539 1,539 1,540 1,540

8,435 2,610 1,544 1,096 0,850 0,814 0,781 0,751 0,7238,502 3,140 1,944 1,409 1,105 1,061 1,021 0,984 0,9498,437 2,610 1,544 1,096 0,850 0,814 0,781 0,751 0,723

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CÀI

1.Sơ đồ phương thức bảo vệ

1.1.Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

Hình 3.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp

• Các bảo vệ sử dụng cho máy biến áp:

- Bảo vệ so lệch có hãm (ΔI)

- Rơ le nhiệt (bảo vệ quá tải) (θo)

- Rơ le khí (RK)

- Bảo vệ quá dòng có thời gian (I>), cắt nhanh(I≫), quá dòng thứ tự không

có thời gian (Io>), quá dòng cắt nhanh thứ tự không (I0>>)

1.2.Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây

Hình 3.2: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây

• Các bảo vệ sử dụng cho đường dây:

- Bảo vệ quá dòng có thời gian (I>)

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh(I≫)

- Bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không (Io>)

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (Io>>)

2.Tính toán cài đặt cho bảo vệ rơ le đường dây

I 0 >

2.1.Tính toán và bảo vệ rơ-le quá dòng cắt nhanh (50)

• Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (I≫);(50)

Chọn dòng điện khởi động

Ikđ_50 = kat IN.ng max

Với: kat : hệ số an toàn Lấy kat = 1,2

INng max : dòng ngắn mạch ngoài cực đại Thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

o Đường dây D1: IkđD1_50 = kat.IN5max =1,2.1,298 =1,558 (kA)

o Đường dây D2: IkđD2_50 = kat.IN9max =1,2.1,106 =1,327 (kA)

• Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I 0 ≫);(50N)

Chọn dòng điện khởi động

Ikđ_50N = kat .3.I0Nng max

Với: kat : hệ số an toàn Lấy kat = 1,2

I0Nng max: dòng ngắn mạch TTK ngoài cực đại

o Đường dây D1: IkđD1_50N = kat .3.I0N5max = 1,2.3.0,888=3,197 (kA)

o Đường dây D2: IkđD2_50N = kat .3.I0N9max = 1,2.3.0,751 =2,704 (kA)

2.2.Tính toán và bảo vệ rơ-le quá dòng có thời gian (51)

• Bảo vệ quá dòng có thời gian (I>);(51)

 Chọn dòng điện khởi động

Ikđ_51 = k Ilv max

Với: k : hệ số chỉnh định Lấy k = 1,6

Ilvpt max :dòng làm việc max

Ta có: Ilv2 max = 150,352 (A)=0,15 (kA)

Ilv1 max = 74,4 (A)=0,074 (kA)

o Đường dây D1: IkđD1_51 = k Ilv1 max = 1,6.0,074 = 0,118 (kA)

o Đường dây D2: IkđD2_51 = k Ilv2 max = 1,6.0,15 = 0,24 (kA)

I

I = I

o Chế độ làm việc cực đại

- Với đường dây D2:

• Xét điểm ngắn mạch N9 có IN9max = 1,106 (kA)

= = 4,608 (kA)

= t + Δt = 2 + 0,3 = 2.3 (s)

= = 4,788 (kA)

=.0,582 = 2,124 (s)

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại ta được bảng sau:

Bảng 3.1: Bảng chọn thời gian làm việc của bảo vệ 51 trên đường dây D2

- Với đường dây D1:

Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:

+Δt = max+0,3=1,648 + 0,3 = 1,948 (s)

• Xét điểm ngắn mạch N5 có IN5max =1,298 (kA)

= = 11 = 1,948 (s) = 1,948 = 2,922 (s)

• Xét điểm ngắn mạch N4 có IN4max = 1,682 (kA)

= = 14,254 = 0,922 = 0,365 (s).

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại ta được bảng sau:

Bảng 3.2: Bảng chọn thời gian làm việc của bảo vệ 51 trên đường dây D1

Tính toán tương tự như ở chế độ làm việc cực đại

Ta có kết quả tính toán như sau:

Bảng 3.3: Bảng chọn thời gian làm việc của bảo vệ 51 trên đường dây D2

Hình 3.2: Đặc tính thời gian của bảo vệ 51 trong chế độ làm việc cực tiểu

• Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I 0 >);(51N)

 Chọn dòng điện khởi động

Ikđ_51N = k IddBI

Với: k : hệ số chỉnh định Lấy k = 0,3

IddBI: dòng điện danh định của máy biến dòng điện

Ta có: IddBI2 = 200 (A)=0,2 (kA)

IddBI1 = 100 (A)=0,1 (kA)

Đặc tính thời gian của BV 51N :

Hình 3.3: Đặc tính thời gian của bảo vệ 51N

3 Kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ

3.1.Bảo vệ quá dòng có thời gian (I>);(51)

Công thức tính độ nhạy :

Nmin n

kđ

I

K =

IĐiều kiện yêu cầu: Kn ≥ 1,5

• Bảo vệ đường dây 1: = 8,949 ≥ 1,5 (Thoả mãn)

• Bảo vệ đường dây 2: = 3,783 ≥ 1,5 (Thoả mãn)

3.2.Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I0>);(51N)

Công thức tính độ nhạy :

Điều kiện yêu cầu: Kn ≥ 1,5

• Bảo vệ đường dây 1: = 65,2 ≥ 1,5 (Thoả mãn)

• Bảo vệ đường dây 2: = 27,6 ≥ 1,5 (Thoả mãn)

Kết luận: Độ nhạy của BV quá dòng có thời gian và quá dòng có thời gian TTK đã

chọn là đảm bảo yêu cầu về độ nhạy

Hình 3.4: Phạm vi bảo vệ của quá dòng cắt nhanh

Từ đồ thị ta có thể xác định được phạm vi của các BV quá dòng cắt nhanh như sau:

• Với đường dây D1: L1 = 25 (km)

- = 20,66 km tương ứng với 82,64% đường dây D1

- = 18,96 km tương ứng với 75,84 % đường dây D1

• Với đường dây D2: L2 = 5 (km)

- không bảo vệ được cho đường dây D2

- không bảo vệ được cho đường dây D2