Đồ án hệ thống điện VUONGQUOCHUNG d7h4

- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le - Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ - Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn - Chương 5 : Tính toán cá

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/35/22KV

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH 1

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG 1

1.2 THÔNG SỐ CHÍNH 1

1.2.1 Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2: có trung tính nối đất 1

1.2.2 Đường dây D1, D2: 2

1.2.3 Máy biến áp 2

1.3 CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÕNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 2

1.3.1 Máy cắt điện: 2

1.3.2 Máy biến dòng điện: 5

1.3.3 Máy biến điện áp: 6

CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 7

2.1 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 7

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ 8

2.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH 10

2.4 CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 11

2.4.1 Sơ đồ 1: S Nmax , 1 máy biến áp làm việc 11

2.4.3 Sơ đồ 3: S Nmin , 1 máy biến áp làm việc 29

2.4.4 Sơ đồ 4: S Nmin ; 2 máy biến áp làm việc song song 39

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 50

3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 50

3.2 CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP 51

3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện 51

3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2 52

3.3 SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 58

4.1 HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 60

4.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 60

4.1.2.Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613 63

4.1.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 65

4.1.4.Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 66

4.1.5.Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 67

4.1.6.Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 72

4.1.8.Chức năng bảo vệ chống quá tải 76

4.2 HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÕNG 7SJ621 76

4.2.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 76

4.2.2.Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621 78

4.2.3 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 80

CHƯƠNG 5 CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE 86

5.1.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ 86

5.1.1 Các số liệu cần thiết cho việc tính toán bảo vệ rơle 86

5.1.2 Tính toán các thông số của bảo vệ 86

5.2 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 91

5.2.1.Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 91

5.2.2.Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không 96

5.2.3.Bảo vệ quá dòng có thời gian 97

5.2.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 4

Bảng 1.2 5

Bảng 1.3 6

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.1 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm việc trong chế độ SNmax: 20

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.2 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy biến áp làm việc song song trong chế độ SNmax : 29

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.3 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm việc trong chế độ SNmin: 38

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.4 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy biến áp làm việc trong chế độ SNmin: 49

Bảng 3.1: Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặt 51

Bảng 4.1 67

Bảng 4-2 85

Bảng 5.1.Thông số của máy biến áp 110/35/22 kV 86

Bảng 5.2.Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ 92

Bảng 5.3 Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ 96

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ của trạm

biến áp 1

Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ 52

Hình 3.2.Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây 54

Hình 3.3 Vị trí đặt rơ le khí ở máy biến áp 55

Hình 3.4.Bảo vệ cảnh báo chạm đất 58

Hình 4-1 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 64

Hình 4.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 67

Hình 4-3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613. 69

Hình 4.4.Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 71

Hình 4-5 Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. 73

Hình 4-7 Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621. 79

Hình 4.8.Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 81

Hình 5.1 Đặc tính làm việc của rơle 7UT613 86

Hình 5.2 Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 92

Hinh5.3.Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ 95

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong mọi hoạt động sản xuất cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống; cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ,thông tin ,đo lường ,điều khiển và điều chỉnh tự động trong

hệ thống điện

Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan Hệ thống Rơle sẽ phát hiện

và tự động loại trừ các sự cố, xử lý tình trạng làm việc bất thường của hệ thống

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn Ở nước ta ngày nay, xu hướng sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay thế cho các rơle điện

cơ đang được xúc tiến mạnh mẽ

Bản “ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22kV” gồm có 5

chương :

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

- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

- Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

- Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn

- Chương 5 : Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có hạn cũng như kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều, nên tập đề án tốt nghiệp này còn có những sai sót là điều không thể tránh được Em rất mong

được sự nhận xét và đóng góp của quí Thầy Cô

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của TS Vũ Thị Thu Nga

CHƯƠNG 1

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG

Trạm biến áp được bảo vệ gồm hai máy biến áp ba dây quấn B1 và B2 được mắc song song với nhau Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai nguồn của HTĐ1 và HTĐ2 Hệ thống điện HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 110kV của trạm biến áp qua đường dây D1, hệ thống điện HTĐ2 cung cấp đến thanh góp 110kV của trạm biến áp qua đường dây D2 Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 35kV và 22kV để đưa đến các phụ tải

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ của

Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2X1H1

2) Hệ thống điện HTĐ2:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S2Nmax = 1700 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S2Nmin = 0,75S2Nmax

Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,35X1H2

1.2.2 Đường dây D1, D2:

1) Đường dây D1:

Chiều dài đường dây: L1 = 40 km

Điện kháng trên một kilômét đường dây: X11 = 0,409 Ω/km

Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 2X1D1

2) Đường dây D2:

Chiều dài đường dây: L2 = 55 km

Điện kháng trên một kilômét đường dây: X12 = 0,401 Ω/km

Tổ đấu dây YN – d11 – YN12

Giới hạn điều chỉnh điện áp: Uđc = 15%

1.3 CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

1.3.1 Máy cắt điện:

- Điện áp định mức (UđmMC): Điện áp định mức của máy cắt được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmMC  Uđmlưới

- Dòng điện định mức (IđmMC): Dòng điện định mức của máy cắt được

chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch:

IđmMCIlvcb

- Điều kiện cắt: Dòng điện cắt định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc

bằng dòng điện ngắn mạch của mạch: ICđm I”N

- Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực

động điện của máy cắt phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó:

iđđmMCixk

- Điều kiện ổn định nhiệt: Các máy cắt nói chung thỏa mãn điều kiện ổn

định nhiệt, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A

Do đó với các máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra

điều kiện này: I2

nhđm.tnhđm  BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch)

Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các

mạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta

chọn máy cắt của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.1

1) Phía điện áp 110kV:

Ilvcb =kqtsc.IđmB = kqtsc B

tbB

S 3.U = 1,4 Ilvcb =1,4 31,5

3.115 = 0,158kA = 158A I”N = IBI1maxIcb1 = 15,8913 0,3163 = 5,0264 kA ( trang 28 )

I”N = IBI2maxIcb2=5,7971 0,9699 = 5,6226kA (trang 19 )

63 3.24 = 2,122kA = 2122A I”N = IBI3maxIcb3 =5,6337 1,5155 = 8,5379kA (trang 19)

1.3.2 Máy biến dòng điện:

- Điện áp định mức (UđmBI): Điện áp định mức của máy biến dòng được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của lưới điện: UđmBIUđmlưới

- Dòng điện định mức (IđmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI:

Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch đã được xác định ở phần trên, kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn máy biến dòng của từøng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.2

Bảng 1.2

1.3.3 Máy biến điện áp:

- Điện áp định mức (UđmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmBUUđmlưới

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

- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định mức của máy biến điện

áp phải lớn hơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBUS2

Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.3

Bảng 1.3

CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính) Trong 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 cài đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng

Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của

hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch

Trong chế độ cực đại, xét các dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất Chế độ cực tiểu xét ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

2.1 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN

+ Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góc lệch pha giữa sức từ động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắn mạch Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện tăng lên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việc tính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là lớn nhất Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ (0,1 0,2 sec)

+ Bỏ qua các phụ tải

+ Mạch từ không bão hòa, nghĩa là mạch có quan hệ tuyến tính: giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình

+ Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần kháng Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao, ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn

mạch hoặc khi tính toán ngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên không tiết diện bé Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng

+ Bỏ qua thành phần điện dung dây dẫn – đất: giả thiết này không gây sai số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì mới xét đến dung dẫn của đường dây

+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp

+ Hệ thống điện ba pha lúc bình thường là đối xứng: sự mất đối xứng chỉ xảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng.Việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ

Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp

D

X

1 20,053

T

X0

T

X0

HX0,0625

H

X0,0625110kV

35kV

22kV

2.4 CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

 Sơ đồ 1: SNmax; 1 máy biến áp làm việc

 Sơ đồ 2: SNmax; 2 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

 Sơ đồ 3: SMmin; 1 máy biến áp làm việc

 Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc

0 1max0,017

H

X

0 2 max0,026

C

X0,1075

T

X0

T

X0

H

X0,0625110kV

22kV

E

E

1 1max0,014

H

X

1 2 max0,019

H

X

1 10,039

X

0 2 max0,026

E I

1

0

I 

ON OH

OH

U I

X

0,347

3, 2280,1075

ON OB

OB

U I

1 2 0

1

10,031 0,067

ON OH

OH

U I

X

0,3680,1075

ON OB

OB

U I

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3):

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

22kV

E

10,1385

U1N 1

I 

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

N3

0

I 

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.1 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một

máy biến áp làm việc trong chế độ SNmax: Phía

H

X

1 2 max0,019

H

X

1 10,039

D

X

1 20,053

D

X

110kV

N1

X

0 2 max0,026

H

X

0 10,078

BI1

C

X0,1075

T

X0

T

X0

E

10,031

1

U1N 1

U0N 0

I 

OH OB 0

E I

ON OH

OH

U I

X

0,321

5,9440,054

ON OB

OB

U I

ON OH

OH

U I

X

0,3030,054

ON OB

OB

U I

X

2) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3);

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

E

C

X0,1075BI1

N1

N2

T

X0

E

BI1

1 1max0,014

H

X

1 2 max0,019

H

X

1 10,039

D

X

1 20,053

E

10,085

U1N 1

I 

X

E

1 2 max0,019

H

X

1 10,039

D

X

1 20,053

D

X0,0625

C

X

X0,0625

N3

U1N 1

I 

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

H 0

H

X0,0625

N3

0

I 

U0N

E I

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.2 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai

máy biến áp làm việc song song trong chế độ SNmax: Phía

ngắn

mạch

Điểm ngắn mạch

Dạng ngắn mạch

Do vậy ta tính toán cho hệ thống 2

1

U1N 1

I 

0 2 min0,034

E I

ON OH

OH

U I

X

0,306

2,8470,1075

ON OB

OB

U I

ON OH

OH

U I

X

0, 20,1075

ON OB

OB

U I

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

C

X0,1075BI1

N2

U1N 1

I 

X0,1075

3 H

X0,0625

N3

U1N 1

0

I 

U0N

Dạng ngắn mạch

X0,039

N1

U1N 1

I 

BI1

C

X0,1075

T

X0

T

X0

Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(2):

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

E

C

X0,1075BI1

N1

N2

T

X0

C

X0,1075

T

X0

I 

E

X

X0,0625

C

X

X0,0625

C

X

X0,0625

C

X

X0,0625

N3

U1N 1

H

X0,0625

N3

0

I 

U0N

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.4 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai

máy biến áp làm việc trong chế độ SNmin:

Phía

ngắn

mạch

Điểm ngắn mạch

Dạng ngắn mạch