D an mon hc

Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH 1.1 Mơ tả đối tượng 1.2 Thơng số CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Mục đích tính tốn ngắn mạch 2.1.2 Các giả thiết tính tốn ngắn mạch 2.2 Tính tốn ngắn mạch 2.2.1 Lựa chọn đại lượng 2.2.2 Tính tốn thơng số phần tử 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại 2.3.1 Điểm ngắn mạch N1 2.3.2 Điểm ngắn mạch N1’ 10 2.3.3 Điểm ngắn mạch N2 12 2.3.4 Điểm ngắn mạch N2’ 15 2.3.5 Điểm ngắn mạch N3 15 2.3.6 Điểm ngắn mạch N3’ 16 2.3.7 Bảng tổng hợp kết 17 2.4 Chế độ ngắn mạch cực tiểu 18 2.4.1 Điểm ngắn mạch N1 18 2.4.2 Điểm ngắn mạch N1’ 19 2.4.3 Điểm ngắn mạch N2 21 2.4.4 Điểm ngắn mạch N2’ 24 2.4.5 Điểm ngắn mạch N3 25 2.4.6 Điểm ngắn mạch N3’ 25 2.4.7 Bảng tổng hợp kết 26 CHƯƠNG 27 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 27 3.1 Các dạng hư hỏng chế độ làm việc khơng bình thường máy biến áp 27 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp 28 3.2.1 Những yêu cầu thiết bị bảo vệ hệ thống điện 28 3.2.2 Bảo vệ cho máy biến áp 29 3.2.3 Bảo vệ dự phòng 32 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 35 CHƯƠNG 36 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THƠNG SỐ CỦA CÁC LOẠI RƠLE 36 4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 36 4.1.1 Giới thiệu tổng quan rơle 7UT613 36 4.1.2 Một số thông số kỹ thuật rơle 7UT613 36 4.1.3 Chức bảo vệ so lệch máy biến áp rơle 7UT613 38 4.1.4 Chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 7UT613 42 4.1.5 Chức bảo vệ dòng rơle 7UT613 44 4.1.6 Chức bảo vệ chống tải 45 4.2 Rơ le hợp dòng số 7SJ621 46 4.2.1 Giới thiệu tổng quan rơle 7SJ621 46 4.2.2 Các chức bảo vệ rơle 7SJ621 47 4.2.3 Một số thông số kĩ thuật rơle 7SJ621 50 CHƯƠNG 52 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA RƠLE VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 52 5.1 Chọn máy biến dòng điện,máy biến điện áp 52 5.1.1 Máy biến dòng điện 52 5.1.2 Máy biến điện áp 54 5.2 Cài đặt chức bảo vệ cho rơle 7UT613 54 5.2.1 Chức bảo vệ so lệch có hãm 87T 54 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): ( I / 87N) 56 5.2.3 Cài đặt chức 49 (Chống tải MBA) 56 5.3 Cài đặt chức bảo vệ cho rơle 7SJ621 57 5.3.1 Bảo vệ dòng cắt nhanh:( I>>/ 50) 57 5.3.2 Bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh (I0 >> 50N ) 57 5.3.3 Bảo vệ q dịng có thời gian:( I>/ 51) 57 5.3.4 Bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian (I0 >/51N ) 58 5.4 Kiểm tra độ nhạy chức bảo vệ 59 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ dòng 59 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 5.4.2 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch 87/I 60 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N/I0) 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân ngày nâng cao Bên cạnh đó, q trình cơng nghiệp hóa – đại hóa kéo theo nhu cầu cung cấp lượng, đặc biệt điện Nhu cầu sử dụng điện lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ sinh hoạt tăng trưởng khơng ngừng Điều địi hỏi hệ thống cung cấp điện an toàn đáng tin cậy Trạm biến áp mắt xích quan trọng hệ thống điện, đầu mối liên kết đường dây, hệ thống điện Các thiết bị trạm biến áp có giá thành lớn, thường gặp cố phần tử khác hệ thống điện, nhiên xảy cố gây thiệt hại nặng nề khơng xử lý kịp thời Vì lẽ đó, việc thiết kế hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp hoạt động xác, tin cậy trước cố công đoạn cần thiết Đề tài đồ án mơn học em giao có tên: “ Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 110/22/10,5 kV” Trong thời gian làm đồ án, em nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy mơn Hệ thống điện đặc biệt TS Nguyễn Thị Anh Do hạn chế kiến thức kinh nghiệm thực tiễn nên đồ án cịn sai sót, mong nhận bảo, góp ý thầy cô giáo môn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 13 tháng năm 2020 Sinh viên thực Lê Bá Cường SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THƠNG SỐ CHÍNH     -1.1 Mô tả đối tượng Đối tượng bảo vệ máy biến áp 115/23,5/10.5kV Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp đến góp 115kV trạm biến áp qua lộ đường dây Phía hạ áp trạm có điện áp 23,5kV 10,5kV để đưa đến phụ tải 10,5 kV N3 BI3 N'3 115 kV 23,5 kV HTÐ N1 BI1 N'1 N'2 BI01 N2 BI2 BI02 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý vị trí đặt bảo vệ trạm biến áp 1.2 Thơng số 1.2.1 Hệ thống điện (HTĐ) Trạm có góp phía 115kV nối với hệ thống qua lộ đường dây với thông số sau: SN(3)max = 1800MVA ; S N(3)min = 0.67 S N(3)max X0HT/ X1HT = 1.35 1.2.2 Máy biến áp Công suất : Sđm = 32 MVA Tỷ số biến áp : 115 ± 9×1,78%/23,5/10,5kV Tổ đấu dây : Y0/ Y0/11 Điện áp ngắn mạch phần trăm: U NC %−T = 10,5%; U NC %− H = 17%; U NT −%H = 6% SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE     -2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Mục đích tính tốn ngắn mạch Tính tốn ngắn mạch nhằm xác định dòng điện cố lớn (Max) nhỏ (Min) chạy qua BI đến rơle để phục vụ cho: • Tính tốn chỉnh định rơle kiểm tra độ an toàn hãm rơle so lệch bảo vệ cho máy biến áp • Kiểm tra độ nhạy bảo vệ bảo vệ dòng độ nhạy tác động bảo vệ so lệch máy biến áp 2.1.2 Các giả thiết tính tốn ngắn mạch Để thiết lập sơ đồ tiến hành tính tốn ngắn mạch, ta cần có giả thiết đơn giản hoá, nhằm làm giảm đáng kể khối lượng tính tốn đảm bảo độ xác cần thiết Một số giả thiết tính ngắn mạch: • Tần số hệ thống khơng thay đổi Thực tế sau xảy ngắn mạch, công suất máy phát thay đổi đột ngột dẫn đến cân mô men quay tốc độ quay bị thay đổi trình độ nên tần số hệ thống bị dao động Tuy nhiên, việc tính toán ngắn mạch thực giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ chưa đáng kể Từ đó, giả thiết tần số hệ thống khơng đổi khơng mắc sai số nhiều, đồng thời làm giảm đáng kể lượng phép tính • Bỏ qua bão hồ mạch từ Khi ngắn mạch, mức độ bão hoà mạch từ số phần tử tăng cao bình thường Thực tế cho thấy sai số mắc phải bỏ qua tượng khơng nhiều số phần tử mang lõi thép chiếm số lượng hệ thống điện • Bỏ qua ảnh hưởng phụ tải • Bỏ qua điện trở cuộn dây máy phát Máy biến áp điện trở đường dây thành phần nhỏ so với điện kháng chúng • Coi hệ thống sức điện động ba pha nguồn đối xứng Khi ngắn mạch không đối xứng phản ứng phần ứng pha lên từ trường quay khơng hồn tồn giống Tuy nhiên từ trường giả SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA thiết quay với tốc độ khơng đổi sđđ pha đối xứng Thực tế hệ số không đối xứng sđđ khơng đáng kể 2.2 Tính tốn ngắn mạch 2.2.1 Lựa chọn đại lượng Tính tốn ngắn mạch thường thực đơn vị tương đối, ta chọn đại lượng sau: Scb = SđmBA = 32 (MVA) Ucb = Utb cấp Ta có : Ucb1 = Utb110 = 115 (kV) Ucb2 = Utb23,5 = 23,5 (kV) Ucb3 = Utb10,5 = 10,5 (kV) Các dòng điện xác định sau: I cb1 = Scb 32 = = 0,161 (kA) 3.U cb1 3.115 I cb = Scb 32 = = 0,786 (kA) 3.U cb 3.23,5 I cb3 = Scb 32 = = 1,760 (kA) 3.U cb 3.10,5 2.2.2 Tính tốn thơng số phần tử • Điện kháng hệ thống ▪ Chế độ cực đại o Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch: X HT 1max =X HT 2max BA Sdm 32 = HT = = 0,0178 S N max 1800 o Điện kháng thứ tự không: HT HT X 0max = 1,35 X1max = 1,35.0,0178 = 0, 024 ▪ Chế độ cực tiểu o Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch: X HT 1min =X HT 2min BA Sdm 32 = HT = = 0,0265 S N 0.67 *1800 o Điện kháng thứ tự không: HT HT X 0min = 1, 35 X1min = 1,35.0,0265 = 0,0358 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Tính tốn thơng số máy biến áp Theo đề ta có điện áp ngắn mạch cuộn dây máy biến áp: U N C −T %=10,5%; U N C − H %=17%; U N T − H % = 6% 2 U NC %= ( U C −T %+ U C − H %- UT − H %)= (10,5+17-6) = 10,75% U NT %= 1 ( U C −T %+ UT − H %- U C − H %)= (10,5+6-17)≈ 0% 2 U NH %= 1 ( U C − H %+ UT − H %- U C −T %)= (17 + – 10,5) = 6,25% 2 Điện kháng cuộn dây máy biến áp hệ đơn vị tương đối định mức xác định sau: U NC % 10, 75 XC = = = 0,1075 100 100 UT % XT = N = =0 100 100 U H % 6, 25 XH = N = = 0,0625 100 100 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại 2.3.1 Điểm ngắn mạch N1 ▪ Ta có sơ đồ thay thứ tự thuận: X EHT HT 1max N1 Hình 2.1: Sơ đồ thay thứ tự thuận ▪ Sơ đồ thay thứ tự nghịch: X HT 2max N1 Hình 2.2: Sơ đồ thay thứ tự nghịch X1 = X  = X HT 1max = 0.0178 ▪ Sơ đồ thứ tự không SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA X N1 HT 0max XC XH Hình 2.3: sơ đồ thay thứ tự khơng HT X  = X 0max / / ( XC + X H ) = 0,024.(0,1075 + 0,0625) = 0,021 0,024 + (0,1075 + 0,0625) • Dạng ngắn mạch N(3) Khi ngắn mạch ba pha N1 dịng ngắn mạch khơng chạy qua BI • Dạng ngắn mạch N(1) Các dòng điện thành phần đối xứng điểm ngắn mạch: I  = I1  = I  = EHT = = 17.67 X 1 + X  + X  0,0178 + 0,0178 + 0,021 Vì dịng thứ tự thuận thứ nghịch chạy qua BI1 nên dòng điện tổng chạy qua BI1 trường hợp có thành phần dịng điện thứ tự khơng chạy qua trung tính máy biến áp: I BI = I N = I  X HT X HT 0,024 = 17.67 = 2.19 + XC + X H 0,024 + 0,1075 + 0,0625 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I BI 01 = 3.I BI = 3* 2,19 = 6,56 Khơng có dịng chạy qua BI2, BI3 BI02 • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Các dòng điện thành phần đối xứng điểm ngắn mạch: I1 = EHT = = 35.69 0,0178.0,024 X 2 X 0 0,0178 + X 1 + 0,0178 + 0,024 X 2 + X 0 I 2 = − I1 X 0 0.024 = −35.69* = −20.49 X 2 + X 0 0,0178 + 0,024 I 0 = − I1 X 2 0.0178 = −35.69* = −15.20 X 2 + X 0 0,0178 + 0,024 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Vì cách phân bố dịng cố giống trường hợp ngắn mạch pha nên dòng qua BI1 có thành phần dịng thứ tự khơng chạy qua trung tính máy biến áp ▪ Dịng qua BI1 Dịng thứ tự không chạy qua BI1là: I BI = I N = I  X HT X HT 0,024 = −15.2 = −1.88 + XC + X H 0,024 + 0,1075 + 0,0625 ▪ Dòng qua BI01 1BIA I0/BI1 1BIB I 0/BI1 1BIC I0/BI1 3*I0/BI1 BI01 Hình 2.4 Sơ đồ dịng thứ tự khơng chạy qua pha BI1 BI01 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01 là: I BI 01 = 3*(−1.88) = −5.64 Khơng có dịng chạy qua BI2, BI3 BI02 Để cho rơ le bảo vệ so lệch khơng bị tác động nhầm ta cần loại bỏ thành phần thứ tự không: I f ( −0) BI = I fBI − I BI = 2.3.2 Điểm ngắn mạch N1’ Ta có sơ đồ thay giống trường hợp ngắn mạch điểm N1 • Dạng ngắn mạch N(3) Dòng pha chạy qua BI1 là: I N(3)1 = ' EHT = = 56.18 X 1max 0,0178 Khơng có dịng chạy qua BI2, BI3, BI01, BI02 • Dạng ngắn mạch N(1) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 10 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA U đm ( BI ) = 123 kV  U dm BA = 115kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 300 A  I lv max = 175,72 A (thỏa mãn) I nh.đm = 31,5 kA (trong 1s) I odd = 80 kA • Chọn BI cho phía 23,5kV Điện áp: U đm ( BI )  23,5kV Dòng điện: 23,5 kV 23,5 kV I đm ( BI )  I lv max = 859,88 A Chọn BI loại 4ME34, với cấp xác 5P20 Các thơng số chính: U đm ( BI ) = 24 kV  U dm BA = 23,5kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 1000 A  I lv max = 859,88 A (thỏa mãn) I nh.đm = 80 kA (trong 1s) I odd = 200 kA • Chọn BI cho phía 10,5kV Điện áp: U đm ( BI )  10,5kV Dòng điện : 10,5 kV 10,5 kV I đm ( BI )  I lv max = 1924,5 A Chọn BI loại 4ME32, với cấp xác 5P20 Các thơng số chính: U đm ( BI ) = 12 kV  U dm BA = 10,5kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 2500 A  I lv max = 1924,5 A (thỏa mãn) I nh.đm = 80 kA (trong 1s) I odd = 200 kA Ta có bảng thơng số kĩ thuật SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 53 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Bảng 5.1: Thông số BI chọn Cấp điện áp Thông số 110kV 22kV 10kV IMB 123 4ME34 4ME32 Điện áp danh định (kV) 123 24 12 Dòng điện danh định sơ cấp (A) 300 1000 2500 Dòng điện danh định thứ cấp (A) 1 Dòng ổn định nhiệt 1s (kA) 31,5 80 80 Cấp xác 5P20 5P20 5P20 Loại BI 5.1.2 Máy biến điện áp • Điều kiện chọn: o Điện áp: UdđBU ≥ Ung o Cấp xác phù hợp với yêu cầu dụng cụ đo Dựa vào điều kiện ta chọn máy biến điện áp với thông số sau: Bảng 5.2 Thông số BU chọn Cấp điện áp (kV) Loại BU Tỷ số biến Cấp xác 115 23,5 10,5 EMFC 145 EMFC 24 EMFC 24 110000 110 110 / / 3 22000 110 110 / / 3 3P 3P 10500 110 110 / / 3 3P 5.2 Cài đặt chức bảo vệ cho rơle 7UT613 5.2.1 Chức bảo vệ so lệch có hãm 87T • Ngưỡng tác động cấp 1: ISL> Đoạn a: Giá trị Biểu thị giá trị khởi động bảo vệ ISL(IDIFF) dòng so lệch ngưỡng thấp, xác định theo dịng khơng cân IKCB chế độ làm việc bình thường (chủ yếu dịng từ hố máy biến áp): IDIFF > > IKCB SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 54 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA IKCB dịng điện khơng cân IDIFF > =( 0,1÷0,5)IdđBI; Thường chọn IDIFF >= 0,3IdđBI Đoạn b (SLOPE1): Đặc trưng cho độ hãm thấp tương ứng với dòng ngắn mạch trị số không lớn (quá tải ngắn mạch xa) xác định theo độ dốc: tg1= 0,1÷0,25 Đoạn b qua gốc toạ độ Theo nhà sản xuất độ dốc SLOPE1 = 0,25(tg1= 0,25) tương ứng 1=14,03 cho phép thay đổi đầu phân áp máy biến áp tới 20% I DIFF  0,3 = =1, K Hb 0, 25 Đoạn c (SLOPE2): có độ dốc lớn nhằm đảm bảo cho rơle làm việc điều kiện dịng khơng cân lớn, BI bị bão hồ có ngắn mạch ngồi Độ dốc xác định theo độ lớn góc 2: tg2= 0,3÷0,75 Nhà sản xuất đặt sẵn rơle điểm sở 2,5 Chọn SLOPE2=0,5 (tg2=0,5) tương ứng 2=26,56 Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất: IS1 = • Ngưỡng tác động cấp 2: ISL>> Dịng so lệch mức cao IDIFF >> giới hạn đường đặc tính (đoạn d), đoạn đặc tính phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch máy biến áp Khi ngắn mạch vùng bảo vệ, dòng so lệch lớn giá trị IDIFF >> rơle tác động khơng kể mức độ dịng hãm, ngưỡng thường chỉnh định mức ngắn mạch đầu máy biến áp dòng cố xuất lớn ( i − j ) lần U N 0 dòng danh định máy biến áp Thông thường: I DIFF  = U % (i− j ) N U N(i − j ) %Min = Min(U N(C −T ) %;U NC −H %) = Min(10,5%;17%) = 10,5% I DIFF  = = 9,524 Chọn : 10,5% • Tỉ lệ hài bậc hai bậc năm dòng so lệch Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt bị khố, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm (15%) • Phạm vi hãm bổ sung Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm BI bão hoà mạnh ngắn mạch lấy IADD ON STAB = IdđBI Thời gian trễ cấp IDIFF > 0s Thời gian trễ cấp IDIFF >> 0s SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 55 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Hình 5.1: Đặc tính tác động rơle so lệch 7UT613 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): ( I / 87N) Dòng khởi động bảo vệ chống chạm đất hạn chế I kđ 87 N = K.I đmBI = ( 0,2  0,3) I đmBI Chọn dòng khởi động I kd 87 N = 0, 2.I đmBI = 0,2 (A) phía thứ cấp Thời gian trễ bảo vệ: t87N = 0s 5.2.3 Cài đặt chức 49 (Chống tải MBA) Bảo vệ tải cho máy biến áp dùng chức bảo tải theo nhiệt độ rơle số 7UT613 Tính tốn thông số cần chỉnh định I Hệ số tải lâu dài cho phép: kqt = cp I dd Trong đó: Icp: Là dịng điện q tải lâu dài cho phép kqt: nhà sản xuất MBA quy định, thường lấy kqt = 1,1 tmax I max ( ) [ phút ] 60 I cp Với Imax dòng điện lớn cho phép thời gian tải cho phép tmax(s) Máy biến áp phép tải không 40% ngày đêm, ngày không tức tmax = 6x60x60 = 21600s Hằng số thời gian nhiệt độ đốt nóng cuộn dây  =  = tmax I max 21600 1, ( ) = ( ) = 583[ phút ] 60 I cp 60 1,1 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 56 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Độ tăng nhiệt độ báo tín hiệu theo phần trăm nhiệt độ tăng cắt warm/trip lấy 90% 5.3 Cài đặt chức bảo vệ cho rơle 7SJ621 5.3.1 Bảo vệ dòng cắt nhanh:( I>>/ 50) Dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh tính theo cơng thức: I kđ50 = K at I Nngồimax Trong đó: Kat - Hệ số an tồn Kat =1,2 INngồi max - dịng điện ngắn mạch ngồi lớn Bảo vệ phía 110 kV INngmax110 = Max{ IN2max; IN3max}=8,288 I kđ50 = 1,2.8,288= 9,946 Dòng điện cài đặt cho chức 50 BI1: I kđ50( BI 1) = I kd50 I cb1 = 9,946.0,126 = 1,253kA Thời gian trễ bảo vệ t50 = 0sec 5.3.2 Bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh (I0 >> 50N ) Dòng điện khởi động : I kd50 N = Kat I0 NMngoai max Trong đó: I0 NMngoai max = max{I0N1 ( BI1); I0N ( BI1)} = 2, 276 Khi : I kd50 N = Kat I0 NMngoai max = 1, 2.2, 276.0,126 = 0, 344kA Thời gian tác động thường lấy t=0,05s 5.3.3 Bảo vệ q dịng có thời gian:( I>/ 51) Dịng khởi động bảo vệ q dịng tính theo cơng thức sau: kkđI  = K at K m I lv max = k I đmMBA K tv Trong Kat: hệ số an toàn Km hệ số mở máy Ktv hệ số trở rơle Ilvmax dòng làm việc lớn qua bảo vệ SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 57 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dòng khởi động BV q dịng chỉnh định theo công thức sau: Ikđ I> = k.IđmMBA k: hệ số chỉnh định, thường lấy k=1,6 IđmMBA: Dòng điện định mức máy biến áp tương ứng với cấp bảo vệ • Bảo vệ phía 22 kV: Chức 51 BV2 phải phối hợp với chức bảo vệ 51 phía đường dây 22kV Giả sử thời gian cắt lớn với cố ngắn mạch pha-đất lộ đường dây 22kV nối vào 22kV máy biến áp t DZ22 = sec Để đảm bảo tính chọn lọc ta chọn cấp thời gian t = 0,3sec Thời gian tác động chức 51 BV2 là: t22 = tDZ22 + t = + 0,3 = 1,3 sec I cb = 0,614kA I kd2251 = 1,6.I cb = 1,6.0,614 = 0,983kA = 983 A • Bảo vệ phía 10,5 kV Cũng tương tự BV2, chức 51 BV3 phải phối hợp với chức bảo vệ 51 phía đường dây Giả sử thời gian cắt lớn với cố ngắn mạch lộ đường dây 10,5kV nối vào 10,5kV máy biến áp t DZ10,5 = 1,2 sec Để đảm bảo khả chọn lọc thời gian tác động chức 51 BV3 t10,5 = tDZ10,5 + t = 1,2 + 0,3 = 1,5 sec; (chọn t = 0,3sec) I cb3 = 1,375kA I kd10,551 = 1,6.I cb3 = 1,6.1,375 = 2,2kA = 2200 A • Bảo vệ phía 110 kV I cb1 = 0,126kA I kd11051 = 1,6.I cb1 = 1,6.0,126 = 0,202kA Bảo vệ dòng sử dụng đặc tính thời gian độc lập, thời gian tác động 110 bảo vệ chọn tkd = tcác cấp + Δt 51 tcác cấp = Max{t10,5;t22} = Max{1,5;1,3} = 1,5sec 110 tkd 51 = 1,5 + t = 1,5 + 0,3 = 1,8sec 5.3.4 Bảo vệ dịng thứ tự khơng có thời gian (I0 >/51N ) Dòng khởi động bảo vệ dòng thứ tự không chọn theo công thức: Ikđ = K0 IđmBI Trong đó: K0 hệ số chỉnh định, K0= 0,1 0,3 IđmBI dịng điện định mức phía sơ cấp BI đấu với 51N • Bảo vệ phía 22 kV IđmBI Dịng điện định mức bảo vệ phía 22kV đấu với 51N với dòng điện định mức bảo vệ phía 22kV đấu với 50 1000A I kd2251N = 0,3.I đdBI = 0,31000 = 300A = 0,3kA SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 58 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Thời gian tác động bảo vệ dịng TTK phía phụ tải t0 = s Suy ra: tkd2251N = t0 + t = + 0,3 = 1,3s • Bảo vệ phía 110 kV IdđBI Dịng điện định danh bảo vệ phía 110kV đấu với 51N với dòng điện định danh bảo vệ phía 110kV đấu với 50 300A I kd11051N = 0,3  I đdBI = 0,3300 = 90A = 0,090 kA Thời gian tác động bảo vệ bảo vệ TTK phía phụ tải t0 = 1,3 s 110 Suy ra: tkd 51N = t0 + t = 1,3 + 0,3 = 1,6s 5.4 Kiểm tra độ nhạy chức bảo vệ 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ dòng Độ nhạy đặc trưng cho khả cảm nhận cố rơle I Hệ số độ nhạy: K n = N I kđ Trong đó: INmin: Dịng điện ngắn mạch nhỏ mà rơle đo cố Ikđ: Dòng điện khởi động rơle Với bảo vệ : Knmin = 1,5÷2 Với bảo vệ dự phịng : Knmin = 1,2÷1,5 • Phía 110 kV Bảo vệ phía 110 kV dùng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA đồng thời làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ phía 10,5 kV 22 kV ▪ Chức 51(I>) I N I kđ 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu qua bảo vệ 2) 3) INmin = Min{I N( Nmin ; I N( Nmin } =4,534  I N = 4,534.0,126 = 0,57kA Công thức kiểm tra: K n 51 = Ta có: I kđ11051 = 0,202kA I 0,57 = 2,82 >1 Đạt - Hệ số nhạy: K n 51 = N = I kđ 51 0, 202 ▪ Chức 51N (I0>) I N 3I 0min = I kd 51N I kd I0min: Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI1 ngắn mạch chạm đất N2 I 0min = 1,066 I N min( BI 1) = I 0min I cb1 = 1,066.0,126 = 0,134kA K n 51N = I kd11051N = 0,3  I đdBI = 0,09 kA tính phần SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 59 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA - Hệ số độ nhạy: I N  0,134 = = 4, 47 > Đạt I kd 51N 0,09 • Phía 10,5 kV K n 51N = ▪ Chức 51 I N I kd 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI3 ngắn mạch N3 N3 I Nmin = 4,534 I N = I N I cb3 = 4,534.1,375 = 6,231kA Công thức kiểm tra: K n 51 = Dòng khởi động I kd10,551 = 2,2kA I 6, 231 K n 51 = N = = 2,832 >1 Đạt - Hệ số độ nhạy : I kđ 51 2, • Phía 22 kV ▪ Chức 51 I N I kd 51 N INmin(22kV) :Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI2 ngắn mạch N2 N2 I Nmin = 6,634 I N = I N I cb = 6,634.0,614 = 4,073kA Công thức kiểm tra: K n 51 N = Dịng khởi động tính: I kd2251 = 0,983kA I 4,073 = 4,14 >1 Đạt - Hệ số nhạy : K n 51 = N = I kđ 51 0,983 ▪ Chức 51N I N 3.I 0min = I kd 51N I kd I0min :Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI2 ngắn mạch pha N2 N2 I Nmin = 3,367 Trong hệ đơn vị có tên thì: I N = I N I cb = 3,367.0,614 = 2,067kA Công thức kiểm tra: K n 51N = I kd2251N = 0,3  I đdBI = 0,3kA tính I  2,067 = 20,67 >1 Đạt - Hệ số độ nhạy: K n 51N = N = I kd 51N 0,3 5.4.2 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch 87/I Để kiểm tra độ nhạy chức 87 cần thiết phải loại bỏ thành phần dòng điện TTK thành phần dòng ngắn mạch (việc để tránh cho rơle tác động nhầm có cố chạm đất phía ngồi vùng bảo vệ) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 60 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Kiểm tra độ an tồn hãm với cố ngắn mạch vùng bảo vệ Để kiểm tra độ nhạy bảo vệ ta xét dòng ngắn mạch lớn (Imax) xảy ngắn mạch vùng bảo vệ điểm ngắn mạch N1; N2 ;N3 Dịng điện đưa vào rơle gồm có hai thành phần, tính theo cơng thức: Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3 Ihãm = IH = Icao+ Itrung+Ihạ=Iqua BI1+Iqua BI2 +Iqua BI3  Theo lý thuyết cố ngồi vùng chế độ làm việc bình thường tổng dịng điện vào MBA tổng dòng điện khỏi MBA nên dòng điện so lệch phải không: Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Nhưng thực tế biến dịng BI khơng phải lý tưởng nên đặc tính chúng khơng giống hồn tồn Chính sai khác đặc tính BI dẫn tới có dịng khơng cân chạy qua rơle chế cố vùng Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Ikcb ≠ Giá trị dịng điện khơng cân có xu hướng làm cho rơle tác động nhầm, để tránh cho rơle làm việc nhầm trường hợp ta phải kiểm tra xem dịng điện hãm có đủ khả hãm rơle (nghĩa có thắng tác động dịng khơng cân bằng) hay khơng Giá trị dịng điện khơng cân khó xác định xác, cách gần xác định theo công thức: Ikcb = ISL=(kkck*kđn*fi+ΔU)* (If - I0)max Trong - kkck =1 hệ số kể đến ảnh hưởng thành phần dịng điện khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch đến đặc tính làm việc BI - kđn =1 hệ số thể đồng đặc tính làm việc BI + kđn =1 nghĩa đặc tính làm việc BI khác hoàn toàn + kđn =0 nghĩa đặc tính làm việc BI giống hoàn toàn (điều lý thuyết, thực tế không xảy ra) - fi =0,1 sai số cho phép lớn BI dùng cho mục đích bảo vệ rơle - ΔU : Độ thay đổi điện áp việc điều chỉnh điện áp đến độ lớn dịng điện khơng cân chạy qua rơle Theo đầu đề phía 110kV có phạm vi điều chỉnh đầu phân áp  x 1,78% Như tính 9.1,78 = 0,16 giá trị ΔU theo công thức U = 100 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 61 Đồ án môn học - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA INngmax : dịng điện ngắn mạch ngồi lớn chạy qua máy biến áp (nên qui đổi cấp điện áp, ví dụ qui đổi phía cao áp) Tổng kết : giá trị dịng điện khơng cân lớn Ikcb = ISL=(kkckkđnfi+U).INngmax = (1.1.0,1+0,16)INngmax = 0,26INngmax - Kđn hệ số đồng máy biến dòng, Kđn=1 - KKCK hệ số kể đến ảnh hưởng thành phần không chu kì dịng ngắn mạch q trình q độ, KKCK= - fi : sai số tương đối cho phép BI, fi = 10% = 0,1 - U phạm vi điều chỉnh điện áp đầu phân áp, U = 0,16 - INngmax: dòng điện ngắn mạch ngồi cực đại quy đổi phía 110 kV Xét trường hợp: ▪ Phía 110kV (điểm ngắn mạch N1) Với cố pha, pha: khơng có dịng điện chạy qua BI nên rơle khơng nhận giá trị dòng điện → rơle không tác động.Với cố pha, pha chạm đất: có thành phần dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI1, khơng có dịng điện chạy qua BI2 BI3 Nhưng rơle thiết kế để ln ln loại trừ thành phần dịng điện TTK chạy qua nên kết dù BI1 có dịng TTK chạy qua dịng điện bị loại trừ rơle, trường hợp rơle không tác động khơng có dịng điện chạy qua ▪ Phía 22 kV (điểm ngắn mạch N2) Vì phía ngắn mạch 22kV trung tính nối đất trực tiếp, rơle ln ln loại trừ dịng TTK nên phải tìm dịng điện Max loại trừ dịng điện TTK Điều dẫn đến thường dòng ngắn mạch pha dòng ngắn mạch Max Dòng ngắn mạch pha N2 ( N N(3)2 ) tính chương 2, Kết ngắn mạch pha N2 lấy từ bảng 2.1 với chế độ Smax ta có: Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(3)2 8,288 8,288 Dịng điện so lệch tính * * Ikcb = I SL = 0, 26.I Nngmax = 0,26.8,288 = 2,155 Dòng điện hãm * I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 8, 288 + 8, 288 + =16,576 Vậy N3 rơle nhận giá trị (I*H ,I*SL ) = (16,576; 2,155) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 62 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA ▪ Phía 10,5 kV (điểm ngắn mạch N3) Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dịng điện cố lớn ứng với dòng điện ngắn mạch pha N3 ( N N(3)3 ) chế độ SMax) Theo kết tính tốn ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle MBA Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dịng điện cố lớn ứng với dòng điện ngắn mạch pha N3 ( N N(3)3 ) chế độ 1MBA vận hành độc lập dịng ngắn mạch ngồi lớn nên tính tốn hệ số an tồn với chế độ Kết lấy từ bảng 2.1 điểm ngắn mạch N N(3)3 , chế độ Smax có: Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(3)3 5,435 5,435 Dòng điện so lệch tính: * * Ikcb = I SL = 0, 26.I Nngmax = 0,26.5,435 = 1,413 kA Dòng điện hãm: * I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 5, 435 + + 5, 435 = 10,87 Vậy N3 rơle nhận giá trị (I*H ;I*SL ) = (10,87; 1,413) Hình 5.2: Kiểm tra độ an toàn hãm với cố ngắn mạch ngồi vùng Ta có: 10,87 = 2,04  1,5 Đạt 5,326 16,576 = = 2, 43  1,5 Đạt 6,81 K athN = K athN SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 63 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Kiểm tra độ an tồn cố ngắn mạch vùng bảo vệ Để kiểm tra độ nhạy có cố vùng bảo vệ, ta xét dòng điện ngắn mạch nhỏ (Imin) xảy ngắn mạch vùng bảo vệ điểm ngắn mạch N1'; N2'; N3' Để tránh tác động nhầm cố ngắn mạch chạm đất vùng bảo vệ MBA, dòng điện đưa vào rơle gồm có hai thành phần, tính theo cơng thức chung là: Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3 Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ| = |Iqua BI 1| + |Iqua BI 2| + |Iqua BI 3| Nhưng ngắn mạch vùng dịng điện qua BI2 BI3 đổi chiều nên công thức trở thành: Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= IBI1 + IBI2 + IBI3 So sánh với dòng điện hãm Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ|= |IBI 1| + |IBI 2| + |IBI 3| Như kết luận: cố vùng độ lớn dịng điện so lệch độ lớn dòng điện hãm ISL = IH Phía 110 kV điểm N1’ Từ bảng 2.2, dòng ngắn mạch nhỏ N N(1)1' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(1) 31,774 0 ' Dòng điện so lệch dòng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 31,774 + + = 31,774 Tổng kết: Tại N1’ rơle nhận giá trị (I*H ;I*SL ) = (31,774; 31,774) Phía 22 kV điểm N2’ Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ N N(2)2' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(2) 6,734 0 ' Dòng điện so lệch dịng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 6,734 + + =6,734 Tại N2’ rơle nhận giá trị (I*H ;I*SL ) = (6,734; 6,734) Phía 10,5 kV điểm N3’ Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ N N(2)3' SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 64 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(2) 4,534 0 ' Dòng điện so lệch dịng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = I BI1 + I BI2 + I BI3 = 4,534 + + = 4,534 Tổng kết: Tại N N(2)3' rơle nhận giá trị (I*H ;I*SL ) = (4,534; 4,534) Hình 5.3: Kiểm tra độ an toàn tác động với cố vùng Ta có: 4,534 =  1,5 Đạt 1,1335 6,734 K nhayN '2 = = 3,18  1,5 Đạt 2,117 31,774 K nhayN '1 = = 3,34  1,5 Đạt 9,524 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N/I0) K nhayN '3 = Hệ số độ nhạy chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế xác 3I định sau: K n87 N = N I kd 87 N * Trong đó: I0Nmin : Dịng điện TTK điểm ngắn mạch Ikđ87N : Dòng khởi động chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế • Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 110 kV Ta có dịng khởi động bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy hệ có tên (phía thứ cấp BI 110 kV) sau: IkđREF = (0,2 0,3).IdđBI SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 65 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Suy ra: Ikđ87N(110) = 0,2 300 = 60 A = 0,06 kA I 0,06 Trong hệ đơn vị tương đối: I kd* = kd 87 N = = 0, 476 (1) I dmBA(110) 0,126 Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ điểm N’1, theo kết tính tốn ngắn mạch chương 2, chế độ SNmin dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ qua bảo vệ trường hợp ngắn mạch hai pha N(1) phía N’1 (1) = 6,828 I 0min( N ) ' Độ nhạy bảo vệ : K n 87 N = 3I N  6,828 = = 43,03 > 1,5 Đạt I kd* 0, 476 • Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 22 kV Ta có dịng khởi động bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy hệ có tên (phía thứ cấp BI 22kV) sau: IkđREF = (0,2 0,3).IdđBI Suy ra: Ikđ87N(22) = 0,21000= 200 A = 0,2 kA I kd 87 N 0, = = 0,326 (1) I ddBA(22) 0,614 Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ điểm N’2, theo kết tính tốn ngắn mạch chương 2, chế độ Smin dịng ngắn mạch thứ tự khơng nhỏ qua bảo vệ trường hợp ngắn mạch pha chạm đất N(1) phía N2’: Trong hệ đơn vị tương đối: I kd = (1) = 3,198 I 0min( N ) ' Độ nhạy bảo vệ : K n87 N = 3I N  3,198 = = 29, 429 > 1,5 Đạt I kd* 0,326 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 66 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS Lã Văn Út – Ngắn mạch hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 GS.VS Trần Đình Long – Bảo vệ hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 Bộ môn Hệ thống điện trường ĐH Bách khoa Hà Nội – Hướng dẫn thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp, 2014 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 67 ... d? ?ng cắt nhanh:( I>>/ 50) 57 5.3.2 Bảo vệ q d? ??ng thứ tự khơng cắt nhanh (I0 >> 50N ) 57 5.3.3 Bảo vệ q d? ??ng có thời gian:( I>/ 51) 57 5.3.4 Bảo vệ d? ?ng thứ tự khơng có thời gian... so lệch thứ tự không 50 : Bảo vệ d? ?ng cắt nhanh 51 : Bảo vệ d? ??ng có thời gian 50N : Bảo vệ q d? ??ng thứ tự không cắt nhanh 51N : Bảo vệ d? ??ng thứ tự khơng có thời gian 49 : Bảo vệ chống tải 50BF :... d? ??ng điện ▪ Người sử d? ??ng chọn bảo vệ q d? ??ng điện có đặc tính thời gian độc lập phụ thuộc ▪ Các đặc tính cài đặt riêng cho d? ??ng pha d? ?ng đất Tất ngưỡng độc lập ▪ Với bảo vệ q d? ??ng có thời gian