Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ phần 4

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ

chơng 5

tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự

làm việc của bảo vệ

5.1.các số liệu cần thiết phục vụ trong tính toán bảo vệ Bảng 5-1

Phía

Cụng suất danh định

Điện áp cực đại

Điện áp đặt Uđ(kV)

max min d

max min





5.2 những chức năng bảo vệ dùng rơle 7ut613

5.2.1 Khai báo thông số máy biến áp.

Việc chỉnh định các thông số cài đặt cho từng chức năng đợc thực hiện trong các khối chức năng tơng ứng Trong mỗi khối, các thông số có thể chỉnh

định bằng cách bấm các phím trên bề mặt rơle

Từ những thông số danh định của máy biến áp, rơle tự động tính toán để thích ứng với tổ đấu dây và dòng danh định của các cuộn dây theo công thức

đã lập sẵn rơle cần những thông số sau cho mỗi cuộn dây:

Công suất danh định Sdđ (MVA)

Điện áp danh định Udđ (kV)

Dòng điện danh định Idđ (A)

Tổ đấu dây

Máy biến áp có điều chỉnh dới tải thì không khai báo điện áp danh định mà khai báo điện áp Uđ theo công thức sau:

d max min

U U

U 2



 Trong đó Umax ,Umin là giá trị điện áp cực đại và cực tiểu có thể đạt đợc khi thay đổi đầu phân áp

Khai báo thông số máy biến áp nh trong bảng 5-2

Bảng 5-2

311 0.4  800 kV 115 kV Điện áp phía cao áp

312 0.2 5000

313 Solid Earthed

Isolated Solid Earthed Trung tính nối đất trực tiếp 314

Y D Z

Y Cuộn cao áp nối sao

321 0.4  800 kV 38.5 kV Điện áp phía trung áp

322 0.2 5000

323 Solid Earthed

Isolated Isolated Trung tính cách đất 324

Y D Z

Y Cuộn trung áp nối sao

331 0.4  800 kV 23 kV Điện áp phía hạ áp

332 0.2 5000

333 Solid Earthed

Isolated Isolated Trung tính cách đất 334

Y D Z

D Cuộn hạ áp nối tam giác

372 1  100000 A 125,5 A Dòng điện làm việc phía cao

áp

373 1  100000 A 374,9 A Dòng điện làm việc phía

trung áp

374 1  100000 A 627,6 Dòng điện làm việc phía hạ

áp

5.2.2 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm

Dòng so lệch mức thấp IDIFF > là giá trị khởi động của dòng so lệch đoạn

a (Hình 5-1), giá trị này biểu thị độ nhạy của bảo vệ khi xét đến dòng không cân bằng cố định qua rơle, trong chế độ làm việc bình thờng thì:

IDIFF > = Kat.IKCB

Kat: hệ số an toàn; Kat=1,2  1,3

IKCB là dòng điện không cân bằng, trong trờng hợp bình thờng, theo nguyên

lí đo lờng của rơle 7UT613 thì dòng so lệch bằng không, tuy nhiên trong thực

tế nó đo đợc dòng không cân bằng bao gồm những thành phần sau:

IKCB= (Kđn.KKCK.fi + U).IdđB

Kđn là hệ số đồng nhất máy biến dòng, Kđn=1

KKCK là hệ số kể đến ảnh hởng của thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, KKCK= 1

fi : sai số tơng đối cho phép của BI, fi =0,1

U là phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, với phạm vi điều chỉnh  9  1,78 % = 16 %, U= 0,16

IdđB: dòng điện danh định của máy biến áp (lấy phía 110kV làm phía cơ bản)

Do đó IDIFF > = (1,2  1,3)(1.1.0,1 + 0,16).IdđB

IDIFF > = (0,3  0,4) IdđB

Thờng chọn IDIFF >* DIFF>

ddB

I

I = 0,3

Độ dốc của đoạn đặc tính b đảm bảo cho rơle làm việc tin cậy trong trờng hợp không cân bằng xảy ra do sai số của BI và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp khi dòng ngắn mạch không lớn Theo nhà sản xuất, chọn 1=14, vậy KHb= tg1= 0,25 (KHb là hệ số hãm đoạn b), SLOPE 1 = 0,25

Độ dốc của đoạn đặc tính c có mức độ hãm lớn hơn, nhằm đảm bảo cho rơle làm việc trong điều kiện dòng không cân bằng lớn, BI bị bão hoà khi có ngắn mạch ngoài Độ dốc này đợc xác định theo độ lớn của góc 2, nhà sản xuất đã đặt sẵn trong rơle điểm cơ sở là 2,5 và 2=26,56, SLOPE 2= 0,5

Ngỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất:

IS1 DIFF

Hb

I K



0, 25 = 1,2

Dòng so lệch mức cao IDIFF >> là giới hạn phía trên đờng đặc tính (đoạn d),

đoạn đặc tính này phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch của máy biến áp Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng so lệch lớn hơn giá trị IDIFF >> thì rơle tác

định ở mức khi ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn

hơn 1

%

N

U lần dòng danh định của máy biến áp,

C-T N

U %=10,7%  1

%

N

U = 9,34.

Vậy ta chọn giá trị IDIFF >> = 9,3.IdđB Ta có ngỡng thay đổi hệ số hãm thứ hai:

*

S2

I

H

I SLOPE SLOPE SLOPE





= 2,5.0,5 0,5 0, 25 = 5

IS3 *

2

DIFF

H

I

I SLOPE



2,5 0,5 = 21,1

IP2 IS2.SLOPE1 = 5 0,25 = 1,25

 Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm khi BI bão hoà mạnh khi ngắn mạch ngoài lấy bằng 7

 Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm (15%)

 Thời gian trễ của cấp IDIFF > là 0s

 Thời gian trễ của cấp IDIFF >> là 0s

5.2.3 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

I-REF> > kat fi% IdđB

kat = 1,2 : hệ số an toàn

fi% = 0,1 : sai số lớn nhất của máy biến dòng

I-REF> >1,2.0,1.IdđB = 0,12 IdđB

Chọn dòng điện khởi động : I-REF> = 0,3 IdđB

Độ dốc của đờng đặc tính : SLOPE = 0

Thời gian trễ tác động : T I-REF> = 0 s

Bảng 5-3

ON

Block relay for trip

commands

ON Đặt chức năng bảo vệ so lệch

1221 0.05 2.00 I/In0 0.30 I/In0 Dòng so lệch mức thấp

IDIFF > = 0,3.IdđB

1226A 0.00 60.00sec; 0.00sec Thời gian trễ của cấp IDIFF >

1231 0.05 35.0 I/In0 9.3 I/In0 Dòng so lệch mức cao

IDIFF >> = 9,3.IdđB

1236A 0.00 60.00sec; 0.00sec Thời gian trễ của cấp IDIFF >>

1241A 0.10 0.50 0.25 Độ dốc đoạn đặc tính b

1242A 0.00 2.00 I/In0 0.00 I/In0 Điểm cơ sở của đoạn đặc tính b 1243A 0.25 0.95 0.50 Độ dốc đoạn đặc tính c

1244A 0.00 10.00 I/In0 2.50 I/In0 Điểm cơ sở của đoạn đặc tính c 1261A 2.00 15.00 I/In0 7 I/In0 Ngỡng cho phép hãm bổ sung

tác động

Bật chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

1311 0.05 2.00 I/In 0.3 I/In Dòng khởi động của bảo vệ

REF 1312A 0.00 60.00 sec; 0.00 sec Thời gian trễ của bảo vệ REF 1313A 0.00 0.95 0.00 Độ dốc của đờng đặc tính

Từ những thông số chỉnh định ở trên, ta xây dựng đợc đờng đặc tính làm việc của rơle 7UT613 nh hình 5-1

Vùng hãm bổ sung

Vùng khoá

Vùng tác động

I DIFF

N

I

DIFF

I

I N

I

I S1

I P2

= 9,3

DIFF

I

Hình 5-1 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm.

5.3 những chức năng bảo vệ dùng rơle 7SJ612

5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh I>>.

Ikđ = Kat INngmax

Hệ số an toàn Kat =1,2

Ikđ = 1,2 INngmax

Từ kết quả tính ngắn mạch chơng 2, ta có dòng ngắn mạch ngoài cực đại qua BV1 tại N2 :I(3)N2 = 0,9395 kA

Ikđ I>> = 1,2 939,5 = 1127,4 A

Dòng khởi động phía thứ cấp của BI:

Ikđ I>> = kd

ddBI

I

I =

1127,4 200/1 = 5,637 A

5.3.2 Bảo vệ quá dòng I>

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng đợc tính theo công thức sau:

Ikđ I> = at m lvmax

v

K K

.I K Trong đó Kat hệ số an toàn Kat = 1,2

Km hệ số mở máy Km = 1,5

KV hệ số trở về của rơle KV = 0,95

Ilvmax dòng làm việc lớn nhất đi qua bảo vệ

Ilvmax1 = qtsc ddB

dd

K S 3.U =

1,4.25 3.115 = 0,1757 kA

Ilvmax2 = 1,4.25

3.38,5 = 0,5249 kA

Ilvmax3 = 1,4.25

3.23 = 0,8786 kA

 Ikđ I> = 1,2.1,5 lvmax

.I 0,95 = 1,895 Ilvmax Dựa vào công thức trên và các dòng điện làm việc lớn nhất, tính đợc các giá trị dòng điện khởi động của các bảo vệ quá dòng ở các phía nh sau :

Bảng 5-4

Ikđ R = kd I>

ddBI

I

Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc, dạng đờng cong rất dốc Công thức biểu diễn nh sau:

P

13,5

I / I  1 (s)

Phía 22 kV: IN3max = 3016A

Ikđ = 1664,9 A

Đờng dây có chiều dài vừa phải, thời gian cắt của bảo vệ đờng dây tD = 1 sec, t = 0,3 sec

t = tD + t = 1 + 0,3 = 1,3 sec

3016 /1664,9 1 = 16,65 TP

 TP = 1,3

16,65 = 0,078

Vậy

N

13,5

I /1664,9 1 sec Khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất IN3min = 2572,2 A, thời gian cắt ngắn mạch là:

13,5

2572, 2 /1664,9 1 = 1,932 sec Phía 35 kV: IN2max = 2920,4 A

Ikđ = 994,7 A

Đờng dây có chiều dài vừa phải, thời gian cắt của bảo vệ đờng dây tD = 1 sec, t = 0,3 sec

t = tD + t = 1 + 0,3 = 1,3 sec

2920, 4 / 994,7 1 = 6,973 TP

 TP = 1,3

6,973 = 0,186

Vậy

N

13,5

I / 994, 7 1 sec

Khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất IN2min = 2469,5 A, thời gian cắt ngắn mạch là:

13,5

2469,5 / 994,7 1 = 1,69 sec Phía 110 kV:

1

t

N1 N2

I >

Bảo vệ quá dòng ở đây phải phối hợp về thời gian với bảo vệ quá dòng phía

35 kV và phía 22 kV: t2 = 1,3 s

t1 = t2 + t = 1,3 + 0,3 = 1,6 s

N2  IN2max = 2920,4 A

Ikđ1 = 332,9 A

2920, 4 / 332,9 1 = 1,7369 TP

 TP = 1,6

1,7369 = 0,921

Vậy

N

13,5

I / 332,9 1 sec Khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua BV1 I(2)N3 = 514,4 A, thời gian cắt ngắn mạch là:

13,5

514, 4 / 332,9 1 = 22,8 sec

5.3.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không I 0 >

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không đợc chọn theo công thức:

Ikđ = 0,3 IdđBI

IdđBI dòng điện danh định phía thứ cấp của BI, IdđBI = 1A

Ikđ = 0,3 IdđBI = 0,3 A

Tơng ứng với dòng sơ cấp phía 110 kV = 60 A

Bảo vệ quá dòng thứ tự không sử dụng đặc tính thời gian độc lập Thời gian tác động của bảo vệ đợc chọn t = 0,5 sec

Cài đặt thông số cho rơle 7SJ612 phía 110 kV nh sau:

Bảng 5-5

1202 0.10 25.00 5,637 Dòng khởi động của I>>

1203 0.00 60.00s 0.00s t-I>> thời gian tác động của

I>>

1207 0.10 4.00A 1,6645 Dòng khởi động của I>

1211

Normal Inverse

Very Inverse

Extremely Inverse

User Character

Very Inverse Chọn đặc tính thời gian cho

I>

Bật chức năng quá dòng thứ

tự không

1307 0.05 4.00A 0,3A Dòng khởi động của Io>

4203 1.0 999.9min 100.0min Hằng số thời gian

Bật chức năng chống máy cắt hỏng 50BF

7005 0.06 60.00sec, 0.25sec Thời gian trễ của 50BF

5.4 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

 Bảo vệ so lệch có hãm:

Để kiểm tra độ nhạy cũng nh đảm bảo tính tin cậy của chức năng so lệch, ta cần xác định các dòng ISL và IH trong các trờng hợp cụ thể khi ngắn mạch ngoài vùng, trong vùng bảo vệ ở các chế độ cực đại và cực tiểu của hệ thống

1 Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.

Theo nguyên lí của rơle 7UT613 thì ngắn mạch ngoài dòng so lệch sẽ bằng không Tuy nhiên, thực tế bảo vệ sẽ đo đợc dòng không cân bằng theo biểu thức sau:

ISL= IKCB= (Kđn.KKCK.fi + U).INngmax

Trong đó:

Kđn là hệ số đồng nhất máy biến dòng, Kđn=1

KKCK là hệ số kể đến ảnh hởng của thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, KKCK= 1

f : sai số tơng đối cho phép của BI, f =0,1

U là phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, U= 0,16.

INngmax: dòng điện ngắn mạch ngoài cực đại đã quy đổi về phía 110 kV

Xét cả hai trờng hợp:

+ Khi ngắn mạch ngoài lớn nhất phía 35 kV tại N2:

ISL = (Kđn.KKCK.fi + U).IN2max

= (1 1 0,1 + 0,16) 939,5 = 244,27 A

ISL* = SL

ddBA

I

I =

244, 27 125,5 =1,946

IH = I1 + I2 = 2.INngmax

IH* = H

ddBA

I

2.939,5 125,5 = 14,97

IH* = 14,97 >> ISL* = 1,946

Độ an toàn hãm:

IHtt =

1

KH = H

Htt

I 6,392  2,342

+ Khi ngắn mạch ngoài lớn nhất phía 22 kV tại N2:

ISL = (Kđn.KKCK.fi + U).IN3max

= (1 1 0,1 + 0,16) 603,1 = 156,806 A

ISL* = 156,806

125,5 = 1,249

IH = I1 + I2 = 2.INngmax

IH* = H

ddBA

I

2.603,1 125,5 = 9,611

IH* = 9,611 >> ISL* = 1,249

Độ an toàn hãm:

IHtt =

1

1, 249 1, 249

tg 0, 25 4,996

K = IH 9,611

Nh vậy bảo vệ so lệch sẽ chắc chắn không tác động, ta có kết quả theo bảng sau:

Bảng 5-6 Thôn

g số

Điểm

ngắn mạch

INngoaimax

2 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ.

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ so lệch, trạm đợc cấp điện từ phía 110 kV

do vậy ISL trong trờng hợp này là dòng qua cuộn dây phía 110 kV ISL = I1

Dòng hãm trong mọi trờng hợp luôn bằng tổng trị số dòng điện các phía của máy biến áp đã quy đổi về phía 110 kV

Việc tính toán các giá trị dòng so lệch và dòng hãm dựa vào đặc tính làm việc của rơle 7UT613, để đảm bảo độ nhạy và độ tin cậy thì kiểm tra khi ngắn mạch trong vùng ở chế độ min nh sau:

+ Tại N1’

ISL = I1 =I(1)N'1 = 3126,7 A

ISL* = SL

ddBA

I

3126, 7 125,5 = 24,914 Độ nhạy :

ISLtt = IDIFF>> = 9,3.IN

KN = SL

SLtt

I 24,914

I  9,3 = 2,679 + Tại N2’

ISL = I1 = I(2)N2 = 794,5 A

ISL* = 794,5

125,5 = 6,33 Độ nhạy :

ISLtt = (6,33 – 2.5).tg2 = (6,33 – 2,5) 0,5 = 1,915

KN = SL

SLtt

I 1,915 = 3,305 + Tại N3’

ISL = I1 = I(2)N3= 514,4 A

ISL* = 514, 4

125,5 = 4,098 Độ nhạy :

ISLtt = 4,098 tg1 = 4,098 0,25 = 1,0245

KN = SL

SLtt

I 1,0245= 4 Dựa vào đặc tính làm việc của rơle, ta thấy khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì rơle sẽ tác động ngay

Bảng 5-7 Thông số

Điểm

ngắn mạch

INtrongmin

I H N

I

I N

SL

I

Vùng tác động

Vùng khoá

Vùng hãm bổ sung N2

N3

HttN3 I

N3' N2'

N1'

IHttN2

ISLttN'3

SLttN'2

I

= 6,392

= 4,996

= 1,915

= 1,0245

= 9,3

I DIFF

21,1

=

S3

I

I DIFF = 0,3

Hình 5-2 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm

 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế:

Ta có dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy về hệ có tên (phía thứ cấp của BI 110 kV) nh sau:

IkđREF = I-REF> IdđB = 0,3 IdđB

Biểu thức xác định độ nhạy của bảo vệ nh sau:

n 0Nmin

kdREF

I K I



Trong đó: IkđREF – trị số dòng khởi động của bảo vệ

I0Nmin – trị số dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ

Theo kết quả tính toán ngắn mạch chơng 2 (Bảng 2-1), khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại điểm N’1, dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ là trong trờng hợp ngắn mạch N(1,1), công suất ngắn mạch trên thanh góp min : I(1,1)0Nmin = 743,9 A

Độ nhạy của bảo vệ :

n 0Nmin

K

Nh vậy bảo vệ chống chạm đất hạn chế có độ nhạy rất cao

 Bảo vệ quá dòng điện:

Biểu thức xác định độ nhạy của bảo vệ nh sau:

n Nmin

kd

I K

I



Trong đó: Ikđ – trị số dòng khởi động của bảo vệ

INmin – trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua bảo vệ

Theo kết quả tính toán ngắn mạch chơng 2, khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại điểm N’3, dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua bảo vệ là trong trờng hợp ngắn mạch N(2), công suất ngắn mạch trên thanh góp min: I(2)Nmin =514,4

A

Độ nhạy của bảo vệ :

n Nmin

kd

K

Nh vậy là đạt yêu cầu về độ nhạy

n 0Nmin

kd

I K

I



Trong đó: Ikđ – trị số dòng khởi động của bảo vệ

I0Nmin – trị số dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ

Theo kết quả tính toán ngắn mạch chơng 2, khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại điểm N’1, dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ là trong trờng hợp ngắn mạch N(1,1), công suất ngắn mạch trên thanh góp min :

(1,1)

0Nmin

I =1136,4 A

Độ nhạy của bảo vệ :

n 0Nmin

kd

K

Nh vậy bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy rất cao