Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV

LỜI NÓI ĐẦU Điện nguồn lƣợng quan trọng sống ngƣời, hầu nhƣ hoạt động lĩnh vực tách khỏi nguồn lƣợng điện Nền kinh tế nƣớc ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân đƣợc nâng cao nhanh chóng kéo theo nhảy vọt nhu cầu lƣợng, đặc biệt điện Điều địi hỏi hệ thống cung cấp điện an toàn, ổn định đáng tin cậy Trên thực tế, hệ thống điện mạng lƣới phức tạp gồm nhiều phần tử vận hành, nên phải đối mặt với nhiều rủi ro cố Kiến thức tƣợng khơng bình thƣờng hƣ hỏng, với phƣơng pháp thiết bị bảo vệ nhằm phát nhanh chóng cách ly phần tử hƣ hỏng khỏi hệ thống, cảnh báo xử lý khắc phục chế độ khơng bình thƣờng mảng quan trọng kỹ sƣ ngành hệ thống điện Trạm biến áp mắt xích quan trọng hệ thống điện Nó đầu mối liên kết từ nơi sản xuất điện, truyền tải phân phối điện đến phụ tải Các thiết bị lắp đặt trạm thƣờng có giá trị lớn, nên có cố gây thiệt hại nghiệm trọng không đƣợc can thiệp kịp thời Vì vậy, việc thiết kế hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp, đảm bảo hoạt động xác tin cậy trƣớc cố cơng đoạn cần thiết Do đó, em lựa chọn đề tài tốt nghiệp “Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV ” Nội dung đồ án đƣợc trình bày theo nội dung chính:  Chƣơng 1: Giới thiệu chung vai trò trạm biến áp  Chƣơng 2: Tính tốn ngắn mạch  Chƣơng 3: Phƣơng thức bảo vệ trạm biến áp  Chƣơng 4: Lựa chọn giới thiệu rơle  Chƣơng 5: Tính tốn chỉnh định kiểm tra làm việc rơle  Chƣơng 6: Sử dụng phần mềm cài đặt chỉnh định cho rơle Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Đức Huy, ngƣời bảo hƣớng dẫn tận tình em suốt q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin đƣợc cám ơn thầy cô giáo môn Hệ thống điện, trang bị cho em kiến thức chuyên ngành cần thiết Do cịn hạn chế kiến thức trình độ, nên đồ án không tránh khỏi sai sót Vì vậy, em mong nhận đƣợc góp ý, bảo thầy cô Sinh viên thực Vũ Văn Cƣơng MỤC LỤC CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRÒ TRẠM BIẾN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ĐƢỢC THIẾT KẾ Vai trò trạm biến áp hệ thống điện Tổng quan chung trạm biến áp 2.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp 2.2 Các thơng số trạm CHƢƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH Giới thiệu chung 1.1 Các chế độ tính ngắn mạch 1.2 Các giả thiết tính ngắn mạch 10 1.3 Các điểm ngắn mạch cần tính tốn 11 Quy đổi thông số 12 2.1 Lựa chọn đại lƣợng 12 2.2 Quy đổi thông số phần tử 12 2.2.1 Hệ thống 12 2.2.2 Điện kháng máy biến áp tự ngẫu 13 2.2.3 Thông số đƣờng dây 13 Tính tốn dịng điện ngắn mạch 13 3.1 Khi vận hành MBA chế độ max 14 3.2 Khi vận hành MBA chế độ max 25 3.3 Khi vận hành MBA chế độ 39 3.4 Khi vận hành MBA chế độ 39 Những yêu cầu thiết bị bảo vệ 46 Các dạng hƣ hỏng bảo vệ thƣờng dùng 47 Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ cho máy biến áp 48 Rơle bảo vệ 7UT613 50 1.1 Giới thiệu chung 50 1.2 Một số thông số kỹ thuật rơle 7UT613 52 1.3 Chức bảo vệ so lệch máy biến áp 53 Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 1.3.1 Phối hợp đại lƣợng đo lƣờng 53 1.3.2 So sánh đại lƣợng đo lƣờng 54 1.3.3 Đặc tính tác động 54 1.3.4 Vùng hãm bổ sung 56 1.4 Chức hãm theo sóng hài 57 1.5 Chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 58 1.6 Chức bảo vệ chống tải nhiệt 60 1.7 Cách chỉnh định cài đặt thông số cho rơle 7UT613 60 Rơle bảo vệ 7SJ621 60 2.1 Giới thiệu chung 60 2.2 Một số thông số kĩ thuật rơle 7SJ621 62 2.3 Chức bảo vệ dòng 64 2.4 Chức bảo vệ q dịng có hƣớng 65 2.5 Chức chống hƣ hỏng máy cắt 66 2.6 Cách chỉnh định cài đặt thông số cho rơle 7SJ621 66 Rơle bảo vệ 7RW600 66 3.1 Giới thiệu chung 66 3.2 Một số thông số kỹ thuật rơle 7RW600 68 3.3 Chức bảo vệ áp thứ tự không (phát chạm đất) 69 Bảo vệ rơle khí Buchholz (96) 70 Lựa chọn BI 71 1.1 Cơ sở kỹ thuật lựa chọn BI 71 1.2 Chọn BI cho cấp điện áp 72 Lựa chọn BU 74 2.1 Cơ sở kỹ thuật lựa chọn BU 74 2.2 Chọn BU cho cấp điện áp 74 Tính tốn thông số chỉnh định cho rơle bảo vệ 7SJ621 75 3.1 Phía cấp điện áp 35kV 75 3.2 Phía cấp điện áp 110kV 75 3.3 Phía cấp điện áp 220kV 76 Tính tốn thông số chỉnh định cho rơle bảo vệ 7UT613 78 4.1 Bảo vệ so lệch 78 Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 4.2 Bảo vệ so lệch thứ tự không (87N) 80 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ 80 5.1 Bảo vệ dòng thời gian trễ 67 51 80 5.2 Bảo vệ dòng có hƣớng TTK thời gian trễ 67N 81 5.3 Bảo vệ so lệch 87 82 5.3.1 Kiểm tra độ an toàn hãm bảo vệ với cố vùng 82 5.3.1 Kiểm tra độ nhạy tác động với cố vùng 85 Giới thiệu phần mềm DIGSI 89 Xây dựng liệu chỉnh định chức bảo vệ 89 2.1 Quy trình tạo liệu chỉnh định 89 2.2 Thiết lập chỉnh định thông số cho máy biến áp 91 2.2.1 Cài đặt rơle 7UT613 91 2.2.2 Cài đặt rơle 7SJ621 97 2.3 Chuyển liệu rơle máy tính 104 Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 1: Giới thiệu chung vai trò trạm biến áp CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRÒ TRẠM BIẾN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ĐƢỢC THIẾT KẾ Vai trò trạm biến áp hệ thống điện Trong hệ thống điện, muốn truyền tải phân phối công suất từ nhà máy điện đến tận hộ tiêu thụ cách hợp lí, thƣờng phải qua ba, bốn lần tăng giảm điện áp Do tổng cơng suất máy biến áp hệ thống điện lực thƣờng gấp ba, bốn lần công suất trạm phát điện Những máy biến áp dùng hệ thống điện lực gọi máy biến áp điện lực hay máy biến áp cơng suất Từ ta thấy rõ, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lƣợng khơng chuyển hóa lƣợng Ngồi máy biến áp điện lực cịn có nhiều loại máy biến áp dùng ngành chuyên môn nhƣ: máy biến áp chuyên dùng cho lò luyện kim; máy biến áp hàn điện; máy biến áp dùng cho thiết bị chỉnh lƣu; máy biến áp dùng cho đo lƣờng, thí nghiệm Trạm biến áp cần thiết kế bảo vệ trạm biến áp cấp điện áp 220 kV đóng vai trị quan trọng việc liên kết hệ thống điện, truyền tải lƣợng công suất lớn, nút quan trọng hệ thống điện Vì vậy, cố xảy trạm biến áp 220 kV gây hậu nghiêm trọng đến thiết bị trạm, gây thiệt hại kinh tế lớn ngừng cung cấp điện chí khơng đƣợc thiết kế bảo vệ xác gây ổn định hệ thống rã lƣới Tổng quan chung trạm biến áp Đối tƣợng cần thiết kế trạm biến áp 220 kV gồm máy biến áp tự ngẫu làm việc song song Trạm đƣợc liên kết với hệ thống điện phía 220 kV 2.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 1: Giới thiệu chung vai trò trạm biến áp 110 kV 220 kV BI0 D BI1 BI2 AT1 HT AT2 BI3 35 kV Hình 1.1: Sơ đồ nối điện trạm biến áp 2.2 Các thơng số trạm  Hệ thống SNmax = 3200 MVA SNmin = 2500 MVA Điện kháng thứ tự không: X0H = 0,8X1H Tỉ số X/R 220 kV: 4,1  Phía 110 kV Điện kháng thứ tự khơng phía 110 kV: 11 Ω  Máy biến áp Máy biến áp tự ngẫu: 125/125/60 MVA Tỷ số biến áp: 230 ± 6x2%/121/38,5 kV UNC-T% = 11,2; UNC-H% = 43,1; UNT-H% = 27,8 Tổ đấu dây: YN – Auto- d11 (Y0 - ∆-11)  Đƣờng dây 220 kV Loại dây x ACSR 500, chiều dài 45 km, X0 = 3X1 Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 2: Tính tốn ngắn mạch CHƢƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH Giới thiệu chung 1.1 Các chế độ tính ngắn mạch Ngắn mạch hệ thống điện tƣợng dây dẫn pha chập nhau, pha chạm đất chập dây trung tính Lúc xảy ngắn mạch tổng trở hệ thống giảm dòng điện tăng lên đáng kể gọi dịng điện ngắn mạch Việc tính tốn ngắn mạch cần thiết, để tìm đƣợc dịng điện ngắn mạch Ta dùng số liệu để tính tốn chỉnh định kiểm tra hoạt động rơle Dòng điện ngắn mạch thay đổi theo nhiều yếu tố, nhƣ dạng ngắn mạch (N(3), N(2), N(1), N(1,1)), vị trí điểm ngắn mạch, cơng suất ngắn mạch nguồn (SN)… Vì khơng thể tính tốn hết tất dịng ngắn mạch  Trong tính tốn chỉnh định rơle quan tâm tới hai dòng ngắn mạch:  Dòng ngắn mạch lớn chạy qua rơle Inmax o Chỉnh định bảo vệ dòng cắt nhanh o Kiểm tra độ an toàn hãm bảo vệ so lệch  Dòng ngắn mạch nhỏ chạy qua rơle Inmin o Kiểm tra độ nhạy bảo vệ  Về dạng ngắn mạch:  Trong chế độ max, công suất ngắn mạch nguồn lớn nhất, dịng ngắn mạch pha ln lớn dịng ngắn mạch pha Để tìm Inmax cần tính dạng ngắn mạch: N(3), N(1), N(1,1)  Trong chế độ min, công suất ngắn mạch nguồn nhỏ nhất, dịng ngắn mạch pha ln nhỏ dịng ngắn mạch pha Để tìm Inmin cần tính dạng ngắn mạch: N(2), N(1), N(1,1)  Đối với cấu hình trạm:  Khi trạm vận hành máy dịng điện tổng điểm ngắn mạch Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 2: Tính tốn ngắn mạch 10 tổng điểm ngắn mạch nhỏ so với trƣờng hợp máy vận hành song song Tuy nhiên tồn dịng điện qua bảo vệ  Khi trạm vận hành máy biến áp song song dịng điện ngắn mạch tổng điểm ngắn mạch lớn trƣờng hợp vận hành máy biến áp độc lập nhƣng dòng qua bảo vệ nửa dòng điện ngắn mạch tổng Vì vậy, ta phải tính cho trƣờng hợp: vận hành độc lập MBA vận hành song song MBA 1.2 Các giả thiết tính 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 lƣợng 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 tốn ngắn mạch đƣợc thực giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ chƣa đáng kể Giả thiết tần số hệ thống không đổi, làm giảm đáng kể lƣợng phép tính  Bỏ qua bão hoà mạch từ Khi ngắn mạch, mức độ bão hoà mạch từ số phần tử tăng cao bình thƣờng Thực tế cho thấy sai số mắc phải bỏ qua tƣợng không nhiều số phần tử mang lõi thép chiếm số lƣợng hệ thống điện  Bỏ qua ảnh hƣởng phụ tải  Bỏ qua điện trở cuộn dây máy phát, máy biến áp điện trở đƣờng dây (do thành phần nhỏ so với điện kháng chúng)  Coi hệ thống sức điện động ba pha nguồn đối xứng Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 92 Cửa sổ DIGSI ra, vào Settings, cửa sổ Select function chọn chức cần kiểm tra  Trong mục Device Configuration, ta đặt thiết lập: Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính  Trong mục Power System Data 1, ta đặt thiết lập:  Cửa sổ Power System  Cửa sổ Transf Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 93 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính  Cửa sổ CTs  Cửa sổ VTs Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 94 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính  Trong mục Setting Group A, ta lựa chọn cài đặt chức cho rơle  Chức so lệch 87 (Địa 0012) o Cửa sổ General Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 95 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính o Cửa sổ I-Diff o Cửa sổ Characteristic Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 96 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 97  Chức chống chạm đất hạn chế 87G (Địa 0013)  Chức chống tải nhiệt 49 (Địa 0042) 2.2.2 Cài đặt rơle 7SJ621 Làm tƣơng tự nhƣ với 7UT613, ta chọn rơle 7SJ621 cửa sổ Device catalog Sau thiết lập số thông số thông báo mã hiệu cho rơle, ta tiến hành cài đặt thơng số chức năng, chọn chế độ cài đặt Offline để làm việc với file rơle máy tính Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 98 Vì ta thiết kế rơle 7SJ621 khác ba phía máy biến áp, nên phải tiến hành cài đặt cho rơle  Phía cấp điện áp 220 kV  Trong mục Device Configuration, ta đặt thiết lập: Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 99  Trong mục Power System Data 1, ta đặt thiết lập:  Trong mục Setting Group A, ta lựa chọn cài đặt chức cho rơle o Chức bảo vệ q dịng có hƣớng 67/67N (Địa 0006) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính o Chức bảo vệ thấp/quá áp 27/59 (Địa 0008) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 100 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính o Chức bảo vệ q dịng TTN 46 (Địa 0009) o Chức chống hƣ hỏng máy cắt 50BF (Địa 00018) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 101 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính o Chức giám sát mạch cắt 74 (Địa 00014)  Phía cấp điện áp 110 kV Làm tƣơng tự nhƣ phía 220kV, ta cài đặt thông số nhƣ sau:  Trong mục Power System Data 1:  Trong mục Setting Group A: o Chức bảo vệ q dịng có hƣớng 67/67N (Địa 0006) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 102 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính o Chức bảo vệ thấp/quá áp 27/59 (Địa 0008) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 103 Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 104 o Chức chống hƣ hỏng máy cắt 50BF (0018)  Tƣơng tự o Chức giám sát mạch cắt 74 (0014)  Tƣơng tự  Phía cấp điện áp 35 kV Làm tƣơng tự nhƣ phía 220kV, ta cài đặt thơng số nhƣ sau:  Trong mục Power System Data 1:  Trong mục Setting Group A: o Chức bảo vệ dòng 51 (Địa 0005) Ta cài đặt chức q dịng có thời gian o Chức chống hƣ hỏng máy cắt 50BF (0018)  Tƣơng tự o Chức giám sát mạch cắt 74 (0014)  Tƣơng tự 2.3 Chuyển liệu rơle máy tính Phần tiến hành cài đặt offline máy tính phần mềm DIGSI Để cập nhật liệu vào rơle, thực theo bƣớc: Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện Chương 6: Cài đặt chỉnh định máy tính 105  Nối dây giao diện máy tính rơle Yêu cầu bắt chặt vít liên kết giắc cắm rơle  Mở file rơle cần làm việc  Mục Connection type chọn Direct (kết nối trực tiếp rơle máy tính khơng qua thiết bị trung gian) Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện 106 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2010 Lã Văn Út Ngắn mạch hệ thống điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2009 IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power System Buses (C37.234TM), Sponsored by the Power System Relaying Committee, 2009 SIEMENS Differential Protection 7UT6x, Manual, 2013 SIEMENS Multi-Functional Protective Relay 7SJ62/63/64, Manual, 2011 SIEMENS Distributed Busbar/ Breaker Failure Protection 7SS522 V4.6/7SS523 V3.3, Manual, 2007 Vũ Văn Cương – 20101200 – Kỹ thuật điện