CÀI đặt hệ THỐNG bảo vệ RƠLE CHO máy BIẾN áp TĂNG áp 22KV110KV TRONG NHÀ máy THUỶ điện bản vẽ NGHỆ AN

Để đảm bảo chất lượng cũngnhư sản lượng điện năng cần thiết, tính liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ,các nhà máy, xí nghiệp, đảm bảo an toàn cho các thiết bị và sự làm việc ổn đị

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CÀI ĐẶT HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE

CHO MÁY BIẾN ÁP TĂNG ÁP

22KV/110KV TRONG NHÀ MÁY THUỶ

ĐIỆN BẢN VẼ - NGHỆ AN

Trang 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay điện năng là một phần không thể thiếu trong sản xuất công nghiệpcũng như trong cuộc sống hằng ngày của con người Để đảm bảo chất lượng cũngnhư sản lượng điện năng cần thiết, tính liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ,các nhà máy, xí nghiệp, đảm bảo an toàn cho các thiết bị và sự làm việc ổn địnhtrong một hệ thống điện thì các thiết bị và hệ thống bảo vệ đóng một vai trò cực kỳquan trọng

Trong một hệ thống điện không phải lúc nào cũng hoạt động ổn định, thực tế các

sự cố như ngắn mạch, quá tải, v.v… có thể xảy ra bất cứ lúc nào vì có rất nhiềunguyên nhân dẫn tới như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ lụt, do máy mócthiết bị bị hao mòn, già cỗi, các tai nạn ngẫu nhiên, do nhầm lẫn trong thao tác củanhân viên vận hành,…

Thiết bị tự động dùng để bảo vệ các hệ thống điện hiện đại được dùng phổ biếnhiện nay là hệ thống bảo vệ rơle Khái niệm rơle dùng để chỉ một tổ hợp thiết bịthực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện, thoảmãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thểcũng như cho toàn bộ hệ thống

1.2 Cơ sở chọn đề tài

1.2.1 Lý do chọn đề tài

Nghiên cứu về các nguyên lý thực hiện bảo vệ rơle trong hệ thống điện từ đó ápdụng vào thực tế tinh chỉnh rơle bảo vệ cho máy biến áp tăng áp sao cho các rơletrên hệ thống điện làm việc tin cậy, đảm bảo độ nhạy, tính phối hợp cao Qua đónâng cao hiểu biết về hệ thống bảo vệ rơle cũng như tầm quan trọng của nó khi làmviệc trong tương lai

Trang 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/128

x

1.2.2 Các vấn đề cần giải quyết

Trong đề tài này cần giải quyết các vấn đề sau:

 Tính toán ngắn mạch để tìm ra số liệu phục vụ cho việc cài đặt rơle

 Tìm hiểu các loại sự cố có thể xảy ra với đối tượng cần bảo vệ

 Nghiên cứu về các nguyên lý thực hiện bảo vệ rơle áp dụng nguyên lý bảo vệtối ưu nhất cho máy biến áp

 Tính toán các trị số tinh chỉnh cho rơle

1.1 Sơ lược về thuỷ điện Bản Vẽ

1.1.1 Vị trí

Thuỷ điện Bản Vẽ là công trình thuỷ điện xây dựng tại thượng nguồn Nậm Sơn(Sông Lam) Đập chính và nhà máy điện đặt tại bản Vẽ, xã Yên Na, huyện TươngDương, tỉnh Nghệ An, Việt Nam

1.1.2 Các thông số chính

- Chiều dài đập theo đỉnh: 509m

- Chiều cao đập lớn nhất: 137m

- Mực nước bình thường: 200m

- Số tổ máy: 2 máy biến áp công suất 125 MVA, 4 tổ máy phát 66 MVA

- Loại đập: bê – tông đầm lăn, hầm dẫn nước, nhà máy hở

- Thời gian thi công: khởi công 2005, phát điện hoà lưới 2010

1.1.3 Vai trò

Đây là công trình thuỷ điện lớn nhất khu vực bắc miền Trung tỉnh Nghệ An Côngtrình đồng thời cung cấp một phần điện cho nước bạn – Lào Ngoài ra, thuỷ điệnBản Vẽ còn cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, đẩy mặn, chống lũ cho vùng hạ lưusông Cả

Trang 4

1.1.4 Sơ đồ nguyên lý

Trang 5

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý trạm

1.2 Các thiết bị chính trong sơ đồ

1.1.5 Hai máy biến áp chính T1,T2: 22/110 kV ± 8x1.5%, YNd11

Bảng 1-1 Thông số máy biến áp

)

∆P 0

(kW )

∆P N

(kW )

Kích thước (m)

Trọng lượng (tấn)

Giá tiền (10 3

)

Nướ

c sản xuất Ca

Dầ u

Tổn g ONA

10.5 , 13.8

Điện áp chịu được với tần số công nghiệp 80kV

Điện áp đỉnh chịu được xung sét 150kV

Dòng điện ngắn mạch chịu được trong thời gian 3s 170kA

Trang 6

Áp suất khí SF 6 định mức tại 20 0 C 620kPa

Áp suất khí SF 6 báo lỗi tại 20 0 C 560kPa

Áp suất khí SF6 khóa tại 20 0 C 540 kPa

1.1.8 Dao cách ly

Bảng 1-4 Thông số dao cách ly Dao cách ly

Điện áp chịu được với tần số công nghiệp 80kV Điện áp đỉnh chịu được xung sét 150kV

Dòng điện chịu được trong thời gian 3s 170kA 1.1.9 Dao tiếp địa

Bảng 1-5 Thông số dao tiếp địa Dao tiếp địa

Điện áp chịu được với tần số công nghiệp 80kV Điện áp đỉnh chịu được xung sét 150kV

Dòng điện chịu được trong thời gian 1s 170kA

1.1.10 Máy biến điện áp (BU)

Các thông số của máy biến điện áp:

Trang 7

Mời mọi người sang chương 2 để theo dõi tiếp tục

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠ LE

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch là xác định được dòng ngắn mạch lớnnhất (INmax) để chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất (INmin) để kiểm tra độ

Trang 8

nhạy cho rơle đã được chỉnh định Trong một hệ thống điện thường có các dạngngắn mạch sau:

 Ngắn mạch 3 pha N(3)

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)

2.1 Các giả thiết cơ bản

Những giả thiết cơ bản, ([2], Tr 23)

Các giả thiết cơ bản khi tính toán ngắn mạch, ([3], Tr 27)

 Các máy phát điện không có hiện tượng dao động công suất nghĩa là góclệch pha giữa các vectơ suất điện động của máy phát là không đổi và sấp xỉbằng không

 Bỏ qua phụ tải khi tính toán ngắn mạch quá độ ban đầu

 Bỏ qua điện trở

 Bỏ qua điện dung

 Bỏ qua dòng điện từ hoá của máy biến áp

 Ngắn mạch 3 pha là ngắn mạch đối xứng

 Các tính toán được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

1.5 Các công thức tính toán ngắn mạch phục vụ cho đề tài

1.1.12 Các đại lượng cơ bản ([2], Tr 24)

Thường người ta hay chọn trước các đại lượng Ucb và Scb Khi đó:

Trang 9

X 0 F=(0.15 ÷ 0.6) X ' 'd

Suất điện động của máy phát trong hệ đơn vị tương đối lấy bằng 1 ([3], Tr 105)Phương pháp ghép song song các máy phát ([3], Tr 96):

 Nếu E1 = E2 = … =Em thì Etđ= Ei

 Nếu Y1 = Y2 = … =Ym thì Ytđ = m.Yi hay Xtđ = Xi/m

1.1.14 Máy biến áp hai cuộn dây ([3], Tr 37)

2.2 Chọn các đại lượng cơ bản

Chọn các đại lượng như sau:

Trang 10

2.3.2 Máy biến áp 2 cuộn dây

Bỏ qua điện trở nên điện kháng máy biến áp bằng:

Sơ đồ 1: Khi 2 máy cắt phân đoạn ở 2 thanh cái 22 kV và 110 kV cùng đóng

Sơ đồ 2: Khi máy cắt phân đoạn ở thanh cái 22 kV đóng và máy cắt phân đoạn ởthanh cái 110 kV mở

Sơ đồ 3: Khi máy cắt phân đoạn ở thanh cái 22 kV mở và máy cắt phân đoạn ởthanh cái 110 kV đóng

Sơ đồ 4: Khi 2 máy cắt phân đoạn ở 2 thanh cái 22 kV và 110 kV cùng mở

Các sơ đồ thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không của mạng điện ([2], Tr 146,147)

X1 = X2 ([2], Tr 141)

([4], Tr 58, 59)

([5], Tr 106)

Trang 11

Hình 2-2: Sơ đồ nối điện chính và các điểm cần tính ngắn mạch 1.1.16 Sơ đồ 1 (2 máy cắt phân đoạn cùng đóng)

Hình 2-3: Sơ đồ 1 (2 máy cắt phân đoạn cùng đóng)

1.1.1.1 Ngắn mạch phía 22kV

Dùng phương pháp ghép song song các máy phát

Sau khi ghép song song các thành phần, lập được các sơ đồ thay thế như sau:Xét điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ máy biến áp N1

Trang 12

Hình 2-4: Sơ đồ thứ tự thuận của sơ đồ 1 tại điểm N 1

Trang 13

Trang 14

Tổng hợp các dòng ngắn mạch của các thành phần thứ tự thuận, nghịch, khôngtrong từng dạng ngắn mạch tại điểm N1 trong sơ đồ 1:

Bảng 2-6 Giá trị các dòng ngắn mạch tại điểm N 1 sơ đồ 1

-Xét điểm ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ máy biến áp N1’

Lập các sơ đồ thay thế như sau:

Hình 2-7: Sơ đồ thứ tự thuận của sơ đồ 1 tại điểm N 1 ’

Trang 15

Hình 2-9: Sơ đồ thứ tự không của sơ đồ 1 tại điểm N 1 ’

Trang 16

Tổng hợp các dòng ngắn mạch của các thành phần thứ tự thuận, nghịch, khôngtrong từng dạng ngắn mạch tại điểm N1’ sơ đồ 1:

Bảng 2-7 Giá trị các dòng ngắn mạch tại điểm N 1 ’ sơ đồ 1

Xét điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ máy biến áp N2

Trang 17

Trang 19

Trang 20

Hình 2-16: Sơ đồ 2 (máy cắt phân đoạn 22kV đóng, 110kV mở)

Dùng phương pháp ghép song song các máy phát

Tại điểm ngắn mạch N1 khi quy về các sơ đồ thay thế thì 2 máy biến áp vẫnghép song song được với nhau

Trang 21

Hình 2-18: Sơ đồ thứ tự nghịch của sơ đồ 2 tại điểm N 1

Trường hợp này sẽ có 1 máy biến áp không tham gia vào điểm ngắn mạch nằmtrong vùng bảo vệ của máy biến áp còn lại vì vậy khi tính tổng kháng từ điểm ngắnmạch về nguồn nên ta sẽ loại bỏ 1 máy biến áp

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Trang 25

-Xét điểm ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ máy biến áp N2’:

X 1 Ʃ=X 1 F−tđ+X 1 T=0.205

Trang 26

Hình 2-27: Sơ đồ thứ tự nghịch của sơ đồ 2 tại điểm N 2 ’

Trang 27

Hình 2-29: Sơ đồ 3 (máy cắt phân đoạn 22kV mở, 110kV đóng)

Xét điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ máy biến áp N1:Dùng phương pháp ghép song song các máy phát

Trang 29

Trang 30

X 1 Ʃ=0.2/¿(0.2+0.105+0.105)=0.13

X 2 Ʃ=0.13 /¿(0.13+0.105+0.105)=0.09

Trang 31

Trang 32

X 1 Ʃ=(0.2+0.105)/¿(0.2+0.105)=0.15

Trang 33

Hình 2-37: Sơ đồ thứ tự nghịch của sơ đồ 3 tại điểm N 2

Trang 34

Trang 35

X 1 Ʃ=(0.2+0.105)/¿(0.2+0.105)=0.15

Trang 36

-1.1.19 Sơ đồ 4 ( cả 2 máy cắt thanh cái 22 kV và 110 kV cùng mở )

Hình 2-42: Sơ đồ 4 (cả 2 máy cắt phân đoạn đều mở)

Trang 37

Hai máy biến áp độc lập với nhau vậy ta xét một trường hợp cho cả hai máy biếnáp

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Trang 42

X 1 Ʃ=X 1 F−tđ+X 1 T=0.305

Trang 43

Trang 44

11.1 1

15.6 3

86

9.6 8

11.1 7

-29.4 1

86

11.

Trang 45

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/128

4 S

11.1 1

15.6 3

86

9.6 8

11.1 7

-29.4 1

66

9.1 7 -3.49 20 0 0

5

1.6 4 -3.71 6.67 0 0

-N 2 ’ 3.1 3.1 3.1 3.7 -3.7 0 5.3

5

1.6 4 -3.71 6.67 0 0

Trang 46

-1.7 Kết luận

Ở chương 2 ta đã tính toán thông số các phần tử có trong trạm như máy phát,máy biến áp hai cuộn dây, từ các thông số vừa tính đó mới tìm được các dòng ngắnmạch thành phần thứ tự thuận, nghịch và không ở các loại ngắn mạch để sử dụngchỉnh định rơle

Kết thúc chương 2 việc cần làm tiếp theo đó chính là tìm hiểu về các trườnghợp sự cố và hư hỏng của đối tượng mà ta cần bảo vệ để tìm ra nguyên lý bảo vệrơle cho phù hợp nhất, đó cũng chính là nhiệm vụ của chương 3

Mời mọi người tiếp tục theo dõi chương 3

CHƯƠNG 3 CÁC TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ VÀ HƯ HỎNG CỦA ĐỐI

TƯỢNG CẦN BẢO VỆ

1.8 Giới thiệu đối tượng cần bảo vệ

Để biến điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp,hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ta dùng máy biến áp Ngày nay doviệc sử dụng điện năng phát triển rộng rãi, nên có những loại máy biến áp khác

Trang 47

nhau: máy biến áp một pha, ba pha, hai dây quấn ba dây quấn v.v…Nhưng chúngdựa trên một nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ ([6], Tr 17)

Máy biến áp (MBA) có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:

 Cấu tạo: MBA một pha và MBA ba pha

 Chức năng: MBA hạ thế và MBA tăng thế

 Cách thức cách điện: MBA lõi dầu, lõi không khí

 Nhiệm vụ: MBA Điện lực, MBA dân dụng, MBA hàn, MBA xung

 Công suất hay hiệu điện thế

Trong phạm vi đề tài đồ án này, đối tượng cần bảo vệ đó chính là máy biến áp

ba pha hai cuộn dây

Hình 3-55: Máy biến áp ba pha hai cuộn dây

1.1.20 Cấu tạo

Máy biến áp có hai bộ phận chính: Lõi thép và dây quấn

1.1.1.9 Lõi thép máy biến áp ([6], Tr 19)

Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từnhững vật liệu dẫn từ tốt, thường là lá thép kỹ thuật Lõi thép thì gồm có hai bộphận:

- Trụ là nơi để đặt dây quấn

- Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ

Trang 48

- Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín

Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép (gọi là dòng Fuco), người ta dùng là thép

kỹ thuật điện (dày 0.35 mm đến 0.5 mm, hai mặt có sơn cách điện) ghép lại vớinhau thành lõi thép Có nhiều hình dạng khác nhau như hình chữ nhật, hình xuyến

(a) Lõi thép EI

(b) Lõi thép UI

(c) Lõi thép hình xuyến

Trang 49

(d) Lõi thép dạng cuộn Hình 3-56: Các dạng lõi thép máy biến áp

1.1.1.10 Dây quấn máy biến áp ([6], Tr 19)

Dây quấn máy biến áp thường được chế tạo bằng dây đồng (hoặc nhôm), có tiếtdiện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện

Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ lõi thép Giữa các vòng dây, giữacác dây quấn có cách điện với nhau và các dây quấn cách điện với lõi thép

Máy biến áp thường có 2 hoặc nhiều dây quấn

Dây quấn nhận điện áp vào  Sơ cấp

Dây quấn nhận điện áp ra  Thứ cấp

Khi dây quấn đặt trên cùng một trụ:

 Dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ từ

 Dây quấn cao áp đặt lồng ra ngoài

Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện

Trang 50

Hình 3-57: Gông của máy biến áp

1.1.1.11 Các bộ phận khác ([6], Tr 20)

Hệ thống làm mát: Nhiệt lượng sinh ra trong dây quấn và lõi thép của máy biến

áp cần được thải ra môi trường xung quanh nhằm tránh hiện tượng tặng nhiệt độlàm hỏng máy

 Làm mát khô: Làm mát bằng không khí, có loại không cưỡng bức và cưỡngbức

 Làm mát dầu: đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng dầu chứa máy biến

áp Đối với máy biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt vàtrong nhiều trường hợp phải làm mát cưỡng bức bằng cách đặt quạt gió thổivào các cánh tản nhiệt

Bên cạnh đó còn có các sứ xuyên ra để nối các đầu dây quấn ra ngoài, bộ phậnchuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle hơi để bảo vệ máy, bình dãn dầu, thiết bịchống ẩm v.v…

Trang 51

1.1.21 Nguyên lý làm việc của máy biến áp ba pha hai cuộn dây

Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:

 Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)

 Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra một hiệu điện thế cảm ứng (cảmứng điện từ)

Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và

1 từ trường biến thiên trong lõi sắt Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điệnthứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi đượchiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi này có thể được điều chỉnhqua số vòng quấn trên lõi sắt

1.9 Các trường hợp sự cố và chế độ làm việc của đối tượng cần bảo vệ

Máy biến áp khi làm việc có thể ở một trong ba trạng thái: trạng thái thường, trạngthái không bình thường và trạng thái sự cố ([1], Trang 254)

1.1.22 Trạng thái thường ([1], Trang 254)

Là trạng thái làm việc mà tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật đều nằm trong giới hạn chophép như dòng, áp, công suất, nhiệt độ, mức dầu

1.1.23 Trạng thái không bình thường ([1], Trang 254)

Là trạng thái trong đó có một hay một số chỉ tiêu kỹ thuật vượt ra ngoài giới hạncho phép Những trạng thái điển hình là:

1.1.1.12 Quá tải

Dòng điện và (hoặc) công suất vượt quá giá trị danh định, tức là IT > InT, PT >

PnT, ở đây chỉ số T – máy biến áp, n – danh định

Máy biến áp cho phép làm việc quá tải trong một thời gian nhất định tcp Bội sốquá tải kqt = IT/InT càng lớn, tcp càng nhỏ

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	2,51 MB