Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện lê anh tuấn

Chính vì thế nên việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nh

Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con người Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Những hư hỏng

và chế độ không bình thường trong hệ thống điện gây hậu quả tai hại đối với kinh

tế và xã hội Chính vì thế nên việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư ngành hệ thống điện

Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp :“Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến

áp 220 kV ” Đồ án gồm 6 chương:

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

Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

Chương 3 : Chọn thiết bị điện cho trạm

Chương 4 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

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

Chương 6 : Chỉnh định kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TH.s Nguyễn Thị Thanh Loan, em đã hoàn thành bản đồ án này Tuy nhiên, với khả năng và

trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo

Sinh viên

Lê Anh Tuấn

(Mẫu)

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

(Bold, size14, xếp sau trang nhận xét của cơ quan thực tập)

size 13

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

(Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

(Của giảng viên phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN 1: THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP ĐƯỜNG DÂY 1

CHƯƠNG 1.MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ-THÔNG SÔ CHÍNH 1

1.1 Mô tả đối tượng 1

1.2 Thông số chính 2

CHƯƠNG 2.TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 3

2.1 Mục đích tính ngắn mạch 3

2.2 Chọn các đại lượng cơ bản 3

2.3 Các sơ đồ tính toán 7

CHƯƠNG 3.CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CHO TRẠM 62

3.1 Máy cắt điện 62

3.2 Máy biến dòng điện 63

3.3 Máy biến điện áp 63

CHƯƠNG 4.LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ, CHỌN LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 64

4.1 Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 64

4.2 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 65

4.3 Các loại bảo vệ cần đặt cho máy biến áp 3 cuộn dây: 66

4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 72

CHƯƠNG 5.GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 73

5.1 Role bảo vệ so lệch 7UT612 73

5.2 Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 87

CHƯƠNG 6.CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE 96

6.1 Thông số của đối tượng bảo vệ 96

6.2 Tính toán thông số của bảo vệ 96

6.3 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 101

A GIỚI THIỆU CHUNG : 109

B NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ SO LỆCH TRONG KBCH : 111

C GIAO DIỆN và CÀI ĐẶT BẰNG TAY : 112

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO………109

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

PHẦN I:

BÁNG 2.1: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 1

BÁNG 2.2: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 2

BÁNG 2.3: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 3

BÁNG 2.4: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 4

BÁNG 2.5: Tổng kết các dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất qua các BI

BÁNG 3.1: Thông số tính toán lựa chọn thiết bị

BÁNG 3.2: Thông số máy cắt

BÁNG 3.3: Thông số máy biến dòng điện

BÁNG 3.4: Thông số máy biến điện áp

BÁNG 4.1: Những hư hỏng và loại bảo vệ thường dung

BÁNG 5.1: Các thông số trạng thái và chức năng bảo vệ theo các địa chỉ

BÁNG 5.2: Các thông số và chức năng bảo vệ cài đặt trong rơle

BÁNG 6.1: Thông số của MBA 3 cuộn dây 220/110/35kV

BÁNG 6.2: Kết quả kiểm tra hệ số an toàn của bảo vệ hãm

BÁNG 6.3: Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ

HÌNH 1.1: Sơ đồ nguyên lí của trạm biến áp

HÌNH 2.1: Các điểm cần tính ngắn mạch của trạm

HÌNH 2.2: Vị trí các điểm ngắn mạch, các dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất qua các BI trong sơ đồ 1

HÌNH 2.3: Vị trí các điểm ngắn mạch, các dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất qua các BI trong sơ đồ 2

HÌNH 2.4: Vị trí các điểm ngắn mạch, các dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất qua các BI trong sơ đồ 3

HÌNH 2.5: Vị trí các điểm ngắn mạch, các dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất qua các BI trong sơ đồ 4

HÌNH 4.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA tự ngẫu

HÌNH 4.2: Bảo vệ chống chạm đất hạn chế MBA tự ngẫu

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

HÌNH 4.4: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp

HÌNH 5.1: Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613

HÌNH 5.2: Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613

HÌNH 5.3: Đặc tính tác động của rơle 7UT613

HÌNH 5.6: Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế

HÌNH 5.7: Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621

HÌNH 5.8: Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621

HÌNH 6.1: Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm

HÌNH 6.2: Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

HÌNH 6.3: Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

HTĐ: Hệ thống điện

BI: Máy biến điện áp

MC: Máy cắt

CHƯƠNG 2

TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 2.1 MỤC ĐÍCH TÍNH NGẮN MẠCH

Trong hệ thống điện, ngắn mạch là sự cố nguy hiểm và thường gặp nhất Khi thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng

3 Máy biến áp 3 cuộn dây:

a Điện áp ngắn mạch phần trăm của cuộn dây mBA đƣợc tính theo công thức sau:

D1

D2

N1 N1'

N1"

N2 N2'

N2"

N3

N3' N3"

110kV

35kV

BI3 BI4 BI5

Hình 2.1 Các điểm cần tính ngắn mạch của trạm

2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN

Tính toán dòng điện ngắn mạch đƣợc thực hiện trong chế độ cực đại và chế độ cực tiểu bao gồm 4 sơ đồ:

Sơ đồ 1: Hệ thống ở chế độ cực đại và trạm vận hành 1 MBA độc lập (SNmax, 1 MBA)

Sơ đồ 2: Hệ thống ở chế độ cực đại và trạm vận hành 2 MBA song song (SNmax, 2 MBA)

Sơ đồ 3: Hệ thống ở chế độ cực tiểu và trạm vận hành 1 MBA độc lập (SNmin, 1 MBA)

Sơ đồ 4: Hệ thống ở chế độ cực tiểu và trạm vận hành 2 MBA song song (SNmin, 2 MBA)

Do tính chất đối xứng nên ko cần tính các điểm N1”, N2” và N3”

2.3.1 Sơ đồ 1(S Nmax , 1 MBA):

X 1H2max

0,057

X1D10,071

X 1D2

0,052

X 0D2

0,105

XC0,268

(3) 1

Phân bố dòng qua các BI:

- Điểm N1: không có dòng qua các BI

HT

U I

0, 364

0,858

0, 425

N B

B

U I

0 0

HT

U I

0, 403

0, 948

0, 425

N B

B

U I

X 1D2

0,052

XC0,268

U I

U I

(3) 1

Bảng 2.1: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 1

NM

Dạng

NM

Dòng qua các BI (Dạng có tên, kA)

N1

N1'

N2 N2'

N3 N3'

2.3.2 Sơ đồ 2(S Nmax , 2 MBA):

X 1H2max

0,057

X1D10,071

X 1D2

0,052

Thứ tự nghịch: Sơ đồ rút gọn:

Phân bố dòng qua các BI:

- Điểm N1: không có dòng qua các BI

U I

0, 3475

1, 635

0, 2125

N B

B

U I

1, 635

0,817

B C

U I

0, 362

1, 707

0, 212

N B

B

U I

1, 707

0,853

B C

XC0,2687

XT0

XC0,268

XT0

X 1∑

0,192

(3) 1

15,1840,192

E I

Dòng thứ tự không chạy qua phía 110kV của MBA:

0 0

0

0,188

0,814

0, 097 0,134 2

N HT

C HT

U I

X X

0,814

0, 407

HT C

0,131

0,567

0, 097 0,134 2

N HT

C HT

U I

X X

0,568

0, 284

HT C

Trong đó:

X∑ = (X1H1max // X1H2max) + (X1D1 // X2D2) + (XC + XH)/2

Bảng 2.2: Tổng kết tính toán ngắn mạch cho sơ đồ 2

NM

Dạng

NM

Dòng qua các BI (hệ đơn vị có tên, kA)

N1

N1'

N2 N2'

N3 N3'

2.3.3 Sơ đồ 3(S Nmin , 1 MBA):

Phân bố dòng qua các BI:

- Điểm N1: không có dòng qua các BI

E I

U I

0, 333

0, 785

0, 425

B B

U I

U I

0, 334

0, 786

0, 425

N B

B

U I

U I

Từ kết quả tính toán ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3:

Dòng qua các BI (hệ đơn vị có tên, kA)

N1

N1'

N2 N2'

N3 N3'

2.3.4 Sơ đồ 4(S Nmin , 2 MBA):

Phân bố dòng qua các BI:

- Điểm N1: không có dòng qua các BI

E I

U I

1, 401

0, 700

B C

U I

0, 269

1, 266

0, 212

N B

B

U I

1, 266

0, 633

B C

I

Phân bố dòng qua các BI:

XC0,268

XT0

X 1∑

0,287

U I

0, 412

0, 206

HT C

U I

0, 268

0,134

HT C

Từ kết quả tính toán ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 4:

Dòng qua các BI (hệ đơn vị có tên, kA)

N1

N1'

N2 N2'

N3 N3'

- Điều kiện cắt: IcắtMC ≥ I”

Trong đó: Ilvcb – dòng làm việc cƣỡng bức lớn nhất qua máy cắt ứng với dòng công suất lớn nhất đi qua khi quá tải sự cố

I” – dòng ngắn mạch có giá trị lớn nhất khi ngắn mạch

Bảng 3.1.Thông số tính toán lựa chọn thiết bị

Thông số kĩ thuật của máy cắt

3.2 MÁY BIẾN DÕNG ĐIỆN

Máy biến dòng điện đƣợc chọn theo điều kiện sau:

- Điện áp: UdmMB > Umg

- Dòng điện: IdmBI ≥ Ilvcb

- Ổn định nhiệt: (Iđm1BI.knđm)2.tnhđmBN

- Ổn định lực điện động: 2 kđ Iđm1BI ixk

Bảng 3.3.Thông số máy biến dòng điện

Udm (kV) Idm sơ cấp

(A)

Idm thứ cấp (kA)

Cấp chính xác

- Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo

- Công suất định mức: S2đmBUS2

Bảng 3.4 Thông số máy biến điện áp

cực đại (VA)

CHƯƠNG 4

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỌN LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 4.1 HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MBA

Để lựa chọn phương thức bảo vệ hợp lý, chúng ta cần phải phân tích nhưng dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đối tượng được bảo vệ, cụ thể là máy biến áp tự ngẫu

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA được phân ra làm hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Hư hỏng bên trong bao gồm:

- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đất và ngắm mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài MBA bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống

- Quá tải

- Quá bão hòa mạch từ

Tùy theo công suất, vị trí, vai trò của MBA trong hệ thống mà người ta có thể lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thường dùng để chống lại các sự

cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA giới thiệu ở bảng 4.1

Bảng 4.1: Những hư hỏng và loại bảo vệ thường dùng

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm

4.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ

Trong quá trình vận hành, hệ thống điện có thể rơi vào tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường như: hư hỏng cách điện, ngắn mạch giữa các vòng dây, vỏ máy biến áp bị rò rỉ, mức dầu trong MBA giảm quá mức cho phép

Phần lớn các sự cố xảy ra thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện áp giảm xuống thấp quá mức cho phép dẫn đến phá hủy các thiết bị điện Do đó sự cố cần được loại trừ nhanh chóng để đảm bảo không làm hu hỏng các phần tử còn tốt trong mạch và không gây nguy hiểm cho người vận hành

Để hạn chế hậu quả của các trường hượp sự cố và chế độ làm việc không bình thường gây ra, trong kỹ thuật điện người ta thường dung rơ le với các tính năng và nhiệm vụ khác nhau Các rơ le bảo vệ thường phải thỏa mãn các yêu cầu chung như:

4.2.3 Yêu cầu về độ nhạy:

Là khả năng bảo vệ có thể cảm nhận được sự cố Được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy (kn), là tỷ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi sự cố và chỉsố tác động của rơle

Với các bảo vệ chính có kn >1,5 – 2

Với các bảo vệ dự phòng có kn >1,2 – 1,5

4.2.4.Tin cậy:

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn

- Độ tin cậy khi tác động: (dependability) là khả năng làm việc chắc chắn khi sự

cố xảy ra trong phạm vi bảo vệ

- Độ tin cậy không tác động: (security) là khả năng bảo vệ sẽ không tác động khi làm việc bình thường và sự cố ngoài vùng bảo vệ

4.3 CÁC LOẠI BẢO VỆ CẦN ĐẶT CHO MBA 3 CUỘN DÂY:

4.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( Diffirenttial relays with stablisation) ∆I

Đối với MBA công suất lớn làm việc ở lưới điện cáo áp, bảo vệ so lệch(87,∆I) được dùng làm bảo vệ chính có nhiệm vụ chống ngắn mạc trong các cuộn dây và ở đầu ra của MBA

Bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động đưa tin đi máy cắt khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ ( vùng bảo vệ là vùng giới hạn giữa các BI mắc vào mạch so lệch)

Nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây được trình bày ở hình 4.1

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây

Với nguồn cung cấp từ phía 1, còn phía 2,3 là phụ tải Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có/

• • • 1s 2s 3s

Trong đó:

H

k  0, 5là hệ số hãm của bảo vệ so lệch Ngoài ra, để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa IHM

Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện

I0 – dòng thứ tự không chạy trong cuộn dây MBA

ID – dòng điện chạy qua cuộn dây trung tính MBA

  I0 - không tác động

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

Khi ngắn mạch trong vùng (điểm N2) toàn bộ dòng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động

Rơle khí được đặt trên đoạn nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của MBA Rơle có hai cấp tác động gầm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh có tiếp điểm thủy ngân hay tiếp điểm từ Ở chế độ làm việc bình thường trong bình đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm rơle ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu ( ví dụ dầu nóng vì quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle

Đẩy phao số 1 xuống, role gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch cuộn dây MBA đặt trong thùng dầu) luồng khí di chuyển từ thùng dầu lên bình dãn dầu đẩy phao số 2 xuống gửi tín hiệu đi cắt máy cắt của MBA

Một van thử được lắp trên role: khi thử nghiệm rơle, lắp máy bơm khí nén vào đầu van thử Mở khóa van, không khí nén bên trong rơle cho đến khi phao hạ xuống đóng tiếp điểm

Một nút nhấn thử để kiểm tra sự làm việc của 2 phao khi nhấn nút thửu đến nửa hành trình, sẽ tác động cơ khí cho phao trên hạ xuống (lúc này, cả 2 phao đang nâng lên vì rơle chứa đầy dầu) đóng tiếp điểm báo hiệu (cấp 1) của phao trên Tiếp tục nhấn nút thử đến cuối hành trình, sẽ tác động cơ khí cho phao dưới cũng bị hạ xuống (do phao trên đã hạ xuống rồi) đóng tiếp điểm mở máy cắt (cấp 2) của phao dưới

Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra ta có thế xác định được tính chất và mức độ sự cố Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra nhằm phục

vụ cho việc phân tích sự cố Rơle hơi tác động chậm, thời gian làm việc tối thiếu là 0,1s, trung bình là 0,2s

4.3.4 Bảo vệ nhiệt độ dầu 0

Bảo vệ phát hiện hư hòng, sự cố trong MBA dựa trên sự thay đổi nhiệt độ MBA

Bốn nhóm bảo vệ trên là các bảo vệ chính cho MBA và một số bảo vệ khác như:

4.3.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh I

Ithường được sử dụng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch I và thường được đặt ở phía nguồn cung cấp

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh là bảo vệ thực hiện tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động lớn hơn dòng điện ngắn mạch lớn nhất ở cuối khu bảo vệ

kd at N.ng.max