ĐATN - Tính toán bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 582

Ngoài khả năng đóng cắt máy cắt điện bằng tay, bao giờ đi kèm với nó, cũng có một mạch điện điều khiển khiến cho máy có thể tự động cắt dòng được ngắn mạch đường dây - Máy cắt điện p

KHOA NĂNG LƯỢNG

NGUYỄN TIẾN ĐẠT – LỚP 58KTĐ-HTĐ2

Đề tài

TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 582

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ KHOA : NĂNG LƯỢNG

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.S TRẦN THI ̣ KIM HỒNG

HÀ NỘI, NĂM 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Nguyễn Tiến Đạt Hê ̣ đào ta ̣o: Đa ̣i ho ̣c chính quy

Lớp: 58KTĐ - HTDD2 Ngành: Kỹ thuâ ̣t Điê ̣n - Điê ̣n tử

Mã số sinh viên: 1651122406 Khoa: Năng lượng

1 TÊN ĐỀ TÀI:

TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE TRẠM BIẾN ÁP 110kV

2 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN:

- Bảo vệ Hệ thống điện – Trần Đình Long

- Ngắn mạch – Lã Văn Út

3 NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: Tỷ lệ %

Phần

………

………

………

………

………

……… ……….………

………

Họ tên Giáo viên hướng dẫn ………

………

………

………

………

………

…….………

6 NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngày tháng năm 20

Trưởng Bộ môn (Ký và ghi rõ họ tên) Giáo viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp Đồ án tốt nghiệp cho Hội đồng tốt nghiệp Ngày tháng năm 20

Sinh viên làm Đồ án tốt nghiệp/LVTN (Ký và ghi rõ họ tên) Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp đã được Hội đồng thi tốt nghiệp của Khoa thông qua Ngày tháng năm 20

Trưởng Bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Chủ tịch Hội đồng

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là Đồ án tốt nghiệp của bản thân tác giả Các kết quả trong Đồ án tốt nghiệp này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả ĐATN

Nguyễn Tiến Đạt

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn Ths.Trần Thị Kim Hồng, người đã trực tiếp hướng dẫn,

nhiệt tình chỉ dẫn để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “thiết kế bảo vệ rơle

trạm biến áp 110kV 582” Thời gian làm đồ án là khoảng thời gian quý giá đối với em,

giúp em hệ thống lại được kiến thức đã học trong những năm học vừa qua

Ngoài ra, em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô trong khoa Năng Lượng dã dìu dắt, giúp đỡ và trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành cần thiết trong những năm ngồi ghế nhà trường Em cũng xin gửi lời cảm ơn tất cả các ba ̣n sinh viên lớp 58KTĐ-HTĐ2

đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ em tiến bộ hơn trong ho ̣c tâ ̣p Đồng thời em xin bày tỏ lòng biết ơn đến bố me ̣, anh chị, gia đình và ba ̣n bè luôn ở bên ca ̣nh cổ vũ đô ̣ng viên em

Cuối cùng em xin gửi lời chúc tới thầy cô, các ba ̣n và gia đình Chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe và công tác tốt Chúc các ba ̣n sinh viên, đă ̣c biệt là các ba ̣n sinh viên lớp 58KTĐ-HTĐ2 sẽ thành công trên con đường tìm kiếm tương lai của mình Chúc gia đình luôn dồi dào sức khỏe!

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

Dang mu ̣c hình ảnh v

Danh mu ̣c bảng vii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 110kV 582 1

1.1.Giơ ́ i thiê ̣u 1

1.2.Các thiết bị chính trong trạm biến áp 582 1

1.2.1.Máy biến áp 1

1.2.2.Máy cắt điện 2

1.2.3.Máy biến điện áp (BU) 3

1.2.4.Máy biến dòng điện (BI) 3

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ 5

2.1.Ca ́c da ̣ng hư hỏng và yêu cầu đố i với hê ̣ thố ng bảo vê ̣ 5

2.1.1.Ca ́c da ̣ng hư hỏng và những loa ̣i bảo vê ̣ thường dùng 5

2.1.2 Ca ́c yêu cầu đối với hê ̣ thống bảo vê ̣: 5

2.2.Ca ́c nguyên lý bảo vê ̣ 7

2.2.1.Ba ̉o vê ̣ dòng so lê ̣ch 7

2.2.1.1.Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện: 8

2.2.1.2.Nguyên ly ́ bảo vê ̣ so lê ̣ch dòng điê ̣n có hãm 9

2.2.1.3.Nguyên ly ́ ảo vê ̣ so lê ̣ch dòng thứ tự không 12

2.2.2.Bảo vê ̣ quá dòng điê ̣n 13

2.2.2.1.Bảo vệ quá dòng điê ̣n có thời gian (51) 13

2.2.2.2.Ba ̉o vê ̣ quá dòng thứ tự không (51N) 14

2.2.2.3.Bảo vệ qua ́ dòng cắt nhanh (50) 15

2.2.2.4.Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (50N): 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 17

3.1.Ngắ n ma ̣ch và mu ̣c đích tính ngắn ma ̣ch 17

3.1.1.Kha ́i niê ̣m 17

3.2.Điê ̣n kháng các phần tử 18

3.2.1.Hê ̣ thống 18

3.2.2.Ma ́y biến áp 18

3.3.Tính toa ́n ngắn ma ̣ch chế đô ̣ max – min 20

3.3.1.Lâ ̣p sơ đồ thay thế 20

3.3.2.Ti ́nh toán ngắn ma ̣ch chế đô ̣ max 21

3.3.3.Ti ́nh toán ngắn ma ̣ch chế đô ̣ min 40

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE 59

4.1.GIỚI THIÊ ̣U 59

4.1.1.RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH: GRT200 59

4.1.1.1.Ứng du ̣ng và cấu ta ̣o 59

4.1.1.2.THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA RƠLE GRT-200 60

4.1.1.3.CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA RƠLE GRT-200 61

4.1.1.4.BẢNG CHỈNH ĐỊNH CÀI ĐẶT 66

4.1.2.RƠLE BẢO VỆ QUÁ DÒNG: GRE140 68

4.1.2.1.Ứng du ̣ng và cấu ta ̣o 68

4.1.2.2.THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA RƠ LE GRE-140 69

4.1.2.3.CHỨC NĂNG CỦA RƠLE 70

4.1.2.4.BẢNG CHỈNH ĐỊNH CÀI ĐẶT 75

4.2.TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢO VỆ 78

4.2.1.CÁC THÔNG SỐ 78

4.2.2.TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢO VỆ SO LỆCH 79

4.2.3.TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BẢO VỆ QUÁ DÒNG 83

Dang mục hình ảnh

Hi ̀nh 1.1: Sơ đồ nối dây trạm biến áp 1

Hi ̀nh 2.1: Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ dòng so lệch 7

Hi ̀nh 2.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện 8

Hi ̀nh 2.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng điện có hãm 9

Hi ̀nh 2.4: Sự tương quan giữa các thành phần vector 10

Hi ̀nh 2.5: Đường đặc tính vùng hãm 11

Hi ̀nh 2.6: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch thứ tự không 12

Hi ̀nh 2.7: Hê ̣ thố ng hình tia có 1 nguồn cấp 13

Hi ̀nh 2.8: Bảo vê ̣ quá dòng điê ̣n có thời gian 13

Hi ̀nh 2.9: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 15

Hi ̀nh 2.10: Hệ thống bảo vệ thứ tự không cắt nhanh 16

Hi ̀nh 3.1: Sơ đồ vi ̣ trí các điểm ngắn ma ̣ch 19

Hi ̀nh 3.2: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 21

Hi ̀nh 3.3: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 21

Hi ̀nh 3.4: Sơ đồ thay thế thứ tự không 21

Hi ̀nh 3.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 24

Hi ̀nh 3.6: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 24

Hi ̀nh 3.7: Sơ đồ thay thế thứ tự không 24

Hi ̀nh 3.8: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 27

Hi ̀nh 3.9: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 27

Hi ̀nh 3.10: Sơ đồ thay thế thứ tự không 28

Hi ̀nh 3.11: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 31

Hi ̀nh 3.12: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 31

Hi ̀nh 3.13: đồ thay thế thứ tự không 31

Hi ̀nh 3.14: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 34

Hi ̀nh 3.15: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 34

Hi ̀nh 3.16: Sơ đồ thay thế thứ tự không 35

Hi ̀nh 3.17: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 40

Hi ̀nh 3.18: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 40

Hi ̀nh 3.19: Sơ đồ thay thế thứ tự không 40

Hi ̀nh 3.20: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 43

Hi ̀nh 3.21: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 43

Hi ̀nh 3.22: Sơ đồ thay thế thứ tự không 43

Hi ̀nh 3.23: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 46

Hi ̀nh 3.24: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 47

Hi ̀nh 3.25: Sơ đồ thay thế thứ tự không 47

Hi ̀nh 3.26: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 50

Hi ̀nh 3.27: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 50

Hi ̀nh 3.28: Sơ đồ thay thế thứ tự không 50

Hi ̀nh 3.29: Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n 53

Hi ̀nh 3.30: Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch 53

Hi ̀nh 3.31: Sơ đồ thay thế thứ tự không 54

Hi ̀nh 4.1: Sơ đồ nguyên lý BVSL 62

Hi ̀nh 4.2: Đặc tính tác động so lệch có hãm của rơle GRT200 63

Hi ̀nh 4.3: Sơ đồ bảo vê ̣ chống cha ̣m đất ha ̣n chế 63

Hi ̀nh 4.4: Đặc tính tác động so lệch thứ tự không của rơle GRT200 64

Hi ̀nh 4.5: Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 78

Hi ̀nh 4.6: Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm 79

Hi ̀nh 4.7: Đặc tính bảo vê ̣ khi ngắn ma ̣ch trong và ngoài vùng bảo vê ̣ 82

Danh mục bảng

Ba ̉ng 1.1: Thông số máy cắt 3

Ba ̉ng 1.2: Lựa cho ̣n máy biến điê ̣n áp 3

Ba ̉ng 1.3: Lựa chọn máy biến dòng điện 4

Ba ̉ng 3.1: Giá tri ̣ dòng điê ̣n qua các BI khi ngắn ma ̣ch ở chế đô ̣ max (pu) 38

Ba ̉ng 3.2: Giá tri ̣ dòng điê ̣n qua các BI khi ngắn ma ̣ch ở chế đô ̣ max (kA) 39

Ba ̉ng 3.3: Giá tri ̣ dòng điê ̣n qua các BI khi ngắn ma ̣ch ở chế đô ̣ min (pu) 57

Ba ̉ng 3.4: Giá tri ̣ dòng điê ̣n qua các BI khi ngắn ma ̣ch ở chế đô ̣ min (kA) 58

Ba ̉ng 4.1: Bảng chỉnh đi ̣nh cài đă ̣t rơle GRT-200 66

Ba ̉ng 4.2: Bảng chỉnh đi ̣nh cài đă ̣t rơle GRE-140 75

Ba ̉ng 4.3: Số liệu phục vụ tính toán 78

Ba ̉ng 4.4: Kết quả kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ 81

Ba ̉ng 4.5: Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ 82

Ba ̉ng 4.6: Độ nhạy và thời gian tác động bảo vệ quá dòng có thời gian (51) 84

Ba ̉ng 4.7: Thông số cài đă ̣t bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (51N) 85

Ba ̉ng 4.8: Thông số cài đặt cho bảo vệ cắt nhanh (50) 85

Ba ̉ng 4.9: Thời gian tác động của bảo vệ tại các điểm ngắn mạch 86

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 110kV 582

1.1 Giới thiệu

- Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110kV - 582 Có cấp điện áp 115/22/10 kV

- Công suất là 40MVA và có tổ đấu dây Y0/Y/∆

Hình 1.1: Sơ đồ nối dây trạm biến áp

1.2 Các thiết bị chính trong trạm biến áp 582

Đường dây 22kV có D22 dài 13km với loại dây AC-95

Đường dây 10kV có D10 dài 12km với loại dây AC-70

1.2.2 Máy cắt điện

- Máy cắt điện là thiết bị đóng cắt điện áp cao ngay khi có dòng điện phụ tải hoặc dòng điện ngấn mạch chạy qua Ngoài khả năng đóng cắt máy cắt điện bằng tay, bao giờ đi kèm với nó, cũng có một mạch điện điều khiển khiến cho máy

có thể tự động cắt dòng được ngắn mạch đường dây

- Máy cắt điện phải có khả năng tự động cắt, thời gian cắt bé (cắt nhanh) tránh

được hồ quang cháy phục hồi

- Độ tin cậy cao: Khi đóng cắt không được gây cháy nổ và các hiện tượng hỏng

√3 U dd = 1,4 40

√3 115 = 0,281 kA = 281A

 Phía 22kV

Ilvcb = Kqtsc IđmB = 1,4 IđmB = 1,4 Sđm

√3 U dd = 1,4 40

√3 22 = 1,47kA = 1470A

 Phía 10kV

Ilvcb = Kqtsc IđmB = 1,4 IđmB = 1,4 Sđm = 1,4 40 = 3,233 kA = 3233A

Bảng 1.1: Thông số máy cắt

Phía 115kV Phía 22kV Phía 10kV

1.2.3 Máy biến điện áp (BU)

- Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ áp cao xuống điện áp thấp

tiêu chuẩn, an toàn cho đo lường và bảo vệ rơle

- Điện áp định mức (U đmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: U đmBU U đmluoi

- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định mức của máy biến điện áp được

chọn phải lớn hơn hoặc bằng công suất mạch thứ cấp S2 của BU: S 2đmBU S2

- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo

Bảng 1.2: Lựa chọn máy biến điện áp

1.2.4 Máy biến dòng điện (BI)

- Máy biến dòng hay gọi tắt là biến dòng (tên tiếng anh là: Current Transformer – kí hiệu máy biến dòng CT), là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng

- Biến dòng là 1 loại máy biến điện áp thường được sử dụng để giảm một dòng điện xoay chiều (AC) Nó tạo ra một dòng điện trong cuộn thứ cấp của nó tỷ lệ với dòng điện đi qua nó

- Dòng điện sơ cấp danh định của máy biến dòng chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn dòng thứ cấp lấy bằng 1A

- Điện áp định mức (U đmB U): Điện áp định mức của máy biến dòng được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: U đmBU U đmluoi

- Dòng điện định mức (I đmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cướng bức qua BI: I đmBI I l cb v

Bảng 1.3: Lựa chọn máy biến dòng điện

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ

2.1 Các dạng hư hỏng và yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ

2.1.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng

a Phân loại: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

- Sự cố bên trong máy biến áp có các trường hợp như sau:

 Các vòng dây trong cùng 1 pha tra ̣m chập với nhau

 Chạm đất ( vỏ ) và ngắn mạch cha ̣m đất

 Hỏng bô ̣ chuyển đổi đầu phân áp

 Thù ng dầu bị thủng hoă ̣c bi ̣ rò dầu

- Sự cố bên ngoài máy biến áp có các trường hợp như sau:

 Ngắn mạch nhiều pha trong hê ̣ thống

 Ngắn ma ̣ch một pha trong hê ̣ thống

 Quá tải

 Quá bão hòa ma ̣ch từ

b Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp: dòng điê ̣n trong các cuộn dây tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải, nếu dòng này tăn quá mức cho phép trong một thời gian dài sẽ làm lão hóa cách điê ̣n dẫn đến giảm tuổi tho ̣ của

máy biến áp

2.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ:

b Chọn loc:

Bảo vệ dòng cực đại chỉ đảm bảo được tính chọn lọc trong các mạng hình tia có một nguồn cung cấp bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang tăng dần theo hướng từ xa đến gần nguồn Khi có 2 nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọc không được thỏa mãn cho dù máy cắt và bảo vệ được đặt ở cả 2 phía của đường dây

c Độ tin câ ̣y và đảm bảo:

- Độ tin cậy là khả năng củ a hê ̣ thống bảo vê ̣ làm viê ̣c đúng và chắc chắn khi có sự

cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiê ̣m vu ̣ bảo vê ̣, không tác đô ̣ng nhằm khi sự cố xảy ra ngoài pha ̣m vi bảo vệ đã được xác đi ̣nh

- Theo nguyên tắc tác động, cách thực hiện sơ đồ, số lượng tiếp điểm trong mạch thao tác và loại rơle sử dụng , bảo vệ dòng cực đại được xem là loại bảo vệ đơn giản nhất và làm việc khá đảm bảo

d Độ nhaỵ:

- Là khả năng củ a hê ̣ thống bảo vê ̣ cảm nhâ ̣n chế đô ̣ sự cố so với chế đô ̣ bình thường

Đô ̣ nha ̣y được đă ̣c trưng bởi hê ̣ số nha ̣y

Ví du ̣: đô ̣ nha ̣y của bảo vê ̣ quá dòng điê ̣n: Kn = INmin

I kđ

- Trong đó:

INmin : dòng điê ̣n ngắn ma ̣ch cực tiểu cha ̣y qua bảo vê ̣

Ikđ : dòng điê ̣n khởi đô ̣ng của bảo vê ̣

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

Đối với các bảo vê ̣ dự phòng : Kn = 1,2 – 1,5

e Tính kinh tế:

- Đối với lướ i điê ̣n trung và ha ̣ áp, do số lượng phần tử cần bảo vê ̣ nhiều và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao như trong lưới điê ̣n cao, siêu cao áp nên cần phải cân nhắc đến tính kinh tế trong lựa cho ̣n thiết bị bảo vê ̣ sao cho nó có thể đảm bảo được yêu cầu về mặt kỹ thuật với chi phí thấp nhất

- Thực tế nhiều khi các yêu cầu trên là mâu thuẫn nhau Ví dụ muốn có được tính chọn lọc và độ tin cậy cao thì phải sử du ̣ng nhiều bảo vê ̣ Vì vâ ̣y cần phải tính toán dung hòa giữa các yêu cầu trên trong việc lựa cho ̣n thiết bi ̣ bảo vê ̣, điều khiển và

2.2 Các nguyên lý bảo vệ

2.2.1 Bảo vệ dòng so lệch

- Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ

- Dòng vào rơle bằng hiệu hình học dòng điện của hai BI, chính vì vậy bảo vệ có tên là bảo vệ dòng so lệch

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ dòng so lệch

- Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy

Kn = INmin

IkA

INmin: dòng nhỏ nhất có thể có tại chỗ ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp ở vùng bảo vệ

Yêu cầu độ nhạy của bảo vệ so lệch Kn ≥ 2

- Có nhiều phương pháp thực hiện bảo vệ so lệch:

Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện:

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

- Biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được so sánh với nhau Nếu sự sai lệch giữa

hai dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động

- Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bởi vị trí đặt các máy biến dòng điện ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ

Dòng điện chạy qua Rơle: ΔI= IT1 - IT2 = ISL

- Trong chế độ làm việc bình thường, hoặc khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo

vệ (N1): IS1=IS2

IT1=IS1-Iμ1

IT2=IS2-Iμ2

Giả sử BI1 và BI2 là hoàn toàn giống nhau → Iμ1= Iμ2

Dòng điện chạy qua bảo vệ: ISL = IT1 + IT2 = 0 (Bảo vệ không tác động)

- Khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ (N2):

IS1 IS2 → IT1  IT2 → ISL = IT1 - IT2 ≠ 0

→ Bảo vệ tác động, cắt máy cắt ở 2 đầu phần tử được bảo vệ

- Sơ đồ nối các phần tử của bảo vệ như trên gọi là sơ đồ dòng điện tuần hoàn, vì ở chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp chủ yếu tuần hoàn trong mạch vòng của cuộn thứ cấp của các máy biến dòng điện

Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

- Được sử dung làm bảo vệ chính cho máy biến áp, chống la ̣i ngắn ma ̣ch mô ̣t pha hoặc nhiều pha, cha ̣m đất Bảo vê ̣ cần thỏa mãn các điều kiê ̣n sau:

+ Đảm bảo đô ̣ nhâ ̣y với các sự cố trong khu vực bảo vê ̣

+ Có biê ̣n pháp ngăn chă ̣n tác đô ̣ng nhầm của bảo vê ̣ khi dòng điê ̣n từ hóa tăng cao

+ Làm việc vớ i dòng không cân bằng xuất hiê ̣n khi dòng máy biến áp không tải

vào lưới hoă ̣c cắt ngắn ma ̣ch ngoài, bão hòa ma ̣ch từ của BI

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng điện có hãm

- Bảo vệ so lệch dòng điện hoa ̣t động trên nguyên tắc so sánh các giá tri ̣ biên đô ̣ dòng điện đi vào và đi ra của các phần tử được bảo vê ̣, bảo vê ̣ sẽ cảm nhâ ̣n đó là

sự cố trong khu vực bảo vê ̣ và sẽ tác đô ̣ng nếu sự sai khác giữa hai dòng điê ̣n vượt quá giá tri ̣ chỉnh định

- Khu vực bảo vệ được giớ i hạn bởi vi ̣ trí đă ̣t của biến dòng ở 2 đầu phần tử được

bảo vê ̣, từ đó nhâ ̣n tín hiê ̣u để so sánh

- Khi làm viê ̣c bình thường, hoặc ngắn ma ̣ch ngoài thì dòng điê ̣n (ISL) qua rơle không làm viê ̣c

- Nếu bỏ qua sai số của BI thì khi làm viê ̣c bình thường hoă ̣c ngắn ma ̣ch ngoải ta ̣i

NI dòng so lê ̣ch rơle sẽ là: ISL = ∆I = I1 – I2 = 0

- Khi ngắn ma ̣ch trong vùng bảo vê ̣ (N2) dòng mô ̣t phía (I2) sẽ thay đổi cả về chiều

và tri ̣ số Khi đó dòng so lê ̣ch qua rơle sẽ là: ISL = ∆I = I1 – I2 ≠ 0

- Nếu ISL = ∆I lớn hơn giá tri ̣ chỉnh đi ̣nh của dòng khởi đô ̣ng (IKĐ) thì bảo vê ̣ sẽ tác

đô ̣ng tách phần tử bi ̣ sự cố ra khỏi hê ̣ thống

- Trong thực tế vâ ̣n hành thiết bi ̣, do có sự sai số của BI đă ̣c biê ̣t là sự bão hòa ma ̣ch

từ , nên trong chế đô ̣ vâ ̣n hành bình thường cũng như ngắn ma ̣ch ngoài vẫn có

dòng qua rơle go ̣i là dòng không cân bằng (IKCB)

- Do đó để bảo vệ rơle không tác đô ̣ng nhầm, thì dòng khởi động của bảo vê ̣ phải chỉnh định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng: IKĐ > IKCB

- Để tăng khả năng làm viê ̣c ổn đi ̣nh và đô ̣ tin câ ̣y của bảo vê ̣, người ta thường dùng nguyên lý hàm hãm bảo vê ̣ Rơle so lê ̣ch có hãm so sánh hai dòng điê ̣n Dòng điện

làm viê ̣c và hãm

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

Hình 2.4: Sự tương quan giữa các thành phần vector

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

ISL = IH = IT1

- Để bảo vệ có thể làm việc trong trường hợp này, ISL phải chọn lớn hơn IH:

ILV = KH × IH

- Trong đó:

- Đặc tính bảo vệ so lệch có hãm ISL( IH) chia mặt phẳng tọa độ (ISL,IH) thành hai miền

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

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

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

Hình 2.5: Đường đặc tính vùng hãm

- Khi đóng máy biến áp không tải nối với nguồn hoặc cắt ngắn mạch ngoài thì dòng điện từ hóa của máy biến áp có thể đạt trị số lớn Đặc biệt trong trường hợp đóng máy cắt điện tại thời điểm điện áp nguồn có trị số bằng 0 thì dòng từ hóa xung kích lớn nhất Lúc này, bảo vệ so lệch có thể cảm nhận như có sự cố bên trong máy biến áp Để phân biệt giữa 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 với hài cơ bản)

* SL SL dd

I

I =I

* H H dd

I

I =I

Nguyên lý ảo vệ so lệch dòng thứ tự không

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch thứ tự không

- Để bảo vệ chống cha ̣m đất trong cuô ̣n dây nối hình sao có trung điểm nối đất của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống cha ̣m đất có giới ha ̣n Thực chất là đây loại bảo vệ so lệch dòng điê ̣n thứ tự không có miền bảo vê ̣ được giới ha ̣n giữa máy biến dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bô ̣

lọc dòng điê ̣n thứ tự không đăt ở phía đầu ra của cuô ̣n dây nối hình sao của máy biến áp

- Đặt ở trung tính máy biến áp Bảo vệ này dùng để chống ngắn mạch chạm đất phía 115 kV thời gian tác động của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang 51N

- 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 của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp Rơ le so lệch tổng trở cao được mắc song song với một điện trở R có trị số khá lớn

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

IR = ∆I0 = 3.I’0 – 3.I0 = 0 (Lúc này bảo vệ không tác động)

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

2.2.2 Bảo vệ quá dòng điện

Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51)

- Dòng điê ̣n khởi đô ̣ng của bảo vê ̣:

Hình 2.7: Hệ thống hình tia có 1 nguồn cấp

- Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo điều kiện như sau:

Ilvmax < Ikđ < INmin Trong đó:

Ikđ : Dòng điện khởi động của bảo vệ

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

INmin : Dòng điện ngắn mạch cực tiểu chạy qua phần tử được bảo vệ trong trường hợp sự cố trong vùng bảo vệ

Ikđ > Ilvmax : Bảo vệ sẽ không tác động trong chế độ làm việc bình thường

Ikđ < INmin :Bảo vệ sẽ tác động khi có sự cố trong vùng bảo vệ

- Độ nhạy của bảo vệ quá dòng: Kn = INmin

Ikđ >1

- Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N2 trên đường dây D2, BV2 sẽ tác động, loại trừ sự

cố Ta xét sự biến thiên dòng điện chạy qua BV1 khi đó:

Hình 2.8: Bảo vệ quá dòng điện có thời gian

- Dòng khởi đô ̣ng của rơle được chỉnh di ̣nh theo biểu thức sau:

INmin > Ikđ = Kat.Km

K tv IlvmaxTrong đó:

Ilvmax : Dòng làm viê ̣c lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vê ̣

Kat : Hệ số an toàn ( Kat = 1,2 – 1,3 )

Km : Hệ số mở máy ( Km = 1,5 – 5 )

Ktv : Hệ số trở về ) đối với rơle cơ (Kv = 0,8 – 0,9) ; đối với rơle tĩnh (Kv = 1)

INmin : Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vê ̣ đảm bảo cho bảo vệ tác đô ̣ng

Bảo vệ quá dòng thứ tự không (51N)

- Bảo vệ quá dòng thứ tự không được sự dụng rất hiệu quả trong các sơ đồ bảo vệ chống sự cố chạm đất trong hệ thống có trung tính nối đất

- Bảo vệ thứ tự không được đấu qua bộ lọc dòng điện thứ tự không (đã giới thiệu trong chương máy biến dòng điện)

I0kcb : dòng điện không cân bằng, phụ thuộc vào kích cỡ và sai số của BI

- Trong thực tế, người ta thường chọn dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ

tự không theo công thức sau: I0kđ= (0,2÷0,3) IdđBI

IdđBI: dòng điện danh định thứ cấp của BI đấu vào bảo vệ quá dòng thứ thứ tự không

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)

- Thời gian tác động của bảo vệ là tức thời hoặc rất bé (cỡ 0,1s), tính chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo bằng trị số dòng điện sự cố chạy qua bảo vệ (chọn lọc theo dòng điện)

- Xét HTĐ có sơ đồ như sau:

Hình 2.9: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

- 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 không được tác động:

Ikđ = Kat.INngmax Trong đó:

Kat : hệ số an toàn, Kat=1,2 - 1,3

INngmax : dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất, thường được tính theo ngắn mạch 3 pha trực tiếp trên thanh cái ở cuối phần tử được bảo vệ với chế độ làm việc cực đại của hệ thống

- Khi dịch chuyển điểm ngắn mạch trên đường dây, dòng điện ngắn mạch sẽ thay đổi

- Trên đoạn đường dây có IN > Ikđ bảo vệ cắt nhanh sẽ làm việc → vùng tác động của 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 max nên vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh trong chế độ min sẽ hẹp hơn trong chế độ max

- Chính vì các hạn chế trên nên bảo vệ cắt nhanh không thể được sử dụng làm bảo

vệ chính cho các phần tử mà chỉ được sử dụng như một bảo vệ dự phòng

Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (50N):

Hình 2.10: Hệ thống bảo vệ thứ tự không cắt nhanh

I0kđ = K0at.I0NngmaxTrong đó:

- Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

3.1 Ngắn mạch và mục đích tính ngắn mạch

3.1.1 Khái niệm

 Ngắn mạch là hiê ̣n tượng các pha châ ̣p nhau, pha châ ̣p đất (hay pha châ ̣p dây trung tính)

 Các loa ̣i ngắn mạch và xác suất xảy ra:

- Ngắn ma ̣ch ba pha (N(3)), xác suất xảy ra: 5%

- Ngắn ma ̣ch hai pha (N(2)), xác suất xảy ra: 10%

- Ngắn mạch hai pha cha ̣m đất (N(1,1)), xác suất xảy ra: 20%

- Ngắn ma ̣ch mô ̣t pha (N(1)), xác suất xảy ra: 65%

3.1.2 Mục đích

 Tính toán ngắn ma ̣ch tại các vi ̣ trí trên sơ đồ để lựa chọn trang thiết bi ̣ khi thiết

kế, đảm bảo an toàn dưới tác động nhiê ̣t và cơ do dòng ngắn ma ̣ch gây ra

 Tính toán ngắn ma ̣ch phu ̣c vu ̣ hiê ̣u chỉnh các thiết bi ̣ bảo vê ̣ và tự đô ̣ng hóa trong hệ thố ng điê ̣n nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi

hệ thống điện

 Tính toán ngắn mạch để phu ̣c vu ̣ thiết kế, lựa cho ̣n các thiết bị ha ̣n chế dòng ngắn ma ̣ch

 Tính toán ngắn mạch để lựa cho ̣n sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn ma ̣ch

 Đối với tra ̣m thiết kế bảo vê ̣ phải tính da ̣ng ngắn ma ̣ch như sau:

 Để tìm dòng ngắn ma ̣ch lớn nhất qua bảo vệ: Tính ngắn ma ̣ch 3 pha N(3), ngắn

mạch mô ̣t pha N(1), ngắn mạch 2 pha cha ̣m đất N(1,1)

 Để tìm dòng ngắn ma ̣ch nhỏ nhất qua bảo vê ̣: Tính ngắn mạch 2 pha N(2), ngắn

mạch mô ̣t pha N(1), ngắn mạch 2 pha cha ̣m đất N(1,1)

 Để tính toán chế đô ̣ ngắn ma ̣ch không đối xứng ta sử du ̣ng phương pháp các thành phần đối xứng Điện áp và dòng điê ̣n được chia thành 3 thành phần: thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghi ̣ch và thành phần thứ tự không

3.2 Điện kháng các phần tử

Đối với tính toán bảo vệ rơ le, cho ̣n các đa ̣i lượng cơ bản sau:

√3.U cb2

= 100

√3.22 = 2,62 kA Icb3 = Scb

√3.U cb3 = 100

√3.10 = 5,77 kA

3.2.1 Hệ thống

Theo số liê ̣u ta có INM = 4400A = 4,4kA

Công suất ngắn ma ̣ch được tính theo SNM = √3.UTB.INM

Ta có: SNmax = √3 115 4,4 = 876,42 MVA

SNmin = 0,8 876,42 = 701,13 MVA

XH0 = 0,8 X1HQuy sang đơn vi ̣ tương đối cơ bản : Chế đô ̣ max: XH1 = XH2 = Scb

SNmin = 100

876,42 = 0,114

XH0 = 0,8 0,114 = 0,0912 Chế đô ̣ min: XH1 = XH2 = Scb

SNmin = 100

701,13 = 0,142

XH0 = 0,8 0,142 = 0,1136

3.2.2 Máy biến áp

Điện kháng ngắn ma ̣ch UK% của máy biến áp T1 như sau:

Điện khán cuô ̣n dây:

3.3 Tính toán ngắn mạch chế độ max – min

3.3.1 Lập sơ đồ thay thế

a Sơ đồ thay thế thứ tự thuâ ̣n

b Sơ đồ thay thế thứ tự nghi ̣ch

c Sơ đồ thay thế thứ tự không

3.3.2 Tính toán ngắn mạch chế độ max

a Tại điểm N1, N1’

Hình 3.2: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 3.3: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 3.4: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Điê ̣n kháng thứ tự thuận và nghi ̣ch:

XΣ1 = XΣ2 = X1H = XH2 = 0,114

Điê ̣n kháng thứ tự không:

XΣ0 = XH0 // (XBC nt XBH ) = 0,0912 // ( 0,25 nt 0,1375 ) = 0,074

 Ngắn mạch ba pha N (3)

Dòng ngắn ma ̣ch trong sự cố N(3) tại điểm ngắn mạch:

IN = EHT

X1 = 1

0,114 = 8,772(pu)

Dòng ngắn ma ̣ch N(3) qua các BI

- Điểm ngắn ma ̣ch N1: không có dòng qua các BI

- Điểm ngắn ma ̣ch N1’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IN = 8,772 (pu)

Các BI còn lại không có dòng cha ̣y qua

 Ngắn mạch 1 pha chạm đất N (1)

Các thành phần dòng điê ̣n:

Dòng qua BI1: IBI1 = IB(0) = 0,627 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB(1) = 2,94 (pu)

- Điểm ngắn ma ̣ch N1’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 9,3 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB(1) = 2,94 (pu)

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1)

Dòng thứ tự thuâ ̣n:

Dòng qua BI1: I = IB(0) = 0,725 (pu)

Dòng qua BI4: I = ITTB = 3,384 (pu)

- Điểm ngắn ma ̣ch N1’

Dòng qua BI1: I = IN = 9,512(pu)

Dòng qua BI4: I = ITTB = 3,384 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

b Tại điểm N2, N2’

Hình 3.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 3.6: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 3.7: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Điê ̣n kháng thứ tự thuận và nghi ̣ch:

XΣ1 = XΣ2 = X1H + XBC + XBT = 0,114 + 0,25 + 0 = 0,364

Điê ̣n kháng thứ tự không:

XΣ0 = XH0 + XBC + XBH = 0,0912 + 0,25 + 0,1375 = 0,4787

Dòng ngắn ma ̣ch trong sự cố N(3) tại điểm ngắn ma ̣ch:

Dòng qua BI1: IBI1 = IN = 2,75 (pu)

Dòng qua BI2: IBI2 = IN = 2,75 (pu)

- Điểm ngắn ma ̣ch N2’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IN = 2,75 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

 Ngắn mạch 1 pha chạm đất N (1)

Các thành phần dòng điê ̣n:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,487 (pu)

Dòng qua BI2: IBI2 = IN = 2,487 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,487(pu)

- Điểm ngắn ma ̣ch N2’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,487 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,487 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1)

Dòng thứ tự thuâ ̣n:

Dòng qua BI2: IBI2 = IN = 2,636 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,271 (pu)

- Điểm ngắn ma ̣ch N2’

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,636 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,271 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

c Tại điểm N3, N3’

Hình 3.8: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

Hình 3.9: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

Hình 3.10: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Điê ̣n kháng thứ tự thuâ ̣n và nghi ̣ch:

XΣ1 = XΣ2 = X1H + XBC + XBH = 0,114 + 0,25 + 0,1375 = 0,5

Điê ̣n kháng thứ tự không:

XΣ0 = XH0 + XBC + XBH = 0,0912 + 0,25 + 0,1375 = 0,4787

 Ngắn mạch ba pha N (3)

Dòng ngắn ma ̣ch trong sự cố N(3) tại điểm ngắn mạch:

Dòng qua BI1: IBI1 = IN= 2 (pu)

Dòng qua BI3: IBI3 = IN = 2 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

- Điểm ngắn ma ̣ch N3’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IN = 2 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

 Ngắn mạch 1 pha chạm đất N (1)

Các thành phần dòng điê ̣n:

I(1) = I(2) = I(0) = EHT = 1 = 0,675 (pu)

Dòng ngắn ma ̣ch tổng ta ̣i chỗ ngắn ma ̣ch:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,025(pu)

Dòng qua BI3: IBI3 = IN = 2,025 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,025 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

- Điểm ngắn ma ̣ch N3’:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,025 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,025 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1)

Dòng thứ tự thuâ ̣n:

Dòng thứ tự không:

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,01 (pu)

Dòng qua BI3: IBI3 = IN = 2,01 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,056 (pu)

Các BI còn la ̣i không có dòng cha ̣y qua

- Điểm ngắn ma ̣ch N3’

Dòng qua BI1: IBI1 = IH = 2,01 (pu)

Dòng qua BI4: IBI4 = ITTB = 2,056 (pu)

Các BI còn lại không có dòng cha ̣y qua

d Tại điểm N21, N22