Bảo vệ hệ thống điện là nghệ thuật và khoa học của việc bảo vệ an toàn các thành phần hệ thống điện và người trong điều kiện bất thường (lỗi). Nếu lỗi không bị phát hiện, các điều kiện có thể trở nên nguy hiểm, các thiết bị điện có thể quá nhiệt, điện áp hệ thống có thể thấp hoặc cao, các điều kiện có thể không cân bằng, dòng công suất có thể bị ngăn chặn và hệ thống có thể trở nên không ổn định. Mục tiêu của một kế hoạch bảo vệ là phát hiện và phân lập các lỗi là chọn lọc, kinh tế, đáng tin cậy và nhanh chóng. Những nguyên tắc này được giải thích tốt nhất bằng cách sử dụng 5S bảo vệ; Bảo mật, chọn lọc, độ nhạy, tốc độ và sự đơn giản, ETAP là phần mềm hàng đầu về bảo vệ nguồn và chứa các công cụ cần thiết để bảo vệ mạng
Giới thiệu
Bảo vệ hệ thống điện là nghệ thuật và khoa học của việc bảo vệ an toàn các thành phần hệ thống điện và người trong điều kiện bất thường (lỗi) Nếu lỗi không bị phát hiện, các điều kiện có thể trở nên nguy hiểm, các thiết bị điện có thể quá nhiệt, điện áp hệ thống có thể thấp hoặc cao, các điều kiện có thể không cân bằng, dòng công suất có thể bị ngăn chặn và hệ thống có thể trở nên không ổn định Mục tiêu của một kế hoạch bảo vệ là phát hiện và phân lập các lỗi là chọn lọc, kinh tế, đáng tin cậy và nhanh chóng Những nguyên tắc này được giải thích tốt nhất bằng cách sử dụng 5S bảo vệ; Bảo mật, chọn lọc, độ nhạy, tốc độ và sự đơn giản, ETAP là phần mềm hàng đầu về bảo vệ nguồn và chứa các công cụ cần thiết để bảo vệ mạng
Hệ thống điện tôi được giao nhiệm vụ bảo vệ được hiển thị trong Hình 1.1 Trong sơ đồ một sợi này, thông tin về hệ thống được hiển thị Các giá trị đó được sử dụng cho tất cả các tính toán trong toàn bộ dự án, với bất kỳ giá trị nào khác được sử dụng được giả định Hình 1.2 cho thấy độ dài đường truyền và liệu rằng các máy biến áp của hệ thống được kết nối hình sao hoặc tam giác Việc bảo vệ bắt đầu bằng dòng tải và phân tích lỗi Tiếp theo, các đường truyền được bảo vệ bằng cách sử dụng rơ le khoảng cách và bảo vệ quá dòng Các máy phát điện và máy biến áp sau đó được bảo vệ bằng cách sử dụng bảo vệ so lệch và quá dòng Các thanh cái được bảo vệ bằng cách sử dụng bảo vệ thanh cái, trong khi động cơ và tải tĩnh được bảo vệ bằng cách sử dụng rôto bị khóa và bảo vệ quá dòng Sau khi hệ thống được bảo vệ hoàn toàn, phần mềm được sử dụng để mô phỏng các gói bảo vệ với việc bổ sung rơle
Hình 1.1 Sơ đồ một sợi của hệ thống điện
Giả sử cả hai máy phát điện được kết nối hình sao với trung tính nối đất trực tiếp, biến áp 1 -2 là nối Y/Y0, và những máy biến áp khác là được kết nối ∆ / Y0 với ∆ hạ áp và Y0 cao áp
Hình 1.2 Giả thiết và chiều dài đường dây của hệ thống điện
Cho dù các máy biến áp và máy phát điện được căn cứ Y hoặc Delta ảnh hưởng đến hệ thống rất nhiều
Trong cấu hình ∆, điện áp pha bằng với điện áp dây Trong cấu hình Y, điện áp pha là điện áp dây chia căn 3 Do đó, trong cấu hình Y, dòng điện pha và dòng dây bằng nhau Trong cấu hình ∆, dòng pha bằng dòng dây chia căn 3 Nếu các kết nối chính xác không được biết, tất cả các giá trị có thể bị ảnh hưởng bởi hệ số góc là căn 3
Hệ thống mạng 10 thanh cái
Phân bố công suất
3 Bảo vệ máy phát và các vùng bảo vệ Nguyễn Hoàng Thiên 20142415
4 Mô phỏng ETAP và bảo vệ tải Phạm Gia Lộc 20142336
Danh mục chữ viết tắt và ký hiệu 3
Chương 2: Hệ thống mạng 10 thanh cái 8
1 Xây dựng mạng trong ETAP 8
4 Bảo vệ máy phát điện 15
5 Bảo vệ máy biến áp 19
7 Bảo vệ động cơ và tải tĩnh 24
8 Thực hiện và mô phỏng bằng ETAP 31
Chương 3: Kết quả mô phỏng 33
3.1 Bảo vệ cho tải tĩnh và động cơ 33
3.2 Bảo vệ cho máy phát điện 35
Danh mục chữ viết tắt và ký hiệu
DLG Double Line - Ground ft feet
Hình 1.1 Sơ đồ một sợi của hệ thống điện 7
Hình 1.2 Giả thiết và chiều dài đường dây của hệ thống điện 7
Hình 2.1 Xây dựng mạng trong ETAP 8
Hình 2.2 Các vùng bảo vệ của hệ thống điện 9
Hình 2.3 Hệ thống ETAP khi đã thêm tụ điện 10
Hình 2.4 Phân bố công suất khi đã thêm tụ điện 10
Hình 2.7 Bảo vệ nối đất ngoằn nghèo (Mặt∆) và bảo vệ nối đấy (Mặt Y) 20
Hình 2.8 Một Bus-Bộ ngắt đơn (Trái) và Một Bus với một Ngắt Tie (Phải) 22
Hình 2.9 Nguyên tắc bảo vệ dòng điện tuần hoàn 23
Hình 2.10 Đường cong giữa thời gian vận hành và hệ số cài đặt (PSM) của relay 26
Hình 2.11 Bảo vệ dự phòng cho tải tĩnh 27
Hình 2.11 Đặc điểm MHO cho bảo vệ roto bị khóa 29
Hình 2.12 Thông số cài đặt rơle cho động cơ trong phần mềm ETAP 30
Hình 2.13 Thông số cài đặt rơle cho tải tĩnh trong phần mềm ETAP 31
Hình 2.14 Mô phỏng ETAP với Bảo vệ thanh cái được triển khai 32
Hình 2.15 Mô phỏng ETAP với role được thêm vào 32
Bảng 2.1: Các giá trị bảo vệ đường dây được chọn và tính toán 11
Bảng 2.2: Giá trị thông số role đường dây 13
Bảng 2.3: Bảng tính toán thông số bảo vệ đường dây 14
Bảng 2.4: Thông số bảo vệ so lệch máy phát điện 17
Bảng 2.5 Thông số tính toán máy phát điện 17
Bảng 2.6: Bảo vệ so lệch máy biến áp 21
Bảng 2.7: Bảo vệ quá dòng máy biến áp 21
Bảng 2.8: Bảo vệ thanh cái 24
Bảng 2.9 Thông số cho bảo vệ quá dòng 27
Bảng 2.10: Thông số bảo vệ động cơ 28
Bảng 3.1: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại động cơ 2 33
Bảng 3.2: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại động cơ 1 33
Bảng 3.3: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Load 9 34
Bảng 3.4: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Load 10 34
Bảng 3.5: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Gen 1 35
Bảng 3.6: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Gen 2 35
Bảo vệ hệ thống điện là nghệ thuật và khoa học của việc bảo vệ an toàn các thành phần hệ thống điện và người trong điều kiện bất thường (lỗi) Nếu lỗi không bị phát hiện, các điều kiện có thể trở nên nguy hiểm, các thiết bị điện có thể quá nhiệt, điện áp hệ thống có thể thấp hoặc cao, các điều kiện có thể không cân bằng, dòng công suất có thể bị ngăn chặn và hệ thống có thể trở nên không ổn định Mục tiêu của một kế hoạch bảo vệ là phát hiện và phân lập các lỗi là chọn lọc, kinh tế, đáng tin cậy và nhanh chóng Những nguyên tắc này được giải thích tốt nhất bằng cách sử dụng 5S bảo vệ; Bảo mật, chọn lọc, độ nhạy, tốc độ và sự đơn giản, ETAP là phần mềm hàng đầu về bảo vệ nguồn và chứa các công cụ cần thiết để bảo vệ mạng
Hệ thống điện tôi được giao nhiệm vụ bảo vệ được hiển thị trong Hình 1.1 Trong sơ đồ một sợi này, thông tin về hệ thống được hiển thị Các giá trị đó được sử dụng cho tất cả các tính toán trong toàn bộ dự án, với bất kỳ giá trị nào khác được sử dụng được giả định Hình 1.2 cho thấy độ dài đường truyền và liệu rằng các máy biến áp của hệ thống được kết nối hình sao hoặc tam giác Việc bảo vệ bắt đầu bằng dòng tải và phân tích lỗi Tiếp theo, các đường truyền được bảo vệ bằng cách sử dụng rơ le khoảng cách và bảo vệ quá dòng Các máy phát điện và máy biến áp sau đó được bảo vệ bằng cách sử dụng bảo vệ so lệch và quá dòng Các thanh cái được bảo vệ bằng cách sử dụng bảo vệ thanh cái, trong khi động cơ và tải tĩnh được bảo vệ bằng cách sử dụng rôto bị khóa và bảo vệ quá dòng Sau khi hệ thống được bảo vệ hoàn toàn, phần mềm được sử dụng để mô phỏng các gói bảo vệ với việc bổ sung rơle
Hình 1.1 Sơ đồ một sợi của hệ thống điện
Giả sử cả hai máy phát điện được kết nối hình sao với trung tính nối đất trực tiếp, biến áp 1 -2 là nối Y/Y0, và những máy biến áp khác là được kết nối ∆ / Y0 với ∆ hạ áp và Y0 cao áp
Hình 1.2 Giả thiết và chiều dài đường dây của hệ thống điện
Cho dù các máy biến áp và máy phát điện được căn cứ Y hoặc Delta ảnh hưởng đến hệ thống rất nhiều
Trong cấu hình ∆, điện áp pha bằng với điện áp dây Trong cấu hình Y, điện áp pha là điện áp dây chia căn 3 Do đó, trong cấu hình Y, dòng điện pha và dòng dây bằng nhau Trong cấu hình ∆, dòng pha bằng dòng dây chia căn 3 Nếu các kết nối chính xác không được biết, tất cả các giá trị có thể bị ảnh hưởng bởi hệ số góc là căn 3
Chương 2: Hệ thống mạng 10 thanh cái
1 Xây dựng mạng trong ETAP
Trước khi bất kỳ phần nào của hệ thống có thể được bảo vệ, bản thân hệ thống cần được xây dựng trong phần mềm Mạng được lắp ráp trong ETAP được hiển thị trong Hình 3 và các khu vực bảo vệ của nó được hiển thị trong hinh 4 Các vùng bảo vệ khác nhau chồng lên nhau trong hình để cho thấy rằng không có phần nào của hệ thống không được bảo vệ khỏi lỗi Cấu hình đã chọn của đường truyền có chiều cao 70 ft loại dây dẫn pha được chọn là EPRI_M với khoảng cách giữa cả A và B và B và C bằng nhau đến 15 ft Với khoảng cách từ A đến C bằng 30 ft Điện áp của đường truyền càng cao thì chiều cao và khoảng cách dây dẫn phải lớn hơn Bus vô hạn cũng cần phải có một mạch ngắn MVA bằng 4200 để hệ thống hoạt động
Hình 2.1 Xây dựng mạng trong ETAP
Hình 2.2 Các vùng bảo vệ của hệ thống điện
2 Phân bố công suất Để lập kế hoạch bảo vệ toàn bộ hệ thống điện cho hệ thống đã cho, cần phân tích dòng tải bắt buộc Phân tích phát hiện bất kỳ vấn đề nào với hệ thống cần được sửa chữa trước khi kế hoạch bảo vệ có thể bắt đầu Phân tích dòng tải đã được hoàn thành bằng cách sử dụng ETAP 19.0.1 và được xây dựng theo hướng dẫn đã cho với các cài đặt thiết bị mặc định Mục tiêu của tải phân tích dòng phải có phần trăm điện áp của mỗi bus nằm trong khoảng từ 95% đến 105% Sau khi tải ban đầu phân tích dòng chảy, các vấn đề được tìm thấy ở cả hai máy phát điện Các bộ phận của mạng có sự cố được đánh dấu màu đỏ và những mạng gần như có sự cố được đánh dấu bằng màu hồng
Hệ thống không thể hoạt động với các sự cố ở máy phát điện và bus của nó Phương pháp được chọn để sửa lỗi vấn đề là thêm các ngân hàng điện dung vào các bus màu đỏ để tăng phần trăm điện áp lên và cập nhật hệ thống được hiển thị trong Hình 2.3 Cách các giá trị MVAR được chọn cho các tụ điện là bằng cách thêm máy phát điện đồng bộ tới bus và quan sát xem nó đã phân phối bao nhiêu công suất phản kháng bù cho bus điện áp dưới Các tụ điện được bổ sung cũng giúp loại bỏ bất kỳ vấn đề nào với máy phát điện
10 cũng vậy Phân tích lưu lượng tải được cập nhật mà không có bất kỳ thành phần nào được đánh dấu màu đỏ được hiển thị trong Hình 2.4
Hình 2.3 Hệ thống ETAP khi đã thêm tụ điện
Hình 2.4 Phân bố công suất khi đã thêm tụ điện
Bảo vệ đường dây
Phần đầu tiên của mạng cần bảo vệ là các đường truyền Các đường truyền là liên kết của các kết nối trong hệ thống điện và rất quan trọng để bảo vệ và có thể ngắt kết nối trong trường hợp lỗi Rơle bảo vệ khoảng cách là một phương pháp thiết kế phổ biến cùng với thí điểm sự bảo vệ
Bảo vệ khoảng cách cảm nhận trở kháng của đường dây và các chuyến đi nếu trở kháng kết quả quá thấp do một lỗi Trở kháng có nguồn gốc từ máy biến điện áp và dòng điện Khoảng cách bảo vệ sau đó được kết nối với một rơ le định hướng xác định vị trí lỗi nằm ở đâu và liệu hoặc không chuyến đi Khoảng cách bảo vệ được chia nhỏ hơn vào các khu vực bảo vệ khác nhau, hoạt động như dự phòng và bảo vệ chồng chéo của các đường liền kề Độ dài (Km) Dòng (A) CT PT
Bảng 2.1: Các giá trị bảo vệ đường dây được chọn và tính toán
- Lấy R, X, Re, Xe ở phần Impedance để tính toán
- Ta lần lượt tính R, X, Re của zone1, zone2, zone3 theo công thức:
R(zone1)= 0,8 x R x K ; X(zone1)= 0,8 x X x K ; Re(zone1)= 0,8 x Re x K
R(zone2)= R x K ; X(zone2)= X x K ; Re(zone2)= Re x K
R(zone3)= 1,2 x R x K ; X(zone3)= 1,2 x X x K ; Re(zone3)= 1,2 x Re x K
𝑋 – 1) / 3 Trong đó K : tỷ số CT/PT
- Vào phần Star Z của delay để nhập các số liệu vừa tính
+ Nhập thông số Re/Rl, Xe/Xl vào phần Power System Data 2
13 + Nhập thông số R, X, Re của zone1, zone2, zone3 vào phần Distance Zones Quad
Bảng 2.2: Giá trị thông số role đường dây
- Bảng tính toán trên excel
Bảng 2.3: Bảng tính toán thông số bảo vệ đường dây
Bảo vệ máy phát điện
Bước tiếp theo là thiết kế sơ đồ bảo vệ máy phát điện cho cả hai máy phát điện Các bảo vệ được sử dụng là bảo vệ so lệch và quá dòng Máy phát điện được bảo vệ khỏi các sự cố bên trong với bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch so sánh dòng các pha của máy phát bị mất cân bằng Sự khác biệt này trong hầu hết các trường hợp là do sự cố bên trong máy phát Một số sự cố nhỏ có thể xảy ra trong quá trình chuyển đổi và sự không phù hợp giữa các máy biến dòng và dòng điện nhận có thể giải thích cho điều đó Bảo vệ quá dòng để bảo vệ máy phát nằm trong khoảng 0,14-0,28 A Dòng thu được chọn là 0,15 A
Ngoài các sơ đồ bảo vệ này, trình tự quá dòng, quá nhiệt và âm bảo vệ cũng sẽ cần thiết Bảo vệ quá dòng được bảo vệ sự cố trong pha và bảo vệ sự cố bên ngoài và hoạt động như một biện pháp bảo vệ dự phòng Mỗi máy phát điện được giả định để xử lý tải tối đa dòng điện trên 125% dòng điện định mức Giả định rằng rơle bảo vệ trạng thái rắn bao gồm cả hai thứ tự âm và rơ le quá nhiệt sẽ cảnh báo và ngắt đối với bất kỳ chuỗi âm lớn nào dòng điện và điều kiện quá nhiệt Đánh giá dòng điện được lấy từ MVA và điện áp bus đường dây Trở kháng cho rơle được tìm thấy từ các đặc tính của máy phát ETAP CTR được chọn sau khi tìm thấy dòng điện định mức của mỗi và là 400/5 (máy phát 1) và 600/5 (máy phát 2) Các lựa chọn CT cho bảo vệ quá dòng là dựa trên dòng điện định mức 125% nhưng sử dụng cùng một CTR Dòng nạp được chọn cho máy phát 1 và 2 được tìm thấy bằng cách chia cài đặt OC Tap cho OC CTR và sau đó làm tròn giá trị đến giá trị gần nhất giá trị
Bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài (51)
Chống ngắn mạch ngoài trên thanh góp, khi bảo vệ thanh góp không tác động
Chống ngắn mạch trên các phần tử lân cận nếu bảo vệ của các phần tử này không tác động
Làm dự trữ cho bảo vệ so lệch dọc
Bảo vệ có quá dòng có kiểm tra áp
Bảo vệ có quá dòng có kiểm tra áp
U KĐ = (0.5 ÷ 0.6)U đm t I = t maxBVkề + ∆t t II = t I + ∆t Độ nhạy: K n = I Nmin
I nmin : dòng nhỏ nhất khi NM trực tiếp ở cuối vùng BV
Power(MVA) Bus Voltage(KV) I rated (A) CTR
Bảo vệ quá dòng máy phát điện
Bảng 2.4: Thông số bảo vệ so lệch máy phát điện
OC Tap setting OC CTR I Pickup
Power(MVA) Bus Voltage(KV) I rated (A) CTR
Bảo vệ so lệch máy phát điện
Bảo vệ quá dòng máy phát điện
Bảng 2.5 Thông số tính toán máy phát điện
Xây dụng mô phỏng ETAP
Bảo vệ máy biến áp
Hệ thống có năm máy biến áp điện lực cần được bảo vệ Điều này thường được nhận ra bằng cách sử dụng bảo vệ vi sai Trong khi sử dụng bảo vệ khác biệt, người ta phải xem xét sự xâm nhập từ hóa cao dòng điện, các mức điện áp khác nhau và sự dịch chuyển pha delta / wye Vì máy biến áp là một phần quan trọng của hệ thống, nối đất và bảo vệ quá dòng làm dự phòng cũng sẽ được xem xét
Việc bảo vệ so lệch được hoàn thành trong hai bước Bước đầu tiên là hủy bỏ số 0 trình tự và sự dịch chuyển pha 30 độ được tạo ra bởi kết nối delta-wye bằng cách kết nối các CT trong delta ở phía wye và trong wye ở phía delta Thứ hai, điều chỉnh tỷ lệ CT và nhấn chọn để giảm hoạt động không phù hợp Tương tự như vậy, đảm bảo một tỷ suất lợi nhuận an toàn trong tỷ lệ phần trăm không phù hợp để tính các lỗi CT không xác định Phần trăm không phù hợp được cho bởi phương trình: 𝑴 = 𝟏𝟎𝟎 ∗
Bảo vệ so lệch này có thể hoạt động do dòng điện kích từ hoặc từ hóa lớn cung cấp năng lượng máy biến áp, giảm điện áp và / hoặc dòng khởi động cảm từ các máy biến áp đóng điện gần đó Để tránh hoạt động trong các dòng điện cao tự nhiên này, bộ bảo vệ so lệch phải được đặt thành phát hiện khi có sự không phù hợp lớn là do lỗi bên trong hoặc do dòng khởi động tạm thời lớn Một sóng hài bộ quan sát phát hiện là một giải pháp cho vấn đề đó trong khi vẫn giữ cho bảo vệ khác biệt hoạt động trong suốt thời gian [13]
Bảo vệ nối đất là một bảo vệ dự phòng quan trọng khác chống lại các lỗi đường dây nối đất bên ngoài và có thể được thiết kế bằng cách sử dụng rơle quá dòng vi sai và / hoặc máy biến áp tự động Giả định rằng tỷ lệ CT khoảng 100: 5 sẽ có thể phát hiện ra dòng lỗi chạm đất trong khi tỷ lệ CT 1000: 5 trở lên sẽ có độ nhạy quá thấp Nếu đúng như vậy, tỷ lệ CT có thể được điều chỉnh bằng máy biến áp tự động Nhiệm vụ chính của tất cả các sơ đồ bảo vệ là phát hiện dòng lỗi thứ tự 0 và so sánh nó với rơle so lệch hoặc rơle quá dòng thời gian làm dự phòng Máy biến áp có thể được nối đất trang trọng ở phía wye hoặc thông qua một máy biến áp ngoằn ngoèo ở phía delta của máy biến áp (Hình 2.7) Việc
20 bảo vệ nối đất được đảm bảo bởi một rơ le so lệch với một rơ le quá dòng làm dự phòng sự bảo vệ [13]
Hình 2.7 Bảo vệ nối đất ngoằn nghèo (Mặt∆) và bảo vệ nối đấy (Mặt Y) cho máy biến áp ở hai bên trái và phải một cách tương ứng
Ngoài bảo vệ so lệch và tiếp đất, nên bổ sung một rơ le quá dòng làm dự phòng đối với lỗi pha Điều này đặc biệt quan trọng đối với các máy biến áp tải lớn sẽ gây ra thiệt hại lớn nếu bảo vệ khác biệt chính sẽ không thành công Một cài đặt điển hình cho các CT tức thời rơ le quá dòng 150-200% dòng sự cố ba pha lớn nhất [13] Dòng khởi động thường là từ 8-12 lần dòng điện danh định và đối với thí nghiệm này, dòng điện được ước tính bằng 10 lần đánh giá hiện tại
Bảo vệ rơ le so lệch có phát hiện sóng hài được sử dụng làm bảo vệ sơ cấp có pha bảo vệ quá dòng làm dự phòng cho cả bốn máy biến áp Ngoài ra, vi sai quá dòng phía wye nối đất được thêm vào để dự phòng cho các lỗi SLG vì chúng là loại lỗi phổ biến nhất Các Máy biến áp được kết nối ở đồng bằng ở phía điện áp thấp và wye ở phía điện áp cao theo được hướng dẫn
Bảng 6 hiển thị dòng điện danh định ở phía sơ cấp và thứ cấp với tỷ lệ CT thích hợp, nhấn vào cài đặt, và kết quả là không khớp cho từng máy biến áp Mỗi CT được giả định có cài đặt vòi từ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10 Tổng thể không phù hợp từ 3-5% được
21 cho là hàng hóa cân bằng giữa độ nhạy và tỷ suất lợi nhuận an toàn Dòng nạp được đặt thành 0,2 A, cao hơn một chút so với trong trường hợp bảo vệ máy phát điện để giải thích sự không phù hợp của CT
Bảng 7 hiển thị bảo vệ quá dòng phù hợp với dòng khởi động dự kiến Cũng lưu ý rằng một số CT được đánh giá thấp hơn một chút so với mức quá dòng ước tính của nó Trong thiết kế này, cài đặt vòi quá dòng được giả định là 125% dòng điện danh định
Bảng 2.6: Bảo vệ so lệch máy biến áp
Bảng 2.7: Bảo vệ quá dòng máy biến áp
Bảo vệ thanh cái
Các thanh cái yêu cầu bảo vệ dòng điện tuần hoàn và các CT được chọn thích hợp Trong Ngoài ra, thiết kế bảo vệ cho bus phụ thuộc vào việc bố trí bus Trong dự án này, nó được giả định là rằng nên sử dụng một bộ ngắt đơn bus duy nhất nếu ba hoặc ít hơn bộ cấp nguồn được kết nối với bus Nếu không, một bus duy nhất có thanh giằng được sử dụng Cả hai cách sắp xếp đều được thể hiện trong Hình 2.8
Hình 2.8 Một Bus-Bộ ngắt đơn (Trái) và Một Bus với một Ngắt Tie (Phải)
Hệ thống có mười bus với số lượng khác nhau của các bộ nạp được kết nối Tám trong số họ có ba hoặc ít hơn các bộ cấp được kết nối và do đó được coi là có một bus đến bộ ngắt đơn cấu hình Việc sắp xếp đơn giản và tiết kiệm nhưng thiếu tính linh hoạt khi xảy ra lỗi và Sự bảo trì
Các bus khác có nhiều hơn ba bộ trung chuyển được kết nối và được thiết kế như một bus duy nhất với dây buộc Bộ ngắt dây tăng tính linh hoạt và có thể giữ một nửa thanh cái và một nửa đầu nối ở trong hoạt động nếu xảy ra lỗi Với các nguồn điện bổ sung, tải có thể được chuyển qua bus sự liên quan Một sơ đồ bảo vệ đơn giản cho các bus là sử dụng các rơle dòng điện tuần hoàn hoặc vi sai Rơle dòng điện tuần hoàn
23 thường rẻ hơn rơle vi sai và sẽ thích hợp cho sắp xếp bus đơn giản như một bộ ngắt thanh cái đơn và một cái bus với một bộ ngắt thanh giằng Nguyên tắc là giải thích trong Hình 2.9 Đối với mỗi bus, dòng điện đi vào bằng dòng điện đi ra Đối với một nội bộ lỗi, dòng điện đi vào và dòng điện đi ra sẽ không cộng lại và kết quả là dòng điện thông qua rơ le vận hành và ngắt các cầu dao Đối với lỗi bên ngoài, dòng điện vào và ra sẽ giữ nguyên và không đi vì lỗi đó
Hình 2.9 Nguyên tắc bảo vệ dòng điện tuần hoàn Điều này đúng đối với lỗi một đường dây nối đất Tuy nhiên, lỗi từ dòng này sang dòng khác sẽ vẫn giữ lượng dòng điện đi vào và ra như nhau và sẽ không phát hiện ra lỗi Một giải pháp cho điều đó là có một rơle dòng điện tuần hoàn từng pha Đối với bus đơn có bộ ngắt thanh giằng, bus và bộ tiếp liệu sẽ được chia thành hai phần, được ngăn cách bởi bộ phận bẻ cà vạt Một rơle dòng điện tuần hoàn bổ sung được thêm vào bao gồm cả hai phần cho mục đích giám sát
Bước đầu tiên là xác định bus nào nên là bus đơn và bus nào sẽ là bus đơn với một máy bẻ cà vạt Trong trường hợp thanh cái và bộ ngắt dây đơn, sơ đồ bảo vệ phải có thể hoạt động với cầu dao cả mở và đóng Khi chọn rơle CT, mỗi rơle cho tất cả các bộ cấp
24 phải có cùng một tỷ lệ để đảm bảo rằng các dòng rơle sẽ triệt tiêu lẫn nhau Tỷ lệ CT cũng nên cố gắng phù hợp với tải tối đa trên các bộ cấp được kết nối với bus Họ không nên có nguy cơ bão hòa nếu dòng điện đã tăng do mất một đường dây / trung chuyển lân cận Hãy để các dòng tải, được trích xuất từ máy phát điện và / hoặc tải kết nối với mỗi bus, là tỷ lệ CT chung cho bus cụ thể đó Những CT này là cũng là những cái được sử dụng để bảo vệ dự phòng quá dòng cho đường dây tải điện Dòng điện cao nhất được tìm thấy bằng cách so sánh các dòng vào và ra khỏi bus trong hình phân tích dòng tải và chọn giá trị cao nhất Bảng 8 hiển thị kết quả bảo vệ thanh cái
Bảng 2.8: Bảo vệ thanh cái
Bảo vệ động cơ và tải tĩnh
Động cơ và tải tĩnh là phần cuối cùng của hệ thống cần được bảo vệ Cả hai đều yêu cầu bảo vệ quá dòng tức thời và động cơ cảm ứng cũng cần bảo vệ rôto bị khóa Động cơ cảm ứng phải được bảo vệ chống lỗi pha / nối đất, hư hỏng nhiệt và rôto bị khóa điều kiện Điều này yêu cầu bảo vệ quá dòng và khóa rôto thông qua một rơle trở kháng Các
Rơ le quá dòng CTR nên được chọn theo dòng tải định mức của động cơ với xe bán tải dòng điện lớn hơn khoảng 1,6-2 lần so với dòng điện rôto khóa Điều này sẽ đảm bảo rằng quá dòng sẽ không chuyến đi trong quá trình khởi động khi động cơ bị khóa Dòng nhận phải nhỏ hơn ít nhất 2 lần dòng điện sự cố tối thiểu có thể xảy ra mà trong trường hợp này là dòng sự cố đường dây Sự đóng góp từ động cơ cảm ứng đến lỗi này đã được bỏ qua vì những lý do đơn giản Hơn nữa, thêm một rơ le trở kháng sẽ đảm bảo rằng bảo vệ động cơ sẽ hoạt động trong điều kiện rôto bị khóa không mong muốn Một rơle mho có thời gian trễ sẽ ngắt cuộn dây nếu động cơ để lâu trong tình trạng rôto bị khóa
Bảo vệ tải tĩnh có thể được xử lý bằng rơ le quá dòng đơn giản với quá dòng giả định trên 125% dòng tải định mức Điều này sẽ ngắt kết nối các bộ cấp và loại bỏ tải khỏi lưới bảo vệ chống lại mọi hư hỏng thiết bị có thể xảy ra và quá nhiệt Hệ thống điện bao gồm hai động cơ cảm ứng và hai tải tĩnh Các thông số động cơ cảm ứng được đưa ra từ ETAP mô phỏng và KVA định mức từ phương trình 𝒌𝑽𝑨 𝒓𝒂𝒕𝒆𝒅 =𝑯𝒐𝒓𝒔𝒆𝒑𝒐𝒘𝒆𝒓∗𝟎.𝟕𝟒𝟔
Kết quả của động cơ bảo vệ trong hệ thống được thể hiện trong Bảng 2.10 Hệ số công suất, điện kháng, điện kháng trên một đơn vị, và hiệu quả thu được từ chương trình ETAP trong khi dòng điện định mức, dòng điện rôto bị khóa và nhận hiện tại và bội số được tính toán Phương trình để tìm dòng điện rôto bị khóa là 𝑰𝑳𝑹(𝒑𝒖) = 𝟏
𝑿 𝒅 ′′ Đến chuyển đổi từ mỗi đơn vị sang amps, giá trị được nhân với dòng định mức
Load 10 : S = 12.5MVA, PF = 0.9, U = 4,16Kv, I F = 12.3kA
Thời gian vận hành là
Load 9 : S = 29.155MVA, PF = 0.9, U = 12Kv, I F = 5.3kA
Thời gian vận hành là t = 36,5ms
Hình 2.10 Đường cong giữa thời gian vận hành và hệ số cài đặt (PSM) của relay Siemens 7SJ62
Tính toán bảo vệ dự phòng sử dụng relay quá dòng 50/51:
Hình 2.11 Bảo vệ dự phòng cho tải tĩnh
Sử dụng Relay quá dòng 21 cho Load 10 và Relay quá dòng 39 cho Load 9
Bảng 2.9 Thông số cho bảo vệ quá dòng
Tính toán tương tự ta chọn được
Tính toán tương tự ta chọn được
Bảng 2.10: Thông số bảo vệ động cơ
Rơ le trở kháng rôto bị khóa được đặt ở điện kháng quá độ phụ Xd’’ của động cơ cảm ứng (Hình 14) Khi trở kháng được phát hiện vẫn nằm trong vòng tròn quá lâu, một rơle thời gian trễ sẽ đóng một số liên lạc gửi tín hiệu chuyến đi để ngắt kết nối máy Bất kỳ
29 dòng khởi động nào cũng được giả định là ở lại trong khu vực một thời gian ngắn mà không có nguy cơ vấp phải cài đặt thời gian trễ
Hình 2.11 Đặc điểm MHO cho bảo vệ roto bị khóa
Tỷ lệ CT quá dòng tải tĩnh dựa trên mức quá dòng dự kiến là 125% dòng định mức và kết quả bảo vệ quá dòng được thể hiện trong Bảng 12 Dòng định mức đã được đưa ra từ xếp hạng công suất và điện áp của mỗi tải
30 Xây dựng mô phỏng ETAP
Hình 2.12 Thông số cài đặt rơle cho động cơ trong phần mềm ETAP
Hình 2.13 Thông số cài đặt rơle cho tải tĩnh trong phần mềm ETAP
Hình 2.14 Thông số cài đặt role chồng lấn cho tải tĩnh trong phần mềm ETAP
Thực hiện và mô phỏng bằng ETAP
Phần đầu tiên của hệ thống được bảo vệ là các thanh cái Trong Hình 2.11, bảo vệ bus sử dụng ETAP là cho xem Chú ý cách các CT xung quanh bus được gắn với nhau thành một rơ le Để đơn giản hóa con số, tôi đã chọn chỉ hiển thị một phần của mạng có bảo vệ bus Hình 2.12 hiển thị hệ thống với rơ le được thêm vào để bảo vệ mạng Một số kết nối đã bị loại bỏ vì lý do đơn giản Tôi đã sử dụng thư viện của ETAP để tìm rơ le cụ thể mà tôi cần Tôi đã chọn sử dụng rơ le do Schweitzer sản xuất vì chúng là một số rơ le được sử dụng phổ biến nhất trong ngành
Hình 2.15 Mô phỏng ETAP với Bảo vệ thanh cái được triển khai
Hình 2.16 Mô phỏng ETAP với role được thêm vào
Kết quả mô phỏng
Bảo vệ cho tải tĩnh và động cơ
Khi ngắn mạch tại vị trí động cơ 2 relay quá dòng phát hiện sau 23.8ms thì CB6.3 ngắt ra bảo vệ cho động cơ Nếu CB6.3 gặp sự cố thì CB6.2 và CB6.1 ngắt ra để ngắt sự cố ra khỏi hệ thống
Bảng 3.1: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại động cơ 2 Đối với động cơ 1 cũng có trình tự vận hành giống với động cơ 1
Bảng 3.2: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại động cơ 1
Khi xảy ra sự cố tại vị trí của tải tĩnh Quy trình vận hành relay của sự cố như sau:
Bảng 3.3: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Load 9
Bảng 3.4: Trình tự vận hành khi xảy ra sự cố tại Load 10