Đồ án thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35 22kv

Để đảm bảo sảnlượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện chocác hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệthống; cần

Đồ án Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm

biến áp 110/35/22kV

MỤC LỤC

Trang Lời nói đầu 1

Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ và các thông số chính 2

1.1 Mô tả đối tượng 2

1.2 Thông số chính 2

1.2.1.Hệ thống điện 2

1.2.2.Đường dây 3

1.2.3.Máy biến áp 3

1.3.Chọn máy cắt ,máy biến dòng điện ,máy biến điện áp 3

1.3.1.Máy cắt điện 3

1.3.2.Máy biến dòng điện 5

1.3.3.Máy biến điện áp 6

Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le 7

2.1 Các giả thiết cơ bản 7

2.2.Chọn các đại lượng cơ bản và tính thông số các phần tử 8

2.3.Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch 9

2.4.Các phương án( sơ đồ ) tính toán ngắn mạch 10

2.4.1.Sơ đồ 1:SNmax,1 máy biến áp làm việc 10

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.1 19

2.4.2.Sơ đồ 2:SNmax,2máy biến áp làm việc song song 20

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.2 28

2.4.3.Sơ đồ 3:SNmin,1 máy biến áp làm việc 29

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.3 37

2.4.4.Sơ đồ4:SNmin , 2 máy biến áp làm việc song song 38

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.4 47

Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ 48

3.1.Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 48

3.2.Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp 49

3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện 49

3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2 50

3.2.3.Bảo vệ dự phòng 53

3.3.Sơ đồ phương thức bảo vệ 56

Chương4: Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle sử dụng 57

4.1.Hợp bộ bảo vệ so lệch 7UT613 57

4.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơ le 7UT613 57

4.1.2.Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613 59

4.1.3.Một số thông số kỹ thuật của rơle7UT613 61

4.1.4.Các chỉnh định và cài đăt thông số cho rơle 7UT613 63

4.1.5.Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp 64

4.1.6.Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế của 7UT613 68

4.1.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 71

4.1.8.Chức năng bảo vệ chống quá tải 71

4.2.Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 72

4.2.1.Giới thiệu tổng quát về rơle 7SJ621 72

4.2.2.Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7SJ621 73

4.2.3.Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 75

4.2.4.Một số thông số kỹ thuật của rơle 7SJ621 78

Chương 5: Chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của rơle 81

5.1.Tính toán các thông số của bảo vệ 81

5.1.1.Các số liệu cần thiết cho việc tính toán bảo vệ rơle 81

5.1.2.Tính toán các thông số của bảo vệ 81

5.2.Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 85

5.2.1 Bảo vệ so lệch dòng có hãm 85

5.2.2 Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không 90

5.2.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian 91

5.2.4.Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 92

Tài liệu tham khảo 94

L I NÓI ỜI NÓI ĐẦU ĐẦU U

Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong mọi hoạt động sản xuấtcũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người Để đảm bảo sảnlượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện chocác hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệthống; cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảovệ,thông tin ,đo lường ,điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện

Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng mộtvai trò hết sức quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phảilúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làmviệc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v mà nguyên nhân

có thể do chủ quan hoặc khách quan Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động loạitrừ các sự cố, xử lý tình trạng làm việc bất thường của hệ thống

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngàycàng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn Ở nước ta ngày nay,

xu hướng sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay thế cho các rơle điện cơ đang đượcxúc tiến mạnh mẽ

Bản “ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22kV” gồm có 5

chương :

- Chương 1 : Mô tả đối tượng được bảo vệ và các thông số chính

- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

- Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

- Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn

- Chương 5 : Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có hạn cũng như kiến thức kinhnghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều, nên tập đề án tốtnghiệp này còn có những sai sót là điều không thể tránh được Em rất mong được

sự nhận xét và đóng góp của quí Thầy Cô

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của GS.VS.TSKH TRẦNĐÌNH LONG

CHƯƠNG 1

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG

Trạm biến áp được bảo vệ gồm hai máy biến áp ba dây quấn B1 và B2được mắc song song với nhau Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai nguồncủa HTĐ1 và HTĐ2 Hệ thống điện HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 110kV của

trạm biến áp qua đường dây D1, hệ thống điện HTĐ2 cung cấp đến thanh góp110kV của trạm biến áp qua đường dây D2 Phía trung và hạ áp của trạm có điện

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax = 2500 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 0,7S1Nmax

Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2X1H1

2) Hệ thống điện HTĐ2:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S2Nmax = 1900 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S2Nmin = 0,75S2Nmax

Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,35X1H2

1.2.2 Đường dây D1, D2:

1) Đường dây D1:

Chiều dài đường dây: L1 = 60 km

Điện kháng trên một kilômét đường dây: X11 = 0,423 Ω/kmkm

Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 2X1D1

2) Đường dây D2:

Chiều dài đường dây: L2 = 45 km

Điện kháng trên một kilômét đường dây: X12 = 0,392 Ω/kmkm

Tổ đấu dây YN – d11 – yn12

Giới hạn điều chỉnh điện áp: Uđc = 10%

1.3 CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

nhđm.tnhđm  BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch)

Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của cácmạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II tachọn máy cắt của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.1

1) Phía điện áp 110kV:

Ilvcb =kqtsc.IđmB = kqtsc ñmB

ñmB

S 3.U = 1,4 Ilvcb =1,4.

63 3.115 = 0,443kA = 443A

I”N = IBI1maxIcb1 = 15,8913 0,3163 = 5,0264 kA ( trang 28 )

+ Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC 12,7951kA

2) Phía điện áp 35kV:

Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc ñmB

ñmB

S 3.U = 1,4.

63 3.37,5 = 1,358kA = 1358A

I”N = IBI2maxIcb2=5,7971 0,9699 = 5,6226kA (trang 19 )

63 3.24 = 2,122kA = 2122A

I”N = IBI3maxIcb3 =5,6337 1,5155 = 8,5379kA (trang 19 )

1.3.2 Máy biến dòng điện:

- Điện áp định mức (UđmBI): Điện áp định mức của máy biến dòng đượcchọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của lưới điện: UđmBI Uđmlưới

- Dòng điện định mức (IđmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng đượcchọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI: I1đmBI Ilvcb

- Phụ tải định mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp định mức của máy biến dòngphải lớn hơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBI Z2

-Điều kiện ổn định lực động điện: dòng điện ổn định lực động điện của máybiến dòng phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: 2kđđmI1đm ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt: Dòng ổn định nhiệt của máy biến dòng phải thỏamãn điều kiện: (I1đmknh)2 BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch) Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của cácmạch đã được xác định ở phần trên, kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch

đã tính được ở chương II ta chọn máy biến dòng của từøng mạch cho từng cấpđiện áp như ở bảng 1.2

Bảng 1.2

Tỷ số biến 300-600/km1/km1/km1/km1 1000-2000/km1/km1/km1 1000-2000/km1/km1/km1

Công suất, VA 30/km30/km30/km30 15/km15/km15 20/km20/km20Cấp chính xác 0,5/km5P20/km5P20/km5P20 0,5/km5P20/km5P20 0,5/km5P20/km5P20

1.3.3 Máy biến điện áp:

- Điện áp định mức (UđmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp đượcchọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmBU Uđmlưới

- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo

- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định mức của máy biến điện ápphải lớn hơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBU S2

Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch chotừng cấp điện áp như ở bảng 1.3

Bảng 1.3

CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dâytrung tính) Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác địnhcác trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để cài đặt

và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểmtra độ nhạy của chúng

Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của hệthống, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch

Trong chế độ cực đại, xét các dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạchmột pha, ngắn mạch hai pha chạm đất Chế độ cực tiểu xét ngắn mạch hai pha,ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

2.1 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN

+ Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góclệch pha giữa sức từ động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quátrình ngắn mạch Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện tănglên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việctính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là lớn nhất Giả thiếtnày không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầu của quá trìnhquá độ (0,1 0,2 sec)

+ Bỏ qua các phụ tải

+ Mạch từ không bão hòa, nghĩa là mạch có quan hệ tuyến tính: giả thiếtnày sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rấtnhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng đểphân tích quá trình

+ Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuầnkháng Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao,ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn mạchhoặc khi tính toán ngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên khôngtiết diện bé Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu

kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng

+ Bỏ qua thành phần điện dung dây dẫn – đất: giả thiết này không gây sai

số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì mớixét đến dung dẫn của đường dây

+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp

+ Hệ thống điện ba pha lúc bình thường là đối xứng: sự mất đối xứng chỉxảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng.Việc tính toán ngắn mạchđược thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦNTỬ

2) Sơ đồ thứ tự không

2.4 CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

 Sơ đồ 1: SNmax; 1 máy biến áp làm việc

 Sơ đồ 2: SNmax; 2 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

 Sơ đồ 3: SMmin; 1 máy biến áp làm việc

 Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc

1H2 max

X 0,0332

1D1

X 0,1209

1D2

X 0,084

C

X 0,1075

C

X 0,1075

T

X 0

T

X 0

H

X 0,0625

H

X 0,0625

0H1max

X 0,0302

0H2 max

X 0,0448

0D1

X 0,2418

0D2

X 0,168

C

X 0,1075

C

X 0,1075

T

X 0

T

X 0

H

X 0,0625

110kV

22kV

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

1H2 max

X 0,0332

1D1

X 0,1209

1D2

X 0,084

X 0,0650

X 0,0302

0H2 max

X 0,0448

0D1

X 0,2418

0D2

X 0,168

0

I 

X 0,1075

E

 1

X 0,1725

N2

U1N

1

I 

X 0,1075

H

X 0,0625

22kV

E

 1

X 0,235

N3

0

I 

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.1 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợpmột máy biến áp làm việc trong chế độ SNmax :

Dạngngắnmạch

1H2 max

X 0,0332

1D1

X 0,1209

1D2

X 0,084

110kV

N1

E

 1

X 0,0650

N1

U1N

1

I 

0H2 max

X 0,0448

0D1

X 0,2418

0D2

X 0,168

N1

BI1

C

X 0,1075

BI1

C

X 0,1075

T

X 0T

X 0

 0

X 0,0371

N1

U0N

0

I 

c) Ngắn mạch 1 pha N ( 1)

2) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3);

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

BI1

1H1max

X 0,0252

1H2 max

X 0,0332

1D1

X 0,1209

1D2

X 0,084

C

X 0,1075

T

X 0

E

1H1max

X 0,0252

E

1H2 max

X 0,0332

1D1

X 0,1209

C

X

X 0,0625

N3

E

 1

X 0,1188

N2

U1N

1

I 

X 0,15

H

X 0,0625

N3

0

I 

U0N

Dạngngắnmạch

2.4.3 Sơ đồ 3: S Nmin , 1 máy biến áp làm việc.

X 0,1569

N1

U1N

1

I 

 0

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(2).

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

E



1 (N1)

X 0,1569

C

X 0,1075

X 0,1075

3

H

X 0,0625

22kV

E

 1

X 0,3269

X 0,2644

0

I 

U0N

Dạngngắnmạch

X 0,1569

N1

1

I 

C

X 0,1075

T

X 0T

X 0

 0

2) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(2):

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

1H1min

X

X 0,1209

C

X 0,1075

T

X 0

 1

X

X 0,0625

C

X

X 0,0625

C

X

X 0,0625

C

X

X 0,0625

N3

E

 1

X 0,2419

H

X 0,0625

N3

0

I 

U0N

1I

Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.4 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợphai máy biến áp làm việc trong chế độ SNmin:

Phía

ngắn

mạch

Điểmngắnmạch

Dạngngắnmạch

3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH

THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Để lựa chọn được phương thức bảo vệ hợp lý, chúng ta cần phải phân tích

những dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đối tượng đượcbảo vệ, cụ thể là máy biến áp

Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra thành hainhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

Những hư hỏng bên trong máy biến áp gồm:

- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đất (vỏ ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến

áp bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

-Ngắn mạch một pha trong hệ thống

-Quá tải

-Quá bão hòa mạch từ do điện áp tăng cao hoặc tần số giảm thấp

Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí vai trò của máy biến áp trong hệthống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp.Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc khôngbình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng 3-1

Bảng 3.1: Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặ

t.

L Loại hư hỏng Loại bảo vệ

Chạm chập giữa các vòng dây.

Thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu Rơle khí (BUCHHOLZ).

Quá bão hòa mạch từ Chống quá bão hòa

3.2 CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP

3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện.

Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, thiết bịbảo vệ phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây: tin cậy, chọn lọc, tác độngnhanh và độ nhạy

2)Chọn lọc:

Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố rakhỏi hệ thống Cấu hình của hệ thống càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọccủa bảo vệ càng khó khăn

3)Tác động nhanh:

Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách li phần tử bị sự cố càng nhanh càngtốt Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác độngnhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

4)Độ nhạy :

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thốngbảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỉ số giữa trị số của đại lượngvật lí đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Sự sai khác giữa trị sốcủa đại lượng vật lí đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơle càng

dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, hay như thường nói rơle tác động càng nhạy

3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2.

1) Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm: I

Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp ba cuộn dây được

trình bày như hình 3.1

I

(hµi bËc hai)

Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ

Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và hạ

áp nối với phụ tải Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có: