Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho các phần tử chính của trạm biến áp 220kv

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp HTĐ 2014

LỜI MỞ ĐẦU

Trạm biến áp là một khâu quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liênkết các hệ thống điện với nhau, liên kết các đường dây truyền tải và đường dâyphân phối điện năng đến các phụ tải Các thiết bị lắp đặt trong trạm biến áp rấtđắt tiền, so với đường dây tải điện thì xác suất xảy ra sự cố ở trạm biến áp thấphơn, tuy nhiên sự cố ở trạm sẽ gây lên những hậu quả nghiêm trọng nếu khôngđược loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác Vì vậy cần phải có một hệthống bảo vệ cho trạm biến áp có độ tin cậy cao, hoạt động chính xác, kịp thờicách ly thiết bị bị sự cố đảm bảo an toàn cho trạm biến áp

Đề tài tốt nghiệp em được giao có tên: “Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệrơle cho các phần tử chính của trạm biến áp 220kV ”

Trong thời gian làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn

Xuân Hoàng Việt, em đã hoàn thành bản đồ án này Do kiến thức còn hạn chế

nên không tránh khỏi những sai sót khi làm đồ án, rất mong nhận được sự góp ýcủa các thầy cô trong bộ môn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội

Sinh viên thực hiện

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 5

1.1 Mô tả đối tượng được bảo vệ 5

1.2 Tính điện kháng của các phần tử 5

1.2.1 Điện kháng của hệ thống điện 5

1.2.2 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp 6

1.3 Chế độ làm việc của hệ thống 7

1.3.1 Tính ngắn mạch sơ đồ 1 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, hai máy biến áp làm việc song song.) 8

1.3.1.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’) 8

1.3.2 Tính ngắn mạch sơ đồ 2 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, một máy biến áp được vận hành song song.) 28

1.3.3 Tính ngắn mạch sơ đồ 3 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, hai máy biến áp làm việc song song) 42

1.3.4 Tính ngắn mạch sơ đồ 4 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, một máy biến áp được vận hành song song) 43

PHẦN II: PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP VÀ GIỚI THIỆU VỀ RƠLE 44

2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 44

2.1.1 Tin cậy 44

2.1.2 Chọn lọc 44

2.1.3 Tác động nhanh 45

2.1.4 Tính kinh tế 45

2.2 Bảo vệ máy biến áp 45

2.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng 45

2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 46

2.3 Các thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 và 7SJ64 47

2.3.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 47

Trang 3

2.3.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 47

2.3.1.2 Đặc điểm chính của rơle 7UT613 47

2.3.1.3 Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613 .47

2.3.1.4 Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT613 49

2.3.1.5 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613 : 49

2.3.1.6 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 51

2.3.1.7 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 52

2.3.1.8 Chức năng bảo vệ so lệch MBA: 53

2.3.1.9 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 57

2.3.1.10 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 59

2.3.1.11 Chức năng bảo vệ chống quá tải: Sử dụng các phương pháp sau .59

2.3.2 Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ64 59

2.3.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64 59

2.3.2.2 Các chức năng của 7SJ64 60

PHẦN III: CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN - TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẶT VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ 62

3.1 Lựa chọn BI, BU 62

3.1.1 Lựa chọn BI 62

3.1.2 Lựa chọn BU 63

3.2 Thông số cài đặt cho bảo vệ so lệch MBA 7UT613 63

3.2.1 Khai báo các thông số của MBA 63

3.2.2 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 64

3.2.3 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF (87N) 65

3.2.4 Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt (49) 66

3.2.5 Chức năng phát hiện sự cố chạm đất phía 35 kV(59, 59N) 67

3.3 Thông số cài đặt cho bảo vệ quá dòng có hướng 7SJ64 cho máy biến áp 67

3.3.1 Chức năng cắt nhanh có hướng (I >>) 67

3.3.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (I0>>) 68

3.3.3 Bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian (I>) 69

3.3.4 Bảo vệ quá dòng TTK (I0>) 70

3.3.5 Bảo vệ chống từ chối máy cắt 50BF 71

Trang 4

3.4 Kiểm tra độ nhạy của hệ thống bảo vệ 71

3.4.1 Bảo vệ so lệch có hãm 87T 71

3.4.1.1 Kiểm tra độ an toàn 71

3.4.1.2 Kiểm tra độ nhạy 73

3.4.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N) 75

3.4.3 Bảo vệ quá dòng có hướng 75

3.4.3.1 Bảo vệ quá dòng đặt phía 220kV 76

3.4.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không 77

3.4.4.1 Phía 220kV MBA 77

3.4.4.2 Phía 110kV MBA 77

3.4.5 Các bảo vệ quá dòng 67 phía đường dây 77

3.4.5.1 Bảo vệ BV11 77

3.4.5.2 Bảo vệ BV12 78

3.4.5.3 Bảo vệ BV13 ( cài đặt thông số tương tự BV11) 78

3.4.6 Bảo vệ quá dòng thứ tự không 67N 79

3.4.6.1 Bảo vệ BV11 79

3.4.6.2 Bảo vệ BV12 79

Tài liệu tham khảo 80

Trang 5

PHẦN I: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

1.1 Mô tả đối tượng được bảo vệ

Đối tượng được bảo vệ là trạm biến áp 220kV gồm 2 máy biến áp tự ngẫugiống nhau, được cấp điện từ hai hệ thống Cuộn cao 230kV, cuộn hạ 38,5kV,cuộn trung 121kV

Các thông số chính của máy biến áp như sau:

Công suất máy biến áp: 125 MVA

S

125

2,510 3.230  kA

S

125

5,020 3.115 kA

S

125

15,604 3.37  kA

Trang 6

1.2.1 Điện kháng của hệ thống điện

 Các thông số của hệ thống điện phía cao áp:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại và cực tiểu:

 Các thông số của hệ thống điện phía trung áp:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại và cực tiểu:

C H

cb C N

T H

cb T N

S

125

1880= 0,532Điện kháng thứ tự không:

0 max

C H

cb C N

T H

cb T N

S

125

1454= 0,681Điện kháng thứ tự không:

0 min

C H

H

1.2.2 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp

Điện áp ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp:

Trang 7

Cấu hình của lưới điện: đặc trưng bằng số phần tử làm việc song song.

S N max : Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, một máy biến áp

được vận hành hoặc hai máy biến áp làm việc song song

S N min : Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, một máy biến áp

được vận hành hoặc hai máy biến áp làm việc song song

Vị trí điểm ngắn mạch:

Phía 220kV: Vị trí điểm ngắn mạch N1 , N1'

Phía 110kV: Vị trí điểm ngắn mạch N2 , N2'

Phía 35kV: Vị trí điểm ngắn mạch N3 , N3'

Trang 8

 Để xác định dòng điện ngắn mạch cực đại ( I NM max ) ta xét các dạng

ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai phachạm đất

 Để xác định dòng điện ngắn mạch cực tiểu ( I NM min ) ta xét các dạng

ngắn mạch hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

Sơ đồ 1: S N max ,2 MBA làm việc

Từ đó ta có các sơ đồ tính toán như sau:

Sơ đồ 2: S N max ,1 MBA làm việc

Sơ đồ 3: S Nmin,2 MBA làm việc

Sơ đồ 4: S Nmin,1 MBA làm việc

1.3.1 Tính ngắn mạch sơ đồ 1 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất

cực đại, hai máy biến áp làm việc song song.)

1.3.1.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’)

 Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)

Trang 9

H C H C H

T

H C

T

H C

H C H

X X

Trang 10

I X

Trang 11

1 2

0

T C BI T BI

BI BI

I

I I

X X X

0,049

0,034 0,0490,034

0,034 0,049

E I

X

 

Trang 12

Dòng thứ tự không tổng phía trung áp và từ cuộn tam giác của máy biếnáp:

0 0

1,6492

0,8962

T H C T H T

I I I I

o Phân bố dòng điện qua BI1

Các thành phần dòng điện qua BI1:

1,5272

1,6492

T H BI T H BI T H BI

I I I I I I

Trang 13

1,5272

0,8962

T H BI T H BI

T H BI

I I

o Phân bố dòng điện qua BI4:

Dòng thứ tự không qua cuộn chung của máy biến áp là:

T C H

Trang 14

IfBI1(-0) = |

• fBI1

E I

0 max

0,419

0,6130,683

H

U I

I   

Dòng thứ tự không phía trung áp:

Trang 15

0 0

0 max

0,9202

0 0

0,2332

0,1262

T H C T H T

I I I I

0,1502

0, 2332

T H BI T H BI

T H BI

I I

I -I•0BI1| = 0,533 0, 233 0,300 

0,1502

0,1262

T H BI

I I

I -I•0BI2| 0,426 0,126 0,300  

(110) (220)

Trang 16

Dòng điện tổng qua BI4:

0,150 0,779 0,9292

0, 233 0,613 0,8462

T C H

Trang 17

 Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)

E

110kV 220kV

BI1

E

E E

C

X 0,120

C

H T H T H

C

H T

H T H

X X

X

X X X

Trang 18

110kV 220kV

2

N' BI2

C

X 0,120

I X

Trang 19

1 1

1

2 1

0,6152

1,880 0,615 2,4952

0

C BI

0,322 0,286

E I

Trang 20

0 0

0 max

0,9202

0 0

0,1602

0,3622

C H C C H T

I I I

0,1972

0,1602

C H BI

I I

I -I•0BI1|  0,271 j0,533 0,160 0,544 

0,1972

0,3622

C H BI

I I

Trang 21

I -I•0BI2|  0,473 j0,533 0,362 0,544 

C T H

Trang 22

Điện kháng phụ:

X X X    Các thành phần dòng điện:

E I

0 0

0,1542

0,3492

C H C C H T

I I I I

Trang 23

0,2132

0,1542

C H BI C H BI

C H BI

I I

I -I•0BI1| 0,579 0,154 0, 426  

0, 2132

0,3492

C H BI

I I

I -•I0BI2| 0,774 0,349 0, 426  

Trang 24

0, 213 0,650 0,8632

0,349 0,379 0,7282

C T H

Trang 25

N 3

BI2 BI1

-0,010

C

X 0,120

C

X 0,120

0,060X /Δ-112C -0,005X /Δ-112T0,0471Hmax

0,047 0,060 0,1072

0,066 0,005 0,0612

Trang 26

(3) 5 1

1 2 (3) 3

T H BI

N BI

I I

0,1480,2570,406

BI BI BI

I I I



Trang 27

Kết quả tính ngắn mạch cho phương án 1 được tổng hợp trong bảng 1.1.

Bảng 1.1: kết quả tính ngắn mạch cho phương án 1

Trang 28

cực đại, một máy biến áp được vận hành song song.)

 Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)

1

N' E

E

1

N BI1

C

X 0,120 0,0471Hmax

0,037 0,047 0,176

T

C H C H

0, 058 0,186 0, 085

X X X

Trang 29

I X

C BI T BI

0,295 0,468

E I

Trang 30

0 0

0 max

0,380

0,5570,683

H

U I

0,4390,2690,256

I -I•0BI1|  0,341 j0,613 0,256 0,619 

I -I•0BI2|  0,215 j0,613 0,183 0,619 

Trang 31

1,6611,0190,557

C

BI H C

E I

Trang 32

0,1980,1980,298

I -I•0BI1| 0,693 0,298 0,395  

0,1980,198

Trang 33

Dòng điện pha đã loại trừ thành phần thứ tự không:

IfBI2(-0) = |

• fBI2

I -I•0BI2| 0,548 0,213 0,395  

0,7480,7480,647

Trang 34

0, 047 0,066 0,157

C

T H T H

. (0,120 0,085).0, 230

0,120 0,085 0, 230 0,093.0,102

0,049 0,093 0,102

X X X

I X

Dòng ngắn mạch ba pha từ phía trung áp:

Trang 35

BI T

0,389

0,373 0,3890,373

0,373 0,389

E I

Trang 36

0 0

10

0,338

0,4540,744

H

U I

I -I•0BI1|  0,369 j0,691 0,240 0,703 

0,5280,2700,454

Trang 37

IfBI2(-0) = |

• fBI2

I -I•0BI2|  0,584 j0,691 0,454 0,703 

1, 2450,6350,415

0,881

E I

Trang 38

0,342

0,4600,744

H

U I

I -I•0BI1| 0,768 0,243 0,525 

Trang 39

1 2 1

0, 2620,2620,460

I -I•0BI2| 0,984 0,460 0,525 

0,6180,6180,421

Trang 40

0, 047 0,120 0,167

0, 066 0,010 0, 056 0,167.0, 056

X 

Dòng ngắn mạch ba pha phía cao áp:

(3) 12 1

0,1160,3430,459

BI BI BI

I I I



Trang 41

Kết quả tính ngắn mạch cho phương án 2 được tổng hợp trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: kết quả tính ngắn mạch cho phương án 2

Trang 42

cực tiểu, hai máy biến áp làm việc song song)

Trong chế độ min việc tính toán dòng ngắn mạch và xác định dòng sự cốchạy qua các BI được tiến hành hoàn toàn tương tự như chế độ max, chỉ khác

Trang 43

cực tiểu, một máy biến áp được vận hành song song)

Với trường hợp trạm vận hành một máy và ở chế độ min ta cũng sẽ tính toángiống như trong trường hợp trạm vận hành một máy ở chế độ max

Trang 44

PHẦN II: PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN

ÁP VÀ GIỚI THIỆU VỀ RƠLE

2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ nhanh nhất có thể sự cố

ra khỏi hệ thống điện, nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất nhữnghậu quả tai hại của sự cố Trong lưới điện hiện đại bao gồm nhiều phần tửquan trọng như máy phát điện, máy biến áp công suất lớn, các thanh góp vàđường dây tải điện cao áp và siêu cao áp Để đảm bảo cho hệ thống vận hànhmột cách an toàn và liên tục, đòi hỏi thiết bị phải đáp ứng được những yêucầu cơ bản như độ tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy và đảm bảo tínhkinh tế

2.1.2 Chọn lọc

Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi

hệ thống Theo nguyên lý làm việc của bảo vệ được phân ra làm hai loại:

Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: Chỉ làm việc khi xảy ra sự cố trong mộtphạm vi hoàn toàn xác định, không có nhiệm vụ dự phòng cho các bảo

vệ lân cận

Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đốitượng được bảo vệ còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ởcác phần tử lân cận

2.1.3 Tác động nhanh

Bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh thì càng giảm đượcthiệt hại cho hệ thống Bảo vệ được coi là tác động nhanh (tức thời) nếu thờigian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ dòng điện công nghiệp )

Trang 45

2.1.4 Tính kinh tế

Đối với lưới trung áp, hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ lớn, yêucầu bảo vệ không cao bằng lưới truyền tải cao áp, nên cần cân nhắc về tínhkinh tế sao cho chi phí cho thiết bị bảo vệ là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêucầu

2.2 Bảo vệ máy biến áp

2.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng

Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm 2nhóm:

Hư hỏng bên trong

 Thùng dầu bị thủng hoặc dò dầu

Hư hỏng bên ngoài

 Quá tải

Tuỳ theo công suất, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà lựachọn phương thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thường dùng đểchống lại loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến ápđược giới thiệu trong bảng sau:

 Quá dòng có thời gian ( chính hoặc

dự phòng tuỳ vào công suất của máybiến áp )

Định dạng
Số trang	79
Dung lượng	2,37 MB