Thiết kế, tính toán hệ thống bảo vệ cho đường đây truyền tải 110 kV và trạm biến áp 1102210 kV.

Tính điện kháng của các phần tử Để thuận tiện cho việc tính toán các thông số cài đặt cho các bảo vệ của máybiến áp ta tính điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tơng đối định mứccủ

PhÇn thø nhÊt

tÝnh to¸n b¶o vÖ tr¹m biÕn ¸p

Ch¬ng 1 TÝnh to¸n ng¾n m¹ch b¶o vÖ tr¹m biÕn ¸p

 C¸c th«ng sè chÝnh cña m¸y biÕn ¸p nh sau:

 §iÖn ¸p cao: 110 kV

 §iÖn ¸p trung: 22 kV

 Điện áp hạ: 10 kV

 Điện áp ngắn mạch % của cuộn cao - trung: 10,5%

 Điện áp ngắn mạch % của cuộn trung - hạ: 6,5%

Tính thông số đặt cho các chức năng bảo vệ quá dòng

Kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp

 Hệ thống điện min, trạm biến áp có một máy biến áp làm việc

 Mục đích:

Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy biến áp

 Hệ thống điện min, trạm biến áp vận hành hai máy biến áp

 Mục đích:

Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng dự phòng cho bảo vệ so lệch

điện kháng thứ tự nghịch (TTN), X2 = X1

1.2 Tính điện kháng của các phần tử

Để thuận tiện cho việc tính toán các thông số cài đặt cho các bảo vệ của máybiến áp ta tính điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tơng đối định mứccủa máy biến áp

 Nguồn sức điện động đẳng trị của hệ thống: E HT 1

* 

1.2.1 Điện kháng của hệ thống điện 1

 Chế độ cực đại:

Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN>

02667 , 0

= 1500

40

= S

S

= X

= X

=

max N

MBA m

đ 1 HT max 1

HT 2 1 HT 1

Điện kháng thứ tự không <TTK>

X = 1 , 2 X HT 1 = 1 , 2 0 , 02667 = 0 , 03200

1 1

HT 0

 Chế độ cực tiểu:

Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN>

1500 7 , 0

40

= S

S

= X

= X

=

min N

MBA m

đ 1 HT min 1

HT min 2 1 HT min 1

Điện kháng thứ tự không <TTK>

X 1 , 2 X HT 1 1 , 2 0 , 03809 0 , 04571

min 1 1

HT min

= 1700

40

= S

S

= X

= X

=

max N

MBA m

đ 2 HT max 2

HT 2 2 HT 1

Điện kháng thứ tự không <TTK>

02823 , 0

= 02353 , 0 2 , 1

= X 2 , 1

=

1 2

HT 0

 Chế độ cực tiểu:

Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN>

1700 7 , 0

40

= S

S

= X

= X

=

min N

MBA m

đ 2 HT min 2

HT min 2 2 HT min 1

Điện kháng thứ tự không <TTK>

X 1 , 2 X HT 2 1 , 2 0 , 03361 0 , 04033

min 1 2

HT min

1.2.3 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp

U U

2

1

% U

% 0 17 5 , 10 5 , 6 2

1 U

U U

2

1

% U

% 5 , 10 5 , 6 5 , 10 17 2

1 U

U U

2

1

% U

T C N H T N H C N H

N

H C N T C N H T N T

N

H T N T C N H C N C

065 , 0

= 115

40 40

115 100

5 , 6

= U

S S

U 100

% U

= X

0

= X

105 , 0

= 115

40 40

115 100

5 , 10

= U

S S

U 100

% U

= X

2 2 2

cb cb m

đ

2 m

đ H N H T

2 2 2

cb cb m

đ

2 m

đ C

N C

1.2.4 Điện kháng của đờng dây

S l x X

cb

cb 1 1 D 2 1 D

 Điện kháng thứ tự không <TTK>

Việc tính toán điện kháng thứ tự không của đờng dây rất phức tạp, phụthuộc vào: Điều kiện khí hậu, thời tiết, loại đất, chiều cao cột, khoảngcách các pha…Do đó ta tính gần đúng theo tỉ số: xDo đó ta tính gần đúng theo tỉ số: x0/x1=3

x0 = 1,26 /km

Do đó ta có:

09528 , 0

= 115

40 25 26 , 1

= U

S l x

= X

=

cb

cb 2 2 D 2 2 D 1

 Điện kháng tổng tính từ hệ thống 1 đến thanh góp 110 kV trạm biến áp:

12728 , 0 09528 , 0 03200 , 0 X X

X

05843 , 0 03176 , 0 02667 , 0 X X

X

1 D 0 1 HT 0 1 HT 0

1 D 1 1 HT 1 1 HT 1

X

06735 , 0 04382 , 0 02353 , 0 X X

X

2 D 0 2 HT 0 2 HT 0

2 D 1 2 HT 1 2 HT 1

15969 , 0 12728 , 0 X

X

X X X

03129 , 0 06735 , 0 05843 , 0

06735 , 0 05843 , 0 X

X

X X X

2 HT 0 1 HT 0

2 HT 0 1 HT 0 HT

0

2 HT 1 1 HT 1

2 HT 1 1 HT 1 HT 1

Dòng chạy qua BI1 chính là dòng thứ tự không từ trung tính của máy biến áp

N1

105,0

5BI

2BI

3BI1

BI12BI

22BI21

10 kV D1-AC150-25 km

D2-AC185-35 km

53470 , 9

= 04230 , 0 + 03129 , 0 + 03129 , 0

1

=

X + X + X

E

= I

= I

= I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1 Na







 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1:

105 , 0 07084 , 0

07084 , 0 53470 , 9 X X

X I ) BI (

0

HT 0 0 Na 1

1.3.1.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

62890 , 8 I

I I

66512 , 11 04230 , 0 03129 , 0

04230 , 0

29400 , 20 X

X

X I I

29400 , 20 04230 , 0 03129 , 0

04230 , 0 03129 , 0 03129 , 0

1 X

X

X X X

E I

2 Na 1 Na 0

Na

0 2

0 1

Na 2

Na

0 2

0 2 1

HT

* 1

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1

47629 , 3 105 , 0 07084 , 0

07084 , 0 62890 , 8 X

X

X I ) BI (

0

HT 0 0

Na 1

 Dòng đi vào máy biến áp thì mang dấu (+)

 Dòng đi ra khỏi máy biến áp thì mang dấu (-)

Để tránh tác động nhầm, rơle tự tính toán và loại bỏ thành phần thứ tự không Dòng đem ra so sánh là dòng điện so lệch ( If - I0)

1.3.2 Xét điểm ngắn mạch N1/ trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch

Sơ đồ thay thế giống nh trờng hợp ngắn mạch tại điểm N1

1.3.2.1 Xét dạng ngắn mạch ba pha N (3)

 Dòng pha chạy qua BI1:

03129 , 0

1 X

E ) BI ( I

1

HT

* 1

E

= I

= I

= I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1 Na







 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện chạy qua BI1:

69349 , 5

= 105 , 0 + 07084 , 0

105 , 0

53470 , 9

= X + X

X I

= ) BI ( I

53470 , 9

= ) BI ( I

= ) BI ( I

C HT 0

C 0

Na 1 0

1 2 1 1

 Dòng điện pha qua BI1:

 Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3 và BI5

1.3.2.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

62890 ,

8 I

66512 ,

11 I

29400 ,

20 I

0 Na

2 Na

1 Na

X

X I ) BI ( I

66512 , 11 I

) BI ( I

29400 , 20 I

) BI ( I

C B HT 0

C B 0

Na 1 0

2 Na 1 2

1 Na 1 1

1 f

1 0 1 2 1

1 2 1 f

109 25173

, 29

15261 , 5 120 66512 , 11 240 29400 , 20 ) BI ( I

) BI ( I ) BI ( I a ) BI ( I a ) BI ( I

1 X

E ) BI ( I ) BI ( I

1 3 f 1

1

X X X

E I

I I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1 Na

 Dßng ®iÖn ch¹y qua BI phôc vô b¶o vÖ:

 Dßng ®iÖn ch¹y qua BI1:

0 ) BI (

I

13867 , 2 ) BI ( I ) BI (

I

1 0

1 2 1 1

XC

07084,

0

X1HT

065,0

I0(BI5) = 3.2,13867 =6,41601

 Không có dòng chạy qua các BI2 và BI4

1.3.3.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

01850 , 3 I

I I

97473 , 0 065 , 0 20129 , 0

065 , 0

99323 , 3 X

X

X I I

99323 , 3 065 , 0 20129 , 0

065 , 0 20129 , 0 20129 , 0

1 X

X

X X X

E I

2 Na 1 Na 0

Na

0 2

0 1

Na 2

Na

0 2

0 2 1

HT

* 1

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện chạy qua BI1:

0 ) BI

(

I

97473 , 0 I

) BI

(

I

99323 , 3 I ) BI

(

I

1 0

2 Na 1 2

1 Na 1 1

0 1

f

1 0 1 2 1

1 2 1 f

4 , 109 55942

, 4 0 120 97473 , 0 240 99323 , 3 ) BI

(

I

) BI ( I ) BI ( I a ) BI ( I a ) BI

) BI

(

I

97473 , 0 ) BI ( I ) BI

(

I

99323 , 3 ) BI ( I ) BI

(

I

0 Na 3 0

1 2 3 2

1 1 3 1

0 f

0 2 1 2 f

6 , 136 2459

, 6 01850 , 3 120 97473 , 0 240 99323 , 3 I

I I a I a I

1.3.4 Xét điểm ngắn mạch N 3 / trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch

Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống nh trờng hợp ngắn mạch

ở điểm N3

1.3.5 Xét điểm ngắn mạch ngoài N 2 (22 kV)

Ta thấy cuộn dây phía 22 kV của máy biến áp nối tam giác cho nên không códòng thành phần thứ tự không chạy tới điểm ngắn mạch N2 do đó ta chỉ tínhtoán dạng ngắn mạch ba pha N(3)

1 X

E ) BI ( I ) BI (

I

HT

* 2 f 1

 Cả hai đờng dây l m việc.àm việc.

Ta có sơ đồ tổng quát và các điểm ngắn mạch cần phải tính toán nh sau:

105,0

0423,0

X//

HT 0

105,0

XC

03015,

3BI1

BI12BI

22BI21

N

' 2

N

1

' 3

N

03015 , 0 105 , 0 0423 , 0

105 , 0 0423 , 0 X //

) X //

X ( X

03129 , 0 X X

C C HT 0 0

HT 1 1

Dòng chạy qua BI1 chính là dòng thứ tự không từ trung tính của máy biến áp

78399 , 10 03951 , 0 03129 , 0 03129 , 0

1

X X X

E I

I I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1 Na

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1:

09688,3105,00423,0

0423,0.78399,10

X)X//

X(

X//

X.I)BI(I

C C HT 0

C HT 0 0

Na 1 0

1.4.1.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

91823 , 10 I

I I

52043 , 10 03015

, 0 03129 , 0

03015 , 0

43865 , 21 X

X

X I I

43865 , 21 03015 , 0 03129 , 0

03015 , 0 03129 , 0 03129 , 0

1 X

X

X X X

E I

2 Na 1 Na 0

Na

0 2

0 1

Na 2

Na

0 2

0 2 1

HT

* 1

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI1:

13543,3105,00423,0

0423,0.91828,10

X)X//

X(

X//

X.I)BI(I

C C HT 0

C HT 0 0

Na 1 0

1.4.2 Xét điểm ngắn mạch N 1 / trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch

Sơ đồ thay thế giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N1

1.4.2.1 Xét dạng ngắn mạch ba pha N (3)

Tại điểm ngắn mạch N3 chỉ có dòng điện ngắn mạch chạy qua BI1 và BI3

 Dòng pha chạy qua BI1:

03129 , 0

1 X

E ) BI ( I

1

HT

* 1

X X

E I

I I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện chạy qua BI1:

68716 , 7 105 , 0 04230 , 0

105 , 0

78399 , 10 X ) X //

X (

X

I ) BI ( I

78399 , 10 ) BI ( I ) BI ( I

C C HT 0

C 0

Na 1 0

2 2 1 1

 Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3 và BI5

1.4.2.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

 Dòng điện tại điểm ngắn mạch:

91823 ,

10 I

52043 ,

10 I

43865 ,

21 I

0 Na

2 Na

1 Na

105 , 0 91823 , 10

X ) X //

X (

X

I ) BI ( I

52043 , 10 I

) BI ( I

43865 , 21 I

) BI ( I

C B C B HT 0

C B 0

Na 1 0

2 Na 1 2

1 Na 1 1

1 f

1 0 2 2 1

1 2 1 f

5 , 115 68189

, 30

78285 , 7 120 52043 , 10 240 43865 , 21 ) BI ( I

) BI ( I ) BI ( I a ) BI ( I a ) BI ( I

1 2

1 X

E 2

1 ) BI ( I ) BI ( I

1 3

f 1

1

X X X

E I

I I

0 2 1

HT

* 0

Na 2 Na 1 Na

XBH

105,0

XCB EHT0,11629

X1 ∑

065,0

XBH

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện chạy qua BI1:

0 ) BI (

I

88622 , 1 77245 , 3 2

1 I

2

1 ) BI ( I ) BI

(

I

1 0

1 Na 1

2 1 1

1 ) BI ( I ) BI ( I ) BI

(

I1 3  2 3  0 3  Na1 

 Dòng điện pha qua BI3:

If(BI3) = I1(BI3) + I2 (BI3)+ I0(BI3) = 5,65867

1.4.3.3 Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)

51601 , 5 I

I I

54159 , 1 0325 , 0 11629 , 0

0325 , 0

05760 , 7 X

X

X I I

05760 , 7 0325 , 0 11629 , 0

0325 , 0 11629 , 0 11629 , 0

1 X

X

X X X

E I

2 Na 1 Na 0

Na

0 2

0 1

Na 2

Na

0 2

0 2 1

HT

* 1

 Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ:

 Dòng điện chạy qua BI1:

0 ) BI (

I

77079 ,

0 I

2

1 ) BI (

I

52880 ,

3 I

2

1 ) BI (

I

1 0

2 Na 1

2

1 Na 1

0 1

f

1 0 1 2 1

1 2 1 f

3 , 110 97070

, 3 0 120 77079 , 0 240 52880 , 3 ) BI ( I

) BI ( I ) BI ( I a ) BI ( I a ) BI ( I

2 I

) BI ( I

77079 , 0 ) BI ( I ) BI ( I

52880 , 3 ) BI ( I ) BI (

I

0 Na 3 0

1 2 3 2

1 1 3 1

0 f

3 0 3 2 3

1 2 f

0 , 137 56594

, 5 75801 , 2 120 77079 , 0 240 52880 , 3 I

) BI ( I ) BI ( I a ) BI ( I a I

1.4.4 Xét điểm ngắn mạch N 3 / trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch

Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống nh trờng hợp ngắn mạch

ở điểm N3

1.4.5 Xét điểm ngắn mạch ngoài N 2 (22 kV)

Phía trung áp của máy biến áp nối tam giác nên trong trờng hợp ngắn mạch tại

điểm N2 ta chỉ xét dạng ngắn mạch hai pha N(3)

Trong trờng hợp này chỉ có dòng điện ngắn mạch đi qua BI1và BI2, không códòng điện chạy qua BI3 , BI4 và BI5

1 2

1 X

E 2

1 ) BI ( I ) BI

f 1

Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống nh trờng hợp ngắn mạch

ở điểm N2

 Dòng điện ngắn mạch chạy qua BI1 là:

If(BI1) = 5,96729

Ta có bảng tổng kết về dòng điện đi qua các bảo vệ trong trờng hợp chế độ max

2 máy biến áp làm việc

14099 , 0 09528 , 0 04571 , 0 X X

X

06985 , 0 03176 , 0 03809 , 0 X X

X

1 D 0 1 HT 0 1 HT

0

1 D 1 1 HT 1 1 HT

X

07743 , 0 04382 , 0 03361 , 0 X X

X

2 D 0 2 HT 0 2 HT

0

2 D 1 2 HT 1 2 HT

1597 , 0 1273 , 0 X

X

X X X

03672 , 0 07743 , 0 06985 , 0

07743 , 0 06985 , 0 X

X

X X X

2 HT 0 1 HT 0

2 HT 0 1 HT 0 HT

0

2 HT 1 1 HT 1

2 HT 1 1 HT 1 HT

 Ta có sơ đồ tổng quát và các điểm ngắn mạch cần phải tính nh sau:

Trong chế độ nay sơ đồ thay thế và tính toán các dạng ngắn mạch N(1), N(1,1)

t-ơng tự nh chế độ max một máy biến áp làm việc

Ta chỉ trình bày dạng ngắn mạch N(2)

3N

5BI

2BI

3BI1

BI22

10 kV D2-AC185-35 km

1.5.1 Xét điểm ngắn mạch N 1 nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch

Ngắn mạch N(2) tại điểm N1, trờng hợp này không có dòng chạy qua các BI nên

1

3 I 3 ) BI

(

I

0 ) BI

(

I

X X

E )

BI ( I ) BI

(

I

1 1

f

1 0

2 1

HT

* 1

2 1 1

Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện từ hệ thống chạy qua

BI1 và BI3 tới điểm ngắn mạch Đó cũng chính là dòng điện pha tại điểm ngắnmạch

 Dòng điện chạy qua BI1 và BI3 :

If(BI1) = If(BI3) = 3.I1 = 3



 2

1 X X

E

 = 3

500 , 3 24743 , 0 24743 , 0

Sơ đồ thay thế va tính toán giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N3.

1.5.5 Xét điểm ngắn mạch N 2 nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp (phía 22 kV)

Do cuộn dây phía 22 kV của máy biến áp nối tam giác nên không có dòng điệnthành phần thứ tự không chạy tới điểm ngắn mạch N2, do đó ta chỉ tính toándạng ngắn mạch hai pha N(2)

 Dòng điện pha chạy qua các BI1 và BI2 :

If(BI1) = If(BI2) = 3.



 2

1 X X

E

18243 , 0 18243 , 0

Tính toán giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N2.

Ta có bảng tổng kết về dòng điện đi qua các bảo vệ trong trờng hợp chế độ min

-1.6 chế độ ngắn mạch MIN -hai máy biến áp làm việc

Tơng tự nh trờng hợp chế độ min trạm vận hành 1 máy biến áp, ta chỉ xét dòngngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng

Điều kiện:

 Chỉ có đờng dây D2 làm việc

 Trạm vận hành hai máy

 Ta có sơ đồ tổng quát và các điểm ngắn mạch cần phải tính toán nh sau:

Trong chế độ nay sơ đồ thay thế và tính toán các dạng ngắn mạch N(1), N(1,1)

t-ơng tự nh chế độ max hai máy biến áp làm việc

E

07743 , 0 07743 , 0

3N

5BI

2BI

3BI1

BI

22BI21

10 kV

D2-AC185-35 km

16243 , 0 16243 , 0

TÝnh to¸n gièng nh trêng hîp ng¾n m¹ch ë ®iÓm N3

1.6.5 XÐt ®iÓm ng¾n m¹ch N 2 n»m ngoµi vïng b¶o vÖ cña b¶o vÖ so lÖch m¸y biÕn ¸p

PhÝa trung ¸p cña m¸y biÕn ¸p nèi tam gi¸c nªn trong trêng hîp ng¾n m¹ch t¹i

®iÓm N2 ta chØ xÐt d¹ng ng¾n m¹ch hai pha N(2)

Trong trêng hîp nµy chØ cã dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®i qua BI1vµ BI2, kh«ng cãdßng ®iÖn ch¹y qua BI3 , BI4 vµ BI5

 Dßng ®iÖn t¹i ®iÓm ng¾n m¹ch lµ:

INa1= INa2 =



 2

1 X X

E

12993 , 0 12993 , 0

If(BI1) = If(BI2) = 3I1(BI1, BI2) = 3,34132

1.6.6 XÐt ®iÓm ng¾n m¹ch N 2 / n»m trong vïng b¶o vÖ cña b¶o vÖ so lÖch m¸y biÕn ¸p

Tính toán giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N2.

Ta có bảng tổng kết về dòng điện đi qua các bảo vệ trong trờng hợp chế độ min

2 máy biến áp làm việc

2.1.1 Các dạng h hỏng và làm việc không bình thờng của máy biến áp

Những h hỏng thờng xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm hai nhóm:

 Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

 Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

bao gồm:

 Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

 Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống

 Quá tải

Tuỳ theo công suất của máy biến áp, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệthống mà lựa chọn phơng thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thờng dùng

để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thờng của máy biến áp

đợc giới thiệu trong bảng sau:

Loại h hỏng Loại bảo vệ.

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha

chạm đất

So lệch có hãm

Bảo vệ so lệch thứ tự không (chốngchạm đất hạn chế )

Bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tựkhông

Chạm chập các vòng dây

Hình ảnh nhiệt

 Việc lựa chọn phơng thức bảo vệ cho trạm biến áp nói riêng và các phần tửtrong hệ thống điện nói chung là hết sức quan trọng nhằn loại trừ nhanhphần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, ổn

định bền vững

mãn các yêu cầu sau:

 Tác động nhanh

 Tác động phải chọn lọc

 Tin cậy khi tác động

50N

2.1.3 Các loại bảo vệ cần đặt cho trạm đợc thiết kế.

Với trạm biến áp 110 kV, gồm 2 máy biến áp 3 cuộn dây công suất 40 MVA, talựa chọn phơng thức bảo vệ nh sau:

87T: Bảo vệ so lệch có hãm

87N: Bảo vệ so lệch thứ tự không (bảo vệ chống chạm đất hạn chế)

63: Bảo vệ rơle khí (Buchholz)

50: Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh

50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không

51: Bảo vệ quá dòng điện pha có thời gian

51N: Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có thời gian

49: Bảo vệ quá tải (theo nguyên lý hình ảnh nhiệt)

OT: Bảo vệ nhiệt độ dầu

OL: Bảo vệ mức dầu thấp

2.2 Giới thiệu về rơle bảo vệ so lệch alstom p633

Hóng Alstom chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chớnh cho MBA 3 cuộn dõy hoặcmỏy biến ỏp tự ngẫu ở tất cả cỏc cấp điện ỏp Rơle này cũng cú thể dựng để bảo

vệ cho cỏc loại mỏy điện quay như mỏy phỏt điện, động cơ Cỏc chức năngkhỏc được tớch hợp trong rơle P633 làm nhiệm vụ dự phũng như bảo vệ quỏdũng, quỏ tải nhiệt, bảo vệ quỏ kớch thớch, chống hư hỏng mỏy cắt Bằng cỏch

phối hợp các chức năng tích hợp trong P633 ta có thể đưa ra phương thức bảo

vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle Đây

là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay

 Rơle số P633 là thiết bị với chức năng chính là bảo vệ so lệch tích hợp thêmcác chức năng sau đây

 Hệ thống bảo vệ so lệch 3 pha, bảo vệ cho đối tượng 3 cuộn dây

 Tự cân bằng pha và cân bằng tổ đấu dây

 Lọc dòng điện thứ tự không cho mỗi cuộn dây, có thể không kích hoạt

 Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian phụ thuộc (3 cấp tác động, tác độngtheo từng pha, hệ thống đo lường riêng cho từng pha, phản ứng theothành phần thứ tự nghịch và thành phần TTK)

 Bảo vệ quá tải nhiệt

2.2.1 Các thông số kỹ thuật của rơle P633.

2.2.1.1 Các đại lượng đầu vào, đầu ra.

Điện áp danh định: 50 ÷ 130 V ac (theo đơn đặt hàng)

Tiêu thụ danh định/pha: <0,3 VA khi Udđ =130V ac

Khả năng tải lâu dài: 150 V ac

 Tần số

Tần số danh định fdđ: 50 hoặc 60 Hz

Chức năng bảo vệ tần số: dải vận hành 40 ÷ 70 Hz

Tất cả các chức năng khác: dải vận hành 0,95 ÷ 1,05 fdđ

 Đầu vào tín hiệu nhị phân

 Điện áp danh định: Uin,dđ = 24 ÷ 250 Vdc

 Dải vận hành: 0,8 ÷ 1,1 Uin,dđ (với gợn sóng dư lên đến 12% Uin,dđ)

 Công suất tiêu thụ trên đầu vào: Vin = 1 ÷ 110V dc là 0,5W ±30%

Vin =110V dc 0,5 mA ±30%

 Dòng đầu vào: 0 ÷ 26 mA

 Dải trị số: 0,00 ÷ 1,2 IDCdđ (IDCdđ = 20 mA)

 Dòng lâu dài lớn nhất cho phép: 50 mA

 Điện áp đầu vào lớn nhất cho phép: 17 V

 Tải đầu vào: 100 Ω

 Theo dõi quá tải: >24,8 mA

 Giải trừ về không: 0,000 ÷ 0,200 IDCdđ (điều chỉnh)

 Trị số max có thể hiển thị được là 399

 Dữ liệu đo đầu ra tương tự:

Dải trị số: 0 ÷ 20 mA

Tải cho phép: 0 ÷ 500 Ω

Điện áp đầu ra là: 15 V

2.2.1.2 Giao diện.

 Bằng bảng điều khiển trước mặt rơle

Đầu vào hoặc ra: 7 phím ấn và 1 hiển thị LCD với 4x20 kí tự

Tín hiệu trạng thái lỗi: 17 đèn chỉ thị (5 đèn mặc định, 12 đèn có thể lựachọn)

 Giao diện máy tính (PC)

Tốc độ truyền 300 ÷ 115200 baud (điều chỉnh tương thích)

 Giao diện truyền tin

 Thủ tục truyền tin: Dựa trên các tiêu chuẩn IEC60870-5; IEC870-5-101 MODBUS và DNP 3.0 (người sử dụng lựa chọn)

Trên kênh chuẩn RS485 hoặc RS422, 2kV cách điện

Khoảng cách kết nối:

K t n i i m, nhi u i m: ết nối điểm, nhiều điểm: ối điểm, nhiều điểm: điểm, nhiều điểm: ểm, nhiều điểm: ều điểm: điểm, nhiều điểm: ểm, nhiều điểm: max 100 m

2.2.1.3 Kết nối cáp quang Plastic.

 Bước sóng quang học: tiêu biểu 660 nm

2.2.1.4 Kết nối cáp quang sợi thuỷ tinh.

 Kết nối cáp quang sợi thuỷ tinh G50/125

 Bước sóng quang học: tiêu biểu 820 nm

Môđun Tốc độ truyền Thủ tục truyền

 Kết nối cáp quang sợi thuỷ tinh G62/125

 Bước sóng quang học: tiêu biểu 820 nm

 Kho ng cách k t n i: ảng cách kết nối: ết nối điểm, nhiều điểm: ối điểm, nhiều điểm: max 1400 m

2.2.1.5 Các tham số khai báo.

Xung đầu ra bé nhất cho một lệnh cắt: 0,1 ÷ 10 s (điều chỉnh được)

Xung đầu ra cho một lệnh đóng: 0,1 ÷ 10 s (điều chỉnh được)

 Mục bảo vệ so lệch (Differential protection)

 Bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế

Sai số đo lường Idiff ≥ 0,2 Iref: ±0,5%

 Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc

Sai số đo lường: ±0,5%

 Bảo vệ quá tải nhiệt: ±0,5%

 Dữ liệu đo lường đầu ra: ±1%

 Sai số về thời gian

 Đặc tính thời gian độc lập: 1% hoặc 20 ÷ 40 ms

 Đặc tính thời gian phụ thuộc: I ≥ 2Iref là ±5% hoặc từ 10 ÷ 20 ms

2.2.2 C¸c chøc n¨ng b¶o vÖ.

2.2.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch.

Rơle số P633 được thiết kế để bảo vệ MBA 3 cuộn dây, máy phát điện và động

cơ điện Với ứng dụng để bảo vệ so lệch MBA trước khi đưa vào so sánh phảiqua các bước sau

 Cân bằng sai lệch về biên độ

Để đảm bảo được sự cân bằng về biên độ, các đại lượng tính toán cần đượcqui về cùng một hệ đơn vị cơ sở Với MBA 2 cuộn dây công suất cơ sở làcông suất của MBA, còn với MBA có từ 3 cuộn dây trở lên thì công suất cơ

sở là công suất danh định của cuộn dây có công suất lớn nhất Điện áp cơ

sở là điện áp danh định của cuộn sơ cấp MBA, khi đó dòng cơ sở của mỗicuộn dây được tính bằng công thức

i nom

ref i

ref

U 3

S

Trong đó:

Sref: là công suất cơ sở

Từ đây rơle tính được hệ số cân bằng sai lệch về biên độ.

i ref

i nom i

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

Dòng điện cơ sở của từng cuộn dây và hệ số cân bằng sai lệch về biên độ sẽđược rơle tự tính toán và hiển thị trong rơle Hệ số cân bằng này phải thoảmãn các điều kiện sau

7 , 0 k

; 3 k

k

; 5

lower ,i am

max ,i am i,

Do có sự lệch pha của dòng điện và điện áp các phía của cuộn dây MBAnên trước khi đưa vào để tính toán so lệch rơle phải cân bằng sự lệch phacủa dòng điện Dựa vào các tham số của đối tượng được bảo vệ đã khai báotrong rơle mà rơle sẽ tính toán với hệ số cân bằng thích hợp

 Phối hợp các đại lượng đầu vào

Mỗi khi nhóm véctơ dòng được nhập vào, thiết bị bảo vệ tự tính toán và sosánh dòng điện theo công thức đã định trước Việc chuyển đổi dòng điệnđược thực hiện bằng các ma trận hệ số lập trình được Ma trận này môphỏng sự khác nhau của dòng điện trong các cuộn dây của MBA Bảo vệ cóthể nhận biết được tất cả các nhóm véctơ (kể cả thay đổi góc pha)

Dạng tổng quát của các công thức: [Im] = k.[K].[In]

Trong đó:

k: hệ số

[Im] ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC)

[K] ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp

[In] ma trận cột dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3)

 So sánh các đại lượng đo lường và các đặc tính tác động

Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lídòng thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tínhtoán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị sốtheo các công thức sau:

Trong đó: İ1, İ2, İ3 lần lượt là dòng điện chạy qua các bảo vệ BI1, BI2, BI3

đặt ở các phía cao, trung và hạ của MBA

 Đặc tính vùng tác động của bảo vệ so lệch

Hình a: Đặc tính vùng tác động của bảo vệ so lệch

 Đặc tính vùng tác động có 2 điểm gập Điểm gập đầu tiên phụ thuộc vào trị số chỉnh định bảo vệ so lệch ngưỡng thấp DIFF: Idiff > Điểm gập thứ hai được xác định bằng hệ số chỉnh định dòng điện hãm DIFF: IR, m2

 Phương trình đặc tính cho 3 dải so lệch.

Phương trình đặc tính cho dải: 0 ≤ IR ≤ 0,5Idiff >

m1: là hệ số góc của đặc tính trong dải 0,5Idiff > < IR ≤ IR,m2

m2: là hệ số góc của đặc tính trong dải IR,m2 < IR

Ngưỡng điều chỉnh xác định DIFF: Idiff > xác định theo dòng qua MBAtrong chế độ làm việc bình thường nhằm tránh tác động nhầm do dòngkhông cân bằng sinh ra bởi sai số của thiết bị đo lường

 Trên ngưỡng điều chỉnh DIFF: Idiff >> rơle sẽ tác động không cần tính toán đến hãm hài bậc cao

 Trên ngưỡng điều chỉnh DIFF: Idiff >>> dòng hãm và bộ phát hiện bãohoà không còn được tính đến, lúc đó rơle sẽ tác động mà không cầnquan tâm đến biến hãm và bộ phát hiện bão hoà

 Hãm bổ sung phản ứng theo thành phần sóng hài bậc hai (2f0)

Khi đóng máy biến áp không tải hay cắt dòng điện ngắn mạch ngoài sẽ xuấthiện dòng điện chạy qua mạch từ MBA được gọi là dòng điện từ hoá Dòngđiện này có thể có giá trị lớn gấp nhiều lần dòng điện danh định của MBA.Trường hợp xấu nhất (tương ứng với dòng từ hoá lớn nhất) sẽ xảy ra khiđóng máy cắt điện vào thời điểm điện áp nguồn có giá trị tức thời qua điểm0

Khi quá trình quá độ chấm dứt, dòng điện từ hoá trở lại trị số xác lập chừngvài phần trăm dòng điện danh định

Vì dòng điện từ hoá chỉ chạy phía cuộn dây MBA nối với nguồn và biến ápđang ở chế độ không tải, nên dòng điện ở cuộn dây bên kia bằng không.Bảo vệ so lệch MBA trong trường hợp này có thể cảm nhận việc đóngMBA không tải như khi có ngắn mạch bên trong MBA, với nguồn cung cấp

từ một phía và nếu không có giải pháp ngăn chặn bảo vệ, bảo vệ có thể tácđộng nhầm cắt MBA

Để phân biệt trường hợp đóng MBA không tải với trường hợp ngắn mạchtrong MBA, người ta căn cứ vào tính chất của dòng điện từ hoá xung kích

và dòng điện ngắn mạch trong MBA

Phân tích thành phần sóng hài của hai dòng điện này ta thấy, dòng điện từhoá xung kích có chứa một phân lượng rất lớn hài bậc hai (khoảng 70% sovới hài cơ sở) và có thể đạt tới giá trị cực đại đến khoảng 30% trị số dòngđiện sự cố Nếu thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hoá được tách ra

và đưa vào tăng cường cho dòng điện hãm của bảo vệ so lệch thì sẽ ngănchặn được tác động nhầm khi đóng MBA không tải

Rơle P633 được trang bị bộ lọc dòng điện so lệch và xác định được thànhphần sóng hài cơ bản và thành phần sóng hài bậc hai Khi tỉ lệ giữa sóng hàibậc hai và sóng hài cơ bản I(2f0)/I(f0) vượt quá một giá trị đặt trước ở mộttrong 3 pha thì tín hiệu khoá tác động được thực hiện theo một trong 2 cáchsau

 Khoá cả 3 pha

 Chọn lọc cho một pha

Tín hiệu tác động sẽ không bị khoá nếu dòng so lệch vượt quá ngưỡng

Idiff>>

 Bộ phát hiện bão hoà

Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu, dòng ngắnmạch lớn làm cho BI bị bão hoà dẫn đến dòng điện không cân bằng chạyqua bảo vệ lớn, có thể cao hơn ngưỡng tác động, làm cho bảo vệ tác động

nhầm Để loại trừ hiện tượng tác động nhầm này rơle số P633 được trang bị

bộ phát hiện hiện tượng bão hoà

Mỗi khi dòng hãm vượt qua giá trị không, bộ phát hiện bão hoà sẽ giám sát

sự biến thiên của dòng so lệch trong một khoảng thời gian Với sự cố trongvùng bảo vệ, dòng điện so lệch xuất hiện sau khi qua không cùng với dònghãm Trong trường hợp dòng điện lớn chạy qua gây nên bão hoà BI dòng solệch sẽ không xuất hiện cho tới khi hiện tượng bão hoà của BI xảy ra Vìvậy, một tín hiệu khoá được gửi đi dựa trên độ lớn của dòng so lệch được

so sánh với dòng hãm Do đó việc tăng tính ổn định của bảo vệ được đảmbảo

2.2.2.2 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N)

Bảo vệ chống chạm đất hạn chế chính là chức năng bảo vệ so lệch dòng thứ tựkhông, dùng để phát hiện sự cố MBA điện lực có trung tính nối đất, hoặc MBA

có trung tính nối đất nhân tạo

Vùng bảo vệ là vùng được giới hạn bởi máy biến dòng đặt ở trung tính của máybiến áp và tổ máy biến dòng nối theo sơ đồ lọc dòng thứ tự không đặt ở đầu racuộn dây nối hình sao của MBA

Rơle P633 có 3 nhóm chức năng so lệch dòng thứ tự không (REF_1, REF_2,REF_3) Mỗi một nhóm chức năng có thể bảo vệ cho cả 3 đầu của MBA, P633hiện thị chỉ ra từng cuộn dây với một chức năng chống chạm đất hạn chế riêng.Bảo vệ so lệch thứ tự không (87N) phản ứng theo thành phần sóng tần số cơbản của dòng điện trong dây trung tính IY và dạng sóng tần số cơ bản của dòngđiện thứ tự không tổng 3 pha IN của mỗi đầu cuộn dây.

IY: là dòng qua trung tính MBA

Sau khi đã cân bằng về biên độ và góc pha các dòng so lệch và dòng hãmđược tính như sau

Y N

Idiff >,N là dòng so lệch ngưỡng thấp, chỉnh định REF_1: Idiff >

Nếu dòng so lệch vượt quá ngưỡng chỉnh định REF_1: Idiff >>> thì biến hãmkhông còn được tính đến nữa, P633 sẽ tác động tức thì mà không cần quantâm đến biến hãm