Đồ án tốt nghiệp vu ha thanh

Trong thiết kế bảo vệ rơle, tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị s

1.2 THÔNG SỐ CHÍNH

1.2.1 HỆ THỐNG ĐIỆN: có trung tính nối đất

Trạm biến áp này được cung cấp điện từ hệ thống có công suất:

35kV 110kV

HT

1.2.3 MÁY BIẾN ÁP

Loại tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây

Có 3 cấp điện áp: 121/38,5/24 kV

Sơ đồ đấu dây: YN-d11-YN12

Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây:

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

2.1 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chạm nhau, pha chạm đất (hay chạm dây trung tính) Trong thiết kế bảo vệ rơle, tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp 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

 Dòng ngắn mạch cực đại qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệ thống điện có công suất ngắn mạch cực đại SNmax và trạm có một máy biến áp làm việc Trường hợp này ta dùng để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch và tính toán các thông

số cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh dự phòng

- Tính ngắn mạch tại 3 điểm N1, N2, N3

- Tính các dạng ngắn mạch N(3), N(1,1), N(1)

 Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệ thống điện có công suất ngắn mạch cực tiểu SNmin và trạm có hai máy biến áp làm việc song song Trường hợp này ta dùng để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ

- Tính ngắn mạch tại 3 điểm N1, N2, N3

- Tính các dạng ngắn mạch N(2), N(1,1), N(1)

 Một số giả thiết khi tính toán ngắn mạch

- Coi tần số không đổi khi ngắn mạch

- Bỏ qua hiện tượng bão hòa của mạch từ trong lõi thép của các phần tử

- Bỏ qua điện trở của các phần tử

- Bỏ qua ảnh hưởng của các phụ tải đối với dòng ngắn mạch Việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

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

cb N

cb N

S

X0Hmin= 1,25.X1Hmin= 1,25.0,0568= 0,071

 Đường dây D

1

100 0, 409.90 0, 2514

121

cb cb

1D 0.2514

X

C 0.1667

0.1349

X

T 0

X

C 0.1667

0.1349

X

1 0

0.1349

X

T 0

X

C 0.1667

0.1349

X

T 0

X

0D 0.5028

X

C 0.1667

0.1349

X

T 0

X

2D 0.2514

X

2Hmin

0.0568

X

1Hmax 0.0455

X

1D 0.2514

X

2D 0.2514

Phân bố dòng qua các BI:

-Điểm N1:không có dòng qua các BI

X X X

0 0

0B 0

0 0

0 max

( 0, 2401)

0, 7791 0,5028

0, 0568

2 2

HT

D HT

12,95950,3379

2 2

2 2

12,1151

Phân bố dòng điện thứ tự không

Dòng thứ tự không chạy qua phía 22kV của máy biến áp

2 2

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,3824.0,4771=0,5473kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,3465.2,4056 =9,7174kA

Dòng qua các BI khác bằng không

Điểm N2’:

1 1, 008

IBI  6kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,3824.0,4771=0,5473kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,3465.2,4056 =9,7174kA

0 max

( 0,1248)

0, 2629 0,5028

2 2

HT

D HT

I

X X

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,2629.0,4771=0,3763kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,92551,2806.2,4056 =6,6791kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,2629.0,4771=0,3763kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,92551,2806.2,4056 =6,6791kA Dòng qua các BI khác bằng không

Từ các kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1

2.3.2.Sơ đồ 2 (S Nmax , 2MBA)

Phân bố dòng qua các BI:

-Điểm N1:không có dòng qua các BI

X X X

Phân bố dòng điện thứ tự không

0N 0HT 0HT

-U -0,217

X 0,3082  

0N 0B 0B

0N

0HT 0HT

-U 0,1608

X 0,0834  Dòng thứ tự không qua cuộn dây phía cao của mỗi MBA

13,9285

Dòng qua các BI khác bằng không

-Điểm N3’ : 1

3,9285.I 0, 4771 0,9371 A

X X X

Các thành phần dòng điện và điện áp

1 1

Dòng thứ tự không chạy qua phía 22kV của MBA

0 0H

0HT

0,1667 0,3082+

X

2 2

0, 4089

I    

0 0BI1

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1681.0,4771=0,2405kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,144.2,4056 =8,256kA

Dòng qua các BI khác bằng 0

Điểm N2’

IBI1 =0,7324kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1681.0,4771=0,2405kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,144.2,4056 =8,256kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Dòng thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch

0N 0HT

0HT

0.1667 0,3082+

X

2 2

2 2BI1

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1047.0,4771=0,1499kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,7127.2,4056 =5,1436kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Điểm N2’:

Dòng qua BI1

IBI1 = 0,73kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1047.0,4771=0,1499kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,7127.2,4056 =5,1436kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Từ các kết quả trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2

2.4.3 Sơ đồ 3(SNmin,1MBA)

X

2D0.2514

Phân bố dòng qua các BI:

-Điểm N1:không có dòng qua các BI

X X X

0 0

0B 0

0 min

( 0, 2314)

0, 7178 0,5028

0, 071

2 2

HT

D HT

H

I

X X

Phân bố dòng điện thứ tự không

Dòng thứ tự không chạy qua phía 22kV của máy biến áp

2 2

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,3824.0,4771=0,5473kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,3465.2,4056 =9,7174kA Dòng qua các BI khác bằng không

Điểm N2’:

1 1, 008

IBI  6kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,3824.0,4771=0,5473kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,3465.2,4056 =9,7174kA Dòng qua các BI khác bằng không

0 min

( 0,1248)

0, 2629 0,5028

2 2

HT

D HT

I

X X

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,2688.0,4771=0,3847kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,2436.2,4056 =8,9748kA Dòng qua các BI khác bằng không

Điểm N2’:

1 1, 0085 A

BI

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,2688.0,4771=0,3847kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,2436.2,4056 =8,9748kA Dòng qua các BI khác bằng không

Từ các kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3

2.3.4.Sơ đồ 4 (S Nmin , 2MBA)

X

1D0.2514

X BI1

Phân bố dòng qua các BI:

-Điểm N1:không có dòng qua các BI

X X X

1N 2N 0N 0 0 3,1749.0, 0662 0, 2103

U U U  I  X  Phân bố dòng điện thứ tự không

0N 0HT 0HT

-U -0,2103

X 0,3224  

0N 0B 0B

0N

0HT 0HT

-U 0,1536

X 0,0834  Dòng thứ tự không qua cuộn dây phía cao của mỗi MBA

0 0C

3, 2576.I 1, 4996 2, 4425 A

(1,1) 2 0

0,3333.0, 0578

0, 04930,3333 0, 0578

X X X

Dòng thứ tự không chạy qua phía 22kV của MBA

0 0H

0HT

0,1667 0,3224+

X

2 2

2, 6137

2 2BI1

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1587.0,4771=0,2272kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,1136.2,4056 =8,0366kA

Dòng qua các BI khác bằng 0

Điểm N2’

IBI1 =0,7076kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,1587.0,4771=0,2272kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.1,1136.2,4056 =8,0366kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Dòng thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch

0N 0HT

0HT

0.1667 0,3224+

X

2 2

1 1BI1

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,0984.0,4771=0,1408kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,6902.2,4056 =4,981kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Điểm N2’:

Dòng qua BI1

IBI1 = 0,7055kA

IBI4= 3.I0C.Icb1= 3.0,0984.0,4771=0,1408kA

IBI5= 3.I0H.Icb3= 3.0,6902.2,4056 =4,981kA Dòng qua các BI khác bằng 0

Từ các kết quả trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 4

CHƯƠNG III 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 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 MBA

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp (MBA) có thể phân ra thành 2 nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Những hư hỏng bên trong MBA 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 dò dầu

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

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống

- Quá tải

- Quá bão hòa mạch từ Tùy theo công suất của MBA, vị trí vai trò của MBA trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho MBA Những loại bảo vệ thường dùng

để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của MBA:

 Ngắn mạch một pha chạm đất hoặc nhiều pha chạm đất

- Quá dòng điện hoặc hình ảnh nhiệt

 Quá bão hòa mạch từ

- Chống quá bão hòa

3.2 CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP

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

 Tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho các thiết bị làm việc đúng và chắc chắn

Phân loại:

+ Độ tin cậy tác động: đảm bảo cho bảo vệ làm việc đúng

+ Độ tin cậy không tác động: đảm bảo cho bảo vệ không làm việc sai (không tác động nhầm khi bảo vệ không thuộc phạm vi hoạt động của nó)

 Chọn lọc

Là tính năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ Phân loại:

 Chọn lọc tuyệt đối: Các bảo vệ làm nhiệm vụ chính cho các phần tử bảo vệ

 Chọn lọc tương đối: Các bảo vệ ngoài làm nhiệm vụ bảo vệ chính còn làm nhiệm

vụ dự phòng cho các phần tử lân cận Để thực hiện được nhiệm vụ này thì thời gian của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau

 Tác động nhanh

Phát hiện và loại trừ nhanh sự cố của hệ thống càng nhanh càng tốt, khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc đòi hỏi thiết phải sử dụng các hệ thống bảo vệ làm việc tin cậy và đắt tiền

Rơle gọi là tác động nhanh nếu tRL ≤ 50 ms, các rơle thông thường từ 60 ÷ 100 ms

 Độ nhạy

Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của hệ thống bảo vệ:

Kn = Đại lượng vật lý đi qua bảo vệ khi bị sự cố

Bảo vệ dự phòng có Kn = 1,2 ÷ 1,5, bảo vệ chính thường có Kn = 1,5 ÷ 2 Độ nhạy của

hệ thống bảo vệ phụ thuộc vào những yếu tố sau:

 Kinh tế

- Đối các phần tử điện áp cao và siêu cao áp thì chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle chiếm khoảng 1 ÷ 2% tổng giá trị công trình do đó giá cả về tiền không quyết định đến việc lựa chọn chủng loại rơle bảo vệ bởi hệ thống này đảm bảo bốn yêu cầu về kĩ thuật

- Đối với lưới phân phối do phần tử nhiều, hơn nữa yêu cầu của hệ thống bảo vệ thường không cao bằng các thiết bị bảo vệ cao áp và siêu cao áp do đó khi thiết

kế ta phải cân nhắc các chi phí kinh tế sao cho vừa đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và có chi phí nhỏ nhất

3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2

1) Bảo vệ so lệch dòng điện:∆I (BVSL)

a Nhiệm vụ

BVSL được dùng làm bảo vệ chính cho MBA chống lại sự cố giữa các pha Bảo

vệ sẽ tác động khi xảy ra ngắn mạch trong phạm vi bảo vệ và đi cắt ngay tất cả các máy cắt

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc tác động: là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh biên độ của dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ Nếu biên độ của dòng điện vượt quá giá trị cho trước thì bảo vệ sẽ tác động

Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí của hai tổ máy biến dòng điện ở đầu và cuối của phần tử được bảo vệ từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh (thể hiện ở hình 3.1)

T2 I



T2 I



T1 I



T2 I

 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ : I.T1I.T2I.T3 0 Rơ le sẽ tác động

 Trường hợp trên ta bỏ qua dòng từ hoá trong máy biến áp Thực tế luôn tồn tại dòng từ hoá khi máy biến áp làm việc không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài Đồng thời do sai số của biến dòng nên tồn tại dòng điện không cân bằng

1 2 3 0

I I I I nên rơ le sẽ tác động sai Để khắc phục người ta sử dụng BVSL có hãm

H n 3.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBA 3 cuộn dây

T T

H I I



3 T

.

I





Bảo vệ so lệch làm chức năng bảo vệ chính dùng để cắt nhanh máy biến áp khi có sự

cố ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ, nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

Chỉnh định chắc chắn khỏi dòng điện không cân bằng khi đóng máy biến áp không tải, khi cắt ngắn mạch ngoài và dòng điện từ hóa tăng cao khi có quá điện áp

Đảm bảo độ nhạy cao với các dạng ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ

2) Bảo vệ so lệc dòng điện thứ tự không: ∆I 0 (Bảo vệ chống chạm đất hạn chế:

REF)

a Nhiệm vụ

Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không dùng để bảo vệ chống sự cố chạm đất trong máy biến áp có điểm trung tính trực tiếp nối đất Nó cũng có thể sử dụng để bảo vệ cho máy biến áp có trung tính cách điện hay máy biến áp có cuộn dây nối tam giác khi đó phải sử dụng trung tính nhân tạo

b Nguyên tắc hoạt động

Sơ đồ nguyên lý :

H n 3.3: Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây

Vùng bảo vệ được xác định trong phạm vi các biến dòng ở điểm trung tính và các biến dòng ở các pha

Trong điều kiện làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ta có:

0 0

.

I I 3

IĐ- dòng điện chạy qua dây trung tính máy biến áp

Nếu bỏ qua sai số của máy biến dòng, ta có dòng điện chạy qua R bằng không và điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng không

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ toàn bộ dòng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động

3) Bảo vệ bằng rơle k í (BUCHHOLZ)

Rơle hơi được áp dụng cho các máy biến áp có công suất trung bình và lớn với kiểu máy có thùng giãn nở dầu Rơle hơi được lắp trên đoạn ống liên thông dầu từ thùng chính máy biến áp đến thùng giãn nở dầu của máy theo một chiều nhất định của đầu mũi tên trên rơle hơi phải chỉ về phía thùng giãn nở (cùng với chiều dòng chảy của dầu từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở dầu khi có sự cố trong máy biến áp) Đoạn ống liên thông dầu có độ nâng cao về phía thùng giãn nở với góc nghiêng (so với mặt phẳng ngang) khoảng 1 10 0 Đoạn ống liên thông không được có góc, phần cong của ống có bán kính càng lớn càng tốt

Những hư hỏng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động Các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 5MVA được bảo vệ bằng rơle khí có hai cấp tác động: cấp 1 báo tín hiệu, cấp 2 cắt các máy cắt nối với máy biến

áp

Rơle khí với 2 cấp tác động gồm hai phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh con

có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ Trong chế độ làm việc bình thường, trong bình

rơ le đầy dầu, tiếp diểm rơle ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn vì dầu nóng

do quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch bên trong thùng dầu), luồng dầu vận chuyển từ thùng lên bình giãn dầu xô phao số 2 xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp Rơle khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle giảm thấp do dầu bị rò rỉ hoặc thùng biến áp bị thủng

Một van thử được lắp trên rơle: Khi thử nghiệm rơle, lắp máy bơm không khí nén vào đầu van thử Mở khóa van, không khí nén bên trong rơle cho đến khi phao hạ xuống đóng tiếp điểm

Một nút nhấn thử để kiểm tra sự làm việc của 2 phao Khi nhấn nút thử đến nửa hành trình, sẽ tác động cơ khí cho phao trên hạ xuống (lúc này cả 2 phao đang nâng lên vì rơle chứa đầy dầu) đóng tiếp điểm báo hiệu (cấp 1) của phao trên Tiếp tục nhấn nút thử đến cuối hành trình, sẽ tác động cơ khí cho phao dưới cũng bị hạ xuống (do phao trên đã

hạ xuống rồi) đóng tiếp điểm mở máy cắt (cấp 2) của phao dưới

Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra người ta có thể xác định được tính chất và mức độ sự cố Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra

nhằm phục vụ cho việc phân tích sự cố Rơle hơi tác động chậm thời gian làm việc tối thiểu là 0,1s; trung bình là 0,2s

Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống lại tất cả các sự cố bên trong thùng dầu máy biến áp, tuy nhiên kinh nghiệm vận hành cũng phát hiện một số trường hợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên máy biến áp (như động đất, các vụ nổ gần nơi đặt máy biến áp …)

Hình 3.4: Vị trí rơle k í

Đối với máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặt trong thùng dầu riêng và người ta dùng 1 bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải

4) Bảo vệ chống quá tải: I ≥

Có chức năng báo tín hiệu quá tải máy biến áp Dùng bảo vệ quá dòng điện Ở máy biến áp hai dây quấn bảo vệ được bố trí phía nguồn, máy biến áp ba dây quấn bảo vệ quá tải có thể bố trí ở hai hoặc cả ba dây quấn Bảo vệ quá tải chỉ bố trí ở một pha và đi báo tín hiệu sau một thời gian định trước