Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện khuất thanh tùng

Chính vì vậy, hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng, nhanh chóng cách

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

Giảng viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN THỊ THANH LOAN

Sinh viên thực hiện : KHUẤT THANH TÙNG Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội, 01 - 2014

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là phần năng lượng vô cùng quan trọng đối với đời sống con người Nó

được sử dụng trong hầu hết các ngành của nền kinh tế quốc dân như: Nông nghiệp, công

nghiệp, giao thông vận tải, dịch vụ

Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ

cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết bị rất lớn

Tỷ lệ thuận với độ phức tạp của lưới điện là khả năng xảy ra các sự cố và hậu quả do

các sự cố này gây ra

Chính vì vậy, hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể

xảy ra trong hệ thống điện với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện

đúng, nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, cảnh báo và xử lý

khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư hệ thống

điện

Chính vì những lý do quan trọng trên, em đã nhận đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bảo vệ

rơ le cho trạm biến áp 220/110/35 kV” làm nội dung cho đồ án thiết kế tốt nghiệp của

mình

Tuy nhiên với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không

tránh khỏi những thiếu xót Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô

giáo trong bộ môn

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo ThS Nguyễn Thị Thanh Loan đã tận tình

giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn của mình đến

toàn bộ các thầy cô giáo trong khoa Hệ Thống Điện đã giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ

của mình

Hà nội ngày tháng năm 2013

Sinh viên

Khuất Thanh Tùng

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC Lời nói đầu

Phần 1: Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/35kV 1

Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ - thông số chính 1

1.1 Mô tả đối tượng 1

1.2 Thông số chính 1

Chương 2: Tính ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le 3

2.1 Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch 3

2.2 Chọn các đại lượng cơ bản 5

2.3 Các sơ đồ tính toán 8

2.3.1 Sơ đồ 1 (MAX, 1 MBA) 9

2.3.2 Sơ đồ 2 (MAX, 2 MBA) 17

2.3.3 Sơ đồ 3 (MIN, 1 MBA) 28

2.3.2 Sơ đồ 4 (MIN, 2 MBA) 37

Chương 3: Chọn thiết bị điện cho trạm 49

3.1 Máy cắt điện 49

3.2 Máy biến dòng điện 50

3.3 Máy biến điện áp 50

Chương 4: Lựa chọn phương thức bảo vệ 52

4.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA 52

4.2 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 53

4.3 Các loại bảo vệ cần đặt cho MBA tự ngẫu 55

4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62

Chương 5: Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle sử dụng 63

5.1 Rơ le bảo vệ so lệch 7UT613 63

5.2 Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 75

Chương 6: Chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của rơle 82

6.1 Tính toán các thông số của bảo vệ 82

6.2 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 85

Phần 2: Tìm hiểu về rơle SEL387 93

1 Tổng quan rơle SEL387 93

2 Các chức năng chính 94

I Chức năng bảo vệ so lệch 95

II Chức năng bảo vệ chạm đất hạn chế (REF): 97

III Chức năng bảo vệ quá dòng 97

IV Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt 100

3.Giao diện với rơle 101

4.Đo lường 108

5 Bản ghi sự cố 109

Bản vẽ 110

Tài liệu tham khảo

DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp 1

Hình 2.1.Sơ đồ thay thế TTT 7

Hình 2.2 Sơ đồ thay thế TTN 7

Hình 2.3 Sơ đồ thay thế TTK 7

Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch 8

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế TTT 9

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTN 9

Hình 2.7 Sơ đồ thay thế TTK 9

Hình 2.8 Sơ đồ thay thế TTT 12

Hình 2.9 Sơ đồ thay thế TTN 12

Hình 2.10 Sơ đồ thay thế TTK 12

Hình 2.11 Sơ đồ thay thế TTT 16

Hình 2.12 Sơ đồ thay thế TTN 16

Hình 2.13 Sơ đồ thay thế TTT 17

Hình 2.14 Sơ đồ thay thế TTN 18

Hình 2.15 Sơ đồ thay thế TTK 18

Hình 2.16 Sơ đồ thay thế TTT 21

Hình 2.17 Sơ đồ thay thế TTN 21

Hình 2.18 Sơ đồ thay thế TTK 22

Hình 2.19 Sơ đồ thay thế TTT 26

Hình 2.20 Sơ đồ thay thế TTT 26

Hình 2.21 Sơ đồ thay thế TTT 28

Hình 2.22 Sơ đồ thay thế TTN 28

Hình 2.23 Sơ đồ thay thế TTK 28

Hình 2.24.Sơ đồ thay thế TTT 31

Hình 2.25 Sơ đồ thay thế TTN 31

Hình 2.26 Sơ đồ thay thế TTK 32

Hình 2.27 Sơ đồ thay thế TTT 35

Hình 2.28 Sơ đồ thay thế TTN 35

Hình 2.29 Sơ đồ thay thế TTT 37

Hình 2.30 Sơ đồ thay thế TTN 37

Hình 2.31 Sơ đồ thay thế TTK 37

Hình 2.32 Sơ đồ thay thế TTT 40

Hình 2.33 Sơ đồ thay thế TTN 41

Hình 2.34 Sơ đồ thay thế TTK 41

Hình 2.35 Sơ đồ thay thế TTT 45

Hình 2.36 Sơ đồ thay thế TTN 46

Hình 2.37 Kết quả tính ngắn mạch dòng điện INmax, INmin qua các BI 48

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý bải vệ so lệch có hãm dùng cho MBA tự ngẫu ……….56

Hình 4.2 bảo vệ chống chạm đất hạn chế MBA tự ngẫu 57

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và vị trí đặt Rơ le khí trên MBA 58

Hình 4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62

Hình 5.1 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 66

Hình 5.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 68

Hình 5.3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613 70

Hình 5.4 Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 71 Hình 5.5 Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613 72

Hình 5.6 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 74

Hình 5.7 Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621 77

Hình 5.8.Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 79

Hình 6.1 Đặc tính làm việc của rơle 7UT613 83

Hình 6.2 Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 86

Hình 6.3 Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ 89

Hình 7.1 Hình ảnh mặt trước – mặt sau của rơle SEL387 93

Hình 7.2.Hình vẽ ví dụ các chức năng bảo vệ của rơle so lệch SEL387 94

Hình 7.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch 95

Hình 7.4.Thành phần sóng hài: bậc 2 và bậc 4 96

Hình 7.5.Các thành phần sóng hài bậc 5 và dc tính toán tương tự 96

Hình 7.6 Đặc tính của bảo vệ so lệch Trên đường đặc tính có 4 cài đặt : 97

Hình 7.7.Đồ thị đặc tính U5 và C1: 99

Hình 7.8 Các kiểu làm việc của bảo vệ quá tải nhiệt……… 100

Bảng 2.1 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 17

Bảng 2.2 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 27

Bảng 2.3 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3 36

Bảng 2.4 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 4 47

Bảng 3.1.Thông số tính toán lựa chọn thiết bị 49

Bảng 3.2.Thông số máy cắt 50

Bảng 3.3.Thông số máy biến dòng điện 50

Bảng 3.4 Thông số máy biến điện áp 51

Bảng 4.1.Các loại hư hỏng và phương thức bảo vệ tương ứng 53

Hình 4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62

Bảng 5.1 68

Bảng 5.2 81

Bảng 6.1.Thông số của máy biến áp 230/110/35kV 82

Bảng 6.2 Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ 86

Bảng 6.3 Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ……… 89

PHẦN 1: THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/35kV

CHƯƠNG 1:

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH 1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35kV có hai máy biến áp tự ngẫu B1

và B2 được mắc song song với nhau.Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của HTĐ.Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến

áp qua đường dây kép D Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 110kV và 35kV để đưa đến các phụ tải

Hình 1.1.Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp

1.2 THÔNG SỐ CHÍNH

1.2.1 Hệ thống điện (có trung tính nối đất):

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SNmax= 2450MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: SNmin= 0,7 SNmax=1715MVA

1.2.3 Máy biến áp:

Máy biến áp tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây

Có 3 cấp điện áp : 230/121/38,5kV

Công suất 250/250/125MVA

Sơ đồ đấu dây: YN – Auto – d11(Y0-∆-11)

Giới hạn điều chỉnh điện áp: ∆Udc = ±10%

Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây

C T

T H N

CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 2.1 NGUYÊN NHÂN, HẬU QUẢ, MỤC ĐÍCH , YÊU CẦU VÀ CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN ĐỂ TÍNH NGẮN MẠCH

2.1.1 Nguyên nhân

Nguyên nhân chủ yếu sinh ra ngắn mạch là do cách điện bị hỏng Cách điện bị hỏng có thể là do: sét đánh, quá điện áp nội bộ trong quá trình đóng mở mạch, cách điện lâu ngày già cỗi, quá tuổi thọ Ngắn mạch cũng có thể là do các nguyên nhân chủ quan như thao tác nhầm, trông nom các thiết bị không chu đáo, do thi công các công trình gần dây cáp ngầm ( có thể do đào đất đụng phải dây cáp, do chim đậu, cây đổ), v.v

2.1.2 Hậu quả của ngắn mạch

- Lúc ngắn mạch, dòng tăng sinh ra phát nóng cục bộ các phần có dòng ngắn mạch đi qua dù là trong thời gian ngắn

- Sinh ra lực động điện giữa các bộ phận do dòng xung kích, có thể làm hỏng các khí cụ điện và dây dẫn

- Lúc ngắn mạch, điện áp tụt có thể làm cho các động cơ ngừng quay

- Có thể phá hoại sự làm việc đồng bộ của máy phát điện trong hệ thống điện, gây mất ổn định hệ thống và dẫn đến tan rã hệ thống điện

- Lúc ngắn mạch, một pha hay hai pha chạm đất sinh ra dòng thứ tự không do

đó làm nhiễu các đường dây thông tin ở gần

- Cung cấp điện bị gián đoạn

2.1.3 Mục đích

Tính toán dòng ngắn mạch nhằm những mục đích sau:

- Lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn dưới tác động nhiệt và

cơ do dòng ngắn mạch gây ra

- Phục vụ cho tính toán hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện

- Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch

- Phục vụ thiết kế lựa chọn thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch như kháng điện,

2.1.4 Yêu cầu của tính toán ngắn mạch

Yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch là phải xác định được dòng ngắn mạch lớn nhất (Imax) để phục vụ cho việc chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất (Imin)

để kiểm tra độ nhạy cho rơle đã được chỉnh định Trong hệ thống điện (HTĐ) người ta thường xét các dạng ngắn mạch sau:

- Ngắn mạch 3 pha N(3);

- Ngắn mạch 2 pha N(2);

- Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1);

- Ngắn mạch 1 pha N(1)

2.1.5 Các giả thiết cơ bản để tính toán ngắn mạch:

- Các máy phát điện không có hiện tượng dao động công suất nghĩa là góc lệch pha giữa các véctơ sức điện động của máy phát là không thay đổi và xấp xỉ bằng không

- Tính toán thực tế cho thấy phụ tải hầu như không tham gia vào dòng ngắn mạch quá độ ban đầu, do vậy ta bỏ qua phụ tải khi tính toán ngắn mạch quá độ ban đầu

- Hệ thống từ không bão hòa: giả thiết này làm cho phép tính đơn giản đi rất nhiều bởi vì ta xem mạch là tuyến tính nên có thể dùng phương pháp xếp chồng để tính toán

- Bỏ qua điện trở:

Với điện áp> 1000V thì bỏ qua điện trở vì R << X

Với điện áp< 1000V thì không thể bỏ qua R vì R > 1/3 X

- Bỏ qua điện dung

- Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp

- Hệ thống điện 3 pha là đối xứng

- Các tính toán được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

2) Đường dây:

Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch:

250 0, 301.150 0, 233

a) Điện áp ngắn mạch phần trăm của cuộn dây MBA tự ngẫu được tính theo công thức sau:

%

C N

S

Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch

2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

Tính toán dòng ngắn mạch được thực hiện trong chế độ cực đại và chế độ cực

tiểu bao gồm 4 sơ đồ:

Sơ đồ 1: khi hệ thống ở chế độ cực đại và vận hành 1 MBA độc lập (MAX, 1 MBA);

Sơ đồ 2 : khi hệ thống ở chế độ cực đại và vận hành 2 MBA song song (MAX, 2 MBA);

Sơ đồ 3: khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và vận hành 1 MBA độc lập (MIN, 1 MBA);

Sơ đồ 4: khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và trạm vận hành 2 MBA song song (MIN, 2 MBA);

Ở sơ đồ 1 và sơ đồ 2 dạng ngắn mạch tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

Ở sơ đồ 3 và sơ đồ 4 dạng ngắn mạch tính toán: N(2), N(1,1), N(1)

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không

X 

XC 0,115 XH 0,41

U0N

U0NN1

0, 4660,112 0,115 0, 41

(3) 1 1

14,577

Phân bố dòng qua các BI

Điểm N1: không có dòng qua các BI

Điểm N1’:

Dòng qua BI1 là:

IBI1=I1Σ.Icb1= 4,577.0,656=3,002kA Dòng qua các BI khác bằng không

U N I.X  3, 067.0,107  0, 329

Phân bố dòng thứ tự không

0 0

2 2

N HT

D Hm

U I

X X

Dòng qua BI1 và BI4 là:

BI1 0B cb1 BI4 0B cb1

0

0 0

2 2

1,549 0,935 0, 614

HT

D HT

I I I 0, 614.0, 656 0, 402kA

I 3.I I 3.0, 614.0, 656 1, 208kA

cb cb

Dòng qua các BI khác bằng không

Điểm N’1: Dòng qua BI1,BI4 là:

1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT

I (I I I ).I (2.1, 541 0, 935).0, 656 2, 635kA

I 3.I I 3.0, 614.0, 656 1, 208kA

cb cb

T C 1D 1Hmsx 2

2

XX

Điểm N2’:

Dòng qua BI1 là :

IB1 = I1∑.Icb1 = 2,994.0,656=1,964kA Dòng qua các BI khác bằng không

2 0

(1,1) 1N 2N 0N 1

1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT

Dòng qua BI1,BI4:

BI1 BI4

I 1, 895

I 1, 208

kA kA

Các thành phần dòng điện và điện áp tại chỗ ngắn mạch:

1 2 0

1 Δ 0N 0 0

0D 0Hmax C

1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT

kA kA

IBI1 = 1,824

IBI4 =1,033kA Dòng qua các BI khác bằng không

3) Ngắn mạch phía 35kV

Cuộn dây 35kV của máy biến áp nối ∆ nên ta không có sơ đồ thay thế thứ tự không do vậy chỉ tính ngắn mạch 3 pha N(3)

Điểm N3’ :

Dòng qua BI1 là :

IBI1 = I1∑.Icb1 = 1,345.0,656=0,882kA Dòng qua các BI khác bằng không

Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1

Phân bố dòng qua các BI:

Điểm N1: không có dòng qua các BI Điểm N1’:

E I

0 0

0

0, 288

0, 836 0,345

N HT

HT

U I

X

0 0

0

0, 288

1, 099 0,262

N B

B

U I

Điểm N1’:

Dòng qua BI1, BI4 là :

IBI1 = (IHT +I0B

2 ).Icb1= 1,804 j.3, 963 0, 549 0, 656 = 2,353 j.3, 963 0, 6564, 609.0, 6563, 023

0 0

0

( 0, 254)

0, 737 0,345

N HT

HT

U I

X

  

0 0

0

( 0, 254)

0, 969 0,262

N B

B

U I

B I

I0BI1 = I0HT + 0

2

B I

XC XT

XH X0D

C H HT

C H HT

Phân bố dòng qua các BI

Điểm N2:

Dòng qua BI1,BI2:

IBI1 = (I1Σ /2).Icb1 = (3,623/2).0,656 = 1,188kA

IBI2 = (I1Σ /2).Icb2 = (3,623/2).1,312 = 2,376kA Dòng qua các BI khác bằng không

Điểm N’2:

Dòng qua BI1,BI2:

IBI1 = (I1Σ /2).Icb1 = (3,623/2).0,656 = 1,188kA

IBI2 = - (I1Σ /2).Icb2 = -2,376kA Dòng qua các BI khác bằng không

0

2 0 2

2 0

1

2, 724 0,276 + 0,091

0,135

0, 276 0,135 0,276

0, 276 0,135

E I

U U U I.X 2,724.0, 091 0, 248

Dòng thứ tự không qua bảo vệ:

0

0 0HT 0BI1

U X X

1 1BI1

2 2BI1

0HT 0BI1

2 2BI2

0 0BI2

U X X

I I

E

N2 N’2

X1Σ 0,480 I1Σ

N2 E

X1D 0,233

Hình 2.19 Sơ đồ thay thế TTT

X1Hmax

0,41 0,115

N’2

X1Σ 0,083 I1Σ

N2

X1D 0,233

(3) 1 1

Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2:

2.3.3 Sơ đồ 3 (MIN, 1 MBA)

X =X =X +X =0,146+0,233=0,379

X =(X +X )//(X +X ) (X +X ).(X +X ) (0,160+0,466.(0,115+0,41)

0, 301

0, 4810,160 0, 466

N HT

U I

0 0

0,301

0,5720,115 0, 41

N B

C H

U I

Dòng qua BI1

1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT

0 min 0 0B 0 0

( 0, 273)

0, 4370,160 0, 466

0, 958 0, 437 0,521

N HT

HT

U I

Phân bố dòng qua các BI:

Điểm N1:

Dòng qua BI1,BI4 là:

BI1 0B cb1 BI4 0B cb1

1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT