Đồ án Thiết kế bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ Rơ le.- Nhiệm vụ của bảo vệ Rơ le: - Nhận biết sự cố và chế độ làm việc không bình thường của phần tử bảo vệ - Nhanh chóng tác động cắt các phần t

Số liệu cho các sinh viên: STT - 21

1 Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le

2 Các hư hỏng, tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây

3 Các loại bảo vệ cho B1 và đường dây L1, L2, L3 Nhiệm vụ , sơ đồ, nguyên lý làm

việc, chọn thông số khởi động, vùng tác động của từng loại bảo vệ

4 Tính toán các thông số khởi động cho bảo vệ so lệch dọc của MBA khi dùng

BIBH

5 Tính toán các thông số cho bảo vệ dòng điện cực đại và cắt nhanh cho đường dây

L1, L2, L3 Chọn cấp chọn lọc cho bảo vệ  t 0,3s

6 Các vị trí cần đặt bảo vệ có hướng

7 Vẽ sơ đồ bảo vệ rơ le cho MBA và đường dây L1, L2, L3 (khổ giấy A3)

Ngày giao đề tài :08/11/2013 ; Ngày hoàn thành : 08/12/2013

B

S MVA U N B 1(%)

1 1

dmB

U kV

2 1

dmB

U kV

L

X km





3(km)

L

X km

2 ax

PT m

S MVA

1cosPT cosPT2

1 Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ Rơ le.

- Nhiệm vụ của bảo vệ Rơ le:

- Nhận biết sự cố và chế độ làm việc không bình thường của phần tử bảo vệ

- Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ

- Tác động tới các cơ cấu khác như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự phòng để

duy trì chế độ làm việc bình thường của phần còn lại của HT không bị sự cố cũng

như phần tử bị sự cố thoáng qua

 Như vậy: bảo vệ rơ le là một hệ thống điều khiển tự động đơn giản mà trong

quá trình vận hành không ngừng tiếp nhận các thông tin về trạng thái làm việc

của các phần tử trong hệ thống; xử lý thông tin và gửi lệnh tới các cơ cấu thừa

hành khi cần thiết để đảm bảo chế độ vận hành bình thường của HTĐ

- Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ Rơ le:

- Tính chọn lọc: đảm bảo chỉ cắt các phần tử bị sự cố và giữ nguyên vẹn cung cấp

điện cho các phần tử khác không bị sự cố

- Tác động nhanh: sự cố cần loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế tối đa mức thiệt

hại do dòng ngắn mạch gây ra và giữ ổn định cho HTĐ

- Độ nhạy : khả năng nhận biết phần tử bị sự cố với dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong

vùng bảo vệ Bảo vệ phải tác động với các chế độ làm việc không bình thường dù

là nhỏ nhất trong HTĐ

- Độ tin cậy : Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn khi

có sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ mà không được tác động sai hoặc không tác

động

- Tính kinh tế : các bảo vệ phải thỏa mãn điều kiện kỹ thuật trước tiên, sau đó đảm

bảo điều kiện về kinh tế làm cho giá thành xây dựng mạng điện giảm xuống

2.Các tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây.

- Đối với MBA.

- Ngắn mạch nhiều pha trên đầu cực và trong cuộn dây

- Ngắn mạch giữa các vòng dây

- Ngắn mạch 1 pha chạm đất, vỏ

- Hiện tượng quá tải, tăng nhiệt độ dầu, mức dầu thấp, v.v…

- Đối với đường dây

- Ngắn mạch nhiều pha, chạm đất 1 pha (mạng có dòng chạm đất bé)

- Chế độ làm việc quá tải, sụt áp

3.Các loại bảo vệ cho B1 và đường dây.

a) Bảo vệ cho MBA B1

 Bảo vệ MBA bằng Rơ le khí

- Nguyên lý làm việc:

Rơ le khí thường đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của máy

biến áp Rơ le với cấp 2 tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thuỷ tinh

con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ Ở chế độ làm việc bình thường

trong bình rơ le đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơ le ở

trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn vì dầu nóng do quá tải), khí tập trung

lên phía trên của bình rơ le đẩy phao số 1 xuống, rơ le gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo

Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch trong thùng dầu) luồng dầu vận

chuyển từ thùng lên bình dãn dầu xô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt

máy biến áp Rơ le khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle hạ thấp do

dầu bị rò hoặc thùng biến áp bị thủng

 Bảo vệ so lệch

- Nhiệm vụ của các bảo vệ : dùng làm bảo vệ chính trong MBA , kết hợp với bảo vệ

quá dòng trong một số trường hợp bảo vệ quá dòng không thể đáp ứng nhu cầu về

chọn lọc và độ nhạy

- Sơ đồ của bảo vệ so lệch:

Y0 Y0

-+ ΔI

RG +

- Nguyên lý làm việc: bảo vệ thực hiện dựa trên sự so sánh dòng theo đại lượng về

pha tại phía đầu và cuối của MBA được bảo vệ I R  I I1T  I2T Trường hợp xảy

ra sự cố trong ở ngoài vùng bảo vệ thì giá trị I R  I 0 (giá trị dòng ở đầu và

cuối MBA có giá trị như nhau và đồng pha) =>Vậy bảo vệ không tác động

Trường hợp sự cố xảy ra trong bản thân MBA (trong vùng bảo vệ) thì giá trị dòng

điện I 1T và I 2T khác nhau cả về chiều và cả trị số, nên I R  I 0 => bảo vệ tác

động

 Bảo vệ dòng điện cực đại

- Nhiệm vụ : bảo vệ quá tải, chống ngắn mạch xảy ra trong MBA

- Sơ đồ : bảo vệ quá dòng điện 2 cấp (thời gian duy trì và cắt nhanh)

Y 0

Y 0

-+ I>

MC

- Nguyên lý làm việc: bảo vệ chống ngắn mạch trong MBA và chống quá tải MBA

có thể thực hiện theo nguyên lý quá dòng điện (thời gian duy trì hay cắt nhanh)

Cấp thứ nhất, bảo vệ cắt nhanh, cấp thứ hai là bảo vệ quá dòng cực đại

Khi giá trị dòng điện vượt qua ngưỡng tác động của I> thì bảo vệ tác động, gửi tín

hiệu tới RG trễ một khoảng thời gian tnhờ rơ le Rt Nếu dòng điện đạt giá trị

khởi động của I>> thì rơ le I>> gửi lệnh cắt tới RG, RG đóng tiếp điểm đi báo tín

hiệu và đi cắt MC

 Bảo vệ thứ tự không cho MBA

- Nhiệm vụ: bảo vệ chống chạm đất, vỏ MBA và bảo vệ dự phòng cho mạng điện

- Sơ đồ:

MC

- Nguyên lý làm việc: khi xảy ra ngắn mạch một pha trong MBA thì dây về của rơ

le thứ tự không xuất hiện dòng 3I0 Rơ le thứ tự không sẽ tác đông máy cắt sau

một khoảng thời gian trễ nhờ Rơ le thời gian Rt

b) Bảo vệ cho đường dây

 Bảo vệ so lệch

- Nhiệm vụ: bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất

- Sơ đồ của bảo vệ so lệch đường dây:

- Nguyên lý làm việc : bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất Bảo

vệ thực hiện dựa trên sự so sánh dòng theo đại lượng về pha tại phía đầu và cuối

của đường dây được bảo vệ  I I T1 I T2 Trường hợp xảy ra sự cố trong ở ngoài

vùng bảo vệ thì giá trị  I 0 (giá trị dòng ở đầu và cuối đường dây có giá trị như

nhau) =>Vậy bảo vệ không tác động

Trường hợp sự cố xảy ra trên đường dây (trong vùng bảo vệ) thì giá trị dòng điện

1

T

I và I T2 khác nhau cả về chiều và cả trị số, nên  I 0 => bảo vệ tác động

 Bảo vệ khoảng cách có hướng

- Nhiệm vụ: phát hiện và loại trừ sự cố xảy ra trên đường dây dựa vào giá trị tổng

trở tính từ vị trí đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch thay đổi theo khoảng cách

- Sơ đồ: bảo vệ khoảng cách có đặc tính thời gian nhiều cấp

- Nguyên lý làm việc: bảo vệ tác động khi xảy ra bất kỳ ngắn mạch nào trong vùng

bảo vệ chiều từ đường dây – thanh cái:

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, 3RI và 4RW sẽ khởi động và khép tiếp điểm

của chúng, cực (+) của nguồn thao tác được đưa đến tiếp điểm của 5RZ, 6RZ và

đến cuộn dây của 7RT

Nếu ngắn mạch xảy ra trong phạm vi vùng I, các role 5RZ, 8RGT sẽ khởi động

qua role 9Th sẽ đưa xung đi vắt 1MC với thời gian tt Nếu xảy ra hư hỏng ở xa hơn

vùng II, role 5RZ không khởi động, các role 6RZ và 10RT tạo thời gian ttt của cấp

thứ II sẽ khởi động và cho xung đi cắt 1MC qua role 11Th Khi ngắn mạch xa hơn

nữa trong vùng III, các role 5RZ và 6RZ sẽ không khởi động, 1MC bị cắt với thời

gian tttt tạo nên bởi 7RT qua 12Th Như vậy, trong sơ đồ đang xét bộ phận khoảng

cách không kiểm soát vùng III khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì bảo vệ

làm việc như theo bảo vệ dòng điện cực đại có hướng

 Bảo vệ quá dòng có hướng

- Nhiệm vụ: bảo vệ đường dây khỏi ngắn mạch nhiều pha, chạm đất và quá tải

- Sơ đồ: bảo vệ quá dòng điện có hướng (cắt có thời gian)

- Nguyên lý làm việc: khi đường đây bị quá tải hay ngắn mạch, bảo vệ quá dòng cực

đại tác động với thời gian duy trì sau đó đi tác động RG Nếu dòng ngắn mạch lớn

thì bảo vệ có cắt nhanh, RG đóng tiếp điểm đi báo tín hiệu và gửi lệnh đi cắt MC

III.1 Chọn thông số cho các bảo vệ

I2I ,I2II: dòng thứ cấp phía cao và hạ của MBA

k a ,k cl ,s i: sai số do chế tạo và lắp đăt, BI

k a : BI có dòng bão hòa từ nhanh

k cl : BI đặt ở 2 phía khác nhau của MBA

s i : sai số của BI

Dòng tính toán khởi động theo 3 điều kiện:

Bảo vệ không tác động khi đứt dây mạch nhị thứ

ax

kd s BI kdRSL

i

I k I

.

sd N nh

kdSL

k I k

I



Đặc tính khởi động của rơ le số 7UT512

Đoạn AB biểu thị dòng khởi động ngưỡng thấp của rơ le so lệch (thường có giá trị

trong khoảng I> = (0,15 – 2 ).Idm

Đoạn BC biểu thị đặc tính có kể đến sai số của chính rơ le, sai số của BI và sai số

do sự điều chỉnh điện áp gây nên

Đoạn CD biểu thị đặc tính phụ thuộc vào sự bão hòa của các BI

Đoạn DE biểu thị đặc tính khởi động ngưỡng cao của bảo vệ so lệch, có giá trị

trong khoảng I>> = (0,5 – 20 ).Idm

Ngoài dòng ngắn mạch, các hiện tượng khác như dòng xung kích từ hóa MBA khi

đóng MBA không tải có thể dẫn tới rơ le tác động Do đó, để bảo vệ không tác

động nhầm thì phải thêm chức năng khóa hay hãm Chức năng khóa dòng xung

kích từ hóa MBA dựa trên thành phần song hài bậc 2 của dòng xung kích từ hóa

khi đóng MBA không tải thường khá lớn (khoảng 70% so với thành phần song cơ

bản )

5 4 3 2 1

I I

SL đm

H đm H1

I ICS IH2 IH3

.100

SL H

I d I

 Bảo vệ quá dòng cực đại

Bảo vệ MBA thực hiện theo 2 cấp: cắt có thời gian duy trì và cắt nhanh

 Cấp thứ nhất là bảo vệ cắt nhanh với dòng khởi động được chỉnh định

theo dòng ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ lớn nhất đi qua MBA (thanhcái sau MBA)

(3) ax

I :chọn theo nấc chỉnh định lớn hơn gần nhất với Rơ le cắt nhanh I kdR CN.

Tỷ lệ giữa vùng bảo vệ và vùng chết của bảo vệ lớn hơn 30% thì được coi là hiệu

X :điện kháng của HT tính từ ngồn đến đầu vào MBA

 Cấp thứ hai là cấp bảo vệ dòng điện cực đại.

Thời gian tác động của bảo vệ cấp 2 được xác định theo cấp thời gian đối thời gian

tác động lớn nhất của bảo vệ trước nó

2 1 axm

t t  t

Độ nhạy của bảo vệ không nhỏ hơn 1,5 Nếu không đủ độ nhạy thì ta kết hợp thêm

khóa bảo vệ kém áp RU< hoặc các bộ lọc thứ tự nghịch, không, v v…

 Đường dây L1, L2, L3

-Bảo vệ so lệch

Tính toán tương tự như các bảo vệ so lệch của các phần tử khác trong HTĐ,

điểm khác ở đây là do đường dây dài nên ta cần phải sử dụng hai bộ bảo vệ đặt

ở 2 đầu đường dây để mỗi bộ tác động với máy cắt của mình Các bảo vệ này

liên lạc với nhau qua kênh thông tin như cáp quang , dây dẫn phụ hay kênh vô

tuyến v.v …

-Bảo vệ khoảng cách

Bảo vệ khoảng cách đường dây với nhiều cấp và nhiều vùng tác động, các vùng

phía trước (tính từ thanh cái vào đường dây ) đóng vai trò dự phòng cho vùng kế

tiếp nó Thường thì sơ đồ bảo vệ theo 3 cấp Cấp 1 là bảo vệ chính, vùng tác động

thường chiếm 80 – 85% chiều dài đường dây cần bảo vệ Chức năng chính của bảo

vệ cấp 2 là bảo vệ vùng chết và dự phòng cho bảo vệ cấp 1, còn bảo vệ cấp 3 làm

nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ cấp 1 và cấp 2 trễ 1 khoảng thời gian thích hợp

Để đảm bảo điều kiện chọn lọc của bảo vệ thì giá trị tổng trở của bảo vệ vùng 1

phải nhỏ hơn tổng trở của dây dẫn được bảo vệ, 1

k : hệ số dự trữ, tính đến sự tác động không chính xác của bảo vệ và điện trở

quá độ của điểm sự cố, thường thì k 1 0,8 0,85

Bảo vệ cấp 2 của đường dây AB và BC có cùng thời gian trễ t2A t2B, vì vậy để

đảm bảo chọn lọc cần phải có sự kết hợp theo điều kiện khởi động:

nh I

kdA

Z k

 Bảo vệ quá dòng điện

Việc kết hợp bảo vệ dòng điện cực đại và cắt nhanh cho phép nâng cao hiệu quả

của các bảo vệ bảo vệ I>> làm nhiệm vụ cắt nhanh ngắn mạch trong vùng cắt

nhanh của bảo vệ,

Dòng khởi động cắt nhanh

Bảo vệ không tác động (tính chọn lọc) khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì

dòng khởi động phải lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài max

Căn cứ vào dòng điện khởi động của rơ le, ta chỉnh định giá trị gần nhất của bảo

vệ cắt nhanh I dR Giá trị dòng điện thực tế mà rơ le tác động:

dR i kdCN

sd

I n I

k



Vì bảo vệ không tác động khi ngắn mạch ngoài vùng tác động nên không cần xét

đến giá trị trở về

Độ nhạy của bảo vệ:

.min

N nh kdCN

I k I

Rơ le không tác động khi phụ tải cực đại I kd I lv m ax

Rơ le sau khi tác động phải trở về 1 cách chắc chắn hay giá trị dòng trở về phải lớn

hơn dòng làm việc ở chế độ sau sự cố I tv I lv sau sc .

Khi xảy ra ngắn mạch thì điện áp giảm thấp, động cơ ngừng quay, khi sự cố được

giải trừ thì động cơ bắt đầu mở máy Vây dòng làm việc sau sự cố:

lv sau sc mm lv

I k I (hệ số mở máy k mm  2 3,5

Vì giá trị dòng trở về phải nhỏ hơn giá trị dòng khởi động nên giá trị trở về phải

tin cậy, chắc chắn (k  tc 1,1 1, 2 ) Như vậy

I k I

 nên kd tv

tv

I I k

ax

tc kdR sd mm lv m

Sau đó ta chọn giá trị I dR gần nhất với thang đo dòng điện phía trên

Vậy giá trị thực tế mà bảo vệ tác động

dR i kdI

sd

I n I

I : dòng ngắn mạch nhỏ nhất ở phía cuối vùng bảo vệ

Giá trị cho phép của độ nhạy: k  nh 1,5 đối với bảo vệ chính và k  nh 1, 2 đối với

vùng bảo vệ dự phòng

Vùng tác động bảo vệ cắt nhanh:

Vùng tác động bảo vệ quá dòng:

4 Tính toán thông số cho bảo vệ so lệch dọc của MBA dùng BIBH.

Sơ đồ của bảo vệ:

S

ISL IH

0,016 0,42

N

1 2

N ' min

Chọn BI theo dòng định mức của MBA:

Ta đi xác định dòng định mức ở 2 phía của MBA

3 1

i

Chọn sơ đồ nối dây thứ cấp BI: vì MBA có tổ nối đây Y0/Y0-12 nên ta chọn sơ đồ đấu thứ

cấp BI hình sao đủ, k  sd 1,

Giá trị thực dòng điện thứ cấp của các BI là:

dm sd T

dm sd T

I  k I , chọn k  tc 1, 25 Thay vào ta được:I kd 1, 25.117,1 146,375( ) A

Dòng điện khởi động của Rơ le:

2

0,976( )150

kd sd kdR

Chọn giá trị đặt cho rơ le:I dR 1( )A

Dòng điện thực tế của rơ le so lệch: kd SL dR. 2 1.1501 150( )

Ta kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

6,647150

Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết

5 Tính toán thông số khởi động cho bảo vệ dòng điện cực đại có hướng và cắt

Phân tích đặc tính thời gian tác động của các bảo vệ trên sơ đồ, ta nhận thấy cần đặt

bộ phận định hướng công suất cho bảo vệ 4 và 7

 Tính toán dòng cưỡng bức trên các đoạn đường dây:

- Giả sử đứt đoạn L3( hoặc MC8 mở )

Dòng điện chạy trên đoạn L2:

3

2 ax 2

10.10

262, 43( )

PT m L

- Giả sử đứt đoạn L1( hoặc MC3 mở )

Dòng điện chạy trên đoạn L2:

3

1 ax 2

8.10

209,94( )

PT m L

- Giả sử đứt đoạn L2( hoặc MC5, MC6 mở)

Dòng điện chạy trên đoạn L1:

3

1 ax 1

8.10

209,94( )

PT m L

Dòng điện chạy trên đoạn L3:

3

2 ax 3

10.10

262, 43( )

PT m L

L dmS

iL L dmT

I n I

5( )

L dmT

L dmS

iL L dmT

I n I

L dmS

iL L dmT

I n I

Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chê độ cực đại để tính toán thông số cài đặt

cho các bảo vệ, tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chế độ cực tiểu để xác định độ

nhạy của bảo vệ

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

- Tính dòng ngắn mạch tại các điểm ở chê độ cực đại.

Sơ đồ thay thế cho điểm ngắn mạch tại N1:

1 2 0,0087 0,42

N1 E

3 0,161

4 6,905

0,0087 0,42

N1

3 0,161

4 6,905

0,0104 0,42

N1

3 0,483

4 20,715

Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch X1 X2

 Tính toán thông số cài đặt cho các bảo vệ đường dây

Chọn rơle số có hệ số trở về ktv= 0,98 Dự định mắc BI theo sơ đồ sao đủ và role

định hướng công suất theo sơ đồ 900

- Bảo vệ dòng điện cực đại

 Tính toán cho bảo vệ BV3

Bảo vệ quá dòng cực đại

'

1max 1

Chọn giá trị đặt cho role I dBV3 10,5( )A

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ dòng cực đại

1

3 3

1050 ( )1

Theo tính toán ở trên, ta thấy bảo vệ BV3 không đảm bảo độ nhạy, vậy ta phải giảm giá

trị đặt cho Rơle xuống để đảm bảo đủ độ nhạy như sau:

350( )1