Bảo vệ số lệch máy biến áp part1 doc

Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống c

Lời cảm ơn

Trong suốt khóa học (2001-2006) tại trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên

h-ướng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã được hoàn thành đúng thời gian quy định

Em xin chân thành cảm ơn đến:

Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện cùng bộ môn Điện kỹ thuật và tất cả qúy thầy cô trong khoa Cơ Điện đã giảng dạy những kiến thức làm cơ sở để thực hiện đồ án tốt nghiệp và tạo

điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học

tận tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy qúy báu, giúp em

định hướng tốt trong quá trình thực hiện đồ án này

trình làm đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của qúy thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

2006

Sinh viên

TrÇn V¨n

Quúnh

Mục lục

mở đầu 7

1/ Đặt vấn đề 7

2/ Giới hạn của đề tài: 8

3/ Mục đích nghiên cứu: 8

4/ Hình thức nghiên cứu: 8

5/ Đối tượng nghiên cứu: 8

6/ Phương pháp nghiên cứu: 8

Chương 1: tổng quan về rơle thuật số 9

1/ Khái niệm về rơle bảo vệ 9

1.1/ Khái niệm 9

1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ 10

1.3/ Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện 11

2/ Cấu tạo chung của rơle số sử dụng bộ vi xử lý 12

2.1/ S kh i c a r le s s d ng b vi x lý 12

2.2/ Dựng ch ng trỡnh ph n m m i u khi n ph n c ng 13

2.2.1/ Ch ng trỡnh ph n m m h th ng 13

2.2.1.1/ Ch ng trỡnh t ki m tra khi úng ngu n 13

2.2.1.2/ Ch ng trỡnh h th ng vào/ra c s (BIOS) 13

2.2.1.3/ Ch ng trỡnh a nhi m 14

2.2.1.4/ Cỏc ch ng trỡnh ph c v cho l p trỡnh ng d ng 14

2.2.2/ Ch ng trỡnh ph n m m ng d ng 14

2.2.2.1/ Ph n m m ng d ng c a b vi x lý trong ch kh i ng 15

2.2.2.2/ X lý d li u t ng t 15

2.2.2.3/ X lý tớn hi u s 15

2.2.2.4/ Thụng tin liờn l c 16

2.2.2.5/ Ch c n ng b o v 16

2.2.2.6/ o l ng và b n ghi s ki n 16

3/ Các tín hiệu đầu vào và đầu ra 17

3.1/ Đầu vào tương tự 17

3.2/ Đầu vào số 18

3.3/ Đầu ra số 20

4/ Xử lý tín hiệu tương tự 21

4.1/ Các bộ biến đổi đầu vào 21

4.2/ Các bộ lọc sơ bộ và khuếch đại 22

4.3/ Bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC) 22

5/ Các bộ lọc số 23

6/ Bộ nguồn dùng cho rơle số 24

7/ Cổng vào ra thông tin tuần tự 25

8/ Phương pháp so sánh trong rơle số 28

8.1/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ đồ phần cứng 28

8.2/ Phương pháp so sánh 2 đại lượng điện theo giá trị góc pha bằng phương pháp phần mềm 29

9/ Các bộ phận khác của rơle số 31

9.1/ Các bộ nhớ 31

9.2/ Giao diện với người sử dụng 31

9.3/ Kết cấu lắp giáp 32

Chương 2: Bảo vệ máy biến áp động lực 33

1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp 33

1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA 33

1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất 33

1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA 35

1.4/ Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp 35

2/ Các phương án bảo vệ máy biến áp 36

2.1/ Bảo vệ ngắn mạch 36

2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hãm 36

2.1.2/ Sử dụng cầu chì 38

2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng 39

2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách 40

2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất 41

2 2/ Bảo vệ quá tải 43

2.2.1/ Bảo vệ bằng rơle hơi 44

2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu 45

2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây 46

2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu 47

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của rơle so lệch số 7ut1* 50

1/ Các thông số kỹ thuật 50

2/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle 7UT51* 52

3/ Nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp 54

3.1/ Nguyên lý đo 54

3.2/ Làm phù hợp các giá trị đo được 54

3.3/ Đánh giá các giá trị đo được 57

3.4/ Hãm cộng thêm khi máy biến dòng bị bão hòa 60

3.5/ Hãm hài 60

3.6/ Tác động cắt 61

3.7/ Sử dụng ở máy biến áp đơn pha 61

4/ Bảo vệ chạm đất có giới hạn máy biến áp 63

4.1/ Nguyên lý của bảo vệ 63

4.2/ Đánh giá các đại lượng đo được 64

5/ Một số chức năng khác trong 7UT51* 67

5.1/ Bảo vệ quá dòng có thời gian 67

5.2/ Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 68

5.3/ Bảo vệ chạm vỏ 68

5.4/ Xử lý các tín hiệu cắt từ bên ngoài và các tín hiệu định nghĩa bởi người xử dụng 69

5.5/ Ma trận cắt 69

5.6/ Các chức năng phụ thuộc 69

Chương 4: Tính toán chọn thông số đặt cho trạm biến áp 110/22 kv sài đồng 2 máy s =2x40 mva sử dụng rơle số 7ut51* 75

1/ Cách cài đặt cho rơle 7UT51* 75

1.1/ Giới thiệu bàn phím và bảng chỉ thị 75

1.2/ Làm việc với máy tính cá nhân 77

1.3/ Các điều kiện trước khi vận hành rơle 7UT51* 77

1.4/ Cách cài đặt các thông số chức năng 77

1.5/ Cài đặt cấu hình các chức năng bảo vệ 80

1.6/ Xếp đặt các đầu vào, ra nhị phân và các chỉ thị LED 83

1.6.1/ Xếp đặt các đầu vào nhị phân – khối địa chỉ 61 83

1.6.2/ Xếp đặt các rơle tín hiệu đầu ra-khối địa chỉ 62 86

1.6.3/ Xếp đặt các chỉ thị LED – khối địa chỉ 63 92

1.6.4/ Xếp đặt các rơle cắt – khối địa chỉ 64 94

1.7/ Cài đặt thông số máy biến áp – khối địa chỉ 11 98

1.8/ Các chỉnh định cho bảo vệ so lệch máy biến áp – khối địa chỉ 16 101

1.9/ Cách cài đặt cho bảo vệ chạm đất giới hạn-khối địa chỉ 19 106

1.10/ Cài đặt cho bảo vệ quá dòng dự phòng – khối địa chỉ 21 108

1.11/ Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ – khối địa chỉ 24 và 25 111

1.12/ Các chỉnh định cho bảo vệ dòng chạm vỏ – khối dịa chỉ 27 114

1.13/ Các tín hiệu 116

1.13.1/ Các tín hiệu vận hành – khối địa chỉ 51 116

1.13.2/ Đọc giá trị vận hành – các khối địa chỉ 57 và 59 117

2/ Tính toán ngắn mạch 118

2.1/ Khái niệm chung 118

2.2/ Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch 118

2.3/ Tính toán ngắn mạch cho trạm biến áp 119

2.4/ Tính toán ngắn mạch ở thanh cái máy biến áp 120

2.5/ Chọn biến dòng cho bảo vệ 121

2.6/ Cài đặt cho trạm biến áp 110/22 Kv Sài Đồng 122

2.7/ Các sơ đồ nối dây của rơle 7UT512 và 7UT513 125

kết luận 128 Tài liệu tham khảo 128

Mở đầu

1/ Đặt vấn đề

Ngày nay, hầu như hoạt động của con người trong mọi lĩnh vực đều không thể tách khỏi nguồn năng lượng điện, ở nước ta điện năng hầu hết được sản xuất

ở những nhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn như: Thủy điện Hòa Bình, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phú Mỹ, nhiệt điện Phả Lại vv…

Các nhà máy thủy điện thì được xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho viêc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện thì

được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nhưng hộ tiêu thụ thì không chỉ những hộ ở xung quanh nhà máy Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải được

điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh

tế nhất

Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi có hiệu quả các phương tiện bảo vệ, thông tin đo lường, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện Trong số các phương tiện này rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đã có những biến

đổi và tiến bộ rất to lớn Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho pháp chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có những hư hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện, nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc vv…hiện nay người ta đã chế tạo được các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động chính xác, tác động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao

Vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài:

“Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51*”

2/ Giới hạn của đề tài:

Đề tài chỉ tập chung nghiên cứu về lý thuyết, chưa đưa ra được mô hình cụ thể cho trạm biến áp, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn

3/ Mục đích nghiên cứu:

Vận dụng những kiến thức đã được học ở trường để áp dụng nghiên cứu trên thực tế

Qua đó, bằng thực tiễn để học hỏi và tích lũy những kiến thức nhằm phục

vụ cho công tác chuyên môn sau này

4/ Hình thức nghiên cứu:

• Các bước tiến hành nghiên cứu

• Chọn đề tài

• Chính xác hóa đề tài

• Lập đề cương

• Thu thập tài liệu

• Xử lý tài liệu

• Xây dựng mô hình thí nghiệm

• Viết công trình nghiên cứu

5/ Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là dựa trên cơ sở của việc xây mô hình bàn thí nghiệm bảo vệ so lệch máy biến áp

6/ Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp xây dựng mô hình thí nghiệm và tham khảo tài liệu

là chính Việc tham khảo tài liệu giúp người thực hiện bổ xung thêm kiến thức,

lý luận cũng như phương pháp mà những công trình nghiên cứu trước đó đã thực hiện Nhờ đó người nghiên cứu tập chung giải quyết những vấn đề còn tồn tại Tuy nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn đảm bảo tính kế thừa và phát triển có chọn lọc

Chương 1 Tổng quan về rơle thuật số

1/ Khái niệm về rơle bảo vệ

1.1/ Khái niệm

Đối với các trạm biến áp cao thế, cũng như trong quá trình vận hành hệ thống điện nói chung, có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị đường dây hoặc

do chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống Các sự cố này thường kèm theo các hiện tượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép Nếu tình trạng làm việc kéo dài thì có thể sẽ xuất hiện sự cố lan rộng

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly

nó ra khỏi phần bị hư hỏng Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm mức độ hư hại của phần tử bị sự cố Làm được

điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được Các thiết bị này gọi chung là rơle bảo vệ

Trong hệ thống điện rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện Khi xuất hiện sự cố rơle bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường rơle bảo

vệ sẽ phát tín hiệu và tùy theo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vân hành

Tùy theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo

vệ dự phòng:

• Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ

• Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo

vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động

đúng)

1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ

Rơle bảo vệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây:

• Tính chọn lọc

Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô lập) các phần tử đó

Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để bảo vệ để cung cấp điện an toàn liên tục Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng

Cần phân biệt 2 khái niệm cắt chọn lọc:

™ Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận

™ Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ

• Tác động nhanh:

Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch Bảo vệ phải tác

động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm:

™ Đảm bảo tính ổn định của hệ thống

™ Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị

™ Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp khi ngắn mạch lên các phụ tải

Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây

• Độ nhạy:

Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ

Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:

KD

N nh

I

I

(1-1)

INmin: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất

Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ như bảo vệ thiếu điện

áp) hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu

• Độ tin cậy:

Bảo vệ phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng được giao và không được tác động sai đối với các trường hợp mà nó không có nhiệm vụ tác

động

Một bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể dẫn đến hậu quả là một số lớn phụ tải bị mất điện hoặc sự cố lan rộng trong hệ thống

1.3/ Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện

- 21: Rơ le khoảng cách

- 25: Rơle đồng bộ

- 26: Rơle nhiệt độ

- 27: Rơle điện áp thấp

- 32: Rơle định hướng công suất

- 33: Rơle mức dầu

- 49: Rơle quá tải

- 50,51: Rơle quá dòng tức thì, định thì

- 55: Rơle hệ số công suất

- 59: Rơle quá áp

- 62: Rơle thời gian

- 63: Rơle áp suất

- 64: Rơle chạm đất

- 67: Rơle quá dòng có hướng

- 79: Rơle tự đóng lại (máy cắt điện)

- 81: Rơle tần số

- 85: Rơle so lệch cao tầng

- 87: Rơle so lệch dọc

- 96: Rơle hơi (máy biến áp)

Tùy theo phạm vi, mức độ và đối tượng được bảo vệ chỉ danh rơle có thể

có phần mở rộng Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng:

- 26.W: Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp

- 26.O: Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp)

- 51P, 51S: Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp máy biến áp

- 50REF: Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA)

- 67N: Rơle quá dòng chạm đất có hướng

- 87B: Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái

- 87T: Rơle so lệch dọc bảo vệ máy bién áp