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

Dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất, I n (3) , kA

Dòng ngắn mạch 2

3

Bảng tóm tắt các thông số máy biến áp AT4 và AT5:

Bảng I.2

vị

3 Nhà SX Transformer Co.,Ltd Changzhou XD

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

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 định mức: 0.4/0.4/0.4 Giá trị ước tính khi ở

%

4

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

Tổn hao có tải tại điện áp đặt mức

23 Mức cách điện cơ bản LI185AC85/LI75AC35

Dòng ngắn mạch quy đổi về phía thứ cấp tính theo công thức sau:

CT

N

n k

I

I 

Trong đó: IN : Dòng điện ngắn mạch phía sơ cấp máy biến dòng

In : Dòng điện ngắn mạch phía thứ cấp máy biến dòng

kCT : tỷ số biến dòng

Bảng I.3

n (3) , A

Dòng ngắn mạch 2 pha nhỏ nhất, I n (2) , A

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

Tính toán quy đổi sang thứ cấp máy biến dòng là:

CT

iN in

k

I

I 

Bảng I.5

Hệ số cân bằng cho các phía, ta lấy phía 110kV làm phía cơ sở như vậy:

Iref = 0,628 (A) và ta có:

98 , 0 642 , 0

0,628

ph

k

00 , 1 0,628

0,628

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:

b tv I

at sd kdR I

k k

k k







Trong đó: Iđ.b- dòng định mức của máy biến áp;

kat = 1,05 - hệ số an toàn;

ksđ = 1 - hệ số sơ đồ;

kI - tỷ số máy biến dòng;

6

ktv = 0,98 - hệ số trở về

Kết quả tính toán được thống kê trong bảng I.6

Bảng I.6 STT Tên thanh

cái

toán

1 220 kV

Công suất định mức, MVA 125 Dòng điện định mức máy biến áp,

Dòng khởi động của rơle, A 0,70

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:

b tv

tk at

kd I k

k k

+ Dòng khởi động của rơle phía 220 kV được xác định theo công thức:

kd I

sd kdR I k

k

Trong đó: kat = 1,05 - hệ số an toàn đối với rơle kỹ thuật số;

ktk = 1,5 - hệ số tự khởi động (phụ tải hỗn hợp, do nhà máy các động cơ sử dụng khởi động mềm);

ksd - hệ số sơ đồ;

ktv = 0,98 - hệ số trở về đối với rơle kỹ thuật số;

kI - tỷ số biến dòng;

7

Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle:    

I

N sd R N

k

I k I

2 min 2

min





Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:  

R kd

R N 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

thanh cái

toán

1

220kV

Dòng tự khởi động của phụ tải, A 527,14

Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle,

nhạy

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

thanh cái

toán

1

110kV

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,

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

.ng

N tv I

sd at

kd I

k k

k k







Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:

 

kd I

N sd n

I k

I k k





 3  2 - Đảm bảo độ nhạy Trong đó: INngmax = Max [In(3)110, In(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:

k

I I

u

N qd

n 17 , 3

76 , 1

4 , 30

min

) 3 ( )

3 ( max

115

) 1 , 0 1 ( 225

min

max

tc

sc u

U

U k

115

) 1 , 0 1 ( 225

max

min

tc

sc u

U

U k

Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng cao bảng I.9

Bảng I.9

1 220 kV

Dòng khởi động ngưỡng cao,

A

3,71

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

dmBA

cd I

I  0 , 4 Trong đó: IđmBA = Iđm100 = 656,1A

vậy Icđ =0,4 IđmBA = 0,4x656,1 = 264,44A

A k

I I

I

cd

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 = 0,41

m = 0,72

Để tính chỉnh định ta kiểm hệ số cân bằng sai lệch về biên độ:

i, ref

i, nom i,

am

I

I

Trong đó:

Inom,i: là dòng điện phía sơ cấp danh định của BI thứ i

Ta có:

Bảng I.10

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 , 0 k

; 3 k

k

; 5

lower , i, am

max , i, am i,

Theo kết quả ta có: KCtmin = 0,478 < 0,7

11

Không thỏa mãn điều kiện Để thỏa mãn điều kiện ta phải thêm hệ số vào

để giảm công suất cơ sở:

478 , 0

7 , 0



yc

CT hc

k

k k

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 nom

ref

i

scref

U

S

I

, ,

3



Bảng I.11

hệ số cân bằng sai lệch về biên độ:

i, ref

i, nom i,

am

I

I

Bảng I.12

Sau khi tính toán lại ta thấy hệ số cân bằng sai lệch thảo mãn các điều kiện:

7 , 0 k

; 3 k

k

; 5

lower , i, am

max , i, am i,

Như vậy đường đặc tính sẽ thêm hệ số:

12

56 , 1 247 , 1

9486 , 1

220

1



K

K

K

Đường đặc tính mặc định trong rơ le là Idiff = 0,2 Ireff

Như vậy: ta sẽ đặt Idiff = 1,56x0,2.Ireff = 0,312.Ireff Vậy ta đặt: Idiff = 0,35IReff Ngưỡng tác động cấp 1 (Idiff>):

- Đoạn 1 đặc trưng bởi Idiff> đây là giá trị khởi động ngưỡng thấp của bảo vệ so 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:

1 , 0 694202 ,

0

069595 ,

0 ) (

5

,

, max







mid a nom a

nom

mid a nom a

nom

hc

I I

I I

I

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 bởi ngưỡng tác động Idiff>>>

Ta đặt Idiff>>> = 13 Iđm BA

Trên ngưỡng này bảo vệ sẽ cắt 3 phía MBA, không quan tâm tới bộ phận hãm bão hoà

- Hãm theo sóng hài bậc cao

Tỷ lệ hãm sóng hài bậc hai và bậc năm trong dòng so lệch, khi tỷ lệ hài bậc hai

và hài bậc năm đạt ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá tránh rơle khỏi tác động nhầm

13

Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 2 trong dòng so lệch  

 2f00 15% I

f I

Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 5 trong dòng so lệch  

5

0

f I

f

- 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 Kat 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 ( 0 ) ( BI 1 ) I ( 0 ) ( BI 2 ) I (  0 ) ( BI 3 )















IR = .( I ( BI 1 ) I ( BI 2 ) I ( BI 3 )

2

1

) 0 ( )

0 ( )

0















Trong đó:

)

0

(

I 



(BI1), I (  0 )



(BI2), I (  0 )



(BI3): Là dòng điện ngắn mạch đi qua các bảo vệ (BI) đặt ở cuộn dây 1, 2 và 3 tương ứng với 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 Id =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 điện không cân bằng 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

14

- 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 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

* Vùng 2: 0,5.Idiff < IR<IR’m2 ; IR’m2= 4

Id,kd = m1 IR+ Idiff>.(1-0,5.m1) = 0,I IR+0,2.(1-0,5.0,3) = 0,I IR + 0,17

* Vùng 3: IR’m2< IR

Id,kd = m2 IR+ Idiff>.(1-0,5.m1) +4.( m1- m2) =0,7 IR+0,2.(1-0,5.0,3)+4.(0,3-0,7) = 0,7 IR- 1,43

* Điểm ngắn mạch tại các thanh cái:

I3nm(220) = 0,338 kA = 388 A

I3nm(110) = 0,1837 A = 18I.7 A

I3nm(11) = 0.0725A = 72.5 A

* Dòng điện so lệch:

Id = Ikcb=0,26 INngmax = 0,2 388 = 77,6 A

* Dòng hãm:

15

IR = .( ( 1 ) ( 2 ) ( 3 )

2

1

BI I BI I BI









2

* Do IR >4 nên dòng hãm khởi động xác định theo vùng 3:

IRkd =

7 , 0

43 , 1 6 , 77 7

,

0

43 ,



d

* Vậy hệ số an toàn:

Kat =

9 , 112

1 , 322



Rkd

R

I

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