Đồ án rơle Đ6 ĐH Điện Lực

Nhưng trên thực tế dòng điện 2 phía của phân tử cần bảo vệ không bằng nhau , việc sai số của BI do bão hòa mạch từ do ngắn mạch làmdòng điện sơ cấp BI tăng mạnh vượt quá trị số của BI

Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU

HỆ THỐNG ĐIỆN là một trong những nhân tố quan trọng quyết định sự phát

triển của đất nước Phụ tải luôn thay đổi đòi hỏi hệ thống điện phải được nâng cấp đáp ứng nhu cầu kéo theo đó là sự mất ổn định của nó dẫn đến tình trạng sự cố , ngắn mạch , đứt dây thậm chí tãn rã hệ thống điện gây thiệt hại năng nề về kinh tế Các bảo vệ rơ le ra đời đã khắc phục và làm giảm sự nguy hiểm thấp nhất khi có sự cố

ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN sẽ đem lại một cách nhìn tổng quan

về nguyên lí, nguyên tắc hoạt động và phạm vi ứng dùng của nó đối với từng thiết bị trong hệ thống điện( MBA, đường dây truyền tải ) Bằng sự hướng dẫn của Ths.NGÔ THỊ NGỌC ANH và qua tìm hiểu đồ án đã được hoàn thành đúng thời gian Mong

các thầy cô khoa HỆ THỐNG ĐIỆN đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện hơn.EM XIN TRÂN TRỌNG CẢM ƠN

Hà Nội,Ngày 4 tháng 12 năm 2014

Sinh viên: Vũ Văn Đôn.

1

Trang 2

1 CHỌN CÁC BI CHO BẢO VỆ 4

2.1 Bảo Vệ So Lệch Dòng Điện 6

2.2 Bảo Vệ Rơ Le Khí 10

2.3 Bảo Vệ Quá Dòng Cực Đại 11

2.4 Bảo Vệ Quá Dòng Cắt Nhanh 12

2.5 Bảo Vệ Chống Chạm Đất 13

2.6 Bảo vệ quá tải 15

3 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MBA VÀ ĐƯỜNG DÂY L 17 3.1 Máy Biến ÁP 17

3.2 Đường dây 17

4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 19 4.1 Tính Các Thông Số Cơ Bản 20

4.1.1 Điện kháng hệ thống 20

4.1.2 Điện kháng MBA 20

4.1.3 Điện kháng đường dây 21

4.2 Tính Ngắn Mạch 21

4.2.1 Tính toán ngắn mạch ở MBA 22

4.2.2 Tính toán ngắn mạch phía đường dây 36

5 TÍNH TOÁN BVCN, BVQDCD, BVTTK BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY L 44 5.1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 44

Trang 3

5.1.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 44

5.1.2 Bảo vệ cắt nhanh TTK 45

5.2 Bảo vệ dòng điện có thời gian 46

5.2.1 Bảo vệ quá dòng cực đai TTK 46

5.2.2 Bảo vệ quá dòng cực đại 47

6 TÍNH TOÁN THÔNG SỐ BẢO VỆ SLDD, QDCN, QDCD, BVCTD CỦA MBA 50 6.1 Bảo vệ so lệch MBA 50

6.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 52

6.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh phía 110 kV 52

6.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian 53

7 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ ĐÃ SỬ DỤNG 55 7.1 Bảo Vệ Đường Dây 55

7.1.1 Bảo vệ quá dòng có thời gian 55

7.1.2 Bảo vệ quá dòng TTK 55

7.2 Bảo Vệ MBA 56

7.2.1 * Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ so lệch MBA 56

7.2.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian 59

7.2.3 Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian 60

Trang 4

CHỌN CÁC BI CHO BẢO VỆ

BI là khí cụ điện dùng để cung cấp dòng điện cho các thiết bị đo lường , bảo vệ rơ le và

tự động hóa BI biến đổi dòng sơ cấp có tri số lớn thành dòng thứ cấp Idm = 5A(1A,10A )

Đối với các mạng cao áp cần chọn BI một cách và chính xác để tránh xảy ra hiệntượng bão hòa mạnh từ ( dòng ngắn mạch quá lớn ) hay quá điện áp xâm nhập vàlàm hỏng BI Vì vậy điều kiện chọn BI:

• IdmBI ≥ Ilvcb: Ilvcblà dòng làm việc cưỡng bức của thiết bị

• UdmBI ≥ Udmtb: Udmtblà điện áp thanh góp nơi đặt thiết bị

Do có 2 máy biến áp giống nhau nên ta chọn BI cho một MBA Ta chọn 3 vị trí đểđặt BI :

Hình 1.1: Sơ đồ chọn BI

Trang 5

Đồ án BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GVHD: Ths.NGÔ THỊ NGỌC ANH

* Máy biến áp.

- Phía cao:

IlvcbBAC = kqtsc.√SdmB

3.UC dmBA

= 1, 4 40

115 = 0, 487kAChọn BI1 Với IdmBI1= 500A

-Phía hạ :

IH lvcbBA = kqtsc.√SdmB

3.UH dmBA

= 1, 4.40

24 = 2, 33kAChọn BI2 Với IdmBI2= 2400A

Phía đường dây: Đường dây làm việc với điện áp : Utb = 23kV

IlvcbD = √ Pmax

3.Udd cos ϕ = 1, 4

10

√3.23.0, 87 = 0, 405kAChọn BI3 Với IdmBI3= 450A

Trang 6

NGUYÊN LÍ BẢO VỆ CỦA CÁC ROLE

ĐÃ SỬ DỤNG

2.1 Bảo Vệ So Lệch Dòng Điện

Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm là bảo vệ tuyệt đối , chọn lọc bằng cách so sánhdòng điện giữa 2 đầu phần tử cần bảo vệ Khi sự sai khác vượt quá giá trị cho phépkhi đó bảo vệ sẽ tác động Nhưng trên thực tế dòng điện 2 phía của phân tử cần bảo

vệ không bằng nhau , việc sai số của BI do bão hòa mạch từ ( do ngắn mạch làmdòng điện sơ cấp BI tăng mạnh vượt quá trị số của BI ) làm sinh dòng không cânbằng Ikcb làm rơ le có thể tác động nhầm vì vậy cần chọn dòng khởi động của rolelớn hơn Ikcb: Isl≥ Ikcb

Bảo vệ so lệch dòng điện chỉ tác động trong vùng bảo vệ còn khi ngắn mạch ngoàiđối với 1 ở 2 nguồn cung cấp thì bảo vệ cũng không tác động vì khi đó điện áp 2 phíakhác nhau

Trang 7

Hình 2.1: Bảo vệ so lệch có 2 nguồn cung cấp

Trên lí thuyết : IkdR = | ˙IT 1− ˙IT 2| = 0 VÌ vậy ở điều kiện bình thường cũng nhưngắn mạch ngoài dòng ở 2 đầu phần tử cần bảo vệ bằng nhau bảo vệ sẽ không tácđộng

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ : Đối với trường hợp 2 nguồn cung cấp do dòngngắn mạch đị từ 2 nguồn tùy vào ngắn mạch gần hay xa hoặc 2 nguồn có công suấtchênh nhau về công suất thì dòng đi qua 2 BI ở hai đầu khác nhau về trị số và ngượcchiều nhau tức ˙IS1 6= ˙IS2:

Trang 9

Hình 2.4: Bảo vệ so lệch bằng máy biến dòng

Ngoài ra bảo vệ so lệch bị ảnh hưởng bởi dòng không cân bằng do dòng từhóa di lõi thép của MBA sinh ra và càng lớn khi MBA đóng không tải hoặc ngắnmạch ngoài Vì vậy để hãm bảo vệ so lệch người ta sử dụng chính dòng điện từ hóatrong MBA

Trang 10

Hình 2.5: Sơ đồ bảo vệ so lệch hãm cho MBA 2 cuôn dây theo TP bậc 2 của dòng từhóa

2.2 Bảo Vệ Rơ Le Khí

Ro le hơi tác động theo tốc độ dầu và hơi chạy trong ống dẫn dầu

Để nói về nguyên lí trước tiên ta phải kể đến cấu tạo của nó:

Cấu tạo là một bình thông có 2 phaolàm bằng kim loại mang bầu thủytinh con có tiếp điểm thủy ngânhoặc từ Bình thường trong bình roleđầy dầu , phao lơ lửng trong dầu tiếpđiểm ở trạng thái hở

Khi có hư hỏng nhẹ do quá tải v.v khí bốc ra yếu đẩy phao thứ nhấtchìm xuống đóng tiếp điểm báo tín hiệu Khi khí bốc ra mạnh ( ngắn mạchtrong thùng dầu ) lượng dầu và khí bốc ra rất mạnh tập chung lên phía trênbình rơ le hơi gây áp lực lớn đẩy tiếp điểm thứ 2 đóng đi cắt máy cắt

Trang 11

2.3 Bảo Vệ Quá Dòng Cực Đại

Là Ro le tác động khi dòng điện qua phần tử chỗ đặt bảo vệ vượt quá 1 giá trị địnhtrước Thời gian của bảo vệ được xác định theo nguyên tắc từng cấp để dảm bảođược tính chọn lọc nhưng càng gần nguồn thì thời gian tác động càng lớn

Giá trị dòng khởi động được tính dựa trên các yếu tố :

• Dòng làm việc max của lưới điện

• Dòng mở máy của động cơ Immmax= kmm.Ilvmax; (kmm = 2 ÷ 3)

• Sự làm việc chọn lọc của các rơ le phía đầu nguồn khi có sự cố ở phụ tải sẽ hãm

sự tác động của chúng vì vậy dòng trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng làm mởmáy cực đại ItrV = kat.kmm.Ilvmax; (kat = 1, 1 ÷ 1, 2)

Trang 12

• Vì vậy dòng khởi động của role phải lớn hơn dòng trở về : kV = IV

Ikd; (kV < 1).

Từ đó ta suy ra được công thức tính dòng khởi động cho bảo vệ:

Ikd = kat.kmm

kV .IlvmaxBảo vệ phối hợp với bảo vệ kế tiếp theo nguyên tắc từng cấp với thời gian phối hợp:

có thời gian tác động nhỏ hơn

2.4 Bảo Vệ Quá Dòng Cắt Nhanh

Cũng giống như nguyên lí bảo vệ quá dòng cực đại là tác động khi dòng đị qua chỗđặt bảo vệ lớn hơn giá trị định trước khác là dòng khởi động được chọn theo giá trịcủa dòng điện ngắn mạch lớn nhất khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo

Nhưng nó có nhược điểm là không bảo vệ được toàn bộ thiết bị cần bảo vệ do cáchchọn dòng khởi động chỉ làm bảo vệ dự phòng

Trang 13

2.5 Bảo Vệ Chống Chạm Đất

Bảo vệ chống trạm đất tác động chọn lọc khi dòng chạm đất tại chỗ đặt bảo vệ lớnhơn 1 giá trị định trước , nhằm để cắt khi có các dòng chạm đất nhỏ ở mạng trung

Trang 14

tính cách điện với đất và dòng trạm đất lớn ở lưới trung tính trực tiếp nối đất.

(a) Sơ đồ sử dụng 3 BI (b) Sơ đồ sử dụng gông từ

*Hình a ta có:

IA+ IB+ IC = 3I0 ⇔ Ia+ Ib+ Ic = 3I0

ni + IkcbVới :

• ni: là tỉ số biến dòng của BI

• Ikcb: Xét đến sự sai số giữa các BI

*Hình b do chỉ có 1 BI nên không bị sai số giữa các BI

IRI0 = 3I0

nDòng khởi động nhỏ có độ nhạy cao nhưng nó chỉ áp dụng được với dây cáp vì khithiết kế cho dây trên không rất cồng kềnh không an toàn

2 bảo vệ trên đều được phối hợp với các các bảo vệ lân cận theo nguyên tắc từng cấp.

Trang 15

Đối với MBA thì bảo vệ chống chạm đất làm nhiệm vụ chống chạm đất và chạmthùng MBA

2.6 Bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tải được ứng dụng với MBA dùng để kiểm tra tình trạng làm việc của MBAbằng các bảo vệ quá dòng hay hình ảnh nhiệt để xác định quá tải , thường khi MBAquá tải được phép trong 6 giờ trong 5 ngày với 1,4 lần công suất định mức

Người ta xác định bằng nhiệt độ đo được ở từng thời điểm và đưa ra những biệnpháp thích hợp

Trang 16

Hình 2.9: Bảo vệ quá tải của MBA

Bộ cảm biến nhiệt độ 1 chế tảo từ chất bán dẫn platin được đặt bên trên thùngdầu MBA Khi nhiệt độ tăng lên 70oC → 75oC thì bộ khuếch đại 4đóng quạt gió ,nếu nhiệt độ tiếp tục tăng thì bộ khuếch đại 6 bơm dầu tuần hoàn Nếu nhiệt độ vẫnkhông giảm mà tăng thì khuếch đại 3 đưa tín hiệu và đo lường nhiệt độ cho nhânviên vận hành biết để tìm biện pháp sử lí Nếu nhiệt độ vẫn tăng đến 117oC thì bộtích phân thời gian sẽ làm việc trong 6 giờ rồi cắt máy cắt

Trang 17

Chương 3

XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ

CHO MBA VÀ ĐƯỜNG DÂY L

3.1 Máy Biến ÁP

Ta chọn dựa vào hư hỏng trong máy biến áp để chọn các bảo vệ :

So lệch hãm ( bảo vệ chính ) CắtNgắn mạch 1 pha Quá dòng có thời gian (chính or dự phòng Cắthoặc nhiều pha chạm đất Quá dòng cắt nhanh ( dự phòng ) Cắt

Quá dòng thứ tự không ( dự phòng ) CắtChạm chập giữa các vòng dây

Rơ le khí ( chính ) báo tín hiệu

• Bảo vệ quá dòng cực đại làm bảo vệ chính, 50

• Bảo vệ cắt nhanh làm bảo vệ dự phòng, 51

17

Trang 18

• Ngoài ra do đường dây 22 kV có trung tính trực tiếp nối đất nên cần thêm bảo

vệ quá dòng thứ tự không 50N, 51N

Do 2 MBA giống nhau nên ta thiết kế cho 1 MBA:

Hình 3.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho mạng lưới

Trang 19

Chương 4

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Việc tính ngắn mạch để tính được dòng điện lớn nhất và nhỏ nhất đi qua bảo vệ vàchọn dòng khởi động phù hợp với từng điểm ngắn mạch nguy hiểm ( gần nguồn )hay tại các thiết bị quan trọng ( MBA, đường dây truyền tải ) khi tính toán ngắnmạch ta có thể bỏ qua sự ảnh hưởng :

• Các máy phát điện không có hiện tượng dao dộng công suất nghĩa là góc lệchpha giữa các véctơ sức điện động của máy phát là không thay đổi và xấp xỉ bằngkhông

• Tính toán thực tế cho thấy phụ tải hầu như không tham gia vào dòng ngắnmạch quá độ ban đầu

• Hệ thống từ không bão hòa: giả thiết này làm cho phép tính đơn giản đi rấtnhiều bởi vì ta xem mạch là tuyến tính nên có thể dung phương pháp xếpchồng 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 > 1/3X

• Bỏ qua điện dung

• Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp

19

Trang 20

⇒ Icb2 = √Scb

3.Ucb2 =

100

√3.23 = 2, 51kA

40 = 0, 275

Trang 21

Đường dây AC-150, L=11m, xOD = 0, 401(Ω/km

X1D = X2D = x0D.L.Scb

U2 cb2

= 0, 401.11.100

232 = 0, 834 ⇒ X0D= 2, 7.X1D = 0, 834.2, 7 = 2, 252

4.2 Tính Ngắn Mạch

Tất cả các loại ngắn mạch đều có chung sơ đồ TTT, TTN , TTK nhưng khác bởi X∆và

giá trị m tùy theo từng dạng ngắn mạch

Trang 22

Ta chọn 9 điểm ngắn mạch 4 điểm ngắn mạch phía MBA và 6 điểm ngắn mạchphía đường dây (N2 chung).

Trang 23

Ta tính dòng ngắn mạch TTT tại pha A (không bị sự cố ):

Trang 25

Trang 26

⇒ IN(3) = IBI1(3) = IBI2(3) = 7, 969kA.

Dòng ngắn mạch qua BI1: IBI1(3) = IN(3) 24

115 = 1, 663kA

Ngắn mạch N(1,1)

Trang 27

2 ).2, 11 + (

−1

2 + j

√3

Trang 28

Ta viết dòng ngắn mach TTT cho pha A ( pha A bị ngắn mạch ):

Trang 29

Từ 4 điểm ngắn mạch N1, N1’, N2, N2’ ta có bảng tổng hợp dòng ngắn mạch ở chế độ max:

4.2.1.2 Hệ thống làm việc ở chế độ min và 2 MBA hoạt động

Thứ tự thuận và nghịch giống với trường hợp trên chỉ khác sơ đồ thứ tự không dodòng ngắn mạch đị qua máy biến áp :

Sơ đồ TTK

Trang 30

Tại điểm ngắn mạch N1 thì có dòng TTK qua BI1 Điểm ngắn mạch N1’ dòng ngắn mạch qua BI1 là dòng bị sự cố phía hệ thống trong ngắn mạch N(1,1), N(1).

Trang 31

I0B1 = |IN 0BA(1,1) |.3.Icb2 = 2, 195.3.0, 502 = 3, 306kA

Điểm ngắn mạch N1’ thì dòng qua BI1 là dòng ngắn mạch tổng pha B phía HT tức là:

IN BHT(1,1) = |IN A1(1,1).a2+ IN A2(1,1)a + IN 0HT(1,1) | = |(−1

2− j

√3

2 ).10, 989 + (

−1

2 + j

√3

Trang 32

I0B1= |IN 0BA(1) |.3.Icb2 = 2, 029.3.0, 502 = 3, 056kA.

Điểm ngắn mạch N1’ thì dòng qua BI1 là dòng ngắn mạch tổng pha phía HT tứclà:

Trang 33

Trang 35

Trang 36

4.2.2 Tính toán ngắn mạch phía đường dây

4.2.2.1 Tính ngắn mạch ở chế độ max HT, 2 MBA làm việc //

- Sơ đồ TTT:

-Sơ đồ TTN:

-Sơ đồ TTK:

Trang 37

Trang 39

Bảng 4.3: Dòng ngắn mạch đường dây ở chế độ cực đại

Trang 40

4.2.2.2 Tính ngắn mạch ỏ chế độ min HT, 1 MBA làm việc

Trang 41

Chuyển sang hệ đơn vị có tên:

Trang 43

Trang 44

TÍNH TOÁN BVCN, BVQDCD, BVTTK BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY L

5.1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Ta có bảng:

điểm ngắn mạch N2 N3 N4 N5 N6 N7

IN max(kA) 14.101 7.280 4.906 3.7 2.97 2.480

IN min(kA) 6.431 4.306 3.237 2.593 2.162 1.855

Chỉnh định thông số cho bảo vệ cắt nhanh: t50= 0s, chọn kat = 1, 2

Trang 45

Ta xác định vùng tác động của bảo vệ 50N theo đồ thị sau:

Từ đồ thị ta thấy vùng bảo vệ 50 ở chế độ max lcnmax ≈ 8km và ở chế độ min

lcnmin ≈ 5, 133km( theo trực quan với mỗi đoạn Ni=2,2 km)

Trang 46

Ta xác định vùng tác động của bảo vệ 50N theo đồ thị sau:

Từ đồ thị ta thấy vùng bảo vệ 50N ở chế độ max lcnmax ≈ 9km và ở chế độ min

lcnmin ≈ 5, 5km( theo trực quan với mỗi đoạn Ni=2,2 km)

5.2 Bảo vệ dòng điện có thời gian

Chỉnh định:

Ikd51N = (0, 1 ÷ 0, 3).IdmBI3 = 0, 3.450 = 135A

Thời gian tác động phối hợp với các bảo vệ TTK (∆t = (0, 3 ÷ 0, 5):

t51N = tP + ∆t = 0, 5 + 0, 3 = 0, 8s

Trang 47

Ta có công thức tổng quát:

Ikd51 = kmm.kat

kv .IlvmaxTrong đó:

• kmm: Hệ số mở máy của động cơ (2 ÷ 3)

• kat: Hệ số an toàn khi mở máy (1, 1 ÷ 1, 2)

Trang 48

Từ đó ta có thể tính tương tự thời gian tác động của role 51 tại các điểm ngắn mạch:

điểm ngắn mạch N2 N3 N4 N5 N6 N7

IN max(kA) 14.101 7.280 4.906 3.7 2.97 2.480

t (s) 0,079 0,168 0,276 0,41 0,579 0,8

Hình 5.1: Đặc tính thời gian chế độ max

2 Phối hợp thời gian ở chế độ min

Trang 49

Trang 50

TÍNH TOÁN THÔNG SỐ BẢO VỆ SLDD, QDCN, QDCD, BVCTD CỦA MBA

6.1 Bảo vệ so lệch MBA

Ta sử dụng bảo vệ so lệch có hãm 7UT613 do hãng SIEMEN chế tạo

* Nguyên lí tác động

Dòng so lệch là dòng tổng của các dòng điện ( vào/ra đối tượng cần bảo vệ ) Khi

đó dòng hãm được lấy bằng tổng độ lớn của các dòng này

ISL = | ~I1+ ~I2|

IH = | ~I1| + |~I2|

Với điều kiện là dòng so lệch phải lớn hơn dòng hãm một lượng ISL = kH.IH đểtránh trường hợp khi chỉ có 1 nguồn cung cấp thì ISL = IH = IT 1khi đó ro le sẽ tácđộng nhầm

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,38 MB