Đồ án Rơle chương 4

Đồ án Rơle

Chơng IV

Bảo vệ đờng dây kép 110KV

Trong hệ thống điện đờng dây dài với điện áp cao thờng có xác xuất sự cố khá lớn so với các phần tử khác trong hệ thống điện Vì vậy ta cần đặt các loại bảo vệ để ngăn ngừa sự cố nh các dạng ngắn mạch đờng dây ở đây ta tính toán bảo vệ cho đ-ờng dây kép 110KV nối từ thanh góp cao áp nhà máy điện B đến phụ tải 4 (nhánh B-4) Các loại bảo vệ của đờng dây là:

- Bảo vệ so lệch ngang có hớng

- Bảo vệ khoảng cách

- Bảo vệ thứ tự không

IV.1 Bảo vệ so lệch ngang có hớng hai đòng dây làm việc song song:

Đối với đờng dây kép, mỗi đờng dây nối vào thanh góp qua máy cắt riêng Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, bảo vệ so lệch ngang có hớng chỉ tác động cắt đờng dây h hỏng, đờng dây còn lại vẫn làm việc bình thờng

Bảo vệ bao gồm:

- RI : Rơle dòng điện

- RW : Rơle định hớng công suất làm nhiệm vụ lựa chọn các h hỏng, để rơle công suất làm nhiệm vụ đợc cần phải nối các cuộn dây dòng điện và điện

áp sao cho rơle khép tiếp điểm tơng ứng khi công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đờng dây

Ngoài ra còn có rơle trung gian, rơle tín hiệu để cắt máy cắt và báo tín hiệu Dòng điện vào rơle RI, RW bằng hiệu dòng điện thứ cấp của 1BI và 2BI Cuộn

áp của RW đợc đặt trên thanh góp 110KV, rơle dòng điện làm nhiệm vụ khởi động

- R : Điện trở hạn chế dòng điện qua rơle

Trạng thái bình thờng cũng nh khi ngắn mạch ngoài

IIS = IIIS

Với IIS, IIIS là sơ cấp chạy trong đờng dây D1 và D2 của lộ kép B-4 và dòng qua rơle tơng ứng

IR = IIT = IIIT = Ikcb

Với IIT, IIIT là thứ cấp trong máy biến dòng 1BI và 2BI đặt trên hai đờng dây cần bảo vệ

* Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì:

IIS≠ IIIS⇒ IIT≠ IIIT Lúc này dòng vào rơle rất lớn

* Nếu IR ≥ IkdR Thì bảo vệ tác động cắt đờng dây bị h hỏng

IV.1.1 Chọn dòng khởi động của bảo vệ:

Dòng khởi động của bảo vệ đợc chọn theo 2 điều kiện:

IV.1.1.1 Bảo vệ không đợc tác động đối với dòng không cân bằng:

Khi ngắn mạch ngoài tại thanh góp của trạm biến áp B4 trong điều kiện 2 đờng dây cùng làm việc song song

IkdBV ≥ Kat.Ikcbtt

Trong đó:

Ikcbtt = kđn.Kkck.fImax.I(Nng3) max.

I( 3 ) 4

N =

td

Ftd X

E

3 =

55 , 32 3

71 , 134

= 2,389 KA = 2389 A

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.1 ta có: I( 3 )

max

Nng =

2

2389

= 1194,5 A

Ikcbtt = kat.kdn.Kkck.fi.I( 3 )

max

Nng = 0,1.1.1.1194,5 = 119,45 A

⇒ Dòng khởi động của bảo vệ IkđBV = kat.Ikcbtt = 1,5.119,45 = 179,175A

IV.1.1.2 Bảo vệ không đợc tác động khi một trong hai đờng dây song song đợc cắt

từ đầu kia, muốn vậy dòng điện khởi động của rơle phải chọn lớn hơn dòng điện phụ tải tổng của hai đờng dây

IkđBV ≥

tv

at K

K

.Iptmax

Với Iptmax =

TGB U

S

3

4

.103 =

110 3

77 , 27

.103 = 145,75 A

Chọn Kat = 1,5

Ktv = 0,85

⇒ IkđBV = 01,,855 145,75 = 257,21 A

Từ hai điều kiện trên ta chọn dòng điện khởi động của bảo vệ theo điều kiện IV.1.1.2 IkđBV = 257,21 A làm giá trị tính toán

Chọn máy biến dòng có tỷ số biến đổi nI = 250/5

Dòng khởi động của rơle là:

IkđR =

5 / 250

21 , 257

= 5,14 A

Chọn Rơle điện từ kiểu ∋T-521/10 có giới hạn dòng điện đặt (2,5 ữ 10)A

IV.1.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra với điểm ngắn mạch tính toán ở thanh cái cao

áp của trạm biến áp phụ tải 4 đồng thời máy cắt đầu kia cắt ra

KN =

kdBV

N I

I( 2 ) min

N

Hình II.17

2389 A

55 , 32

Σ

X

71 , 134

Ftd

E

ϕ R

= α

+jX

ZKâ

+R

Z

Kâmax = K

I( 2 )

4

N = m(2)

) (

3 ( 2 )

1 Σ +X∆

X

E td

= 3

11 , 49 2 3

757 , 134

= 1,372 KA = 1372 A

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.2.1 ta có: I( 2 )

min

N = I( 2 )

4

N = 1372 A

⇒ KN =

kdBV

N I

I( 2 ) min

= 2571372,21= 5,33 > 2

Nh vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu

IV.2 Bảo vệ khoảng cách:

Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơle tổng trở có thời gian tác động phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đa vào rơle và góc pha ϕR giữa chúng t = f(

R

R I

U

,ϕR) Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ cho đến

điểm ngắn mạch tăng lên

Nguyên tắc tác động theo đại lợng ZR Nhiệm vụ này thực hiện đợc là nhờ rơle tổng trở có hớng đặc tính là vòng tròn

Zkđ = K.cos(ϕR + α)

N

Hình II.18

1372 A

757 , 134

td

E

E

Hình II.19

Đặc tính của rơle là vòng tròn đi qua gốc toạ độ và có độ nhạy cực đại đợc đặc trng bằng Zkđmax = K khi α = (-ϕK), thờng ta chọn α = (-ϕ1), do vậy khi ngắn mạch trực tiếp trên đờng dây, tơng ứng với α = ϕK bảo vệ sẽ có độ nhạy lớn nhất

IV.2.1 Các bộ phận của bảo vệ khoảng cách:

- Bộ phận khởi động: Làm nhiệm vụ khởi động cho bảo vệ khi xuất hiện ngắn mạch, đó là các rơle 24RI, 25RI, 26RI

- Bộ phận xác định khoảng cách và định hớng công suất: Gồm có các Rơle 14RZ, 15RZ, 16RZ : Kiểm soát vùng I nhờ 17RGT với thời gian tI

- 19RZ, 20RZ, 21RZ : Kiểm soát vùng II nhờ 22RT với tII

- 24RI, 25RI, 26RI : Kiểm soát vùng III nhờ 27RT với tIII

Các rơle khoảng cách không kiểm soát vùng III

IV.2.2 Chọn các tham số bảo vệ khoảng cách:

IV.2.2.1 Vùng I của bảo vệ gồm các Rơle: 14RZ, 15RZ, 16RZ và 17RGT:

Điện trở vùng I là (Z1) chọn theo điều kiện sao cho bộ phận khoảng cách vùng

I không tác động khi ngắn mạch ngoài phạm vi đờng dây bảo vệ Chiều dài của vùng

I thờng chọn bằng 85% chiều dài đờng dây bảo vệ

ZI = 0,85.ZDB-4 = 0,85.(12,12 + j10,99) = 10,3 + j9,34 Ω

Thời gian làm việc của bảo vệ vùng I tI = 0,1s

IV.2.2.2 Vùng II của bảo vệ gồm các rơle: 19RZ, 20RZ, 21RZ và 22RT:

Vùng II bảo vệ phải lấy bao gồm phần đờng dây còn lại Để bảo vệ một cách chắc chắn vùng bảo vệ không phải vợt ra ngoài phạm vi ấy ở đây ta chọn phạm vi bảo vệ của vùng II bao gồm phần còn lại của đờng dây đợc bảo vệ đến MBA B4

ZII = ZDB-4 + ZBA = 12,12 + j10,99 + 1,31 + j27,24 = 13,43 + j38,23 Ω Thời gian tII phải phối hợp với thời gian tác động của bảo vệ MBA: tII = tI + ∆t Chọn ∆t = 0,5s ⇒ tII = 0,6s

Chọn Rơle điện từ kiểu ∋B-121 có giới hạn đặt (0,25 ữ 3,5)s

IV.2.2.3 Vùng III của bảo vệ gồm các rơle: 24RI, 25RI, 26RI và 27RT:

Các rơle khoảng cách không kiểm soát vùng III và bảo vệ trong trờng hợp này làm việc nh bảo vệ quá dòng có hớng và Ikđ đợc chọn nh là bảo vệ quả dòng cực đại

Ikđ =

tv

mm at K

K

K

.Ilvmax Trong đó:

Kat : Hệ số an toàn, lấy Kat = 1,2

Kmm : Hệ số mở máy, lấy Kmm = 2,5

Ktv : Hệ số trở về, lấy Ktv =0,85

Ilvmax =

2

max

pt I

=

2

75 , 145

= 72,875 A

Vậy IkđBV =

85 , 0

875 , 72 5 , 2 2 , 1

= 257,2 A

Với BI có tỷ số nI = 250/5

Dòng qua rơle:

IkđR =

I

kdBV n

I

=

5 / 250

51 , 257

= 5,15 A

IV.2.3 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra theo dòng điện đi qua bảo vệ khi ngắn mạch cuối đờng dây và cuối vùng dự trữ:

Thông thờng chọn: KNBVchính ≥ 1,5

KNBVdự trữ ≥ 1,2

+ Khi ngắn mạch cuối đờng dây bảo vệ:

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.2.1 nh (Hình II.18) ta có: I( 2 )

N = 1372 A Vì bảo vệ khoảng cách chỉ đặt trên 1 đờng dây do đó dòng ngắn mạch chỉ bằng

2

1

I( 2 )

N : INmin =

2

1372

= 686 A

Độ nhạy của bảo vệ:

KN =

kdBV

N I

I min

=

51 , 257

686

= 2,66 > 1,5

Nh vậy độ nhạy đã đảm bảo

+ Khi ngắn mạch cuối vùng dự trữ (sau MBA B4):

I( 2 )

4

N = m(2)

) (

3 ( 2 )

1 Σ +X∆

X

E td

= 3

63 , 103 2 3

757 , 134

= 0,882 KA = 882 A

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.2.2 ta có: I( 2 )

N = 882 A

Vì bảo vệ khoảng cách chỉ đặt trên 1 đờng dây do đó dòng ngắn mạch chỉ bằng

2

1

I( 2 )

N : INmin =

2

882

= 441 A

Độ nhạy của bảo vệ:

KN =

kdBV

N I

I min

=

51 , 257

441

= 1,52 > 1,2

Nh vậy bảo vệ đạt độ nhạy yêu cầu

IV.3 Bảo vệ thứ tự không:

- Đờng dây đợc bảo vệ là đờng dây 110KV có dòng chạm đất lớn nên ta phải

đặt bảo vệ thứ tự không có hớng

- Bảo vệ phải tác động một cách chắc chắn khi ngắn mạch cuối vùng bảo vệ, ngoài ra bảo vệ không đợc tác động đối với dòng không cân bằng

N

Hình II.20

882 A

757 , 134

td

E

63 , 103

td

X

* Bảo vệ gồm các rơle:

- 29RI : Bộ phận khởi động

- 30RW : Bộ phận định hớng công suất

- 31RT : Bộ phận tạo thời gian tránh tác động nhầm khi có ngắn mạch thoáng qua

IV.3.1 Dòng khởi động của bảo vệ:

Đợc chọn theo điều kiện:

* Bảo vệ không đợc tác động khi ngắn mạch ngoài không chạm đất:

IkdBV ≥ Kat.Ikcbtt

Trong đó:

Ikcbtt = kđn.Kkck.fImax.INngmax

Kkck : Hệ số ảnh hởng của thành phần không chu kỳ, Kkck = 1

Kat : Hệ số an toàn, Kat = 1,5

Kđn : Hệ số đồng nhất của các BI, Kđn = 1

fImax : Sai số cho phép của BI, fImax = 0,1

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.1 nh (Hình II.17) ta có : I Nngmax = 2389 A

Ikcbtt = kdn.Kkck.fImax.INngmax = 1.1.0,1.2389 = 238,9 A

⇒ Dòng khởi động của bảo vệ IkđBV = kat.Ikcbtt = 1,5.238,9 = 358,35 A

+ Chọn máy biến dòng có tỷ số biến dòng: nI = 350/5

+ Dòng khởi động của rơle: IkđR =

I

kdBV n

I

=

5 / 350

35 , 358

= 5,12 A

Chọn rơle điện kiểu điện từ ∋B-521/10 có giới hạn đặt (2,5 ữ 10)A

IV.3.2 Thời gian tác động của bảo vệ:

Thời gian tác động của bảo vệ phải đợc phối hợp với bảo vệ thứ tự không khác Giả thiết thời gian tác động của bảo vệ thứ tự không của MBA giảm áp B4 là tB4 = 0,1s

Khi đó thời gian tác động của bảo vệ thứ tự không của đoạn đờng dây B-4 là:

tdd4 = tB4 + ∆t

Chọn ∆t = 0,5s ⇒ tdd4 = 0,1 + 0,5 = 0,6s

Chọn rơle điện từ kiểu ∋B-121 có giới hạn đặt (0,25 ữ 3,5)s

IV.3.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

KN =

kdBV

BV N I

I0 min

3

Với I0N: Dòng ngắn mạch thứ tự không khi ngắn mạch chạm đất trên thanh góp cao áp trạm biến áp B4 (ở chế độ cực tiểu)

N4

Hình II.21

757

,

134

td

E

11 , 49

td

X

Hình II.22

N4

UN0

I( 1 )

4

0 N =

) (

3 ( 1 )

1 Σ +X∆

X

E td

=

) 621 , 68 11 , 49 (

3

757 , 134

+ = 0,661 KA = 661 A.

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch IV.4 ta có: I( 1 )

0N = 661 A

⇒ I0BV = I0N =

2

) 1 (

0 N I

=

2

661

= 331 A

Độ nhạy của bảo vệ:

KN =

kdBV

BV I

I0

3

=

35 , 358

331 3

= 2,77 > 1,5

Nh vậy bảo vệ đạt độ nhạy yêu cầu