ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠLE HỆ THỐNG ĐIỆN

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 11035kV có hai máy biến áp B1 và B2 được mắc song song với nhau. Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của hệ thống điện. Từ hệ thống điện (HTĐ) kết nối đến thanh cái 110kV của trạm biến áp và phía hạ áp của trạm có điện áp 35kV để cung cấp cho phụ tải qua đường dây L.

Lưu ý số liệu: Màu đỏ: Mã sinh viên có số cuối từ 1-2

Màu xanh lá cây: Mã sinh viên có số cuối

từ 3-4 Màu xanh da trời: Mã sinh viên có

số cuối từ 5-6 Màu tím: Mã sinh viên có số cuối từ 7-8

Màu đen: Mã sinh viên có số cuối từ 9-0

II Yêu cầu:

1 Đặt phương thức bảo vệ cho MBA

2 Tính toán bảo vệ cho đường dây cung cấp điện hình tia

Ngày giao: / / Ngày nộp:

GV hướng dẫn

MỤC LỤC

MỤC LỤC………

CHƯƠNG I MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG VÀ CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN 2

1.1 Mô tả đối tượng 2

1.1.1 Giới thiệu chung [2] 2

1.1.2 Thông số 2

1.2 Chọn tỷ số biến đổi của các BI 3

1.2.1 Cho đường dây 3

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 4

2.1 Mục đích tính toán 4

2.2 Tính toán ngắn mạch [1] 4

2.2.1 Vị trí điểm ngắn mạch 4

2.2.2 Tính toán điện kháng các phần tử 4

2.3 Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây Error! Bookmark not defined 2.3.1 Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song Error! Bookmark not defined 2.3.2 Chế độ cực tiểu với một máy biến áp làm việc độc lập Error! Bookmark not defined 2.5 Xây dựng quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây 16

CHƯƠNG III SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN CÀI ĐẶT RƠ LE 3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của relay bảo bệ 18

3.1.1 Nhiệm vụ của relay bảo vệ 18

3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp 21

3.2.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của MBA 21

3.2.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp 21

3.3 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây 22

3.3.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của đường dây 22

3.3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây 22

3.4 Nguyên lý bảo vệ sử dụng trong phương thức bảo vệ cho máy biến áp và đường dây 23

3.4.1 Bảo vệ quá dòng điện 23

3.4.2 Bảo vệ so lệch 25

3.4.3 Bảo vệ role khí 28

3.4.4 Bảo vệ chống chạm đất của máy biến áp 28

CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 30

4.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 30

4.1.1 Tính dòng khởi động cho bảo vệ 30

4.1.2 Xác định vùng bảo vệ 30

4.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian (51): 32

4.2.1 Chế độ phụ tải cực đại 32

4.2.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 34

4.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 36

4.3.1 lựa chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 36 4.3.2 xác định vùng bảo vệ 37

4.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 38

Tài liệu tham khảo 40

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay Trong bất kỳ lĩnh vực nào như sản xuất, sinh hoạt,an ninh đều cần sử dụng điện năng Việc đảm bảo sản xuất điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo Chính vì vậy cần phải tăng cường các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra

Đồ án môn học Bảo vệ rơle giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơ bản về bảo vệ rơle Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn đối với từng loại bảo

vệ

Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các

thầy cô bộ môn, đặc biệt là của cô X Dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức của em

còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ

án cũng như kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là cô X đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này!

Hà Nội, tháng năm

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG VÀ CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN

1.1.Mô tả đối tượng

1.1.1.Giới thiệu chung[2]

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110/35kV có hai máy biến áp B1 và B2 được mắc song song với nhau Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của hệ thống điện Từ

hệ thống điện (HTĐ) kết nối đến thanh cái 110kV của trạm biến áp và phía hạ áp của trạm có điện áp 35kV để cung cấp cho phụ tải qua đường dây L

Hình 1.1: Mô tả đối tượng cần bảo vệ

1.1.2.Thông số

a) Hệ thống điện

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SNmax = 1500 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: SNmin = 1125 MVA

tpt2 = 0,5 (s)

35kV

Đặc tính thời gian của relay là đường dốc tiêu chuẩn :

1.2.1.Cho đường dây

Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BIdùng cho bảo vệ đường dây L Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 5A

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: 𝑛𝑖 =𝐼𝑆𝑑𝑑

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.1.Mục đích tính toán

Ngắn mạch là một trong các sự cố nghiêm trọng nhất của hệ thống.Là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính).Lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của hệ thống giảm đi, dòng điện tăng cao có thể gây ra phá hủy thiết bị dẫn tới thiệt hại lớn về tài sản hệ thống và có thể đe dọa tính mạng người vận hành

Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lựa chọn thiết bị lực (nhị thứ) trong phương thức nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp dòng sự cố, và xác định trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng

Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào ảnh hưởng của nguồn, cấu trúc của hệ thống, vị trí

điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch

Một số giả thiết khi tính toán ngắn mạch:

+ Coi tần số không đổi khi ngắn mạch

+ Bỏ qua hiện tượng bão hoà 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

Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng

Công suất cơ bản : Scb = 20 (MVA)

cb HT

N

S X

cb HT

N

S X

S

+ Giá trị điện kháng thứ tự không

Chế độ cực đại : X0HTmax = 1,1.X1Htmax = 1,1.0,0133 = 0,0146

Chế độ cực tiểu : X0HTmin = 1,1 X1HTmin = 1,1.0,0178 = 0,0196

2.3.Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây

2.3.1 Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song

Sơ đồ tương đương:

X là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n

Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức : ( n )

N 1 ) n ( ) n (

0 2

)XX

(

X.X1

.3

2 (1;1) (1;1)

Ngắn mạch tại điểm N2, nên dòng ngắn mạch đi qua BI1

Tính toán tương tự với các điểm ngắn mạch còn lại, ta có bảng sau :

Điểm

ngắn

mạch

IN(3) (kA) IN(1) (kA)

IN(1,1) (kA)

I0(1) (kA)

I0(1,1) (kA) I0Nmax Inmax N1 5,4469 5,4196 5,4332 5,4196 5,3926 5,4196 5,4469 N2 4,6071 4,2375 4,4458 4,2375 3,9227 4,2375 4,6071 N3 3,9918 3,4787 3,7849 3,4787 3,0825 3,4787 3,9918 N4 3,5214 2,9504 3,3031 2,9504 2,5387 2,9504 3,5214 N5 3,1502 2,5614 2,9337 2,5614 2,1580 2,5614 3,1502 N6 2,1827 1,6609 2,0055 1,6609 1,3405 1,6609 2,1827 N7 1,6698 1,2289 1,5256 1,2289 0,9722 1,2289 1,6698 N8 1,3521 0,9753 1,2315 0,9753 0,7627 0,9753 1,3521 N9 1,1360 0,8084 1,0326 0,8084 0,6274 0,8084 1,1360

Bảng 2.3: Dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại

2.3.2 Chế độ cực tiểu với một máy biên áp làm việc độc lập



 

 (vì E∑=1) với ( n )

X là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.Trị

số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức : ( n )

N 1 ) n ( ) n (

0 2

)XX

(

X.X1

.3

Tương tự với các điểm ngắn mạch còn lại, ta có:

Điểm IN(2) (kA) IN(1) (kA) IN(1,1) (kA) I0(1) (kA) I0(1,1) (kA) I0Nmin Inmin

2.5 Xây dựng quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây

Hình 2.4: biểu đồ phân bố dòng ngắn mạch theo chiều dài đường dây

Hình 2.5: biểu đồ phân bố dòng ngắn mạch thứ tự không theo chiều dài đường dây

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

Bảng 2.7: Dòng điện ngắn mạch trong chế độ cực đại và cực tiểu

CHƯƠNG III:

XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY

3.1.Nhiệm vụ và yêu cầu của relay bảo bệ

3.1.1 Nhiệm vụ của relay bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt những phần

tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải kể đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy Nguyên nhân gây ra hư

hỏng, sự cố đối với phần tử trong hệ thống điện:

- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ lụt

- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi

- Do các tai nạn ngẫu nhiên

- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thể ngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố

- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ các phần tử bị ngắn

mạch và các phần tử lân cận

- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoả hoạn

- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp,

ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện

- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện

Hậu quả của ngắn mạch là:

- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện

- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện

- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ

- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường Một trong những tình trạng làm việc không bình thường đó là quá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng

bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá huỷ

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện cần có những thiết bị phát hiện sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện tại là các Rơle Ngày nay, khái niệm Rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như toàn hệ thống điện Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle

được gọi là thiết bị bảo vệ Rơle

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắtphần tử hư hỏng ra khỏi

hệ thống điện Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện, tuỳ mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ở các thiết bị bảo vệ Rơle chống hư

hỏng)

3.1.2 Yêu cầu của relay bảo bệ

Tính chọn lọc

Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố

ra khỏi hệ thống Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện hoặc máy biến áp)

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

I k I

Yêu cầu: k n=1,5 ÷2 đối với bảo vệ chính

Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết

bị , càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ tiêu thụ , giảm xác suất dẫn đên hư hỏng nặng hơn và càng nâng cao khả năng duy trì sự ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn

bộ HTĐ Tuy nhiên để đảm bảo được yêu cầu tác động nhanh thì lại không đáp ứng được yêu cầu về tính chọn lọc

+ Bảo vệ rơ le được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kì của dòng điện tần số 50Hz).Bảovệ rơ le được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơ le

+ Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,2 ÷ 1,5s), bảo vệ dự phòng khoảng (1,5

÷ 2,0s)

Độ tin cậy

+ Độ tin cậy đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn

+ Độ tin cậy tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng 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 khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định

Kinh tế

Đối với các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp,chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo

vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình,vì vậy thông thường giá cả thiết bị

bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cung cấp cho thiết bị bảo vệ.Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định,vì nếu không thỏa

mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện

Đối với lưới trung, hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn,và yêu cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế trong chọn thiết bị bảo

vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất

3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp

3.2.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của MBA

a) Hư hỏng bên trong máy biến áp bao gồm:

- Chạm đất giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đât (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc dò dầu

b) Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

- Ngăn mạch một pha trong hệ thống

- Qúa tải

- Qúa bão hòa mạch từ

3.2.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp

+) Bảo vệ so lệch có hãm

+) Bảo vệ quá dòng có thời gian

+) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

+) Bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không

+) Bỏa vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không

+) Role khí

+) Hình ảnh nhiệt

+) Chống quá bão hòa

I0>

I

RK 12

Hình 3.1 Phương thức bảo vệ cho máy biến áp

3.3 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây

3.3.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của đường dây

- Ngắn mạch (nhiều pha hoặc một pha ), chạm đất 1 pha

- Qúa điện áp

- Đứt dây hoặc quá tải

3.3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây

+) Bảo vệ quá dòng có thời gian

+) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

+) Bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không

+) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không