Đồ án tốt nghiệp dao thuy trang

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 m

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

NHẬN XÉT

(Của giảng viên phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ 1

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 1

I.ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ : 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: 4

1.3.3 Máy biến điện áp: 5

CHƯƠNG 2 6

TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 6

2.1 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN 6

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ 7

2.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH 9

2.4 CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 9

2.4.1 Sơ đồ 1: S Nmax , 1 máy biến áp làm việc 10

2.4.2 Sơ đồ 2: S Nmax , 2 máy biến áp làm việc song song 18

2.4.3 Sơ đồ 3: S Nmin , 1 máy biến áp làm việc 27

2.4.4 Sơ đồ 4: S Nmin ; 2 máy biến áp làm việc song song 36

2.4.5 Các bảng tổng kết tính toán ngắn mạch 46

CHƯƠNG 3 49

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 49

3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP. 49

3.2 CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP. 50

3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện 50

3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2. 51

3.2.3.Bảo vệ dự phòng 54

3 SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 57

CHƯƠNG 4 58

GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 58

4.1 HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 58

4.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 58

 Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn hoặc thanh góp cỡ nhỏ 59

4.1.2.Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613 60

4.1.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 63

4.1.4.Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 64

4.1.5.Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 65

4.1.6.Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 69

4.1.7.Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 72

4.1.8.Chức năng bảo vệ chống quá tải 72

4.2 HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÕNG 7SJ621 73

4.2.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 73

4.2.2.Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621 74

4.2.3 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 76

4.2.4 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621 79

CHƯƠNG 5 81

CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE 81

5.1.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ 81

5.1.1 Các số liệu cần thiết cho việc tính toán bảo vệ rơle 81

5.1.2 Tính toán các thông số của bảo vệ 81

5.2 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 85

5.1.1.Kiểm tra hệ số an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (N 2 ,N 3 ) 85

5.1.2.Kiểm tra hệ số độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (N' 1 ,N' 2 ,N' 3 ) 87

5.3.Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không 90

5.4,Bảo vệ quá dòng có thời gian 91

5.5 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng 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 Những hư hỏng và chế độ không bình thường trong hệ thống điện gây hậu quả tai hại đối với kinh tế và xã hội Chính vì thế nên 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

Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp :“Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110

kV ” Đồ án gồm 5 chương:

Chương 1 : Giới thiệu đối tượng được bảo vệ, các thông số chính

Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các loại rơle sử dụng

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

Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo T.s Vũ Thị Thu Nga,

em đã hoàn thành bản đồ án này Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo

Sinh viên

Đào Thùy Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

I.ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ :

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 trạm biến

áp

1.2 THÔNG SỐ CHÍNH

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

1) Hệ thống điện HTĐ1:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax = 2250 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 0,7S1Nmax

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: X0L1 = 2X1L1

2) Đường dây D2:

Chiều dài đường dây: L2 = 45 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 DÕNG 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: I2nhđm.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

Ilvcb =kqtsc.IđmB = kqtsc ñmB

ñmB

S3.U = 1,4 Ilvcb =1,4.

31,53.121 = 0,210kA = 210A I”N = IBI1maxIcb1 = 5,329 0,477 = 2,542 kA ( trang 46 )

31,53.38,5 = 0,661kA = 661A I”N = IBI2maxIcb2=3,489 1,5= 5,234 kA (trang 48 )

31,53.24 = 1,061kA = 1061A I”N = IBI3maxIcb3 = 4,966 2,406 = 11,948 kA (trang 46 )

Bảng 1.1: thông số máy cắt các cấp điện áp Điện áp Loại máy

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: I1đmBIIlvcb

- Phụ tải định mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp định mức của máy biến dòng phải lớn hơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBIZ2

-Điều kiện ổn định lực động điện: dòng điện ổn định lực động điện của máy biến dòng phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: 2kđđmI1đmixk

- Điều kiện ổn định nhiệt: Dòng ổn định nhiệt của máy biến dòng phải thỏa mãn điều kiện: (I1đmknh)2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 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 từng mạch cho từng cấp điện áp như ở 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 Thông số máy biến điện áp các cấp điện áp

Thông số Phía 110kV Phía 35kV Phía 22kV

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

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 song song

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 song song

2.4.1 Sơ đồ 1: SNmax, 1 máy biến áp làm việc

Phân bố dòng điện đi qua BI:

- Ngắn mạch tại Điểm N1: Không có dòng qua các BI

- Ngắn mạch tại điểm Điểm N1’: IBI1  I N  I cb1 =11,172 0, 477   5,329 kA

Phân bố dòng điện qua các BI

- Ngắn mạch tại điểm N1:

IBI1 = IOB IcbI= 1,114.0,477=0,531 kA

IBI4 = 3.IOB IcbI = 3 1,114.0,477= 1,594 kA

Dòng qua các BI khác bằng không

- Ngắn mạch tại điểm Điểm N1’:

IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 =2.I1 IOH = 2.3,484+ 2,275 =4,409

Đổi sang hệ đơn vị có tên: I

E

N2

U1N

1 1 (N1) C T

X X X X = 0,089+ 0,341 + 0 = 0,43

Phân bố dòng điện đi qua BI:

- Khi ngắn mạch tại điểm điểm N2:

3 1I BI2 N cb

E

N3

U1N

Phân bố dòng điện đi qua BI:

- Khi ngắn mạch tại điểm điểm N3:

3 1I BI3 N cb

Phân bố dòng điện đi qua BI:

- Khi ngắn mạch tại điểm N 3:

IBI5 = 3.I0 IcbI= 3 (0,976) 0,477= -1,397 kA

BI1 1BI1 2BI1 0BI1

I I I I IcbI = (I1 I2 IOH).IcbI

IBI5 3.I0 IcbI = 3 0 688 0,477= 0,985 kA

2.4.2 Sơ đồ 2: SNmax, 2 máy biến áp làm việc song song

Các dạng ngắn mạch tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

1)Ngắn mạch phía 110 kV (Điểm ngắn mạch N1):

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

Phâm bố dòng điện đi qua các BI:

- Khi ngắn mạch tại điểm N1: Không có dòng qua các BI

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1 ’: IBI1 = IN IcbI=11,236.0,477=5,36 kA

- Khi ngắn mạch tại Điểm N 1 ’:

IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + 1

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

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1: Không có dòng qua BI

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1 ’: IBI1 = IN IcbI= 3,781.0,477=1,803 kA

Đổi sang hệ đơn vị có tên: IBI1=I*BI1.IcbI=4,099.0.477=1,955 kA

IBI4 = 3.IOB IcbI = 3.( 0,906).0,477 = -1,296 kA

Dòng qua các BI khác bằng không

c) Ngắn mạch 1 pha N ( 1)

Điện kháng phụ:

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1 ’:

IBI1 = (I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 ) IcbI = (2.I1 IOH).IcbI =( 2 1,553+0,709).0,477

IBI1 = 1,819 kA

IBI4 = 3 IOB IcbI = 3 0,848.0,477= 1,213 kA

Dòng qua các BI khác bằng không

2) Ngắn mạch phía 35 kV:

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

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

IBI1 = IBI3 = IN IcbI= 1,128.0,447 = 0,504 kA

I I I I IcbI = (I1 I2 IOH).IcbI = (0,577+ 0,577).0,477

IBI1 = 0.55 kA

IBI3 = 3 0,577 IcbIII = 1,731.2.406 = 4,165 kA

IBI4 = IBI2 = 0

IBI5 3.I0 IcbI= 3 0,577.0,477 = 0,826 kA

- Khi ngắn mạch tại điểm N 3 ’:

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1: Không có dòng qua BI

- Khi ngắn mạch tại điểm N 1 ’: IBI1 = IN IcbI= 4,949.0,477 = 2,144 kA

IBI1 =( I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 ) IcbI

IBI1  (2.I1  IOH 1 .I )OB cbI  (2.   1 .

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

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

N2

U1N

E

- Khi ngắn mạch tại điểm N 3:

IBI1 = IBI3 = IN IcbI = 0,973

Đổi sang đơn vị có tên: IBI1= IN IcbI=0,973.0,477=0.464 kA

IBI3= IN IcbIII=0,973.2,406=2,341kA

Bảng 2-2 Giá trị dòng điện qua các BI khi NM phía 22 kV

Bảng 2-3 Giá trị dòng điện qua các BI khi NM phía 35 kV Chế độ

Bảo vệ BI1 (kA) BI2 (kA) BI3 (kA) BI4(kA) BI5(kA) Điểm

BI5(kA)

Dòng cực đại

Phía 35 kV 1,11 3,489

Dòng cực tiểu

Phía 35 kV 0,726 1,88

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để lựa chọn được phương thức bảo vệ hợp lý, chúng ta cần phải phân tích những

dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đối tượng được bảo vệ, cụ thể là máy biến áp

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Những hư hỏng bên trong máy biến áp gồm:

- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đất (vỏ ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

-Ngắn mạch một pha trong hệ thống

-Quá tải

-Quá bão hòa mạch từ do điện áp tăng cao hoặc tần số giảm thấp

Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống

mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến

áp được giới thiệu trong bảng 3-1