NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHÂN NHÓM BẢO VỆ & ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHÂN NHÓM BẢO VỆ & ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Họ tên: Vũ Năng Dương Mã số SV: 20140901 Lớp: KT-Điện 02 Ngành học: Hệ thống điện Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đức Huy I Chữ ký: Đầu đề thiết kế Tính tốn thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/23/10,5kV II Các số liệu ban đầu Hệ thống SN(3)max (MVA) 1800 1850 1900 1950 2000 2050 Tỷ số SN(3)min/SN(3)max 0.6 0.63 0.67 0.70 0.73 0.75 Tỷ số X0HT /X1HT 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 32 40 63 125 Máy biến áp Sđm (MVA) 16 25 Tổ đấu dây Y0 - Y0 - 11 Điện áp ngắn mạch UNC-T = 10,5%; UNC-H = 17%; UNT-H = 6% Cấp điện áp (kV) UC/UT/UH = 115/23,5/10,5 Phạm vi điều chỉnh đầu phân áp  x 1,78% III Các nội dung đồ án Tính tốn ngắn mạch a Tính tốn ngắn mạch chế độ max b Tính tốn ngắn mạch chế độ Lựa chọn sơ đồ phương thức hệ thống bảo vệ rơle a Sơ lược nguyên lý bảo vệ dòng bảo vệ so lệch b Đề xuất phương thức bảo vệ cho trạm biến áp Lựa chọn giới thiệu tính rơle a Lựa chọn giới thiệu tính rơle q dịng b Lựa chọn giới thiệu tính rơle so lệch bảo vệ MBA Tính tốn chỉnh định kiểm tra làm việc hệ thống rơle bảo vệ a Chỉnh định bảo vệ dòng kiểm tra độ nhạy b Chỉnh định bảo vệ so lệch MBA xác định điểm làm việc đặc tính rơle cố 1/2 IV Bản vẽ yêu cầu Sơ đồ phương thức hệ thống bảo vệ rơle kết chỉnh định, kiểm tra độ nhạy Sơ đồ nối điện trạm biến áp 10,5kV BI3 115kV Hệ thống BI1 23,5kV BI2 BI01 BI02 2/2 MỤC LỤC CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ VÀ THÔNG SỐ CHÍNH 1.1 Mơ tả đối tượng 1.2 Thơng số 1.2.1 Hệ thống điện 1.2.2 Máy biến áp CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC BẢO VỆ RƠ LE 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’ 2.3.3 Điểm ngắn mạch N2 2.3.4 Điểm ngắn mạch N2’ 11 2.3.5 Điểm ngắn mạch N3 11 2.3.6 Điểm ngắn mạch N3’ 11 2.4 Chế độ ngắn mạch cực tiểu 12 2.4.1 Điểm ngắn mạch N1’ 12 2.4.2 Điểm ngắn mạch N1’ 14 2.4.3 Điểm ngắn mạch N2 15 2.4.4 Điểm ngắn mạch N2’ 19 2.4.5 Điểm ngắn mạch N3 19 2.4.6 Điểm ngắn mạch N3’ 19 2.5 Bảng tổng hợp kết tính tốn ngắn mạch 20 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 22 3.1 Các dạng hư hỏng chế độ làm việc không bình thường máy biến áp ………………………………………………………………………………… 22 3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp 23 3.2.1 Những yêu cầu với thiết bị bảo vệ hệ thống điện 23 3.2.2 Bảo vệ cho máy biến áp 24 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 i 3.2.3 Bảo vệ dự phòng 27 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 29 CHƯƠNG GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE………………………………………………………………………………31 4.1 Rơ le bảo vệ so lệch 7UT163 31 4.1.1 Giới thiệu tổng quan rơ le 7UT613 31 4.1.2 Một số thông số kĩ thuật Rơ le 7UT163 31 4.1.3 Chức bảo vệ so lệch máy biến áp rơ le 7UT613 33 4.1.4 Chức bảo vệ chống chạm đất hạn (REF) rơ le 7UT613 …………………………………………………………………… 37 4.1.5 Chức bảo vệ dòng rơ le 7UT613 40 4.1.6 Chức bảo vệ chống tải 40 4.2 Rơ le hợp dòng số 7SJ621 41 4.2.1 Giới thiệu tổng quan rơ le 7SJ621 41 4.2.2 Các chức bảo vệ giám sát 42 4.2.3 Một số thông số kĩ thuật rơ le 7SJ621 45 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA RƠ LE VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 47 5.1 Chọn máy biến dòng điện, máy biến điện áp 47 5.1.1 Máy biến dòng điện 47 5.1.2 Máy biến điện áp 49 5.2 Các chức bảo vệ cho rơ le 7UT613 50 5.2.1 Chức bảo vệ so lệch có hãm 87T 50 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): 5.2.3 Cài đặt chức 49 (chống tải MBA) 52 (I / 87 N ) 51 5.3 Cài đặt chức bảo vệ cho rơ le 7SJ621 52 5.3.1 Bảo vệ dòng cắt nhanh: (I>>/50) 52 5.3.2 Bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh (I0 > 50N) 53 5.3.3 Bảo vệ q dịng có thời gian (I > / 51) 53 5.3.4 Bảo vệ dịng thứ tự khơng có thời gian (I0 > / 51N) 54 5.4 Kiểm tra độ nhạy chức bảo vệ 55 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy chức bảo vệ dòng 55 5.4.2 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch 87/I 57 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N /I0) 62 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 ii CHƯƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS SINCAL ĐỂ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA TÁC ĐỘNG CỦA RƠ LE BẢO VỆ 64 6.1 Giới thiệu phần mềm PSS SINCAL 64 6.2 Sử dụng phần mềm mô đối tượng bảo vệ 64 6.3 Tính tốn ngắn mạch sơ đồ mô 65 6.3.1 Thực tính tốn ngắn mạch phần mềm 65 6.3.2 Kết tính tốn ngắn mạch phần mềm PSS SINCAL 65 6.3.3 Kiểm tra khả tác động rơ le dòng phần mềm 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….69 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 iii Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ VÀ THÔNG 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 điên 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 0.1 sơ đồ bảo vệ trạm biến áp 1.2 Thơng số 1.2.1 Hệ thống điện Trạm có góp phía 115kV nối với hệ thống qua lộ đường dây với thông số sau: (3) S N(3)max = 2000( MVA) ; S N(3)min = 0,63 ; X HT = 1,35 S N max 1.2.2 Máy biến áp Công suất: X 1HT SdmBA = 40( MVA) Tổ đấu dây: Y0 − Y0 − 11 Điện áp ngắn mạch %: U NC −T = 10,5%;U NC − H = 17%;U NT − H = 6,5% SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC BẢO VỆ RƠ LE     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 role để phục vụ cho: • Tính tốn chỉnh định role kiểm tra độ an toàn hãm role 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 hóa, 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 không thay đổi Thực tế sau xảy ngắn mạch, công suất máy phát thay đổi đột ngột dẫn đến cân mômen quay tốc độ quay bị thay đổi trình độ nên tần số hệ thống bị thay đổi Tuy nhiên việc tính tốn ngắn mạch đựic thực giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ chưa đáng kể Từ giả thiết tần số hệ thống không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm giảm đáng kể lượng phép tính • Bỏ qua bão hòa mạch từ Khi ngắn mạch, mức độ bão hịa 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 pha lên từ trường quay khơng hồn tồn giống Tuy nhiên từ trường giả thiết quay với tốc độ khơng đổi, suất điện động ba pha đối xứng Thực tế hệ số không đối xứng suất điện động không đáng kể SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA 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 = SdmBA = 40 (MVA) Ucb = Utbcaccap U cb1 = U tb1 = 115(kV ) U cb = U tb = 23,5(kV ) U cb3 = U tb3 = 10,5(kV ) Các dòng điện xác định sau: I cb1 = Scb 40 = = 0, 201 (kA) 3.U cb1 3.115 I cb = Scb 40 = = 0,983 (kA) 3.U cb 3.23,5 I cb3 = Scb 40 = = 2,199 (kA) 3.U cb 3.10,5 2.2.2 Tính tốn thơng số phần tử • Điện kháng hệ thống ✓ Chế độ cực đại ❖ Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HT HT X1max = X 2max = BA Sdm 40 = = 0, 02 HT S N max 2000 ❖ Điện kháng thứ tự không HT HT X 0max = 1,35.X1max = 1,35.0,02 = 0,027 ✓ Chế độ cực tiểu ❖ Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HT HT X1min = X 2min = BA Sdm 40 = = 0,032 HT S N 1260 ❖ Điện kháng thứ tự không HT HT X 0min = 1,35.X1min = 1,35.0,032 = 0,043 • Tính tốn thơng số máy biến áp Theo đề bái ta có điện áp ngắn mạch cuộn dây SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA U NC −T = 10,5%;U NC −H = 17%;U NT −H = 6,5% U NC % = 1 (U C −T % + U C − H % − U T − H %) = (10, + 17 − 6, 5) = 10, 5% 2 U NT % = 1 (U C −T % + U T − H % − U C − H %) = (10, + 6, − 17) = 0% 2 U NH % = 1 (U C − H % + U T − H % − U C −T %) = (17 + 6, − 10, 5) = 6, 5% 2 Điện kháng cuộn dây máy biến áp hệ đơn vị tương đối định mức xác định sau: U NC % 10,5 = = 0,105 100 100 UT % XT = N = =0 100 100 U H % 6,5 XH = N = = 0, 065 100 100 XC = 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại 2.3.1 Điểm ngắn mạch N1 ❖ Ta có sơ đồ thay thứ tự thuận: EHT X 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 HT X1 = X  = X1max = 0.020 ❖ Sơ đồ thứ tự không SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA X HT 0max N1 XC XH Hình 2.3: sơ đồ thay thứ tự không 0,027.(0,105 + 0,065) HT X 0 = X 0max / / ( XC + X H ) = = 0,023 0,027 + (0,105 + 0,065) • Dạng ngắn mạch N(3) Khi ngắn mạch ba pha N1 dịng ngắn mạch khơng chạy qua BI • Dạng ngắn mạch N(1) Các dịng điện thành phần đối xứng điểm ngắn mạch: I  = I1 = I  = EHT = = 15,873 X1 + X 2 + X 0 0,020 + 0,020 + 0,023 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  HT X 0max 0, 027 = 15, 873 = 2,175 HT X 0max + X C + X H 0, 027 + 0,105 + 0, 065 Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI01: I BI 01 = 3.I BI = 3.2,175 = 6,525 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 = = 32,576 X 2 X 0 0, 02.0, 023 0, 02 + X 1 + 0, 02 + 0, 023 X 2 + X 0 I 2 = − I1 X 0 0,023 = −32,576 = −17, 424 X 2 + X 0 0,023 + 0,02 I 0 = − I1 X 2 0,020 = −32,576 = −15,152 X 2 + X 2 0,020 + 0,023 Vì cách phân bố dòng cố giống trường hợp ngắn mạch pha nên dịng qua BI1 có thành phần dịng thứ tự khơng chạy qua trung tính máy biến áp ➢ Dòng qua BI1 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA 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 chức bảo vệ dòng Độ nhạy đặc trưng cho khả cảm nhận cố rơle Hệ số độ nhạy: K n = I 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 d phũng: Knmin = 1,2ữ1,5 ã Bo v phớa 115kV Bảo vệ phía 110 kV dùng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA đồng thời làm bảo vệ dự phịng cho bảo vệ phía 10,5 kV 23,5 kV • Chức 51 (I>) Cơng thức kiểm tra: K n 51 = I N I kđ 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu qua bảo vệ ( N 2) ( N 3) INmin = Min{I N ; I N } =4,287  I N = 4,287.0,126 = 0,862 kA 110 Ta có: I kđ 51 = 0,322 kA - Hệ số nhạy: K n 51 = I N 0,862 = = 2,68 >1 Đạt I kđ 51 0,322 • Chức 51N (I0>) K n 51N = 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 = 0,957 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 55 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA I N min( BI 1) = I0min Icb1 = 0,957.0,201 = 0,192kA I kd11051N = 0,3  I đdBI = 0,09 kA tính phần - Hệ số độ nhạy: K n 51N = I N 3.0,192 = = 6, > Đạt I kd 51N 0,09 • Phía 10,5kV • Chức 51 Cơng thức kiểm tra: K n 51 = I N I kd 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI3 ngắn mạch N3 N3 I Nmin = 5,263 I N = I N I cb3 = 5,263.2,199 = 11,573 kA 10,5 Dòng khởi động: I kd 51 = 3,390 kA - Hệ số độ nhạy: K n 51N = I N 11,573 = = 3, 414 >1 Đạt I kd 51 3,39 • Phía 23,5kV • Chức 51 Công thức kiểm tra: K n 51N = I N I kd 51N INmin(23,5kV) :Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI2 ngắn mạch N2 I NNmin = 6,321 I N = I N I cb = 6,321.0,983 = 6,213 kA 23,5 Dòng khởi động tính: I kd 51 = 1,573 kA - Hệ số nhạy: K n 51N = I N 6, 213 = = 3,95 >1 Đạt I kd 51 1,573 • Chức 51N Cơng thức kiểm tra: K n 51N = SV: Vũ Năng Dương – 20140901 I N 3.I 0min = I kd 51N I kd 56 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA I0min: Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI2 ngắn mạch pha N2 I NNmin = 3,135 Trong hệ đơn vị có tên thì: I N = I N I cb = 3,135.0,983 = 3,082 kA I kd23,551N = 0,3  I đdBI = 0,3kA tính - Hệ số độ nhạy: K n 51N = I N 3.3,082 = = 30,82 >1 Đạt 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) • Kiểm tra độ an toàn 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 Dòng 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 vùng chế độ làm việc bình thường tổng dịng điện vào MBA tổng dòng điện khỏi MBA nên dịng điện so lệch phải khơng: 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 không cân chạy qua rơle chế cố vùng Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Ikcb ≠ Giá trị dòng 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 dòng 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 cơng 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 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 57 Đồ án III - Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA kđn =1 hệ số thể đồng đặc tính làm việc BI + kđn =1 nghĩa đặc tính làm việc BI khác hồn tồn + 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 giá trị ΔU theo công thức U = - 9.1,78 = 0,16 100 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 115kV (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 23,5kV (điểm ngắn mạch N2) Vì phía ngắn mạch 23,5 kV 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 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 58 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA (3) Dòng ngắn mạch pha N2 ( N N ) 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 8,000 8,000 Dịng điện so lệch tính * * Ikcb = I SL = 0,26.I Nngmax = 0,26.8,000 = 2,08 Dòng điện hãm * I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 8,000 + 8,000 + =16,000 * * Vậy N2 rơle nhận giá trị (I H ,I SL ) = (16,000; 2,08) ❖ Phía 10,5 kV (điểm ngắn mạch N3) Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dịng điện cố lớn ứng với (3) dòng điện ngắn mạch pha N3 ( N N ) 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 (3) mạch pha N3 ( N N ) chế độ 1MBA vận hành độc lập dòng ngắn mạch ngồi lớn nên tính tốn hệ số an tồn với chế độ Kết (3) lấy từ bảng 2.1 điểm ngắn mạch N N , chế độ Smax có: Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(3)3 5,263 5,263 Dịng điện so lệch tính: * * Ikcb = I SL = 0,26.I Nngmax = 0,26.5,263 = 1,368 kA Dòng điện hãm: * I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 5,263 + + 5,263 = 10,526 * * Vậy N3 rơle nhận giá trị (I H ;I SL ) = (10,526; 1,368) SV: Vũ Năng Dương – 20140901 59 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Hình 5.2 Kiểm tra độ an tồn hãm với cố ngắn mạch ngồi vùng Ta có: KathN = 10,526 = 2,011,5  Đạt 5,236 KathN = 16 = 2,  1,5  Đạt 6,66 • Kiểm tra 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 110kV điểm N1’ SV: Vũ Năng Dương – 20140901 60 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA (1) Từ bảng 2.2, dòng ngắn mạch nhỏ N N 1' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(1) 27,063 0 ' Dòng điện so lệch dòng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 27,063 + + = 27,073 * * Tổng kết: Tại N1’ rơle nhận giá trị (I H ;I SL ) = (27,063; 27,063) ❖ Phía 23,5kV điểm N2’ Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ N N(2)2' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N( 2) 7,248 0 ' Dòng điện so lệch dòng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + I BI2 + I BI3 = 7,248 + + = 7,248 * * Tại N2’ rơle nhận giá trị (I H ;I SL ) = (7,248; 7,248) ❖ Phía 10,5 kV điểm N3’ (2) Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ N N 3' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N( 2) 4,287 0 ' Dòng điện so lệch dịng điện hãm tính sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 4,287 + + = 4,287 (2) * * Tổng kết: Tại N N 3' rơle nhận giá trị (I H ;I SL ) = (4,287; 4,287) SV: Vũ Năng Dương – 20140901 61 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Hình 5.3 Kiểm tra độ an toàn tác động với cố vùng Ta có: K nhayN '3 = 4,287 = 3,999  1,5 Đạt 1,0718 KnhayN '2 = 7, 248 = 3,053  1,5 Đạt 2,374 KnhayN '1 = 27,063 = 2,841  1,5 Đạt 9,525 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N /I0) Hệ số độ nhạy chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế xác định sau: K n87 N = 3.I 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 phía 115 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 Suy ra: Ikđ87N(115) = 0,2 300 = 60 A = 0,06 kA Trong hệ đơn vị tương đối: I kd* = SV: Vũ Năng Dương – 20140901 I kd 87 N I dmBA(115) = 0,06 = 0, 298 0, 201 (1) 62 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ điểm N’1, theo kết tính tốn ngắn mạch chương 2, chế độ SNmin dịng ngắn mạch thứ tự khơng nhỏ qua bảo vệ trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) phía N’1 (1) = 7,981 I 0min( N ) ' Độ nhạy bảo vệ : K n87 N = 3I N 3.7,981 = = 80,34 > 1,5 Đạt I kd* 0, 298 • 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 Trong hệ đơn vị tương đối: I kd = I kd 87 N I ddBA(23,5) = 0, = 0, 203 (1) 0,983 Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ điểm N’2, theo kết tính tốn ngắn mạch chương 2, chế độ Smin dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ qua bảo vệ trường hợp ngắn mạch pha chạm đất N(1) phía N2’: I 0(1)min( N ) = 0,957 ' Độ nhạy bảo vệ : K n87 N = SV: Vũ Năng Dương – 20140901 3I N 3.0,957 = = 14,143 > 1,5 Đạt I kd* 0, 203 63 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA CHƯƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS SINCAL ĐỂ TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA TÁC ĐỘNG CỦA RƠ LE BẢO VỆ 6.1 Giới thiệu phần mềm PSS SINCAL PSS SINCAL phần mềm mơ phỏng, đánh giá tối ưu hóa hệ thơng điện phát triển SIEMENS sở phần mềm PSS/E có giao diện gần gũi dễ dàng sử dụng 6.2 Sử dụng phần mềm mô đối tượng bảo vệ Sử dụng thư viện Toolbox để mô sơ đồ, ta sử dụng phần tử bên để mơ đối tượng đồ án • • • • • : hệ thống điện vô lớn : Máy biến áp cuộn dây : Thanh : Điểm quan sát cố ngắn mạch : thiết bị rơ le bảo vệ (trong mô sử dụng rơ le bảo vệ so lệch bảo vệ dịng) Chú ý: Để sử mơ sử dụng rơ le bảo vệ, cần phải thực thao tác sau: • Chọn Calculate → Methods, sau tích vào Protection Divice Coordination • Click chuột phải vào vị trí muốn đặt rơ le bảo vệ → chọn insert → chọn Protection Divice Coordination chọn loại bảo vệ Sơ đồ mô đối tượng phần mềm PSS SINCAL: SV: Vũ Năng Dương – 20140901 64 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Hình 6.1 Sơ đồ mơ phần mềm PSS SINCAL 6.3 Tính tốn ngắn mạch sơ đồ mơ 6.3.1 Thực tính tốn ngắn mạch phần mềm Để cài đặt tính tốn ngắn mạch chọn Calculate → Setting → Short Circuit Trong đó: • Short Circuit Method: chọn tiêu chuẩn tính tốn ngắn mạch • Short Circuit Data Type: chọn kiểu liệu tính tốn, tính dịng ngắn mạch lớn nhỏ hệ thống tùy theo số liệu nhập Để tính dịng ngắn mạch nút, thực thao tác sau: • Click chuột phải nút cần tính ngắn mạch → chọn Calculation at Node → Chọn Short circuit → chọn loại ngắn mạch Để xem kết tính tốn ngắn mạch phần tử hay nút sơ đồ, cần click chuột phải phần tử nút đó, chọn Results 6.3.2 Kết tính tốn ngắn mạch phần mềm PSS SINCAL Sử dụng phần mềm tính tốn ngắn mạch điểm N1, N1’, N2, N2’, N3, N3’ chế độ max ta bảng giá trị bên SV: Vũ Năng Dương – 20140901 65 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Bảng 6.1 Kết dịng ngắn mạch tính tốn PSS SINCAL chế độ cực đại Điểm ngắn mạch N1 N1’ N2 N2’ N3 N3’ Dạng ngắn mạch N(1) N(1,1) N(3) N(1) N(1,1) N(3) N(1) N(1,1) N(3) N(1) N(1,1) N(3) N(1) N(1,1) N(3) N(1) N(1,1) N(3) Giá trị dòng ngắn mạch (kA) IA I0 9,375 2,808 9,715 2,889 10,04 9,375 2,808 9,715 2,889 10,04 6,887 2,296 6,778 3.364 5,227 6,887 2,296 6,778 3.364 5,227 0 6,523 7,532 0 6,523 7,532 Bảng 6.2 Kết dịng ngắn mạch tính tốn PSS SINCAL chế độ cực tiểu Điểm ngắn mạch N1 N1’ N2 N2’ N3 N3’ Dạng ngắn mạch N(1) N(1,1) N(2) N(1) N(1,1) N(2) N(1) N(1,1) N(2) N(1) N(1,1) N(2) N(1) N(1,1) N(2) N(1) N(1,1) N(2) SV: Vũ Năng Dương – 20140901 Giá trị dòng ngắn mạch (kA) IA I0 6.028 2.009 6.189 1.919 5.478 6.028 2.009 6.189 1.919 5.478 6.529 2.176 5.942 2.760 4.261 6.529 2.176 5.942 2.760 4.261 0 6.271 3.621 0 6.271 3.621 66 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA 6.3.3 Kiểm tra khả tác động rơ le dòng phần mềm Trong giao diện phần mềm, kiểm tra tác động Rơ le bảo vệ: ➢ Rơ le có màu đỏ: rơ le tác động cắt cố ➢ Rơ le có màu xanh: rơ le khởi động không cắt cố loại bỏ • Kiểm tra tác động rơ le q dịng có thời gian cố ngắn mạch pha điểm N2 Hình 6.2 Kiểm tra tác động rơ le dòng ngắn mạch tain N2 • Kiểm tra tác động rơ le q dịng thứ tự khơng có thời gian cố ngắn mạch pha chạm đất điểm N1 Hình 6.3 Kiểm tra tác động rơ le dịng thứ tự khơng Chú ý: Do phía hệ thống khơng đặt thiết bị bảo vệ có cố chạm đất nên Rơ le q dịng thứ tự khơng phía 115 kV tác động sau hết thời gian cài đặt • Kiểm tra tác động Rơ le q dịng có thời gian cố ngắn mạch N3 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 67 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA Hình 6.4 Tác động rơ le dịng có thời gian cố pha N3 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 68 Đồ án III Thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho TBA TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngắn mạch hệ thống điện – GS Lã Văn Út, NXB Khoa học Kĩ thuật, 2007 Bảo vệ hệ thống điện – GS.VS Trần Đình Long, NXB Khoa học Kĩ thuật, 2008 Hướng dẫn thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp – Bộ môn Hệ thống điện trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2014 SV: Vũ Năng Dương – 20140901 69