Đồ án tốt nghiệp rơ le bảo vệ

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 chotrong

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

1.1.2 Địa chất thuỷ văn

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 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 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%

Công ty than Mạo khê nằm trên địa bàn có rất nhiều tuyến giao thông quan trọng đi qua nh quốc lộ 18A, tuyến đờng sắt quốc gia, tuyến đờng thuỷ Hạ Long- Hà Nội Cách Uông

Bí, Phả Lại tơng ứng 19 km và 40 km, phía Tây cách Hà Nội 105 km , phía đông cách thành phố Hạ Long 60 km Đây là những điều kiện hết sức thuận lợi cho việc vận chuyển, tiêu thụ than cũng nh nhập các trang thiết bị, vật t phục vụ sản xuất của công ty

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, cánh phía Tây và cánh phía Bắc Sau khi giải phóng năm 1954 mỏ than Mạo Khê đã khôi phục và đi vào khai thác

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 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 vận 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 Công tác vận tải đợc thể hiện nh hình 1.1

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

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

Đờng ốngChảy ra sông

Kinh Thầy

Ngoài ra còn có hệ thống 3 bơm dự phòng hạ áp mã hiệu LT-280/70 Sơ đồ thoát nớc nh hình 1.4.

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

1.3 Tổ chức quản lý của công ty than Mạo Khê

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 Đứng đầu Mỏ Mạo Khê là giám đốc chịu trách nhiệm quản lý chung và chịu trách nhiệm trớc tổng giám đốc công ty than việt Nam Dới giám đốc

là các đồng chí phó giám đốc và các đồng chí trởng các phòng ban, là những ngời trực tiếp giúp giám đốc phụ trách từng mảng trong công tác quản lý, điều hành mọi hoạt động trong

đơn vị Cơ cấu tổ chức quản lý hành chính đợc thể hiện trên hình 1.5

Tổ chức quản lý trong phân xởng cơ điện:

Việc tổ chức quản lý cơ điện của mỏ là đồng chí phó giám đốc cơ điện, các trởng phòng ban và phân xởng

Nước ở các đường lò

mức -80 Chạy ra qua đường lò cái Chạy về hầm chứa nước trung tâm

Qua hệ thống bơm nước trung tâm

Nước được bơm lên mặt bằng mức +17

Chảy ra các suối

thoát nước

Cơ cấu tổ chức trong phân xởng cơ điện đợc thể hiện nh trên hình 1.6.

pgđ cơ điện

pgđ đ tư & xd

p kt khai thác

p t địa- đ chất p.đ tư & xd

PX Khai thác 12

PX đào lò đá số 1

PX đào lò đá 2,4PXđào lò đá số 5

Đội TG CC

PX Chế biến than

Hình 1.5 Sơ đồ tổ chức quản lý hành chính công ty than Mạo Khê.

Chơng 2 Tình Hình Cung Cấp Điện Của công ty than Mạo Khê

2.1 Nguồn cung cấp điện của mỏ

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, thông qua hai tuyến dây 374 và 376 độc lập với nhau, đều dùng dây nhôm lõi thép AC-95 với chiều dài 19km Hai tuyến dây này có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp

điện liên tục cho mỏ vận hành độc lập, khi bình thờng cũng nh sửa chữa hay khi có sự cố

Trờng hợp cả hai tuyến dây đều bị sự cố thì máy phát dự phòng đợc tự động đa vào làm việc cung cấp điện cho các phụ tai loại 1 của mỏ Ngoài ra khi có sự cố ở nhà máy nhiệt

điện Uông Bí thì cấp ngợc lại từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại về nhà máy nhiệt điện Uông Bí tạo thành mạch vòng khép kín

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, phía sau thanh cái đợc nối với máy biến áp chính của trạm (sơ

Thông số kỹ thuật của máy biến áp đợc ghi trong bảng 2.1

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật máy biến áp chính của trạm.

Phía sơ cấp máy biến áp có đầu phân áp là (±2x2,5%), việc điều chỉnh đầu phân áp

đ-ợc 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 II-35kV của

hệ thống thanh cái 35kV, hai máy biến áp 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

Máy biến áp số 1 đợc nối với tuyến dây 374 là máy biến áp làm việc thờng xuyên, còn máy biến áp số 2 đợc nối với tuyến dây 376 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 rộng khoảng 350m2, 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

2.2.3 Hệ thống đo lờng và nguồn điện một chiều

Cung cấp điện cho các thiết bị điều khiển và bảo vệ, ở trạm đặt hai tủ chỉnh lu silic mã hiệu GKA 100/220 để biến đổi điện áp xoay chiều 380 V thành điện áp 1 chiều là 220 V

Để chỉnh lu điện áp xoay chiều thành 1 chiều trạm dùng các đi ốt bán dẫn đấu thành mạch nắn kiểu cầu

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 chotrong bảng 2.3

9, 23

Là hai tủ bù cosφ có mã hiệu GR-1, mỗi tủ có 6 tụ điện mã hiệu: YL3-6,3-35-TH

- 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 1/180 và BS- 1- 380/220

PK-2.2.4 Thông số kĩ thuật của các thiết bị trong trạm

- Thiết bị phía 35 kV:

Thông số kỹ thuật của các thiết bị điện phía cao áp 35 kV đợc cho trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của máy cắt.

Mã hiệu U đm , kV I đm , A I cđ , kA S cđ , kVA Thời gian tác động

T c , s T đ , s

Các thông số kĩ thuật của thiết bị cao áp khác cho trong bảng 2.5

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của Thiết bị cao áp 35/6kV.

4 Máy biến áp đo

U1đm,kV

U2đm,kV

350,1

I1đm, A

I2đm, ACấp chính xác

50 ữ60050,5 ữ3-Thiết bị phía 6Kv:

Thông số kỹ thuật của các thiết bị trong trạm 35/6 kV phía 6 kV đợc ghi nh trong bảng 2.6

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của thiết bị phía 6 kV.

1 Tủ phân phối GFC-3 Uđm, kV

Iđm A

3-101000

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 1 SF1-8000/35-TH thờng xuyên đợc đa vào vận hành, máy biến áp số 2 SF2-8000/35-TH dự phòng cho máy biến áp số 1

Khi làm việc bình thờng thì chỉ có máy biến áp số 1 nối với tuyên dây 374 làm việc, thao tác đóng điện cho máy biến áp số 1 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: đóng cầu dao cách ly CD-35 trên tuyến 374, sau đó dùng kết cấu cơ khí đóng cắt máy cắt SW2-35/1000 số 1 đa điện từ đờng dây 374 lên phân

đoạn I Từ đó đóng cầu dao CD 35 và cầu CD-374-4 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 2 đa điện vào máy biến áp số 1 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: đóng máy cắt ở vị trí đầu vào (tủ 12, tủ 16) để đa điện lên thanh cái 6kV, sau đó đóng cầu dao cách ly (tủ 15) 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 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 1 bị sự cố thì máy biến áp số 2 và tuyến

đờng dây 376 đợc đa vào vận hành Việc đóng máy biến áp số 2 vào vận hành theo trình tự

đóng điện nh trình tự đóng điện máy biến áp số 1

Trờng hợp máy biến áp số 1 nối với tuyến đờng dây 374 đang làm việc bình thờng, nếu tuyến dây 374 xảy ra sự cố thì máy cắt 374MK sẽ cắt điện, đồng thời máy cắt điện liên

động 300 sẽ tự động đóng nguồn dự phòng từ tuyến dây 376 qua giàn thanh cái phân đoạn I I cấp điện cho máy biến áp số 1 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

Để bảo vệ cho máy biến áp chính 35/6 kV của mỏ tránh khỏi những sự cố, công ty than Mạo Khê đã trang bị những hình thức bao vệ sau:

2.3.1 Bảo vệ quá áp thiên nhiên

Quá áp thiên nhiên là hiện tợng quá điện áp phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các thiết bị đặt ngoài trời, hoặc khi sét đánh gần các công trình điện

Đặc điểm của quá áp thiên nhiên là tính chất ngắn hạn, phóng điện chỉ kéo dài vài chục micrô giây và điện áp tăng cao có tính xung Do đó nó ảnh hởng rất lớn đến tình hình cung cấp điện, cách điện của các thiết bị điện

Để bảo vệ quá điện áp thiên nhiên cho trạm 35/6 kV của Công ty than Mạo Khê dùng các phơng pháp sau :

- Để bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp vào trạm công ty than Mạo Khê dùng 3 cột thu sét, mỗi cột cao khoảng 40 m đợc bố trí thành hình tam giác đều

- Đối với đờng dây vào trạm đợc bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến, trên các đầu cột điện đấu nối tiếp đất điện trở có trị số quy định là 10 Ω 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 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 Kiểu U đm , kV R(điển trở cách điện), MΩ Van phóng, kV

Hình 2.2 Sơ đồ bảo vệ quá điện áp thiên nhiên trạm 35/6kV.

2.3.2 Bảo vệ rơle trong trạm

Các hình thức bảo vệ rơle trong trạm đợc ghi trong bảng 2.8.

Bảng 2.8 Các hình thức bảo vệ trong trạm

- 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.

Mã hiệu U tđ , V I tđ , A T tđ , s W lv , Vòng W cb , Vòng

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.

Mã hiệu I đm , A I cđ , A T đóng , s T ngắt , s

- 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

X 0 , Ω/km I cp ,A

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 xuất trung bình và hệ số hình dáng Đồ thị phụ tải điện của mỏ đợc xây dựng trên cơ sở lợng điện năng tiêu thụ trong 24h Khảo sát lợng điện tiêu thụ của mỏ từ ngày 5/1/2009 đến ngày 11/1/2009, giá trị năng lọng tác dụng và phản kháng đợc cho trong bảng 2.14

Từ bảng thống kê ta tính đợc các đại lợng trung bình sau:

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

69145,7

7

4840207

tb td

tb pd

Giờ P, kW Q, kVAr Cosϕ Giờ P, kW Q, kVAr Cosϕ

2910

24

1

i i

i t

trong đó:

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

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

Tks - Thời gian khảo sát, Tks= 24h

- C«ng suÊt biÓu kiÕn trung b×nh (Stb):

t ks

t ks

6,

Q k P

Q k P

∆+

∆

∆+

240.07,024

+

+

= 0,61trong đó:

kth = 0,05 ữ 0,15 - định mức tổn hao công suất tác dụng khi truyền tải công suất phản kháng (kW/kVAr); lấy kth=0,07;

∆P0 - tổn thất công suất tác dụng khi máy biến áp không tải;

S dmba =

100

3

8000 = 600 kVAr

Hình 2.4 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình

Q P

1548 1536 1296

1596 1368

840

1332 1452

1668 1608 1848

1260 1296

852

1572 1632 1644 1536 1548

1524

1500

2292

3060 2892

3336

3396 3276

3552 3360

2544

3060 3204 3348 3444 3972

2916

1800 2160

2772

2976 2880 2604 2412

2340

2244

t

P( kW); Q(kVAr)

Chơng 3

Lý thuyết chung về bảo vệ rơle 3.1 Khái niệm chung về bảo vệ rơle

Bảo vệ rơle là bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện khỏi các h hỏng có thể xảy ra

ở các chế độ làm việc không bình thờng, nhờ các thiết bị bảo vệ có tiếp điểm hoặc không có tiếp điểm 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

Hệ thống bảo vệ rơle cần đảm bảo các yêu cầu tác động chọn lọc, tác động nhanh, tin cậy, độ nhạy, ngoài ra cần thoả mãn về yêu cầu về kinh tế

3.2.1 Tính chọn lọc

Là khả năng của bảo vệ phải lựa chọn đúng phần tử bị sự cố và loại chúng ra khỏi mạng điện

Theo chức năng nhiệm vụ, các bảo vệ đợc phân ra:

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra

trong phạm vi nhất định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho các bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tơng đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính còn có thể thực hiện

chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở phần tử lân cận

Để có yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tơng đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ bên cạnh nhau trong hệ thống nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và hạn chế thời gian ngừng cung cấp điện

3.2.2 Tác động nhanh

Việc phát hiện và cắt nhanh phần tử h hỏng ra khỏi hệ thống sẽ ngăn ngừa đợc khả năng phát triển sự cố Hệ thống phải đảm bảo thời gian cắt sự cố là nhỏ nhất để có thể bảo vệ các phần tử trong hệ thống khỏi bị h hỏng

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, thết bị phải đảm bảo chất lợng, đồng thời kiểm tra thờng xuyên trong quá trình vận hành

3.2.4 Độ nhạy

Độ nhạy của bảo vệ đợc đánh giá thông qua hệ số nhạy (kn) Hệ số nhạy biểu thị cho mức độ phản ứng của bảo vệ khi có sự cố sảy ra, đợc xác định bằng tỷ số giữa trị số của đại lợng tác động tối thiểu (dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ) và đại lợng đặt (dòng khởi động của 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 vùng 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 Trong quá trình làm việc MBA có thể bị hỏng hóc do các sự cố bên trong MBA hoạc do các sự cố bên ngoài hệ thống gây nên (khi ngắn mạch, quá tải, chập các vòng dây ), sẽ phá hỏng MBA và làm gián đoạn việc cung cấp điện…cho mỏ

Để bảo vệ MBA tránh khỏi các sự cố và chế độ làm việc không bình thờng để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho mỏ Công ty than Mạo Khê đã trang bị các hình thức bảo vệ sau cho MBA:

+ Bảo vệ bằng rơle khí

+ Bảo vệ quá tải và cực đại

+ Bảo vệ so lệch dọc

+ Bảo vệ chống chạm đất

3.3.1 Bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí

Những h hỏng bên trong thùng dầu của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu nh chập các vòng dây của MBA, hỏng cách điện làm cho lõi thép của MBA nóng những lúc này

hệ thống bảo vệ rơ le không tác động bảo vệ MBA Để bảo vệ MBA khỏi các sự cố nói trên trạm biiến áp đã dùng rơ le khí có sơ đồ nguyên lý nh hình 3.1

Nguyên lý làm việc của rơle khí:

ở chế độ bình thờng trong bình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp

điểm của rơle ở trạng thái hở Khi bị sự cố nhẹ (nh quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo (chuông) Khi sự cố nặng

(nh ngắn mạch trong thùng dầu), khí lẫn dầu dới áp lực cao sẽ vận chuyển từ thùng dầu chính của máy biến áp theo thùng dầu phụ ra ngoài Dới áp lực khí phao phía dới sẽ đóng suống và

đóng tiếp điểm của mạch, cắt máy cắt của MBA và loại trừ sự cố cho MBA

Để rơle khí làm việc đợc dễ dàng ngời ta tạo một góc nghiêng nhất định của ống dầu

so với mặt phẳng ngang Góc nghiêng α khoảng từ 2 đến 50 đối với rơle khí có một phao từ

3 đến 70 đối với rơle có 2 phao Sơ đồ bảo vệ bằng rơle khí đợc thể hiện cụ thể trên hình 3-2

Hình 3.1 Vị trí đặt rơle khí ở máy biến áp.

Hình 3.2 Sơ đồ bảo vệ MBA bằng rơle khí.

3.3.2 Bảo vệ quá tải

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 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá tải đợc thể hiện trên hình 3.3

R R

RI

(+)

6 kV MBA

Hình 3.3 Sơ đồ bảo vệ quá tải.

Dòng chỉnh định của bảo vệ quá tải:

b tv

sd at

k k

k k

I .

=trong đó: kat = 1,05 ữ1,1 - hệ số an toàn;

Id.b - dòng định mức của cuộn dây máy biến áp;

ktv - hệ số trở về của rơle, với rơle cơ bằng 0,85 với rơle số bằng 0,98;

ksđ - hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào cách đấu máy biến dòng;

kI – tỷ số biến dòng;

Thời gian duy trì tác động thờng lấy từ 7 ữ 9s

3.3.3 Bảo vệ khỏi ngắn mạch

Bảo vệ ngắn mạch là bảo vệ chống ngắn mạch nhiều pha xảy ra trong vùng giữa hai máy cắt bên ngoài thùng dầu, đồng thời bảo vệ khỏi ngắn mạch giữa các pha trong cuộn dây máy biến áp nếu dòng này đủ lớn Tuy nhiên việc bảo vệ bên trong MBA là không chắc chắn

Sơ đồ bảo vệ cực đại thể hiện trên hình 3.4

TH

TH

Hình 3.4 Sơ đồ bảo vệ cực đại và quá tải.

Dòng chỉnh định của bảo vệ cực đại phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tránh khỏi dòng từ hóa nhảy vọt khi đóng MBA không tải vào nguồn cung cấp:

Ith = knv.Iđm

trong 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

- Tránh khỏi dòng tự khởi động của phụ tải sau khi loại trừ ngắn mạch ở khởi hành bị

sự cố:

Itkđ = ktk.Ilv

trong 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

I =

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

≥

=

cd

nm n

I

I k

trong đó: Inm - dòng ngắn mạch khi sự cố ngắn mạch xảy ra gần vị trí đặt bảo vệ

Hình 3.5a Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc.

Bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ chính của máy biến áp (MBA), dùng để bảo vệ khỏi các

sự cố hỏng hóc, các chế độ làm việc không bình thờng của MBA trong các trờng hợp sau: MBA vận hành độc lập từ 6300 kVA trở lên, các MBA làm việc song song công suất từ 4000 kVA trở lên, các MBA từ 1000 kVA trở lên có trang bị bảo vệ cắt nhanh nhng không đảm bảo độ nhạy cần thiết (kn < 2) hoạc bảo vệ dòng cực đại có duy trì thời gian lớn hơn 0,5 s khỏi ngắn mạch giữa các pha, chạm chập giữa các vòng dây và chạm đất

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

đầu và cuối MBA

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 Nh vậy khi tính toán và lựa chọn dòng chỉnh định của bảo vệ so lệch dọc cần phải thoả mãn các điều kiện sau đây:

- Tránh khỏi dòng từ hoá nhảy vọt (Ikcb.à) sau khi đóng máy biến áp không tải vào nguồn hoặc sau khi phục hồi điện áp sau sự cố:

Icđ = kat.Iđ.BA

trong đó: Iđ.BA - dòng định mức MBA; khi dùng MBA có nấc điều chỉnh điện áp thì lấy Iđ.BA

tơng ứng với vị trí điều chỉnh (-) ngoài cùng

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

kcb

I ), do điều chỉnh điện áp ở các phía ( ''

kcb

I ) và do không có khả năng chọn chính xác số vòng dây của các cuộn cân bằng ở các rơle bão hoà từ nhanh và có cuộn hãm ( '''

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

f = 0,1 - sai số của máy biến dòng (f = 10%);

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

thành phần dòng không cân bằng (I’’

kcb) do điều chỉnh điện áp của MBA gây ra đợc xác định theo biểu thức:

max

* max

.

∆U*α và ∆U*β - 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) đựơc xác định theo biểu thức:

max

2 max

1

IItt

IItt n

I Itt

Itt

W

W W I

W

W W

I = − + −trong đó:

WItt, WIItt - số vòng dây tính toán của các cuộn dây cân bằng ở các phía không cơ bản;

IIn.max, IIIn.max - dòng ngắn mạch chu kỳ 3 pha lớn nhất ngoài vùng bảo vệ ở các phía tơng ứng

Điều kiện để lựa chọn dòng chỉnh định của rơle phải thoả mãn:

- Dòng chỉnh định rơle cần phải đợc lựa chọn theo dòng không cân bằng:

kat = 1,3 đối với rơle PHT – 565;

kat = 1,5 đối với rơle Д3T;

Iđb - dòng định mức của máy biến áp với công suất định mức của máy biến áp (công suất định mức của cuộn dây có công suất lớn nhất), khi dùng máy biến áp có nấc điều chỉnh

điện áp thì có thể lấy Iđb tơng ứng với vị trí điều chỉnh (-) ngoài cùng

Với hai giá trị chỉnh định ở trên ta chọn Icđ nào lớn hơn làm giá trị chỉnh định cho rơle

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

2

min ≥

=

cd n

I

I k

(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 Imin chạy qua

b 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 kd

k

k I

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 tt

I

F

W =

trong đó: Ftd - sức từ động cần thiết để rơle tác động, A.vòng (Ftd =100 ± 5A với rơle PHT-565)

Để làm cuộn cơ bản có thể sử dụng cuộn so sánh (hình 3.5 b ) hoặc là cuộn làm việc (hình 3.5 c) của rơle

Hình 3.5b, 3.5c Sơ đồ nối các cuộn dây của rơ le PHT.

Khi đấu rơle theo hình 3.5 b, điều kiện cân bằng của sức từ động ở chế độ làm việc bình ờng hoặc ngắn mạch ngoài nh sau:

Khi đấu rơle theo hình 3.5 c, 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

Sơ đồ nguyên lý bên trong rơle PHT-565 đợc giới thiệu trên hình 3.6

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý bên trong của rơle PHT-565.

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

Tên gọi Cuộn dây Thông số kỹ thuật cuộn dây Số liệu

trụ giữa

W’n=100 vòng, Π∃Д2/0,8 ttác động = 0,04ữ0,05 s

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

Để đảm bảo cho rơle không tác động khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, số vòng dây của cuộn hãm cần thiết tính theo biểu thức:

α

tg

k W

max

≥

trong đó: I n max - dòng ngắn mạch chu kỳ ngoài vùng bảo vệ quy đổi về phía máy biến áp có

đấu cuộn hãm;

I kcb - dòng không cân bằng;

W lv - số vòng dây tính toán của cuộn làm việc ở phía có đấu cuộn hãm;

k at = 1,5 - hệ số tin cậy kể tới sai số của rơle và dự trữ cần thiết;

tgα - góc nghiêng của đờng tiếp tuyến kẻ từ gốc toạ độ với đờng đặc tính hãm

của rơle ứng với điều kiện hãm tối thiểu( tgα = 0,87- đờng 2 hình 3.8)

Hình 3.7 Sơ đồ đấu các cuộn dây Hình 3.8 Đặc tính hãm của rơle

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng chạy qua cuộn làm việc và cuộn hãm (Ilv=I h) Việc chọn số vòng dây của cuộn làm việc và cuộn hãm cần đảm bảo cho W lv >Wh (Flv > F h)

để cho rơle tác động chắc chắn

∗ Chọn vị trí đấu cuộn hãm: bảo vệ so lệch dọc máy biến áp có nguồn cung cấp từ một phía có một cuộn hãm, khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ có thể xảy ra khả năng cuộn hãm mất tác dụng Để ngăn ngừa khả năng đó có thể xảy ra, cuộn hãm thờng đợc đấu vào nhánh đối diện với nhánh thuộc phía nguồn cung cấp Việc tính toán số vòng dây của các cuộn còn lại đợc tính toán nh với rơle PHT

Chơng 4 Tính toán ngắn mạch 4.1 Khái niệm chung về ngắn mạch

Ngắn mạch trong hệ thống điện là hiện tợng thờng xảy ra trong hệ thống cung cấp

điện Khi xảy ra ngắn mạch thì dòng ngắn mạch rất lớn gây tác dụng nhiệt và điện động làm

h hỏng các phần tử nằm trong vùng ngắn mạch Vì thế xác định dòng ngắn mạch (dòng điện, công suất) nhằm lựa chọn đúng đắn thiết bị điện, đặc biệt đây là thông số quan trọng trong tính toán chỉnh định bảo vệ rơ le.

Trạm biến áp chính 35/6kV Công ty than Mạo Khê có hai nguồn cung cấp:

- Từ nguồn điện quốc gia lấy từ thanh cái 110kV của nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) Phả Lại và qua thanh cái 110kV của NMNĐ Uông Bí

- Từ NMNĐ Uông Bí do ba máy phát của nhà máy phát ra

Do đó khi tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ rơle trạm 35/6kV Mạo Khê theo hai trờng hợp từ hai nguồn cung cấp nh trên Trạm biến áp 35/6kV Mạo Khê gồm có hai máy biến áp SF-8000 giống nhau làm việc theo hình thức dự phòng nguội, nên việc tính toán chỉ tiến hành cho một máy

d

cb d

S

S

x ''

trong đó: xd’’- điện kháng siêu quá độ dọc trục;

Sd- công suất định mức của máy phát điện, MVA

Điện kháng tơng đối cơ bản của máy biến áp ba pha hai cuộn dây:

x* cb.BA =

dm

cb n

S

S U

ì

100

%

Un%- điện áp ngắn mạch phần trăm của máy biến áp

Điện kháng tơng đối cơ bản của máy biến áp ba pha ba cuộn dây:

x* cb.C =

dm

cb nC

S

S U

dm

cb T

x* cb.H =

dm

cb H

n

S

S U

nC T

nT T

nT H

Điện kháng tơng đối cơ bản của đờng dây tải điện:

x* cb.dd = 0 2

cb

cb

U

S L x

trong đó: x0- điện kháng của đờng dây trên không (x0 = 0,4 Ω/km khi U > 35 kV, x0 = 0,35

km

/

Ω khi U < 35 kV);

L- chiều dài dây dẫn, km

Điện kháng tơng đối cơ bản của hệ thống:

x* cb.ht =

S(3)

N- công suất cắt lớn nhất của máy cắt đặt tại đầu đờng dây

4.3 Tính ngắn mạch khi nguồn là hệ thống điện quốc gia

4.3.1 Xác định điện kháng quy đổi theo hệ dơn vị tơng đối cơ bản

Sơ đồ cung cấp điện và sơ đồ thay thế từ hệ thống điện quốc gia đợc thể hiện nh hình 4.1

Thông số kỹ thuật của máy cắt đặt tại đầu đờng dây nối với thanh cái 110 kV tại Phả Lại đợc nghi trong bảng 4.1

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt 110kV Phả lại Mã hiệu U đm , kV I đm , A S c , MVA I c , kA

Thông số kỹ thuật hai máy biến áp 110/35/6kV của NMNĐ Uông Bí đợc cho nh sau (bảng 4.2).

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật máy biến áp 110/35/6kV NMNĐ Uông Bí

100

= 9,164 kA

∗ Tính toán điện kháng cơ bản của các phần tử trong hệ thống nh sau:

+ Điện kháng tơng đối cơ bản của nguồn quốc gia tại Phả Lại: