TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN- 123docz.net

13.1 ) KẾT QUẢ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG PHẦN THIẾT KẾ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

STT Điểm NM Udm (kV) I(3)N (kA) I(2)N (kA) I(1)N (kA)

1 N1 220 4.99 4.321 5.044

2 N2 110 5.113 4.428 5.312

3 N3 22 6.396 5.539 6.448

4 N4 10.5 9.786 8.475 9.829

5 N5 10.5 35.798 31.002 19.142

13.2 ) BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN

13.2.1 ) Bảo vệ rơle so lệch chống chạm đất stator (87G) :

Bảo vệ so lệch 87G là bảo vệ so lệch dùng rơle tổng trở cao có điện trở ổn định nối tiếp, có nhiệm vụ chống ngắn mạch trong các cuộn

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

dây phần tĩnh ( pha chạm pha, pha chạm đất ). Khi bảo vệ này tác động sẽ tức thời đưa tín hiệu mở máy cắt của nhánh nối với máy phát, không có thời gian trì hoãn.

Chọn : nBI =5000/5

Dòng không cân bằng cực đại :

( )

max max

1 5

I =K f K I 1 0.1 1 35.798 10 3.58

KCB dn i KCK N 5000

n = × × × × × = A

Dòng khởi động rơle :

max ( )

I =K IKD at KCB = 1.2 3.58 4.296× = A

3 min

19.143 10 5

5000 4.456 2 4.296

N n

K I I

× ×

= = = > thoả điều kiện

13.2.2 ) Bảo vệ rơle chống dòng thứ tự nghịch (46) :

Khi hệ thống mất đối xứng, tất cả các máy phát nối với hệ thống đều bị mất đối xứng theo. Yêu cầu đặt ra là không được cắt MF ra khỏi hệ thống, trong trường hợp này chúng ta phải tận dụng khả năng chịu đựng dòng thứ tự nghịch của MF. Khi quá thời gian cho phép thì rơle mới đưa tín hiệu mở máy cắt. Theo yêu cầu này người ta thường dùng bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch có thời gian phụ thuộc để bảo vệ. Thời gian mà rotor chịu được khi tình trạng này xảy ra được tính từ biểu thức : I t k22 =

Trong đó :

I2 : Thành phần thứ tự nghịch dòng điện ( tính theo đơn vị pu ) t : Thời gian cho phép rotor chịu quá nhiệt

k : Hằng số phụ thuộc từng loại MF và hệ thống làm mát ( k=10 ) Chọn : nBI = 5000/5

Dòng không cân bằng cực đại :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

( )

max max

1 5

I =K f K I 1 0.1 19.143 10 1.914

KCB dn i KCK N 5000

n = × × × × = A

Dòng khởi động rơle :

max ( )

I =K IKD at KCB = 1.2 1.914 2.297× = A Dòng thứ tự nghịch : 2 2(1)

(10.5)

35.798

2.17 ( ) 3 5.499

I I pu

= I = =

× Thời gian cho phép tác động : 2 2

10 2.124( ) 2.17

t k s

= I = =

13.2.3 ) Bảo vệ tần số (81) :

Rơle bảo vệ này được kết nối chung với các bảo vệ (27; 81; 59) qua một BU để tạo thành bộ bảo vệ dự trử cho MF và MBA.

13.2.4 ) Rơle bảo vệ chống quá điện áp (59) :

Khi máy phát điện mất phụ tải đột ngột hoặc cắt ngắn mạch, ngoài những phần tử gần thanh cái, turbine sẽ tăng tốc và do ảnh hưởng của kích từ cưỡng bức làm cho điện áp đầu cực máy phát tăng lên rất cao. Khi bộ phận điều tốc tác động chậm, đặc biệt với turbine nước, bộ điều tốc có quán tính lớn, dễ làm cho điện áp tăng vọt. Với máy phát thủy điện, giá trị điện áp có thể tăng đến 200% so với điện áp định mức.

Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể đe dọa đến cách điện của cuộn dây stator và cũng có thể gây tác hại đến các thiết bị nối với đầu cực máy phát. Đối với máy phát hợp bộ với máy biến áp, việc tăng điện áp đầu cực máy phát sẽ làm bảo hòa mạch từ của máy biến áp, gây phát nóng vượt giới hạn cho phép.

Để bảo vệ quá áp cho máy phát điện, người ta thường dùng rơle quá áp đặt ở đầu cực máy phát, giá trị khởi động của rơle có thể chọn theo công thức : Ukđ = (1,3 ÷ 1,5)UđmF.

Thời gian làm việc của rơle chọn bằng không ( tức thời ). Khi rơle tác động sẽ cho phép mở máy cắt đồng thời đóng mạch diệt từ của máy phát : Ukct=1.5Udm F= 1.5 10.5 15.75× = ( )A

13.2.5 ) Bảo vệ quá nhiệt (49) :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Khi máy phát bị phát nóng quá giới hạn cho phép thường là do quá tải, hư hỏng hệ thống làm mát hoặc nhiệt độ môi trường lớn hơn giá trị tính toán lúc thiết kế. Để bảo vệ quá nhiệt cho stator máy phát người ta sẽ đặt các cảm biến nhiệt độ trong cuộn dây stator. Các cảm biến này sẽ được nối đến 1 rơle nhiệt. Khi nhiệt độ đo được lớn hơn giá trị khởi động thì rơle sẽ tác động. Giá trị khởi động của rơle phụ thuộc vào giới hạn nhiệt độ cho phép của nhà sản suất máy phát. Thông thường khi tác động rơle chỉ cho tín hiệu báo động để người vận hành xử lý.

13.2.6 ) Bảo vệ chống công suất ngược (32) :

Bảo vệ này chỉ là bảo vệ dự trữ cho bộ điều tốc hơn là bảo vệ máy phát. Khi bị mất nguồn năng lượng quay tua bin, máy phát sẽ hoạt động như một động cơ và nhận công suất thực từ lưới. Đối với một số máy phát việc mất nguồn năng lượng quay tuabin có thể làm cho máy phát nóng, bốc cháy hoặc có thể gây nổ. Việc bảo vệ này do các bảo vệ cơ khí đảm nhiệm, bảo vệ chống công suất ngược chỉ là bảo vệ dự trữ giá trị đặt cho bảo vệ tùy thuộc vào loại máy phát cũng như giới hạn công suất phát tối thiểu của máy phát theo yêu cầu của hệ thống để đảm bảo tính ổn định. Thời gian trễ của bảo vệ này thường lấy là 10 ÷ 15s để đảm bảo tất cả các bảo vệ cần thiết đã không tác động. Có thể đặt bảo vệ trên 3 pha hoặc 1 pha đều được.

13.2.7 ) Rơle bảo vệ chống mất kích từ máy phát (40) :

Thời gian trễ của bảo vệ có thể chọn theo điều kiện t > 0,5s để đảm bảo cho bảo vệ không tác động sai khi có sự cố bên ngoài máy phát, vì khi đó sẽ có một khoảng thời gian ngắn tổng trở đo được bởi rơle sẽ nằm trong vùng tác động.

13.2.8 ) Bảo vệ chống chạm đất (64R) :

Bảo vệ chống chạm đất rotor máy phát : nguồn kích từ máy phát là nguồn DC cách điện với đất nên khi có một điểm dây quấn rotor chạm đất sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của máy phát. Nhưng nếu có một điểm thứ hai nữa chạm đất sẽ có thể gây phát nóng làm hư hỏng rotor thì sẽ có dòng qua rơle tác động đến máy cắt .

13.2.9 ) Bảo vệ quá dòng chống chạm đất thời gian trễ (51G) :

Là loại rơle dòng điện , trị số đặt của rơle phối hợp với tỷ số biến dòng để trị số tác động khoảng lớn hơn 5% dòng điện chạm đất lớn nhất ở điện áp định mức , rơle này có bộ lọc hoạ tần bậc 3

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

13.2.10 ) Bảo vệ quá dòng cực đại (51) : Dòng điện định mức máy phát :

3 ( )

max

125 10

6873.217

3 10.5 3

LV dm

I S A

= = × =

Dòng khởi động : IKD=Kat LVI max= 1.2 6873.217 8247.86× = ( )A Chọn : nBI = 3000/5

Dòng khởi động phía thứ cấp : 8247.86 5 ( )

13.746 3000

KD T kd BI

I I A

= = × =

Độ nhạy rơle :

3 min

19.143 10 5

3000 2.321 2 13.746

n N kd

K I I

× ×

= = = > thoả điều kiện

Chọn thời gian : t = 0,15s 13.2.11 ) Bảo vệ điện áp thấp (27) :

Là loại rơle phát hiện điện áp đầu cực máy phát nhỏ hơn giá trị Uđm máy phát khi máy phát bị kích từ yếu hay mất kích từ. Rơle dược kết nối với đầu ra máy phát thông qua máy biến điện áp, giá trị đặt của rơle khoảng 85%Uđm máy phát. Khi tác động rơle chỉ báo cho người vận hành biết để xử lý.

13.3 ) BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP TỰ NGẪU

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Bảo vệ so lệch 87T làm bảo vệ chính chống ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp. Bảo vệ quá dòng làm bảo vệ dự trữ cho 87T. chống chạm đất ở cuộn cao và trung được bảo vệ bằng 87N, đảm bảo thời gian nhỏ nhất. Bảo vệ 50N và 51N làm bảo vệ dự trữ cho 87N.

Các rơle 67N phối hợp với 50N và 51N để đảm bảo tính chọn lọc, chỉ cho tín hiệu mở máy cắt khi có chạm đất bên trong máy biến áp. Cuộn tam giác được bảo vệ chống chạm đất bằng 50N đặt ở cuộn này. Ngoài các rơle trên còn các rơle như quá tải, nhiệt độ … các rơle này có sẳn trong máy biến áp.

13.3.1 ) Bảo vệ so lệch (87T) dùng rơle 7UT513 :

Giá trị dòng điện định mức phía 230 kV : 1 ( )

100 1000

I 251 A

3 230

= × =

Giá trị dòng điện định mức phía 121 kV : 2 ( )

100 1000

I 447 A

3 121

= × =

Giá trị dòng điện định mức phía 11 kV :

( )

100 1000

I 5249 A

3 11

= × =

Chọn tỷ số biến dòng của cuộn cao : nBIC =600/5

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Chọn tỷ số biến dòng của cuộn trung : nBIT = 600/5 Chọn tỷ số biến dòng của cuộn ha : nBIH = 4000/5

Dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ ứng với công suất định mức :

( ) ( )

( )

251 2.09 600 / 5

447 3.725 600 / 5

5249 6.561 4000 / 5

I A

= =

Dòng khởi động của bảo vệ phía 220 kV : Ikđ = Kat ITC =1.2×2.09 = 2.58 (A) Dòng khởi động của bảo vệ phía 110 kV :

Ikđ = Kat ITT =1.2×3.725 = 4.47 (A) Dòng khởi động của bảo vệ phía 15kV :

Ikđ = Kat ITC =1.2×6.561 = 7.873 (A) 13.3.2 ) Bảo vệ so lệch (87N) dùng rơle 7VH80 :

Chọn tỷ số biến dòng của cuộn cao : nBIC =3000/5 Chọn tỷ số biến dòng của cuộn trung : nBIT = 5000/5

Dòng thứ cấp trong các nhánh bảo vệ với công suất định mức :

( ) ( )

4.99 10

8.317 3000 / 5

5.113 10

5.113 5000 / 5

I A

= × =

Dòng không cân bằng tính toán ở phía sơ cấp 230 kV :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

( )

=K K max 1 1 0.1 8.317 0.832

kcbtt kck dn i N

I f I = × × × = A

Trong đó :

max

fi sai số cực đại cho phép trong trình trạng ổn định,

max

fi =10%=0,1

dn :

K Hệ số đồng nhất của các BI, Kdn=1 khi các BI khác nhau hoàn toàn

kck :

K Hệ số kể ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch

Dòng khởi động của bảo vệ phía 220 kV :

( )

1.2 0.832 0.998

kd at kcbtt

I =K I = × = A

Độ nhạy của bảo vệ so lệch phía 220 kV :

3 min

5.044 10 5

3000 8.424 2 0.998

N n

K I I

× ×

= = = > thoả điều kiện

Dòng không cân bằng tính toán ở phía sơ cấp 110 kV :

max ( )

=K K 1 1 0.1 5.113 0.511

kcbtt kck dn i N

I f I = × × × = A

Dòng khởi động của bảo vệ phía 110 kV :

( )

1.2 0.511 0.613

kd at kcbtt

I =K I = × = A

Độ nhạy của bảo vệ so lệch phía 110kV :

3 min

5.312 10 5

5000 8.666 2 0.613

N n

K I I

× ×

= = = > thoả điều kiện

13.3.3 ) Bảo vệ rơle quá dòng chống chạm đất thời gian trể (51N) : Rơle đặt phía 220 (KV) của MBA :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Chọn : nBI= 3000/5

Dòng không cân bằng cực đại :

( )

max max

1 5

=K 1 0.1 4.99 10 0.832

KCB dn i N 3000

I f I A

n = × × × × =

Trong đó :

fi : sai số biến dòng BI cực đại cho phép trong trình trạng ổn định, fimax=10%=0.1

Kdn : Hệ số đồng nhất của các BI, Kdn=1 Dòng khởi động rơle :

max 1.2 0.832 0.998( )

kd at KCB

I =K I = × = A

Độ nhạy :

3 0min

3 5.044 10 5

3 3000 25.271 1.5

0.998

n kd

K I I

× × ×

= = = > thoả điều kiện

Chọn thời gian tác động: t = 1(s) Rơle đặt phía 110 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 4000/5

Dòng không cân bằng cực đại :

( )

max max

1 5

=K 1 0.1 5.113 10 0.639

KCB dn i N 4000

I f I A

n = × × × × =

Trong đó :

fi : sai số biến dòng BI cực đại cho phép trong trình trạng ổn định, fimax=10%=0.1

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

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Dòng khởi động rơle :

max 1.2 0.639 0.767( )

kd at KCB

I =K I = × = A

Độ nhạy :

3 0min

3 5.312 10 5

3 4000 25.971 1.5

0.767

n kd

K I I

× × ×

= = = > thoả

điều kiện

Chọn thời gian tác động : t = 1(s) 13.3.4 ) Bảo vệ rơle quá dòng cắt nhanh (50) :

Rơle đặt phía 220 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 3000/5

Dòng khởi động rơle :

( )

3 max

1.2 4.99 10 5 9.98

kd at N 3000

I =K I = × × × = A

Kat =1,2 : Hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán NM và sai số rơ le

Chọn thời gian tác động: t = 1(s) Rơle đặt phía 110 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 4000/5

Dòng khởi động rơle :

( )

3 max

1.2 5.113 10 5 7.67

kd at N 4000

I =K I = × × × = A

Kat =1,2 : Hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán NM và sai số rơ le

Chọn thời gian tác động: t = 1(s) 13.3.5 ) Bảo vệ rơle nhiệt (49) :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Khi máy biến áp bị nóng quá giới hạn cho phép thường là do quá tải, hư hỏng hệ thống làm mát hoặc nhiệt độ môi trường lớn hơn giá trị tính toán lúc thiết kế. Các cảm biến này sẽ được nối đến rơle nhiệt . Khi nhiệt độ đo được lớn hơn giá trị khởi động thì rơle sẽ được tác động . Giá trị của rơle phụ thuộc vào giới hạn nhiệt độ cho phép của nhà sản xuất .

Lấy nguồn tín hiệu từ biến dòng BI. Khi dòng tải tăng cao sẽ vượt quá giá trị cho phép, thông thường khi tác động rơle được chia làm 2 cấp .

Cấp 1 : t =30s Chỉ cho tín hiệu báo động để người vận hành xử lý áp ra khỏi lưới

13.3.6 ) Bảo vệ cắt sự cố (50BF) :

Nếu một phần hư hỏng của mạch điện là do không cắt vào lúc ra lệnh mở, một lệnh khác có thể bắt đầu sử dụng chức năng cắt sự cố để thao tác máy cắt, ví dụ một relay bảo vệ dòng ngược. Cắt sự cố được phát hiện thấy nếu sau một lệnh mở, dòng điện vẫn tiếp tục đổ về phía sự cố. Khi lựa chọn điều này có thể dùng trong biểu thị vị trí máy cắt 13.3.7 ) Bảo vệ rơle chống dòng thứ tự nghịch (46) :

Trong bảo vệ đường dây, hai yếu tố bảo vệ dòng cân bằng pha/bảo vệ dòng ngược cho phép phát hiện phía cao áp tổng trở cao của sự cố pha-pha và sự cố pha-đất ở phía hạ áp của MBA. Điều này cung cấp bảo vệ dự phòng cho sự cố tổng trở cao phía cao áp của MBA. Để phát hiện mất cân bằng tải, tỉ số dòng ngược/dòng danh định là giá trị được sử dụng.

13.4 ) BẢO VỆ MBA HAI CUỘN DÂY

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

13.4.1 ) Bảo vệ rơle so lệch ( 87T ) : Dòng đầy tải phía 110 (KV) :

3 ( )

16 10

83.978 110 3

ILY × A

= =

Chọn biến dòng : nBI =300/5

Dòng vào thứ cấp của biến dòng phía :

1 5 ( )

83.978 1.4

T LY 300

I I A

Δ = n = × =

Dòng đầy tải phía 22 (KV) :

3 ( )

16 10

419.891

L 22 3

I Δ × A

= =

Để cân bằng dòng thứ cấp của biến dòng phía và phía Y thỏa điều kiện : Δ =1

Do đó : .

300 419.891

. 5

1 300

83.978

BI L

BIY LY

BIY

BI L LY

n I

n I n I

Δ Δ

× = ⇒ = = × =

Chọn : nBIY = 1500/5

Dòng vào thứ cấp của biến dòng phía Y :

1 5 ( )

419.891 1.4

TY L 1500

I I A

Δ n

= = × =

Dòng không cân bằng : ITΔ −ILY =1.4 1.4 0− =

Chọn nấc chỉnh Rơle dùng cho phía ( 110KV ) là 5 nấc chỉnh Rơle dùng cho phía ( 22KV ) :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

1.4 5 1.4 5 x= × =

Sai số rơle = 5 5 100% 0% 5%

− × = ≤

Chọn độ dốc hãm = 5% +0% + 5% = 10%

Dòng không cân bằng cực đại :

( )

max max

1 5

=K K 1 0.05 2 5.113 10 8.522

KCB dn i kcd N 300

I f I A

n = × × × × × =

Trong đó :

Kdn = 1 : hệ số đồng nhất các BI

fi = 0,05 : sai số cực đại cho phép của BI

Kkck = 2 : hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu ky của dòng NM

Dòng khởi động rơle :

max 1.2 8.522 10.226( )

kd at KCB

I =K I = × = A

Độ nhạy :

3 min

5.312 10 5

1500 1.732 1.5 10.226

N n

K I I

× ×

= = = > thoả điều kiện

13.4.2 ) Bảo vệ rơle quá dòng chống chạm đất thời gian trể (51N) : Rơle này có nhiệm vụ phát hiện sự cố chạm đất và cho phép tác động sau một thời gian xảy ra sự cố. Đây là loại bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA.

Vì rơle đặt phía 110 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 300/5

Dòng không cân bằng cực đại :

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

( )

max max

1 5

=K 1 0.1 5.113 10 8.522

KCB dn i N 300

I f I A

n = × × × × =

Dòng khởi động rơle :

max 1.2 8.522 10.226( )

kd at KCB

I =K I = × = A

Độ nhạy :

3 0min

3 5.312 10 5

3 300 25.973 1.5

10.226

n kd

K I I

× × ×

= = = >

Thời gian tác động: t = 1(s) 13.4.3 ) Bảo vệ cắt sự cố (50BF) :

13.4.4 ) Bảo vệ rơle chống dòng thứ tự nghịch (46) :

13.4.5 ) Bảo vệ rơle nhiệt (49) :

Lấy nguồn tín hiệu từ biến dòng BI. Khi dòng tải tăng cao sẽ vượt quá giá trị cho phép, thông thường khi tác động rơle được chia làm 2 cấp

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

Cấp 1 : t =30s Chỉ cho tín hiệu báo động để người vận hành xử lý áp ra khỏi lưới

13.4.6 ) Bảo vệ rơle quá dòng cắt nhanh (50) : Rơle đặt phía 110 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 600/5

Dòng khởi động rơle :

( )

3 max

1.2 5.312 10 5 53.12

kd at N 600

I =K I = × × × = A

Kat =1,2 : Hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán NM và sai số rơle

Chọn thời gian tác động: t = 1(s) Rơle đặt phía 22 (KV) của MBA : Chọn : nBI= 6000/5

Dòng khởi động rơle :

( )

3 max

1.2 6.448 10 5 4.448

kd at N 6000

I =K I = × × × = A

Kat =1,2 : Hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán NM và sai số rơle

Chọn thời gian tác động: t = 1(s)

13.5 ) BẢO VỆ THANH GÓP 110 KV

Luận văn tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Lê Đình Danh

13.5.1 ) Tính toán bảo vệ so lệch ( 87B ) :

Là loại rơle đóng vai trò bảo vệ chính chống ngắn mạch nhiều pha trên he thống thanh góp 110 kV. Khi bảo vệ này tác động tức thời sẽ đưa tín hiệu mở tất cả các máy cắt của các nhánh nối với MBA và riêng lẻ từng tuyến phụ tải khi gặp sự cố

Chọn : nBI =2000/5

Dòng thứ cấp qua máy biến dòng :

3 ( )

max 5.312 10 5

13.28 2000

N tc

I I A

× ×

= = =

Dòng không cân bằng cực đại :

( )

max max

1 5

=K K 1 0.05 2 5.312 10 1.328

KCB dn i KCK N 2000

I f I A

n = × × × × × =

Trong đó :

Kdn = 1 : hệ số đồng nhất các BI

fi = 0,05 : sai số cực đại cho phép của BI

Kkck = 2 : hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu ky của dòng NM