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.HCM KHOA 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 hoạtđộng của các thiết bị cơ, cũng như hỗ trợ nhiều loại bảo vệ và giám sát mà các loại cácrơle 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 đảmnhiệm 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 đượcchi 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 vẫnđang tiếp tục được sử dụng để bảo vệ đường dây truyền tải và các thiết bị điện trên toànthế giới

Một đường dây truyền tải hoặc tổ máy phát điện quan trọng phải có tủ bảo vệ riêng, vớinhiều 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 chươngtrình đào tạo của một kỹ sư điện chuyên ngành hệ thống điện Sự cần thiết phải tác độngnhanh chóng để bảo vệ mạch điện cũng như các thiết bị điện thường xuyên là đòi hỏi bắtbuộc của các hệ thống rơle bảo vệ để đáp ứng kịp thời và cắt được máy cắt trong vòngvài phần nghìn của một giây

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

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

Đối với mạch điện có chiều dài lớn, việc tính toán bằng tay hết sức phức tạp và mất nhiềuthời 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 tảitrên đường dây, hệ số công suất trên tải Phân tích ngắn mạch hệ thống điện: chế độ ngắnmạch đối xứng, chế độ ngắn mạch không đối xứng, ngắn mạch một pha chạm đất, hai phachạm 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 thốngđiện 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 hồquang, dòng tải, ngắn mạch, ổn định thoáng qua, phối hợp tiếp sức, ampacity cáp, lưulượng điện năng tối ưu, và nhiều hơn nữa modular chức năng của nó có thể được tùychỉnh 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

- 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 tửTăng Hồng Ngọc - Thực hiện Word báo cáo

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

- Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho tổ máy phát Phối hợp các bảo vệ các phần tử

điện-Trần La Phát - Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho phụ tải điện

- Phối hợp các bảo vệ các phần tử

- Cài đặt bảo vệ chính, bảo vệ dự phòng cho đường dây

- Phối hợp các bảo vệ các phần tử

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 hệthống điện trong điều kiện bất thường (lỗi) Nếu một lỗi không được phát hiện, các điềukiện có thể trở nên nguy hiểm, điện thiết bị có thể quá nóng, điện áp hệ thống có thể thấphoặc cao, điều kiện có thể không cân bằng, dòng điện có thể bị ngăn chặn, và hệ thống cóthể trở nên không ổn định Mục tiêu của kế hoạch bảo vệ là phát hiện và cô lập các lỗiđược chọn lọc, kinh tế, đáng tin cậy và nhanh chóng Những nguyên tắc này được giảithích 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 thểhiện trong

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

Tiếp theo, các đường truyền được bảo vệ bằng cách sử dụng khoảng cách và bảo vệquá dòng Các máy phát điện và máy biến áp sau đó được bảo vệ bằng vi sai và bảo vệquá 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 kếhoạch 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 đấtwye/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 hệthống 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 dòngđiện đều bằng nhau Trong cấu hình delta, dòng pha là dòng chia cho gốc 3 Nếu đúng kếtnối 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 vệcho 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

1

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

2,3

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

4,5

Bảo vệ máy phát điện và

động cơ được thực hiện với các

giá trị thành phần đã chọn được

ghi lại

Bảo vệ so lệch, bảo vệ quá dòng, bảo vệ trở kháng là các loại bảo vệ có thể thực hiện cho máy phát điện và động cơ

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

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 cầnđược xây dựng trong phần mềm Mạng được lắp ráp trong ETAP được hiển thị trongHình 3 và các vùng bảo vệ của nó được hiển thị trong Hình 4 Các vùng bảo vệ khác nhauchồng lên nhau trong hình để cho thấy rằng không có phần nào của hệ thống không đượcbảo vệ khỏi lỗi Cấu hình đã chọn của đường truyền có chiều cao 70 ft Loại dây dẫn phađược chọn là EPRI_M với khoảng cách giữa cả A và B và B và C bằng 5 đến 15 ft Vớikhoảng cách từ A đến C bằng 30 ft Điện áp của đường dây truyền tải càng cao thì chiềucao và khoảng cách giữa các dây dẫn càng lớn Xe buýt vô hạn cũng cần có MVA ngắnmạch 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 ImpedanceCable

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 cơLựa 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 phảiphân tích dòng phụ tải Phân tích phát hiện bất kỳ vấn đề nào với hệ thống phải được sửachữa trước khi bất kỳ kế hoạch bảo vệ nào có thể bắt đầu Phân tích dòng tải thể hiệntrong Hình 2.9 đã được hoàn thành bằng ETAP 12.5 và được xây dựng bằng cách sửdụng 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 tíchdòng 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 phầngần 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 thêmdãy điện dung vào các thanh cái màu đỏ để tăng phần trăm điện áp lên và hệ thống cậpnhật được thể hiện trong Hình 2.11 Cách các giá trị MVAR được chọn cho các tụ điện làthêm một máy phát đồng bộ vào bus và quan sát lượng công suất phản kháng nó phânphối để bù cho bus dưới điện áp Các tụ điện được thêm vào cũng giúp loại bỏ mọi sự cốvới máy phát điện Phân tích dòng tải cập nhật mà không có bất kỳ thành phần nào đượcđánh 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 saukhi 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 biếtdòng 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 chothấy giá trị dương, âm và không trở kháng thứ tự của từng xe buýt và cũng được đưa vàobáo 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 làliên kết của các kết nối trong hệ thống điện và rất quan trọng để bảo vệ và có thể ngắt kếtnối trong trường hợp xảy ra sự cố Rơle bảo vệ định hướng khoảng cách là một phươngpháp 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 quảquá thấp do lỗi Trở kháng được lấy từ một máy biến điện áp và dòng điện Khoảng cáchbảo vệ sau đó được kết nối với một rơle định hướng xác định vị trí của lỗi và liệu hoặckhông để chuyến đi Rơle định hướng thường được thiết kế ở 70 hoặc 75° ở cả chiềuthuận 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 địnhmức 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 Cóthể tìm thấy bán kính mho X/R từ trở kháng đường dây và cài đặt góc của rơle bằng cáchRơle định hướng thuận được đặt từ điểm gốc và đảo ngược rơle định hướng được đặt từcuối đường truyền Các tỷ lệ CT và PT cần thiết ở đây được chuyển đổi trực tiếp từ dòngtải và điện áp thanh cái của hệ thống Các giá trị được chọn và được tính toán từ thiết kếETAP được thể hiện trong bảng Với những giá trị đó, có thể tìm thấy trở kháng vùng sơcấp và thứ cấp được thể hiện trong bảng Một ví dụ về cách chồng chéo các vùng bảo vệkhác nhau được hiển thị Các vòng tròn xanh dương và xanh lá cây là các vùng bảo vệphía 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 cuốiquá 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 vệKhi 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

CT 200

In 11045Irelay 55.225

PSM 55.225TMS 0.1

Tr 0.167595572Tcb 0.02

T 0.187595572

Imax 641.5Ipk 3.2075

4 Bảo vệ quá tải

Khi có sự cố xảy ra

5 Bảo vệ khoảng cách

Khi có sự cố

6 Bảo vệ phối hợp

0.301149Xe/Xl 1.25755K0

1.123043

<K0 48.31692

Z1 (F) 80% Z2 (F) 100% Z3 (F) 150%

Z4(R) 20%

R 0.87 R 1.0875 R 1.63125 R 0.2175X

RE 1.656 RE 2.07 RE 3.105 RE 0.414

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