Đồ Án môn học bảo vệ Rơle

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 1 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ MỤC LỤC 3 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN 4 1.1. Hệ thống 4 1.2. Máy biến áp 4 1.3. Đường dây 4 1.4. Phụ tải 4 1.5. Đặc tính rơ le 4 CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 5 2.1. Ch ọn tỉ số biến BI 5 2.1.1. Chọn tỉ số biến đổi BI2 5 2.1.2 Chọn tỉ số biến đổi BI1 5 2.2. Tính toán các thông số ban đầu 5 2.3 Chọn vị trí tính điểm ngắn mạch 7 2.4. Tính toán ngắn mạch chế độ phụ tải cực đại với 2 MBA làm việc song song 7 2.4.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1 8 2.4.2. Tính ngắn mạch tại điểm N8 10 2.4.3. Tính ngắn mạch tại điểm N15 12 2.5. Tính toán ng ắn mạch chế độ phụ tải cực tiểu với 1 MBA làm việc 16 2.5.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1 16 2.5.2. Tính ngắn mạch tại điểm N8 18 2.5.3. Tính ngắn mạch tại điểm N15 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG 24 3.1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh của 50 24 3.2. Bảo vệ quá dòng “thứ tự không” cắt nhanh của 50N 24 3.3. Bảo vệ quá dòng có thời gian của 51 24 3.3.1. Bảo vệ quá dòng cho đư ờng dây D2 24 ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 2 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ 3.3.2. Bảo vệ quá dòng cho đư ờng dây D1 26 3.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 28 3.4.1 Trị số dòng đi ện khởi động 28 3.4.2. Thời gian làm việc 28 CHƯƠNG 4: KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ-LE 30 4.1. Phạm vi bảo vệ của quá dòng cắt nhanh 30 4.2. Xác định Độ nhạy của 51 và 51N 31 ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 3 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ LỜI MỞ ĐẦU Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Trong bất kì l ĩnh vực nào như sản xuất, sinh hoạt, an ninh đều cần sử dụng điện năng. Việc đảm bảo sản xuất điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay. Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện c ũng đóng vai trò r ất quan trọng trong hệ thống điện. Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm c ũng đ ồng ngh ĩa v ới việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn mạch c ũng tăng theo. Chính v ì v ậy ta cần thiết kế những thiết bị có khả năng giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra. Một trong những thiết bị phổ biến để thực hiện chức năng đó là rơle. Qua môn bảo vệ rơle chúng ta có thể xây dựng cho mình những kiến thức để có thể bảo vệ được hệ thống điện trước các hậu quả do sự cố trong hệ thống gây ra và đảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn, phát triển liên tục bền vững Trong quá trình làm đ ồ án này, em đ ã nh ận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô bộ môn, đặc biệt là của cô giáo Th.S Trần Thị Kim Hồng. Dù đ ã r ất cố gắng nhưng do kiến thức của em còn hạn chế, kinh nghiệm tích l ũy còn ít nên b ản đồ án khó tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ án c ũng như ki ến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là cô giáo Th.S Trần Thị Kim Hồng đ ã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 4 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ CHƯƠNG 1: SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Tính toán bảo vệ cắt nhanh, quá dòng đi ện và quá dòng thứ tự không cho đường dây cung cấp điện hình tia: STT=12 Hình 1. S ơ đ ồ hệ thống 1.1. Hệ thống S Nmax = 2200+STT=2212 MVA S Nmin = 0,8 .S Nmax =0,8.2212=1769,6MVA X oH = 0.8 X 1H 1.2. Máy biến áp S = 2*25 MVA U 1 /U 2 = 110/22 KV ,U k %= 12% 1.3. Đường dây Đư ờng dây Lo ại dây dẫn Chi ều dài (km) Z 0 ( Ω/km) Z 1 ( Ω/km) D1 AC-120 21,2 0,405+j1,0152 0,27+j0,423 D2 AC-70 16,2 0,828+j1,1 0,46+j0,44 D1: Ro=1.5R1,Xo=2.4X1 ( Ro điện trở , Xo điện kháng thứ tự không ) D2: Ro=1.8 R1, Xo=2.5 X1( R1 điện trở , X1 điện kháng thứ tự nghịch) 1.4. Phụ tải P 1 = 7,5-0.1*STT=6,3 MW, cosφ 1 = 0.8, t pt1 = 0.5 s P 2 =6-0.1*STT= 4,8 MW, cosφ 2 = 0.82 , t pt2 = 0.7 s 1.5. Đặc tính rơ le 2 * 13,5 1 D t t I   S N D1: AC-120 Pt1 D2: AC-70 Pt2 2x25MVA 110/22kv ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 5 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN NG ẮN MẠCH 2.1. Ch ọn tỉ số biến BI Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng BI 1 , BI 2 dùng cho bảo vệ đường dây D 1 , D 2 . Dòng đi ện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị dòng làm việc cực đại qua BI. Dòng thứ cấp lấy bằng 1 A hoặc 5 A. - Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng đư ợc chọn theo công thức : sd đ I td đ I n I  + Chọn I tdđ = 5 (A). + Dòng I sdđ được chọn theo dòng đi ện cực đại qua BI I lvmax I sdđ ≥ I lvmax = k qt .I pt Trong đó : k qt = 1,4 2.1.1. Chọn tỉ số biến đổi BI2 Tính dòng điện phụ tải A U P I pt 62,153 82,0.22.3 10.8,4 cos 3 3 2 2 2   => I lvmax2 = 1,4.153,62 = 215,07 (A). Như vậy ta chọn I sdđ2 = 250 (A) Tỉ số biển của BI1 là: n BI1 =50 2.1.2 Chọn tỉ số biến đổi BI1 Ta có A U P II ptpt 28,360 8,0.22.3 10.3,6 62,153 cos 3 3 1 1 21   Vậy I lvmax1 = 1,4.355,24 = 504,40 A Ta chọn I sdd1 = 550 A Tỷ số biến của BI 1 là : n BI1 = 110 2.2. Tính toán các thông số ban đầu Chọn S cb = 25 MVA U cb = U tb từng cấp. ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 6 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ - Hệ thống N cb HT1 S S X  - Tính trong chế độ phụ tải cực đại S N = S Nmax = 2212 MVA Hai máy biến áp làm việc song song 0113,0 2212 25 max 1  N cb HT S S X X 2HT = X 1HT = 0,0113 X 0HT = 0,8 X 1HT = 0,8.0,0113 = 0,0090 - Tính trong chế độ phụ tải cực tiểu S Nmin = 1769,6 MVA Một máy biến áp làm việc 0141,0 6,1769 25 min 1  N cb HT S S X X 2HT = X 1HT = 0,0141 X 0HT = 0,8 X 1HT = 0,9.0,0141 = 0,0113 - Máy biến áp B 1 và B 2 12,0 25 25 . 100 12 . 100 %  dm cbk B S SU X - Đường dâyD1: 4632,0 22 25 .2,21.423,0 22 1111  U S lxX cb dD 1117,1.4,2 110  DD XX - Đường dây D2 0,3682 22 25 .2,16.44,0 22 2202  U S lxX cb dD 0,9205.5,2 220  DD XX ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 7 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ 2.3 Chọn vị trí tính điểm ngắn mạch Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 7 đoạn bằng nhau .Ta cần tính dòng ngắn mạch tại 15 điểm như h ình v ẽ sau: Hình 2.1: Sơ đồ tính toán ngắn mạch Có X D1 ' = 0,06624632,0 7 1 7 1 1  D X X D2 ' = 0,05263682,0 7 1 7 1 2  D X X 0D1 ' = 0,15881,1117 7 1 7 1 10  D X X 0D2' = 0,13150,9205 7 1 7 1 10  D X 2.4. Tính toán ngắn mạch chế độ phụ tải cực đại với 2 MBA làm việc song song Sơ đồ thay thế và thông số của các phần tử được cho trên sơ đồ sau đây Hình 2.2. S ơ đ ồ thay thế chế độ phụ tải max. Trong chế độ cực đại các thông số được chọn như đ ã trình bày ở phần trên Các dạng ngắn mạch cần tính + Ngắn mạch 3 pha đối xứng N (3) + Ngắn mạch 1 pha N (1) + Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1) - Xét chế độ ngắn mạch không đối xứng: Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tự thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không. X D2' N15 X D2' N14 X D2' N13 X D2' N12 X D2' N11 X D2' N10 X D2' N9 X D1' N8 X D1' N7 X D1' N6 X D1' N5 X D1' N4 X D1' N3 X D1' N2N1 X B2 X B1 X HT E N15N14N13N12N11N10N9N8N7N6N5N4N3 0,0662 N2N1 0,12 0,12 0,0113E 0,0662 0,0662 0,0662 0,0662 0,0662 0,0662 0,0526 0,0526 0,0526 0,0526 0,0526 0,0526 0,0526 X B2 ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 8 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ Dòng đi ện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có tính theo công thức : )XX(j E I )n( 1 * a )n( 1Na *     Trong đó )n( X  là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n Trị số dòng đi ện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo công thức: Na )n()n( N I.mI  - Ta có bảng tóm tắt sau: Bảng 2.1. Bảng tóm tắt các hệ số trong từng loại ngắn mạch Dạng ngắn mạch n X ∆ (n) m (n) N (1) 1 X 2∑ + X 0∑ 3 N (2) 2 X 2∑ 3 N (1,1) 1,1 X 2∑ // X 0∑ 2 0 2 2 0 X . 3. 1 ( ) X X X       N (3) 3 0 1 2.4.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1 a. Ngắn mạch 3 pha đối xứng N (3) X 1 = X HT + 0713,0 2 12,0 0113,0 2  B X - Trong hệ đơn vị tương đối 14,0249 0713,0 11 1 )3( 1 *   X I N - Trong hệ đơn vị có tên 9,2014 22.3 25 .0249,14 .3 . )3( 1 * )3( 1  tb cb N N U S II (kA) ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 9 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ b. Ngắn mạch 1 pha N (1) X 2 (1) = X HT + 0713,0 2 12,0 0113,0 2  B X X 0 (1) = X 0HT + 0690,0 2 12,0 0,0090 2  B X X ∆ (1) = X 2 (1) + X 0 (1) = 0,0713 + 0,0690 = 0,1403 4,7249 )1403,00713,0( 1 )1( 1 )1( 11 *       XX E I aN - Dòng đi ện ngắn mạch tổng hợp 1747,147249,4.3.3 )1( 11 * )1( 1 *  aNN II - Tính trong hệ đơn vị có tên kA U S II tb cb N N 2997,9 22.3 25 .1747,14 .3 . )1( 1 * )1( 1  - Ta có thành phần dòng đi ện thứ tự không: 7249,4 )1( 11 * )1( 10 *  NN II - Trong hệ đơn vị có tên: kA U S II tb cb N N 0999,3 22.3 25 .7249,4 .3 . )1( 10 * )1( 10  c. Ng ắn mạch 2 pha ch ạm đất 0351,0 0690,00713,0 0690,0.0713,0 )1,1(     X 5001,1 )0690,00713,0( 0690,00,0713. 1.3 2 )1,1(   m - Tính trong hệ đơn vị tương đối 9,4004 `035,00713,0 1 )1,1( 11 *    N I ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 10 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN Lớp 52KTĐ - Dòng đi ện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức 4,7759 0690,00713,0 0713,0 .4004,9. 1012 2 )1,1(* 11 )1,1(* 10        NN NN XX X II - Trong hệ đơn vị có tên: kAI N 1334,3 22.3 25 .7759,4 )1,1( 0 1  - Dòng đi ện ngắn mạch tổng hợp 1006,144004,9.5,1.5,1 1 1 *)1,1*( 1  N N II - Tính trong hệ đơn vị có tên kAI N 2511,9 22.3 25 .1006,14 )1,1( 1  2.4.2. Tính ngắn mạch tại điểm N8 a. Ngắn mạch 3 pha đối xứng N (3) X 1 = X HT + 5345,04632,0 2 12,0 0113,0 2 1  D B X X - Dòng ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối 8709,1 534,0 11 1 )3( 8 *   X I N - Trong hệ đơn vị có tên kA U S II tb cb N N 2275,1 22.3 25 .8709,1 .3 . )3( 8 * )3( 8  b. Ngắn mạch 1 pha N (1) X 2 (1) = X HT + 5345,0 2 11  D B X X [...]... : + Từ đồ thị trên ta thấy điểm giới hạn bảo vệ của bảo vệ 1 trong chế độ min nằm gần sát N4, xét gần đúng: min lCN D1  9,1km Xác định vùng bảo vệ trên D2: Từ đồ thị trên ta thấy điểm giới hạn bảo vệ của bảo vệ 2 trong chế độ max nằm từ N8 đến xấp xỉ N12, từ đó ta tính gần đúng chiều dài được bảo vệ max lCN D 2  9,3km Vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên D2 trong chế độ min : Từ đồ thị... 28 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 3 2,75 2,5 2,25 2 1,75 tmax 1,5 tmin 1,25 1 0,75 0,5 0,25 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N15 Hình 3.1 Biểu đồ thời gian phụ thuộc chiều dài đường dây bảo vệ SVTH: TRẦN VĂN HIỂN 29 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG CHƯƠNG 4: KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ-LE 4.1 Phạm vi bảo vệ của quá dòng... TRẦN VĂN HIỂN 22 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG 6 5 4 INmin(kA) 3 I0Nmin(kA) 3.I0Nmin(kA) 2 1 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N15 Hình 2.5 Dòng điện ngắn mạch trong chế độ min SVTH: TRẦN VĂN HIỂN 23 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG 3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh của 50... định vùng bảo vệ của 50 Xác định vùng bảo vệ trên D1: Từ đồ thị trên ta thấy điểm giới hạn bảo vệ của bảo vệ 1 trong chế độ max nằm từ N6 và N7, từ đó ta tính gần đúng chiều dài được bảo vệ theo công thức sau : max lCN D1  l N 6  SVTH: TRẦN VĂN HIỂN I N 6 max  I kđ 50.D1 (l N 7  l N 6 ) I N 6 max  I N 7 max 30 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE Có : GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG lN7 = 18,17(km),... 3I0N8max= 1,2 0,875= 1,050kA 3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian của 51 3.3.1 Bảo vệ quá dòng cho đường dây D2 Chọn dòng khởi động cho bảo vệ có thời gian theo công thức sau Ikđ = k.Ipt Với : k = 1,6 là hệ số chỉnh định Ipt là dòng làm việc của phụ tải - Dòng khởi động cho đường dây 2 là : IkdD2 = k.Ipt2 = 1,6 0,154= 0,246kA SVTH: TRẦN VĂN HIỂN 24 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ... Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: Ikđ1 = kat IN8max = 1,2 1,227= 1,473kA 3.2 Bảo vệ quá dòng “thứ tự không” cắt nhanh của 50N - Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được chọn tương tự như trên I0kđ = kat 3I0Nmax - Với bảo vệ trên đường dây D2 I0kđ2 = kat 3I0N15max = 1,2 0,504= 0,605kA - Với bảo vệ trên đường dây D1 I0kđ1... 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG Bảng 3.4 Thời gian bảo về ngắn mạch đường dây D1 trong chế độ min Điểm Ni INmin(kA) IkdD1 i I* t1i min N1 4,236 0,576 7,349 N2 2,837 0,576 4,921 N3 2,005 0,576 3,477 N4 1,546 0,576 2,682 N5 1,258 0,576 2,183 N6 1,061 0,576 1,840 N7 0,917 0,576 1,591 N8 0,807 0,576 1,401 0,053 0,122 0,255 0,456 0,751 1,185 1,848 2,939 Ta có biểu đồ thời gian bảo. .. trong hệ đơn vị có tên là: I ( 2) N 15 * ( 2)  I N 15 S cb 25  0,897  0,588 kA 3.U tb 3.22 Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại ta có kết quả trong bảng 2 SVTH: TRẦN VĂN HIỂN 21 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG Bảng 2.4 Bảng tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch tại các điểm trong chế độ phụ tải min X1∑ X2∑ X0∑ X(1) X(1,1) X(2) m(1,1) N1 N2 N3 N4... cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là: Ikđ2 = kat IN15max = 1,2 0,727= 0,872 kA - Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: Ikđ1 = kat IN8max = 1,2 1,227= 1,473kA 10 I, kA 9 8 7 6 Ikd1 5 Ikd2 Imax, kA 4 Imin, kA 3 2 1 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N11 N12 N13 N14 N15 l (km) Hình 4.1 Độ thị xác định vùng bảo vệ của 50 Xác định vùng bảo vệ trên... định Độ nhạy của 51 và 51N Độ nhậy của bảo vệ quá dòng có thời gian: K N 51  I N min I kd 51 Trong đó: - INmin: dòng ngắn mạch nhỏ nhất cuối đường dây + Với đường dây D1 : INmin = IN8min + Với đường dây D2 : INmin = IN15min - Ikđ51: dòng điện khởi động của 51 Ikd51.D1 =0,576 (kA), Ikd51.D2 = 0,246(kA) Do đó ta có: SVTH: TRẦN VĂN HIỂN 31 Lớp 52KTĐ ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ-LE GVHD: Th.S TRẦN THỊ KIM HỒNG . của sự cố có thể gây ra. Một trong những thiết bị phổ biến để thực hiện chức năng đó là rơle. Qua môn bảo vệ rơle chúng ta có thể xây dựng cho mình những kiến thức để có thể bảo vệ được hệ thống. biến đổi của các máy biến dòng BI 1 , BI 2 dùng cho bảo vệ đường dây D 1 , D 2 . Dòng đi ện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị dòng làm việc cực đại qua BI. Dòng thứ cấp