Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV.DOC

N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Chơng 1: Giới thiệu trạm biến áp 3 Chơng 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle 8 Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 9 Đ2.2. Các đại lợng cơ bản 9 Đ2.3. Điện kháng các phân tử 9 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ 11 Đ2.5. Tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ 19 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện 29 Chơng 3: Lựa chọn phơng thức bảo vệ 33 3.1. Các dạng h hỏng thờng xảy ra đối với máy biến áp. 33 3.2. Các tình trạng làm việc không bình thờng của máy biến áp. 33 3.3. Yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ 33 3.4. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp 34 Lớp HTĐ 1 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Chơng 4: Giới thiệu tính năng và thông số các rơle đợc sử dụng 42 Đ1. Bảo vệ máy biến áp 42 1. Bảo vệ so lệch máy biến áp rơle 7UT513 42 Đ2. Bảo vệ quá dòng có thời gian rơle SIPROTEC 7SJ600 56 Chơng 5: Chỉnh định các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 66 5.1. Các thông số cần thiết cho việc tính toán bảo vệ 66 5.2. Chỉnh định bảo vệ so lệch dùng rơle 7UT513 66 5.3. Kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của rơle so lệch 73 5.4. Chỉnh định bảo vệ quá dòng điện dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 80 5.5. Chỉnh định bảo vệ quá tải nhiệt dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 84 5.6. Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở dây nối trung tính của máy biến áp với đất dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 86 5.7. Bảo vệ quá áp thứ tự không chống chạm đất phía 35kV và 10kV (59N/U 0 >) 87 Lời nói đầu Trạm biến áp là một mắt xích quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liên kết các hệ thống điện với nhau, liên kết các đờng dây truyền tải và đờng dây phân phối điện năng đến các phụ tải. Lớp HTĐ 2 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Các thiết bị lắp đặt trong trạm biến áp đắt tiền, so với đờng dây tải điện thì xác suất sảy ra sự cố ở trạm biến áp thấp hơn, tuy nhiên sự cố ở tram sẽ gây lên những hậu quả nghiêm trọng nếu không đợc loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác. Ngoài những dạng sự cố thờng xảy ra trong hệ thống nh: Ngắn mạch, quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra đối với MBA nh: Rò dầu, quá bão hoà mạch từ v.v Nguyên nhân gây ra h hỏng, sự cố đối với các phần tử trong trạm biến áp cũng nh trong hệ thống điện rất đa dạng. Do thiên tai lũ lụt, do hao mòn cách điện, do tai nạn ngẫu nhiên, do thao tác nhầm v.v Sự cố xảy ra bất ngờ và bất kỳ lúc nào do đó yêu cầu hệ thống bảo vệ phải làm việc chính xác, loại trừ đúng phần tử hệ sự cố càng nhanh càng tốt. Để nghiên cứu, thiết kế bảo vệ Rơ le cho các phần tử trong hệ thống điện, cần phải có những hiểu biết về những h hỏng, hiện tợng không bình thờng xảy ra trong hệ thống điện, cũng nh các phơng pháp và thiết bị bảo vệ. Nội dung cuốn đồ án tốt nghiệp này là: Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV, gồm 5 chơng. Chơng 1: Mô tả đối tợng đợc bảo vệ và thông số chính. Chơng 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ Rơle Chơng 3: Lựa chọn phơng thức bảo vệ. Chơng 4: Giới thiệu tính năng và thông số các loại Rơle định sử dụng. Chơng 5: Tính toán các thông số của bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Do lần đầu tiên làm nhiệm vụ thiết kế và sự hạn chế của bản thân cũng nh thời gian, cuốn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy VS.GS. Trần Đình Long cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống Điện trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hớng dẫn em trong suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội: Sinh viên Lớp HTĐ 3 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Chơng 1 Giới thiệu trạm biến áp Hng Đông 1.1. Quá trình xây dựng và vận hành. Trạm biến áp Hng Đông trực thuộc Công ty truyền tải Điện I Việt Nam, nằm ở địa phận phía tây bắc thành phố Vinh Tỉnh Nghệ An. Trạm có nhiệm vụ cung cấp điện cho tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một phần của tỉnh Quảng Bình. Nó là trạm liên lạc, kết nối giữa miền Bắc và Miền Trung trong hệ thống điện Việt Nam. 1.2. Các thiết bị chính của trạm. Trạm biến áp Hng Đông nhận nguồn từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình qua 2 trạm Rịa và Thanh Hoá trên đờng dây 271. 1.2.1. Máy biến áp (MBA). Trạm hiện có 2 MBA tự ngẫu AT3 và AT4 có cống suất định mức của mỗi máy là 125.000 KVA. Điện áp định mức 115/ 38,5/ 10,5 KV. 1.2.2. Máy cắt điện (MCĐ). Trong trạm hiện nay đang sử dụng các (loại) máy cắt: 4 MCĐ loại FXT - 14 dùng cho phía điện áp 220KV 8 MCĐ loại FXT - 11 dùng cho phía điện áp 110kV 10 MCĐ loại C-35M-630 loại nhiều dầu dùng cho phía điện áp. 12 MCĐ loại BM -10 dùng cho phía điện áp 10kV 1.3. Hệ thống đờng dây. - Trạm có 5 đờng dây 110kV đi ra, đó là: 172 đi Đô Lơng Nghệ An. 171 đi Linh Cảm Hà Tĩnh. 174 đi thị xã Hà Tĩnh. 173 đờng dây kép đi Bến Thuỷ Nghệ An. - Trạm có 7 đờng dây 35 KV đi ra, đó là: 373 cấp cho huyện Nghi Lộc 374 cấp cho huyện Thanh Chơng 375 cấp cho huyện Huỷ Nguyên 376 cấp cho huyện Nam Đàn 377 cấp cho huyện Diễn Châu 378 cấp cho thành phố Vinh 379 cấp cho thị xã Cửa Lò. Lớp HTĐ 4 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV - Ngoài ra trạm còn có 9 đờng dây cung cấp cho các khu vực trong thành phố vinh và các vùng lân cận khác. 1.4. Hệ thống bảo vệ Rơle và tự động hoá. 1.4.1. Hệ thống bảo vệ Rơle phía 220 KV. Đờng dây dùng loại 7SA513 của hãng Siemens và 67-67N của hãng GECALSTOM. Máy biến áp AT3 và AT4: Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM Bảo vệ dự phòng: 67 - 67N của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ rơ le hơi, dòng dầu, mức dầu. 1.4.2. Hệ thống bảo vệ Rơ le phía 110kV: Đờng dây dùng loại: 7SA511 của hãng Siemens 7SJ 513 của hãng Siemens 67-67N của hãng GEC ALSTHOM. Máy biến áp T1 và T2. Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ dự phòng: 67 N của hãng GEC ALSTHOM Bảo vệ rơ le dầu, dòng dầu, mức dầu. Bảo vệ quá dòng phía 35 KV và 10kV dùng loại 50/51 của hãng GEC ALSTHOM. 1.4.3. Hệ thống tự động hoá. Điều khiển đóng cắt MCĐ Điều chỉnh điện áp các MBA Tự động sa thải phụ tải. Tự khởi động hệ thống quạt mát cho MBA. 1.5. Các thông số chính của máy biến áp. 1.5.1. máy biến áp AT3 và AT4. Tổ đấu dây tự ngẫu / -0-11. Công suất định mức các cuộn dây: Cao 125000 KVA Trung 125000 KVA Hạ 63000 KVA Điện áp định mức các cuộn dây: Lớp HTĐ 5 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Cuộn cao áp : 230 KV Cuộn trung áp : 121 KV Cuộn hạ áp : 10,5 KV. Điện áp ngắn mạch: Cao - Trung : 11,1% Trung - Hạ : 27,6% Cao - Hạ : 42,9%. Tổn hao ngắn mạch. Cao - Trung : 322 KW. Trung - Hạ : 276 KW. Cao - Hạ : 299 KW. Chế độ làm việc của trung tính: Nối đất trực tiếp. 1.5.2. Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây T1 và T2. Tổ đấu dây: N - y - d11 Công suất định mức các cuộn dây: Cao : 2500 KVA Trung : 2500 KVA Cao : 2500 KVA Dòng điện định mức Cao : 125,5 (A) Trung : 375 (A) Cao : 1312 (A) Điện áp định mức các cuộn dây: Cao : 115 KV Trung : 38,5 KV Cao : 10,5 KV Điện áp ngắn mạch U N %. Cao - Trung : 10,25% Trung - Hạ : 17,89% Cao - Hạ : 6,25%. Tổn hao ngắn mạch: Cao - Trung : 128,47 KW Trung - Hạ : 139,61 KW Cao - Hạ : 108,3 KW. Nấc điều chỉnh điện áp: 9 . 1,78%. 1.6. Sơ đồ nối điện máy biến áp T 1 và T 2 . Lớp HTĐ 6 10KV 350KV CST 2 CS1T 1 T 1 T 2 C D H Q 110KV N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Chơng 2 Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơ le Tính toán ngắn mạch tại các vị trí trên sơ đồ nhằm tìm ra dòng sự cố (ngắn mạch) lớn nhất và nhỏ nhất đi qua vị trí đặt bảo vệ, phục vụ cho chỉnh định và kiểm tra độ nhạy của bảo vệ. Đối với trạm thiết kế bảo vệ phải tính dạng ngắn mạch nh sau: Để tìm dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 3 pha N (3) , ngắn mạch một pha N (1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1) . Để tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 2 pha N (2) , ngắn mạch một pha N (1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1) . Khi tính ngắn mạch sử dụng các giả thiết. Coi tần số là không thay đổi trong thời gian ngắn mạch. Bỏ qua hiện tợng bão hoà của mạch từ trong lõi thép các phần tử. Bỏ qua ảnh hởng của phụ tải đối với dòng ngắn mạch. Bỏ qua điện trở của các phần tử. Cọi phía 35 KV của máy biến áp trung tính cách điện hoàn toàn với đất. Lớp HTĐ 7 N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch. Đ2.2. Các đại lợng cơ bản. Chọn công suất cơ bản: S cb = 100 MVA Chọn điện áp cơ bản: U cb = U Tb các cấp Vậy: U Cb1 = 115 KV; U Cb2 = 37 KV; U Cb3 = 10,5 KV Chọn : E HT = 1. Đ2.3. Điện kháng của các phần tử. Điện kháng các phần tử đợc tính trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản (Tđcb ký hiệu: cb) 1. Điện kháng hệ thống. Theo tài liệu tính toán ngắn mạch của Trung tâm Điều độ Miền Bắc (A1) đối với trạm biến áp Hng Đông, tại thanh cái 110kV có: S N max = 338 MVA ; Z 0 / Z 1 = 0,75 S N min = 283 MVA. Giá trị điện kháng thứ tự thuận. Chế độ hệ thống cực đại: X HTmax (*cb) = 338 100 max = N cb S S = 0, 296. Chế độ hệ thống cực tiểu: Lớp HTĐ 8 110KV BI1 B1 B2 BI2 BI3 N 2 10KV 35KV N 3 N 1 283 100 min = N cb S S N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV X HTmin (*cb) = = 0, 353. Giá trị điện kháng thứ tự không. Chế độ hệ thống cực đại: X OHTmax (*cb) = 0,75 . X HTmax (*cb) = 0,75 . 0,296 = 0,222. Chế độ hệ thống cực tiểu. X OHTmin (*cb) = 0,75 . X HTmin (*cb) = 0,75 . 0,353 = 0,265. 2. Điện kháng của máy biến áp: (MBA) %14,7%)25,10%98,17%64,6( 2 1 %%%( 2 1 % 0%45,0%)98,17%64,6%25,10( 2 1 %%%( 2 1 % %75,10%)64,6%98,17%25,10( 2 1 %%%( 2 1 % =+= += =+= += =+= += TC N HC N HT N H N HC N HT N TC N T N HT N HC N TC N C N UUUU UUUU UUUU Điện kháng các cuộn dây: 25.100 100.75,10 .100 %. )(* == dmB cb C N C cbB S SU X = 0,430 X T B(*cb) = 0 vì U T N % 0 25.100 100.14,7 .100 %. )(* == dmB cb H N H cbB S SU X = 0,285 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ. Để tính dòng ngắn mạch đợc đơn giản thì trong quá trình viết các đại lợng điện kháng ta bỏ ký hiệu (*cb). Dòng I Nmax qua bảo vệ đợc tính với: . Công suất của hệ thống cung cấp là cực đại (ứng với X HTmax ) . Trạm biến áp có một máy làm việc hoặc 2 máy làm việc độc lập. Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch: Lớp HTĐ 9 HTĐ 110KV 35KV 10KV N 3 N 1 N 2 BI I (n) N3 BI I (n) N2 I (n) N1 BI N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch 2.4.1. Ngắn mạch tại thanh cái 110kV (N 1 ). Tại điểm ngắn mạch N 1 do trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp nên cần tính các dạng ngắn mạch N (3) , N (1) , N (1,1) . . Sơ đồ thay thế. Hình 2.3: Sơ đồ thay thế các thứ tự a) thuận b) Nghịch c) Không Trong đó: X 1 = X 2 = X HTmax = 0,296 X 1 = H OHTmax = 0,222 X 2 = X C B = 0,43 X 3 = X H B = 0,285 Lớp HTĐ 10 X 1 0,296 N 1 a) X 2 0,296 N 1 b) X 0 0,17 N 1 X 1 0,222 N 1 X 2 0,43 ( ) X 3 0,285 () c) [...]... cậy: Khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã đợc xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã đợc xác định 3.4 Các bảo vệ đặt cho máy biến áp Trạm biến áp cần bảo vệ là trạm phân phối với hai máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 110/35/10kV làm việc song song, công suất mỗi máy là 25MVA 3.4.1 Các bảo vệ đặt cho máy biến áp Lớp30 HTĐ... đồ phơng thức bảo vệ MBA 1: Quá dòng điện cắt nhanh (50) 2: Quá dòng có thời gian (51) 3: Quá dòng thứ tự không (51N) 4: Bảo vệ so lệch có hãm (87T) 5: Bảo vệ r le nhiệt (49) 6,7: Bảo vệ r le khí (1,2) Lớp32 HTĐ N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV 3.4 Nguyên lý hoạt động của các loại bảo vệ a Nguyên lý hoạt động của r le khí Bình giãn dầu Chỗ đặt rơ le khí Thùng biến áp Hình 3.4.1 Rơ le khí làm việc... hoặc dầu, giảm tải máy biến áp, cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống nếu nhiệt độ của máy biến áp tang quá mức cho phép 5) Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở phía trung tính máy biến áp Bảo vệ này dùng chống ngắn mạch đất phía 110kV Thời gian tác động của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bộc thay 51N 3 I.> RK1 RK2 6 7 110KV 1 I>> 2 I> 4 I 35KV I>> 5 I> Lớp31 HTĐ 10KV I> I>> N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV... thờng dòng qua rơ le có giá trị nhỏ hơn giá trị dòng khởi động (IKđ) của r le, khi đó rơ le không làm việc Lớp35 HTĐ N TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV Khi có sự cố trong phạm vi bảo vệ của r le, dòng qua sơ le tăng lên, nếu dòng này vợt quá dòng khởi động thì rơ le sẽ tác động Đối với r le quá dòng điện cắt nhanh: Khi dòng điện I kđbv qua bảo vệ tăng đến I > Ikđbv bảo vệ tác động cắt máy cắt tức thời... máy biến áp 3.3 Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ - Tác động nhanh: hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cách nhanh nhất, giảm đợc mức độ h hỏng của thiết bị - Chọn lọc: Các bảo vệ cần phải phát hiện và loại trừ đúng phần tử hệ sự cố ra khỏi hệ thống - Độ nhạy: Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số độ nhạy không thấp hơn 1,5, các bảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không... Km: Hệ số mở máy Km = 2 ữ 5 KV: Hệ số trở về KV = 0,8 ữ 0,9 đối với rơ le cơ, KV = 1 đối với rơ le tĩnh INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho bảo vệ tác động đợc d Nguyên lý làm việc của vảo vệ quá dòng điện thứ tự không đạt ở trung tính máy biến áp Bảo vệ này dùng để chống các dạng ngắn mạch chạm đất phía 110kV (H.3.4.2) Trong chế độ bình thờng, nếu hệ thống có 3 pha hoàn toàn đối... đối với dòng không cần bằng xuất hiện khi đóng máy biến áp không tải vào lới điện hoặc cắt ngắn mạch ngoài, bão hoà mạch từ của BI Đảm bảo độ nhạy với các sự cố trong khu vực bảo vệ Có biện pháp ngăn chặn tác động nhầm của bảo vệ so lệch khi dòng điện từ hoá tăng cao 3) Bảo vệ quá dòng điện: (51/I>) (50/I>>) Bảo vệ phía 110kV làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch, làm việc với 2 cấp tác động: cấp... TT NGHIP BO V R LE TRM BIN P 110KV 1) Bảo vệ rơ le khí: Chống lại các h hỏng bên trong thùng dầu nh chạm chập các vòng dây đặt trong thùng dầu, rò dầu Bảo vệ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động của dòng dầu trong thùng 2) Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm tác động nhanh (87T/I) đợc sử dụng làm bảo vệ chính cho máy biến áp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạm đất Bảo vệ cần thoả mãn... thép Vỏ máy biến áp hỏng dẫn đến mức dầu trong máy biến áp tụt quá mức cho phép gây nên phát nóng cục bộ 3.2 Các tình trạng làm việc không bình thờng của máy biến áp Dòng điện trong các cuộn dây tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải, nếu dòng này tăng quá mức cho phép trong một thời gian dài sẽ làm lão hoá cách điện dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp Các sự cố liên quan đến đầu máy biến áp 3.3 Các... cấp tác động có thời gian Cấp tác động có thời gian phải phối hợp tác động với các bảo vệ phía 35kV, 10kV Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 35kV và 10kV làm việc có thời gian và đợc phối hợp với bảo vệ quá dòng phía 110kV 4) Bảo vệ chống quá tải Bảo vệ đợc đặt ở các phía của máy biến áp nhằm chống quá tải cho các cuộn dây R le làm việc với đặc tính thời gian phụ thuộc và có nhiều cấp tác động: Cảnh báo, khởi . bình thờng xảy ra trong hệ thống điện, cũng nh các phơng pháp và thiết bị bảo vệ. Nội dung cuốn đồ án tốt nghiệp này là: Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV, gồm 5 chơng. Chơng. thiệu tính năng và thông số các r le đợc sử dụng 42 Đ1. Bảo vệ máy biến áp 42 1. Bảo vệ so lệch máy biến áp r le 7UT513 42 Đ2. Bảo vệ quá dòng có thời gian r le SIPROTEC 7SJ600 56 Chơng. hãng GECALSTOM. Máy biến áp AT3 và AT4: Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM Bảo vệ dự phòng: 67 - 67N của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ rơ le hơi, dòng dầu, mức dầu. 1.4.2. Hệ thống bảo vệ Rơ le phía 110kV: Đờng