Thiết kế hệ thống rơle kĩ thuật số bảo vệ trạm biến áp

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH

Mô tả đối tượng

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 115/38,5/24kV có một máy biến áp (MBA) tự ngẫu có công suất 40MVA (theo thiết kế xây dựng trạm đặt 2 máy) nhưng do điều kiện phụ tải nên hiện tại chỉ mới đặt một máy.Thiết bị phân phối trong trạm lắp đặt theo sơ đồ 1 thanh góp ,phụ tải hiện tại ở các cấp điện áp như sau:

Trạm biến áp được nhận điện của lưới điện Quốc gia,từ trạm 220KV Dốc Sỏi,qua đường dây 110KV Dốc Sỏi-Tịnh Phong ,là nguồn cung cấp điện chính cho khu công nghiệpTịnh Phong ,huyện Sơn Tịnh ,tỉnh Quảng Ngãi.Hệ thống điện(HTĐ) cung cấp đến thanh góp 115kV Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp38.5kV và 24kV đưa đến các phụ tải

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt biến dòng của trạm biến áp

Thông số chính

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại SN max25MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu SN min93MVA

Loại tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây

Có 3 cấp điện áp : 115/38.5/24kV

Tổ đấu dây: Yo /  / Yo -11-0

Giới hạn điều chỉnh điện áp :

Phía hạ áp : không điều chỉnh Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây

1.2.4 Chọn máy cắt máy biến dòng máy biến áp

Máy cắt điện được chọn theo điều kiện sau:

 Ổn định nhiệt : I 2 nh *tnh  BN ( chỉ kiểm tra với máy cắt có Iđm ≤ 1kA)

 Ổn định lực điện động : Ilđ  Ixk

Ilvcb : dòng làm việc cưỡng bức lớn nhất qua máy cắt ứng với dòng công suất lớn nhất đi qua khi quá tải sự cố. đmB đmB đmB qtsc lvcb U

I ” : Dòng ngắn mạch hiệu dụng toàn phần lớn nhất khi ngắn mạch Cấp điện áp

Bảng 1.1 Thông số tính toán lựa chọn thiết bị

Thông số máy cắtKiểu máy cắt Chủng Uđm Iđm Điện áp xung Icắt Ildđ loại (kV) (kA) (kV) (kA) (kA)

Bảng 1.2 Thông số máy cắt

1.2.5 Máy biến điện áp ( BU )

Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện sau

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

 Công suất định mức: S2đmBU  S2

(kV) Điện áp sơ cấp (kV) Điện áp thứ cấp (kV)

Bảng 1.4 Thông số máy biến điện áp ( BU )

Thông số dao cách ly Kiểu Chủng loại

(kA) Điện áp xung (kV)

Bảng 1.5 Thông số dao cách ly

TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch

Các máy điện không có hiện tượng dao động công suất nghĩa là góc lệch pha giữa các vectơ sức điện động của máy phát là không thay đổi và xấp xỉ bằng không.

Tính toán thực tế cho thấy phụ tải hầu như không tham gia vào dòng ngắn mạch quá độ ban đầu , do vậy ta bỏ qua phụ tải khi tính toán ngắn mạch ban đầu

Hệ thống từ không bảo hoà : Giả thiết này làm cho phép tính đơn giản đi rất nhiều bởi vì ta xem mạch là tuyến tính nên có thể dùng phương pháp xếp chồng để tính toán.

Với điện áp >1000V thì bỏ qua điện trở vì R> là giới hạn phía trên đường đặc tính ( đoạn d ) , đoạn đặt tính này phụ thuộc vào dòng ngắn mạch của máy biến áp Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ , dòng so lệch lớn hơn giá trị IDIFF>> thì rơle tác động ngay lập tức không kể mức dòng hãm , ngưỡng này thường được chỉnh định ở mức khi ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn hơn

U N lần dòng danh định của máy biến áp, 8.78

Vậy ta chọn gia trị IDIFF>> = 8.78*IdđB Ta có ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ hai :

 Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh tránh cho rơle tác động nhầm khi BI bão hòa mạnh khi ngắn mạch ngoài , được giới hạn bỡi đường kéo dài của đoạn đặc tuyến b và bắt đầu bởi trị số dòng điện IADD ON STAB = 7.

 Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định , tín hiệu cắt sẽ bị khóa, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm ( 15%)

 Thời gian trễ của cấp IDIFF> là 0s.

 Thời gian trễ của cấp IDIFF>> là 0s.

Hình 5.1 Đặt tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm

5.2.3 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế ( REF)

Kat = 1.2 : hệ số an toàn fi% = 0.1 sai số lớn nhất của máy biến dòng.

Chọn dòng điện khởi động : IREF> = 0.3IdđB Độ dốc của đường đặc tính : SLOPE = 0

Thời gian trễ tác động : tI REF> = 0s

 Khai báo thông số cho bảo vệ so lệch có hãm Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung

ON Đặt chức năng bảo vệ so lệch

1603 0.15IdđB÷2IdđB 0.5 Giá trị tác động của dòng so lệch nhỏ

(IDIFF>) theo dòng danh định MBA

1604 0.5IdđB÷20IdđB 8.78 Giá trị tác động của dòng so lệch lớn

(IDIFF>>) theo dòng danh định MBA

1606 0.1 ÷ 0.5 0.25 Độ dốc của nhánh đầu tiên của đặc tính cắt

1607 0.0 IdđB ÷10 IdđB 2.5 Điểm bắt đầu của nhánh thứ hai của đặc tính cắt

1608 0.25 ÷ 0.95 0.5 Độ dốc của nhánh thứ hai của đặc tính cắt

ON Hãm bằng sóng hài bậc hai

1611 10% ÷ 80% 15% Thành phần sóng hài bậc 2 trong dòng so lệch

 Thời gian khóa chéo với sóng hài bậc

2 ( khóa chéo luôn tác động)

C Hãm với sóng hài khác ( bậc 3,4,5)

1614 10%÷80% 80% Thành phần sóng hài bậc n

 Thời gian khóa chéo với sóng hài bậc n ( khóa chéo luôn tác động)

1625 0 sec ÷ 60sec 0sec Thời gian trể bổ xung cho cấp IDIFF>

1626 0 sec ÷ 60sec 0sec Thời gian trể bổ xung cho cấp IDIFF>>

1925 0 sec ÷ 60sec 0sec Thời gian trể bổ xung cho cấp IREF>

Những chức năng bảo vệ dùng rơle SEL551

5.3.1 Bảo vệ quá dòng dự phòng phía 110kV

Dòng điện khởi động của rơle này được xác định theo điều kiện :

Ikd50 = Kat*INngmax (kA) Trong đó :

Kat : Hệ số an toàn , Kat = 1.2 ÷ 1.3 Chọn Kat = 1.2;

INngmax : dòng ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ (kA) Dòng khởi động phía thứ cấp của BI được xác định theo điều kiện

Trong đó : nI : tỷ số biến dòng tương ứng.

INngmax = max  IN1max , IN2max ,IN3max 

 Bảo vệ quá dòng có thời gian I> 51

Dòng điện khởi động của rơle này chọn theo điều kiện sau: ddB v at kđ I

Kat : hệ số an toàn , Kat = 1.2 ÷ 1.3 Chọn Kat = 1.2

Km : hệ số mở máy , Chọn Km = 1

Kv : hệ số trở về , Kv = 0.95 đối với rơle Dòng khởi động phía thứ cấp của BI được xác định theo điều kiện:

Trong đó: nI : tỷ số biến dòng tương ứng Suy ra:

Thời gian cắt của bảo vệ :

Ta chọn tD110 = 1s , t = (0.25 ÷ 0.6)sec Ta chọn t = 0.3sec

 Bảo vệ quá dòng thứ tự không I 0 > 51N

Dòng khởi động của rơle này được chọn theo điều kiện sau

Trong đó : k0 : hệ số chỉnh định , k0 = ( 0.2÷ 0.3) Ta chọn k0 = 0.3

IdđBI : dòng danh định của BI Suy ra :

I0kđ(110) = 0.3*300 = 90A Dòng khởi động phía thứ cấp máy biến áp

Thời gian cắt của bảo vệ:

Ta chọn tD35 = 0.7 s , t = (0.25 ÷ 0.6)sec Ta chọn t = 0.3sec

Thời gian cắt của bảo vệ:

Ta chọn tD24 = 0.7s , t = (0.25 ÷ 0.6)sec Ta chọn t = 0.3sec

 Bảo vệ quá dòng thứ tự không I 0 > 51N

I0kđ(24) = 0.3*1600 = 480A Dòng khởi động phía thứ cấp máy biến áp

I0kđT(24) = 0.3*1 = 0.3A Các thông số cài đặt cho rơle SEL-551 Địa chỉ Các lựa chọn

50P1÷50P6 0.1A ÷ 16A Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

50A÷50C 0.5A÷80A Bảo vệ quá dòng đơn pha cắt nhanh 51P1T÷51P2T 0.1A ÷ 3.2A Bảo vệ quá dòng có thời gian

51P1TD÷51P2TD 0.5 ÷ 15sec Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng 50N1÷50N2 0.1A ÷ 16A Bảo vệ quá dòng thứ tự không

50G1÷50G2 0.5A÷80A Bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng điện dư50Q1÷50Q2 0.5A÷80A Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự ngược 50Q1T÷50Q2T 0.1A ÷ 16A Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự ngược có thời gian 79OI1÷79OI4 0÷54000 chu kỳ Đóng mở rơle trong khoảng thời gian

- Các thông số cài đặt rơle SEL – 551 cấp 115kV Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung

50P1P÷50P6P 0.1A ÷ 16A 2.95A Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 51P1P 0.1A ÷ 3.2A 0.84A Bảo vệ quá dòng có thời gian 51P1TD 0.5 ÷ 15sec 1.3sec Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng 50N1P÷50N2P 0.1A ÷ 16A 0.3A Bảo vệ quá dòng thứ tự không

- Các thông số cài đặt rơle SEL – 551 cấp 38.5kV Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung

51P1P 0.1A ÷ 3.2A 0.787A Bảo vệ quá dòng có thời gian 51P1TD 0.5 ÷ 15sec 1sec Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng

- Các thông số cài đặt rơle SEL – 551 cấp 24kV Địa chỉ Các lựa chọn Cài đặt Nội dung

51P1P 0.1A ÷ 3.2A 0.759A Bảo vệ quá dòng có thời gian 51P1TD 0.5 ÷ 15sec 1sec Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng 50N1P÷50N2P 0.1A ÷ 16A 0.3A Bảo vệ quá dòng thứ tự không

Kiểm tra sự làm việc của các bảo vệ

5.4.1 Kiểm tra bảo vệ so lệch Để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy biến áp ta cần tính hệ số độ nhạy

Kn đối với những điểm ngắn mạch trong vùng bảo vệ và hệ số an toàn Kat đối với ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp a) Kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch

 Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

Trên lý thuyết khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng so lệch sẽ bằng không. Tuy nhiên , thực tế bảo vệ sẽ đo được dòng so lệch theo biểu thức :

ISL = Ikcb = (Kđn * Kkck * fi + Uđ/c )* INngmax

Kđn : Hệ số đồng nhất của máy biến dòng, Kđn = 1.

Kckc : Hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ , Kckc = 1. fi : Sai số tương đối cho phép của BI, fi = 0.1.

Uđ/c : Phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp Uđ/c = 0.33 Suy ra : IS1 = 0.43* INngmax

Dòng hãm được xác định theo biểu thức :

Hệ số an toàn hãm của bảo vệ so lệch được xác định theo biểu thức:

 Ngắn mạch phía 24 kV ( tại điểm N 3 )

IN3ngmax = I (3) = 2.334 (đã loại dòng thứ tự không).

Ngắn mạch ba pha tại điểm N3 Nguồn cung cấp SNmax , bảng 2.1

ISL3 < IH3  Bảo vệ không tác động Như vậy cắt đường đặc tuyến b nên :

 Ngắn mạch phía 35 kV ( tại điểm N 2 )

IN2ngmax = I (3) = 3.678 (đã loại dòng thứ tự không).

Ngắn mạch ba pha tại điểm N2 Nguồn cung cấp SNmax , bảng 2.1

ISL2 < IH2  Bảo vệ không tác động

Như vậy cắt đường đặc tuyến c nên :

Hình 5.1 Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ b) Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch

 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ , dòng điện so lệch ISL luôn bằng dòng hãm

IH do đó theo lý thuyết rơle luôn tác động Kiểm tra độ nhạy của rơle

ISLtt : dòng so lệch tính toán ( tính dựa trên đặc tính làm việc của rơle) a) Ngắn mạch phía 110kV ( tại điểm N , 1 )

Từ kết quả tính toán ngắn mạch chương 2 , sau khi loại bỏ thành phần dòng điện thứ tự không ta được kết quả dòng ngắn mạch qua các BI khi ngắn mạch N (2) tại N , 1 , nguồn cung cấp SNmin ( bảng 2.3)  INmin = 28.26

Dòng so lệch trong vùng bé nhất :

ISL1 = IH1 = I BI 1  I BI 2  I BI 3 = 28.26 = 28.26 Như vậy cắt đường đặt tính d nên :

ISLtt2 = 8.78 Độ nhạy của bảo vệ :

K I b) Ngắn mạch phía 35kV ( tại điểm N , 2 )

Từ kết quả tính toán ngắn mạch chương 2 , sau khi loại bỏ thành phần dòng điện thứ tự không ta được kết quả dòng ngắn mạch qua các BI khi ngắn N (2) mạch tại N , 2 , nguồn cung cấp SNmin ( bảng 2,3)  INmin = 3.097

ISL2 = IH2 = I BI 1  I BI 2  I BI 3 =3.097 = 3.097 Như vậy cắt đường đặt tính b nên :

ISLtt2 = SLOPE1*IH2 = 0.25*(3.097) = 0.774 Độ nhạy của bảo vệ :

K I c) Ngắn mạch phía 24kV ( tại điểm N , 3 )

Từ kết quả tính toán ngắn mạch chương 2 , sau khi loại bỏ thành phần dòng điện thứ tự không ta được kết quả dòng ngắn mạch qua các BI khi ngắn N (2) mạch tại N , 3 , nguồn cung cấp SNmin ( bảng 2,3)  INmin = 1.985

ISL3 = IH3 = I BI 1  I BI 2  I BI 3 =1.985 Như vậy cắt đường đặt tính a nên :

ISLtt3 = SLOPE1*IH3 = 0.25*1.985 = 0.496 Độ nhạy của bảo vệ :

Hình 5.2 Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

5.4.2 Kiểm tra bảo vệ chống chạm đất hạn chế Độ nhạy được xác định theo biểu thức :

I0Nmin : Trị số dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất tại chỗ ngắn mạch trong vùng bảo vệ

I0kđ : Trị số dòng khởi động , I0kđ = 0.3*IdđCT

I0Nmin = minI (1) 0N3 ; I (1,1) 0N3  = min0.768; 0.769  = 0.768 Trong hệ đơn vị có tên

5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ quá dòng Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo công thức kđ

Ikđ : Dòng khởi động của bảo vệ.

INmin : Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ khi có sự cố phía bên kia máy biến áp

 Bảo vệ đặt phía 110kV (qua BI1)

IN1min = 0.138 kA ( ngắn mạch N (1) tại điểm N1 , nguồn cung cấp SNmin

Như vậy độ nhạy bảo vệ không đạt yêu cầu Vì phía 110kV phải đảm bảo quá dòng thứ tự nghịch

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch được chọn

I 110 kd51 = 0.3*IdđB 115 = 0.3*0.2008 = 60.24A Độ nhạy của bảo vệ

INmin1 : dòng ngắn mạch thứ tự nghịch nhỏ nhất đi qua bảo vệ

INmin1 = 0.768 (dòng ngắn mạch thứ tự nghịch ở phía 110kV dạng ngắn mạch

Trong hệ đơn vị có tên

INmin1 = 0.768*0.2008 *10 3 = 154.2A Độ nhạy của bảo vệ

Như vậy độ nhạy của bảo vệ đạt yêu cầu

 Bảo vệ đặt phía 38.5kV (qua BI2)

5.4.4 Kiểm tra bảo vệ quá dòng thứ tự không Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức : kđ

I0Nmin : Dòng thứ tự không cực tiểu khi ngắn mạch trên thanh góp phía bên kia máy biến áp

I0kđ : dòng khởi động của bảo vệ

I0min = 0.138kA ( ngắn mạch N (1) tại điểm N1 , nguồn cung cấp

I0min = 2.546kA ( ngắn mạch N (2) tại điểm N3 , nguồn cung cấp

Bảo vệ chính ( 87, 87N ) và các bảo vệ dự phòng ( 50, 50N, 51, 51N) được tính toán và cài đặt ở tất cả các phía của máy biến áp đều đảm bảo độ nhạy và độ an toàn cần thiết.

Trạm biến áp là khâu quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Độ tin cậy của thiết bị bảo vệ rơle cho trạm biến áp có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy của toàn bộ hệ thống điện Khi lựa chọn phương thức bảo vệ của trạm biến áp cần phải phối hợp giữa các bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng nhằm đáp ứng các yêu cầu về tác động nhanh , nhạy chọn lọc và tin cậy của toàn hệ thống bảo vệ. Những thành tựu trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle kĩ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các rơle sử dụng trước đây Những loại rơle đa chức năng cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ , tự động hóa và đo lường trong cùng một hợp bộ Để bảo vệ các máy biến áp thường dùng hai rơle hợp bộ : So lệch ( thực hiện các chức năng của rơle chính ) và quá dòng ( thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng ở các phía của máy biến áp ).

Kết quả tính toán áp dụng cho trạm biến áp 110kV Tịnh Phong Quãng Ngãi cho thấy tất cả bảo vệ chính và và bảo vệ dự phòng đã được lựa chọn tính toán và cài đặt cho máy biến áp đều đáp ứng được yêu cầu về độ nhạy và độ an toàn cần thiết.Phương thức bảo vệ với mức dự phòng được lựa chọn có thể được đánh giá là hợp lý

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	6,07 MB