TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT CẨM PHẢ

Để cài đặt các thông số kỹ thuật cho rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp liên lạc (AT4, AT5) nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả 2x125MVA, ta tiến hành tính toán dòng điện ngắn mạch tại các vị trí cần thiết. Sử dụng phần mềm tính toán ngắn mạch ETAP 4.0 được giới thiệu trong phần phụ lục.

1 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT CẨM PHẢ Nội dung chính I.1 Tính toán ngắn mạch 2 I.2 Tính toán chỉnh định 5 I.2.1 Bảo vệ quá tải máy biến áp 5 I.2.2 Bảo vệ cực đại máy biến áp 6 I.2.3 Bảo vệ chống chạm đất 9 I.2.3 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp: 10 2 I.1 Tính toán ngắn mạch Để cài đặt các thông số kỹ thuật cho rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp liên lạc (AT4, AT5) nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả 2x125MVA, ta tiến hành tính toán dòng điện ngắn mạch tại các vị trí cần thiết. Sử dụng phần mềm tính toán ngắn mạch ETAP 4.0 được giới thiệu trong phần phụ lục. Phần này không tập trung đưa chi tiết quy trình tính toán ngắn mạch. Sơ đồ nối điện chính của trạm và nhà máy cho trong hình vẽ đưới đây: Kết quả tính toán ngắn mạch được thống kê trong Bảng I.1. Bảng I.1 STT Tên thanh cái Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất, I n (3) , kA Dòng ngắn mạch 2 pha nhỏ nhất, I n (2) , kA 1 Phía 220kV 23,71 1,05 2 Phía 110kV 30,40 1,69 3 Bảng tóm tắt các thông số máy biến áp AT4 và AT5: Bảng I.2 STT Thông số kỹ thuật Giá trị,mã hiệu Đơn vị 1 Đánh số AT3, AT4 2 Kiểu OSFPSZ10- 125000/220 3 Nhà SX Changzhou XD Transformer Co.,Ltd 4 Tiêu chuẩn IEC-60076 5 Số pha 3 6 Công suất định mức 125/125-25 MVA 7 Tần số định mức 50 Hz 8 Điện áp cao nhất cho thiết bị 252 Điện áp định mức 225±8x1.25%/115/10.5 kV 9 Dòng điện định mức 328/656/1375 A 10 Ký hiệu kết nối Yauto/-12-11 11 Trở kháng ngắn mạch Ud (%)=11,35,22 12 Làm mát OFAF 13 Cuộn dây được đặt để điều chỉnh điện áp có tải 225±8x1.25% kV 14 Loại bộ điều áp (Loại OLTC) Bộ điều áp dưới tải 15 Dải điều chỉnh điện áp ±10% 16 Dải điều chỉnh điện áp 17 17 Nối đất: Các dây trung tính của cuộn dây 110kV và 220kV sẽ được nối trực tiếp tới hệ thống tiếp địa của trạm 18 Điện trở của MBA tại điện áp đặt lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình Giá trị ước tính khi ở định mức: 0.4/0.4/0.4 % 4 STT Thông số kỹ thuật Giá trị,mã hiệu Đơn vị 19 Điện trở thứ tự không của MBA tại điện áp đặt lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình Giá trị ước tính khi ở định mức: 9,8/31/19,8 % 20 Tổn hao không tải tại mạch chính ở 100% điện áp định mức ≤65 kW 21 Ở 110% điện áp định mức ≤90 kW Tổn hao có tải tại điện áp đặt mức trung bình ≤360 kW 22 Mức độ ồn ≤75 dB 23 Mức cách điện cơ bản LI185AC85/LI75AC35 24 Tổng trọng lượng 130500 kg 25 Trọng lượng dầu cách điện 42500 kg Dòng ngắn mạch quy đổi về phía thứ cấp tính theo công thức sau: CT N n k I I  Trong đó: I N : Dòng điện ngắn mạch phía sơ cấp máy biến dòng I n : Dòng điện ngắn mạch phía thứ cấp máy biến dòng k CT : tỷ số biến dòng Bảng I.3 STT Tên thanh cái Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất, I n (3) , A Dòng ngắn mạch 2 pha nhỏ nhất, I n (2) , A 1 Phía 220kV 0,0474 0,0021 2 Phía 110kV 0,0304 0,0017 Tính toán dòng cơ sở tại các phía của máy biến áp theo công thức: iN đm iN U S I 3  5 Bảng I.4 STT Tên dòng Tên thanh cái Kết quả (A) 1 I 1N Phía 220kV 321,13 2 I 2N Phía 110kV 628,30 Tính toán quy đổi sang thứ cấp máy biến dòng là: CT iN in k I I  Bảng I.5 STT Tên dòng Tên thanh cái Kết quả (A) 1 I 1n Phía 220kV 0,642 2 I 2n Phía 110kV 0,628 Hệ số cân bằng cho các phía, ta lấy phía 110kV làm phía cơ sở như vậy: I ref = 0,628 (A) và ta có: 98,0 642,0 0,628 1  ph k 00,1 0,628 0,628 2  ph k I.2 Tính toán chỉnh định I.2.1 Bảo vệ quá tải máy biến áp Quá trình tính toán như sau: Dòng khởi động của rơle: bd tvI atsd kdR I kk kk I .     Trong đó: I đ.b - dòng định mức của máy biến áp; k at = 1,05 - hệ số an toàn; k sđ = 1 - hệ số sơ đồ; k I - tỷ số máy biến dòng; 6 k tv = 0,98 - hệ số trở về. Kết quả tính toán được thống kê trong bảng I.6 Bảng I.6 STT Tên thanh cái Đại lượng Kết quả tính toán 1 220 kV Công suất định mức, MVA 125 Dòng điện định mức máy biến áp, A 328 Sơ đồ đấu BI Y Hệ số sơ đồ 1 Tỷ số biến dòng 500 Dòng khởi động của rơle, A 0,70 Thời gian tác động, s 7 I.2.2 Bảo vệ cực đại máy biến áp I.I.I.1 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp (I>) 1. Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 220 kV. + Dòng chỉnh định của bảo vệ: bd tv tkat kd I k kk I .    + Dòng khởi động của rơle phía 220 kV được xác định theo công thức: kd I sd kdR I k k I  Trong đó: k at = 1,05 - hệ số an toàn đối với rơle kỹ thuật số; k tk = 1,5 - hệ số tự khởi động (phụ tải hỗn hợp, do nhà máy các động cơ sử dụng khởi động mềm); k sd - hệ số sơ đồ; k tv = 0,98 - hệ số trở về đối với rơle kỹ thuật số; k I - tỷ số biến dòng; 7 Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle:     I Nsd RN k Ik I 2 min 2 .min   Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:   Rkd RN n I I k . 2 .min  > 1,5 - đảm bảo độ nhạy Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 220kV của nhà máy điện Cẩm Phả được thống kê trong bảng I.7. Bảng I.7 STT Tên thanh cái Đại lượng tính toán Kết quả tính toán 1 220kV Dòng điện định mức, A 328 Tỷ số biến dòng, k I 500 Sơ đồ đấu BI Y Hệ số sơ đồ, k sd 1 Dòng tự khởi động của phụ tải, A 527,14 Dòng khởi động của rơle, A 1,05 Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle, A 2,10 Kiểm tra độ nhạy 1,99 Đánh giá độ nhạy Đảm bảo độ nhạy Thời gian tác động, s 1,400 Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc. Ta biết thời gian của máy cắt phía trước mặc định là 1s vậy T = 1s, n = 1,99 ta tra đường đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc ở hình 2.12c chương 2 ta được thời gian tác động là 1,4s. 2. Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV. Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110 kV của nhà máy điện Cẩm Phả được thống kê trong bảng I.8. Bảng I.8 8 STT Tên thanh cái Đại lượng tính toán Kết quả tính toán 1 110kV Dòng điện định mức, A 656 Tỷ số biến dòng, k I 1000 Sơ đồ đấu BI Y Hệ số sơ đồ, k sd 1 Dòng tự khởi động của phụ tải, A 1054,29 Dòng khởi động của rơle, A 1,05 Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle, A 1,69 Kiểm tra độ nhạy 1,60 Đánh giá độ nhạy Đảm bảo độ nhạy Thời gian tác động, s 1,700 Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc. Ta biết thời gian của máy cắt phía trước mặc định là 1s vậy T = 1,4s; n = 1,6 ta tra đường đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc ở hình 2.12c chương 2 ta được thời gian tác động là 1,7s. I.I.I.2 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao(I >> ) Với tính chất như bảo vệ cắt nhanh, chức năng này có khả năng làm việc có chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kỳ. Tuy nhiên, có thể sử dụng nó như một bảo vệ dự phòng cho chức năng ngưỡng thấp, khi được cài đặt với dòng lớn hơn giá trị ngưỡng thấp và thời gian lâu hơn bảo vệ cắt nhanh. Dòng khởi động của bảo vệ ngưỡng cao: max.ngN tvI sdat kd I kk kk I     Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:   kdI Nsd n Ik Ik k    3  2 - Đảm bảo độ nhạy Trong đó: I Nngmax = Max [I n (3) 110 , I n (3) 220 ] = 30,4 kA 9 Dòng ngắn mạch ở phía hạ áp quy đổi về phía cao áp được xác định theo công thức: kA k I I u N qdn 3,17 76,1 4,30 min )3( )3( max.  ; Trong đó: 152,2 115 )1,01(225 min max. max    tc sc u U U k 76,1 115 )1,01(225 max min. min    tc sc u U U k Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng cao bảng I.9. Bảng I.9 STT Tên TC Đại lượng tính toán Kết quả tính toán 1 220 kV Dòng khởi động ngưỡng cao, A 3,71 Tỷ số biến dòng, k I 500 Kiểm tra độ nhạy 1,28 < 2 Đánh giá độ nhạy Không đảm bảo độ nhạy Do vậy, việc sử dụng bảo vệ ngưỡng cao làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ ngưỡng thấp là không thực hiện được. I.2.3 Bảo vệ chống chạm đất dmBAcd II 4,0 Trong đó: I đmBA = I đm100 = 656,1A vậy I cđ =0,4 I đmBA = 0,4x656,1 = 264,44A A k I I I cd kdR 264,0 1000 4,264  10 I.2.3 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp: + Dòng chỉnh định của bảo vệ: Ref I = 4 I I = 0,35 R,m2 I R I diff d m = 0,4 1 m = 0,7 2 Để tính chỉnh định ta kiểm hệ số cân bằng sai lệch về biên độ: i,ref i,nom i,am I I K  Trong đó: Inom,i: là dòng điện phía sơ cấp danh định của BI thứ i. Ta có: Bảng I.10 STT Tên dòng Tên thanh cái Kết quả 1 K 220 Phía 220kV 1,247 2 K 110 Phía 110kV 1,2747 3 K 11 Phía 11kV 0,478 Dòng điện cơ sở của từng cuộn dây và hệ số cân bằng sai lệch về biên độ sẽ được rơle tự tính toán và hiển thị trong rơle. Hệ số cân bằng này phải thoả mãn các điều kiện sau: 7,0k;3 k k ;5k lower,i,am lower,i,am max,i,am i,am  Theo kết quả ta có: K Ctmin = 0,478 < 0,7 [...]... do việc điều chỉnh điện áp ở máy biến áp gây nên IkcbN: Thành phần dòng không cân bằng do việc chọn các dòng danh định sơ cấp của các BI đặt ở phía của máy biến áp khác với tỷ số biến đổi của máy biến áp 13 - Đối với rơle số: Ikcb= Ikcbfi + IkcbΔu IkcbMax=(Kđn Kkck fi +ΔUđc ) INngmax INngmax: Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất qua bảo vệ Kđn: Hệ số không đồng nhất của các BI Kkck: Hệ số kể đến ảnh... lệch, bảo vệ so lệch của máy biến áp phải có độ nhạy cao Ta đặt Idiff>= 0,35 - Đoạn2 Dải 0,5 Idiff>< IR < IR,m2 Ta thấy biến áp AT9 có dải điều chỉnh điện áp là 10% Như vậy đoạn 2 thêm hệ số được tính như sau: I hc  I nom,a ,max  I nom,a ,mid 0,5.( I nom,a ,max  I nom,a ,mid )  0,069595  0,1 0,694202 Hệ số góc: m1= 0,3+0,1 = 0,4 cho phép thay đổi đầu phân áp của máy biến áp tới 10% - Đoạn 3 Dải... năm đạt ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá tránh rơle khỏi tác động nhầm 12 Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 2 trong dòng so lệch I 2 f 0   15% I  f0  Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 5 trong dòng so lệch I 5 f 0   35% I  f0  - Thời gian trễ cho cả hai ngưỡng : t = 0 sec Kiểm tra hệ số an toàn của dải đặt: Để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp ta tính toán hệ số K at đối với... A 2 2 * Do IR >4 nên dòng hãm khởi động xác định theo vùng 3: IRkd = I d  1,43  77,6  1,43 = 112,9 A 0,7 0,7 * Vậy hệ số an toàn: Kat = IR 322,1  =2,853 I Rkd 112,9 Việc chỉnh định các thông số cài đặt cho từng chức năng được thực hiện trong các khối chức năng tương ứng Trong mỗi khối, các thông số có thể chỉnh định bằng cách bấm các phím trên bề mặt rơle 15 ... cuộn cao, cuộn trung, cuộn hạ của máy biến áp Quy ước chiều như phần tính ngắn mạch - Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ theo lý thuyết thì I d =0 Tuy nhiên thực tế vẫn có dòng không cân bằng: Id = Ikcb= Ikcbfi + Ikcbμ+ IkcbΔu+ IkcbN Ikcb: Thành phần dòng điện không cân bằng do sai số của BI gây nên Ikcbμ: Thành phần dòng điện không cân bằng do dòng điện từ hoá máy biến áp gây nên IkcbΔu: Thành phần dòng... điều kiện ta phải thêm hệ số vào để giảm công suất cơ sở: Hệ số hiệu chỉnh: k hc  k CT min 0,7   0,68 k yc 0,478 Công suất cơ sở là: 125x0,68 = 85,37 MVA Ta lấy công suất cơ sở là : 80MVA Tính toán lại dòng cơ sở theo công suất cơ sở: I scref ,i  S ref 3U nom,i Bảng I.11 STT Tên dòng Tên thanh cái Kết quả (A) 1 I1N Phía 220kV 205,28 A 2 I2N Phía 110kV 401,63 A 3 I3N Phía 11kV 4016,34 A hệ số cân bằng... Tên dòng Tên thanh cái Kết quả 1 K220_1 Phía 220kV 1,9486 2 K110_1 Phía 110kV 1,9919 3 K11_1 Phía 11kV 0,7469 Sau khi tính toán lại ta thấy hệ số cân bằng sai lệch thảo mãn các điều kiện: k am ,i  5; k am ,i ,max  3; k am ,i ,lower k am ,i ,lower  0,7 Như vậy đường đặc tính sẽ thêm hệ số: 11 K K 220_ 1 K 220  1,9486  1,56 1,247 Đường đặc tính mặc định trong rơ le là Idiff = 0,2 Ireff Như vậy:... tính toán hệ số K at đối với những điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ, tương ứng với chế độ làm việc lớn nhất của hệ thống Các điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ cần tính là: N220kVmax, N110kVmax, N11kVmax - Bảo vệ so lệch P633 tính toán dòng điện so lệch theo công thức sau:    Id = I f ( 0) (BI1)  I f ( 0) (BI2)  I f ( 0) (BI3) IR = 1 ( I f ( 0) (BI1)  I f ( 0) (BI2)  I f ( 0) (BI3)... nhất qua bảo vệ Kđn: Hệ số không đồng nhất của các BI Kkck: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch Kkck= 1-:-2 , lấy Kkck=1 fi: Sai số lớn nhất của các BI (fi =1) ΔU: Giới hạn điều chỉnh điện áp lớn nhất về 1 phía, ΔU = 10% Vậy ta có: Id = Ikcbmax= ( 1.1.0,1+0,1 ) INngmax = 0,2 INngmax - Các ngưỡng dòng so lệch khởi động: * Vùng 1: 0≤ IR≤ 0,5.Idiff> ; Id,kd = Idiff>=0,35... nom,a ,mid )  0,069595  0,1 0,694202 Hệ số góc: m1= 0,3+0,1 = 0,4 cho phép thay đổi đầu phân áp của máy biến áp tới 10% - Đoạn 3 Dải IR > IR,m2 = 4 (lấy theo giá trị mặc định ban đầu của rơ le) Hệ số góc: m2= 0,7 (lấy theo giá trị mặc định ban đầu của rơ le) * Ngưỡng tác động cấp 2 (Idiff>>) Đặc trưng bởi ngưỡng tác động Idiff>> Ta đặt Idiff>> = 10 Iđm BA * Ngưỡng tác động cấp # (Idiff>>>) Đặc trưng . máy cho trong hình vẽ đưới đây: Kết quả tính toán ngắn mạch được thống kê trong Bảng I.1. Bảng I.1 STT Tên thanh cái Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất, I n (3) , kA Dòng ngắn mạch 2 pha. biến dòng Bảng I.3 STT Tên thanh cái Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất, I n (3) , A Dòng ngắn mạch 2 pha nhỏ nhất, I n (2) , A 1 Phía 220kV 0,0474 0,0021 2 Phía 110kV 0,0304 0,0017 Tính. Transformer Co.,Ltd 4 Tiêu chuẩn IEC-60076 5 Số pha 3 6 Công suất định mức 125/125-25 MVA 7 Tần số định mức 50 Hz 8 Điện áp cao nhất cho thiết bị 252 Điện áp định mức 225±8x1.25%/115/10.5