Đồ án bảo vệ rơle cho đường dây truyền tải điện

Đồ án môn bảo vệ role cho đường dây truyền tải điện dành cho sinh viên đại học đang làm đồ án bảo vệ role mà cần tham khảo. Đồ án hoàn chỉnh 100%, đầy đủ các tính toán cũng như các bước phân tích và thông số

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰCKHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu

MỤC LỤC……… 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU……… 3

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ……… …4

CHƯƠNG I: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG VÀ CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN 6

1.1 Mô tả đối tượng 6

1.1.1 Giới thiệu chung … 6

1.1.2 Thông số 6

1.2 Chọn tỷ số biến đổi của các BI 7

1.2.1 Cho đường dây 7

1.2.2 Cho máy biến áp……….7

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 9

2.1 Mục đích tính toán 9

2.2 Tính toán ngắn mạch … 9

2.2.1 Vị trí điểm ngắn mạch 9

2.2.2 Tính toán điện kháng các phần tử .9

2.3 Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây 9

2.3.1 Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song 9

2.3.2 Chế độ cực tiểu với một máy biến áp làm việc độc lập 10

2.4 Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây……… 11

2.4.1 Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song……… …11

2.4.1.1 Các điểm NM từ N2 đến N9……… 14

2.4.2 Chế độ cực tiểu với một máy biến áp làm việc độc lập……….15

2.4.2.1.Các điểm NM từ N2 đến N9……… …17

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY

19

3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của relay bảo bệ 19

3.1.1 Nhiệm vụ của relay bảo vệ 19

3.1.2 Yêu cầu của rơle bảo vệ……….……… … 20

3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp 22

3.2.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của MBA 22

3.2.2 Chọn phương thức bảo vệ cho máy biên áp 23

3.3 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây 23

3.3.1 Những hư hỏng và các chế độ làm việc bất thường của đường dây 23

3.3.2 Chọn phương thức bảo vệ cho đường dây 23

3.4 Nguyên lý bảo vệ sử dụng trong phương thức bảo vệ cho máy biến áp và đường dây 24

3.4.1 Bảo vệ quá dòng điện 24

3.4.2 Bảo vệ so lệch 27

3.4.3 Bảo vệ role khí 30

3.4.4 Bảo vệ chống chạm đất của máy biến áp 30

3.4.5 Bảo vệ chống quá tải……… …31

3.5 Hình vẽ sơ đồ tổng hợp phương thức của cả MBA và đường dây……… ……… 31

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY .33

4.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh .33

4.1.1 Tính dòng khởi động cho bảo vệ 33

4.1.2 Xác định vùng bảo vệ 33

4.1.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian (51): 33

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT VÙNG TÁC ĐỘNG CHỨC NĂNG CỦA BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC BẢO VỆ……… ………39

5.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng có thời gian (51)……….……… 39

5.2 Xác định vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)……….……… 39

5.3 Kết luận……… 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

Danh mục bảng biểu

Bảng 1: Tổng quát đường dây………5Bảng 2.1: Điện kháng tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại………11Bảng 2.2: Giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại……….13Bảng 2.3: Điện kháng tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực tiểu……… 15Bảng 2.4: giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực tiểu……….16Bảng 2.5: Dòng điện ngắn mạch trong chế độ cực đại và cực tiểu………17Bảng 4.1: Thời gian tác động của từng điểm ngắn mạch ở chế độ cực đại trên đường dây L2……… ………34Bảng 4.2: Thời gian tác động của từng điểm ngắn mạch ở chế độ cực đại trên đường dây L1……… 34Bảng 4.3: Thời gian tác động của từng điểm ngắn mạch ở chế độ cực tiểu trên đường dây L2……… 36Bảng 4.4: Thời gian tác động của các điểm ngắn mạch ở chế độ cực tiểu trên đường dây L1……… 36

Danh mục hình vẽ và sơ đồ

Hình 1: Mô tả đối tượng cần bảo vệ……… 5

Hình 2.1: Mô tả vị trí điểm ngắn mạch………9

Hình 2.2: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại……… 10

Hình 2.3: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại tại điểm N1……… 11

Hình 2.4: Sơ đồ thay thế tổng quát………12

Hình 2.5: Đồ thị quan hệ giữa dòng Inmax và chiều dài đường dây……….14

Hình 2.6: Sơ đồ tương đương………14

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế tổng quát chế độ cực tiểu tại điểm N1……… 14

Hình 2.8: Đồ thị quan hệ giữa dòng Inmin và chiều dài đường dây……….16

Hình 3.1 Phương thức bảo vệ cho máy biến áp………22

Hình 3.2: Phương thức bảo vệ cho đường dây……… 23

Hình 3.3: Phối hợp đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện trong lưới điện hình tia………24

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý chọn dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh……… 25

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện……….26

Hình 3.6: Đồ thị vecto dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và chế độ bình thường………27

Hình 3.7: Đồ thị vecto dòng điện khi ngắn mạch trong vùng………27

Hình 3.8: Nguyên lí bảo vệ so lệch có hãm……… 28

Hình 3.9: Bảo vệ chống chạm đất……… 30

Hình 3.10: Sơ đồ tổng hợp phương thức của cả MBA và đường dây……… 31

Hình 4.1: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có thời gian ở chế độ cực đại……….35

Hình 4.2: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có thời gian ở chế độ cực tiểu………37

Hình 5: Vùng bảo vệ của quá dòng cắt nhanh……… 39

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay Trong bất kỳ lĩnh vực nào như sản xuất, sinh hoạt, an ninh đều cần sử dụng điện năng Việc đảm bảo sản xuất điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việckhả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo Chính vì vậy cần phải tăng cường các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn chặn các hậuquả của sự cố có thể gây ra

Đồ án môn học Bảo vệ rơle giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơ bản vềbảo vệ rơle Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn đối với từng loại bảo vệ

Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy

cô bộ môn, đặc biệt là của Thầy Tạ Tuấn Hữu Dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức

của em còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ án cũng như kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là Thầy Tạ Tuấn Hữu đã giúp đỡ em

hoàn thành bản đồ án này!

Hà Nội, tháng 04 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trung Hiếu

CHƯƠNG I: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG VÀ CHỌN MÁY BIẾN DÒNG

ĐIỆN

1.1 Mô tả đối tượng

1.1.1 Giới thiệu chung

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110/35kV có hai máy biến áp B1 và B2 được mắcsong song với nhau Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của hệ thống điện

Từ hệ thống điện (HTĐ) kết nối đến thanh cái 110kV của trạm biến áp và phía hạ áp của trạm có điện áp 35kV để cung cấp cho phụ tải qua đường dây L

Hình 1: Mô tả đối tượng cần bảo vệ

1.1.2 Thông số

a) Hệ thống điện

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SNmax = 1020 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: SNmin = 720 MVA

1.2 Chọn tỷ số biến đổi của các BI

Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 5A

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: n i=I Sdd

Vì vậy, hệ số biến dòng của B I5: n1=I sdd

I Tdd=

1505

1.2.2 Cho máy biến áp

- Hai máy biến áp có cùng thông số nên ta lấy một máy đại diện để chọn BI

Chọn: I sdd=250( A)

Vì vậy, hệ số biến dòng của MBA phía sơ cấp B1 và B2: n = I I sdd

Tdd

=2505

Vì vậy, hệ số biến dòng của MBA phía sơ cấp B1 và B2: n = I I sdd

Tdd

=7505

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2.1 Mục đích và yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch

2.1.1 Mục đích

- Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng ngắn mạch trong thời gian tồntại sự cố

- Tính toán, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ rơle, tự động cắt phần tử sự cố ra khỏi HTĐ

- Lựa chọn sơ đồ thích hợp, lựa chọn các thiết bị như kháng điện, máy biến áp nhiều cuộndây…để hạn chế dòng điện ngắn mạch

2.1.2 Yêu cầu

Phải xác định được dòng điện ngắn mạch lớn nhất (Imax) để phục vụ cho việc chỉnhđịnh rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhậy cho rơle đã chỉnh định Trong HTĐ ta xét các dạng ngắn mạch:

- Ngắn mạch 3 pha N (3)

- Ngắn mạch 2 pha N (2)

- Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1)

- Ngắn mạch 1 pha N (1)

2.2 Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch

- Các máy phát 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 nên ảnh hưởng của phụ tải có thể bỏ qua

- Bỏ qua điện trở ở điện áp U > 1000V vì lúc này thành phần điện trở R rất bé so với thành phần điện kháng

- Bão hòa mạch từ

- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở máy biến áp và cả đường dây

- Hệ thống điện 3 pha là đối xứng

2.3 Tính toán ngắn mạch

2.3.1 Vị trí điểm ngắn mạch

Hình 2.1: Mô tả vị trí điểm ngắn mạch

2.3.2 Tính toán điện kháng các phần tử

Tính toán trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng với các đại lượng cơ bản:

Công suất cơ bản: Scb = SBđm= 32 (MVA)

2.4 Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây

2.4.1 Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song

Tính ngắn mạch ở chế độ MAX:

+ Tính các dạng NM: N(3) N(1)

+ 2 MBA làm việc song song

Sơ đồ tương đương :

Hình 2.2: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại

Ngắn mạch tại N1

Hình 2.3: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại tại điểm N1

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thànhphần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tựthuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.

Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận pha A của mọi dạng ngắn mạch đều có tính theocông thức :

I(a 1 N 1 n)

(X 1 N 1 Σ+X(Δ n)

)

Trong đó X(Δ n)là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n

Trị số dòng điện ngắn mạch siêu quá độ có thể tính theo công thức:

I N 1(n)} = {m} ^ {(n)} {I} rsub {a1N1} rsup {(n)} {{S} rsub {cb}} over {sqrt {3} {U} rsub {cb}} (kA¿

Sơ đồ thay thế tổng quát:

Hình 2.4: Sơ đồ thay thế tổng quát Tính ngắn mạch tại điểm N1:

Ngắn mạch 3 pha N(3) :

Ta có: m(3)=1; X(3)Δ =¿ 0

+ Dòng điện pha A thành phần thứ tự thuận, không tại điểm ngắn mạch :

I(3)a 1 N 1= E

(X ∆(3)+X 1 ∑)=0,0841 = 11,9

I(3)a 2 N 1= 0+ Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ:

I N 1 '' (3)=m(3) I(3)a1 N 1 S cb

U cb √3 = 1.11,9 32

√3 38,5 = 5,71 (kA)

2.4.1.1 Các điểm NM từ N2 đến N9:

Tính toán tương tự như điểm N1

Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MAX như sau:

X 1 ∑=X 2 ∑ 0,084 0,114 0,144 0,174 0,204 0,224 0,244 0,264 0,284

I¿''(3)

Bảng 2.2: Giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại

Đồ thị quan hệ giữa dòng INmax và chiều dài đường dây:

2.4.2 Chế độ cực tiểu với một máy biến áp làm việc độc lập

+ Tính các dạng NM: N(2)

+ Chỉ 1 MBA làm việc

Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MIN:

Hình 2.6: Sơ đồ tương đương Xác định X 1 ∑ ; X 2 ∑trong chế độ cực tiểu

Ngắn mạch tại N1

Hình 2.7: Sơ đồ thay thế tổng quát chế độ cực tiểu tại điểm N1

- Chế độ làm việc này chỉ có 1 MBA làm việc

Bảng 2.4: giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực tiểu

Đồ thị quan hệ giữa dòng INmin và chiều dài đường dây:

0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.29 0.31 0.33 0.35 0

0.5

1 1.5

2 2.5

Bảng 2.5: Dòng điện ngắn mạch trong chế độ cực đại và cực tiểu

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ NGUYÊN

LÝ BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO

MÁY BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY

3.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của rơle bảo vệ

3.1.1 Nhiệm vụ của rơle bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh

càng tốt những phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và

cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến

mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố Khi thiết kế và vận hành bất

kỳ một hệ thống nào cần phải kể đến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình

trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy Nguyên nhân gây

ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong hệ thống điện:

- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông

bão, động đất, lũ lụt

- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi

- Do các tai nạn ngẫu nhiên

- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ

thống điện Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ

thống có thể ngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố

- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên

đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và

các lực cơ học làm phá huỷ các phần tử bị ngắn mạch và các phần tử

lân cận

- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết

bị và gây hoả hoạn

- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện

lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ

dùng điện

- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện

Hậu quả của ngắn mạch là:

- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện

- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện

- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động

nhiệt và cơ

- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm

việc không bình thường Một trong những tình trạng làm việc không bình

thường đó là quá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện

quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị

phá huỷ

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong

hệ thống điện cần có những thiết bị phát hiện sự phát sinh của hư hỏng với

thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng

ra khỏi hệ thống điện Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ

các hệ thống điện hiện tại là các Rơle Ngày nay, khái niệm Rơle thường

dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động

hoá hệ thống điện thoả mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ

bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như toàn hệ thống điện Thiết bị bảo vệ

được thực hiện nhờ những Rơle được gọi là thiết bị bảo vệ Rơle

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần

tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận

và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử

trong hệ thống điện, tuỳ mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín

hiệu hoặc đi cắt máy cắt Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình

trạng làm việc không bình thường thường thực hiện tác động sau một thời

gian duy trì nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ở các

thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng)

3.1.2 Yêu cầu của rơle bảo vệ

a) Tính chọn lọc

Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng

phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có

sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự

phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc

cho máy phát điện hoặc máy biến áp)

+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho

đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ

đặt ở các phần tử lân cận

b) Độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho sự cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ và được thể hiện bởi hệ số nhạy kn:

Kn = Ikđ¿

Yêu cầu: k n =1,5 ÷2 đối với bảo vệ chính

k n = 1,2÷1,5 đối với bảo vệ dự phòng

k n >2 đối với bảo vệ so lệch

c) Tác động nhanh