Xây dựng chương trình tính toán thiết kế bảo vệ rơle cho phần tử hệ thống điện

Tính toán lựa chọn tỷ số biến dòng, biến áp kết hợp với thông số máy biến áp và thông số ngắn mạch để tính toán các giá trị đặt cho các chức năng bảo vệ, cũng như kiểm tra độ nhạy, độ an

NGUYỄN HÀO NHÁN

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

THIẾT KẾT BẢO VỆ RƠ LE CHO

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

PGS - TS Nguyễn Hoàng Việt

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

Ngày ……tháng…….năm 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN HÀO NHÁN Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: //1979 Nơi sinh: Sóc Trăng Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV: 09180071

I. TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE CHO PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1. Nhiệm vụ: Xây dựng chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp

2. Nội dung: Xây dựng được chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp hai, ba cuộn day, máy biến áp tự ngẫu Tính toán lựa chọn tỷ số biến dòng, biến áp kết hợp với thông số máy biến áp và thông số ngắn mạch để tính toán các giá trị đặt cho các chức năng bảo vệ, cũng như kiểm tra độ nhạy, độ an toàn của các chức năng Tạo ngân hàng rơ le và tập hợp các tiêu chuẩn bảo vệ làm tài liệu tham khảo cho người thiết kế

(Học hàm, học vị, họ tên, chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH

PGS - TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2011

TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

L Ờ I C Ả M Ơ N

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Nguyễn Hoàng Việt, người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô đã giảng dạy, truyền đạt tri thức khoa học và giúp em trưởng thành trong suốt quá trình theo học cao học

Con vô cùng biết ơn Ba Mẹ và gia đình nuôi con khôn lớn, luôn

là chỗ dựa vững chắc về vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện để con được học tập, trưởng thành cho đến ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn các Anh Chị, bạn bè cùng lớp Thiết bị, mạng và nhà máy điện khoá 2009 đã giúp đỡ trong quá trình học tập cũng như trong cuộc sống

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2011

Nguyễn Hào Nhán

TÓM T Ắ T

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và các chế độ làm việc không bình thường của các phần tử Các sự cố thường kèm theo quá dòng, giảm áp và thay đổi tần số nếu trình trạng này kéo dài sẽ làm ảnh hưởng đến các phụ tải, hư hỏng thiết bị, mất ổn định hệ thống Do đó, loại bỏ các sự cố này

ra khỏi hệ thống điện càng nhanh càng tốt, sẽ giảm được mức độ thiệt hại, duy trì làm việc bình thường của hệ thống Vì vậy, bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện đóng vai trò cực kỳ quan trong để đảm bảo sự ổn định của hệ thống Muốn vậy chúng ta phải thiết kế hệ thống bảo vệ làm việc chắc chắn và tin cậy, tuy nhiên điều này đòi hỏi người thiết kế tốn rất nhiều thời gian và công sức để tính toán một cách

tỷ mỉ và chính xác cho các chức năng bảo vệ Đề tài Xây dựng chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho phần tử trong hệ thống điện không nằm ngoài mục đích đó Trong giới hạn của luận văn này sẽ xây dựng chương trình tính toán bảo vệ cho máy biến áp Chương trình được xây dựng trên ngôn ngữ lập trình C#, tính toán bảo vệ cho máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây và tự ngẫu Chương trình có thể tính toán để chọn tỷ số biến dòng, biến áp, tính giá trị đặt khởi động cho rơ le và độ nhạy cho các chức năng bảo vệ, liệt kê các rơ le tương ứng có thể bảo vệ được cho phần

tử để người thiết kế tham khảo Ngoài ra chương trình cũng tập hợp được một ngân hàng rơ le số, bảo vệ cho tất cả các phần tử trong hệ thống điện như: máy phát, máy biến áp, thanh cái, đường dây, động cơ … của các hãng sản xuất rơ le trên thế giới như ABB, ALSTOM, GE, SEL, SIEMEN, NARI, TOSHIBA…làm tập liệu tham khảo quý giá cho những người thiết kế bảo vệ rơ le, sinh viên chuyên ngành điện, giáo viên và cho tất cả những người làm việc có liên qua đến rơ le số

ABSTRACT

M Ụ C L Ụ C

Trang

MỞĐẦU 23

1.Đặt vấn đề 23

2.Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ 23

3.Đối tượng nghiên cứu 23

4.Ý nghĩa thực tiễn 24

5 Điểm mới của đề tài 24

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……….…… 25

1.1 Tổng quan về bảo vệ rơ le 25

1.2 Bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện 26

1.3 Rơ le bảo vệ 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 29

2.1 Cơ sở ban đầu xây dựng chương trình .29

2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng chương trình 30

2.2.1 Các sơ đồ mẫu bảo vệ máy biến áp .30

2.2.1.1 Bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 31

2.2.1.2 Bảo vệ máy biến áp tự ngẫu .33

2.2.1.3 Bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 34

2.2.2 Thông số máy biến áp .23

2.2.2.1 Tính toán lựa chọn biến dòng 36

2.2.2.2 Tính toán lựa chọn biến áp .36

2.2.3 Tính toán ngắn mạch 36

2.3 Tính toán các chức năng bảo vệ cho máy biến áp .39

2.3.1 Tính toán các chức năng bảo vệ cho máy biến áp 39

2.3.2.1 Chức năng 50 – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh .39

2.3.2.2 Chức năng 50N – Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 40

2.3.2.3 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc 40

2.3.2.4 Chức năng 51N - Bảo vệ quá dòng thứ tự không 42

2.3.2.5 Chức năng 46 - Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch (TTN) 43

2.3.2.6 Chức năng 49 - Bảo vệ quá tải nhiệt .43

2.3.2.7 Chức năng 87T – Bảo vệ so lệch dòng điện 43

2.3.2.8 Chức năng 59N – Bảo vệ quá áp thứ tự không 47

2.3.2.9 Chức năng 87N– Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không 48

2.4 Các bước tiến hành xây dựng chương trình .50

CHƯƠNG 3.CƠ SỞ DỮ LIỆU RƠ LE SỐ BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 52

3.1 Giới thiệu rơ le số 52

3.1.1 Tổng quan 52

3.1.2 Cấu tạo và hoạt động của rơ le số .52

3.2 Tổng hợp rơ le số của các hãng sản xuất rơ le phổ biến trên thế giới 56

3.3 Giới thiệu rơ le số bảo vệ máy biến áp .57

3.3.1 Rơ le ABB .57

3.3.2 Rơ le ALSTOM 62

3.3.3 Rơ le GE (General Electric) 65

3.3.4 Rơ le SEL 67

3.3.5 Rơ le SIEMENS 71

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

4.1 Xây dựng chương trình 75

4.1.1 Các yêu cầu xây dựng chương trình .75

4.1.2 Xây dựng giao diện cho chương trình .75

4.1.2.1 Xây dụng menu chính cho chương trình 75

4.1.2.2 Xây dựng giao diện cho các sơ đồ bảo vệ máy biến áp .80

4.1.3 Lập trình tính toán các chức năng bảo vệ 88

4.1.3.1 Tính dòng định mức và chọn tỷ số biến dòng, biến áp 88

4.1.3.2 Lập trình tính chức năng 50 – bảo vệ quá dòng cắt nhanh 88

4.1.3.3 Lập trình tính Chức năng 50N – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không .89

4.1.3.4 Lập trình tính Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc 89

4.1.3.5 Lập trình tính chức năng 51N - Bảo vệ quá dòng thứ tự không.90 4.1.3.6 Lập trình tính chức năng 46 - Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch 91

4.1.3.7 Lập trình tính chức năng 49 - Bảo vệ quá tải nhiệt .91

4.1.3.8 Lập trình tính chức năng 87T – Bảo vệ so lệch dòng điện 91

4.1.3.9 Lập trình tính chức năng 59N – Bảo vệ quá áp thứ tự không 93

4.2 Giới thiệu chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp .94

4.2.1 Hướng dẫn sơ lượt về chương trình .94

4.2.1.1 Hướng dẫn sử dụng menu 95

4.2.1.2 Phần chính của chương trình 98

4.3 Hướng dẫn và áp dụng chương trình tính toán cụ thể .98

4.3.1 Hướng dẫn và áp dụng chương trình tính toán bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây .98

4.3.1.1 Thông số ban đầu 98

4.3.1.2 Nhập thông số đầu vào cho chương trình 101

4.3.1.3 Xem kết quả tính toán .104

4.3.2 Hướng dẫn và áp dụng tính toán máy biến áp tự ngẫu 109

4.3.2.1 Thông số ban đầu 109

4.3.2.2 Nhập thông số vào chương trình .113

4.3.2.3 Kết quả tính toán của chương trình 115

4.3.3 Hướng dẫn và áp dụng tính toán bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 127

4.3.3.1 Thông số ban đầu 127

4.3.3.2 Nhập thông số vào chương trình .129

4.3.3.3 Kết quả tính toán .130

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 140

5.1 Kết quả đạt được 140

5.2 Hướng phát triển của đề tài 140

Phụ Lục A RƠ LE BẢO VỆ MÁY PHÁT - THANH CÁI - ĐƯỜNG DÂY 141

A.1 Rơ le bảo vệ máy phát điện .141

A.1.1 Rơ le ABB 141

A.1.2 Rơ le ALSTOM 147

A.1.3 Rơ le GE 148

A.1.4 Rơ le SEL 149

A.1.5 Rơ le SIEMENS 153

A.2 Rơ le bảo vệ thanh cái .154

A.2.1 Rơ le ABB 154

A.2.2 Rơ le ALSTOM 156

A.2.3 Rơ le GE 157

A.2.4 Rơ le SEL 159

A.2.5 Rơ le SIEMENS 160

A.3 Bảo vệ đường dây truyền tải .161

A.3.1 Rơ le ABB 161

A.3.2 Rơ le ALSTOM 163

A.3.3 Rơ le GE 166

A.3.4 Rơ le SEL 174

A.3.5 Rơ le SIEMENS 176

B TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP HAI CUỘN DÂY 191

B.1 Các số liệu ban đầu 191

B.1.1 Hệ thống 191

B.1.2 Máy biến áp 191

B.1.3 Chọn sơ đồ bảo vệ .191

B.2 Tính toán ngắn mạch 192

B.2.1 Tính ngắn mạch ở chế độ cực đại .192

B.2.1.1 Ngắn mạch tại thanh cái 115Kv 193

B.2.1.2 Ngắn mạch tại thanh cái 38,5kV 194

B.1.2 Tính ngắn mạch ở chế độ cực tiểu 195

B.1.2.1 Ngắn mạch tại thanh cái 115kV 195

B.1.2.2 Ngắn mạch tại thanh cái 38,5kV 196

B.3 Tính toán giá trị đặt các chức năng bảo vệ .199

B.3.1 Chọn tỷ số biến dòng cho các chức năng bảo vệ 199

B.3.2 Chức năng 87T – Bảo vệ so lệch .199

B.3.2.1 Cài đặt các thông số cho chức năng so lệch 87T 199

B.3.2.2 Kiểm tra độ an toàn 201

B.3.2.3 Kiểm tra độ nhạy 201

B.3.3 Tính toán bảo vệ phía 35kV 202

B.3.3.1 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc .202

B.3.3.2 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng có thời gian TTK 204

B.3.3.3 Chức năng 87N – Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không .204

B.3.4 Tính toán bảo vệ phía 115kV 205

B.3.4.1 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc .206

B.3.4.2 Chức năng 49 – Bảo vệ quá tải nhiệt .206

B.3.4.3 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng có thời gian TTK 207

B.3.4.4 Chức năng 50 – Bảo vệ cắt nhanh .207

B.3.4.5 Chức năng 46 - Bảo vệ dự phòng dòng thứ tự nghịch 207

C TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA CUỘN DÂY 208

C.1 Thông số ban đầu 208

C.1.1 Máy biến áp .208

C.1.2 Thông số hệ thống 208

C.2 Tính toán ngắn mạch .208

C.2.1 Tính toán ngắn mạch ở chế độ cực đại 210

C.2.1.1 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 110 kV (tại N1) .210

C.2.1.2 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 35 kV .212

C.2.1.3 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 10,5 kV .213

C.2.2 Tính toán ngắn mạch ở chế độ cực tiểu .214

C.2.2.1 Tính toán ngắn mạch tại thanh cái 110 kV .214

C.2.2.2 Xét điểm ngắn mạch tại thanh cái 35KV 216

C.2.2.3 Xét điểm ngắn mạch tại thanh cái 10,5kV 217

C.3 Tính toán giá trị đặt các chức năng bảo vệ .220

C.3.1 Tính toán lựa chọn tỷ số biến dòng, biến áp 220

C.3.1.1 Chọn máy biến dòng điện cho chức năng 87T 220

C.3.1.2 Chọn tỷ số biến dòng cho bảo vệ 87N phía 110kV và 35kV .220 C.3.1.3 Chọn máy biến dòng cho các loại bảo vệ [46-49-50-50N-51- 51N] ở cấp điện áp 110 kV (BI1) 221

C.3.1.4 Chọn máy biến dòng cho các BV [51-51N] phía 35 kV(BI2) 221 C.3.1.5 Chọn máy biến dòng cho BV 51 điện cấp điện áp 10 kV (BI3)221 C.3.2 Chức năng 87T – Bảo vệ so lệch 221

C.3.2.1 Cài đặt thông số bảo vệ so lệch 222

C.3.2.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch .223

C.3.2.3 Kiểm tra hệ số an toàn 225

C.3.3 Tính toán các chức năng bảo vệ phía 10,5 kV 226

C.3.3.1 Chức năng bảo vệ quá dòng phụ thuộc 51 226

C.3.3.2 Chức năng 59N 228

C.3.4 Tính toán bảo vệ phía 35kV 228

C.3.4.1 Tính toán chức năng 51 .228

C.3.4.2 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng thứ tự không 230

C.3.5 Bảo vệ quá dòng dự phòng phía 110 kV .230

C.3.5.1 Chức năng 46 – Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch: 230

C.3.5.2 Chức năng 49 – Bảo vệ quá tải nhiệt .231

C.3.5.3 Chức năng 50 – Chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh 231

C.3.5.4 Chức năng 50N – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không .231 C.3.5.5 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc .232

C.3.5.6 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian .233

D TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU 234

D.1 Thông số ban đầu .234

D.1.1 Hệ thống điện 234

D.1.2 Máy biến áp 234

D.2 Tính toán ngắn mạch 235

D.2.1 Tính ngắn mạch ở chế độ cực đại 237

D.2.1.1 Ngắn mạch tại thanh cái 220kV 237

D.2.1.2 Ngắn mạch tại thanh cái 110kV 238

D.2.1.3 Ngắn mạch tại thanh cái 35kV 240

D.2.2 Tính toán ngắn mạch ở chế độ cực tiểu 240

D.2.2.1 Ngắn mạch tại thanh cái 220kV 241

D.2.2.2 Ngắn mạch tại thanh cái 110kV 242

D.2.2.3 Ngắn mạch tại thanh cái 35kV 244

D.3 Tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp .246

D.3.1 Chọn tỷ số biến dòng cho các chức năng bảo vệ 246

D.3.1.1 Chọn máy biến dòng điện cho chức năng 87T 246 D.3.1.2 Chọn tỷ số biến dòng cho bảo vệ 87N phía 220kV và 110kV.246

D.3.1.3 Chọn máy biến dòng cho các loại bảo vệ [46-50-51-51N] ở cấp

điện áp 220 kV (BI1) 247

D.3.1.4 Chọn máy biến dòng cho các bảo vệ [46-50-51-51N] cấp điện áp 110 kV(BI2) .247

D.3.1.5 Chọn máy biến dòng cho bảo vệ 51 điện cấp điện áp 35 kV (BI3) 247

D.3.2 Các thông số cần chỉnh định cho chức năng 87T 247

D.3.2.1 Cài đặt thông số bảo vệ so lệch 247

D.3.2.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch .248

D.3.2.3 Kiểm tra hệ số an toàn .250

D.3.3 Tính toán bảo vệ phía 35kV 251

D.3.3.1 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc 251

D.3.3.2 Chức năng 59N – Bảo vệ quá áp thứ tự không 253

D.3.4 Bảo vệ phía 110kV 253

D.3.3.1 Chức năng 50 – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh .253

D.3.3.2 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc 254

D.3.3.3 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng thứ tự không .255

D.3.3.4 Chức năng 46 – Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch .256

D.3.5 Tính toán bảo vệ phía 220kV .256

D.3.5.1 Chức năng 51N – Bảo vệ quá dòng thứ tự không .256

D.3.5.2 Chức năng 46 – Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch .257

D.3.5.3 Chức năng 50 – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh .257

D.3.5.4 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc 257

D.3.5.5 Chức năng 49 – Bảo vệ quá tải nhiệt 259

E Code của chương trình 260

E.1 Code của Form chính của chương trình .260

E.2 Code trong Class_Function – hàm dùng để tính toán các CNBV 264

E.3 Code tạo và lưu cơ sở dữ liệu rơ le 271

E.4 Code của Form tìm kiếm của chương trình 281

E.5 Code của form bảo vệ máy biến áp tự ngẫu .287

Tài liệu tham khảo……… 326

Lý lịch trích ngang……… 328

Mục lục hình Hình 2.1 Lưu đồ hoạt động của chương trình 30

Hình 2.2 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây công suất nhỏ 31

Hình 2.3 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp công suất lơn – sơ đồ 1 32

Hình 2.4 Các chức năng bảo vệ MBA hai cuộn dây công suất lớn - sơ đồ 2 33

Hình 2.5 Sơ đồ bảo vệ MBA tự ngẫu 34

Hình 2.6 Sơ đồ bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 1) 34

Hình 2.7 Sơ đồ các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 2) 35

Hình 2.8 Sơ đồ bảo vệ so lệch cho MBA hai và ba cuộn dây 44

Hình 2.9 Đặc tính bảo vệ của bảo vệ so lệch dòng 45

Hình 2.10 Sơ đồ bảo vệ so lệch thứ tự không (87N) 48

Hình 2.11 Đặc tính hãm của chức năng 87N 49

Hình 3.1 Cấu trúc phần cứng điển hình của một rơle số 55

Hình 3.2 RET650(A01) Bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 58

Hình 2.3 Rơ le RET650(A05) bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 59

Hình 3.4 Rơ le RET 670 bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây nhiều máy cắt 60

Hình 3.5 Rơ le RET 670 bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây với nhiều máy cắt .61

Hình 3.6 Sơ đồ bảo vệ máy biến của rơ le P64x 63

Hình 3.7 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp ba pha của rơ le P63x 64

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối rơ le T35 bảo vệ máy biến áp .65

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối rơ le T60 bảo vệ máy biến áp .66

Hình 3.10 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp của rơ le 745 66

Hình 3.11 Sơ đồ kết nối rơ le 345 bảo vệ máy biến áp 67

Hình 3.12 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây của Rơ le SEL 487E 68

Bảng 3.13 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp tự ngẫu của rơ le SEL 387 68

Hình 3.14 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp tự ngẫu của rơ le SEL 37E 69

Hình 3.15 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp tự ngẫu của rơ le SEL 387A 69

Hình 3.16 Sơ đồ bảo vệ của rơ le SEL587 70

Hình 3.17 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp của rơ le SEL787 70

Hình 4.1 Giao diện tỷ số biến dòng và tỷ số biến áp sau khi được xây dựng 76

Hình 4.2 Catalog rơ le khi được xây dựng xong 77

Hình 4.3 Cửa sổ ngân hàng rơ le 77

Hình 4.4 Cửa sổ tìm kiếm của chương trình .78

Hình 4.5 Các tiêu chuẩn bảo vệ được xây dựng 79

Hình 4.6 Xây dựng phần hướng dẫn của chương trình 80

Hình 4.7 Giao diện chính của chương trình tính toán bảo vệ máy biến áp 80

Hình 4.8 Cửa sổ nhập thông số máy biến ápkhi được thiết kế xong 82

Hình 4.9 Cửa sổ nhập thông số ngắn mạch của chương trình sau khi được thiết kế 82

Hình 4 10 Cửa sổ thông số đặt cho chức năng 51 hai đường dây 83

Hình 4.11 Cửa sộ hệ số các chức năng bảo vệ 84

Hình 4.12 Giao diện hiển thị kết quả tính toán……….86

Hình 4.13 Cửa sổ vẽ đặc tuyến cho chức năng 51 87

Hình 4.14 Cửa sổ vẽ đặc tuyến chức năng 51 88

Hình 4.15 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp tự ngẫu .88

Hình 4.16 Giao diện chính của chương trình 95

Hình 4.17 Bảng điều chỉnh tỷ số biến dòng 95

Hình 4.18 Bảng điều chỉnh tỷ số biến áp 95

Hình 4.19 Giới thiệu tiêu chuẩn bảo vệ của chương trình 96

Hình 4.20 Cửa sổ tìm kiếm rơ le .96

Hình 4.21 Cửa sổ cập nhật rơ le mới vào ngân hàng rơ le 97

Hình 4.22 Giới thiệu rơ le bảo vệ của các hãng 98

Hình 4.23 Sơ đồ bảo vệ và vị trí tính toán ngắn mạch 99

Hình 4.24 Giao diện chính bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 101

Hình 4.25 Giao diện chính của chương trình tính toán BV MBA áp hai cuộn dây 101

Hình 4.26 Nhập thông số máy biến áp 102

Hình 4.27 Nhập thông số ngắn mạch và thông số chức năng 51 bảo vệ đường dây 103 Hình 4.28 Hệ số mặc định cho các chức năng bảo vệ 104

Hình 4.29 Cửa sổ hiển thị kết quả tính toán 105

Hình 4.30 Đặc tuyến chức năng 51 phía đường dây và phía 35kV 108

Hình 4.31 Đặc tuyến chức năng 51 phía 110kV 109

Hình 4.32 Các vị trí cần tính toán ngắn mạch 110

Hình 4.33 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 112

Hình 4.34 Giao diện chương trình tính toán bảo vệ máy biến áp tự ngẫu .112

Hình 4.35 Kết quả nhập thông số máy biến áp .113

Hình 4.36 Nhập thông số ngắn mạch .113

Hình 4.37 Các hệ số mặc định của chương trình .114

Hình 4.38 Kết quả nhập giá trị cho chức năng 51 phía đường dây 115

Hình 4.39 Cửa sổ hiển thị kết quả tính toán 116

Hình 4.40 Đặc tuyến chức năng 51 phía đường dây nối vào thanh cái 110kV 120

Hình 4.41 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến 51 của đường dây và của MBA phía 110kV 120

Hình 4.42 Đặc tuyến 51 của đường dây và của máy biến áp vẽ trên cùng đồ thị 121

Hình 4.43 Hướng dẫn vẽ ba đặc tuyến 51 phía đường dây, 51 phía 110 và 220kV 121

Hình 4.44 Vẽ đặc tuyến 51 đường dây, 51 phía 110 và 220kV 122

Hình 4.45 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến 51 phía 220kV 122

Hình 4.46 Đặc tuyến 51 phía 220kV 123

Hình 3.47 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến chức năng 51 phía đường dây 35kV 123

Hình 4.48 Đặc tuyến chức năng 51 đường dây 35kV 124

Hình 4.49 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến 51của MBA phía 35kV 124

Hình 4.50 Đặc tuyến chức năng 51 bảo vệ MBA phía 35kV 125

Hình 4.51 Đặc tuyến chức năng 51 đường dây, phía 35kV và 220kV 125

Hình 3.52 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến 51 phía 220kV khi ngắn mạch phía 35kV 126

Hình 4.53 Đặc tuyến chức năng 51 phía 220kV .126

Hình 4.54 Các vị trí cần tính toán ngắn mạch để tính toán bảo vệ MBA 128

Hình 4.55 Giao diện chính của chương trình bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 129

Hình 4.56 Kết quả nhập thông số máy biến áp 129

Hình 4.57 Kết quả nhập giá trị ngắn mạch .130

Hình 4.58 Kết quả nhập thông số cho chức năng 51 của đường dây 130

Hình 4.59 Cửa sổ hiển thị kết quả tính toán của chương trình .130

Hình 4.60 Hướng dẫn vẽ đặc tuyến bảo vệ dòng điện phụ thuộc 135

Hình 4.61 Đặc tuyến chức năng 51 của đường dây và phía 35kV 136

Hình 4.62 Hướng dẫn vẽ 3 đặc tuyến trên cùng một đồ thị .136

Hình 4.63 Phối hợp bảo vệ của ba đặc tuyến chức năng 51 137

Hình 4.64 Đặc tuyến chức năng 51 phía 220kV 137

Hình 4.65 Cài đặt thông số vẽ đặc tuyến chức năng 51 phía 10,5kV 138

Hình 4.66 Đặc tuyến chức năng 51 phía 10,5 kV .138

Hình 4.67 Hướng dẫn vẽ chức năng 51 phía 110kV 139

Hình 4.68 Đặc tuyến chức năng 51 phía 110kV .139

Hình A.1 Sơ đồ bảo máy phát của rơ le REG650-B01 142

Hình A.2 Sơ đồ bảo vệ bộ máy phát – máy biến áp của rơ le REG650-B05 143

Hình A.3 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le REG670-A20 144

Hình A.4 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le REG670 – B30 145

Hình A.5 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le REG 670-C30 146

Hình A.6 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le G60 148

Hình A.7 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le G30 148

Hình A.8 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le 489 149

Hình A.9 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le SEL700G 150

Hình A.10 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le SEL700GT 151

Hình A.11 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le SEL 700GW 151

Hình A.12 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le 300G 152

Hình A.13 Sơ đồ bảo vệ máy phát của rơ le SEL 547 152

Hình A.14 Sơ đồ bảo vệ máy phát điện của rơ le 7UM61 153

Hình A.15 Sơ đồ bảo vệ so lệch tổng trở cao cho thanh cái của rơ le REB 650 .155

Hình A.16 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le P74x 156

Hình A.17 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le P746 157

Hình A.18 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le B90 157

Hình A.19 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le B30 158

Hình A.20 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le MIB 158

Hình A.21 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le SEL487B 159

Hình A.22 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le SEL587Z 159

Hình A.23 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le 7SS522/7SS523 160

Hình A.24 Sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le 7SS60 161

Hình A.25 Sơ đồ bảo vệ của rơ le 7VH60 161

Hình A.26 Sơ đồ bảo vệ đường dây truyền tải của rơ le khoảng cách REL650 162

Hình A.27 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách REL670 163

Hình A.28 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách P44x 164

Hình A.29 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le so lệch P742/P743 165

Hình A.30 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le F60 166

Hình A.31 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le F35 167

Hình A.32 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 750/760 167

Hình A.33 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le F650……… 168

Hình A.34 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 350 169

Hình A.35 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le MIF II 169

Hình A.36 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 735/737 170

Hình A.37 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le FM2 170

Hình A.38 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ lệch so lệch L90 171

Hình A.39 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le so lệch pha L60 171

Hình A.40 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le so lệch L30 172

Hình A.41 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách D90-plus 173

Hình A.42 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách D60 173

Hình A.43 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách D30 174

Hình A.44 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách SEL421 174

Hình A.45 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách SEL311L 175

Hình A.46 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le so lệch 387L 175

Hình A.47 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le SEL 351S 176

Hình A.48 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le khoảng cách 7SA522 176

Hình A.49 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SA6 177

Hình A.50 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SD60 178

Hình A.51 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SD61 178

Hình A.52 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le so lệch 7SD52/53 179

Hình A.53 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ45 179

Hình A.54 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ600………180

Hình A.55 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ602 180

Hình A.56 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ80 181

Hình A.57 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ61 182

Hình A.58 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ62 183

Hình A.59 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ63 184

Hình A.60 Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơ le 7SJ64 185

Hình B.1 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 191

Hình B.2 Các vị trí cần tính toán ngắn mạch 192

Hình B.3 Đặc tính hãm của chức năng 87T 200

Hình C.1 Sơ đồ các vị trí cần tính toán ngắn mạch 209

Hình C.2 Sơ đồ thay thế thứ tự tổng trở khi ngắn mạch tại N1 .210

Hình C.3 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch khi ngắn mạch tại N2 212

Hình C.4 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại N2 212

Hình C.5 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch khi ngắn mạch tại N3 214

Hình C.6 Sơ đồ thay thế TTT,TTN và TTK ngắn mạch tại N1 chế độ cực tiểu 214

Hình C.7 Sơ đồ thay thế tổng trở TTT – TTN ngắn mạch chế độ cực tiểu tại N2 216

Hình C.8 Sơ đồ thay thế tổng trở TTK khi ngắn mạch ở chế độ cực tiểu tại N2 216

Hình C.9 Sơ đồ thay thế TTT – TTN khi ngắn mạch tại N3 ở chế độ cực tiểu 218

Hình C.10 Sơ đồ bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây 219

Hình C.11 Sơ đồ bảo vệ của chức năng 87T 222

Hình C.12 Đặc tuyến bảo vệ của chức năng 87T 223

Hình D.1 Sơ đồ vị trí cần tính ngắn mạch 234

Hình D.2 Sơ đồ thay thế TTT và TTN 236

Hình D.3 Sơ đồ thay thế TTK 236

Hình D.4 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch 240

Hình D.5 Sơ đồ thay thế thứ tự không 241

Hình D.6 Vùng bảo vệ và vùng hãm của bảo vệ so lệch 87T 248

Mục lục bảng Bảng 2.1 Mã số rơ le thường dùng bảo vệ máy biến áp 31

Bảng 2.2 Các chức năng bảo vệ MBA công suất nhỏ 32

Bảng 2.3 Các chức năng bảo vệ MBA công suất lớn 32

Bảng 2.4 Các chức năng bảo vệ MBA hai cuộn dây công suất lớn sơ đồ 2 33

Bảng 2.5 Các chức năng bảo vệ MBA tự ngẫu 33

Bảng 2.6 Các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây 34 Bảng 2.7 Các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 2) 35 Bảng 2.8 Các giá trị dòng ngắn mạch cần tính toán .37 Bảng 3.1 Chức năng bảo vệ rơ le P64x 63 Bảng 3.2 Chức năng bảo vệ máy biến áp của rơ le P63x 64 Bảng 3.3 Tổng hợp chức năng bảo vệ máy biến áp của rơ le hãng SEL .71 Bảng 3.4 Tổng hợp các chức năng rơ le bảo vệ máy biến áp 7UT6xx của Siemens 73 Bảng 3.5 Tổng hợp chức năng bảo vệ của rơ le BV máy biến áp 74 Bảng 4.1 Tổng hợp dòng ngắn mạch tại N1’ và N2 .99 Bảng 4.2 Dòng ngắn mạch tại cuối đường dây nối vào thanh cái 35kV 100 Bảng 4.3 Tổng hợp các giá trị ngắn mạch máy biến áp tự ngẫu 111 Bảng 4.4 Tổng hợp dòng ngắn mạch ở cuối đường dây nối vào máy biến áp 111 Bảng 4.5 Ttổng hợp tóm tắt ngắn mạch phục vụ cho tính toán bảo vệ rơ le 127 Bảng 4.6 Giá trị ngắn mạch tại cuối đường dây N2’’ và N3’’ 128 Bảng A.1 Tổng hợp các chức năng rơ le P34x bảo vệ máy phát điện 147 Bảng A.2 Tổng hợp chức năng bảo vệ rơ le so lệch thanh cái P74x 156 Bảng A.3 Tổng hợp các chức năng của rơ le so lệch đường dây P54x 164 Bảng A.4 Tổng hợp chức năng bảo vệ của rơ le 186 Bảng B.1 Các chức năng bảo vệ cho máy biến áp 192 Bảng B.2 Tổng hợp dòng ngắn được tính theo giá trị tương đối .198 Bảng B.3 Dòng ngắn mạch với giá trị cơ bản là dòng định mức 198 Bảng B.4 Dòng ngắn mạch tại cuối đường dây bảo vệ 198 Bảng C.1 Tổng hợp các giá trị ngắn mạch 218 Bảng C.2 Các giá trị ngắn mạch tại cuối đường dây bảo vệ 218 Bảng C.3 Bảng tổng hợp các chức năng bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây .219 Bảng D.1 Tổng hợp giá trị ngắn mạch .245 Bảng D.2 Các giá trị ngắn mạch tại vị trí N2’’ và N3’’ 245

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay điện năng là một phần tất yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống 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 nhưng phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện

Trong các thiết bị này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, việc tính toán và chọn rơle đòi hỏi phải tính toán tỉ mỉ và chính xác, để làm việc này đòi hỏi người thiết kế phải mất khá nhiều thời gian, tuy nhiên khi tính còn có những sai sót

Cùng với sự phát triển của điện toán, ngày nay việc áp dụng các phần mềm trợ giúp con người trong việc tính toán hết sức hữu ích Tính toán trở nên nhanh chóng

và cho kết quả chính xác

Đây là lý do em chọn đề tại Xây dựng chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho các phần tử trong hệ thống điện

2 Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ

Đề tài Xây dựng chương trình tính toán bảo vệ rơ le nhằm mục đích xây dựng được một chương trình hỗ trợ cho những người thiết kế hệ thống bảo vệ cho các phần tử trong hệ thống điện tính toán nhanh chóng và chính xác, giảm đến mức tối thiểu công việc tính toán Ngoài ra đề tài còn tập hợp hầu hết các loại rơ le số của các hãng trên thế giới hiện nay làm ngân hàng rơ le, đây cũng là nguồn tài liệu tham khảo quý giá cho những người thiết kế và những người học tập và nghiên cứu có liên quan tới rơ le số

3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tính toán cụ thể cho các sơ đồ tiêu biểu bảo vệ cho máy biến áp, bao gồm máy biến áp hai cuộn dây, ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu, chọn các sơ đồ mẫu tiêu biểu để thiết kế chương trình tính toán, tìm hiểu các tiêu chuẩn bảo vệ rơ le như IEC, IEEE và sơ đồ bảo vệ mẫu của các hãng sản xuất rơ le, ngôn ngữ lập trình C# và rơ le số của các hãng sản xuất rơ le trên thế giới

4 Ý nghĩa thực tiễn

Sau khi hoàn thành luận văn, chúng ta sẽ có một chương trình tính toán bảo vệ

rơ le cho máy biến áp Chương trình này hỗ trợ cho những người thiết kế tính toán nhanh và chính xác kết quả, tài liệu tham khảo cho sinh viên và giáo viên trong môn học bảo vệ rơ le Ngoài ra đề tài còn tập hợp được một ngân hàng rơ le, cho phép tìm kiếm rơ le bảo vệ các loại một cách nhanh chóng có catalog kèm theo, đây là tài liệu tham khảo quý giá cho những người làm việc liên quán tới rơ le số

5 Điểm mới của đề tài

Hiện tại cũng có nhiều chương trình cho phép tính toán bảo vệ rơ le, tuy nhiên chưa có chương trình nào cho phép tính toán một cách cụ thể các thiết bị và có rơ le của tất cả các hãng để tham khảo, đây là chương trình cho phép tính toán từng chức năng bảo vệ, có một ngân hàng rơ le của rất nhiều hãng để người thiết kế có thể tham khảo và lựa chọn rơ le phù hợp theo yêu cầu thiết kế

và an toàn trong suốt quá trình hoạt động của nó Để nâng cao tính kinh tế, hệ thống này thường làm việc ở chế độ tới hạn, giữa một bên là khả năng cung cấp năng lượng tối đa một cách ổn định cho nền kinh tế quốc dân và một bên là các chế độ sự

cố, nếu khi không thực hiện các biện pháp phục hồi tức thời và có hiệu quả, từng phần hay toàn bộ hệ thống có thể ngừng làm việc Điều này gây ra thiệt hại trực tiếp cho hệ thống điện và các hộ tiêu thụ đồng thời nhiều khi còn để lại các hậu quả gián tiếp lơn hơn cho nền kinh tế do việc ngưng cung cấp năng lượng gây ra

Ở nước ta trong một thời gian dài, nhiệm vụ hàng đầu của ngành điện lực là sản xuất ra điện để sử dụng, yếu tố chất lượng điện chưa được quan tâm đúng mức Với chính sách đổi mới vả mở cửa của chúng ta, nền kinh tế phát triển nhanh đã và đang đặt ra những yêu cầu cấp bách với chất lượng điện và điều này đòi hỏi ứng dụng rộng rãi hơn các thiết bị tự động trong hệ thống điện với trình độ công nghệ ngày càng tiên tiến

Rơ le bảo vệ là bộ phận quan trọng trong số các thiết bị tự động hóa dùng trong ngành điện lực Chúng có vai trò bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện làm việc bất thường bằng cách cộ lập các sự cố càng nhanh càng tốt thông qua các thiết bị đóng cắt Do điều kiện lịch sử, trước đây ta chỉ sử dụng các loại rơ le điện cơ, một số khác là rơ le tĩnh được sản xuất từ các nước xã hội chủ nghĩa Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hiện tại các loại rơ le này dần được thay thế bằng các rơ le số với nhiều ưu điểm siêu việt

Để đảm bảo cho hệ thống điện làm việc tin cậy và ổn định thì tất cả các phần

tử đều phải làm việc ổn định và sẽ loại ra khỏi hệ thống khi phần tử bị sự cố, muốn

vậy thì tất cả các phần tử đều được thiết kế hệ thống bảo vệ riêng và có sự phối hợp bảo vệ giữa các phần tử trong hệ thống

1.2 Bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện

Hệ thống điện bao gồm nhiều phần tử kết nối với nhau để đưa điện nay từ nơi sản xuất, truyền tải, phân phối đến hộ tiêu thụ Mỗi phần tử điều đóng vai trò quan trọng trong hệ thống với các chức năng khác nhau, do đó đòi hỏi mỗi phần tử điều phải được bảo vệ một cách tốt nhất phòng ngừa tất cả các trường hợp hư hỏng, sự

cố có thể xảy ra Trong hệ thống điện bao gồm các phần tử chính: Máy phát, máy biến áp, thanh cái và đường dây

Không có quy định cụ thể rỏ ràng để bảo vệ cho các phần tử, mà chỉ có các tiêu chuẩn bảo vệ và cũng tùy thuộc vào quy định bảo vệ của từng nước Tuy nhiên

ta cũng có thể tham khảo tiêu chuẩn bảo vệ IEEE và tiêu chuẩn quốc tế IEC Ngoài

ra ta cũng có thể tham khảo các sơ đồ bảo vệ từ các hãng sản xuất rơ le như một sơ

đồ bảo vệ tiêu biểu Tuy nhiên về cơ bản thì các sơ đồ và tiêu chuẩn này cũng không khác nhau lắm

Bảo vệ cho các phần tử trong hệ thống điện:

Máy phát: Là phần tử quan trọng nhất trong hệ thống điện, những bộ phận

gắn liền với máy phát như turbine, hệ thống kích từ, bộ điều chỉnh áp, hệ thống làm mát…nhiều bộ phận nên hệ thống bảo vệ máy phát rất phức tập Một tổ hợp máy phát thường có bảo vệ stator, rotor, và các bảo vệ phụ khác

Thanh cái: Các sự cố xảy ra trên thanh cái rất ít, nhưng khi ngắn mạch xảy

ra trên thanh cái thì rất nguy hiểm cho hệ thống, nên thật rất cần thiết bảo vệ thanh cái

Bảo vệ máy biến áp: là một trong những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ

thống phát với đường dây truyền tải và phân phối Do đó, bảo vệ cho máy biến áp phải làm việc với độ tin cậy cao Thông thương trong máy biến áp thường xảy ra các sự cố bên trong và sự cố bên ngoài máy biến áp Đối với máy biến áp có công

suất nhỏ thường được bảo vệ bằng cầu chì, những máy biến áp công suất lớn được bảo vệ bằng rơ le

Bảo vệ đường dây: là một hệ thống dùng để truyền tải và phân phối điện

năng, đường dây cũng thường xảy ra các sự cố như ngắn mạch, đứt pha, quá tải Tùy thuộc vào loại đường dây mà ta cũng có các bảo vệ phù hợp

Yêu cầu đối với việc thiết kế một hệ thống bảo vệ cho các thiết bị phải thỏa mãn các điều kiện:

Tính chọn lọc: Hệ thống bảo vệ chỉ được phép cắt các phần tử hư hỏng Tác động nhanh: Đây là một yêu cầu quan trọng khi có ngắn mạch bên

trong của thiết bị Bảo vệ tác động cành nhanh sẽ đảm bảo được tính ổn định của hệ thống, giảm tác hại tới các thiết bị khác, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn

và nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại

Độ nhạy: Đảm bảo cho rơ le tác động ứng với trường hợp dòng sự cố nhỏ

nhất

Độ tin cậy: Độ tin cậy thể hiện yêu cầu bảo vệ phải tác động chắc chắn khi

ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ

1.3 Rơ le bảo vệ

Rơ le bảo vệ là thiết bị tự động được dùng trong hệ thống điện với mục đích phòng ngừa, ngăn chăn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra khi hệ thống điện hoặc thiết bị có sự cố Thiệt hại này thường rất lớn, đôi khi vượt quá nhiều lần cho đầu tự chi phí cho hệ thống rơ le Vì vậy rơ le bảo vệ có một vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thế điện Để đảm bảo được vai trò quan trọng đó, rơ le phải đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắc khe hơn về độ tin cậy, tính chọn lọc, tốc độ thao tác và

độ nhạy Vì suất sự cố của của các thiết bị tương đối nhỏ, nên các rơ le phải ở trong tình trạng sẵn sàng làm việc, có thể vài năm mới tác động một lần do đó việc duy trì

độ tin cậy ở mức cao sẽ đòi hỏi các chi phí bổ sung thường xuyên Rơ le điện cơ, mặc dù đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít, song do khả năng chịu đựng ảnh hưởng của

môi trường kém (tham số thường bị sai lệch, các phần tác động dễ bị kẹt…), chi phí vận hành lớn cũng như hàng loạt các nhược điểm khác nên nó đã và đang bị thay thế bởi các rơ le khác hiện đại hơn Ngoài ra rơ le đóng vai trò người canh gác không biết mệt mỏi, liên tục theo dõi tình trạng làm việc của đối tượng được bảo vệ bằng cách đo lường các tham số điện và không điện của nó và phát ra tín hiệu cảnh báo hoăc thao tác khi đối tượng chuyển sang chế độ bất thường Với sự tiến bộ của

kỹ thuật và công nghệ, các chức năng bảo vệ của rơ le điện cơ cồng kềnh đang được thay thế dần bằng các bộ rơ le số đa năng nhỏ gọn

Hiện tại trên thế giới có nhiều hãng sản xuất rơ le nổi tiếng như: ABB, ALSTOM, GE, SEL, SIEMENS…, và rơ le số cũng được phần loại theo rơ le chuyên dụng, chuyên dùng bảo vệ cho các phần tử như: Máy phát, máy biến áp, thanh cái, đường dây, động cơ, tụ bù…Ngoài ra còn có các loại rơ le đơn và đa chức năng khác

Ch.2

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH

TÍNH TOÁN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

Lập trình tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp cũng như các lập trình tính toán khác, người lập trình phải hiểu rõ mục đích cần đạt đến của chương trình để làm định hướng xây dựng các bước đi cụ thể

Chương trình tính toán bảo vệ rơ le cho máy biến áp với yêu cầu cần đạt

được:

- Chương trình được thiết kế để tính toán bảo vệ cho máy biến áp hai cuộn dây,

ba cuộn dây và tự ngẫu với các sơ đồ bảo vệ có sẵn với một nguồn cung cấp

- Tính toán các thông số máy biến áp, chọn tỷ số biến dòng, biến áp phù hợp với các chức năng bảo vệ tương ứng

- Tính toán giá trị đặt, độ nhạy, độ an toàn, thời gian tác động cho các chức năng bảo vệ cho máy biến áp

- Vẽ đặc tuyến chức năng bảo vệ quá dòng phụ thuộc

- Có ngân hàng rơ le để người sử dụng có thể tìm kiếm rơ le với các chức năng phù hợp nhất cho bảo vệ máy biến áp

- Có catalog rơ le của các hãng làm tài liệu tham khảo cho người sử dụng

Để có thể thực hiện được những yêu cầu trên, lập trình đòi hỏi có những yêu

Ch.2

- Thông số dòng điện pha và các dòng điện thứ tự

ngắn mạch tại các thanh cái của máy biến áp, các giá trị

ngắn mạch được dùng để tính toán giá trị đặt, tính độ nhạy

cũng như độ an toàn cho một các chức năng bảo vệ

- Thông số các bảo vệ nối với thanh cái của máy

biến áp, các giá trị này cần thiết để tính toán phối hợp thời

gian bảo vệ với các chức năng của máy biến áp

- Hệ số của các chức năng bảo vệ, các hệ số này

được sử dụng trong quá trình tính toán các giá trị khởi

động, giá trị đặt cho một số chức năng bảo vệ

- Bảng tỷ số biến dòng, tỷ số biến áp để chương

trình có thể dò tìm tỷ số phù hợp với yêu cầu

- Ngân hàng rơ le, từ ngân hàng rơ le người sử

dụng có thể tìm kiếm rơ le phù hợp với các yêu cầu bảo

vệ

Lưu đồ của chương trình được thể hiện như hình

2.1

2.2 Cơ sở lý thuyết cho xây dựng chương trình

2.2.1 Các sơ đồ mẫu bảo vệ máy biến áp

Phương thức bảo vệ máy biến áp phụ thuộc vào

công suất, chủng loại, số cuộn dây, vị trí và sơ đồ đấu dây

của máy biến áp

Hiện nay cũng không có những tiêu chuẩn thống

nhất để lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy biến áp

Sau đây chỉ xét những sơ đồ mẫu và các trường hợp

thường gặp trong thực tế

Mã số rơ le của các chức năng thường bảo vệ cho

Bắt đầu

Chọn sơ đồ cần bảo vệ

Nhập thông số ngắn mạch

Bắt đầu

Chọn sơ đồ MBA cần bảo vệ

Nhập các thông

số của thiết bị

Tính toán chọn tỷ số

BI/BU

Kiểm tra kết quả tính toán

Kết thúc Xuất kết quả

Tính toán giá trị cho các chức năng bảo vệ

Hình 2.1 Lưu đồ hoạt động của chương trình

50N BV quá dòng thứ tự không cắt nhanh

51 BV quá dòng có thời gian 51N BV quá dòng TTK có thời gian

46 BV quá dòng thứ tự nghịch

49 BV quá tải nhiệt 87N BV so lệch dòng TTK 87T BV so lệch dòng điện 51G BV quá dòng TTK 59N BV quá áp TTK

96 Rơ le hơi

86 Rơ le cắt và khóa máy cắt

67 Bảo vệ quá dòng có hướng 67N Bảo vệ quá dòng TTK có hướng

2.2.1.1 Bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây

- Bảo vệ máy biến áp công suất nhỏ, công suất đến 750kV, trung áp

Đối với những máy biến áp công suất nhỏ, bảo vệ quá dòng điện làm bảo vệ

chính

Các chức năng bảo vệ:

Ch.2

Bảng 2.2 Các chức năng bảo vệ MBA công suất nhỏ

- Bảo vệ máy biến áp có công suất lớn và quan trọng – sơ đồ 1:

Các chức năng bảo vệ:

Đối với những máy biến áp lớn, thì bảo vệ so lệch (87T) là bảo vệ chính, các bảo vệ còn lại là bảo vệ dự trữ

Bảng 2.3 Các chức năng bảo vệ MBA công suất lớn

Ch.2

- Bảo vệ máy biến áp có công suất lớn và quan trọng – sơ đồ 2

Các chức năng bảo vệ:

Bảng 2.4 Các chức năng bảo vệ MBA hai cuộn dây công suất lớn sơ đồ 2

87T 50-50N-51-51N-87N 50-51N-87N 63-96-86

2.2.1.2 Bảo vệ máy biến áp tự ngẫu

Sơ đồ bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu thường là những máy biến áp công suất lớn và quan trọng trong hệ thống

Bảng 2.5 Các chức năng bảo vệ MBA tự ngẫu

87T

46-49-50-50BF-51-51N-87N 46-49-50-50BF-51-51N

50BF-51 59N

Hình 2.4 Các chức năng bảo vệ MBA hai cuộn dây công suất lớn - sơ đồ 2

BI2 BI1

Ch.2

2.2.1.3 Bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây

- Bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây - sơ đồ 1

Sơ đồ dùng bảo vệ máy biến áp ba pha công suất lớn

Bảng 2.6 Các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây

Hình 2.5 Sơ đồ bảo vệ MBA tự ngẫu

Hình 2.6 Sơ đồ bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 1)

Ch.2

Bảo vệ máy biến áp ba pha - sơ đồ 2

Bảng 2.7 Các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 2)

Bảo vệ

chính

Phía cao áp [HV]

Phía trung áp 1 [MV1]

Phía trung áp 2 [MV2]

51N-87N

49-51 59N-87N

51 59N

2.2.2 Thông số máy biến áp

Hình 2.7 Sơ đồ các chức năng bảo vệ MBA ba cuộn dây (sơ đồ 2)

Từ công suất và điện áp định mức của các cuộn dây, chương trình sẽ tính giá trị

dòng điện định mức tương ứng cho cuộn dây thứ i:

.3

2.2.2.1 Tính toán lựa chọn biến dòng

Chọn tỷ số BI của biến dòng thường được chọn theo từ 100% đến 150% dòng đầy tải Tuy nhiên điều này cũng phụ thuộc vào tỷ số BI đã quy chuẩn sẵn

Các tỷ số được quy chuẩn:

[50-100-200-400-500-600-800-1000-1200-1500-2000-3000-4000…]/1 A

Ta có công thức để chọn BI

IđmBI ≥ kBI.Iđm (kBI ta có thể chọn từ 1 ÷1,5) (2.2) Dựa vào giá trị kBI.Iđm chương trình sẽ chọn tỷ số BI lớn hơn gần nhất làm tỷ số biến dòng cho các chức năng bảo vệ

2.2.2.2 Tính toán lựa chọn biến áp

Tương tự tỷ số biến áp cũng dựa vào các tỷ số quy chuẩn sẵn:

[11-23-38.5-66-115-230-500-750]/0,1 kV

Dựa vào áp định mức ta sẽ chọn biến dòng có áp sơ cấp lớn hơn gần nhất

2.2.3 Tính toán ngắn mạch

Chương trình được thiết kế tính toán các chức năng bảo vệ khi biết được thông

số máy biến áp và các giá trị ngắn mạch tại các thanh cái Do đó thông số ngắn mạch bắt buộc phải được tính toán trước khi nhập vào chương trình, chương trình chỉ tính toán trên các giá trị đó cho các chức năng

Các giá trị ngắn mạch trong chương trình tùy thuộc vào loại sơ đồ cần bảo vệ

Dòng ngắn mạch

Giá trị cực đại

Giá trị cực tiểu

Dòng NM qua BI

Chú thích các ký hiệu trong bảng 4

- Vị trí ngắn mạch:

o N1: tại thanh cái phía sơ cấp MBA, phía ngoài máy biến dòng BI1

o N1’: tại đầu cực phía sơ cấp MBA, phía trong máy biến dòng BI1

o N2: Tại thanh cái thứ cấp MBA đối với MBA hai cuộn dây, tại thanh cái phía trung áp 1 (MV1) đối với MBA ba cuộn dây hoặc tự ngẫu

o N3: Tại thanh cái phía trung áp 2 (MV2) đối với MBA ba cuộn dây hoặc tự ngẫu

- Dòng ngắn mạch:

o I0: Dòng ngắn mạch thứ tự không

o I2: Dòng ngắn mạch thứ tự nghịch

o If: Dòng ngắn mạch pha

Ch.2

- Giá trị cực đại/ cực tiểu:

o Ký hiệu x: Không cần tính giá trị

o Ký hiệu v: cần tính giá trị để nhập vào chương trình

- Dòng ngắn mạch qua BI:

o BI1: Các biến dòng ở phía sơ cấp

o BI2: Các biến dòng ở phía thứ cấp đối với máy biến áp hai cuộn dây,

ở phía trung áp 1 đối với các MBA ba cuộn dây và tự ngẫu

o BI3: Các biến dòng ở phía trung áp 2 đối với máy biến áp hai cuộn dây và tự ngẫu

Chương trình sẽ dựa vào các thông số nhập vào: thông số máy biến áp, thông số ngắn mạch, các hệ số mặc định cho các chức năng, các giá trị tỷ số biến dòng, biến áp được chọn, các chức năng cần tính toán trong sơ đồ Từ đó chương trình sẽ tính toán các thông số cho các chức năng bảo vệ như: dòng khởi động, độ nhạy, độ an toàn, thời gian tác động, giá trị đặt rơ le, vẽ đồ thị …

2.3.1 Tính toán các chức năng bảo vệ cho máy biến áp

2.3.2.1 Chức năng 50 – Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh: (I>>) có dòng khởi động chọn theo điều kiện giá trị lớn nhất của dòng điện khi ngắn mạch cuối vùng của bảo vệ máy biến áp

2.3.2.3 Chức năng 51 – Bảo vệ quá dòng phụ thuộc

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian: (I>) Tính chọn lọc của bảo vệ qúa dòng điện

có thời gian, dùng bảo vệ cho máy biến áp được đảm bảo bằng cách phối hợp về thời gian với các bảo vệ quá dòng điện có thời gian đặt ở hai phía trung áp và hạ áp của máy biến áp Bảo vệ quá dòng điện có thời gian đặt ở thanh cái trung và hạ áp có thời gian làm việc phối hợp với bảo vệ ở các lộ đường dây xuất tuyến từ thanh góp và có nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch tại thanh góp và làm dự phòng cho bảo vệ đường dây

Có hai loại đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng điện

+ Đặc tính thời gian độc lập: Thời gian làm việc của bảo vệ không phụ thuộc và trị số dòng điện chạy qua bảo vệ

+ Đặc tính thời gian phụ thuộc: Thời gian làm việc của bảo vệ càng nhỏ khi dòng điện chạy qua bảo vệ tăng

Tuy nhiên trong giới hạn luận văn này chỉ tính đặc tính thời gian phụ thuộc cho chức năng 51 và đặc tính thời gian độc lập cho chức năng 51N

+ Dòng khởi động: