đồ án bảo vệ role cho trạm biến áp 110 kV

Trạm biến áp Kim Sơn

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điện

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP KIM SƠN

1.1 Đối tượng bảo vệ

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110 kV Kim Sơn, có một máy biến áp bapha, ba cuộn dây làm việc, cấp điện áp 115/35.5/23 kV có tổ đấu dây Yn/Y/d11.Trạm biến áp nhận nguồn điện từ trạm Phủ Lý để cung cấp điện cho các vùng côngnghiệp và các hộ tiêu thụ trong khu vực Kim Sơn

1.2 Các thông số của thiết bị chính trong trạm

1.2.1 Máy biến áp

Trạm hiện có một máy biến áp ba pha, ba cuộn dây AT1, làm việc ngoài trờivới công suất định mức của máy: 25 MVA, điện áp 115/35.5/23 kV

Tổ đấu dây: YN/Y/d11

Công suất định mức các cuộn dây: :

Cao 25000 KVATrung 25000 KVA

Hạ 25000 KVAĐiện áp định mức các cuộn dây:

Cuộn cao áp 115 kVCuộn trung áp 35,5 kVCuộn hạ áp 10,5 kVĐiện áp ngắn mạch:

Trang 2

Nấc điều chỉnh 115 + 9×1,78%/35,5 + 2×2,5%/23

1.2.2 Máy biến dòng điện

Phía 110 kV:

Loại ATH-123 kV

Nhà sản xuất: Margini Galileo

Tiêu chuẩn: IEC-185

Máy biến dòng kiểu CT35-2C1O1C

Nhà sản xuất: Tổng công ty cổ phần thiết bị điện

Máy biến dòng kiểu CT22-2C1O1C

Trang 3

Điện áp sơ cấp định mức của lưới: 115 kV

Điện áp lớn nhất của lưới cho phép biến điện áp làm việc: 123 kV

Cấp chính xác: 3PCông suất định mức: 200 VA

Tỉ số biến áp: 115/ 3 ; 0.1/ 3 ; 0.1 kV

Phía 35 kV:

Máy biến dòng kiểu PT35-1ZHI1

Điện áp định mức: 35 kV

Tần số: 50 Hz

Điện áp định mức phía sơ cấp: 38.5/3 kV

Điện áp phía thứ cấp danh định:

Cuộn đo lường: Điện áp định mức: 100/3; 110/3; 100; 110 V

Cấp chính xác: 0.5 Công suất định mức: 100 VACuộn bảo vệ: Điện áp định mức: 100/3; 110/3 V

Cấp chính xác: 3P Công suất định mức: 200 VA

Phía 22 kV:

Máy biến dòng kiểu PT22-1ZHI1

Trang 4

Điện áp định mức: 24 kV

Tần số: 50 Hz

Điện áp định mức phía sơ cấp: 24/3 kV

Điện áp phía thứ cấp danh định:

Cuộn đo lường: Điện áp định mức: 100/3; 110/3; 100; 110 V

Cấp chính xác: 0.5 Công suất định mức: 100 VACuộn bảo vệ: Điện áp định mức: 100/3; 110/3 V

Cấp chính xác: 3P Công suất định mức: 200 VA

1.3 Sơ đồ nối điện nhà máy

Hình 1.1: Sơ đồ nối điện của trạm

T1:25MVAYn/Y/d11

Trang 5

CHƯƠNG II:

CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ

2.1 Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp (MBA).

Những hư hỏng thường xảy ra với máy biến áp có thể phân ra thành hainhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài:

2.1.1 Hư hỏng bên trong máy biến áp:

Chạm chập giữa các vòng dây

Ngắn mạch giữa các cuộn dây

Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

Thùng dầu bị thủng hoặc bị rò dầu

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

Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

Ngắn mạch một pha trong hệ thống

Quá tải

Quá bão hòa mạch từ

Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí và vai trò của máy biến áp trong hệthống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ phù hợp cho máy biến áp Sau đây

là những loại bảo vệ thường dùng để chống lại các loại sự cố và chế độ làm việckhông bình thường của máy biến áp:

Bảng 2.1: Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều

pha

So lệch có hãm (bảo vệ chính)Quá dòng cắt nhanh, quá dòng có thời gianQuá dòng thứ tự không

Chạm chập các vòng dây, thùng

Trang 6

2.2 Nguyên lý hoạt động của các loại bảo vệ.

Trạm biến áp cần bảo vệ là trạm phân phối với một máy biến áp 3 pha 3 cuộndây 115/35.5/23 kV làm việc độc lập, công suất máy là 25MVA

2.2.1 Nguyên lý hoạt động rơle khí (BUCHHOLZ) (96B)

Chỗ đặt rơle khí

Hình 2.1: Vị trí đặt rơle khí ở máy biến áp.

Bảo vệ rơ le khí để chống lại các hư hỏng bên trong thùng dầu như chạmchập các vòng dây đặt trong thùng dầu, rò dầu

Rơ le khí làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động của dầu trong thùng

dầu Rơle khí thường đặt trên đoạn nối từ thùng dầu đến bình giãn dầu (Hình 2.1).

Tuỳ theo rơle có 1 cấp tác động hay hai cấp tác động mà nó có một hoặc hai phaokim loại mang bầu thuỷ tinh con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ

Cấp một của bảo vệ thường tác động cảnh báo Cấp hai tác động cắt máy biến

áp ra khỏi hệ thống

Trạng thái bình thường trong hình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng, tiếpđiểm rơle ở trạng thái hở Khi có sự cố bên trong thùng dầu như chạm chập cácvòng dây, cuộn dây, nhiệt độ hồ quang làm dầu bốc hơi và chuyển động mạnh Ápsuất của hơi dầu và chuyển động của dầu nhấn chìm các phao xuống làm tiếp điểmcủa rơle đóng lại gửi tín hiệu đi cảnh báo hoặc cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống

Rơ le cũng tác động khi có hiện tượng rò dầu, do lúc đó mức dầu trong thùngtụt xuống vì thế các phao cũng bị tụt xuống theo mức dầu làm cho các tiếp điểm củarơle đóng lại Nếu mức dầu giảm ít thì chỉ tiếp điểm của phao cấp một đóng lại gửitín hiệu đi cảnh báo Nếu mức dầu giảm nhiều thì tiếp điểm phao cấp hai đóng gửitín hiệu đi cắt máy cắt tách máy biến áp ra khỏi hệ thống

Thùng biến áp

Bình giãn dầu

Trang 7

2.2.2 Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện (87T)

Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm tác động nhanh (87T/I) được sử dụng làmbảo vệ chính cho máy biến áp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạmđất

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động trên nguyên tắc so sánh các giá trị biên

độ dòng điện đi vào và đi ra của các phần tử được bảo vệ Nếu sự sai khác giữa haidòng điện vượt quá giá trị cho trước thì bảo vệ sẽ cảm nhận và tác động

Nếu bỏ qua sai số của BI thì khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoàitại N1 (Hình 2.2) dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = I=IT1-IT2 = 0

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (tại N2) dòng một phía (IT2) sẽ thay đổi cảchiều lẫn trị số Khi đó dòng so lệch qua rơ le sẽ là:

ISL = I = IT1 - IT2 ≠ 0Nếu ISL = I lớn hơn một giá trị nào đó của (IKđ) dòng khởi động thì bảo vệ sẽtác động tách phần tử bị sự cố ra

Thực tế do sai số của BI, đặc biệt là sự bão hoà mạch từ, do đó trong chế độbình thường cũng như ngắn mạch ngoài vẫn có dòng không cân bằng (Ikcb) qua rơle

Dòng khởi động của bảo vệ phải định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng

Ikđbv > Ikcb

Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, thường người ta sửdụng nguyên lý hãm bảo vệ Rơ le so lệch có hãm so sánh hai dòng điện, dòng làmviệc (ILV) và dòng hãm (IH) Rơ le sẽ tác động khi ILV>IH

Trang 8

Trong trường hợp ngắn mạch ngoài và chế độ làm việc bình thường, dòngđiện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm ILV < IH bảo vệ không tác động

ILV = ISL  0

IH = IT1 + IT2.Khi ngắn mạch tại N2 trong phạm vi bảo vệ lúc đó

ILV = ISL = IT1 + IT2

IH = IT1 - IT2.Như vậy ILV > IH bảo vệ tác động

Hình 2.3: Đồ thị véc tơ của dòng điện làm việc I LV và dòng điện hãm I H khi có ngắn

mạch ngoài (a) và trong vùng bảo vệ (b)

Trong trường hợp chỉ có một nguồn cung cấp, khi xảy ra sự cố trong vùngbảo vệ, dòng điện sự cố chỉ chạy qua phía có nguồn, khi đó:

KH : Hệ số hãm, KH <1 và thường chọn trong khoảng 0.2÷0.5

Đặc tính bảo vệ so lệch có hãm ISL(IH)chia mặt phẳng tọa độ (ISL,IH) thành haimiền:

Miền nằm trên đường đặc tính là miền tác động (nếu điểm làm việc rơi vàomiền này rơle so lệch sẽ tác động)

Miền nằm dưới đường đặc tính là miền hãm (nếu điểm làm việc rơi vào miềnnày thì rơle sẽ hãm, không tác động)

Trang 9

Để có đặc tính tác động tốt thì đường đặc tính ISL(IH)thường được chia thànhnhiều đoạn, mỗi đoạn được đặc trưng bởi hai thông số, là điểm bắt đầu và độ dốc

Khi đóng máy biến áp không tải nối với nguồn hoặc cắt ngắn mạch ngoài thìdòng điện từ hóa của máy biến áp có thể đạt trị số lớn Đặc biệt trong trường hợpđóng máy cắt điện tại thời điểm điện áp nguồn có trị số bằng 0 thì dòng từ hóa xungkích lớn nhất Lúc này, bảo vệ so lệch có thể cảm nhận như có sự cố bên trong máybiến áp Để phân biệt giữa ngắn mạch bên trong máy biến áp và đóng máy biến ápkhông tải cũng như cắt ngắn mạch ngoài, người ta dựa vào tính chất của dòng điện

từ hóa xung kích, đó là do nó chứa một lượng lớn thành phần hài bậc 2 (70% so vớihài cơ bản)

2.2.3 Nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51/I>) và quá dòng điện cắt nhanh (50/I>>)

Quá dòng là hiện tượng dòng qua các phần tử tăng lên vượt quá giá trị lâu dàicho phép Quá dòng điện xuất hiện khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải

Bảo vệ phía 110 kV làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch, làm việc với 2cấp tác động: cấp tác động cắt nhanh và cấp tác động có thời gian Cấp tác động cóthời gian phải phối hợp tác động với các bảo vệ phía 35 kV, 22 kV

Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 35 kV và 22 kV làm việc có thời gian và đượcphối hợp với bảo vệ quá dòng phía 110 kV

Trang 10

2.2.3.1 Nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian

Hình 2.5: Bảo vệ quá dòng điện có thời gian

(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Chọn dòng khởi động I kđ

Khi làm việc bình thường dòng qua rơ le có giá trị nhỏ hơn giá trị dòng khởiđộng (IKđ) của rơle, khi đó rơ le không làm việc

Khi có sự cố trong phạm vi bảo vệ của rơle, dòng qua rơ le tăng lên, nếudòng này vượt quá dòng khởi động thì rơ le sẽ tác động

Đối với rơle quá dòng điện cắt nhanh: Khi dòng điện Ikđbv qua bảo vệ tăng đến

I > Ikđbv bảo vệ tác động cắt máy cắt tức thời với thời gian t  0s

Đối với rơ le quá dòng điện có thời gian: Khi dòng điện qua bảo vệ (I) tăngđến I > Ikđbv thì bảo vệ sẽ hoạt động với một thời gian cắt cho trước

Dòng khởi động của rơ le được chỉnh định theo biểu thức sau:

INmin > Ikđ = at m LVmax

v

I K



Trang 11

Trong đó:

ILVmax : Dòng làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ

Kat: Hệ số an toàn lấy Kat = 1,1  1,2

Km: Hệ số mở máy Km = 2  5

KV: Hệ số trở về KV = 0,8  0,9 đối với rơ le cơ, KV = 1 đối với rơ le tĩnh

INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho bảo vệ tác động

2.2.3.2 Nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh là tức thời hoặc rất bé (cỡ0,1s), tính chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng trị số dòng điện sự cố chạy quabảo vệ (chọn lọc theo dòng điện)

Ikđ = Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống điện và vùng làm việc của rơ le

Dòng điện khởi động của bảo vệ phải được chọn theo điều kiện khi xảy ra sự

cố ngắn mạch ở đầu đoạn đường dây tiếp theo với dòng điện INmax, bảo vệ khôngđược tác động:

Trang 12

Khi dịch chuyển điểm ngắn mạch trên đường dây, dòng điện ngắn mạch sẽthay đổi

Trên đoạn đường dây có IN > Ikđ bảo vệ cắt nhanh sẽ làm việc vùng tác độngcủa bảo vệ cắt nhanh LCN < LD

Trong đó: LCN: chiều dài vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh

LD: chiều dài của đường dây

Trong chế độ min, dòng điện ngắn mạch có trị số bé hơn trong chế độ maxnên vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh trong chế độ min sẽ hẹp hơn trong chế độmax

Do LCN < LD nên bảo vệ quá dòng cắt nhanh không bảo vệ được toàn bộ đốitượng Khi ngắn mạch ở cuối phần tử được bảo vệ, bảo vệ không tác động

Vùng bảo vệ cũng thay đổi khi chế độ làm việc của hệ thống và các dạngngắn mạch thay đổi

Chính vì các hạn chế trên nên bảo vệ cắt nhanh không thể được sử dụng làmbảo vệ chính cho các phần tử mà chỉ được sử dụng như một bảo vệ dự phòng

2.2.4 Nguyên lý làm việc của vảo vệ quá dòng điện thứ tự không đặt ở trung tính máy biến áp.

Bảo vệ chống các sự cố chạm đất trong cuộn dây nối Yo của máy biến áp



Hình 2.7: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất

Trang 13

Miền bảo vệ được giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở trung tính của máy biến

áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng thứ tự không đặt ở phía đầu ra củacuộn dây nối hình sao của máy biến áp Rơle so lệch tổng trở cao được mắc songsong với một điện trở R có trị số khá lớn

Khi xảy ra sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ (điểm N1)

IR = ∆Io = 3×I'o – 3×I'o =0Lúc này bảo vệ không tác động

Khi xảy ra sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ (N2) toàn bộ dòng chạm đất sẽchạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng không

2.2.5 Bảo vệ quá tải nhiệt (49)

Bảo vệ được đặt ở các phía của máy biến áp nhằm chống quá tải cho cáccuộn dây

Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp Quá tải lâu dài sẽ làm già cỗi cáchđiện, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng

Bảo vệ loại này phản ảnh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khácnhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác độngkhác nhau

Cấp 1: Cảnh báo khởi động các mức làm mát, tăng tốc độ tuần hoàn củakhông khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp

Cấp 2: Sau khi cấp 1 tác động không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máybiến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian qui định thì máybiến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống

2.3 Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ.

Trang 14

Trong đó: INmin : dòng điện ngắn mạch cực tiểu chạy qua bảo vệ

Ikd : dòng điện khởi động của bảo vệ

Yêu cầu về độ nhạy: Đối với các bảo vệ chính: Kn = 1,5- 2

2.3.4 Độ tin cậy:

Là khả năng của hệ thống bảo vệ làm việc đúng và chắc chắn khi có sự cốxảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, không tác độngnhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được xác định

Thực tế nhiều khi các yêu cầu trên là mâu thuẫn nhau Ví dụ muốn có đượctính chọn lọc và độ tin cậy cao thì phải sử dụng nhiều bảo vệ Vì vậy, cần phải tínhtoán dung hòa giữa các yêu cầu trên trong việc lựa chọn thiết bị bảo vệ, điều khiển

và tự động hóa trong hệ thống điện

2.4 Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp

Trên (Hình 2.8) trình bày sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp:

Bảo vệ so lệch có hãm (87R), bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N), rơle khí(96B) được dùng làm bảo vệ chính

Để chống quá tải nhiệt dùng bảo vệ quá tải nhiệt (49)

Trang 15

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và quá dòng có thời gian (51,50) làm bảo vệ dựphòng

Hình 2.8: Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp

Trang 16

Các loại ngắn mạch và xác suất xảy ra:

Ngắn mạch ba pha (N(3)), xác suất xảy ra: 5%

Ngắn mạch hai pha (N(2)), xác suất xảy ra: 10%

Ngắn mạch ha pha chạm đất (N(1,1)), xác suất xảy ra: 20%

Ngắn mạch một pha (N(1)), xác suất xảy ra: 65%

Tính toán ngắn mạch để lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch.Tính toán ngắn mạch để phục vụ thiết kế, lựa chọn các thiết bị hạn chế dòngngắn mạch

Đối với trạm thiết kế bảo vệ phải tính dạng ngắn mạch như sau:

Để tìm dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 3 pha N(3),ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)

Để tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 2 pha N(2),ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)

Xét chế độ ngắn mạch không đối xứng

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương phápcác thành phần đối xứng Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần: thànhphần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không

Khi tính ngắn mạch sử dụng các giả thiết

Trang 17

Coi tần số là không thay đổi trong thời gian ngắn mạch

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

Bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải đối với dòng ngắn mạch

Bỏ qua điện trở của các phần tử

Coi phía 35 KV của máy biến áp trung tính cách điện hoàn toàn với đất

3.2 Điện kháng các phần tử

Đối với tính toán bảo vệ rơ le, chọn các đại lượng cơ bản sau:

Scb= SdđB = 25 MVA (SdđB = 25 MVA/ 25 MVA/ 25 MVA)

25

3 23 = 0.628 kA

3.2.1 Hệ thống

Theo số liệu của trung tâm điều độ hệ thống Miền Bắc A1 đối với trạm biến

áp Kim Sơn, tại thanh cái 110 kV có SNmax = 366 MVA; SNmin = 293 MVA; Ucb = 110

kV; Zcb =Uhtcb2

Scb =

1102

25 = 484 Ω; X0Hmax = 57.29 Ω; X0Hmin = 71.52 ΩQuy sang hệ đơn vị tương đối cơ bản đã chọn:

Trang 18

Xác định dòng điện ngắn mạch qua các vị trí đặt BI trong các chế độ:

Trạm vận hành 1 máy biến áp, SN = SNmax

Trạm vận hành 1 máy biến áp, SN = SNmin

Trang 19

Chế độ cực tiểu:

Công suất ngắn mạch trên thanh góp là nhỏ nhất

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

Sơ đồ thay thế:

Hình 3.1: Sơ đồ thay thế của trạm

3.3.1 Khi trạm vận hành một máy biến áp S N = S Nmax

( )

X30.071()

c)

Trang 20

a, Thuận; b, Nghịch; c, Không Trong đó: X1 = X2 = XHmax = 0.068; X1 = X0Hmax = 0.118; X2 = XC

EHT



= 14.706

Dòng qua BI0: I*BI0 = 14.706

Dòng qua BI1 (khi ngắn mạch tại N’1): I*BI1 = 14.706

X10.118

X20.11

I(1)

OB

Trang 21

I*(1) 0B =

I*(1) BI0 = I*1N + I*2N + I*0H = 4.831 + 4.831 + 2.907 = 12.569

BI1: Chỉ có thành phần dòng thứ tự không

I*BI1 = I*0B = 1.895Dòng qua dây trung tính máy biến áp với đất:

I*(1) 0TTB = 3 × I*(1)

10.068 0.071

0.068 0.0711

I*(1,1) 2N1 = -I*(1,1)

I*(1,1) 0N1 = -I*(1,1)

Trang 22

Giá trị dòng thứ tự không qua điện kháng hệ thống:

I*(1,1) 0H = -

(1,1)

0.326

0.1180

U N

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp:

I*(1,1) 0B = -

I*(1,1) BI0 = 2a  I1N a I2N I0H =

BI2, BI3: không có dòng

Dòng thứ tự không qua dây nối trung tính máy biến áp:

I*(1,1) 0TTB = 3×I*(1,1)

0B = 3×(-1.801) = -5.403.* Điểm N1':

BI1: I*

BI1 = I* BI0 = 13.735

X1

0.178

N2

XC B0.11

N2

Trang 23

* Tại N2':

BI1: I*

BI1= 5.618Không có dòng qua các BI còn lại

* Tại N3':

BI1: I*

BI1= 4.016

XH0.068

X1

0.249

XC B0.11

N

3

XBH0.071

Trang 24

Không có dòng qua các BI còn lại

3.3.2 Khi trạm vận hành một máy biến áp S N = S Nmin

B =0.071; X0 = X0H // (XC + XH

Không có dòng qua các BI còn lại

X0

0.081

N1

X10.148

N1

X20.11

( )

X30.071()

Trang 25

BI1: Chỉ có thành phần dòng thứ tự không

I*BI1 = I*0B = 1.785Dòng qua dây trung tính máy biến áp với đất:

I*(1) 0TTB = 3 × I*(1)

X0H0.148

XC B0.11

I(1)

OB

Trang 26

3.3.2.3 Ngắn mạch hai pha chạm đất N 1,1) :

Dòng thứ tự thuận:

I*(1,1) 1N1 =

10.085 0.081

0.085 0.0811

I*(1,1) 2N1 = -I*(1,1)

I*(1,1) 0N1 = -I*(1,1)

I*(1,1) 0H = -

(1,1)

0.328

0.1480

U N

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp:

I*(1,1) 0B = -

I*(1,1) BI0 = 2a  I1N a I2N I0H = =

Trang 27

BI1: I*

BI1 = I* 0B = -1.812

BI2, BI3: không có dòng

Dòng thứ tự không qua dây nối trung tính máy biến áp:

I*(1,1) 0TTB = 3×I*(1,1)

0B = 3×(-1.812) = -5.436.* Điểm N1':

BI1: I*

BI1 = I* BI0 = 11.036

* Tại N2:

BI2, BI1 : I*BI1 = I*

BI2= I*(2)

N2 = 5.128Không có dòng qua BI3

* Tại N2':

BI1: I*

Phía III (hạ áp):

Cuộn dây hạ áp của máy biến áp nối tam giác nên ở chế độ công suất ngắnmạch cực đại chỉ cần tính toán với dạng ngắn mạch hai pha N(2):

XH0.085

X1

0.195

N2

XC B0.11

Trang 28

Hình 3.9: Sơ đồ thay thế

X1 = XC

B + XH + XH

B = 0.085 + 0.11 + 0.071= 0.2661

* Tại N3':

BI1: I*

Trang 29

Trang 30

CHƯƠNG IV:

LỰA CHỌN CÁC LOẠI RƠ LE

4.1 Rơ le so lệch SEL 387

Giới thiệu tổng quan về rơ le SEL 387

Rơ le số SEL 387 do tập đoàn SEL Inc sản xuất, được dùng để bảo vệ máybiến áp 2 cuộn dây, 3 cuộn dây, 4 cuộn dây, bảo vệ các loại máy phát điện, động cơ,đường dây Các chức năng khác được tích hợp trong rơ le làm nhiệm vụ dự phòngnhư: bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, bảo vệ chống sự cố chạmđất, hãm hài bậc cao, chống hư hỏng máy cắt SEL 387 tác động nhanh và chọn lọc,chống lại các dạng ngắn mạch xảy ra trong phạm vi bảo vệ Bằng cách phối hợp cácchức năng tích hợp trong rơ le ta có thể đưa ra những phương thức bảo vệ phù hợp

và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ

Đặc điểm của rơ le SEL 387:

Được trang bị hệ thống xử lý word bit

Sử dụng đo lường, cài đặt, tự kiểm tra, báo cáo sự kiện, và các chức năngkhác

Ngôn ngữ lệnh rõ ràng, sử dụng bảng điều khiển tích hợp hoặc máy tính cánhân, đơn giản cho người và giao tiếp truyền thông với thiết bị

Giới thiệu các chức năng được tích hợp trong rơ le:

Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp: đây là chức năng chính của rơ le.Bảo vệ chống chạm đất hạn chế với độ nhạy cao (REF)

Bảo vệ quá dòng

Khóa hoặc ngăn cản sóng hài bạc hai, bậc bốn, có lựa chọn không ảnh hưởngđến các hệ thống đo

Khóa thành phần một chiều và sóng hài bậc năm

Giám sát trạng thái của máy cắt, hệ thống DC

Đo lường và hiển thị các thông số vận hành cho dòng so lệch và dòng hãm.Ghi sự cố và sự kiện

Điều khiển máy cắt tại chỗ hoặc từ xa

Bảo vệ quá tải theo nguyên lý hình ảnh nhiệt

Trang 31

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

Kiểm tra sự cố thoáng qua

Khả năng truyền thông, kết nối của rơ le SEL 387:

Rơ le SEL 387 là thiết bị có 4 cổng kết nối:

Một cổng EIA-232 ở phía trước

Hai cổng EIA-232 ở phía sau

Một cổng EIA-485 ở phía sau

Thiết lập giao tiếp với SEL 387 thông qua cổng kết nối với cáp tương ứng.Kết nối máy tính, Modem, máy in, cổng kết nối SCADA Kết nối qua cổng giao tiếpcho phép ta truy cập nhanh tới rơ le, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông

số, chức năng cũng như các dữ liệu có trong rơ le Điều này đặc biệt thuận lợi choviệc kiểm tra, thử nghiệm rơ le trước khi đưa vào sử dụng

4.1.1 Các thông số kỹ thuật của rơ le SEL 387

Dòng điện đầu vào AC

5 A (định mức); 15 A liên tục (dòng điện lớn nhất mà không gây quá nhiệtcho động cơ)

Công suất tiêu thụ đầu vào: 0.27 VA ở 5 A

1 A (định mức) 3 A liên tục

Công suất tiêu thụ đầu vào: 0.13 VA ở 1 A

Tần số và thứ tự pha

Tần số danh định: 50 Hz hoặc 60 Hz (có thể tùy chọn)

Thứ tự pha: ABC hoặc ACB (có thể tùy chọn)

Nguồn cung cấp

125/250 Vdc hoặc Vac:

Phạm vi thay đổi cho phép: 85-350 Vdc hoặc 85-264 Vac

Công suất tiêu thụ < 25 W

48/125 Vdc:

Phạm vi thay đổi cho phép: 38-200 Vdc hoặc 85-140 Vac

24/48 Vdc:

Phạm vi thay đổi cho phép: 16-60 Vdc phụ thuộc vào số cực

Trang 32

Tiếp điểm đầu ra

EIA- 232: 1 cổng phía trước và 2 cổng phía sau

Đèn tín hiệu LED

1 đèn EN báo trạng thái làm việc bình thường của rơ le

1 đèn TRIP báo rơ le tác động cắt

1 đèn báo cấp cắt nhanh từ bảo vệ so lệch hoặc quá dòng tác động

3 đèn (87-1; 87-2; 87-3) báo cắt do dòng so lệch (1; 2; 3)

3 đèn báo dạng sự cố pha (A; B; C)

4 đèn báo bảo vệ quá dòng các cuộn dây (W1; W2; W3; W4)

1 đèn báo cắt từ chức năng quá dòng cắt nhanh

1 đèn báo cắt từ chức năng quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc

1 đèn báo dạng sự cố quá dòng dòng trung tính (N)

4.1.2 Chỉnh định và cài đặt thông số cho rơ le SEL 387

Việc cài đặt và chỉnh định các thông số, chức năng bảo vệ trong rơ le đượcthực hiện theo hai cách:

Bằng bàn phím ở mặt trước của rơ le

Bằng cách cài đặt trên máy tính thông qua cổng kết nối

Trang 33

Rơ le số SEL thường tổ chức các thông số trạng thái và chức năng bảo vệtheo các địa chỉ, tức là với mỗi chức năng, thông số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉnhất định Mỗi địa chỉ lại có những lựa chọn để cài đặt Ví dụ:

Bảng 4.1: Bảng ví dụ cài cài đặt thông số

Bật chức năng bảo vệ solệch cuộn dây 1

Bật chức năng bảo vệquá dòng cuộn thứ n

4.1.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơ le SEL 387

Mô tả ứng dụng

Bảo vệ thiết bị với bảo vệ so lệch phần trăm độ dốc kép nâng cao độ nhạy và

an toàn cho thiết bị hơn với những bảo vệ truyền thống

Tất cả các rơ le SEL-387 đều cung cấp các lựa chọn giữa khóa sóng hài vàhãm sóng hài để đảm bảo sự làm việc ổn định của máy biến áp trong điều kiện khởiđộng Khóa dc đối với sóng hài chẵn (hài bậc hai và bậc bốn) được đưa vào để bảo

vệ trong quá trình khởi động, trong khi khóa hài bậc lăm được thực hiện trong quátrình bảo vệ chống quá kích thích

Đặc tính làm việc:

SEL 387 có 3 thành phần so lệch (87R-1; 87R-2; 87R-3) Những thành phầnnày sử dụng vận hành (IOP) và hãm (IRT) mà rơ le tính toán từ dòng điện đầu vàocủa cuộn dây Bốn cài đặt để định nghĩa đặc tính tác động là:

O87P = Yêu cầu mức IOP nhỏ nhất để vận hành

Trang 34

SLP1 = Độ dốc đầu, bắt đầu ở điểm gốc và giao với O87P ở IRT =O87P×100/SLP1

IRS1 = Hạn chế của IRT để SLP1 vận hành, giao nhau ở nơi mà SLP2 bắtđầu

SLP2 = Nếu được sử dụng phải lớn hơn hoặc bằng SLP1

Operating region IOP

O87P

IRT IRS1

Slope 1 ( SLP1)

25%

Slope 2 ( SLP2)

Thành phần tự do 87Un (87U1, 87U2, 87U3) so sánh đại lượng IOP với giátrị đặt (U87P), thường vào khoảng 10 lần TAP, và tác động nếu vượt quá mức này.Thành phần 87U1, 87U2, 87U3 được nối vào khâu với thành phần 87U như đã chỉ

ra ở Hình 4.2 Khóa hài hoặc hãm không được thể hiện trên các thành phần tự do

Sử dụng các thành phần này để bảo vệ sứ xuyên máy biến áp và cuộn dây cuối,trong khi tình trạng dòng khởi động và sự cố thoáng qua đang duy trì Thành phầndòng vận hành 87On (87O1, 87O2, 87O3) được cung cấp để phục vụ kiểm tra

Thành phần hãm (87R1, 87R2, 87R3) xác định xem liệu các đại lượng IOP

có lớn hơn so với đại lượng đặc tính so lệch đang sử dụng như trong (Hình 4.1).

Trang 35

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điệnĐặt HRSTR = Y (hãm sóng hài) để sửa đổi nội dung đặc tính này như một chứcnăng của hài bậc hai và bậc bốn.

Trong thành phần 87Rn, đại lượng IOPn và IRTn xác định xem có tác động

rơ le

Logic đóng trong đường chấm của (Hình 4.2) kéo theo đặc tính trong (Hình

4.1), Thành phần so lệch tính toán một ngưỡng như là một hàm của IRTn IOPn

phải vượt ngưỡng này để đưa ra lệnh nhả, để tính giá trị IOP Logic quyết định cácphần tử so lệch thực hiện so sánh các giá trị tính toán, kí hiệu f(IRTn), để thực tếIOPn Nếu IOPn lớn hơn, một đầu vào cổng AND ở bên phải sẽ ở mức logic 1 Sosánh các IOPn với cài đặt O87P xác định đầu vào AND thứ hai Nếu IOPn lớn hơnO87P, rơ le word bit 87On xác nhận Điều kiện cổng AND được thỏa mãn, và rơ leword bit 87Rn xác nhận

n= 1, 2,3

87U187U2

Để khóa hài, lượng sóng hài của dòng so lệch phải vượt ngưỡng từng giá trịriêng (PCT2 hoặc PCT4) tức là, các ngưỡng được coi như là phép đo lường mỗi giá

Trang 36

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điệntrị sóng hài độc lập Để hãm sóng hài, giá trị dòng điện hài bậc hai và bậc bốn đượcđếm gộp lại tương ứng với PCT2 hoặc PCT4 trước khi được tổng hợp và thêm vàođặc tính hãm của rơ le (IRTn)

Điều quan trọng là không cài đặt PCT2 và PCT4 OFF khi đang sử dụng chứcnăng hãm sóng hài (HRSTR = Y) Làm như vậy sẽ có hiệu quả loại bỏ tất cả hãmhài từ rơ le Tăng giá trị cài đặt sử dụng của PCT2 và PCT4 tướng ứng với giảmlượng hài mà được thêm vào từ đặc tính IOP của rơ le Đây là kết quả của mối quan

hệ nghịch đảo được tạo ra bởi 100/PCT2 và 100/PCT4 tướng ứng với lượng sónghài Sử dụng giá trị mặc định cho những cài đặt này để cung cấp thành phần so lệchvận hành trong điều kiện khởi động

Thành phần 4HB1, 4HB2, 4HB3 được nối vào thành phần 4HBL như chỉ ra

trong (Hình 4.3) ở dưới Thành phần 4HBL được dùng như một rơ le word bit

nhưng thành phần 4HB1, 4HB2 và 4HB3 thì không

Để cảnh báo quá kích thích, một đèn báo chức năng được thêm vào, dùngmột ngưỡng tác động riêng (TH5P) và một bộ định thời điều chỉnh được (TH5D).Ngưỡng và bộ định thời này được ứng dụng cho máy biến áp trong hoặc gần trạmphát

(Hình 4.3) cho thấy logic khóa dc của thành phần so lệch 1 Thành phần

DCBL1, DCBL2 và DCBL3 được nối với thành phần DCBL như chi ra ở Hình 4.4phía dưới DCBL được sử dụng như một rơ le word bit nhưng thành phần DBL1,DBL2 và DBL3 thì không

Ứng dụng tính năng khóa dc trong trường hợp dòng khởi động có lượng sónghài nhỏ nhưng bù lại dc cao Nguyên tắc đo là thừa nhận dạng sóng, phân biệt giữa

Trang 37

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điệnthời gian không đổi của dòng khởi động thường lâu hơn thời gian không đổi củamột sự cố bên trong.

HRSTR=N 2nd

4th

I1HB2

87BL1 I1HB4

2HB1 5th

5HB1

DCBL1 DCBL2 DCBL3 4HB1 4HB2

DCBL

+ +

+

- -

DCBL1

+ - DCR

để cho phép thành phần quá dòng và đo công suất Lựa chọn Y cho E87Wn để kích

Trang 38

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điệnhoạt cài đặt so lệch cho từng cuộn dây tương ứng Lựa chọn N cho E87Wn để vôhiệu hóa cài đặt so lệch cho từng cuộn dây tương ứng, rơ le sẽ ẩn đi các cài đặt.

Tổ đấu dây của biến dòng (W1CT—W4CT)

Phạm vi lựa chọn: Y, D

Để thực hiện tính toán cho các giá trị TAPn, rơ le sử dụng thông tin mỗi cuộndây của biến dòng được nối Y hay D Nếu biến dòng được nối D, rơ le sẽ tăng giátrị TAPn thêm 1.732 Ngoài ra, nếu một cuộn dây đặc biệt của biến dòng "n" đượcnối D (WnCT = D), khi đó dòng thứ cấp tương ứng với dòng điện đầu vào của SEL-

387 (IAWn, IBWn, ICWn) được sửa đổi trước khi được hiển thị hoặc sửa đổi

Đối với các biến dòng nối D, dòng thứ cấp vào đầu vào dòng SEL-387 làdòng so lệch pha- pha Để tạo một giá trị pha- trung tính giả cho hiển thị và sử dụngtrong các thuật toán, dòng so lệch pha- pha này được chia cho 3 (1.732)

Tỉ số biến dòng (CTR1-CTR2)

Phạm vi lựa chọn: 1-50000

Xác định tỉ số biến dòng bằng cách Chia Dòng danh định sơ cấp cho dòngđiện danh định thứ cấp của máy biến dòng Ví dụ nếu dòng điện danh định sơ cấp là

2000 A và dòng điện danh định thứ cấp là 5 A ta có tỉ số 2000/5 hay 400

Dung lượng lớn nhất của máy biến áp (MVA)

Phạm vi lựa chọn: OFF, 0.2-5000 MVA

Số hiệu tổ đấu dây (W1CTC-W4CTC)

Nhập vào điện áp dây danh định của máy biến áp

TAP dòng điện (TAP1-TAP4)

Phạm vi lựa chọn: 1 A: 0.1-31 A, thứ cấp

5 A: 0.5-155 A, thứ cấpKhi giá trị được nhập vào thiết lập MVA (tức là MVA không thiết lập OFF)

rơ le sẽ sử dụng MVA, điện áp dây, tỉ số CT, và kiểu nối CT mà bạn nhập vào và tự

Trang 39

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nghành: Kỹ thuật điệnđộng tính toán giá trị "TAPn" Bạn cũng có thể nhập trực tiếp các giá trị TAP vớiđiều kiện MVA cài đặt OFF.

Hãm thành phần dòng điện làm việc nhỏ nhất (O87P)

Phần trăm độ dốc hãm (SLP1, SLP2)

Phạm vi lựa chọn: SLP1: 5–100% ; SLP2: OFF, 25–200%

Sử dụng cài đặt tỷ lệ phần trăm độ dốc hãm để phân biệt giữa sự cố bên ngoài

và sự cố bên trong Cài đặt SLP1 và SLP2 để phù hợp với so lệch dòng điện khithay đổi đầu phân áp máy biến áp, bão hòa biến dòng, sai số rơ le, sai số biến dòng

Giới hạn độc đốc 1 hãm dòng điện (IRS1)

Phạm vi lựa chọn: 1.0–20.0 × TAP

Chú ý: 1 A: TAPMAX ×IRS1 ≤ 31.0

5 A: TAPMAX ×IRS1 ≤ 155.0

Giúp cải thiện độ nhạy trong vùng nơi sai số biến dòng ít và tăng cường bảo

vệ trong vùng dòng điện cao ở nơi sai số biến dòng lớn hơn Chúng ta phải xác định

cả hai độ dốc, cũng như hạn chế độ dốc 1 hay điểm IRS1, nơi mà SLP1 và SLP2giao nhau

Thành phần dòng điện tự do (U87P)

Phạm vi lựa chọn: 1.0–20.0 × TAP

Mục đích của thành phần dòng tự do là để tác động nhanh với cấp dòng điệnlớn mà gần sự cố bên trong Cài đặt cấp tác động (U87P) khoảng 10 lần giá trị đặt.thành phần so lệch tự do chỉ thích hợp với thành phần tần số cơ bản của dòng solệch, nó không bị ảnh hưởng bởi các cài đặt SLP1, SLP2, IRS1, PCT2, PCT5 hayIHBL Do đó phải thiết lập mức tác động đủ lớn để tránh tác động nhầm khi dòngkhởi động lớn

Khóa tỷ lệ phần trăm sóng hài bậc hai (PCT2)

Trang 40

Phạm vi lựa chọn: OFF, 5-100%

Cấp điện cho máy biến áp sẽ gây ra dòng từ hóa trong máy biến áp, nó xuấthiện như dòng so lệch khiến rơ le tác động nhầm Dòng từ hóa bao gồm một lượnglớn sóng hài bậc hai, thành phần sóng hài chẵn này có thể được sử dụng để xác địnhdòng khởi động và ngăn rơ le không tác động nhầm

Khóa tỷ lệ phần trăm sóng hài bậc bốn (PCT4)

có hiện tượng quá kích thích của máy biến áp

Khóa sóng hài bậc lăm độc lập với thiết lập hãm sóng hài (HRSTR), vàkhông ảnh hưởng đến đặc tính độ dốc.hãm

4.1.2.2 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế:

Mô tả ứng dụng

Dùng để bảo vệ cuộn dây máy biến áp, máy phát điện, động cơ có trung tínhtrực tiếp nối đất Thành phần được hạn chế trong trường hợp này theo ý nghĩa làchống chạm đất hạn chế trong một khu vực được xác định bởi trung tính và các bốtrí dây của máy biến dòng

Đặc tính là việc

Biện pháp chống chạm đất hạn chế trong SEL-387 là sử dụng thành phầnđịnh hướng (32IR) để so sánh hướng của dòng điện làm việc nhận được ở cuốiđường dây máy biến dòng với dòng điện trong dây trung tính máy biến dòng

(Hình 4.5) chỉ ra sơ đồ khóa/kích hoạt đơn giản của REF, nhóm logic phía

trên quyết định cho phép thành phần định hướng REF khởi động rơ le word bit32IE Hai đại lượng khởi động của phương trình E32I và độ lớn của dòng thứ cấpmáy biến dòng (IRW4) xác nhận là lớn hơn ngưỡng cài đặt, 50GP

Tiêu đề	Bảo vệ trạm biến áp 110 kV
Tác giả	Vũ Thị Dư
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	5,95 MB