Tính toán bảo vệ cho nhà máy điện nhơn trạch

Do đó, trong luận án này em xin được trình bày tính toán thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ cho một nhà máy nhiệt điện.. Đặc biệt là trong nhà máy điện, các thiết bị rất đắt tiền, chính vì t

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

GVHD: THS NGUYEN XUAN VINH GVPB:

khoa) AMOI “Ky Củ THE VEER iM

BỘ GIÁO ĐỤC & ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯONG ĐẠI HỌC _ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc Lập - Tự Do — Hanh Phúc

KHOA ĐIỆN-ĐIỆNTỬ —— — oO@ -

NHIEM VU LUAN AN TOT NGHIEP

1 Đầu để luận án tốt nghiệp :

._Timb 4waw bến vỆ Eúle elxo nha ma đớ

3 Ngày giao nhiém vu luan 4n : 3/40/2008

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ :2/4/ 2009

21 Ths Nawiféc " Cuá ¬ 2/ # m—

3

đ TL H222 1s mg HH ưku ÂU 222 2H22 n2 1122 2g seo

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

GVHD : Ths Nguyên Xuân Vinh

SVTH : Vũ Tiên Đức

MSSV : 103103026

Dé tai:

TINH TOAN BAO VE CHO NHA MAY DIEN NHON TRACH 1

Giáo viên phản biện Ì: . . -

TP.HCM, ngày thang năm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

o0o

4.Sách “Bảo vệ rơ le”, tác giả Trần Đình Long

2.Tài liệu về bảo vệ rơ le REG216 của ABB

3 Tài liệu về bảo vệ rơ le của AREVA

Luận văn tốt nghiệp 1

Chương 1: TỎNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN NHƠN TRẠCH 1

Chương 2: - BẢO VỆ MÁY PHÁT

2.1 Bảo vệ so lỆCÌh: o- c9 9585888300300866860600000088008000 19 2.2 Bảo vệ chạm đất . «-s-<55<©s< +4 9 eesrserersersraxresrre 25 2.3 Bảo vệ Quá điện áp . - o5 5c S5 Ơn 99695016889488361568856 26 2.4 Bảo vệ quá nhiệt cuộn dây .- <<<555S55<<55e55esesesse 27

2.5 Bảo vệ tông trở thấp -s-<- 5< e<ccsesseesrerrsersersrrssree 28 2.6 Bảo vệ cham đất rô to sessssssssssssacesssseesccesececscnensceess 29

2.7 Bảo vệ dòng thứ tự nghịch -<s«<<<s<<< sesseesse 2() 2.8 Bảo vệ công suất ngược - — 32

2.9 Bảo vệ mắt kích từ sesscussssssssuceussecousoncosesscsscsscnsenscasenscess 33

2.10 Bao V6 tan $6 thap ccsscsssssssssscssssscsscnsesscessssesssssesssessssessssssscseseeees 34 2.11 Bảo vệ trượt cực “ sees 35

Chwong 3: - BAO VE CHO MAY BIEN AP TANG AP

3.1 So lệch máy biến áp - 55< << cs<<ssessessrsersee 40 3.2 Quá đòng_ "¬— ¬— 45 khkáo' ố 8 46

3.4 Bảo vệ khác sees secsssssscssescsssccccsscsccscscserseses 47

Chương 4 : - BẢO VỆ HỆ THÓNG TU DUNG

4.1 So lệch MBA trung áp "" 50 4.2 Qua dong MBA trung Ap .csccseccssccerececcsseensrsesesesssssconeseseneeees 54

4.4 Bao vé khac MBA trung AP .scsccsccssescssessrssnesecensenecnscensssseneoes 56

4.5 So lech MBA ha App .e.ssssssssssscsssssosssscssenscnsessesesnessscssensessssssssssceseneeee 58

4.6 Qua dong MBA ha Ap o1 ccsscssrssscesserccennsenssnssssssnccanssssseseesensees 59

Thiết kế hệ thống ro le bao vé

4.7 Chạm đất MBA hạ áp . 5- «<< 5ssss se seSssseErsersetsesee

4.8 Bảo vệ khác .- so s9 H0 ng 009006603080906000000000 86

Chương 5 : - KẾT LUẬN o<5°5< 225% SS< <eEeesssssseEsersemrrnsrsee

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 3

LỜI GIỚI THIỆU

Trong thực tế, điện luôn hiện hữu xung quanh chúng ta bởi vì nó tồn tại tự

nhiên trên trái đât này

Do đó, các thiết bị điện như động cơ, bóng đèn chỉ là các sản phẩm sáng chế đây sáng tạo được thiết kê đề khai thác sử dụng điện

Các khám phá đầu tiên về điện xuất hiện từ thời Hy Lạp cổ đại Các triết gia

Hy Lạp đã phát hiện ra rằng khi hỗ phách cọ xát với vải, những đồ vật nhẹ sẽ bám vào nó, đây chính là nên tảng của tĩnh điện

Trải qua nhiều thế kỷ đã có rất nhiều những phát minh về điện Tất cả chúng

ta đều biết đến những nhà khoa học nổi tiếng như Benjamin Franklin, Thomas Edison, Volta Nhung ngoai ra, cũng còn rất nhiều bí 4n trong ngành điện mà chúng ta chưa được giải quyết được

Về phần cung cấp và xây dựng các nhà máy điện hiện nay có rất nhiều các công ty lớn, với sự đầu tư về nhân lực và kỹ thuật rất lớn để ngày càng hoàn thiện hệ thống nhà máy điện trên toàn thế giới Về nhà máy nhiệt điện thì có những công ty chuyên cung cấp các loại turbine và phần khung chính như:

Siemens của Đức, Alstom của Pháp, Mitsubishi của Nhật, và GE của Mỹ, đó

đều là những tập đòan lớn và có sự đầu tư rất lớn để phát triển hệ thong cac nha máy điện trên thế giới Và điều đặc biệt là tất cả các công ty trên đều đã có mặt

ở Việt Nam và đã cung cấp hầu hết các thiết bị có trong các nhà máy điện của Việt Nam

Ngoài ra, còn có một số công ty chuyên cung cấp các thiết bị phụ cho nhà máy như phần điều khiến, bảo vệ, và các phần khác là: ABB, Areva, Shneider, Siemens

Hiện nay, có rất nhiều các loại nhà máy điện, với những ưu điểm và khuyết điểm riêng Ví dụ: Nhà máy điện hạt nhân là nhà máy sản xuất nguồn năng lượng có công suất phát điện lớn nhưng lại gây hại tới môi trường và có độ rủi

ro rất cao, đòi hỏi phải có một quy trình rất nghiêm ngặt, tốn kém Ngoài ra, nhà máy điện sử dụng năng lượng hạt nhân hiệu suất rất thấp Về : thuỷ điện: mặc dù thuý điện có thể tận dụng được rất nhiều nguồn năng lượng đồi đào từ sông ngòi trên toàn thế giới, công suất nhà máy cũng rất cao nhưng thật ra lại tiềm ấn rất nhiều nguy cơ Ví dụ như: trong lúc xây dựng các nhà máy thuỷ điện sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân ở phía hạ lưu, làm mat can bang sinh thai, người dân ở hạ lưu luôn ở trong tình trạng ngập lụt lúc nhà máy

xả lũ Ngoài ra, nêu tình trạng vở đê xảy ra thì cũng sẽ gây ra một hậu quả khó

lường Còn về mặt phát điện thì các nhà máy thuỷ điện phụ thuộc quá nhiều vào

thời tiết, đó cũng là một điểm bắt lợi khá lớn khác Về nhà máy điện gió, đây là

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

một hướng rất mới, rất tốt an toàn với môi trương nhưng lại có quá nhiều nhược điểm như: Công suất của nhà máy điện gió rất thấp, cần phải xây dựng trên những vùng diện tích rộng nhiều gió đều đặn quanh năm nên cân nghiên cứu nhiều hơn Bên cạnh đó, năng lượng điện mặt trời cũng đang là vấn đề rất được quan tâm nhưng cũng bị hạn chế nhiều mặt như: công suất, thời tiết Vì vậy, nên hướng phát triển về nhà máy nhiệt điện là một trong những hướng đi đúng đắn nhất hiện nay Về nhà máy nhiệt điện thì cũng có nhiều loại nhà máy: Nhà máy nhiệt điện than, nhà máy nhiệt điện khí, dầu, nhà máy nhiệt điện núi lửa Nhà máy nhiệt điện than có một lợi thế là công suất lớn, tận dụng được nguồn than dồi dào ở Việt Nam, nhưng lại gây ô nhiễm môi trường Chính vì vậy, nên nhà máy nhiệt điện khí chính là một trong những ưu tiên hàng đầu về phát triển các nhà máy điện ở nước ta Nhà máy điện khí có rất nhiều ưu điểm: nguôn khí

ở nước ta dồi dào và khá rẻ, công suất hoạt động của nhà máy có nhiều chủng loại từ nhỏ đến lớn, hiệu suất hoạt động cao, ít gây ảnh hướng đến môi trường

và hoạt động không phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết Thời gian xây dựng nhanh chóng và không để lại những môi nguy hiểm khó lường như thủy điện và nhà máy điện hạt nhân Nhìn chung, vấn đề nguồn năng lượng điện là rất cần thiết và cần phải có một sự đầu tư hợp lí ở Việt Nam Việc đưa một nhà máy vào vận hành trong hệ thống hiện hữu phát sinh nhiều vấn đề Một trong những vấn

đề cần quan tâm là hệ thống rơ le bảo vệ của nhà máy hoạt động có đảm bảo an toàn, chính xác, cho hệ thong hay không Do đó, trong luận án này em xin được trình bày tính toán thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ cho một nhà máy nhiệt điện Ở đây, luận án của em trình bày tính toán, thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ đối với nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 1

Nội dung luận án được trình bày trong 4 chương:

- _ Chương I: Tổng quan về luận văn

- _ Chương II: Tính toán & thiết kế hệ thống ro le bảo vệ cho máy phát, hệ

thông kích từ

- _ Chương III: Tính toán và thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ cho máy biến áp

- Chương IV: Tính toán và thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ cho hệ thống tự

ding

- Chuong V: Két luan va danh giá

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

I So luge vé nha may nhiét dién Nhon Trach 1:

1.1 Vi tri cia nha may

Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện khí được xây dựng khá nhiều ở Miền Nam nước ta để tận dụng được nguồn tại nguyên liệu khí khá đôi đào tại đây Ví dụ như hiện tại có tổ hợp nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ bao gồm 6 nhà máy điện riêng biệt của nhiều nhà cung cấp khác nhau, môi nhà máy có công suất từ 450MW đến 900 Mw Thiét bi duge cac nha cung cap nhu Siemens, Misubishi, Alstom, GE voi téng cong suat các nhà máy trên 3000 MW đã đóng góp một phần không nhỏ vào lưới điện quốc gia Hay như ở Cà Mau hiện nay cũng đã có

2 nhà máy với tổng công suất 1500 MW cũng là những nhà máy có sự đầu tư rất lớn và áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay của những thương hiệu hàng đầu trên thế giới

Nhà máy điện Nhơn Trạch l được xây dựng theo cầu trúc là nhà máy chu trình hỗn hợp nhiệt điện khí và hơi bao gôm: 2 tuabin khí và một tuabin hơi Được đặt tại xã Phước Khánh, Huyện Nhơn Trạch, Tỉnh Đồng Nai, với công suất 450MW, giá trị toàn nhà máy là 400 triệu USD, với tiến độ tháng 3/2008 sẽ bàn giao cho nhà máy tổ máy tua-bin khí số 1, thang 4/2008 bàn giao tổ máy tua bin khí số 2, và đến tháng 12/2008 sẽ bàn giao cho nhà máy tổ máy tua bin hơi Nguồn cung cấp khí sẽ từ mỏ Nam Côn Sơn, một trong những mỏ khí lớn nhất Việt Nam, đã được qua thâm định chất lượng khí từ vài năm gân đây và đưa vào khai thác Ngoài ra, lượng dầu dự phòng cho nhà máy sẽ được bốc giỡ từ cảng

xà lan (5000 DWT), chứa trong 2 bể 8000 m” Hệ thống nước làm mát lấy từ sông Đông Trạch, xả ra sông Long Tàu

Nhà máy điện Nhơn Trạch l nằm tại huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai, là nơi đặt rất nhiều các khu công nghiệp hiện nay, gần khu vực có đường dây 220

và 500 KV chạy ngang qua nên rất thuận lợi trong vấn đề hòa lưới điện quốc gia

Sau khi đưa vào sử dụng, hàng năm nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch l sẽ cung cấp cho lưới điện quốc gia 4 tỷ KWh, góp phần ổn định hệ thống điện quốc gia và phát triển kinh tế của tỉnh Đồng Nai nói riêng và của cả đất nước nói chung

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

L.2 vai trò và nhiệm vụ của nhà máy đồi với hệ thông

Trong hệ thống điện của nước ta hiện nay việc thiếu điện đang ngày càng trở nên cấp bách, hăng ngày trên mọi vùng của tổ quốc đều có những vùng bị cắt điện vào giờ cao điểm với lý do không đủ điện để cung cấp cho cả nước Đặc biệt là vào mùa khô, khi đó các nhà máy thủy điện không thê hoạt động hết công được đo thiếu nước Chính vì thế nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch 1 sẽ cung cấp một phần công suất rất quan trọng cho hệ thống điện của cả nước Sẽ góp phần

cho việc giải quyết việc thiếu điện tram trong trén khap cả nước của nước ta

hiện nay

I Giới thiệu tông quan về hệ thống bảo vệ:

Rơ le là thiết bị bảo vệ cho các thiết bị điện nói chung và cho các phần tử trong hệ thống điện nói riêng Đóng một vai trò rat quan trong trong qua trinh

vận hành và bảo vệ các thiết bị điện Đặc biệt là trong nhà máy điện, các thiết bị rất đắt tiền, chính vì thế nên ta phải có một hệ thống bảo vệ tốt, nều không có hệ thống bảo vệ trên, sẽ rất nguy hiểm trong quá trình vận hành Hư hại cho các

thiết bị là không thể tránh khỏi Chính vì vậy, hệ thống rơ le bảo vệ trong nhà máy là không thể thiếu

Rơ le bảo vệ là một hệ thống dùng trong việc bảo vệ các thiết bị điện của nhà máy Các tín hiệu của hệ thống dùng để bảo vệ được lấy trực tiếp từ các thanh cái dẫn điện của nhà máy, máy biến áp, máy phát thông qua các bộ biến dòng và

biến thế với độ chính xác và tin cậy cao

HI.1 Nhiệm vụ của rơ le bảo vệ:

Khi thiết kế và vận hành bất kì một hệ thống điện nào phải tính đến khả năng

hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường của hệ thống điện ấy

Ngắn mạch là loại sự cố đễ xảy ra và có mức độ nguy hiểm nhất trong hệ thống

điện Hậu quả của ngắn mạch là:

- Có thể làm hư hỏng các thiết bị trong hệ thống

- Lam giảm tuổi thọ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác

động của nhiệt và cơ

- Có thể làm mắt sự ổn định của hệ thống điện

Ngoài những trường hợp trên, hệ thống điện còn gặp phải các tình trạng làm việc không bình thường Một trong những tình trạng không bình thường là quá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phân tử dân điện và vượt quá giới hạn làm cho cách điện của chúng già côi, đôi khi là bị phá hủy

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 7

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống

điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng rồi truyền tín hiệu đến máy cắt và cắt phần

tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện Thiết bị này được gọi là rơ le bảo vệ

Như vậy, nhiệm vụ chính của thiết bị rơ le là xác định phần tử bị sự cố

Ngoài ra, thiết bị rơ le còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện, tùy mức độ mà rơ le có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc truyền tín hiệu đến máy cắt Những thiết bị rơ

le phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thì thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ở các thiết bi ro le chống hư hỏng)

H.2 Yêu cầu cơ bản của rơ le bảo vệ:

1 Tính chọn lọc:

Tác động của bảo vệ đảm bảo chỉ cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện được gọi là tác động chọn lọc Khi có nguồn cung cập dự trữ cho hộ tiêu

thụ, tác động như vậy tạo khả năng cho hộ tiêu thụ tiếp tục được cung cap điện

Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loại trừ khả năng bảo vệ dự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy cắt của các phân tử lân cận

Cần phân biệt 2 khái niệm chọn lọc:

Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làm

việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phân tử lân cận

“Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phân tử được bảo vệ

2 Tác động nhanh:

Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại

phần tử đó , càng giảm được thời gian trụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ và càng

có khả năng giữ được ổn định của hệ thống điện

Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết

bị rơ le bảo vệ, thời gian cắt của máy cắt Tuy nhiên, trong một sỐ trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu này

Thời gian cắt thiết bị hư hỏng là:

Trong đó: tpy (S) là thời gian tác động của bảo vệ

tmc (S) là thời gian cắt của máy cắt

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

R

Trong đó:

ÍNmin là giá trị dòng n gắn mạch bé nhất trong vùng bảo vệ

lạ là giá trị dòng dat(set) trong ro le

Thường yêu cầu Knh từ :1.5 trở lên

4 Tính bảo đảm:

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm việc không bình thường đã định trước

Mặc khác, bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài Nếu bảo vệ có

nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo

vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đặt ở gần

chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động Để tăng tính đảm bảo của bảo vệ cần:

Dùng những rơle chất lượng cao

Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản nhất (số lượng rơle, tiếp điểm ít)

Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng trong sơ đồ phải chắc chắn, đảm bảo

Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ

H.3 Các phần tử chính của rơ le:

Trường hợp chung thiết bị rơle bao gồm các phần tử cơ bản sau: các cơ cấu chính và phân logic

Các cơ cấu chính kiểm tra tình trạng làm việc của đối tượng được bảo vệ, thường phản ứng với các đại lượng điện Cơ cấu chính thường gồm các phần như: xử lí tín hiệu vào( dòng, áp, ), thực hiện tính toán, Chúng phải đám bảo khởi động không chậm trễ khi tình trạng làm việc đó bị phá hủy Như vậy, các

cơ cấu chính có thể ở trong hai trạng thái: khởi động và không khởi động Hai trạng thái đó của các cơ câu chính tương ứng với những trị số nhất định của xung tác động lên phần logic của bảo vệ

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 9

Khi rơ le làm việc phần logic nhận xung từ các cơ cầu chính, tác động theo

tổ hợp và thứ tự của các xung Kết quả của tác động này hoặc là làm cho bảo vệ khởi động kèm theo việc phát xung (tín hiệu) đi cắt máy cắt và báo hiệu hoặc là làm cho bảo vệ không khởi động

Qua đây là hình vẽ cơ bản của một rơ le kỹ thuật số:

|

ge hun ios 3|E

¡ OP€rdlor (<a Oe} Serial System !

U aux Te Power supply

Hình I.1 Hình vẽ về câu tạo phân cứng cơ bản của một rơÌe sô

HI Giới thiệu tổng quan về hệ thống rơ le bảo vệ của nhà máy:

Hệ thống bảo vệ rơ le của nhà máy điện Nhơn Trạch | do tap đoàn Areva cung

cấp Hệ thống bao gồm nhiều bộ bảo vệ khác nhau Một bộ bảo vệ riêng biệt sẽ thích ứng với từng thiết bị khác nhau Hệ thống có thể được kết nối với mới tính

thông qua công RS232 Qua đó ta có thể cài đặt, hoặc kiểm tra các thông số của

ro le

Thiét ké hé théng ro le bao vé

MiCOM Sĩ V2 Connection (cont )

- RS485 rear port communication (1km Multidrop)

SAREVA Enargietentink Gritiy Pdf inreavetion = tag 20OE tá

Hình 1.2: So đô về kết nôi của hệ thông bảo vệ rơ le với máy tính

Trong đó có từng hệ thống riêng biệt cho từng thiết bị riêng như Micom Px40

sẽ dùng cho bảo vệ máy phát, Micom Px30 đê bảo vệ máy phát

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 11

Hình 1.3: Cấu tạo của rơ le hợp bộ bảo vệ cho máy phát

Front Panel

Rating Information

(behind flap} LCD

Fixed function LEDs

(behind flap) Security seal

Hình 1.4: Cấu tạo của rơ le hợp bộ bảo vệ cho máy biến áp

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

IV Sơ đồ đấu dây của nhà máy điện:

Ngoài các cấp điện áp cho thiết bị nhị thứ Nhà máy có các cấp điện áp chính sau:

IV.2 Cap dién ap 15 kV:

Là cấp điện áp ở đầu cực của máy phát Là nơi công suất được sinh ra từ máy phát, qua đó cung cấp cho lưới điện Ngoài ra, còn được nối với 2 máy biến áp tự dùng để cung cấp điện cho hệ thông tự dùng Các động cơ điện và

hệ thong chiếu sáng của nhà máy Phía cao áp của máy biến áp kích từ cũng được nối với phía này để cung cấp điện áp tới bộ kích từ

IV.3 Cấp điện 6.8 kV:

Được cấp thông qua máy biến áp tự dùng trung áp từ phía điện áp 1SkV

Thông qua một máy cắt trung áp, câp điện cho các tải phía trung áp

IV.4 Cấp điện áp 1.8 kV:

_La cấp điện áp phía trung áp của máy biến áp tự dùng hạ áp, được dùng

dé cap điện cho bộ khởi động tĩnh của máy phát

Nhận điện từ đầu cực của máy phát cấp điện cho hệ thống kích từ

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

thanh cái A E>~~=¬>—*-—#—— thanh cái B

225 kV+ 10x1.25%/15kV) YNdl

Hình 1.5: Sơ đồ đơn tuyến 1 lộ nhà máy điện Nhơn Trạch 1

V Các thông số của các thiết bị chính trong trạm:

V.1 May phat:

Máy phát loại cực ân công suất danh định 225 MVA

Điện áp đầu cực máy phát là 15 kV + 5%

Tần số 50 Hz

Hệ số công suất: cos ọ = 0.85

Số cặp cực: p = 2

| Điện kháng siéu qua dd: X’’d = 13.4 %

Nha cung cap : ALSTOM

V.2 Máy biến áp tăng áp:

Loại máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây, ngâm trong dầu, làm việc ngoài trời, công suât danh định 225 MVA

Điện áp cuộn dây: Ucaa= 225 kV

Uhaa= 15 kV

Tần số : 50 Hz

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Kiéu lam mat: ONAN/ONAE

Tổ đấu dây: YNdI

Cấp điện áp: 225 kV + 10 x 1.25 % / 15 kV

Điện áp ngắn mạch: Uy= 14%

Nhà cung cấp: Fortune electric

V.3 Máy biến áp tự dùng trung áp:

Loại máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây, ngâm trong dầu, làm việc ngoài trời, công suât danh định 17 MVA

Điện áp cuộn day: Ucag= 15 kV

Unaa = 6.8 kV

Tan sé : 50 Hz

Kiéu lam mat: ONAN

Tổ đấu dây: Dyn1]

Kiểu làm mat: ONAN

V.6 Các thiết bị phía nhị thứ của nhà máy:

Ở đâu cực máy phát, ở sân trạm, các thanh cái, nhà cung cap da lap dat san các biên dòng với các thông sô như sau:

- _ Phụ tải đanh định của biến dòng: S = Z = I”.5 = 5 VA

V.6.2 Máy biến điện áp:

Theo thiệt kê của phần nhất thứ, các biến điện áp được chọn có các thông sô như sau:

Luận văn tốt nghiệp 16

Ta có ví du sơ đô cho các CT' cho bảo vê máy biên áp:

I Tính toán bảo vệ cho các thiết bị cho máy phát:

1.1 Các dạng hư hong và chế độ làm việc không bình thường của máy phát điện đồng bộ:

Máy phát điện đồng bộ là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống điện, sự làm việc tin cậy của máy phát điện có ảnh hưởng quyết định đến độ tin cậy của toàn hệ thống Vì vậy đối với máy phát điện, đặc biệt là các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ khác nhau để chống tất cả các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng như bên ngoài máy phát

Những sự cố bên trong cuộn dây của máy phát điện đồng bộ bao gồm:

a) Đối với cuộn dây stator:

- Cuộn dây bị chậm đất

- Ngăn mạch giữa các cuộn dây

- Quá nhiệt cuộn dây stator

b) Đối với cuộn dây rotor:

- Cham dat tai rotor

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường xảy ra bên ngoài cuộn dây máy phát điện bao gôm:

- Tân sô thâp

- Mát phát điện làm việc ở chế độ động cơ

L2 Tính toán cho bảo vệ máy phát:

A) Stator: Là phan ứng của may phat, là nơi công suất được phát ra của máy phát đề cầp điện cho lưới điện

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 18

+ Tổ đấu dây: Y

Dòng sự cố theo số liệu của nhà cung cấp: 13445 A

Máy phát loại cực an cong suất danh định 225 MVA

Điện áp đầu cực máy phát là 15 kV

Tần số 50 Hz

Dòng điện danh định: I„= 8860 (A)

Ty số công suất: cos ọ = 0.85

Nhà cung cấp : ALSTOM

Ta có sơ đồ tổ đấu dây của máy phát là:

Hình 2.1: Sơ đồ tổ đấu dây Stator:

Hệ thống bảo vệ stator của máy phát:

Máy phát là thiết bị điện quan trọng nhất của một nhà máy điện nên việc tính

toán và bảo vệ cho máy phát là nhiệm vụ hàng đâu của hệ thông bảo vệ rơ le

trong nhà máy điện, chính vì vậy nên cân phải có một sự tính toán chính xác và chặt chẽ đê có thê bảo vệ được tôi ưu máy phát của nhà máy, không gây lãng phí

Do dòng điện định mức máy phát là: 8660 A nên ta sẽ sử dụng biến dòng tỷ lệ 10000/1 Từ đó ta có tiêu chuân chọn biên dòng như sau:

- Tiéu chuẩn: IEC 185

- _ Tỷ số biến đòng: 10000 /1 A

- _ Cấp chính xác: 10P20

- _ Phụ tải danh định của biến dòng: S = lˆZ = 1”.5 = 3 VA

Trong quá trình tính toán bảo vệ rơ le, ta tính toán bảo vệ cơ bản dựa trên dòng hay điện áp định thiệt bị

Theo như trên, máy phát của chúng ta có dòng điện định mức là 8660 A Vậy suy ra từ tỷ lệ biên dòng ta có dòng điện định mức ở phân thứ câp của máy phát là:

8660 I= 10000 = 0.8660 A

Un=110 V Xd’= 0.23 Q

Xd’’=0.170 Q

Iy min =13445 A

1.2.1 Bao vé so léch may phat: 87G a) Chức năng: So lệch đòng điện giữa các biến dòng trong vùng bảo vệ

b) Nhiệm vụ: Là bảo vệ dùng để bảo vệ cho máy phát khi có ngắn mạch bên

trong máy vùng bảo vệ, tránh máy phát khỏi bị hư hỏng do dòng điện ngăn mạch gây ra

c) Tính toán cho bảo vệ so lệch:

Ta có sơ đô bảo vệ của bảo vệ so lệch máy phát là:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý rơ le so lệch dòng điện

Ta sẽ tính toán bảo vệ máy phát theo 2 điều kiện

+ Bảo vệ cho ngắn mạch bên trong vòng bảo vệ Bảo vệ này phải rất chính

xác, đảm bảo và nhanh

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 20

+ Bảo vệ ngắn mạch bên ngoài vùng bảo vệ nhăm bảo đảm sự ổn định cao

trong vận hành của máy phát và bảo vệ cho các biên dòng không bị phá hủy khi dòng lớn hơn dòng bảo hòa của biên dòng

Ta sẽ có tiêu chuân bảo vệ của bảo vệ so lệch máy phát như sau:

_ Bảo vệ ngăn mạch bên trong vùng bảo vệ:

Để tính toán được cho bảo vệ so lệch, ta dựa trên dòng không cân băng của

ro le bao vệ thông qua các biên dòng: Ïrcp

Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ngoài, dòng tác

động của rơ le phải được chỉnh định tránh khỏi trị sô tính toán của dòng không cân băng

lạ Kae-lkebmau (Ì)

Trong đó:

Kar: Hé sé an toan cua ro le

Ixcbmaxtt: trị hiệu dụng của dòng không cân băng cực đại tính toán tương ứng với dòng ngăn mạch ngoài cực đại

Qua công thức ở trên, trước hết ta cần phải tính toán được trị hiệu dụng của

dòng không cân băng cực đại thông qua công thức sau:

Tkcbmaxtt = fimax-Kén-Kkck-INmax-(1/n) (2)

Trong đó:

flma„: sai số cho phép cực đại của BI, ta chọn ftma„ = 102

Kat: Hé s6 an toan cha ré le, ta chon ky = 1.5

Hệ số không đồng nhất của các BỊ, ta có kaa=0 khi các BI hoàn toàn giống nhau, kạn = Í khi các BI khác nhau nhiêu nhất, ở đây ta thường chon kg, = 0.5

K¿„„: Hệ số ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ DC ở trong dòng ngắn

mạch, ta chọn ky = 3

Ixma„: Là dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất của máy phát

Ta có thể tính toán dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất theo công thức đưới đây:

U

ÏNmax =——~ mes @) 3

Trong đó:

Un: 1a điện áp định mức của máy phát Un = 15000 V

Xa'`: là điện kháng siêu quá độ của máy phát:

Từ tất cả các thông số trên ta tính được dòng không cân bằng cực đại:

lcbmaxt = fimax-Kén-Kick-INmax

Ikcbmaxtt = 0.1x0.5x3x 10.9849 Tkcbmaxtt = 1.6477 A

TU Kxcpmaxtt Va Ka, da tinh dugc

Theo nhu cong thitc (1) ta cé:

I xa = Ikebttmax-Kat = 1.6477 x 1.5=2.4716A Vậy suy ra ta có công thức để xác định dòng so lệch là:

lựạ = 2.4716 A

Sau khi có được dòng so lệch của rơ le, ta cần phải kiểm tra độ nhạy của rơ

le thông qua công thức:

Sau khi tính toán độ nhạy của rơ le so lệch ta thấy được rằng K„ của bảo vệ

nhỏ hơn 2, không đạt được tiêu chuẩn của bảo vệ, do đó để đảm bảo cho rơ

le so lệch đạt yêu cầu, ta cần phải dùng rơ le so lệch có tác động hãm với mục đích là sẽ giảm được dòng so lệch của bảo vệ Qua đó sẽ đảm bảo được yêu cầu về độ nhạy của rơ le

Cách tính toán của rơ le so lệch có tác động hãm theo công thức sau sau:

Ta có lụa = lam + Kụ.h,

Trong đó:

Ikdmin: La dòng so lệch nhỏ nhất mà rơ le tác động Thông thường ta chọn

Itamia= 10% của dòng làm việc định mức của biến dòng

In: là dòng điện hãm của rơ Ìe

Ky: 1a hệ số hãm của rơ le, Kạ= Đế BARS fe ‘chon-Ky,= 0.2

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ EU CN

I,, = la dong dién so léch cua ro le

I,= la dong dién ham cua ro le

Theo công thức ở trên

Sau khi đã tính toán được dòng khởi động cua ro le, ta kiểm tra lại độ nhạy

của rơ le theo công thức:

Qua đó ta có được chỉ tiết cài đặt cho bảo vệ so lệch máy phát:

Ta cài đặt cho bảo vệ so lệch máy phát bằng cách so sánh với dòng định mức

máy phát băng phân trăm

Dòng so léch 1: Isl = 0.142 A

D6 nhay cua ro le: Knh = 9.468

Để đảm so lệch chắc chắn khi có sự cố bên ngòai ta cần chỉnh định các trị

sô tác động cho phù hợp với yêu câu cụ thê Ro le 87 duoc sir dung có đừơng đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch thõa mãn yêu câu bảo vệ

- Doan a: Biéu thi giá trị dòng điện ngưỡng thấp liirrP của bảo vệ

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

doc SLOPE 1 là 20 %

- - Đoạn c: Đoạn đặc tính có đến chức năng khóa bảo vệ khi xuất hiện hiện

tượng bão hòa không giông nhau ở các máy biên dòng Đoạn c có độ dôc SLOPE 2 là 50 %

Khi dòng điện so lệck lạ; vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sé tác động

không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm lạ và các song

hài dòng để hãm bảo vệ Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn năm trong vùng tác động Các dòng điện lạ: và I„ được biếu diễn trên trục tọa độ theo hệ tương đối định mức Nếu tọa độ điểm hoạt động (su l¡) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác động

Vùng hãm bổ sung:

Đây là vùng hãm khi máy biến dòng bão hòa Khi ngắn mạch xảy ra

ngòai vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu đòng điện ngắn mạch lớn làm cho máy biến dòng bão hòa Hằng số thời gian của hệ thống dài Hiện tượng này không xảy ra khi ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ Các giá trị đo được bị biến dạng nhận ra trong cả thành phần so lệch cũng như thành phần hãm Hiện tượng máy

biến dòng bão hòa làm cho dòng so lệch đạt trị số khá lớn Đặc biệt khi mức độ bão hòa của các máy biến dòng là khác nhau Trong thời gian đó, nếu điểm hoạt động (lu, lsy,) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhằm Rơ le so lệch

cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hòa và sẽ tạo ra vùng hãm

bổ xung Sự bão hòa của máy biến dòng trong suốt thời gian ngắn mạch ngoài

được phát hiện bởi trị số dòng hãm có giá trị lớn hơn Trị số này sẽ chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm bé sung giới hạn bới đoạn đặc tính b va truc Iq

Ngược lại khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch đủ lớn, điểm

hoạt động ngay lập tức dịch chuyển theo đường đặc tính sự cố Điều này cho phép phân tích chính xác sự cố xảy ra Bảo vệ so lệch làm việc chính xác ngay

cả khi biến dòng bị bão hòa

Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xác định bằng việc chỉnh định các thông số, chúng được sử dụng để hãm các pha bị sự cô hoặc các pha khác hay còn gọi là chức năng khóa chéo

Ngoài bảo vệ chính là bảo vệ so lệch, ta còn có các bảo vệ dự phòng cho máy phát như:

I 2.2 Bảo vệ chống chạm dat stator 59 GN:

Chức năng bảo vệ: Chạm đất trong cuộn stator là loại sự cố bên trong thường gặp ở máy phát điện Máy phát thường làm việc với trung tính không nôi đât hoặc trung tính nôi đât qua điện trở Petersen nên dòng điện chạm đât không lớn, đặc biệt là máy phát điện nôi hợp bộ với máy biên áp

Ta có sơ đô của bảo vệ chông chạm đât stator là:

Hình 2.5: Sơ đồ của bảo vệ chống chạm dat stator

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 26

inverse Time Characteristics - Overcurrent and Earth Fault Elements

IEC Curves iEEE Curves

Operating Time (s) Operating Time (s}

Là bảo vệ khi có chạm đất của stator máy phát

Ta có điện áp đầu ra của biến áp là Un= 400 V

Vậy điện áp cài đặt khi Ugn bằng 5% Un

Chức năng của bảo vệ: Là bảo vệ khi điện áp ở đầu cực máy phát điện có thể

tăng cao quá mức khi có trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hoặc

khi máy mắt tải đột ngột

Nhiệm vụ bảo vệ: Quá điện áp ở đầu cực máy phát điện có thể gây tác hại cho cuộn cách điện cuộn dây, của các thiết bị đầu nối ở đầu cực máy phát, còn với máy phát điện làm việc hợp bộ với máy, biến áp sẽ làm bão hòa mạch từ của máy biến áp tăng, kéo theo nhiều tác động xâu

Ta có sơ đồ của bảo vệ quá điện áp là:

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Hình 2.6: Sơ đồ của bảo vệ quá điện áp

a) Bảo vệ quá điện áp 59.1: ; Đây là bảo vệ quá áp mức 1 Điện áp quá áp mức thâp

Đây là mức bảo vệ quá điện áp mức thấp nên thời gian tác động sẽ diễn ra khá đài khi có xảy ra tác động bảo vệ của rờ le Ở đây ta xác định mức quá điện áp là 130% Thời gian tác động là 3 s

Qua đó ta có bảng chỉ tiết:

Thời gian tác động: 3.00 s

b) Bảo vệ quá điện áp 59.2:

Là bảo vệ quá áp mức 2 Điện áp quá áp mức cao `

Là mức bảo vệ quá điện áp mức cao, gây hư hại nặng đến thiết bị điện nên

thời gian tác động rât nhanh: 0.05 s

Chỉ tiết bảo vệ:

Đo áp V> pha-pha

Quá điện áp V>2: 1.5 x 130 = 195V Thời gian tác động: 0.055

L 2.4 Bảo vệ quá nhiệt cuộn stator 49G:

Chức năng: Là bảo vệ cho cuộn dây khi có hiện tượng quá dòng điện xảy ra gây tăng nhiệt độ cuôn dây stator Thường thì đây là hậu quả của việc quá dòng thoáng qua nên chỉ sinh ra nhiệt, chính vì vậy thời gian tác động của

bảo vệ quá nhiệt cuộn dây stator thường được cài đặt khá lâu

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

T Ð= là hằng số thời gian

lạ = Dòng tương đương

I> = Dong qua dong cai dat

I, = Dong ổn định khi vận hành

Suy ra ta có chỉ tiết bảo vệ:

Dong cai dat I>: 1.06 A

Thời gian tác động: 2 phút 30 giây

I 2.5 Bao vệ tổng trở thấp may phat 21:

Chức năng bảo vệ: Là bảo vệ dự phòng cho các phần sau:

- Bao vé stator may phát

- Bao vé phan ha thé cua may bién dp tang 4p

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Tính toán cho bảo vệ:

Ta có sơ đô của bảo vệ tông trở thâp là:

Hình 2.8: Sơ đồ của bảo vệ tổng trở thấp stator

Ta tính toán cài đặt cho bảo vệ tổng trở thấp đựa theo công thức:

I 2.6 Bao vé chéng cham dat rotor:

Chức năng và nhiệm vụcủa bảo vệ: Đối với máy phát điện công suất bé và trung bình, thường người ta đặt bảo vệ tín hiệu khi có một điêm chạm đât

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ

Luận văn tốt nghiệp 30

trong mạch rotor và tác động cắt máy cắt khi có điểm thứ hai xây ra chạm

đất

Với máy phát điện công suất lớn, hậu quả của việc chạm đất điểm thứ 2

trong mạch kích thích rât nghiêm trọng, vì vậy khi chạm đât một điêm trong cuộn dây rotor bảo vệ đã phải tác động máy phát điện ra khỏi hệ thông Tính toán bảo vệ:

Ta có sơ đô cho bảo vệ rotor chạm đất là:

| alpha |

Hình 2.9: Sơ đồ thay thế bảo vệ chống chạm dat rotor

Để bảo vệ chống chạm đất cho rotor, người ta dùng một nguồn xoay chiều phụ đặt vào rotor Khi có chạm đất ở rotor máy phát, thì mạch nguồn phụ được đóng kín Ngoài ra để ngăn đòng điện qua rơ le quá lớn, ta sự dụng tụ điện C để cách ly để cách ly với điện áp kích thích qua tụ điện C Khi có chạm đất, dòng điện sự cố chạy qua rơ le được xác định theo điện kháng của

tụ điện C ( ảnh hưởng của điện trở tác dụng của phần cuộn dây rô to chạm

đất, điện trở quá độ tại chỗ sự cố Rp và điện tro ro le Ray co thể bỏ qua vì

khá bé so với điện kháng Xc)

Do đó ta tính được dòng qua rơ le theo công thức:

U

Ip; =—— Ry

1.2.7 Bao vé dong thir tu nghich 46:

Chức năng bảo vệ:Dòng thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây stator máy phát điện khi có đứt dây ( hoặc hở mạch) I pha, khi có phụ tải không đối xứng hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống

Nguy hiểm của dòng thứ tự nghịch đối với máy phát điện là nó tạo nên từ thông thứ tự nghịch ø cặt rotor với vận tôc 2ø làm cảm ứng trong thân rotor đốt nóng cả rotor và máy phát

Thiết kế hệ thống rơ le bảo vệ