Đồ án môn học bảo vệ rơle thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho đường dây

Tính toán thông số của đường dây trong các chế độ.Theo sơ đồ cho trước ta có sơ đồ phân bố công suất của mạng như sau: Hình 1.2: Sơ đồ phân bố dòng điện Trường hợp mạng làm việc ở các ch

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠLE

TÊN ĐỀ TÀITHIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE CHO ĐƯỜNG DÂY

Trang 2

Đồ án môn học: Bảo Vệ Rơle

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRONG

CÁC CHẾ ĐỘ 3

1.1 Giới thiệu đường dây được bảo vệ 3

1.2 Tính toán thông số của đường dây trong các chế độ 4

1.2.1 Chế độ cực đại 5

1.2.2 Chế độ cực tiểu 5

1.2.3 Trường hợp ở chế độ sự cố (đứt dây l1) 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 8

2.1 Xác định các loại bảo vệ role cần thiết để bảo vệ cho đường dây và thanh góp 8

2.1.1 Yêu cầu với các thiết bị bảo vệ role 8

2.1.2 Giới thiệu nguyên tắc thực hiện của bảo vệ 8

2.2 Đề xuất phương thức bảo vệ cho đường dây 13

2.2.1 Sơ đồ phương thức và phạm vi bảo vệ của từng loại 14

2.2.2 Nhiệm vụ của các loại bảo vệ 14

2.2.3 Xác định hệ thống bảo vệ cho thanh cái 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA BẢO VỆ 15

3.1 Tính toán ngắn mạch 15

3.1.1 Sơ đồ vị trí các điểm ngắn mạch 15

3.1.2 Trường hợp ngắn mạch 3 pha 15

3.1.5 Trường hợp ngắn mạch 2 pha đồng thời chạm đất 24

3.2 Chọn kiểm tra các thiết bị đóng cắt 26

3.2.1 Chọn và kiểm tra máy cắt 26

3.2.2 Chọn và kiểm tra dao cách li 27

3.2.3 Chọn và kiểm tra thanh góp 27

3.3 Chọn kiểm tra máy biến dòng điện (CT) và máy biến điện áp (VT) 28

3.3.1 Chọn máy biến dòng điện CT 28

3.3.2 Chọn máy biến điện áp VT 33

Trang 3

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA

BẢO VỆ 35

4.1 Tính toán cho bảo vệ quá dòng điện (50/51/50N/51N) 35

4.1.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) 35

4.1.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian trễ (51) 36

4.1.3 Bảo vệ quá dòng chạm đất (50N/51N) 37

4.1.4 Phối hợp đặc tính thời gian tác động giữa BV5 và BV6 37

4.2 Tính toán cho bảo vệ khoảng cách (21) 39

4.2.1 Xác định tổng trở khởi động của bảo vệ và rơle phản ánh ngắn mạch pha – pha 39

4.2.2 Tính tổng trở pha đất 42

4.2.3 Phạm vi bảo vệ 44

4.2.4 Phối hợp đặc tính thời gian giữa BVKC đặt tại 1, 2, 3 và 4 46

4.2.5 Phối hợp đặc tính thời gian tác động giữa BVKC và BVQD 47

CHƯƠNG 5 CÀI ĐẶT CHO ROLE 49

5.1 7SJ511 cho bảo vệ quá dòng điện 49

5.1.1 Lập trình phạm vi chức năng 50

5.1.2 Thiết lập các thông số chức năng 50

5.2 7SA513 dùng cho bảo vệ khoảng cách 52

Nguyễn Đỗ Dũng – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

Trang 4

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY

TRONG CÁC CHẾ ĐỘ

1.1 Giới thiệu đường dây được bảo vệ

Đường dây phân phối 110kV là đạng mạch hở có tổng chiều dài 235km, nguồn

từ hệ thống cấp điện cho các phị tải phía sau, bao gồm các đoạn đường dây AB BC CD.Đoạn đường dây AB sử dụng đường dây kép Các đoạn BC CD là đường dây đơn

Sơ đồ và thông số kỹ thuật đường dây:

Hình 1.1: Sơ đồ mạng điện Bảng 1.1: Thông số nguồn điện

Bảng 1.3: Thông số đường dây (với tổng trở thứ tự không: Z 0 = 2.5xZ 1 )

Đoạn Loại dây Chiều dài(km) r 0

0

(/km)km) X ()

Trang 5

1.2 Tính toán thông số của đường dây trong các chế độ.

Theo sơ đồ cho trước ta có sơ đồ phân bố công suất của mạng như sau:

Hình 1.2: Sơ đồ phân bố dòng điện

Trường hợp mạng làm việc ở các chế độ

Trang 6

Trang 7

Công suất (MVA) Dòng điện (A) Công suất (MVA) Dòng điện (A)

Trang 8

AB 1 (l 1 )

Trang 9

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG

2.1 Xác định các loại bảo vệ role cần thiết để bảo vệ cho đường dây và thanh góp.2.1.1 Yêu cầu với các thiết bị bảo vệ role

a Tính tin cậy

Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống bảo vệ rơle sẽtác động đúng Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việcđúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽkhông làm việc sai Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làmviệc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đãđược qui định

và toàn bộ HTĐ

d Độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượngvật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó

2.1.2 Giới thiệu nguyên tắc thực hiện của bảo vệ

a Bảo vệ cắt nhanh (50)

Yêu cầu

- Cắt tức thời đối tượng bị sự cố ra khỏi mạng điện khi dòng điện ngắn

mạch lớn xẩy ra ở cuối vùng bảo vệ

- Tác động với nhiều loại sự cố nhất có thể, nhưng phải chọn lọc

- Không làm việc với sự cố cuối vùng bảo vệ,

Nguyên tắc tác động

- Đo lường dòng điện dư ở đầu đối tượng bảo vệ,

Trang 10

Đặc điểm

- Làm việc khi dòng điện đi qua chỗ đặt bảo vệ lớn hơn dòng đặt trước,

- Chỉ bảo vệ được 1 phần của đối tượng,

- Thời gian làm việc là cố định (nhỏ hơn 0,1 giây)

- L là chiều dài được bảo vệ (%),

- k z=Z HT/Z L tỉ số giữa tổng trở hệ thống với tổng trở đối tượng được bảo vệ

Trang 11

Phạm vi ứng dụng

- Tổng trở nguồn nhỏ hơn tổng trở của đối tượng bảo vệ (ZHT < ZL),

- Bảo vệ cho đường dây có bù điện dung ở cuối,

- Bảo vệ cho đường dây thỏa mãn điều kiện:

IN2max> (1,1÷1,3).IN1max với IN2max, IN1max là dòng điện cực đại tại cuối và đầu đường dây

b Bảo vệ quá dòng trễ thời gian (51)

Yêu cầu

- Cắt đối tượng bị sự cố ra khỏi mạng điện sau một khoảng thời gian trễ

- Tác động với nhiều loại sự cố nhất có thể, nhưng phải chọn lọc

- Không làm việc với dòng điện khởi động của tải, quá dòng cho phép, dòng xung…

Nguyên tắc tác động

- Làm việc khi dòng điện đi qua chỗ đặt bảo vệ lớn hơn dòng đặt trước,

Đặc điểm

- Tác động với dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng tải cực đại,

- Thường được phối hợp với bảo vệ quá dòng lân cận và cầu chì

Dòng điện khởi động I kđ:

I kđ=I S=k dt × I max

Trong đó:

Ikđ, IS là dòng điện khởi động và dòng điện đặt cho rơ le,

Imax dòng điện tải lớn nhất trong điều kiện bình thường,

kdt = 1,5 - 4,0 là hệ số dự trữ ứng với 150% và 400% dòng điện đầy tải

Trường hợp chung đặt kdt = 2,0 (200% dòng tải lớn nhất)

Trang 12

Trong thực tế, kdt lựa chọn phù hợp với đặc tính của đối tượng bảo vệ như động cơ,máy biến áp hay phụ tải tổng hợp để chọn dòng khởi động của bảo vệ phải thỏa mãnmột số yêu cầu sau:

- Không được làm việc với dòng điện từ hóa khởi động của máy biến áp và động cơ,

- Không được làm việc với dòng khởi động nguội của phụ tải (cold pickup load),

- Xét đến sự phối hợp với cầu chì và các bảo vệ quá dòng phía sau

Trang 13

k = (0,8÷0,9) là hệ số an toàn kể đến sai số của CT và VT.

ZkđR = Zkđ.CTR/VCT; Trong đó: CTR, VTR là tỉ số biến đổi của CT và VT

Nếu kể tới điện trở của hồ quang ở chỗ ngắn mạch với điện trở Rhq (A.R Van C.Warrington):

R hq=28710 L hq

I1.4

Trong đó:

Lhq là chiều dài của hồ quang (m),

I là dòng điện ngắn mạch pha-pha (A)

Một số ưu điểm của bảo vệ quá dòng

Vùng bảo vệ được cố định và lớn hơn bảo vệ quá dòng cắt nhanh,

Độ nhậy cao hơn,

Tính toán, cài đặt và phối hợp đơn giản hơn,

Không phụ thuộc vào chế độ tải, tương đối ổn định với sự thay đổi của HT

Trang 14

Nếu kể tới điện trở của hồ quang ở chỗ ngắn mạch với điện trở Rhq:

R hq=28710 L hq

I1.4

Trong đó:

Lhq là chiều dài của hồ quang (m),

I là dòng điện ngắn mạch pha-pha (A)

2.2 Đề xuất phương thức bảo vệ cho đường dây

- Phân đoạn L1 L2 ta trang bị bảo vệ khoảng cách 3 cấp có hướng

- Phân đoạn L3 L4 có một nguồn cung cấp ta trang bị bảo vệ quá dòng 3 cấp

Cấp 1: bảo vệ cắt nhanh không duy trì thời gian

Cấp 2: bảo vệ cắt nhanh có duy trì thời gian

Cấp 3: Bảo vệ quá dòng cực đại

Trang 15

50/51 50N/51N

2.2.1 Sơ đồ phương thức và phạm vi bảo vệ của từng loại

Hình 2: Sơ đồ phương thức bảo vệ

2.2.2 Nhiệm vụ của các loại bảo vệ

Bảo vệ 21: Bảo vệ khoảng cách, bảo vệ cho các đoạn AB, BA

Bảo vệ 50: Bảo vệ quá dòng tức thời (cắt nhanh), bảo vệ cho đoạn BC, CD

Bảo vệ 51: Bảo vệ quá dòng thời gian ngược (cực đại), bảo vệ cho đoạn BC, CDBảo vệ 50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh chạm đất, bảo vệ cho đoạn BC, CD

Bảo vệ 51N: Bảo vệ quá dòng chạm đất thời gian xác định, bảo vệ cho đoạn BC,CD

2.2.3 Xác định hệ thống bảo vệ cho thanh cái

Đặt bảo vệ riêng cho từng thanh cái nhằm

- Đảm bảo cắt có chọn lọc

- Đảm bảo yêu cầu tác động nhanh để giữ ổn định hệ thống

Để bảo vệ cho thanh cái ta có thể dùng các loại bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ dòngđiện có hướng, bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch

Trang 16

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ

Trang 17

N3 Z33

Hình 3.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Trang 18

N4 Z34

I34

N5 Z53

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Hình 3.6: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Từ số liệu tính toán trên ta có bảng số liệu:

Với dòng ngắn mạch xung kích để kiểm tra ổn định động của thiết bị là:

Chọn kxk=1.8 => i xk=√2 k xk I¿

Bảng 3.1: Thông số dòng ngắn mạch 3 pha

Trang 20

Trang 22

Từ số liệu tính toán trên ta có bảng số liệu:

Ngắn mạch 2 pha là dạng ngắn mạch không đối xứng

Dòng ngắn mạch không đối xứng xác định theo công thức:

Trang 23

Dòng ngắn mạch 2 pha trên đoạn L1:

Trang 24

Từ công thức trên ta có bảng số liệu sau:

3.1.5 Trường hợp ngắn mạch 2 pha đồng thời chạm đất

Ta có công thức tính dòng ngắn mạch 2 pha đồng thời chạm đất:

Trang 25

Dòng ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đoạn L1:

Trang 26

3.2 Chọn kiểm tra các thiết bị đóng cắt

3.2.1 Chọn và kiểm tra máy cắt

Máy cắt dùng trọng mạng điện cao cấp để đóng cắt dòng ngắn mạch Máy cắt là thiết bị làm việc tin cậy nhưng giá thành cao nên chỉ dùng ở những nơi quan trọng

Bảng 3.5: Điều kiện chọn máy cắt

Điện áp định mức (kV) U đmMC ≥U đm mạng

Dòng ổn định nhiệt I nh2 t nh ≥ B N

Dòng ổn định động i max ≥ i XK, I cắt ≥ I¿

Trang 27

Dựa vào điều kiện trên kết hợp tra phụ lục ∨ trang 231- Giáo trình “Thiết kế nhàmáy điện và trạm biến áp” Nguyễn Hữu Khái ta chọn các máy cắt có thông số như sau:

Chọn máy cắt cho đường dây cùng loại

Bảng 3.6: Máy cắt được chọn có thông số

i lđđ=102 (kA )>i(1)xkN 5=7.6215(kA)

Vậy máy cắt được chọn

3.2.2 Chọn và kiểm tra dao cách li

Dao cách ly làm nhiệm vụ cách ly các bộ phận hoặc các thiết bị cần sửa chữa ra khỏi mạng điện có điện áp để tiến hành sửa chữa, bảo dưỡng

Chọn dao cách ly cùng loại theo điều kiện sau:

Bảng 3.7: Điều kiện chọn dao cách ly

Điều kiện chọn dao cách ly So sánh

Trang 28

3.2.3 Chọn và kiểm tra thanh góp

Thanh cái là phần tử cơ bản của thiết bị phân phối, là nút của lưới điện, làm nhiệm vụ thu nhận và phân phối năng lượng giữa nguồn và phụ tải

I cp ≥ I lvmax

Thanh góp N1: I tc 1=I lvmax L1+I lvmax L2=0.4232(kA )

Thanh góp N2: I tc 1=I lvmax L1+I lvmax L2=0.4232(kA )

Thanh góp N3: I tc 3=I lvmax L3=0.4232(kA)

Thanh góp N4: I tc 4=I lvmaxL 4=0.2116(kA)

Thanh cái được sử dụng là thanh dẫn bằng đông tròn (được sơn-ngoài trời) – Bảng 7.3 “Sổ tay lữa chọn và tra cứu thiết bị điện 0.4-500kV” ta chọn thanh cái có thông số như sau

Bảng 3.9: Thanh cái được chọn có thông số

(mm)

Tiết diện(mm2)

Khối lượng(kg/m) Vật liệu

Dòng chophép (A)

3.3 Chọn kiểm tra máy biến dòng điện (CT) và máy biến điện áp (VT)

3.3.1 Chọn máy biến dòng điện CT

Vị trí đặt các CT

Hình 3.7: Vị trí đặt các CT

Trang 29

Bảng 3.10: Dòng điện làm việc ở chế độ cực đại như sau:

Đường dây Chế độ làm việc bình thường (max)

Công suất (MVA) Dòng điện (A)

Dòng điện định mức thứ cấp CT là 5A nên chọn CT loại C tương ứng đường

B-2 trên đặc tính và có thông số trong bảng kèm theo

Trang 30

Đối với ngắn mạch 3 pha: ZS = RS+ RL+ ZR = 0.3+ 0.5+ 0.012 = 0.812 ()

Đối với ngắn mạch 1 pha: ZS = RS+ 2RL+ ZR = 0.3+ 2x0.5+ 0.012 = 1.312 ()

Hiệu chỉnh Zs với giả thiết nhiệt độ tăng tới 40 oC tương ứng với hệ số hiệu chỉnh là 1.13

=> Đối với ngắn mạch 3 pha:

Z ' S=1.13 × 0.812=0.9176()

Điện áp phía thứ cấp CT khi ngắn mạch lớn nhất (I¿¿N 4(3)

)¿ trên thanh cái D:

U S=I S Z ' S=0.7902× 1000

Trang 31

Trang 32

Chọn CT có tỷ số biến

n CT=300

Tổng trở tải phía thứ cấp CT là RS=0.2 ()

Z ' S=1.13 × 0.712=0.8046()

Trang 33

Điện áp phía thứ cấp CT khi ngắn mạch lớn nhất (I¿¿N 1(1)

)¿ trên thanh cái A:

- 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 phảilớn hơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBUSmax

Trang 34

Trang 35

Trang 36

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA KHẢ NĂNG LÀM VIỆC

4.1 Tính toán cho bảo vệ quá dòng điện (50/51/50N/51N)

4.1.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)

Trang 37

: là dòng điện khởi động và dòng điện đặt cho role

I max: dòng điện làm việc lớn nhất trong điều kiện làm việc bình thường

k dt: là hệ số dự trữ ứng với 150-400% dòng điện đầy tải Trường hợp chung đặt

Trang 38

Dòng điện khởi động của rơle 1:

4.1.4 Phối hợp đặc tính thời gian tác động giữa BV5 và BV6

1: Sử dụng đường đặc tính dốc chuẩn IS cho role

Trang 40

4.2.1 Xác định tổng trở khởi động của bảo vệ và rơle phản ánh ngắn mạch pha – pha

Bảng 4.2: Thông số đường dây

Vùng 1 của bảo vệ yêu cầu phủ được 80-90% chiều dài đường dây được bảo vệ

Giá trị khởi động vùng 1 của bảo vệ:

Trang 41

Vùng 2 của bảo vệ yêu cầu:

Phủ đoạn còn lại của đường dây

Bao chùm một phần (≤ 50 % ) chiều dài đường dây kế tiếp

Trang 42

Phủ đoạn còn lại của đường dây

Bao chùm một phần (≤ 50 % ) chiều dài đường dây kế tiếp

Phủ đoạn còn lại của đường dây và thêm 20% tổng trở đoạn đường dây này

Z BV 2 II =1.2 × ZAB 1=12.6720+38.4960i (Ω)

Giá trị khởi động role:

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	2,02 MB