đồ án kỹ thuật điện điện tử Bảo vệ rơle trạm biến áp 356kV mỏ Mạo Khê.

Để cung cấp điện áp 6kV cho các khu vực sản xuất và dân dụng của mỏ cũng nh cơ quan ngoài mỏ, công ty than Mạo Khê đã xây dựng một trạm biến áp trung gian 35/6kV tại khu mặt bằng phía Na

Lời nói đầu

Trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc hiện nay nền công nghiệp sản xuất than đóng một vai trò quan trọng, góp phần cùng các ngành khác thúc đẩy nền kinh tế đất nớc ngày càng phát triển

Đối với mỏ than hầm lò Mạo Khê có khí nổ siêu hạng việc đảm bảo cung cấp

điện liên tục cho sản xuất là điều rất quan trọng Để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên tục cần phải tính toán, thiết kế một nhà trạm hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật và kinh tế

Sau 5 năm học tập tại trờng Đại học Mỏ - Địa chất em đợc bộ môn tin tởng giao

đề tài tốt nghiệp “Bảo vệ rơle trạm biến áp 35/6kV mỏ Mạo Khê”.

Với sự hớng dẫn nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa và các thầy cô giáo trong bộ môn Điện Khí Hoá, cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay bản đồ án đã đợc hoàn thành Tuy nhiên bản đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót do kiến thức còn hạn chế, rất mong đợc sự góp ý của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp

Em xin chân thành cám ơn!

Hà Nội, ngày 28 tháng 7 năm 2008

Sinh viên

PHẠM MINH NGỌC

phÇn kh¸i qu¸t chung vÒ c«ng ty than m¹o khª

Vµ t×nh h×nh cung cÊp ®iÖn

Chơng 1

GIớI THIệU CHUNG Về công ty THAN MạO KHÊ

1.1 Vị trí địa lý, đặc điểm địa chất và khí hậu của công ty.

1.1.1 Vị trí địa lý.

Công ty than Mạo Khê có trụ sở nằm trên địa bàn thị trấn Mạo Khê, huyện

Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh thuộc Tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam Khu vực Công ty nằm ở phía Tây đới chứa than bối tà Tràng Bạch, vòng cung Đông Triều thuộc

bể than Đông Bắc toạ độ:

1060 33’ 45” ữ 1060 30’ 27” kinh độ Đông

210 02’ 33” ữ 210 06’ 15” vĩ độ Bắc

Công ty than Mạo Khê có địa hình chạy dài theo hớng Đông -Tây ( từ Văn Lôi

đến Tràng Bạch) chiều dài 8 km rộng 5 km, diện tích khoảng 40 km2, phía Đông giáp với xã Hồng thái cách thành phố Hạ Long 58 km, phía Tây giáp với xã Kim Sen cách

Hà Nội 105 km, phía Nam giáp thị trấn Mạo Khê (quốc lộ 18 A) cách Hải Phòng 30

km, phía Bắc giáp xã Tràng Lơng huyện Đông triều

1.1.2 Địa chất thuỷ văn.

Về nớc mặt: trong khu mỏ có hai suối lớn là suối Văn Lôi và suối Bình Minh,

có hai hồ chứa nớc lớn là hồ Tràng Bạch và hồ Yên Thọ, có sông Tràng Lơng Do đặc thù của mỏ là khu vực ít thực vật nên thoát nớc rất nhanh ít ngấm xuống lòng đất

Về nớc ngầm: nguồn nớc chủ yếu là dự trữ trong các tầng đá và than khu vực đã khai thác và phụ thuộc vào phân tầng khai thác

1.1.3 Điều kiện khí hậu.

Nhiệt độ trung bình hàng năm khu mỏ từ 230ữ270C cao nhất là từ 330Cữ37 0 C thấp nhất là 12 0C

Mùa ma kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10 Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Lợng ma trung bình hàng năm là 1765mm, số ngày ma trung bình hàng năm là

110 ngày, lớn nhất là 124 ngày, ít nhất là 79 ngày

Khu mỏ gần biển nên chịu ảnh hởng đáng kể nhất là mùa ma gió bão có thể

đến cấp 11ữ12, hớng gió thay đổi theo mùa, mùa đông và mùa xuân có gió mùa đông

bắc, mùa thu và mùa hè có gió đông và gió đông nam, độ ẩm trung bình là 68%, lớn nhất là 98%, nhỏ nhất là 25%.

1.2 Tình hình khai thác, vận tải, thông gió và thoát nớc.

1.2.1 Tình hình khai thác.

Từ năm 1889 thực dân Pháp tiến hành khai thác những vỉa than có giá trị trong

cả hai cánh vỉa từ tuyến VII phía Tây đến vỉa than 5, 6, 7 từ mức (+ 30m) trở lên, ở cánh Bắc than hầu nh đã khai thác gần hết, còn khu Văn Lôi ở tuyến I đã khai thác đến mức (+120m) so với mặt nớc biển

Sau giải phóng năm 1954 mỏ than Mạo Khê tiếp quản khôi phục đi vào khai thác lò bằng mức (+30/+100) từ mức (+100/+142), từ mức (+42) lên lộ vỉa hiện nay đã khai thác hết

Năm 1992 mỏ Mạo Khê mở hệ thống giếng nghiêng đa vào khai thác từ mức (+30) xuống mức (-25) đối với các vỉa ở cánh Bắc ở tuyến IV với 09 lò chợ khai thác, sản lợng than từ 700.000 đến 800.000 tấn/năm Để có diện khai thác sản xuất lâu dài liên tục hiện nay ở mỏ than Mạo Khê đã mở rộng khu khai thác về phía Đông và Tây mức (-80), khai thác cả cánh Bắc và cánh Nam

Công ty than Mạo Khê hiện nay đang áp dụng các hệ thống khai thác nh:

- Hệ thống khai thác tầng lò chợ liền gơng

- Hệ thống khai thác buồng lu than

- Hệ thống khai thác cột dài theo phơng khấu giật

- Hệ thống khai thác kiểu buồng thợng

1.2.2 Công tác vân tải.

Than khai thác sau đó xúc thủ công vào máng trợt đổ xuống máng cào lên tàu

điện ắc quy đổ vào bun ke qua vận chuyển băng tải đến nhà sàng để sơ tuyển

Hình 1.1 Sơ đồ công tác vận tải.

Than lò

bun ke Băng tải

Nhà sàng

1.2.3 Công tác thông gió.

Thông gió chính của công ty than Mạo Khê chủ yếu là dùng phơng pháp thông gió hút, có hai quạt thông gió chính dùng để thông gió cho toàn mỏ là:

-Trạm quạt mức + 124 gồm: 02 quạt BOKД -1,5

-Trạm quạt mức +73 gồm: 02 quạt BOKД -1,5

- Từ mức (-25) lên mức (+30) đặt một trạm bơm gồm hệ thống 4 bơm ly tâm mã hiệu LT-280/70, để thoát nớc cho mức (-25) lên mức (+30)

Hình 1.3 Sơ đồ thoát nớc nhân tạo phân tầng (-25).

- Nớc từ mức (-80) bơm lên mặt bằng mức (+17) qua hệ thống bơm đặt ở hầm bơm cạnh sân ga đáy giếng mức(-80) bao gồm 3 bơm cao áp loại Д, điện áp định mức Uđm= 6kV Ngoài ra còn có hệ thống 3 bơm dự phòng hạ áp mã hiệu LT-280/70

Kinh Thầy

Hình 1.4 Sơ đồ thoát nớc nhân tạo phân tầng (-80).

1.3 Tổ chức quản lý của công ty than Mạo Khê.

Hiện nay công ty than Mạo Khê có hơn 5000 công nhân viên chức đợc chia làm

3 ca, mỗi ca làm việc 8 giờ và nghỉ theo chế độ luân phiên

Công ty than Mạo Khê áp dụng hình thức quản lý trực tuyến, chức năng tuyến dới chịu sự chỉ đạo trực tiếp từ tuyến trên Quá trình tổ chức quản lý đợc thể hiện trên sơ đồ tổ chức quản lý kinh doanh của công ty (hình 1.5) và (hình 1.6)

Nớc đợc bơm lên mặt bằng mức +17Chảy ra các suối

thoát nớc

Hình 1.6 Sơ đồ tổ chức quản lý hành chính công ty than Mạo Khê.

pgđ cơ điện

pgđ đ tư & xd

gđ tt ytế mk

tt ytế mk p.kt cơ điện

p kt khai thác

p t địa- đ chất p.đ tư & xd

PX Khai thác 1

PX Khai thác 12

PX Khai thác 3,4,5,6,7,8,9,10

PX đào lò đá số 1

PX đào lò đá 2,4PXđào lò đá số 5

Đội TG CC

PX Chế biến than

Chơng 2

Tình Hình Cung Cấp Điện Của công ty than Mạo Khê

2.1 Nguồn cung cấp điện của mỏ.

Việc cung cấp điện của công ty than Mạo Khê do phân xởng điện quản lý, phân xởng này có trách nhiệm theo dõi và vận hành trạm biến áp trung gian 35/6kV Mạo Khê

Nguồn điện 35 kV cấp điện cho trạm biến áp 35/6 kV của mỏ Mạo Khê đợc lấy

từ nhà máy nhiệt điện Uông Bí

Để bảo vệ cho trạm khi có sét đánh dùng dây AC-35 với chiều dài 1,5km và kết hợp chống sét ống lắp trên thanh cái trạm biến áp 35/6kV

Hai tuyến dây 374 và 376 đợc vận hành song song cấp cho hệ thống thanh cái 35kV qua máy cắt đờng dây trên không là 374 MK và 376 MK

Hệ thống thanh cái 35kV bao gồm hai phân đoạn: Phân đoạn I-35kV và phân

đoạn II-35kV, giữa hai phân đoạn có liên hệ với nhau qua máy cắt phân đoạn 300, phía sau thanh cái đợc nối với máy biến áp chính của trạm (sơ đồ hình 2-1):

2.2 Trạm biến áp chính 35/6kV của mỏ.

2.2.1 Máy biến áp.

Để cung cấp điện áp 6kV cho các khu vực sản xuất và dân dụng của mỏ cũng

nh cơ quan ngoài mỏ, công ty than Mạo Khê đã xây dựng một trạm biến áp trung gian 35/6kV tại khu mặt bằng phía Nam của mỏ Trong trạm đặt hai máy biến áp 35/6kV giống nhau do Trung Quốc sản xuất đợc đa vào vận hành từ cuối năm 1979, có mã hiệu

SF 8000/35-TH

Phía sơ cấp máy biến áp có đầu phân áp là (±2x2,5%), việc điều chỉnh đầu phân áp đợc tiến hành bởi cầu dao mã hiệu DWJ thông qua bộ truyền động bằng tay, loại biến áp này có hệ thống làm mát cỡng bức bằng quạt

Hai máy biến áp số 1 và số 2 đợc nối với phân đoạn I-35kV và phân đoạn 35kV của hệ thống thanh cái 35kV số 1 và số 2 cấp điện cho các phụ tải thông qua phân đoạn I-6kV và phân đoạn II-6kV Phân đoạn I và phân đoạn II của hệ thống thanh cái 6kV liên hệ với nhau qua tủ máy cắt phân đoạn số 16

II-Máy biến áp số 2 đợc nối với tuyến dây 376 là máy biến áp làm việc thờng xuyên, còn máy biến áp số 1 đợc nối với tuyến dây 374 là máy dự phòng nguội

Toàn bộ hệ thống máy biến áp, thanh cái 35kV đều đợc đặt ngoài trời, phía

Đông nhà trạm

2.2.2 Các thiết bị đặt trong nhà trạm.

Nhà trạm đợc xây dựng mái bằng có kích thớc (25x8)+(22.5x4.5)=301.5m2 trong trạm đợc bố trí các phòng sau:

- Buồng máy điện dung

- Văn phòng

- Kho dụng cụ

- Phòng điều khiển chính

- Buồng máy biến thế hạ

- Phòng phân phối điện 6kV: gồm 31 tủ dùng để phân phối cho các khởi hành

và dùng để dự phòng Mã hiệu của các tủ khởi hành là GFC-3 trong đó phân đoạn I có

15 tủ, phân đoạn II có 16 tủ Chức năng của các tủ cao áp 6kV đợc ghi trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Tủ phân phối điện 6 kV.

2.2.3 Hệ thống đo lờng và nguồn điện một chiều.

Để cung cấp cho các mạch điện thao tác, ở trạm dùng điện một chiều điện áp 220V

+ Trạm đợc lắp đặt hai tủ chỉnh lu silic mã hiệu GKA 100/220, điện áp vào là

điện xoay chiều điện áp 380V, điện áp ra một chiều điện áp là 220V, dòng điện là 400A

+ Máy biến áp tự dùng có tổ nối dây Y-Y-12, công suất 50kVA

+ Để chỉnh lu điện áp xoay chiều thành một chiều ở trạm dùng các điôt silic bán dẫn hợp thành và đấu thành mạch nắn 3 pha kiểu cầu (gồm 3 mạch một pha hợp thành)

Để cung cấp cho các thiết bị đo lờng và các thiết bị bảo vệ, trong trạm đã sử dụng các thiết bị sau

+ Máy biến dòng: Dùng để đo dòng điện của các khởi hành có đặc tính kỹ thuật cho trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của máy biến dòng

+ Máy biến áp đo lờng: trong trạm sử dụng máy biến áp đo lờng JDJJ-35, JDJJ-6

để cung cấp điện cho các hệ thống đo lờng

+ Các đồng hồ đo công suất tác dụng, công suất phản kháng, Ampe kế, Vôn kế lần lợt có kí hiệu : 1T1-VT, 1VT1-VT, 1D1-W, Д-300, đều đợc đặt trên bảng điều khiển mã hiệu PK-1/180 và BS- 1- 380/220.

2.2.4 Thông số kĩ thuật của các thiết bị trong trạm.

Iđm, A

220400

Uđm,kV

C,àF

Qbù, kVAr

60.42360

U2đm, kV

60,1

2.2.5 Nguyên lý vận hành của trạm biến áp chính 35/6kV.

Hiện tại hai máy biến áp 35/6kV của trạm làm việc theo kiểu dự phòng nguội: máy biến áp số 2 SF2-8000/35-TH thờng xuyên đợc đa vào vận hành, máy biến áp số1 SF1-8000/35-TH dự phòng cho máy biến áp số 2

Khi làm việc bình thờng thì chỉ có máy biến áp số 2 nối với tuyên dây 376 làm việc, thao tác đóng điện cho máy biến áp số 2 vào làm việc nh sau:

- Thao tác đóng điện: Trớc khi đóng điện các cầu dao, máy cắt 35kV và máy cắt các đầu vào 6kV, cùng toàn bộ các máy cắt của các khởi hành đều ở vị trí mở hoàn toàn

+ Trình tự thao tác phía 35kV là đóng cầu dao cách ly CD-35 trên tuyến 376, sau đó dùng kết cấu cơ khí đóng cắt máy cắt SW2-35/1000 số 2 đa điện từ đờng dây

376 lên phân đoạn II Từ đó đóng cầu dao đo lờng CD-376-4 để đa điện từ thanh cái vào máy biến áp đo lờng JDJJ-35/0,1kV và van phóng sét FZ-35 Xoay công tắc trên bàn điều khiển để kiểm tra trị số điện áp và số pha, nếu đồng hồ báo đủ pha và điện áp

đủ tiêu chuẩn 35kV±5% thì tiếp tục thao tác đóng điện Đóng máy cắt SW2-35/1000

số 4 đa điện vào máy biến áp số 2 Khi máy biến áp làm việc bình thờng ổn định thì tiếp tục thao tác đóng điện phía 6kV

+ Trình tự thao tác phía 6kV là đóng máy ở vị trí đầu vào (tủ 31) để đa điện lên thanh cái 6kV, sau đó đóng cầu dao cách ly (tủ 30) đa điện từ thanh cái 6kV vào máy biến áp đo lờng JDJJ-6 và van phóng sét PBO-6 Kiểm tra nếu điện áp đủ tiêu chuẩn 6kV±5% thì đóng máy cắt đa từng khởi hành vào làm việc

- Thao tác cắt điện: Để cắt điện thì ta tiến hành theo trình tự ngợc lại so với khi

đóng điện, đầu tiên cắt điện các khởi hành, sau đó cắt máy cắt 6kV cho máy biến áp làm việc không tải rồi cắt máy cắt phía 35kV, cắt cầu dao cách ly

Khi bảo dỡng, sửa chữa hoặc máy biến áp số 2 bị sự cố thì máy biến áp số 1 và tuyến đờng dây 374 đợc đa vào vận hành Việc đóng máy biến áp số 1 vào vận hành đ-

ợc diễn ra một cách tự động, trình tự đóng điện nh trình tự đóng điện máy biến áp số 2

Trờng hợp máy biến áp số 2 nối với tuyến đờng dây 376 đang làm việc bình ờng, nếu tuyến dây 376 xảy ra sự cố thì máy cắt 376MK sẽ cắt điện, đồng thời máy cắt

th-điện liên động 300 sẽ tự động đóng nguồn dự phòng từ tuyến dây 374 qua giàn thanh cái phân đoạn I cấp điện cho máy biến áp số 2 làm việc để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải

Nh vậy các phụ tải điện cao áp 6kV của mỏ luôn đợc duy trì cung cấp điện liên tục đảm bảo cho sản xuất

2.3 Hệ thống bảo vệ.

2.3.1 Bảo vệ quá áp thiên nhiên

+ Đối với đờng dây vào trạm đợc bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến trên các

đầu cột điện đấu nối tiếp đất có trị số quy định điện trở là 10Ω nhằm ngăn ngừa sét

đánh trực tiếp vào đờng dây

+ Để bảo vệ sét đánh gián tiếp dùng van chống sét 35kV loại FZ-35, phía 6kV loại PBO-6 có cấu tạo là một chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp các tấm điện trở phi tuyến

+ Để bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm dùng 3 cột thu sét, mỗi cột cao khoảng 40m đợc bố trí theo tam giác đều, trên các thanh cái của trạm đặt các van chống sét, van phía 35kV có gắn bộ tụ đếm số, đếm số lần sét đánh vào đờng dây Các thông số

kỹ thuật của van phóng sét đợc ghi trong bảng 2.7

Bảng 2.7 Thông số kỹ thuật của van chống sét.

4LJ

Đóng điện cho quạt gió và báo tín hiệu

6 Bảo vệ chạm

đất 1 pha

Nhờ cuộn tam giác hở của MBA đo lờng JDJJ

và rơle điện áp cực đại

Báo tín hiệu

đèn và còi

- Các thông số kỹ thuật của rơle bảo vệ so lệch dọc đợc cho trong bảng 2.9:

Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật của rơle bảo vệ so lệch dọc.

Lực từ hoá A/vòng

- Bảo vệ bằng rơle khí loại TJ3-80 có đối lu dầu từ 250-300(cm3/s)

- Các thông số kỹ thuật của rơle bảo vệ cực đại đợc cho trong bảng 2.10:

Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của rơle cực đại.

- Các thông số kỹ thuật của rơle bảo vệ quá tải đợc cho trong bảng 2.11

Bảng 2.11 Thông số kỹ thuật của thiết bị bảo vệ quá tải.

Diện tích tính toàn phần thép, mm 2

2.5 Đồ thị phụ tải điện.

Đối với mỏ than Mạo Khê việc xác định phụ tải điện thích hợp nhất là sử dụng phơng pháp xác định theo công suất trung bình và hệ số hình dáng của biểu đồ phụ tải

Đồ thị phụ tải ngày 24 giờ của mỏ đợc xây dựng trên cơ sở số liệu ghi năng lợng tiêu thụ của trạm biến áp chính 36/6kV theo từng giờ một Từ ngày 18/1/2007 đến ngày 24/1/2007, đợc cho trong bảng 2.14

Bảng 2.14 Thông số công suất tác dụng và công suất phản kháng.

- Năng lợng tác dụng trung bình trong 7 ngày khảo sát:

70335,6

7

4923497

tb td

tb pd

W

Từ giá trị tính toán trên xác định đợc ngày điển hình là ngày 18/01/2007 có giá trị năng lợng tác dụng và năng lợng phản kháng gần bằng giá trị năng lợng trung bình trong 7 ngày khảo sát (đợc ghi trong bảng 2.15)

Bảng 2.15 Công suất tác dụng và phản kháng của ngày điển hình.

Từ giá trị công suất tác dụng và công suất phản kháng có thể xây dựng đợc biểu

đồ phụ tải ngày điển hình (hình 2.4)

Xác định các thông số đặc trng của biểu đồ phụ tải.

.24

.24

1

i i

i t

Q ,kVAr (2.2)

trong đó:

P(t) - Công suất tác dụng phụ tải trong khoảng thời gian ti giờ, kW;

Q(t) - Công suất phản kháng phụ tải trong khoảng thời gian ti giờ, kVAr;

Tks - Thời gian khảo sát, Tks= 24h

Thay số vào công thức (2.1) và (2.2) đợc kết quả:

T

t

ks ∫ ,kW (2.3)+ Công suất phản kháng trung bình bình phơng (Qtbbp):

Qtbbp = 1 ( ) ( )

0

2 t d t Q

T

t

ks ∫ , kVAr (2.4) Thay số vào công thức (2.3) và (2.4) đợc kết quả:

Ptbbp = 3017,75 kW

Qtbbp = 1033,5 kVAr

- Công suất cực đại (Pmax):

= 0,4

- Hệ số mang tải kinh tế của máy biến áp

βmtkt=

nm th N

th

Q k P

Q k P

∆+

∆

∆+

240.07,024+

100

3

8000 = 240 kVAr

+ ΔQnm- công suất phản kháng của máy biến áp tiêu thụ khi tải định mức;

8000 = 600 kVAr.

- Nhận xét: Qua việc xây dựng, tìm hiểu đồ thị phụ tải ngày điển hình của trạm biến áp 35/6kV công ty than Mạo Khê và tính toán các thông số đặc trng của đồ thị phụ tải ngày điển hình nhận thấy:

+ Có sự xuất hiện phụ tải đỉnh nhọn ở thời gian sản xuất đang vào giờ cao điểm Công suất cực đại Pmax xuất hiện vào lúc 11 giờ, chứng tỏ sự bố trí phụ tải điện sản xuất hợp lý

+ Hệ số công suất cao (Cosφ = 0,948) điều này thể hiện việc vận hành, sử dụng thiết bị điện của mỏ là tơng đối hợp lý

+ Hệ số mang tải của máy biến áp còn thấp (kmt = 0,4) máy biến áp luôn làm việc trong tình trạng non tải, do đó cần phải có các phơng án mở rộng sản xuất của công ty để tăng số lợng của phụ tải điện tận dụng khả năng làm việc của máy biến áp

3.1 Khái niệm chung về bảo vệ rơle.

Nhiệm vụ chính của bảo vệ rơle là phát hiện chính xác vị trí h hỏng và tự động cắt nhanh loại trừ phần tử h hỏng hoặc các thiết bị h hỏng ra khỏi hệ thống điện, đồng thời phát hiện chế độ làm việc không bình thờng và báo tín hiệu hoặc cắt thiết bị sự cố với thời gian duy trì nhất định

3.2 Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle máy biến áp.

Bảo vệ rơle khỏi h hỏng và các chế độ làm việc không bình thờng của máy biến

áp có những yêu cầu sau: chọn lọc; tác động nhanh; tin cậy; độ nhạy

+ Nâng cao hiệu quả thiết bị đóng lại

Thời gian cắt h hỏng t bao gồm thời gian tác động của bảo vệ (BV) tbv và thời gian cắt của náy cắt (MC) tMC:

Để bảo vệ có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lợng rơle và tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ và lắp rắp đảm bảo chất lợng, đồng thời kiểm tra thờng xuyên trong quá trình vận hành.

3.2.3 Độ nhạy.

Độ nhạy của bảo vệ đợc đánh giá thông qua hệ số nhạy (kn) Hệ số nhạy đợc xác

định bằng tỷ số giữa trị số của đại lợng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngỡng tác

động của nó Đối với các bảo vệ ghi nhận các đại lợng tăng khi ngắn mạch (ví dụ dòng) Hệ số nhạy đợc xác định bằng tỷ số giữa đại lợng tác động tối thiểu (dòng ngắn mạch bé nhất khi ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ) và đại lợng đặt (dòng khởi động rơle):

kn =

kd

m n

I

I . .min

trong đó: + In.m.min- dòng ngắn mạch nhỏ nhất;

+ Ikd - dòng khởi động của rơle

Độ nhạy đợc coi là đạt yêu cầu nếu:

+ kn ≥ 1,5 ữ 2 - đối với bảo vệ dòng cực đại;

+ kn ≥ 2 - đối với bảo vệ so lệch dọc máy biến áp, máy phát, đờng dây truyền tải và thanh cái;

+ kn ≥ 1,5 - đối với bảo vệ so lệch dọc máy biến áp khi ngắn mạch xảy ra sau cuộn cảm kháng đặt ở phía hạ áp máy biến áp ở trong cùng bảo vệ

Hệ số kn càng lớn thì bảo vệ tác động càng chắc chắn, ngợc lại kn càng nhỏ thì xác suất từ chối tác động càng cao, bảo vệ có thể rơi vào trạng thái không tác động khi dòng sự cố thực tế nhỏ hơn giá trị tính toán, do điện áp mạng nhỏ hơn định mức, do

điện trở quá độ ở chỗ ngắn mạch; sai số do thang khắc độ thiếu chính xác; do sự thay

đổi các thông số của bản thân rơle (lực kéo của lò xo, tiếp điểm tiếp xúc kém )

3.3 Các hình thức bảo vệ máy biến áp.

Máy biến áp (MBA) là một trong những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống phát, truyền tải và phân phối điện Do đó bảo vệ của phần tử này phải làm việc với độ tin cậy cao Sơ đồ bảo vệ tuỳ thuộc vào công suất máy biến áp Công suất định mức MBA đợc dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối từ vài trăm kVA đến vài trăm MVA

Để máy biến áp làm việc an toàn cần phải tính toán đầy đủ các h hỏng bên trong MBA và các yếu tố bên ngoài ảnh hởng đến sự làm việc bình thờng của MBA Từ đó

đề ra các phơng án bảo vệ tốt nhất, loại trừ các h hỏng và ngăn ngừa đợc các yếu tố bên ngoài ảnh hởng đến sự làm việc của MBA

Để tránh các hậu quả do sự cố và chế độ làm việc không bình thờng của MBA

nh có các hình thức bảo vệ cho máy biến áp nh sau:

+ Bảo vệ quá tải và cực đại

+ Bảo vệ so lệch dọc

+ Bảo vệ chống chạm đất

3.3.1 Bảo vệ quá tải Bảo vệ khỏi ngắn mạch.

Quá tải MBA thờng không ảnh hởng đáng kể đến sự làm việc của hệ thống vì nó không làm giảm áp Dòng tải thờng tăng không nhiều so với định mức nên có thể cho phép tồn tại trong thời gian ngắn

Quá tải MBA thờng là đối xứng, do đó để bảo vệ quá tải chỉ cần sử dụng một rơle dòng cực đại đấu vào một pha là đủ Bảo vệ sẽ tác động với thời gian duy trì báo tín hiệu cho ngời trực trạm biết để cắt bớt phụ tải hoặc truyền tín hiệu cắt tới cắt máy cắt

Bảo vệ này thờng đợc sử dụng làm bảo vệ chính cho các MBA có công suất bé

và làm bảo vệ dự phòng cho MBA có công suất trung bình và lớn

Dòng chỉnh định của bảo vệ cực đại Ikđ là giá trị để với mọi giá trị dòng điện trong mạch đợc bảo vệ I≤ Ikđ thì rơle không tác động, và rơle sẽ tác động khi I ≥ Ikđ

Những giá trị dòng điện tới hạn mà rơle không tác động:

- Dòng từ hoá nhảy vọt khi đóng MBA không tải vào nguồn cung cấp:

Ith = knv.Iđmtrong đó: + Iđm - dòng định mức của MBA;

+ knv - hệ số nhảy vọt dòng từ hoá;

+ knv = 1,5 ữ 2 - nếu bảo vệ có duy trì thời gian;

+ knv = 3 ữ 4 - nếu bảo vệ không có duy trì thời gian

- Dòng tự khởi động của phụ tải sau khi loại trừ ngắn mạch ở khởi hành có sự cố:

Itkđ = ktk.Ilvtrong đó: + ktk - hệ số tự khởi động của phụ tải, ktk = 2,5 ữ 3 đối với các xí nghiệp công nghiệp; ktk = 1,5 đối với các phụ tải hỗn hợp dân dụng;

+ Ilv = 1,3.Iđ.m - dòng làm việc của MBA tính đến quá tải khoảnh khắc cho phép

- Dòng tơng thích để đảm bảo tính tơng thích với các bảo vệ ở trớc bảo vệ

đang xem xét Với sơ đồ bảo vệ nh trên hình 3.4 bảo vệ trớc là bảo vệ đặt ở đầu vào (các MC phụ tải) Bảo vệ này có dòng chỉnh định bằng Icđ.trớc Nh vậy dòng tơng thích It.th bằng:

sd at

k k

k k

trong đó: + kat = 1,1 ữ 1,2 - hệ số an toàn, đối với rơle số kat = 1,1;

+ ksđ - hệ số sơ đồ;

+ ktv - hệ số trở về, ktv = 0,85 với rơle cơ điện, ktv = 0,98 với rơle số

Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra theo biểu thức:

5,1

) ( ≥

=

kd

R nm n

I

I k

trong đó: + Inm(R) - dòng ngắn mạch qua rơle khi sự cố ngắn mạch xảy ra gần vị trí

đặt bảo vệ

Khống chế thời gian cắt:

+ Thời gian khống chế tKC đợc đặt ở rơle thời gian RTG:

tKC = tcắt.BVtrớcmax + Δttrong đó: + tcắt.BVtrớcmax - thời gian cắt lớn nhất trong các bảo vệ trớc;

+ Δt - khoảng thời gian cần làm trễ đảm bảo chọn lọc, Δt = (0,3 ữ 0,5).+ Thời gian cắt của bảo vệ:

tcắt = tbv + tMC + tKCtrong đó: + tbv - thời gian tác động của rơle dòng điện, thờng bằng 0,05s;

+ tMC - thời gian cắt của máy cắt, phụ thuộc loại máy cắt sử dụng;

+ Thời gian cắt của bảo vệ MBA tcắt phải thoả mãn điều kiện chịu dòng ngắn mạch khoảng khắc của máy biến áp, nghĩa là thoả mãn điều kiện:

2

900

k t

Bảo vệ so lệch dọc là hình thức bảo vệ cắt nhanh dựa trên cơ sở so sánh dòng

điện ở đầu và cuối vùng bảo vệ

Bảo vệ so lệch là bảo vệ chính của máy biến áp

Khi tính toán bảo vệ so lệch dọc MBA cần phải kể tới các đặc điểm ảnh hởng trực tiếp đến sai số và độ tin cậy của bảo vệ

Ngay cả khi máy biến áp có hệ số biến áp bằng 1 và sơ đồ đấu dây bên các phía ngắn mạch giống nhau thì dòng từ phía cung cấp bao giờ cũng lớn hơn dòng ở phía phụ tải một lợng bằng dòng từ hoá, dòng từ hoá ở chế độ làm việc bình thờng chiếm vào khoảng (1ữ5)% dòng định mức của MBA, làm tăng dòng không cân bằng Khi xuất hiện dòng từ hoá nhảy vọt, ở thời điểm đầu thờng chiếm vào khoảng (5ữ8).Idb và qua 1s thờng giảm xuống còn 1,2.Idb Vì vậy dòng tác động của bảo vệ cũng cần phải chỉnh

- Tránh khỏi dòng không cân bằng do sai số của các máy biến dòng ( '

kcb

I )

Dòng không cân bằng (Ikcb) của bảo vệ so lệch dọc máy biến áp đợc xác định theo biểu thức sau:

Hệ số nhạy của bảo vệ so lệch dọc đợc xác định theo biểu thức sau đây:

2

min ≥

(trong một số trờng hợp đặc biệt có thể cho phép giảm xuống 1,5)trong đó: + IR.min - dòng chạy trong cuộn sơ cấp của rơle (PHT hoặc Д3T)

+ Icd - dòng chỉnh định của rơle ở cùng phía với dòng IR.min chạy qua

a, Bảo vệ so lệch dùng rơle có biến dòng bão hoà từ trung gian không có hãm (PHT).

∗Các thành phần dòng không cân bằng lần lợt đợc tính toán xác định nh sau:

- Thành phần gây ra do sai số của biến dòng:

max ' kck dn n

kcb k k I

trong đó: + kdn - hệ số kể đến sự đồng nhất so sai số của các máy biến dòng: kdn = 1 nếu mỗi phía có 1 máy cắt; kdn = 0,5 nếu MBA đấu với mạng qua 2 máy cắt và khi ngắn mạch ngoài xảy ra ở phía đó;

+ kkck - hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch:

kkck = 1 nếu dùng rơle bão hoà từ trung gian;

+ ε = 0,1 - sai số của máy biến dòng;

+ In.max - dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất ngoài vùng bảo vệ

- Thành phần dòng không cân bằng do điều chỉnh điện áp của MBA gây ra:

max

* max

+ ΔU*α và ΔU*α - sai số do điều chỉnh điện áp ở các phía của máy biến áp

đợc bảo vệ (có thể lấy bằng 1/2 dải điều chỉnh điện áp ở các phía tơng ứng)

- Thành phần dòng không cân bằng do không thể đặt chính xác số vòng dây các cuộn cân bằng ở các phía không cơ bản (phía có dòng thứ cấp nhỏ hơn chạy qua)

max

21 max

1

IItt

IItt n

I Itt

Itt

W

W W I

W

W W

∗Tính toán số vòng dây của cuộn cân bằng:

Sau khi xác định dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ so lệch, chọn phía có dòng lớn hơn làm phía cơ bản, phía có dòng nhỏ hơn làm phía không cơ bản

- Đối với phía cơ bản xác định dòng khởi động của rơle theo biểu thức:

) (

) ( ) ( ) (

cb I

cb sd cb cd cb

k I

trong đó: + Icd(cb) - dòng chỉnh định của bảo vệ, quy đổi về phía cơ bản;

+ ksd(cb) - hệ số sơ đồ bên phía cơ bản;

+ kI(cb) - hệ số biến dòng phía cơ bản

Đối với các MBA có dải điều chỉnh điện áp bên phía cao áp rộng (ΔU ≥ 10%) thì tiến hành tính toán quy đổi về phía cao áp, ngay cả khi ở phía đó có dòng thức cấp của bảo vệ nhỏ hơn

Số vòng dây của cuộn so sánh đấu vào phía cơ bản xác định theo biểu thức:

) (

) (

cb kd

d t cb

Từ quan hệ trên có thể xác định đợc số vòng dây đấu vào phía không cơ bản:

Khi đấu rơle theo hình 3.5 b, cuộn làm việc (cuộn so lệch) là cuộn cơ bản (Wlv = Wcb), còn một trong các cuộn so sánh còn lại sẽ là cuộn không cơ bản, số vòng dây đợc xác định nh sau:

Wss = Wkcb - Wlv

Các thông số kỹ thuật của rơle PHT-565 nh sau:

trụ giữa W’n=100 vòng, ΠЭД 2/0,8 ttác động = 0,04ữ0,05 sNgắn mạch

trụ cạnh W”n=200 vòng, ΠCД 0,8 Rn=10Ω; Rs=39 ΩRơle thừa

hành PT40 2ìWc = 2ì750 vòng, ΠЭB Ftđ =100A.vòng

Ssự cố = 105 VA

b, Bảo vệ so lệch dùng rơle có biến dòng bão hoà từ trung gian có hãm từ.

∗ Nguyên lý hãm dòng

Để tăng độ nhạy của bảo vệ so lệch thờng sử dụng loại bảo vệ dựa trên nguyên

lý hãm dòng Dựa trên sơ đồ nguyên lý của bảo vệ có hãm (hình 3.7) khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng này sẽ chạy qua cuộn hãm (Wh) của rơle so lệch, dòng không cân bằng (Ikcb) sẽ chạy qua cuộn làm việc (Wlv), sức từ động của cuộn làm việc có hớng làm rơle tác động, còn sức từ động của cuộn hãm ngăn cản sự tác động của rơle khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ