đồ án bảo vệ rơle

đồ án bảo vệ rơle

§å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn Đồ án bảo vệ rơle §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 1 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 3 Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle 8 Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 9 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản 9 Đ2.3. Điện kháng các phân tử 9 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ 11 Đ2.5. Tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ 19 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện 29 Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ 33 3.1. Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp. 33 3.2. Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp. 33 3.3. Yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ 33 §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 2 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn LêI NãI §ÇU §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 3 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện in nng l mt dng nng lng ph bin nht hin nay. Trong bt kỡ lnh vc no nh sn xut, sinh hot,an ninh u cn s dng in nng. Vic m bo sn xut in nng phc v cho nhu cu s dng nng lng l mt vn quan trng hin nay. Bờn cnh vic sn xut l vic truyn ti v vn hnh h thng in cng úng vai trũ rt quan trng trong h thng in. Do nhu cu v in nng ngy cng tng, h thng in ngy cng c m rng, ph ti tiờu th tng thờm cng ng ngha vi vic kh nng xy ra s c nh chm chp, ngn mch cng tng theo. Chớnh vỡ vy ta cn thit k nhng thit b cú kh nng gim thiu, ngn chn cỏc hu qu ca s c cú th gõy ra. Mt trong nhng thit b ph bin thc hin chc nng ú l rle. Qua b mụn bo v rle chỳng ta cú th xõy dng cho mỡnh nhng kin thc cú th bo v c h thng in trc cỏc hu qu do s c trong h thng gõy ra v m bo cho h thng lm vic an ton, phỏt trin liờn tc bn vng Trong quỏ trỡnh lm ỏn ny, em ó nhn c s giỳp nhit tỡnh ca cỏc thy cụ b mụn, c bit l ca thy giỏo T Tun Hu. Dự ó rt c gng nhng do kin thc ca em cũn hn ch, kinh nghim tớch ly cũn ớt nờn bn ỏn khú trỏnh khi nhng sai sút. Em rt mong nhn c s ỏnh giỏ, nhn xột, gúp ý ca cỏc thy cụ bn ỏn cng nh kin thc ca bn thõn em c hon thin hn. Em xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ, c bit l thy giỏo T Tun Hu ó giỳp em hon thnh bn ỏn ny. H Ni ,8 thỏng 10 nm 2009 Sinh viờn thc hin inh Quang Hng TNH TON BO V QU DềNG CT NHANH, QU DềNG Cể THI GIAN V QU DềNG TH T KHễNG CHO NG DY CUNG CP HèNH TIA D 1 , D 2 . ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 4 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn Sơ đồ như hình vẽ Các thông số. + Hệ thống điện: S Nmax = 2000;1000MVA S Nmin = 0,7;0,8.2000;1000= 1400;800 MVA X 0HT = 0,9;1,1 X 1HT + Máy biến áp B 1 , B 2 : S dđ = 2*30 MVA Cấp điện áp: U 1 / U 2 = 115/24 kV U K % = 12,5% + Đường dây: D 1 : L 1 = 15;10km ; AC-100 D 2 : L 2 = 15km ; AC-100 AC-100: Z 1 = 0,27 + j 0,39 Ω/km ; Z 0 = 0,48 + j 0,98 Ω/km + Phụ tải: P 1 = 4 ;3MW; cosϕ 1 = 0,85;0,8; t pt1 = 0,75s P 2 = 3;2 MW; cosϕ 2 = 0,85;0,9; t pt2 = 0,5s + Đặc tính thời gian của rơle: 2 80 1 t Tp I ∗ = − (s) CHƯƠNG I: NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE I – KHÁI NIỆM VÀ NHIỆM VỤ RƠLE §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 5 t pt1 t pt2 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn - Rơle là một trong những thiết bị có thể bảo vệ được máy phát, máy biến áp, đường dây, thanh góp và toàn bộ hệ thống điện làm việc an toàn, phát triển liên tục, bền vững. - Nó là một thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện để hạn chế đến mức thấp nhất có thể của các hậu quả do sự cố gây ra. Các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng có thể do các hiện tượng thiên nhiên như giông bão, dộng đất, lũ lụt do các thiết bị hao mòn, già cỗi gây chạm chập, đôi khi do công nhân vận hành thao tác sai. - Tuy nhiên trong hệ thống có nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau, tính chất làm việc và yêu cầu bảo vệ khác nhau nên không thể chỉ dùng rơle để bảo vệ. Ngày nay khái niệm rơle có thể hiểu là một tổ hợp các thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn các nhu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn hệ thống điện. II – CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE 1. Tính cắt nhanh. - Khi có sự cố xảy ra thì yêu cầu rơle phải phát hiện và xử lý cắt cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. t csc = t bv + t mc (ms) Thời gian cắt sự cố bằng tổng thời gian tác động bảo vệ và thời gian làm việc máy cắt. 2. Tính chọn lọc. - Khả năng cắt đúng phần tử bị sự cố hư hỏng. - Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ phân ra 2 loại là bảo vệ chọn lọc tương đối và tuyệt đối. + Chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong một phạm vi xác định, không làm việc dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận. + Chọn lọc tương đối: Là bảo vệ ngoài chức năng bảo vệ cho phần tử chính đặt bảo vệ còn có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận. 3. Độ nhạy - Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố. §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 6 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn - Hệ số độ nhạy: kđ minngan n I I K = Bảo vệ chính K n ≥ 2 Bảo vệ dự phòng K n ≥ 1,5 4. Độ tin cậy - Là tính năng bảo đảm cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn. - Độ tin cậy tác động và độ tin cậy không tác động + Độ tin cậy tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle có tác động khi có sự cố, và chỉ được tác động trong khu vực đặt bảo vệ đã định trước. + Độ tin cậy không tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle không làm việc sai, tức là tránh tác động nhầm khi đang làm việc bình thường hoặc có sự cố xảy ra ở ngoài phạm vi muốn bảo vệ. 5. Tính kinh tế. Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong hệ thống điện không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra và có những tác động chuẩn xác. Đối với các trang thiết bị điện áp cao và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế không đề ra , mà bốn yêu cầu về kĩ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn được các yêu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện. Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở nhà máy điện hoặc lưới chuyển tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩ thuật mà chi phí thấp nhất. III - PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BẢO VỆ SỬ DỤNG 1 - Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng. §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 7 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện Nguyờn tc tỏc ng ca cỏc bo v c s dng: Thi gian lm vic ca bo v cú c tớnh thi gian c lp khụng ph thuc vo tr s dũng ngn mch hay v trớ ngn mch, cũn i vi bo v cú c tớnh thi gian ph thuc thỡ thi gian tỏc ng t l nghch vi dũng in chy qua bo v, dũng ngn mch cng ln thỡ thi gian tỏc ng cng bộ. - Khi lm vic bỡnh thng hoc khi cú ngn mch ngoi khi ú R kdR I I< v bo v khụng tỏc ng. - Khi cú ngn mch bờn trong thỡ dũng in qua bo v vt quỏ 1 giỏ tr nh trc (I kd , I t ) R kdR I I > thỡ bo v s tỏc ng ct mỏy ct. 2 - Nhim v, s , nguyờn lý lm vic, thụng s khi ng v vựng tỏc ng ca tng bo v t cho ng dõy. ng dõy cn bo v l ng dõy 24kV,l ng dõy trung ỏp, bo v ta dựng cỏc loi bo v: - Quỏ dũng in ct nhanh hoc quỏ thi gian - Quỏ dũng in cú hng - So lch dựng cp th cp chuyờn dựng - Khong cỏch. Trong nhim v thit k bo v ca ỏn ta xột bo v quỏ dũng in ct nhanh v quỏ dũng in cú thi gian. a. Bo v quỏ dũng cú thi gian. * Quỏ dũng ct nhanh vi c tớnh thi gian c lp. u im ca dng bo v ny l cỏch tớnh toỏn v ci t ca bo v khỏ n gin v d ỏp dng. Thi gian t ca cỏc bo v phi c phi hp vi nhau sao cho cú th ct ngn mch mt cỏch nhanh nht m vn m bo c tớnh chn lc ca cỏc bo v. Giỏ tr dũng in khi ng ca bo v I kd trong trng hp ny c xỏc nh bi: tv maxlvmmat kd k I.k.k I = Trong ú: ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 8 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện K at : h s an ton m bo cho bo v khụng ct nhm khi cú ngn mch ngoi do sai s khi tớnh dũng ngn mch (k n ng cong sai s 10% ca BI v 20% do tng tr ngun b bin ng). K mm : h s m mỏy, cú th ly Kmm= (1.5 ữ 2,5). K tv : h s tr v ca chc nng bo v quỏ dũng, cú th ly trong khong (0,85 ữ 0,95). S d phi s dng h s Ktv õy xut phỏt t yờu cu m bo s lm vic n nh ca bo v khi cú cỏc nhiu lon ngn (hin tng t m mỏy ca cỏc ng c sau khi TL úng thnh cụng) trong h thng m bo v khụng c tỏc ng. - Giỏ tr dũng khi ng ca bo v cn phi tho món iu kin: minNkdmaxlv III << Vi: I lv max : dũng in cc i qua i tng c bo v, thng xỏc nh trong ch cc i ca h thng, thụng thng: I = (1,05 ữ 1,2).I lvmax m . Trong trng hp khụng tho món iu kin thỡ phi s dng bo v quỏ dũng cú kim tra ỏp. I N min : dũng ngn mch nh nht khi ngn mch trong vựng bo v. + Phi hp cỏc bo v theo thi gian: õy l phng phỏp ph bin nht thng c cp trong cỏc ti liu bo v rle hin hnh. Nguyờn tc phi hp ny l nguyờn tc bc thang, ngha l chn thi gian ca bo v sao cho ln hn mt khong thi gian an ton t so vi thi gian tỏc ng ln nht ca cp bo v lin k trc nú (tớnh t phớa ph ti v ngun). t n = t (n-1)max + t Trong ú: t n : thi gian t ca cp bo v th n ang xột. t (n-1)max : thi gian tỏc ng cc i ca cỏc bo v ca cp bo v ng trc nú (th n). t: bc chn lc v thi gian. * Bo v quỏ dũng vi c tớnh thi gian ph thuc. Bo v quỏ dũng cú c tuyn thi gian c lp trong nhiu trng hp khú thc hin c kh nng phi hp vi cỏc bo v lin k m vn m bo c tớnh tỏc ng nhanh ca bo v. Mt trong nhng phng phỏp khc phc l ngi ta s dng bo v quỏ dũng vi c tuyn thi gian ph thuc. Hin nay cỏc phng thc tớnh toỏn chnh nh rle quỏ dũng s vi c tớnh thi gian ph thuc do a dng v chng loi v tiờu chun nờn trờn thc t vn cha c thng nht v mt lý thuyt iu ny gõy khú khn cho vic thm k v kim nh cỏc giỏ tr t ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 9 §å ¸n m«n r¬le Khoa hÖthèng®iÖn Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường dây có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong trường hợp này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đam bảo các điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống Hiện nay người ta có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập. Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức: I kđ51 = k.I lvmax Trong đó: k – hệ số chỉnh định ( k=1,6 ) b - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh. Chúng ta nhận thấy rằng đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần §INH QUANG H¦NG - Líp §1-H3 Trang 10 t ∆ t ∆ t ∆ 3 t 4 t 2 t 1 t 6 t [...]... 0.834 N8 0.884 0.245 0.733 N9 0.794 0.217 0.653 Trang 23 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện T bng s liu trờn ta cú biu quan h dũng ngn mch vi chiu di ng dõy I ,kA INi min 3I0Ni min I0Ni min CHNG III: TNH TON THễNG S KHI NG XC NH PHM VI BO V V NHY I TNH TON THễNG S KHI NG BO V 1 - Bo v quỏ dũng ct nhanh ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 24 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện - Tr s dũng in khi ng ca bo v quỏ... nhanh khụng th l bo v chớnh ca 1 phn t no ú m ch cú th kt hp vi bo v khỏc INmax INmin Ikd LCNmin INngoaimax LCNmax Bo v dũng in ct nhanh ng dõy mt ngun cung cp ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 11 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện CHNG II: CHN BI V TNH TON NGN MCH I LA CHN MY BIN DềNG BI1, BI2 1 Chn t s bin dũng ca BI1, BI2 dựng cho bo v ng dõy - T s bin i ca cỏc mỏy bin dũng c chn theo cụng thc : nI... chn Isdd1 = 400 A T s bin ca BI1 l : nBI1 = 80 II TNH TON NGN MCH 1 Tớnh toỏn c bn cỏc thụng s ban u Chn Scb = 100 MVA Ucb = Utb tng cp - H thng X1HT = Scb SN ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 12 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện + Tớnh trong ch ph ti cc i SN = SNmax = 2000 MVA Hai mỏy bin ỏp lm vic song song S 100 X1HT = cb = = 0,05 S N max 2000 X2HT = X1HT = 0,05 X0HT = 0,9 X1HT = 0,9.0,05 = 0,45 +... U2 24 X 0 D 2 = 1,02.15 100 = 2,66 24 2 2 Chn v trớ cỏc im tớnh ngn mch Ta chia mi on ng dõy thnh 4 on bng nhau Ta cn tớnh dũng ngn mch ti 9 im nh hỡnh v sau: ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 13 Đồ án môn rơle E XHt Khoa hệthốngđiện XB1 XD1' XD1' XD1' XD1' XD2' XD2' XD2' XD2' XB2 Cú XD1' = XD2' = 1 1 X D1 = 1,068 = 0,267 4 4 X0D1' = X0D1' = 1 1 X 0 D1 = 2,66 = 0,665 4 4 3 Ch ph ti cc i vi 2 mỏy bin... E a = j(X1 + X (n ) ) Trong ú X ( n ) l in khỏng ph ca loi ngn mch n Tr s dũng in ngn mch tng hp ti cỏc pha cú th tớnh theo cụng thc: n I(N ) = m ( n ) I Na ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 14 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện - Ta cú bng túm tt sau: Dng ngn mch n X(n) m(n) N(1) 1 X2 + X0 3 N(2) 2 X2 3 N(3) 3 0 1 a Tớnh ngn mch ti im N1 * Ngn mch 3 pha i xng N(3) X1 = XHT + XB 0,417 = 0,05 + = 0,259... 0,513) - Dũng in ngn mch tng hp * (1) * (1) I N1 = 3 I1N1a = 3.1,295 = 3,886 - Tớnh trong h n v cú tờn I (1) N1 * (1) = I N1 Scb 3.U tb = 3,886 100 = 9,348kA 3.24 ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 15 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện - Ta cú thnh phn dũng in th t khụng: * (1) * (1) I 0 N1 = I1N1 = 1,295 - Trong h n v cú tờn: I (1) 0 N1 * (1) = I 0 N1 Scb 100 = 1,295 = 3,115kA 3.U tb 3.24 b Xột ngn mch ti... 0,18 X1 + X (1) (1,326 + 4,24) - Dũng in ngn mch tng hp * (1) * (1) I N 5 = 3 I1N 5a = 3.0,18 = 0,54 - Tớnh trong h n v cú tờn 1 I (N)5 = 0,54 100 = 1,3kA 3.24 ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 16 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện - Ta cú thnh phn dũng in th t khụng: * (1) * (1) I 0 N 5 = I1N 5 = 0,18 - Trong h n v cú tờn: 100 ) I (01N 5 = 0,18 = 0,433kA 3.24 c Ngn mch ti im N9 * Ngn mch 3 pha i xng N(3)... + X (1) (2,395 + 7,969) - Dũng in ngn mch tng hp * (1) * (1) I N 9 = 3 I1N 9 a = 3.0,096 = 0,289 - Tớnh trong h n v cú tờn 1 I (N)9 = 0,289 100 = 0,696kA 3.24 ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 17 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện - Ta cú thnh phn dũng in th t khụng: * (1) * (1) I 0 N 9 = I1N 9 = 0,096 - Trong h n v cú tờn: 100 ) I (01N 9 = 0,096 = 0,231kA 3.24 Cỏc im ngn mch khỏc tớnh tng t nh cỏc im... Ni ,kA X(1) * (1) I1Nia * (1) I Ni (1) I Ni ,kA * (1) I 0 Ni (1) I 0 Ni ,kA Bng dũng ngn mch cc i ti tng im ngn mch ch ph ti cc i N1 N2 N3 ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 Trang 18 Đồ án môn rơle INmax(kA) I0Nmax(kA) 3.I0Nmax(kA) 9.348 3.116 9.348 Khoa hệthốngđiện 4.573 1.221 3.662 3.034 0.759 2.277 2.269 0.551 1.652 1.814 0.432 1.297 1.509 0.355 1.066 1.293 0.302 0.906 1.130 0.262 0.787... cỏc im ngn mch ,ta chn cỏc thụng s ca h thng nh sau: + Tớnh trong ch ph ti min SNmin = 1400 MVA Mt mỏy bin ỏp lm vic S 100 X1HT = cb = = 0,0714 S N min 1400 ĐINH QUANG HƯNG - Lớp Đ1-H3 Trang 19 Đồ án môn rơle Khoa hệthốngđiện X2HT = X1HT = 0,0714 X0HT = 0,9 X1HT = 0,9.0,0714 = 0,064 a Tớnh ngn mch ti im N1 * Ngn mch 1 pha X2(1) = XHT + XB = 0,0714 + 0,417 = 0,488 X0(1) = X0HT + XB = 0,064 + 0,417 . các bảo vệ ở các phần tử lân cận. + Chọn lọc tương đối: Là bảo vệ ngoài chức năng bảo vệ cho phần tử chính đặt bảo vệ còn có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ. 3 Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle 8 Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 9 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản 9 Đ2.3. Điện kháng các phân