Đồ án tố nghiepj ngành hệ thống điện Nguyễn Huy Quân

Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống.. Việc hiểu biết về những hư hỏng và hiệ

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương I : MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ 4

1.1 Mô tả đối tượng 4

1.1.1 Thông số chính 4

1.2.1 Hệ thống điện : 4

1.2.2 Đường dây D : 4

1.2.3 Máy biến áp : 5

Chương II : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỀ RƠLE 5

5

2.1 Các giả thiết cơ bản trong tính toán ngắn mạch : 5

2.2 Chọn các đại lượng cơ bản và tính thông số các phần tử : 6

2.2.1.Chọn đại lượng cơ bản 6

2.2.2 Thông số của các phần tử : 6

2.3 sơ đồ thay thế tính ngắn mạch: 7

2.4.các phương án tính toán ngắn mạch : 8

2.4.1 Trường hợp một máy biến áp làm việc (S Nmax ): 2 đường dây // 10

2.4.2Trường hợp hai máy biến áp làm việc song song(S Nmax ):2 đường dây // 20

2.4.3.Trường hợp một máy biến áp làm việc (S Nmin ): vận hành 1 đường dây 31

2.4.4 Trường hợp hai máy biến áp làm việc song song(S Nmin ): vân hành 1 đường dây.42 CHƯƠNG 3:LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 56

3.1 Tính toán lựa chọn các thiết bị : 56

3.1.1 Máy cắt điện 56

3.1.2 Máy biến dòng điện: 57

3.1.3 Máy biến điện áp: 57

3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỌN LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 58

3.2.1 HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MBA 58

3.2.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ 59

3.3 CÁC LOẠI BẢO VỆ CẦN ĐẶT CHO MBA TỰ NGẪU: 60

3.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( Diffirenttial relays with stablisation) ∆I 60

3.3.2 Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (Bảo vệ chống chạm đất hạn chế - Restricted Earth Fault REF)  I0 62

3.3.3 Rơle khí (BUCHHOLZ) 2 cấp tác động RK 62

3.3.4 Bảo vệ nhiệt độ dầu 0 64

3.3.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh I 64

3.3.6 Bảo vệ quá dòng có thời gian I > 64

3.3.7 Bảo vệ quá dòng thứ tự không I 0> 64

3.3.8 Bảo vệ quá tải I ≥ 64

3.3.9 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF 64

3.4 SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 65

Chương IV 66

Giới thiệu tính năng và thông số 66

các loại rơ le chọn sử dụng 66

4.1 Giới thiệu chung 66

4.2 Rơle bảo vệ so lệch số 7UT513 67

4.2.1 Đặc trưng của rơle 7UT513 68

4.2.2 Các chức năng có thể thực hiện .68

4.2.3 Thông số kỹ thuật .69

4.2.4 Thông số bảo vệ so lệch máy biến áp 74

4.2.5 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế .76

4.2.6 Phương thức hoạt động của các chức năng sử dụng trong 7UT513: 77

4.3 Rơle số 7SJ600 84

4.3.1 Đặc điểm của rơle 7SJ600 .84

4.3.2 Các chức năng của rơle 7SJ600 85

4.3.3 Thông số kỹ thuật của rơle 7SJ600 .86

4.3.4 Nguyên lý làm việc: 88

Chương V 92

Tính toán các thông số của rơle 92

Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 92

5.1 Tính toán thông số của bảo vệ 92

5.1.1 Các số liệu cần thiết phục vụ tính toán bảo vệ rơle cho trạm biến áp .92

5.1.2 Tính toán các thông số của bảo vệ 92

5.2 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 98

5.2.1 Bảo vệ so lệch có hãm (  I/87) 98

5.2.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (51/ I  ) 104

5.2.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (51N/ I 0 >): 106

5.2.4.Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự khôngI0 / 87N 108

5.4 Kết luận 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, hệ thống điện Việt Nam không ngừng phát triển, luôn di trước một bước nhằm phục vụ đắc lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Điện năng là nguồn năng lượng rất 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 Chính vì thế khi thiết kế hay vận hành bất cứ một

hệ thống điện nào cũng cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc bình thường của chúng Hệ thống điện là một mạng lưới phức tạp gồm rất nhiều phần tử cùng vận hành nên hiện tượng sự cố xảy ra rất khó có thể biết trước Vì vậy, để đảm bảo cho lưới điện vận hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ, tự động hoá Hệ thống bảo vệ rơle

có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống 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

Với mong muốn được học hỏi và nâng cao hiểu biết của bản thân về các thiết

bị bảo vệ các hệ thống điện nên em đã nhận đề tài tốt nghiệp “Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220/110/35 kV”

Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS Ngô Thị Ngọc Anh, đã giúp em trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành cần thiết Em xin chân thành cảm ơn ThS Ngô Thị Ngọc Anh em đã hoàn thành đồ

án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót.Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo

Chương I : MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ

1.1 Mô tả đối tượng

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35kV có 2 MBA tự ngẫu là B1 và

B2 được mắc song song với nhau Hai MBA này được cung cấp từ nguồn của

HTĐ HTĐ cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây kép D

Phía trung và hạ áp có điện áp 110kV và 35kV để đưa đến các phụ tải

BI4

BI1 N1’ N2’ BI2

D

N1 N2 HTĐ

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại : SNmax = 2100MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu : SNmin = 0.8.SNmax = 1680MVA

XOH = 1,2 X1H

1.2.2 Đường dây D :

Chiều dài đường dây : L = 150km

2.1 Các giả thiết cơ bản trong tính toán ngắn mạch :

1) Tần số hệ thống không thay đổi Có nghiã là trong suốt quá trình ngắn mạch, góc lệch pha của các sức điện động giữa các máy phát là không đổi Do đó dòng

ngắn mạch chỉ đi từ nguồn đến điểm ngắn mạch

4) Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của một số phần tử (Do các bài toán

thiết kế đòi hỏi độ chính xác không cao có thể áp dụng ):

- Bỏ qua dung dẫn của các đưòng dây điện áp thấp

- Bỏ qua mạch không tải của các máy biến áp

- Bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát điện, máy biến áp và cả điện trở đường dây trong nhiều trường hợp

5) Hệ thống sức điện động ba pha của nguồn là đối xứng:

- khi ngắn mạch không đối xứng phản ứng phần ứng các pha lên từ trường quay không hoàn toàn giống nhau Tuy nhiên, từ trường vẫn được quay đều với tốc độ không đổi Khi đó sức điện động 3 pha luôn đối xứng.Thực tế hệ số không đối xứng của các sức điện động không đáng kể

2.2 Chọn các đại lượng cơ bản và tính thông số các phần tử :

2.2.1.Chọn đại lượng cơ bản

S

250

3 230 = 0,627 kA -Cấp điện áp 121 kV có Utb2= 121 kV

Icb2=

cb2

cb

U3

S

250

3 115  = 1,255 kA -Cấp điện áp 38,5 kV có Utb3 = 38,5 kV

Icb3=

3 cb

cb

U3

C N T

C N

T N T

C N

T N H

C N

d Điện kháng các cuộn dây: (Vì lấy Scb=SdđMBA nên ta có):

1 2min

0,149

H X

1 / 2 0,118

D X

0 2 min

0,179

H X

0 2 / 2

0, 237

D X

0,185

H X

22kV

0,125

C X

b Sơ Đồ 2 :S Nmax : 2MBA làm việc song song

c Sơ Đồ 3 :S Nmin : 1MBA làm việc

d Sơ Đồ 4 :S Nmin : 2MBA làm việc song song

2.4.1 Trường hợp một máy biến áp làm việc (S Nmax ): 2 đường dây //

I

U 1N

N 1 /

Trong đó:

X1Σ  X2Σ= 1H 1max 1D

XX

1Σ

1Σ Δ

1I

ON OH

OH

U I

OB

U I

0, 264

0,850,31

0,38

ON OH

OH

U I

BI 3

- Sơ đồ thay thế thứ tự không :

E

N2

 1

1

2,7620,362

0,185

H X

ON O

H

U I

I TT 3I ch 3(I IT cb I I )C cb

= 3(1,65x1,255 – 0,55x0,627) = 5,177 kA Điểm N2

-Dòng điện chạy qua BI2:

.

2 BI2 1 BI2 2 BI2 0 BI2

U I

Bảng 2.4.1.4: Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI

(Trường hợp một máy biến áp làm việc SNmax)

Dòng qua chỗ đặt BI Phía

N/M

Điểm N/M

N(1,1) 3,894 0 0 1,787 1

- Sơ đồ thay thế thứ tự thự thuận, nghịch:

- Sơ đồ thay thế thứ tự không

U I

OB

U I

IBI4 = 3 . 1 3 1,551.0, 627 1, 647

OB cb

I I

1  BI1  2  BI1  0  BI1 

2 BI1

.

I I

a I

I I

ON

OB

U X

0,38

ON OH

OH

U I

X

Điểm N1

IBI1 = 1,125 0, 5625

OB I

IBI4 = 3 .I 1 3 1,125.0, 627 1, 058

OB cb I

Dòng qua các BI khác = 0

2.4.2.2 Ngắn mạch phía 35 kV,điểm ngắn mạch N 3 :

( Do cuộn dây 35kV đấu tam giác,nên ta chỉ cần xét ngắn mạch 3 pha)

sơ đồ thay thế thứ tự thuận(nghịch)

Trong đó:

X1Σ X2Σ 1 ( 1) 0, 237 0,155 0, 392

2

C T N

X

 1

N3

N3 /

/ 2

0, 0925

H X

-Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ( thứ tự nghịch):

-Sơ đồ thay thế thứ tự không

( N



0,237

/ 2

0, 0925

H X

1568,0

2/



O

X

UON

N 1 2

1Σ

E I

H

U I

X

0, 27

0, 61/ 2 0, 38 0, 625

ON OHT

OH C

U I

0 0

0, 61

0,305

HT C

1 BI2 2 BI2 0 BI2

Bảng 2.4.2.4: Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI

(Trường hợp hai máy biến áp làm việc song song SNmax)

Do việc tính toán ở chế độ SNMIN nhằm mục đích xác định độ nhậy cho bảo vệ Rơle, nên để tìm dòng nhỏ nhất qua rơle ta xét trường hợp sửa chữa một đường dây

có tổng trở từ hệ thống đến nhỏ hơn

2.4.3.1 Ngắn mạch phía 220kV

-Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch

-Sơ đồ thay thế thứ tự không

I

U 1N

N 1 /

IBI2 = IBI3 = IBI4 = 0

b.Dòng điện ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

1Σ Δ

1I

1

1,9160,386 0,136

OH

U I

X

0, 26

0,839 0,31

ON OB

OB

U I

-Dòng điện chạy qua BI1:

 BI1  1  BI1  0  BI1 

1 2

-Dòng điện chạy qua BI4

OH

U I

-Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch

0,185

H X

0,125

C X

1

0,577

X 

 1

IBI2 = IBI3 = IBI4 = 0

a.Dòng điện ngắn mạch hai pha N (2)

Dòng điện tại điểm ngắn mạch

0,185

H X

IBI1 = IBI2 = IBI3 = 0

b.Dòng điện ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

ON O

T

U I

X

U I

 0,128

0, 69 0,185

IBI4 = 3 x I0TT = 1,91 kA

Bảng 2.4.3.4: Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI

(Trường hợp một máy biến áp làm việc SNmin)

Dòng qua chỗ đặt BI Phía

N/M

Dạng ngắn mạch

- Sơ đồ thay thế thứ tự không

-Dòng điện thứ tự thuận

1Σ

1 I

1

2,0810,386 0, 094

-Dòng điện thứ tự nghich

U I

Dòng điện chạy qua BI1

IBI4 = 3 0 1 1,189

2

B cb

I I

-Dòng điện chạy qua BI1 :

 BI1  2  BI1  0  BI1 

1

2 BI1

.

I I

a I

IBI4 = 3 0 1 1,189

2

B cb

I I

N

B

U X

OH

U I

=0,45

IBI4 =3 0

2

B I

 Icb1= 30, 45 0, 627 0,85 kA Dòng qua các BI khác = 0

I

I I

IBI4 =3 0

2

B I

/ 2

0, 0925

H X

/ 2

0, 0625

C X

1

0, 467

X

 1

I

N3

E

U oN

-Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

-Sơ đồ thay thế thứ tự không:

I

N/3

a.Ngắn mạch hai pha N (2)

-Dòng điện tại điểm ngắn mạch

(3) 1Σ 1Σ



O

X

UON

-Phân bố dòng IO:

0,102

1, 03/ 2 0, 0925

ON O

H

U I

X

0,102

0,143/ 2 0, 7155

ON OHT

OH C

U I



0 0

0,143

0, 0715

HT C

ON OH

OH C

U I

H

U I

X

0 0

0, 084

0,042

HT C

Bảng 2.4.4.4: Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI

(Trường hợp hai máy biến áp làm việc song song SNmin)

Dòng qua chỗ đặt BI Phía

N/M

Điểm N/M

Hình 2.33 Kết quả tính ngắn mạch dòng điện I Nmax , I Nmin qua các BI

CHƯƠNG 3:LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 3.1 Tính toán lựa chọn các thiết bị :

Thông số máy cắt

Kích thước Cấp

Điện áp xung (kV)

3.1.2 Máy biến dòng điện:

Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiệnsau:

Bảng 1.3.Thông số máy biến dòng điện

3.1.3 Máy biến điện áp:

Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện sau:

- Điện áp: Uđm BU ≥ Umg

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

- Công suất định mức: S2đmBU ≥ S2

Cấp điện áp Thông số BU

Uđm(V) Loại BU Cuộn sơ

cấp

Cuộn thứ cấp

Cuộn thứ cấp phụ

Công suất cực đại (VA)

Bảng 1.4 Thông số máy biến điện áp

3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỌN LOẠI RƠLE SỬ DỤNG

3.2.1 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 dung để chống lại các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA giới thiệu ở bảng 4.1

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha

3.2.2 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:

3.2.2.1 Tác động nhanh:

Khi phát sinh ngắn mạch, thiết bị điện phải chịu tác động của lực động điện và tác dụng điện do dòng ngắn mạch gây ra Vì thế việc phát hiện và cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch sẽ hạn chế được mức độ hư hỏng của các phần tử đó, nân cao hiệu quả của thiết bị tự động đóng lại mạng lưới điện và hệ thống thanh cái, rút ngắn được thời gian sụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ và tăng khả năng giữ ổn định cho hệ thống điện

3.2.2.2 Tính chọn lọc:

Là khả năng phát hiện và cách ly đúng phần tử bị hư hỏng đảm bảo các phần

tử bình thường khác liên tục hoạt động Lưới có cấu hình càng phức tạp càng khó đảm bảo tính chọn lọc Nếu tính chọn lọc không đảm bảo thì làm cho sự cố nặng nề hơn

3.2.2.3 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

3.2.2.4.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

3.3 CÁC LOẠI BẢO VỆ CẦN ĐẶT CHO MBA TỰ NGẪU:

3.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ( Diffirenttial relays with

stablisation) ∆I

Đối với MBA công suất lớn làm việcở 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 tự ngẫu được trình bày ở hình 3.1