Bv rơle bảo vệ rơle đề tài phân tích bảo vệ cho hệ thống 10 thanh góp

LỜI MỞ ĐẦUĐặt vấn đềRơ le bảo vệ kỹ thuật số dựa trên bộ vi xử lý hiện đại có khả năng mô phỏng lại hoạt động của các thiết bị cơ, cũng như hỗ trợ nhiều loại bảo vệ và giám sát mà các lo

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BÀI BÁO CÁO

Bài tập lớn môn học Bảo vệ điều khiển hệ thống điện

LỜI MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Rơ le bảo vệ kỹ thuật số dựa trên bộ vi xử lý hiện đại có khả năng mô phỏng lại hoạt động của các thiết bị cơ, cũng như hỗ trợ nhiều loại bảo vệ và giám sát mà các loại các rơle cơ điện không thể thực hiện được.

Trong nhiều trường hợp một rơ le kỹ thuật số dựa trên bộ vi xử lý duy nhất có thể đảm nhiệm được các chức năng của hai hoặc nhiều hơn các rơ le cơ.

Bằng cách kết hợp nhiều chức năng trong một khối, rơle kỹ thuật số cũng tiết kiệm được chi phí đầu tư và chi phí bảo trì hơn so với các rơle điện cơ.

Tuy nhiên, nhờ rơ le cơ điện có tuổi thọ rất cao nên hàng chục ngàn rơ le cơ điện này vẫn đang tiếp tục được sử dụng để bảo vệ đường dây truyền tải và các thiết bị điện trên toàn thế giới.

Một đường dây truyền tải hoặc tổ máy phát điện quan trọng phải có tủ bảo vệ riêng, với nhiều thiết bị cơ điện độc lập, hoặc một hoặc hai bộ rơ le vi xử lý.

Các lý thuyết và ứng dụng của các thiết bị bảo vệ là một phần quan trọng trong chương trình đào tạo của một kỹ sư điện chuyên ngành hệ thống điện Sự cần thiết phải tác động nhanh chóng để bảo vệ mạch điện cũng như các thiết bị điện thường xuyên là đòi hỏi bắt buộc của các hệ thống rơle bảo vệ để đáp ứng kịp thời và cắt được máy cắt trong vòng vài phần nghìn của một giây.

Trong những trường hợp này điều quan trọng là các rơle bảo vệ phải được bảo dưỡng đúng cách và được thử nghiệm định kỳ.

ETAP là phần mềm thương mại thành công nhất và nổi tiếng nhất trong các phần mềm tính toán Điện.

Đối với mạch điện có chiều dài lớn, việc tính toán bằng tay hết sức phức tạp và mất nhiều thời gian, trong khi sử dụng phần mềm ETAP, kết quả tương đối hợp lý.

Các chức năng của phần mềm ETAP bao gồm:

Khảo sát và phân tích một hệ thống điện đơn tuyến với nhiều nguồn cung cấp Xây dựng sơ đồ đơn tuyến của hệ thống điện cần phân tích Phân tích phân bố công suất hệ thống điện, phân bố công suất tổn thất trên đường dây, sụt áp trên đường dây, quá tải trên đường dây, hệ số công suất trên tải Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắn mạch đối xứng, chế độ ngắn mạch không đối xứng, ngắn mạch một pha chạm đất, hai pha chạm đất và ngắn mạch giữa hai dây pha, tính toán dòng ngắn mạch.

Hiện nay có nhiều phần mềm được ứng dụng vào việc tính toán và thiết kế cho hệ thống điện hoặc các nhà máy điện, với phần mềm ETAP đang được sử dụng rộng rãi trong các

công ty thiết kế về mảng điện ETAP là giải pháp doanh nghiệp toàn diện nhất cho thiết kế, mô phỏng, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa của thế hệ, truyền tải, phân phối, và các hệ thống điện công nghiệp.

ETAP cung cấp một bộ giải pháp phần mềm tích hợp đầy đủ bao gồm cả flash Điện hồ quang, dòng tải, ngắn mạch, ổn định thoáng qua, phối hợp tiếp sức, ampacity cáp, lưu lượng điện năng tối ưu, và nhiều hơn nữa modular chức năng của nó có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu của công ty bất kỳ, từ nhỏ đến hệ thống năng lượng lớn.

Mục đích đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hệ thống thanh cái - Tìm hiểu và mô phỏng trên phần mềm Etap - Đưa ra giải pháp tối ưu.

Nội dung đề tài

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Thành viên Nhiệm vụ Lê Nguyễn Trường

- Thực hiện vẽ file mô phỏng mạch điện các thiết bị và điền các thông số tương ứng của từng thiết bị trong Etap.

- Thực hiện file Word báo cáo - Tính toán phân bố công suất.

- Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho hệ thống thanh cái - Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho máy biến áp - Phối hợp các bảo vệ các phần tử

Tăng Hồng Ngọc - Thực hiện Word báo cáo

- Thực hiện vẽ file mô phỏng mạch điện các thiết bị và điền các thông số tương ứng của từng thiết bị trong Etap.

- Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho tổ máy phát

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU

I.Giới thiệu chung

Bảo vệ nguồn điện là nghệ thuật và khoa học bảo vệ các bộ phận và con người của hệ thống điện trong điều kiện bất thường (lỗi) Nếu một lỗi không được phát hiện, các điều kiện có thể trở nên nguy hiểm, điện thiết bị có thể quá nóng, điện áp hệ thống có thể thấp hoặc cao, điều kiện có thể không cân bằng, dòng điện có thể bị ngăn chặn, và hệ thống có thể trở nên không ổn định Mục tiêu của kế hoạch bảo vệ là phát hiện và cô lập các lỗi được chọn lọc, kinh tế, đáng tin cậy và nhanh chóng Những nguyên tắc này được giải thích tốt nhất bằng cách sử dụng 5 chữ S bảo vệ; tính bảo mật, tính chọn lọc, độ nhạy, tốc độ và tính đơn giản ETAP là hàng đầu phần mềm bảo vệ nguồn điện và chứa các công cụ cần thiết để bảo vệ mạng Hệ thống điện mà tôi được giao nhiệm vụ bảo vệ được thể hiện trong

Trong sơ đồ một đường này,thông tin về hệ thống được hiển thị Những giá trị đó được sử dụng cho tất cả các tính toán trong suốt toàn bộ dự án, với bất kỳ giá trị nào khác được sử dụng đều được giả định cho thấy đường truyền chiều dài và liệu các máy biến áp của hệ thống được kết nối Y hay kết nối tam giác Sự bảo vệ bắt đầu với dòng tải và phân tích lỗi

Tiếp theo, các đường truyền được bảo vệ bằng cách sử dụng khoảng cách và bảo vệ quá dòng Các máy phát điện và máy biến áp sau đó được bảo vệ bằng vi sai và bảo vệ quá dòng Các thanh cái được bảo vệ bằng cách sử dụng bảo vệ thanh cái, trong khi động cơ và tĩnh tải được bảo vệ bằng cách sử dụng rôto bị khóa và bảo vệ quá dòng tương ứng Sau khi hệ thống được bảo vệ hoàn toàn, phần mềm được sử dụng để mô phỏng các kế hoạch bảo vệ với việc bổ sung các rơle

Giả sử cả hai máy phát đều được nối đất Y nối đất, máy biến áp 1-2 được nối đất wye/wye và phần còn lại của các máy biến áp là tam giác/nối đất Y với delta ở phía thấp và wye ở phía cao và Y nối đất.

Line TL2-3 TL2-5 TL5-7 TL5-8 TL7-8 TL3-7

LENGTH[mi] 90 30 50 30 60 60

Bảng 1: Các giả định và độ dài đường dây cho hệ thống điện

Máy biến áp và máy phát điện được nối đất Y hay tam giác đều ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống Trong cấu hình delta, điện áp pha bằng điện áp dây Trong cấu hình Y, điện áp pha là điện áp đường dây chia cho căn 3 Do đó, trong cấu hình Y, dòng điện pha và dòng điện đều bằng nhau Trong cấu hình delta, dòng pha là dòng chia cho gốc 3 Nếu đúng kết nối không được biết, tất cả các giá trị có thể bị ảnh hưởng bởi hệ số gốc 3.

CHƯƠNG 2 : KHẢO SÁT VẤN ĐỀ

Yêu cầu đặt ra

Nhiệm vụ bảo vệ mạng lưới hệ thống điện mười bus và thiết kế một kế hoạch bảo vệ cho nó Các công việc đã hoàn thành là phân tích dòng phụ tải và sự cố cho hệ thống, bảo vệ máy phát, bảo vệ động cơ, bảo vệ máy biến áp, thanh cái bảo vệ và bảo vệ đường dây.

Yêu cầu về thông số kỹ thuật

Bảng 1 1 Bảng yêu cầu và thông số kỹ thuật

Yêu cầu Thông số kỹ thuật Thuyết minh

Tất cả các phân tích mạng được thực hiện trong ETAP

Dự án yêu cầu ETAP vì đây là phần mềm mà Cal Poly cung cấp cho sinh viên kỹ thuật điện của mình để sử dụng miễn phí trong phòng thí nghiệm dự án sinh viên.

Luồng tải và phân tích lỗi được thực hiện cho mạng, với điện áp và dòng điện tại các xe buýt khác nhau được ghi lại

Các giá trị tìm được trong quá trình phân tích dòng tải và sự cố cần thiết để thiết kế phương án bảo vệ.

Bảo vệ máy phát điện và động cơ được thực hiện với các

Các máy biến áp và xe buýt được bảo vệ và các giá trị thành phần được chọn được ghi lại.

Các máy biến áp và thanh cái sẽ cách thuận tiện nhất để thực hiện bảo vệ đường dây 6) Bảo vệ máy biến áp 7) Bảo vệ thanh bus 8) Bảo vệ đường dây.

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG 10 THANH GÓP

Xây dựng mạng lưới với Etap

Trước khi bất kỳ bộ phận nào của hệ thống có thể được bảo vệ, bản thân hệ thống cần được xây dựng trong phần mềm Mạng được lắp ráp trong ETAP được hiển thị trong Hình 3 và các vùng bảo vệ của nó được hiển thị trong Hình 4 Các vùng bảo vệ khác nhau chồng lên nhau trong hình để cho thấy rằng không có phần nào của hệ thống không được bảo vệ khỏi lỗi Cấu hình đã chọn của đường truyền có chiều cao 70 ft Loại dây dẫn pha được chọn là EPRI_M với khoảng cách giữa cả A và B và B và C bằng 5 đến 15 ft Với khoảng cách từ A đến C bằng 30 ft Điện áp của đường dây truyền tải càng cao thì chiều cao và khoảng cách giữa các dây dẫn càng lớn Xe buýt vô hạn cũng cần có MVA ngắn mạch bằng 4200 để hệ thống hoạt động.

Hình 2 1 Mạng lưới 10 thanh góp

Hình 2 2 Vùng bảo vệ

1 Chi tiết xây dựng hệ thống

Máy biến áp (T 1-2, T3-4, T5-10, T6-7, T 8-9) Cài đặt theo hình bên dưới Thẻ Ratting

Hình 2 3 Cài đặt MBA thẻ ratting

Hình 2 4 Cài đặt máy biến áp thẻ Impedance Cable

Hình 2 5 Cài đặt thông số cho đường dây tại thẻ info

Vào Library chọn loại cable phù hợp về điện áp, số pha, vật liệu, hãng sản xuất, tiết diện.

Tại ô lengh, cài dặt chiều dài theo thông số đường dây Bảng 2 1 Độ dài của từng đường dây

Line TL 2-3 TL 2-5 TL 5-7 TL 5-8 TL 7-8 TL 3-7

Length(mi) 90 30 50 30 60 60

Máy phát (Gen1, Gen2)

Hình 2 6 Cài đặt cho máy phát tại thẻ Ratting Có thể thay đổi đơn vị MW, KW.

Nhập các thông số công suất, điện áp Động cơ (Mtr1, Mtr2)

Hình 2 7 Cài đặt thông số cho động cơ Lựa chọn đơn vị công suất: HP, KW Thay đổi giá trị công suất phù hợp.

Tải tĩnh (Load10, Load9)

Hình 2 8 Cài đặt cho tải tĩnh tại thể Loading

2 Phân tích dòng tải

Để lập kế hoạch sơ đồ bảo vệ hệ thống điện đầy đủ cho hệ thống nhất định, cần phải phân tích dòng phụ tải Phân tích phát hiện bất kỳ vấn đề nào với hệ thống phải được sửa chữa trước khi bất kỳ kế hoạch bảo vệ nào có thể bắt đầu Phân tích dòng tải thể hiện trong Hình 2.9 đã được hoàn thành bằng ETAP 12.5 và được xây dựng bằng cách sử dụng các hướng dẫn đã cho với cài đặt thiết bị mặc định Mục tiêu của phân tích dòng tải là để mỗi phần trăm điện áp bus nằm trong khoảng từ 95% đến 105% Sau khi phân tích dòng tải ban đầu, các vấn đề đã được tìm thấy ở cả hai máy phát điện, cũng như ở các bus 5, 8, 9 và 10 Các phần của mạng có vấn đề được đánh dấu bằng màu đỏ và những phần gần như có vấn đề được đánh dấu bằng màu hồng Hệ thống không thể hoạt động với các sự cố tại máy phát điện và xe buýt Phương pháp được chọn để khắc phục sự cố là thêm dãy điện dung vào các thanh cái màu đỏ để tăng phần trăm điện áp lên và hệ thống cập nhật được thể hiện trong Hình 2.11 Cách các giá trị MVAR được chọn cho các tụ điện là thêm một máy phát đồng bộ vào bus và quan sát lượng công suất phản kháng nó phân phối để bù cho bus dưới điện áp Các tụ điện được thêm vào cũng giúp loại bỏ mọi sự cố với máy phát điện Phân tích dòng tải cập nhật mà không có bất kỳ thành phần nào được đánh dấu màu đỏ được hiển thị trong Hình 2.12.

Hình 2 9 Phân tích dòng tải ban đầu

Cài đặt cho tụ

Hình 2 10 Cài đặt thông số cho tụ tại thẻ Ratting

Hình 2 11 Hệ thống thêm tụ điện

Hình 2 12 Phân tích dòng tải sau khi thêm tụ điện

So sánh : ta thấy được sự khác nhau về công suất và điện áp trên hệ thống trước và sau khi gắn tụ tại thanh góp.

3 Phân tích dòng lỗi

Một phân tích ngắn mạch nên được thực hiện cùng với phân tích dòng tải cho biết dòng sự cố có thể xảy ra trong hệ thống cho thấy đường dây ba pha, một dây nối đất (SLG), dây nối đất dòng sự cố trên đường dây (LL) và đường dây đôi xuống đất (DLG) cho một lỗi trên mỗi xe buýt tương ứng SLG dòng sự cố là cao nhất trong khi dòng sự cố LL chiếm khoảng 85 - 87 % dòng sự cố 3 pha hiện hành Bus 1 và bus 10 có dòng sự cố

cao nhất, bus 2 và bus 3 có dòng sự cố vừa phải và bus 5 và 9 có dòng sự cố nhỏ nhất cho thấy giá trị dương, âm và không trở kháng thứ tự của từng xe buýt và cũng được đưa vào báo cáo ngắn mạch

Hình 2.13 Báo cáo phân tích lỗi ( dòng điện tính bằng KVA)

Hình 2.14 Báo cáo phân tích lỗi ( trở kháng)

4 Bảo vệ đường truyền

Phần đầu tiên của mạng cần bảo vệ là các đường truyền Các đường dây truyền tải là liên kết của các kết nối trong hệ thống điện và rất quan trọng để bảo vệ và có thể ngắt kết nối trong trường hợp xảy ra sự cố Rơle bảo vệ định hướng khoảng cách là một phương pháp thiết kế phổ biến cùng với hoa tiêu sự bảo vệ.

Bảo vệ khoảng cách cảm nhận trở kháng của đường dây và ngắt nếu trở kháng kết quả quá thấp do lỗi Trở kháng được lấy từ một máy biến điện áp và dòng điện Khoảng cách bảo vệ sau đó được kết nối với một rơle định hướng xác định vị trí của lỗi và liệu hoặc không để chuyến đi Rơle định hướng thường được thiết kế ở 70 hoặc 75° ở cả chiều thuận và chiều hướng đi Giờ đây, các rơle do SEL thiết kế có thể được đặt ở mọi góc độ Bảo vệ khoảng cách được chia thêm thành các vùng bảo vệ khác nhau đóng vai trò bảo vệ dự phòng và chồng lấn cho các tuyến liền kề Vùng 1 là thường được đặt ở mức 80% của dòng, Vùng 2 là 125% và Vùng 3 là 250% Đối với dự án này, bảo vệ Vùng 3 là bị

bỏ quên vì đường truyền không quá dài Phương trình được sử dụng cho dòng điện định mức trong suốt quá trình tính toán của dự án là Sau khi tìm được dòng điện định mức; CTR được chọn bằng cách làm tròn giá trị dòng định mức đến giá trị gần nhất trăm Có thể tìm thấy bán kính mho X/R từ trở kháng đường dây và cài đặt góc của rơle bằng cách Rơle định hướng thuận được đặt từ điểm gốc và đảo ngược rơle định hướng được đặt từ cuối đường truyền Các tỷ lệ CT và PT cần thiết ở đây được chuyển đổi trực tiếp từ dòng tải và điện áp thanh cái của hệ thống Các giá trị được chọn và được tính toán từ thiết kế ETAP được thể hiện trong bảng Với những giá trị đó, có thể tìm thấy trở kháng vùng sơ cấp và thứ cấp được thể hiện trong bảng Một ví dụ về cách chồng chéo các vùng bảo vệ khác nhau được hiển thị Các vòng tròn xanh dương và xanh lá cây là các vùng bảo vệ phía trước và các vòng tròn màu đỏ và màu nước là các vùng bảo vệ lạc hậu Chúng chỉ có cùng giá trị trở kháng một rơle vi sai được đặt từ gốc và rơle ngược được đặt từ cuối quá trình truyền hàng, nhìn về hướng ngược lại.

1 Bảo vệ so lệch phụ tải và máy biến áp

Bảo vệ thanh cái bus 1 như hình:

Các Cb được Relay bảo vệ

Loại relay bảo vệ Khi sự cố xảy ra

Định thời của relay

2 Bảo vệ so lệch máy biến áp

Khi sự cố xảy ra

Định thời của relay

3 Bảo vệ quá dòng máy phát điện

Khi sự cố xảy ra

Khi có sự cố xảy ra

5 Bảo vệ khoảng cách

Khi có sự cố

6 Bảo vệ phối hợp

Hình 2.15 Thông số đầu ra của máy phát

Hình 2.16 Thông số đầu ra của động cơ

Hình2.17: Đặc tính MHO để bảo vệ khoảng cách của đường dây truyền tải