Đồ án bảo vệ rơle (bản chuẩn)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE Họ và Tên Mã sinh viên Lớp chuyên ngành Chuyên ngành Giảng viên hướng dẫn Khóa Hà Nội, tháng năm 2023 LỜI CAM ĐOAN.

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE

hướng dẫn của Các số liệu và kết quả trong đồ án là trung thực và chưa đượccông bố trong các công trình khác Các tham khảo trong đồ án đều được tríchdẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và nơi công bố Nếu không đúngnhư đã nêu trên, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của mình.

Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2023

Người cam đoan (Ký và ghi rõ họ tên)

TT Nội dung Ý kiến nhận xét

1 Hình thức trình bày

2 Đồ án thể hiện đầy đủ các

nội dung đề tài

3 Các kết quả tính toán

4 Thái độ làm việc

Các ý kiến khác:

………

.………

………

… ………

………

… ………

………

… ………………

Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2023

Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

TT Nội dung Ý kiến nhận xét, đánh giá

1 Hình thức trình bày

2 Đồ án thể hiện đầy đủ các

nội dung đề tài

3 Các kết quả tính toán

4 Trả lời câu hỏi

Các ý kiến khác:

……….

………

……….

………

………

……….……….

………

……….

………

…

Hà Nội, ngày 27 tháng 04 năm 2023

CHƯƠNG 1: PHẦN LÝ THUYẾT 7

1 Nhiệm vụ, yêu cầu của BV rơ le 7

1.1: Nhiệm vụ Rơ Le trong hệ thống điện 7

1.2 Yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ rơ le 7

2 Các loại rơ le thường sử dụng cho MBA và đường dây 8

a Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (bảo vệ cực đại, I>, Io>) 9

b Bảo vệ dòng điện cắt nhanh (I>>, Io>>) 10

c Bảo vệ hướng công suất 10

d Bảo vệ khoảng cách 11

e Bảo vệ so lệch 12

3 Chọn tỷ số của máy biến dòng 13

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ ROLE 15

1 Chọn vị trí các điểm ngắn mạch 15

1.1: Chọn các đại lượng cơ bản 15

1.2: Lập sơ đồ thay thế, tính toán giá trị điện kháng của các phần tử 16

2 Tính toán giá trị dòng điện ngắn mạch ở chế độ cực đại 16

3 Tính toán giá trị dòng điện ngắn mạch ở chế độ cực tiểu 22

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CÀI ĐẶT ROLE 27

1.Sơ đồ phương thức bảo vệ 27

2 Tính toán cài đặt cho bảo vệ role đường dây 28

2.1: Tính toán cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh 28

2.2: Tính toán cài đặt cho bảo vệ role quá dòng có thời gian 29

3 Kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ : 33

4: Xác định phạm vi bảo vệ của 50, I>> 34

Kết Luận……… 38

Tài Liệu Tham khảo………39

Chương 2:

Bảng 1: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực đại 18 Bảng 2: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha ở chế độ cực đại 21 Bảng 3: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực tiểu 22 Bảng 4: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha ở chế độ cực tiểu 26

Chương 3:

Bảng 1: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N5-N9 ở chế độ cực đại 30 Bảng 2: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N1-N5 ở chế độ cực đại 31 Bảng 3: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N5-N9 ở chế độ cực tiểu 32 Bảng 4: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N1-N5 ở chế độ cực tiểu 32

Chương 2:

Hình 1: Vị trí các điểm ngắn mạch 15

Hình 2: Sơ đồ thay thế 16

Hình 3: Giá trị điện kháng tại các điểm ngắn mạch 17

Hình 4: Quan hệ Ip và I0 21

Hình 5: Quan hệ Ip và I0 26

Chương 3: Hình 1: Thời gian tác động của bảo vệ 31

Hình 2: Thời gian tác động của bảo vệ 32

CHƯƠNG 1: PHẦN LÝ THUYẾT.

1 Nhiệm vụ, yêu cầu của BV rơ le.

1.1: Nhiệm vụ Rơ Le trong hệ thống điện.

Các sự cố thường gặp: Ngắn mạch

Tình trạng làm việc không bình thường: quá tải

→ Cần có thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, pháthiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện → Rơ le

Nhiệm vụ Rơ le:

- Phát hiện và nhanh chóng loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống→ ngăn chặn

và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố

- Ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần

tử trong HTĐ

Tuỳ mức độ quan trọng của thiết bị điện mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tínhiệu hoặc cắt máy cắt điện

1.2 Yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ rơ le.

Tính tin cậy: Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn.

- Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống bảo vệ rơle sẽtác động đúng (là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi

đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ)

- Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽkhông làm việc sai (là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bìnhthường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định)

→Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản,chắc chắn và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng

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 điện

Ví dụ:

Ngắn mạch tại N1 trên đường dây BC, MC 5 cắt.

Độ nhạy: Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy

Kn = 1,5 – 2

Kn = đ ´a ilư ´ơ ng t ´a c đ ´ô ng t ´ôi thi ´ê u

đ ´a i lư ´ơ ng đ ´ă t

2 Các loại rơ le thường sử dụng cho MBA và đường dây.

Bảo vệ quá dòng điện:

- Nguyên tắc tác động:

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, ký hiệu 51, 51N hoặc I>, I0>

+ Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh, ký hiệu 50, 50N, hoặc I>>, I0>>

a Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (bảo vệ cực đại, I>, Io>).

- Chọn dòng điện khởi động:

Xét trường hợp chọn dòng điện khởi động cho BV1 đặt trên đoạn AB

- Dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại Ilv.maxcủa đường dây được bảo vệ

- Bình thường HTĐ làm việc với phụ tải cực đại, dòng điện qua bảo vệ là Ilv.max

- t1 xảy ra ngắn mạch tại điểm N, các bảo vệ 1 và 2 cùng khởi động

- t2 bảo vệ 2 tác động (vì t2 < tl) cắt ngắn mạch → Điện áp trên thanh góp B đượcphục hồi, một số động cơ đặt gần đấy tự hãm trong thời gian ngắn mạch do điện ápsụt, lại tự mở máy → BV1 có dòng điện tự mở máy Im.m.max lớn hơn dòng điệnIlvmax:

Trong một số sơ đồ nối dây dòng điện thứ cấp IT trong biến dòng điện có thể khácvới dòng điện IR đi vào rơ le Ở tình trạng đối xứng sự khác nhau này được đặctrưng bằng hệ số sơ đồ ksđ:

điện chạy qua bảo vệ

- Đặc tính thời gian phụ thuộc thì tỷ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ: dòngcàng lớn thời gian tác động càng ngắn

b Bảo vệ dòng điện cắt nhanh (I>>, Io>>).

Chọn dòng điện khởi động: Ikđ > INMmax đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầuphần tử tiếp theo

Ikđ = kat.INng.max

INng.max: là INM mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo N(3) trực tiếp tại điểmngắn mạch

Kat = 1,2 ÷ 1,3

=> Không bảo vệ được toàn bộđối tượng (NM cuối đường dây)

=> Phạm vi bảo vệ thay đổi theo chế độ làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch

c Bảo vệ hướng công suất.

- Nguyên tắc tác động

Ví dụ:

NM trên AB (tại N1) mạng vòng, để bảo đảm tính chọn lọc, t2 < t3

Mặt khác, khi NM trên BC (tại N2), cắt chọn lọc lại phải chọn t3 < t2

→ Bảo vệ quá dòng có thời gian

không thể dùng được trong các

mạng kể trên

→ Dùng bảo vệ có hướng

- Phần tử định hướng công suất.

• Là phần tử dùng để xác định chiều của dòng công suất ngắn mạch đi qua bảo vệ.Khi có thêm bộ phận định hướng công suất, các bảo vệ quá dòng được chia làm hainhóm, mỗi nhóm chỉ tác động theo một hướng công suất (dòng điện) nhất định

• Ví dụ trên các lưới điện như dưới, các bảo vệ 1, 3, 5 (nhóm lẻ) chỉ phản ứng vớidòng ngắn mạch I’N, còn các bảo vệ 2, 4, 6 (nhóm chẵn) chỉ phản ứng với dòngngắn mạch I’’N, đều có hướng từ thanh góp ra đường dây

d Bảo vệ khoảng cách.

- Nguyên tắc tác động:

BV quá dòng có thời gian → thời gian tác động lớn

BV quá dòng cắt nhanh → không bảo vệ được toàn bộ đường dây

→ Sử dụng bảo vệ khoảng cách (BV tổng trở cực tiểu): 21, Z<

- Dựa vào việc đo tổng trở đoạn đường dây từ chỗ ngắn mạch đến chỗ đặt bảo vệ,khi tổng trở đo được bé hơn tổng trở đặt thì bảo vệ tác động (Zđo< Zkđ).

- Nguyên lý đo tổng trở được dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặcmáy phát điện bị mất đồng bộ hay thiếu (mất) kích thích

- Hệ thống truyền tải: tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việcbình thường lớn hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự cố

- Trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách từ chỗđặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch

e Bảo vệ so lệch.

- Nguyên tắc tác động so lệch dòng điện:

- So sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch giữahai

dòng điện vượt quá trị số cho trước (giá trị khởi động) thì bảo vệ sẽ tác động

- Có tính chọn lọc tuyệt đối, vùng tác động được giới hạn bằng vị trí đặt hai tổ máybiến dòng ở đầu và cuối phần tử bảo vệ

IR > Ikđ => bảo vệ tác động

- Chọn dòng khởi động

- Trong các sơ đồ bảo vệ so lệch, các cuộn dây thứ cấp của các BI phải nối sao chokhi bình thường và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện qua rơ le IR = 0,còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện qua rơ le IR bằng dòng điện ngắnmạch tổng ở phía thứ cấp IN

- Trên thực tế, do sai số của BI, đặc biệt do hiện tượng bão hoà của mạch từ, nêntrong chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứcấp của hai tổ máy biến dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau và: ISL = IT1 - IT2 = Ikcb ≠0

- Dòng điện khởi động sẽ được tính toán:

Ikđ= kat Ikcbttmax

- Dòng điện không công bằng phụ thuộc các yếu tố sau:

Ikcbttmax =fimax Kđn kkck INngoàimax

fimax: sai số cực đại cho phép của BI (fimax =10%)

kđn: hệ số đồng nhất của BI (=0÷1)

kkck: hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần khôngchu kỳ trong dòng ngắn mạch

INngoàimax: thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất

3 Chọn tỷ số của máy biến dòng.

Đường dây L2:

Ilvmax = Ipt2 = P

√3 Udm cosφ 2. = 4.103

√3 22.0,9 = 116,63 (A)Chọn Is=200 (A), IT= 5 (A)

 Tỷ số máy biến dòng BI2: nI2 = Is/IT = 2005

Đường dây L1:

Ilvmax = Ipt2 + Ipt1 = P

√3 Udm cosφ 2. + Ipt2 = 5.103

√3 22.0,95+116,63 = 254,75 (A)Chọn Is=300 (A), IT= 5 (A)

 Tỷ số máy biến dòng BI1: nI1 = Is/IT = 3005

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ ROLE Ngắn mạch là gì?,Vì sao phải tính toán ngắn mạch.

- Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung

tính)

- Tính toán ngắn mạch nhằm:

 Xác định thành phần dòng ngắn mạch cực đại

 Xác định thành phần dòng ngắn mạch cực tiểu

- 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 cắt nhanh

 Tính toán/Kiểm tra độ nhạy cho bảo vệ quá dòng có thời gian và bảo vệ

so lệch

1 Chọn vị trí các điểm ngắn mạch.

Hình 1: Vị trí các điểm ngắn mạch.

1.1: Chọn các đại lượng cơ bản.

Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng:

Công suất cơ bản: Scb=SđmB= 40MVA

1.2: Lập sơ đồ thay thế, tính toán giá trị điện kháng của các phần tử

Hình 2: Sơ đồ thay thế.

+) Điện kháng hệ thống:

Hệ thống: S1Nmax = 1500 MVA, S1Nmin = 1125 MVA, XoHT = 1,1.X1HT

- Thứ tự thuận: X1HTmax = SNmax Scb = 150040 = 0,03, X1HTmin = SNmin Scb = 112540 = 0,04

- Thứ tự không: X0Htmax = 1,1 X1Htmax = 1,1.0,03 = 0,033

X0HTmin = 1,1.X1HTmin = 1,1.0,04 = 0,044Máy biến áp:

- Chế độ cực tiểu (1 máy biến áp):

Ta chia đường dây thành 4 đoạn:

Hình 3: Giá trị điện kháng tại các điểm ngắn mạch.

Tính điểm ngắn mạch lần lượt cho 9 đoạn, hai máy biến áp vận hành song song:

=> Tính X1∑; X2∑; X0∑ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ max:

x 0.09 0.19 0.29 0.39 0.49 0.58 0.67 0.76 0.85X0∑ma

x 0.09 0.35 0.61 0.87 1.13 1.38 1.63 1.88 2.13

Bảng 1: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực đại.

Sơ đồ thứ tự thuận dạng tổng quát:

Sơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát:

Sơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:

=>Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công thức: I(1 N n) = E ∑

Ngắn mạch tại điểm N1:

Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không

I(3)N 1 kA=m(3).I(3)1 N 1 S cb

√3 U cb =1 11,11 40

√3 24 = 10,69 (kA)+) Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N(1 ))

Ta có: X Δ=X 2∑ + X 0∑ = 0,09+0,093 =0,183

Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:

Với

X tđ=X 1∑ + X Δ= 0,09+0,183=0,27

Ta có I(1)1 N 1 = I(1)2 N 1 = I(1)0 N 1 = E HT

X tđ = 0,271 =3,70Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:

I(1)N 1 kA=m(1).I(1)1 N 1 S cb

√3 U cb = 3 3,70 40

√3 24 = 10,68 kADòng điện thứ tự không dạng có tên là:

I(1)01kA=3.I(1)0 N 1 S cb

√3 U cb = 3 3,70 40

√3 24 = 10,68 kA+) Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1.1 ))

I(1.1)2 N 1 = I(1.1)1 N 1 X 0 ∑

X 2 ∑+X 0 ∑ = 7,41.0,09+0,0930,093 =3,76Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:

I(1.1)N 1 kA=m(1.1 ).I(1.1)1 N 1 S cb

√3 U cb = √3.√1− 0,09 0,093

(0,09+0,093)2 7,41 40

√3 24 = 10,7 kADòng điện thứ tự không dạng có tên là:

I(1.1)01kA=3.I(1)0 N 1 S cb

√3 U cb = 3 3,64 40

√3 24 = 10,51 kAKhi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng qua các BI,

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

3 Tính toán giá trị dòng điện ngắn mạch ở chế độ cực tiểu.

Tính X1∑; X2∑; X0∑ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min:

X0∑= XHT+XB12+4X0D11+4X0D21

Điểm

X1∑max 0.165 0.265 0.365 0.465 0.565 0.655 0.745 0.835 0.925 X2∑max 0.165 0.265 0.365 0.465 0.565 0.655 0.745 0.835 0.925 X0∑max 0.169 0.429 0.689 0.949 1.209 1.459 1.709 1.959 2.209

Bảng 3: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực tiểu.

Sơ đồ thứ tự thuận dạng tổng quát:

Sơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát:

Sơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:

=>Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công thức: I(1 N n) = E ∑

Ngắn mạch tại điểm N1:

Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không

Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:

I(1)N 1 kA=m(1).I(1)1 N 1 S cb

√3 U cb = 3 2 40

√3 24 = 5,77 kADòng điện thứ tự không dạng có tên là:

I(1)01kA=3.I(1)0 N 1 S cb

√3 U cb = 3 2 40

√3 24 = 5,77 kA+) Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1.1 ))

I(1.1)N 1 kA=m(1.1 ).I(1.1)1 N 1 S cb

√3 U cb = √3.√1− 0,165 0,169

(0,165+0,169)2 4,08 40

√3 24 = 5,89 kADòng điện thứ tự không dạng có tên là:

I(1.1)01kA=3.I(1)0 N 1 S cb

√3 U cb = 3 2,01 40

√3 24 = 5,80 kA

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

Bảng 4: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha ở chế độ cực tiểu.

0 1 2 3 4 5 6

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

ROLE.

1.Sơ đồ phương thức bảo vệ.

Cho máy biến áp

1: bảo vệ so lệch có hãm

2: rơ le khí

3: bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không

4: bảo vệ quá dòng có thời gian

5: bảo vệ quá tải

6: bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ của dầu

Cho đường dây

2 Tính toán cài đặt cho bảo vệ role đường dây.

2.1: Tính toán cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

 Quá dòng pha cắt nhanh I>>,(50)

Trong đó: Kat - Hệ số an toàn, thường chọn Kat = 1,2

INngmax- Dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất, thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây

Để đảm bảo chọn lọc thì bảo vệ 2 sẽ tác động trước bảo vệ 1:

 Với đoạn đường dây L2