thiết kế và tính toán bảo vệ rơle cho mạng lưới 110kV

Với đề tài “ thiết kế và tính toán bảo vệ rơle cho mạng lưới 110kV”, sau một thời gian làm đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy T.S TRẦN QUANG KHÁNH và tài liệu tham khảo : Giáo trình bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện theo tiêu chuẩn IEC. Tác giả TS. Trần Quang Khánh, nhà xuất khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Đến nay về cơ bản em đã hoàn thành đồ án này. Do trình độ và thời gian có hạn nên không thể tránh được những thiếu sót em rất mong được sự chỉ bảo và giúp đỡ của thầy cô để bài làm của em được hoàn thiện hơn đồng thời giúp em nâng cao được trình độ chuyên môn đáp ứng trình độ công tác sau này .

LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đất nước, yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện ngày càng nghiêm ngặt, điều đó đòi hỏi hệ thống bảo vệ rơle phải luôn được cải tiến và hoàn thiện Những thành

tự to lớn của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh cực khác nhau như vật liệu điện, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật vi xử lý, công nghệ thông tin cho phép chế tạo các loại thiết bị rơle hiện đại với nhiều tính năng siêu việt, đảm bảo cho

hệ thống bảo vệ tác động nhanh, nhạy, tin cậy và chọn lọc

Với đề tài “ thiết kế và tính toán bảo vệ rơle cho mạng lưới 110kV”, sau một thời gian làm đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy T.S TRẦN QUANG KHÁNH và tài liệu tham khảo :

Giáo trình bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện theo tiêu chuẩn IEC Tác giả TS Trần Quang Khánh, nhà xuất khoa học và kỹ thuật Hà Nội

Đến nay về cơ bản em đã hoàn thành đồ án này Do trình độ và thời gian

có hạn nên không thể tránh được những thiếu sót em rất mong được sự chỉ bảo và giúp đỡ của thầy cô để bài làm của em được hoàn thiện hơn đồng thời giúp em nâng cao được trình độ chuyên môn đáp ứng trình độ công tác sau này

Em xin trân thành cám ơn !

HÀ NỘI, ngày 25tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Xuân Toàn

YÊU CẦU ĐỒ ÁN:

Tính toán bảo vệ rơle cho mạng điện 110kV gồm các đường dây và trạm biến

áp với sơ đồ:

Máy biến áp mã hiệu TP∏H, có công suất định mức SnB (MVA), máy có

bộ phận tự động điều chỉnh điện áp với ΔUdc=10% Tổ nói của máy biến áp là Y/Δ; hệ số tin cậy lấy bằng 1,3 Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT (MVA) Dây dẫn thuộc lại ACO với tiết diện F mm2 , khoảng cách

trung bùng giữa các dây dẫn là a=5m, chiều dài của các đoạn dây l (km) Tốc

độ gió lớn nhất của môi trường xung quang là v (m/s), thời gian tác động của

bảo vệ nhanh nhất là Δt1=0,5 s dữ liệu tính toán nhận theo 2 số cuối mã số sinh viên

Dữ liệu đường dây Công suất mba, MVA

l 0 F 0 l 1 F 1 l 2 F 2 l 3 F 3 S nB1 S nB2 S nB3 S k.HT v

65 24 0 75 24 0 54 18 5 83 24 0 25 16 16 212 0 37

CHƯƠNG 1: THIẾT LẬP SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH TOÁN VÀ TÍNH TOÁN

NGẮN MẠCH TẠI CÁC ĐIỂM CẦN CHO BẢO VỆ RƠLE

I SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

- Sơ đồ thay thế tính toán là sơ đồ điện mà trong đó các phần tử của mạng điện được thay bằng một tổng trở tương ứng, riêng máy phát và phụ tải được thay bằng 1 điện trở và một suất điện động Đối với sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch ta chỉ cần quan tâm đến các phần tử có liên quan đến tính toán ngắn mạch

- Từ sơ đồ mạng điện đề bài ta có thể thay thế các phần tử như sau:

+) Máy biến áp BA1: RBA1 , XBA1

+) Máy biến áp BA2: RBA2 , XBA2

+) Máy biến áp BA3: RBA3 ,XBA3

- Các biểu thức tính toán điện trở được thực hiện trong hệ đơn vị có tên được thực hiện ở dưới

II TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

1 Tính toán ngắn mạch tại các điểm cần cho bảo vệ role

Số liệu của các đoạn dây và máy biến áp cho trong bảng sau:

Tính tương tự cho các đoạn dây còn lại kết quả ghi trong bảng 1

Dòng điện chạy trên đoạn dây AB bằng tổng các dòng điện của các đoạn dây phía sau:

-Tính toán điện trở trong mạch:

+)Hệ thống: XHT= (Ω)

+) Đoạn dây:

XAB = +) Máy biến áp:

(kA) 1719,2(A)+) Điện trở ngắn mạch tính đến thanh cái C:

+) Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm C:

(kA) 1053,6 (A)+) Điện trở ngắn mạch tính đến điểm K1:

(Ω)+) Dòng điện ngắn mạch ba pha tại điểm K1:

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY

I BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO ĐƯỜNG DÂY

Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT = 2120 (MVA), hệ số tin cậy ktc = 1,3; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,6; thời gian tác động của bảo vệ nhanh nhất là t1= 0,03 (s), phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5 (s)

a) Bảo vệ quá dòng cực đại:

Nguyên lý tác động của bảo vệ dòng điện cực đại

Khi có dòng điện ngắn mạch xảy ra tại điểm N1, dòng điện ngắn mạch Ik1 sẽ chạy qua cả 3 bảo vệ 1,2 và 3, để đảm bảo tính chọn lọc , chỉ

có máy cắt MC1 tác động cắt điểm ngắn mạch ra khỏi mạng Để thực hiện được điều đó cần phải đặt thời gian tác dụng của bảo vệ 1 phải nhỏ hơn của bảo vệ 2, 3 tức là t1< t2<t3 Như vậy theo nguyên lý tác động thì bảo vệ dòng điện cực đại có 2 tham số là dòng khởi động Ikđ và thời gian duy trì của bảo vệ tbv

Tuy bảo vệ này rất tiện lợi nhưng cũng có nhược điểm là cần có thời gian duy trì để đảm bảo sự chọn lọc.Vì vậy bảo vệ này thường đóng vai trò phụ trợ cho các bảo vệ khác có độ nhạy cao hơn

-Căn cứ vào dòng làm việc trên các đoạn dây ta chọn máy biến dòng sao cho dòng định mức sơ cấp lớn hơn dòng làm việc cực đại (II BI > Ilv MAX) Các máy biến dòng được mắc theo sơ đồ hình sao có hệ số sơ đồ ksđ = 1 ;

Dự đinh chọn rơle số với hệ số trở về ktv = 0,98

Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng điện cực đại

-Đối với bảo vệ A ta chọn máy biến dòng có dòng định mức sơ cấp

(A), dòng điện định mức thứ cấp (A) (Vì dòng làm việc của bảo vệ A là IAB = 236,19 (A)) Từ đó suy ra hệ số biến dòng là

-Dòng khởi động của rơle bảo vệ A là:

(A)-Chọn rơle số với dòng đặt của rơle là (A)

-Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:

(A) ;-Độ nhạy của bảo vệ:

Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết

-Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc tin cậy của cuộn cắt:

(A) >

Như vậy máy biến dòng đã chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt

-Xác định thời gian tác động của các bảo vệ:

+)Thời gian tác động của bảo vệ B1:

Bội số dòng ngắn mạch tại điểm B nơi bảo vệ A và bảo vệ B1cùng có thể tác động:

Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn ta có thời gian tác động thực tế của bảo vệ B1 khi có ngắn mạch tại điểm B:

(s) Thời gian đặt của bảo vệ 1 lấy bằng 0,1 (s) (s)

+)Thời gian tác động của bảo vệ B2: tính như trên ta có kết quả :

(s) Xác định độ phân cấp thời gian:

(s) (Đề bài đã cho)Thời gian tác động của bảo vệ A khi có ngắn mạch tại điểm B:

(s)Bội số dòng ngắn mạch của rơle bảo vệ A tại điểm ngắn mạch B:

Thời gian đặt của bảo vệ A:

Tính tương tự cho các đoạn dây khác kết quả ghi trong bảng dưới:

Bảo

S,MVA ILVM Ri Xi Ik ni IKDR ID IKDBV KNH

A 236,34 7,5 30 1,7187 80 6,8763 6,5 520 2,3439B1 25 131,69 6,72 22,4 1,0354 40 6,9354 7,2 288 3,1735B2 10 52,465 6,2 24,8 1,0162 40 2,895 3 120 7,5457B3 10 52,544 5,16 17,2 40

b) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Bảo vệ cắt nhanh, kí hiệu là BVI>> là dạng bảo vệ quá dòng tác dụng

tức thời.Khác với bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ cắt nhanh được

đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động không dựa vào

dòng điện làm việc mà dựa vào dòng điện ngắn mạch lớn nhất ngoài

vùng bảo vệ

-Đối với đoạn dây AB:

Dòng khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định theo dòng

điện ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ, tức theo dòng ngắn mạch

tại điểm B:

(A)Chọn rơle số với dòng đặt của rơle (A)

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là:

(A)

Độ nhạy của bảo vệ:

Để đạt được độ nhạy cần thiết với , bảo vệ cắt nhanh chỉ tác động với dòng ngắn mạch là: (A)

A 6,27 28 2240 0,6677 71,73B1 6,96 35 1400 0,6548 90,554B2 2,785 34 1360 0,6247 76,321

II BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH CHO ĐƯỜNG DÂY

Một trong những nguyên lý bảo vệ có tính chọn lọc cao là dựa trên đặc điểm phân bố điện áp ngắn mạch Điện áp tại điểm ngắn mạch 3 pha bằng không và tăng dần khi càng xa điểm ngắn mạch Nếu đo được tỷ số U/Ik thì

sẽ biết được điện trở ngắn mạch Có nghĩa là điện trở ngắn mạch tỷ lệ với khoảng cách đến điểm ngắn mạch Loại bảo vệ thực hiện theo nguyên lý xác định khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến nơi xảy ra ngắn mạch gọi là bảo vệ khoảng cách (BVKC) Độ trễ của bảo vệ được thực hiện phụ thuộc vào

khoảng cách lk Có nghĩa là các bảo vệ gần điểm ngắn mạch hơn sẽ tác động trước, bảo vệ đặt xa sẽ tác động sau, điều đó cho phép duy trì được chọn lọc của bảo vệ đối tượng với cấu trúc bất kỳ

dòng chạy qua các cuộn dây Giả sử ngắn mạch xảy ra tại điểm N1 như hình trên, điện áp dư của mạng U tại điểm ngắn mạch bằng không và tăng dần về phía nguồn.

Nguyên lí bảo vệ khoảng cách

Khi xảy ra ngắn mạch ở bất cứ vùng nào, rơle dòng RI sẽ tác động đóng mạch, cấp điện cho rơle thời gian Rt đồng thời đưa nguồn dương đến tiếp điểm của rơle điện trở 1RZ Nếu ngắn mạch xảy ra ở vùng 1, điện trở ảo của các rơle điện trở nhỏ hơn điện trở khởi động của chúng nên cả 2 cùng tác động, tuy nhiên lúc nà chỉ có rơle 1RZ là đưa được tín hiệu đến rơle trung gian RG để cắt tức thời sự cố

Nếu sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng 2 thì chỉ có bộ phận điện trở của rơle 2RZ tác động, sau một khoảng thời gian trễ, rơle thời gian Rt khép tiếp điểm đưa tín hiệu đến rơle trung gian RG để cắt máy cắt Khi tiếp điểm xung của rơle Rt đóng, rơle trung gian RG khi tác động tự động đóng tiếp điểm duy trì của mình để thực hiện phép nhớ làm tăng thêm độ tin cậy cho mạch bảo

vệ

Nếu sự cố ngắn mạch xẩy ra trong vùng 3 cả 2 cơ cấu điện trở của các rơle 1RZ và 2RZ đều không tác động vì lúc này điện trở của đường dây lớn hơn điện trở khởi động của chúng, việc cắt mạch sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ t3 khi rơle thời gian đóng tiếp điểm thứ 2 của mình

Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT = 1960 (MVA), hệ số tin cậy ktc = 1,3; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,6; thời gian tác động của bảo vệ nhanh nhất là t1= 0,03 (s), phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5 (s) khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a=5m.Tốc độ gió lớn nhất của môi trường xung quanh là ν = 40 (m/s).

- Vùng 1 của bảo vệ A:

Điện trở khởi động vùng I của bảo vệ A:

+) Xác định điện trở quá độ đoạn dây AB:

*) Vùng 1:

(Ω)

(Ω)Chọn máy biến áp có (kV) và (V) , tức hệ số biến

Điện trở khởi động của rơle:

(Ω)

(Ω)Tổng trở khởi động của rơle:

*) Vùng 2 của bảo vệ A:

Thời gian tác động của vùng 2: (s)

Trong số các đoạn dây phía sau đoạn AB đoạn BC có giá trị điện trở nhỏ nhất vì vậy điện trở khởi động của vùng 2 của bảo vệ A được xác định:

(Ω)

(Ω)Điện trở khởi động của rơle:

(Ω)

(Ω)Tổng trở khởi động của rơle:

= 2,24(Ω)

Ta chọn tổng trở đặt của rơle là (Ω)

*) Vùng 3 của bảo vệ A:

nhánh dây A-K3 vì vậy điện trở khởi động của vùng 3 được xác định:

= 0,7.(7,5+ 0,7.(5,16+0,5.16,5592+0,8.7,26) (Ω)

= 0,7.(38+ 0,7.(22,33+0,8.126,842) (Ω)Điện trở khởi động của rơle:

(Ω)

(Ω)Tổng trở khởi động của rơle:

= 6,4821 (Ω)

Ta chọn tổng trở đặt của rơle là (Ω)

Tính tương tự cho các đoạn dây khác kết quả ghi trong bảng dưới:

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÙNG IRQĐ RKĐ XKĐ ZD ZKĐVI KNH

CHƯƠNG 3 : BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

I THỰC HIỆN BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

Sơ đồ bảo vệ quá dòng cho máy biến áp

1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO MÁY BIẾN ÁP

• Bảo vệ cắt nhanh :

*) Đối với máy biến áp 1 :

- Trước hết ta xác định dòng điện định mức ở hai phía của máy biến

áp :

(A)

(A)

Dựa vào dòng điện định mức ta chọn các máy biến dòng bão hoà nhanh (A), và dòng định mức thứ cấp là (A), vậy tỷ số biến dòng sẽ là :

- Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn từ 1 trong 2 điều kiện

+) Lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài, (A)

Chọn rơle với dòng đặt của rơle (A)

Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh:

(A)

Vậy bảo vệ đảm bảo yêu cầu cần thiết

2 BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY BIẾN ÁP

Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch

Theo yêu cầu của bài tập dài này, chỉ xét đến nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp, tức là bảo vệ so lệch dọc

Bảo vệ so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu máy biến áp

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp

a) Phần tính toán :

*) Tính toán bảo vệ so lệch:

- Trước hết ta xác định dòng điện định mức ở hai phía của máy biến

áp :

(A)(A)

Dựa vào dòng điện định mức ta chọn các máy biến dòng bão hoà

nhanh (A), và dòng định mức thứ cấp là (A), vậy tỷ số biến dòng sẽ là :

Chọn sơ đồ nối dây máy biến dòng: vì sơ đồ nối dây của máy biến áp là nên ta chọn sơ đồ nối dây của các máy biến dòng phía sơ cấp nối theo hình

Còn phía thứ cấp theo hình sao đủ ( , như vậy hệ số sơ đồ phía sơ cấp sẽ là , và phía thứ cấp là

Giá trị dòng điện thứ cấp ở hai phía của máy biến áp ở chế độ định mức là:

(A)

(A)Sai số do sự chênh lệch dòng điện phía thứ cấp:

(A)Xác định dòng điện không cân bằng :

Các máy biến dòng bão hoà nhanh nên , các máy biến dòng ở hai phía khác nhau nên = 1, sai số máy biến dòng , như vậy:

(A)

Dòng điện khởi động của bảo vệ:

Dòng điện khởi động của rơle

Như vậy bảo vệ hoàn toàn đảm bảo được độ nhạy cần thiết, Do sự chênh lệch của các dòng điện thứ cấp khá lớn nên ở trường hợp này ta cần chọn sơ đồ bảo vệ dùng role so lệch có cuộn hãm.

Với số vòng dây của cuộn cân bằng là , Chọn số vòng dây san bằng dòng điện thứ cấp:

Ta chọn số vòng dây Mắc thêm vào phía sơ cấp để san bằng dòng điện thứ cấp của máy biến dòng