Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỀ BÀI Cho Hệ thống điện như hình vẽ I. Các thông số Hệ thống S Nmax (MVA) 2000 S Nmin (MVA) 1750 X 0HT /X 1HT 1 Máy biến áp S Bđm (MVA) 40 U 1 /U 2 : 115/24kV, tổ dấu dây Y N /y n - 12 U N % 12,5% Đường dây Chiều dài 10 Loại dây AC - 185 X 0L /X 1L 2,5 Phụ tải P max (MW) 9 Cosφ 0,88 t p 0,5 Tổng trở AC - 185 0,20+j0,394 Đặc tính thời gian tác động Với và TMS là hằng số thời gian đặt, độ lệch thời gian giữa các bảo vệ II. Nội dung Tính toán bảo vệ cho lưới điện đã cho 1. Chọn các BI phục vụ cho bảo vệ. 2. Xây dựng các phương thức bảo vệ cho các máy biến áp B1, B2 và đường dây L 3. Trình bày các nguyên lí bảo vệ rơ le sử dụng trong phương thưc bảo vệ cho các đối tượng trên 4. Tính toán ngắn mạch 5. Tính toán các thông số bảo vệ so lệch dòng điện, quá dòng cắt nhanh, quá dòng cực đại và bảo vệ chống chạm đất cho máy biến áp 6. Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng cực đại, quá dòng thứ tự không đặt cho đoạn đường dây L 7. Kiểm tra sự làm việc của các bảo vệ cho các đối tượng nói trên. Page | 1 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. MỤC LỤC Page | 2 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. CHƯƠNG I : CHỌN CÁC BI. Máy biến dòng điện (BI): có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp bất kì về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A hoặc 5A) và cách ly mạch thứ cấp của bảo vệ với điện áp cao và dòng điện lớn ở phía sơ cấp. Điều kiện chọn BI: + Dòng điện định mức: dmTI dmm I I≥ . + Điện áp định mức: . dmTI dmm U U≥ + Phụ tải thứ cấp 2 2dmTI tt S S≥ . + Hệ số ổn định lực điện động 2. xk odd dmI i k I ≥ . + Lực cho phép trên đầu sứ TI 2 2 . 0,88.10 . xk cp i l F a − ≥ . + Bội số ổn định nhiệt mod . gh odn dmTI d n I t k I I ∞ ≥ . Trong đó: - : odd k hệ số dòng điện ổn định động, thông số này do nhà chế tạo quy định. - :a là khoảng cách giữa các pha. - :l khoảng cách từ máy biến dòng đến sứ đỡ gần nhất. - : odn k là hệ số dòng ổn định nhiệt, thông số này do nhà chế tạo quy định. Ta thấy trên sơ đồ lưới đã cho ta cần sử dụng 5 BI dùng để bảo vệ trong đó có 4 BI dùng để bảo vệ máy biến áp B1, B2 và 1 BI dùng để bảo vệ cho đường dây L. Tuy nhiên ta thấy hai máy biến áp giông nhau, đấu song song với nhau nên BI ở hai đầu sơ cấp và thứ cấp của 2 máy đều như nhau. - Ta có công thức xác định tỷ số biến đổi của máy biến dòng như sau: Page | 3 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. Trong đó : I S : Dòng điện phía sơ cấp của BI I T : Dòng điện phía thứ cấp của BI - Chọn BI 1 ở phía cao áp của máy biến áp: Dòng điện phia cao áp của máy biến áp ở trong chế dộ làm việc bình thường của BI 1 là: 3 40 10 200.82 3 3 115 dmB cdm S I A U × = = = × Dòng sơ cấp khi máy biến áp làm việc ở chế độ max được tính bằng biểu thức sau: 1 max BI lv qt I k I= × Với k qt : Là hệ số quá tải của máy biến áp (k qt = 1,4) 1 max 1.4 200.82 281.15 BI lv qt I k AI = × == × Vậy ta chọn BI có có I S =300A, I T =5A và điện áp danh định 115 kV Khi đó ta có 1 300 60 5 s T BI n I I = = = - Chọn BI 2 ở phía hạ áp của máy biến áp: Dòng điện làm việc lớn nhất phía hạ của máy biến áp BI 2 là: 3 2 max 40 10 1.4 1.4 1347.15 3 3 24 BI dmB lv hdm S I A U × = × = × = × Vậy ta chọn BI 2 có I S =1500A, I T =5A và điện áp danh định 24kV. Khi đó ta có 2 1500 300 5 s T BI n I I = = = - Chọn BI3 Do máy biến áp B2 xét đến khi vận hành song song hai MBA hoặc xảy ra sự cố cắt 1 MBA và không xét đến sự cố xếp chồng nên ta không xét đến trường Page | 4 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. hợp quá tải mà chỉ tính toán dòng điện làm việc chạy qua máy biến ap (B2) khi phụ tải cực đại. Dòng điện lớn nhất chạy qua BI3 là: 3 3 max max 9 10 51,35 3 cos 3 115 0,88 BI lv Cdm P I A U ϕ × = = = × × × Vậy ta chọn BI 3 có I S =55A, I T =5A và điện áp danh định 115kV. Khi đó ta có 3 55 11 5 s T BI n I I = = = - Chọn BI4 Dòng điện lớn nhất chạy qua BI4 là: 3 4 max max 9 10 246,03 3 cos 3 24 0,88 BI lv Cdm P I A U ϕ × = = = × × × Vậy ta chọn BI 4 có I S =250A, I T =5A và điện áp danh định 24kV. Khi đó: 4 250 50 5 s T BI n I I = = = - Chọn BI 5 cho đương dây L Dòng điện chạy lớn nhất chạy trên dường dây L là: max 3 max max 9 cos 0,88 10 268,40 3 3 22 3 22 Llv dm P S I A U ϕ = = = × = × × Dòng điện lớn nhất chạy qua BI 5 là : 5 max 268,40 BI lv I = Vậy ta chọn BI 5 có I S =300A, I T =5A và điện áp danh định 24kV. Khi đó ta có 5 300 60 5 s T BI n I I = = = Page | 5 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. CHƯƠNG II : XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ MÁY BIẾN ÁP. 1. Các phương thức bảo vệ cho máy biến áp B1 và B2 - Bảo vệ chính: Bảo vệ chống lại sự cố trong MBA dùng: bảo vệ so lêch và rơ le khí - Bảo vệ dự phòng: Bảo vệ chống lại các sự cố ngoài MBA dùng: bảo vệ quá dòng (bảo vệ khoảng cách. - Bảo vệ chống sự cố chạm đất dùng: quá dòng thứ tự không, so lệch thứ tự không - Bảo vệ quá tải dùng : quá tải dòng điện, rơ le nhiệt độ. - Bảo vệ bão hòa mạch từ.  Sơ đồ bảo phương thức bảo vệ cho hai máy biến áp B1 và B2 (hình 1.1): Hình 1.1: Bảo vệ cho máy biến áp. 2.1. Các phương thức bảo vệ cho đường dây L: Đường dây L là đường dây trung áp (22kV) nên ta sử dụng các loại bảo vệ sau: - Bảo vệ quá dòng cực đại và bảo vệ quá dòng cắt nhanh ( với đặc tính độc lập và phụ thuộc). - Bảo vệ quá dòng điện có hướng. - Bảo vệ so lệch có hãm.  Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây L (hình 1.2): Page | 6 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. Hình 1.2 : Bảo vệ cho đường dây. Page | 7 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. CHƯƠNG III : TRÌNH BÀY CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE SỬ DỤNG. 1. Nguyên lí so lệch dòng điện. Nguyên tắc tác động: là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tác so sánh biên độ của dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu biên độ của dòng điện vượt quá giá trị cho trước thì bảo vệ sẽ tác động. Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của hai tổ máy biến dòng ở đầu và ở cuối phần tử được bảo vệ , từ đó nhận được tín hiệu dòng điện để so sánh. Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lí bảo vệ so lệch có hãm Dòng điện so lệch: I SL = I T1 – I T2 Dòng điện hãm : I H = I T1 + I T2 Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 1 2 – SL T T H SL I I I I I > =  ⇒   bảo vệ không tác động. Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 1 2 – SL T T H SL I I I I I < =  ⇒   bảo vệ sẽ tác động. 2. Nguyên lí của rơ le khí. Page | 8 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. Ở trong 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 , khí tập trung lên phía trên của bình rơ le dẩy phao số 1 xuống, rơ le gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo. Nếu khí bốc ra mạnh luồng dầu vận chuyển từ bình lên thùng 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 rơ le hạ xuống thấp do dầu bị dò dỉ hoặc thùng biến áp bị thủng. Để rơ le khí làm việc được dễ dàng người ta tạo một độ nghiêng nhất định của ống dẫn dầu so với mặt phẳng nằm ngang. Goc nghiêng ở khoảng từ 2- 5 0 đối với rơ le khí có 1 phao, từ 3-7 0 đối với rơ le có 2 phao. Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên bình dầu rơ le từ 100- 250cm 3 , cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơ le. 3. Nguyên lí quá dòng điện. Nguyên tắc tác động: Nguyên lý quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử bảo vệ vượt quá giá trị dòng điện lâu dài cho phép. Quá dòng điện có thể do ngắn mạch hoặc quá tải. Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng chia làm hai loại: - Bảo vệ quá dòng cực đại – kí hiệu 51,51N hoặc I > , I 0> . - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh – kí hiệu 50, 50N hoặc I >> , I 0>> .  Bảo vệ quá dòng cực đại: I> t 1 t 0 t t K t I I I I N kd V lvmax 2 V a b lvmax .I I D1 I> t 2 I> t 2' D2 D3 a) b) Page | 9 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. Hình 1.4. Bảo vệ quá dòng cực đại (a- sơ đồ nguyên lý; b- chọn dòng điện khởi động). - Dòng điện khởi động của rơle quá dòng có thời gian được chọn theo I lvmax đi qua phần tử bảo vệ: max . . at mm kd lv tv k k I I k = Trong đó: k at : là hệ số an toàn , thường lấy k at = 1,1 ÷ 1,2. k mm : là hệ số mở máy, thường lấy k mm = 2 ÷ 5. k tv : là hệ số trở về, thường lấy k v = 0,85÷0,9 với rơle điện cơ,k tv =1 đối với rơ le số. I lvmax : dòng điện cực đại của đường dây bảo vệ. Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số máy biến dòng điện TI thì dòng điện khởi động của rơle bằng: max . . . . at mm sd kdR lv i tv k k k I I n k = - Thời gian của bảo vệ được chọn theo nguyên tắc từng cấp, thời gian của hai bảo vệ kề nhau được chọn lớn hơn nhau một lượng Δt . Có thể chọn thời gian theo nguyên tắc độc lập hoặc phụ thuộc. - Thời gian tác động: Theo nguyên tắc bậc thang từng cấp là bảo vệ phía trước gần nguồn hơn sẽ tác động sau bảo vệ phía sau-xa nguồn hơn 1 khoảng thời gian trễ định trước. t i= t i+1 +t với t=0.3 0.5s - Có 2 loại đặc tính thời gian: Đặc tính thời gian độc lập :thời gian làm việc của bảo vệ không phụ thuộc vào trị số dòng điện chạy qua bảo vệ.(hình a) Đặc tính thời gian phụ thuộc : thời gian làm việc của bảo vệ tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ. Tức là dòng càng lớn thì thời gian tác động càng ngắn. (hình b) t=f(I t) với I t = N kđ I I với I t là dòng điện phụ thuộc Page | 10 [...].. .Đồ án môn học bảo vệ Rơ le t GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ t (a) (b) I I>,t1 I I>,t 2 A I>,t 3 B t pt C D I (a) t1 = t 2 + t t2= t3 + t t 3 = t pt + t t pt t I (b) t1 t t2 t t3 t t pt -  t Bảo vệ quá dòng cắt nhanh Page | 11 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ D1 D2 I>> I>> a) I max min I kd I Nng.max L CN min L CN Lmax b) Hình 1.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ( a- sơ đồ nguyên lý;b-... rơ le số, chọn kv = 0,85 Page | 33 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ Ilvmax : dòng điện cực đại của đường dây bảo vệ I Llv max = 268,40 A Khi đó: I kdI > = 1,1 × 2 × 268, 40 = 694,68 A 0,85 Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính phụ thuộc : t= 0,14 TMS I −1 I* = 0,02 * IN I kdI > Trong đó: TMS : Là thời gian đặt của rơ le a) IN: Dòng ngắn mạch chạy qua rơ le Đặc tính thời gian làm việc trong... mạch trong hệ đơn vị có tên là: ( n I Nn ) = I*( N) × Scb 3 × U cb 4.2.1 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận của hệ thống - Sơ đồ thứ tự nghịch - max Sơ đồ thay thế thứ tự không  Tính ngắn mạch tại điểm N1: Page | 18 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ Điện kháng tổng của sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không  X 1Σ = X 1 = 0,02  ,... ( dòng điện chạy trong cuộn dây trung tính của máy biến áp ) Ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì toàn bộ dòng chạm đất chạy qua rơ le tạo ra dòng so lệch lớn làm cho rơ le tác động Nguyên lí bảo vệ chống quá tải máy biến áp a Sử dụng rơ le quá tải dòng điện, - Là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá 1 giá trị định trước - Thời gian tác động phụ thuộc vào dòng điện quá... tính toán như sau: INmin N4 7,07 N5 4,28 N6 2,89 N7 2,19 N8 1,75 694,68 694,68 694,68 694,68 694,68 (kA) IkdI> (A) Page | 35 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ I* 10,18 6,16 4,29 3,15 2,52 TMS (s) 0,198 0,198 0,198 0,198 0,198 tL (s) 0,584 0,749 0,938 1,194 1,486 Từ kết quả trên ta có đồ thị đặc tính thời gian tác động như sau: c) Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ Độ nhạy của bảo vệ được... Scb 40 = 0,394 × 10 × 2 = 0, 298 2 U cb1 23 X ,0 L = 2,5 × X ,1L = 2,5 × 0,298 = 0,745 - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: - Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch tương tự như sơ đồ thứ tự thuận nhưng không có suất điện động Page | 16 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le - GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ Sơ đồ thay thế thứ tự không Tính toán dòng ngắn mạch 4.2 Các điểm ngắn mạch cần tính là: - Các dạng ngắn mạch mà chúng ta cần xét... của bảo vệ 5.2 Tính toán bảo vệ quá dòng cực đại Dòng điện khởi động của r le quá dòng có thời gian được chọn theo Ilvmax đi qua phần tử bảo vệ: I kd = kat k mm I lv max ktv Trong đó: kat : là hệ số an toàn , thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2, chọn kat = 1,1 kmm : là hệ số mở máy, thường lấy kmm = 2 ÷ 5, chọn kmm = 2 ktv : là hệ số trở về, thường lấy kv = 0,85÷0,9 với r le điện cơ,ktv =1 đối với rơ le số,... ngắn - Không phản ánh được trạng thái của máy biến áp trước khi quá tải b Sử dụng rơ le nhiệt - Phản ánh được trạng thái nhiệt độ của máy biến áp - Có các cảm biến do nhiệt độ, để đo nhiệt độ ở những chỗ nóng nhất trong cuộn dây, dầu, tùy theo mức độ tăng nhiệt mà nó có các cấp tác động khác nhau: Khởi động quạt gió Khởi động bơm dầu Sa thải phụ tải 5 Page | 13 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le - GVHD: TS.Vũ... 2,16 -2,095 4,32 4,19 -1,705 3,41 -1,23 -1,555 2,46 3,11 -1,36 -0,96 -1,24 2,72 1,92 2,48 trong chế độ cực tiểu Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch Page | 24 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le - GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ Sơ đồ thay thế thứ tự không  Tính ngắn mạch tại điểm N1: Điện kháng tổng của sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không  X 1Σ = X 1 = 0,023  ,  X 2 Σ = X 1 = 0,023  X = X ,, = 0,023... Đồ án môn học bảo vệ Rơ le - GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ Nếu tất cả các biện pháp trên mà vẫn không giảm được nhiệt độ thì rơ le sẽ tác động để cắt máy biến áp ra khỏi lưới Page | 14 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Tính giá trị điện kháng của các phần tử trong hệ thống trong các chế độ 4.1 Chọn Scb = 40 MVA, Ucb=Utb ở các cấp điện áp Ucb1=Utb1= 23 kV Ucb2=Utb2= . thuộc). - Bảo vệ quá dòng điện có hướng. - Bảo vệ so lệch có hãm.  Sơ đồ phương thức bảo vệ cho đường dây L (hình 1.2): Page | 6 Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. Hình 1.2 : Bảo vệ. chính: Bảo vệ chống lại sự cố trong MBA dùng: bảo vệ so lêch và rơ le khí - Bảo vệ dự phòng: Bảo vệ chống lại các sự cố ngoài MBA dùng: bảo vệ quá dòng (bảo vệ khoảng cách. - Bảo vệ chống. Đồ án môn học bảo vệ Rơ le. GVHD: TS.Vũ Thị Anh Thơ. ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỀ BÀI Cho Hệ thống điện như hình