ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu LỜI NÓI ĐẦU Trong kinh tế đại ngày lượng điện nguồn lượng vô quan trọng, việc xây dựng nhà máy điện hệ thống truyền tải trở thành gánh nặng quốc gia Trong phụ tải điện có phụ tải quan trọng điện thời gian lâu dài, thiết bị điện đắt tiền cố thể bị hư hỏng xảy cố không loại bỏ phần tử bị cố Để thực nhiệm vụ loại bỏ cách nhanh phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống cần có hệ thống bảo vệ rơ le làm việc an toàn Là sinh viên chuyên ngành hệ thống điện không nghiên cứu tìm hiểu môn “ Bảo vệ rơle hệ thống điện” Môn học đã mang lại cho sinh viên kiến thức kỹ tuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, nguyên tắc tác động, cách thực bảo vệ thường gặp cũng chế độ hư hỏng làm việc không bình thường điển hình hệ thống điện loại bảo vệ chính đặt cho Đồ án “Bảo vệ rơle” tập giúp sinh viên hệ thống lại toàn kiến thức học tiếp cận với số loại rơle thực tế Những kiến thức sẽ tảng cho trình tiếp cận thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thấy cô giáo môn hệ thống điện trường Đại học Điện Lực, đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Tạ Tuấn Hữu đã giúp em hoàn thành đồ án Do thời gian làm không nhiều, kiến thức hạn chế nên làm em tránh khỏi thiếu sót Vậy em kính mong nhận chỉ bảo, góp ý thầy cô cho làm mình hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Hà nội ngày tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực Phạm Văn Điệp SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu A./ PHẦN LÝ THUYẾT I Nhiệm vụ bảo vệ Rơ le Khi thiết kế vận hành hệ thống điện người thiết kế hay vận hành cũng phải tính đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc không bình thường hệ thống Trong cố thì ngắn mạch cố xảy gây nguy hiểm cho hệ thống điện, gây hậu nghiêm trọng cho hệ thống điện như: - Làm giảm thấp điện áp hệ thống điện ( tượng sụt áp ) - Phá hủy phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua tác dụng nhiệt - Phá hủy phần tử lân cận tia lửa điện - Làm tính ổn định hệ thống điện Ngoài ngắn mạch cố nguy hiểm nhất, hệ thống điện gặp tình trạng làm việc không bình thường Một tình trạng làm việc không bình thường tượng tải, dòng tải làm tăng nhiệt độ phần tử dẫn điện giới hạn cho phép làm cho cách điện chúng bị già cỗi phá hỏng chúng tiếp tục dẫn đến tượng ngắn mạch Để giảm hậu đáng tiếc xảy phát triển chúng phải có phần tử để loại bỏ phần tử hư hỏng hay phần tử làm việc không bình thường khỏi hệ thống điện vận hành Để đảm bảo làm việc liên tục phần tử không hư hỏng hệ thống điện cần có phát sinh hư hỏng với thời gian bé phát phần tử hư hỏng loại bỏ khỏi hệ thống Thiết bị thực nhờ khí cụ tự động gọi rơ le Thiết bị bảo vệ thực nhờ rơ le gọi thiết bị bảo vệ rơ le Như vậy nhiệm vụ chính bảo vệ rơ le tự động phát cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện Ngoài bảo vệ rơ le ghi nhận phát tình trạng làm việc không bình thường phần tử hệ thống điện Tùy theo mức độ bảo vệ mà bảo vệ tác động báo tín hiệu cắt máy căt để loại bỏ phần tử hư hỏng khỏi hệ thống II Các yêu cầu bảo vệ rơ le Khi thực nhiện vụ thiết bị bảo vệ rơ le phải thỏa mãn yêu cầu sau: Tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, độ nhạy tính kinh tế II.1 Độ tin cậy Là tính đảm bảo cho thiết bị bảo vệ rơ le làm việc đúng , chắn có phân biệt Độ tin cậy tác động mức độ chắn rơ le hệ thống rơ le sẽ tác động đúng Nói cách khác, độ tin cậy bảo vệ rơ le tác động khả bảo vệ làm việc đúng có cố sảy đúng phần tử bị hư hỏng phạm vi đã xác định nhiệm vụ bảo vệ Độ tin cậy không tác động mức độ chắn rằng rơ le hệ thống rơ le không tác động sai Nói cách khác, độ tin cậy không tác động khả tránh làm việc nhầm hệ thống vận hành chế độ bình thường cố xảy phạm vi bảo vệ đã quy định Trên thực tế độ tin cậy tác động kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán thực nghiệm, độ tin cậy không tác động khó kiểm tra vì tập hợp SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu trạng thái vận hành tình bất thường dẫn đến tác động sai bảo vệ lường trước Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơ le hệ thống bảo vệ rơ le có kết cấu đơn giản, chắn, đã thử thách qua thực tế dễ sử dụng cũng cần tăng cường mức độ dự phòng hệ thống bảo vệ rơ le II.2 Tính chọn lọc Là khả bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện Hệ thống điện phúc tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ khó khăn Theo nguyên lý làm việc, bảo vệ phân ra: Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: Là bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ có cố xảy phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối nhiệm vụ bảo vệ chính cho phần tử bảo vệ thực chức dự phòng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận Để thực yêu cầu chọn lọc đối với bảo vệ có độ chọn lọc tương đối phải có phối hợp đặc tính làm việc bảo vệ lân cận toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao , hạn chế tới mức thấp thời gian ngừng cung cấp điện Xét ví dụ cụ thể sau: Đối với mạng điện hình vẽ, xảy ngắn mạch điểm N bảo vệ phải làm việc sau 0" để loại bỏ phần bị hư hỏng khỏi lưới điện, vậy mạng điện sẽ tiếp tục vận hành bình thường trừ hộ dùng điện từ góp C Khi xảy ngắn mạch điểm N2 để đảm bảo tính chọn lọc thì bảo vệ phải làm việc để cắt phần hư hỏng khỏi mạng điện vẫn trì hoạt động bình thường phần tử lại II.3 Tác động nhanh Phần tử ngắn mạch cắt nhanh khỏi mạng điện thì hạn chế mức độ phá hủy thiết bị mạng điện, giảm thời gian sụt áp mạng điện có khả trì ổn định làm việc máy phát điện toàn hệ thống Tuy nhiên kết hơp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh thì cần phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp đắt tiền Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ để tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mạng điện tình trạng làm việc phần tử bảo vệ hệ thống điện Rơ le hay bảo vệ gọi tác động nhanh ( có tốc độ cao ) thời gian tác động không vượt 50 ms ( 2,5 chu kỳ dòng điện 50 Hz ) Rơ le hay bảo vệ gọi tac động tức thời không qua khâu tạo thời gian rơ le Hai khái niệm tác động nhanh tác động tức thời dùng thay lẫn để chỉ rơ le bảo vệ có thời gian SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Thời gian cắt cố tc gồm hai thành phần: Thời gian tác động bảo vệ t bv thời gian tác động máy cắt tmc Tc = tbv + tmc Đối với máy cắt điện có tốc độ cao đại t mc = 20 ÷ 60 ms ( ÷ chu kỳ 50 Hz) Những máy cắt thông thường có tmc ≤ chu kỳ ( khoảng 100 ms dòng điện tần số 50 Hz ) Như vậy thời gian cắt cố t c khoảng từ ÷ chu kỳ dòng điện tàn số 50 Hz ( khoảng 40 ÷ 160 ms ) đối với bảo vệ tác động cắt nhanh Đối với lưới điện phân phối thường dùng bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ chính thông thường có thời gian cắt cố khoảng 0,2 ÷ 1,5s bảo vệ dự phòng khoảng 1,5 ÷ 2s II.4 Độ nhạy Độ nhạy đặc trưng cho khả cảm nhận cố rơ le hệ thống bảo vệ Độ nhạy bảo vệ đặc trưng bằng hệ số độ nhạy k n tỷ số đại lượng vật lý đặt vào rơ le có cố với ngưỡng tác động Sự sai khác trị số đại lượng vật lý đặt vào rơ le ngưỡng tác động lớn, rơ le dễ cảm nhận xuất cố nghĩa rơ le tác động nhạy Độ nhạy thực tế bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc hệ thống (mức độ huy động nguồn ) cấu hình lưới điện dạng ngắn mạch, vị trí điểm ngắn mạch Đối với bảo vệ chính thường yêu cầu phải có k n = 1,5 ÷ , đối với bảo vệ dự phòng kn 1,2 ÷ 1,5 II.5 Tính kinh tế Các thiết bị bảo vệ lắp đặt hệ thống điện để làm việc thường xuyên chế độ vận hành bình thường luôn sẵn sàng chờ đón bất thường cố xảy có tác động chuẩn xác Đối với trang thiết bị điện cao áp siêu cao áp, chi phí để mua sắm lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm vài phần trăm giá trị công trình Vì vậy yêu cầu kinh tế không đề mà vai trò kỹ thuật đóng vai trò định Vì không thỏa mãn yêu cầu dẫn đến hậu tai hại cho hệ thống điện mà hậu mặt kinh tế lớn đặt vấn đề kinh tế lên Đối với lưới điện trung hạ áp, số lượng phần tử cần bảo vệ lớn yêu cầu đối với bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ nhà máy điện lưới điện truyền tải cao áp Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế lựa chọn thiết bị bảo vệ cho vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi phí thấp III Nguyên tắc tác động bảo vệ sử dụng III.1 Bảo vệ dòng điện Bảo vệ dòng điện loại bảo vệ tác động dòng điện qua phần tử bảo vượt giá trị đặt trước Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ dòng điện chia làm hai loại III.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại Bảo vệ dòng điện cực đại loại bảo vệ tác động có dòng điện qua phần tử bảo vệ vượt giới hạn dòng điện làm việc định mức (Imax) - Thông số khởi động Dòng điện khởi động bảo vệ SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu ikd = kat kmm I lvm ktv Nếu xét đến hệ số sơ đồ hệ số biến đổi n i BI thì dòng điện khởi động IkdR bảo vệ là: ikdR = kat kmm k sd I lvm ktv ni Trong đó: kat - hệ số an toàn ( k at =1,1 ÷ 1,2 ) kmm - hệ số mở máy ( kmm = ÷ ) k sd - hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây BI rơle ktv - hệ số trở về, phụ thuộc vào loại rơ le ni - tỷ số biến đổi BI Chọn thời gian làm việc: đảm bảo bằng cách chọn thời gian làm việc hai bảo vệ kề nhauddwowcj chọn lớn lượng ∆t = 0,3 ÷ 0,5( s) Trong bảo vệ đặt gần nguồn có thời gian làm việc lớn III.1.2./ Bảo vệ dòng điện cắt nhanh SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Bảo vệ dòng điện cắt nhanh loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động bảo vệ lớn trị số dòng điện mở máy lớn qua chỗ đặt bảo vệ hư hỏng đầu phần tử Dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh: Ikd = kat.Inngmax Trong : kat = 1,2 – 1,3 Inngmax : dòng điện MM lớn có nm phần tử Thời gian làm việc bảo vệ : t ≈ 0s ( t ≤ 0,1 ) Nhược điểm bảo vệ cắt nhanh : không bảo vệ toàn đối tượng cần bảo vệ Vùng tác động bảo vệ cắt nhanh thay đổi thao dạng ngắn mạch chế độ làm việc hệ thống So lệch dòng điện Nguyên tắc tác động : Bảo vệ so lệch dòng điện loại bảo vệ làm việc dựa nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện đầu phần tử bảo vệ Nếu sai lệch dòng điện vượt trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động Vùng tác động bảo vệ so lệch dòng điện giới hạn bằng vị trí đặt tổ máy biến dòng điện đẩu cuối phần tử bảo vệ, từ nhận tín hiệu dòng điện để so sánh Xét làm việc : + Khi bình thường ngắn mạch vùng bảo vệ ( N1 ) I → I =I I S1 = s t1 t →I R = ∆I = I s1 =I −I =0 t1 t • Đồ thị vecto : SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu + Khi có ngắn mạch vùng bảo vệ ( N2 ) I I R S1 I t1 ≠ I t ≠ I→ = ∆I = I S1 =I −I ≠0 t1 t Đồ thị véctơ : Khi chí có nguồn đầu A I R =I −I = I t1 t t1 Nếu I R 〉 I kdR thì bảo vệ sẽ tác động So sánh pha dòng điện • Đặc tính góc pha dòng điện SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Bảo vệ so sánh góc pha làm việc dựa nguyên tắc so sánh pha dòng điện đầu phần tử bảo vệ Độ lệch pha ∆ϕ = ϕ − ϕ = Ở chế độ làm việc bình thường có ngắn mạch ( N1) góc pha dòng điện đầu phần tử bảo vệ gần nên = 0° Khi ngắn mạch vùng bảo vệ ( N2) dòng điện đầu phần tử bảo vệ ngược pha nên = 180° Trên thực tế, ảnh hưởng điện dung phân bố bảo vệ nên chế độ làm việc bình thường cung có ngắn mạch thì # Để cho bảo vệ o không tác động nhầm cần phải chọn góc khởi động : 0kd ≥ ± ( 30 ÷ 60 ) Bảo vệ dòng điện có định hướng công suất Nguyên tắc tác động bảo vệ : Bảo vệ qua dòng điện có định hướng công suất bảo vệ theo trị số dòng điện qua cho đặt bảo vệ góc lệch pha dòng điện với điện áp góp trạm bảo vệ, bảo vệ sẽ tác động dòng điện vượt trị số định trước góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch đường dây bảo vệ SVTH: Phạm Văn Điệp Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu ( d) SVTH: Phạm Văn Điệp (e) Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Để tăng cường tính đảm bảo liên tục cung cấp điện ta thường dùng loại mạng điện Bảo vệ dòng cực đại theo nguyên tắc cung cấp không đảm bảo cắt ngắn mạch cách chọn lọc ( ) // Khi ngắn mạch N2 : → t3 < t2 ( I N ) // Ví dụ : Khi ngắn mạch N1 : → t2 < t3 I N Như vậy lúc thực đươc yêu cầu ngược vì vậy phải dùng bảo vệ cực đại có hướng mới đảm bảo tính chọn lọc Khi có phận định hướng công suất thì bảo vệ chia làm nhóm, nhóm chỉ tác động theo hướng định VD: Hình c : bảo vệ - 1,3,5 nhóm - 2,4,6 nhóm Các nhóm bảo vệ lẻ chỉ tác động với dòng điện ngắn mạch I N/ có hướng từ TG đường dấy Trong nhóm bảo vệ, thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc cấp, tăng dần từ cuối đường dây tới nguồn Bảo vệ có hướng chỉ bảo vệ mạng hở đầu cung cấp, mạng vòng nguồn cung cấp mạng vòng nguồn cung cấp có đường chéo qua nguồn, hay bảo vệ dòng điện có hướng không bảo vệ mạng vòng có số nguồn cung cấp lớn bằng hoắc mạng vòng có nguồn cung cấp đường chéo qua nguồn Nguyên lí tổng trở SVTH: Phạm Văn Điệp 10 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu XOH =1,2 0,0095 = 0,0114 • Trạm biến áp: X B*( cb ) U k % U dm S cb 10 115 10 = = = 0,1 100 S dmB U cbII 100 10 115 X B = X = 0,1 • Đường dây: Đường dây đường dây đơn nên ta có: X D*(cb ) = xi Li S cb U cbI Với D1: L1 = 15 km, AC – 100 X 1D1 = x1.L1 Scb 10 = 0,39.15 = 0,102 U cbI 242 X D1 = x0 L0 Scb 10 = 0,98.15 = 0, 255 U cbI 24 Với D2: L2 = 10 km, AC – 75 X 1D = x1.L1 Scb 10 = 0,39.10 = 0, 068 U cbI 24 X D = x0 L0 Scb 10 = 0,98.10 = 0,17 U cbI 242 • Phụ tải: Trong tính toán ngắn mạch ta bỏ qua ảnh hưởng phụ tải 2.2./ Sơ đồ thay Chia đoạn đường dây thành đoạn bằng nhau, ta có điểm cần tính ngắn mạch Ngắn mạch điểm đoạn đường dây D1 ( Từ N1 đến N5 ) Ngắn mạch N1 : XN1∑ = Xht + SVTH: Phạm Văn Điệp 27 Xb Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu X0N1 = X0ht + Xb Ngắn mạch từ N2 đến N5 X0N2 =X 0N1 + X0d1 XN2 = XN1 + Xd1 Tổng quát : Xd1 X0Ni+1 = X0Ni + X0d1 XNi+1 = XNi + Ngắn mạch điểm đoạn đường dây D2 ( Từ N6 đến N9 ) Tại N6: Xd2 X0N6 =X 0N5 + X0d5 XN6 = XN5 + Tương tự cho điểm ngắn mạch từ N6 đến N9 Xd2 X0Ni+1 = X0Ni + X0d2 XNi+1 = XNi + Tính toán ngắn mạch cho điểm ngắn mạch 2.3./ Tính chế độ cực đại Sơ đồ thay thông số phần tử cho sơ đồ sau đây: Trong chế độ cực đại thông số chọn đã trình bày phần Các dạng ngắn mạch cần tính • Ngắn mạch pha đối xứng ( N(3) ) • Ngắn mạch pha • Ngắn mạch hai pha chạm đất Xét chế độ ngắn mạch không đối xứng Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp thành phần đối xứng.Điện áp dòng điện chia thành thành phần:thành phần thứ tự thuận,thành phần thứ tự nghịch thành phần thứ tự không Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận dạng ngắn mạch có tính theo công thức : * * (n) EaΣ I Na1 = j ( X 1Σ + X ∆( n ) ) Trong X(n)∆ điện kháng phụ loại ngắn mạch n Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp pha tính theo công thức: SVTH: Phạm Văn Điệp 28 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu I N( n ) = m ( n ) * I Na1 Ta có bảng tóm tắt sau: Dạng ngắn mạch n N(1) (2) N X∆(n) X2∑ + X0∑ X2∑ N(1,1) 1,1 X2∑ // X0∑ N(3) m(n) 3 − X 2Σ X Σ ( X 2Σ + X 0Σ )2  Tính ngắn mạch điểm N1 Điện kháng thứ tự thuận là: X1∑N1=X1H+ X B1 0,1 =0,007 + =0,057 2 Điện kháng thứ tự nghịch là: X2∑N1=X1∑N1=0,057 Điện kháng thứ tự không là: X0∑N1=X0H + X B1 0,1 =0,0084+ =0,0584 2 Tính điện kháng phụ cho dạng ngắn mạch: Điện kháng phụ ngắn mạch pha là: XΔN1(1)=X0∑N1+X2∑N1=0,0584 + 0,057 = 0,1154 Điện kháng phụ ngắn mạch pha chạm đất là: X ∆(1,1) N1 = X 0∑ N1 X 2∑ N1 0, 0585.0, 057 = = 0, 029 X ∑ N + X ∑ N 0, 0584 + 0, 057 Tính dạng ngắn mạch: • Dòng điện ngắn mạch pha là: I N(3)1* = X 1∑ N 1* = = 17,544 0, 057 Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I N(3)1 = I N(3)1* I cb1 = 17,544 10 = 4, 22 ( kA) 3.24 • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha là: I1(1)N = 1 = = 5,8 (1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0, 057 + 0,1154) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha là: I 0(1)N = I1(1)N 1* = 5,8 SVTH: Phạm Văn Điệp 29 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I 0(1)N = I1(1)N 1* I cb1 = 5,8 10 = 1, 395 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha tổng hợp là: I N(1)1* = mI1(1)N 1* = 3.5,8 = 17, Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I N(1)1 = I N(1)1* I cb1 = 17, 10 = 4,186 (kA) 3.24 • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha chạm đất là: I1(1,1) N1 = 1 = = 11, 628 (1,1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0, 057 + 0, 029) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất là: (1,1) I 0(1,1) N = I1 N X 2∑ N1 0, 057   = 11, 628  ÷ = 5, 744 X 2∑ N1 + X ∑ N1  0, 057 + 0, 0584  Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất hệ đơn vị có tên: (1,1) I 0(1,1) N = I N 1* I cb1 = 5, 744 10 = 1,382 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha chạm đất tổng hợp là: (1,1) I N(1,1) 1− 1* = mI1N = 0, 057.0, 0584 11, 628 = 17, 442 (0, 057 + 0, 0584) Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: (1,1) I N(1,1) = I N 1* I cb1 = 17, 442 10 = 4,196 ( kA) 3.24  Tính ngắn mạch điểm N6 Điện kháng thứ tự thuận là: X1∑N6 = X1H + X X B1 0,1 0, 068 + X1D1 + 1d = 0,007 + + 0,102 + =0,176 4 Điện kháng thứ tự nghịch là: X2∑N6 = X1∑N6 =0,176 Điện kháng thứ tự không là: X0∑N6 = X0H + X X B1 0,1 0,17 + X0D1 + d = 0,0084 + + 0,255 + =0,356 4 Tính điện kháng phụ cho dạng ngắn mạch: Điện kháng phụ ngắn mạch pha là: XΔN6(1) = X0∑N6 + X2∑N6 =0,356 + 0,176 = 0,532 SVTH: Phạm Văn Điệp 30 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Điện kháng phụ ngắn mạch pha chạm đất là: X ∆(1,1) N6 = X 0∑ N X 2∑ N 0,356.0,176 = = 0,118 X ∑ N + X ∑ N 0,356 + 0,176 Tính dạng ngắn mạch: • Dòng điện ngắn mạch pha là: I N(3)6* = X 1∑ N 6* = = 5, 682 0,176 Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I N(3)6 = I N(3)6* I cb1 = 5, 682 10 = 1, 367 (kA) 3.24 • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha là: I1(1)N = 1 = = 1, 412 (1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0,176 + 0, 532) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha là: I 0(1)N = I1(1)N 6* = 1, 412 Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I 0(1)N = I1(1)N 6* I cb1 = 1, 412 10 = 0,34 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha tổng hợp là: I N(1)6* = mI1(1)N 6* = 3.1, 412 = 4, 236 Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I N(1)6 = I N(1)6* I cb1 = 4, 236 10 = 1, 019 ( kA) 3.24 • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha chạm đất là: I1(1,1) N6 = 1 = = 3, 401 (1,1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0,176 + 0,118) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất là: (1,1) I 0(1,1) N = I1 N X 2∑ N 0,176   = 3, 401  ÷ = 1,125 X 2∑ N + X 0∑ N  0,176 + 0,356  Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất hệ đơn vị có tên: (1,1) I 0(1,1) N = I N 6* I cb1 = 1,125 10 = 0, 271 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha chạm đất tổng hợp là: (1,1) I N(1,1) 1− 6* = mI1N = SVTH: Phạm Văn Điệp 0,176.0,356 3, 401 = 5,198 (0,176 + 0,356) 31 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: (1,1) I N(1,1) = I N 6* I cb1 = 5,198 10 = 1, 251 (kA) 3.24 Tính toán tương tự với điểm ngắn mạch N , N3 , N4 , N5 , N7 , N8 điểm N9 ta có kết ghi bảng sau: Bảng 1: Tổng hợp tính toán trị số dòng điện ngắn mạch chế độ cực đại điểm ngắn mạch ứng với loại ngắn mạch Vị trí N1 N2 N3 N4 9,259 8,60 7,49 6,90 N5 N6 N7 N8 N9 Đường NM I N( 3) I N(1,1) IN 17,544 17,47 I0 5,754 IN 17,401 I0 5,800 12,12 11,45 3,060 10,44 6,289 5,682 5,772 5,203 1,27 1,12 2,084 1,580 5,18 4,73 1,01 4,762 4,405 4,34 4,017 0,91 0,838 17,544 3,483 12,12 7,465 5,807 4,751 4,238 3,825 3,485 3,200 1,93 1,41 1,16 2,488 1,584 1,275 1,067 7,49 5,18 9,259 6,289 5,682 4,762 4,405 I N max (kA) 4,220 2,916 2,227 1,802 1,513 1,367 1,246 1,146 1,060 I N max 1,395 0,838 0,599 0,466 0,381 0,340 0,307 0,279 0,257 3.I N max ( kA) 4,185 2,514 1,797 1,398 1,143 1,02 0,921 0,837 0,771 I N(1) I N max Đường đặc tính quan hệ INmax l 2.4./ Tính chế độ cực tiểu SVTH: Phạm Văn Điệp 32 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Tính toán dòng ngắn mạch chế độ cực tiểu tương tự chế độ cực đại với thông số hệ thống sau: * X1H=0,0095 ; X0H=0,0114 * Chỉ có máy biến áp làm việc: XB = 0,1 Vị trí điểm tính ngắn mạch chọn giống chế độ cực đại Sơ đồ thay thế: Trong chế độ ta tính toán dạng ngắn mạch sau: • Ngắn mạch pha ( N(2) ) • Ngắn mạch pha chạm đất ( N(1) ) • Ngắn mạch pha chạm đất ( N(1,1) )  Tính ngắn mạch điểm N1 Điện kháng thứ tự thuận là: X1∑N1=X1H+ X B1 =0,0095 + 0,1 = 0,1095 Điện kháng thứ tự nghịch là: X2∑N1=X1∑N1= 0,1095 Điện kháng thứ tự không là: X0∑N1=X0H + X B1 =0,0114+ 0,1 = 0,1114 Tính điện kháng phụ cho dạng ngắn mạch: Điện kháng phụ ngắn mạch pha chạm đất là: X ∆(2)N = X ∑ N = 0,1095 Điện kháng phụ ngắn mạch pha chạm đất là: XΔN1(1)=X0∑N1+X2∑N1=0,1114 + 0,1095 = 0,221 Điện kháng phụ ngắn mạch hai pha chạm đất là: X ∆(1,1) N1 = X 0∑ N1 X 2∑ N1 0,1114.0,1095 = = 0, 055 X ∑ N + X ∑ N 0,1114 + 0,1095 Tính dạng ngắn mạch: • Dòng điện ngắn mạch hai pha là: (2) I Na 1* = X (2) ∆N 1 = = 4,566 + X 1∑ N 1* 0,1095 + 0,1095 I N(2)1* = 3.4,566 = 7,909 Dòng điện ngắn mạch hai pha hệ đơn vị có tên: I N(2)1 = I N(2)1* I cb1 = 7,909 SVTH: Phạm Văn Điệp 33 10 = 1,903 ( kA) 3.24 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha chạm đất là: I1(1)N 1* = 1 = = 3, 026 (1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0,1095 + 0, 221) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha là: I 0(1)N = I1(1)N 1* = 3, 026 Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I 0(1)N = I1(1)N 1* I cb1 = 3, 026 10 = 0, 728 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha tổng hợp là: I N(1)1* = mI1(1)N 1* = 3.3, 026 = 9, 078 Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: I N(1)1 = I N(1)1* I cb1 = 9, 078 10 = 2,184 ( kA) 3.24 • Dòng điện thứ tự thuận ngắn mạch pha chạm đất là: I1(1,1) N1 = 1 = = 6, 079 (1,1) ( X 1∑ N + X ∆N ) (0,1095 + 0, 055) • Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất là: (1,1) I 0(1,1) N = I1 N X 2∑ N1 0,1095   = 6, 079  ÷ = 3, 013 X ∑ N1 + X ∑ N1  0,1095 + 0,1114  Dòng điện thứ tự không ngắn mạch pha chạm đất hệ đơn vị có tên: (1,1) I 0(1,1) N = I N 1* I cb1 = 3, 013 10 = 0, 725 (kA) 3.24 • Dòng điện ngắn mạch pha chạm đất tổng hợp là: (1,1) I N(1,1) 1− 1* = mI1 N = 0,1095.0,1114 6, 079 = 9,119 (0,1095 + 0,1114) Dòng điện ngắn mạch pha hệ đơn vị có tên: (1,1) I N(1,1) = I N 1* I cb1 = 9,119 10 = 2,194 ( kA) 3.24 Tính toán tương tự với điểm ngắn mạch N , N3 , N4 , N5 , N6 , N7 , N8 điểm N9 ta có kết ghi bảng sau: Bảng 2: Tổng hợp tính toán trị số dòng điện ngắn mạch chế độ cực tiểu điểm ngắn mạch ứng với loại ngắn mạch Vị trí N1 SVTH: Phạm Văn Điệp N2 N3 N4 34 N5 N6 N7 N8 N9 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Đường NM I N( 2) I (1,1) N I (1) N I N I N (kA) I N 3.I N (kA) 7,909 6,415 IN 9,106 7,121 I0 3,009 2,061 IN 9,080 6,739 I0 3,027 2,246 9,106 7,121 3,027 2,246 0,728 0,540 2,184 1,621 5,39 4,65 3,79 4,095 5,885 5,027 4,392 1,56 1,26 1,059 3,80 5,358 4,447 1,78 1,26 1,482 4,052 5,885 5,027 4,392 1,78 1,26 1,482 0,43 0,357 0,305 1,07 0,91 1,289 4,052 0,956 3,46 1,155 1,155 0,278 0,83 3,528 3,76 0,87 3,18 1,06 3,76 1,06 3,299 3,098 3,51 3,291 0,800 0,739 2,944 0,98 3,51 0,98 0,23 0,255 0,76 0,708 2,739 0,913 3,291 0,913 0,220 0,659 Đường đặc tính quan hệ INmin l III./ Tính toán thông số khởi động cho bảo vệ đường dây 3.1./ Bảo vệ dòng cắt nhanh Trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh lựa chọn theo công thức: I kd = kat I Nmax Trong : Kat :Hệ số an toàn Chọn Kat = 1,2 INngmax : dòng ngắn mạch cực đại dòng ngắn mạch lớn thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch cuối đường dây Chọn dòng khởi động cho bảo vệ dòng cắt nhanh đoạn đường dây D2 SVTH: Phạm Văn Điệp 35 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu I kd = k at I N max = 1, 2.1, 06 = 1, 272 (kA) Trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh đoạn đường dây đuợc chọn sau: I kd = kat I N 5max = 1, 2.1,513 = 1,817 ( kA) 3.2./ Bảo vệ dòng thứ tự không cắt nhanh Trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng thứ tự không cắt nhanh chọn tương tự Ta có công thức tính : I kd = kat 3.I Nmax Với bảo vệ đường dây D1 I kd = kat 3.I N 5max = 1, 2.1,143 = 1,372 ( kA) Với bảo vệ đường dây D2 I kd = kat 3.I N max = 1, 2.0, 771 = 0,925 ( kA) 3.3./ Bảo vệ dòng có thời gian Lựa chọn trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng có thời gian Dòng khởi động bảo vệ dòng có thời gian lựa chọn theo công thức : I kd = kcd I lvmax Trong : Kcd :hệ số chỉnh định Chọn K = 1,6 Ilvmax :dòng điện làm việc lớn Theo tính toán phần ta có : Ilvmax1= 316,977 (A) Ilvmax2= 198,11 (A) Vậy ta có : I kd = kcd I lvmax1 = 1, 6.316,977 = 507,163 ( A) = 0,507 ( kA) I kd = kcd I lvmax = 1, 6.198,11 = 316,976 ( A) = 0,317 ( kA)  Thời gian làm việc bảo vệ Từ đặc tính thời gian Rơ le t= 13,5 Tp I * −1 Trong : I* = I I kd Với bảo vệ Tại điểm ngắn mạch N9 Ta có IN9max = 1,06 kA I 9* = 1, 06 = 3,344 0,317 Mặt khác ta có : t2(N9) = tpt2 + ∆t = 0,5+0,3 = 0,8 (s) Vậy ta có : SVTH: Phạm Văn Điệp 36 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le Tp = GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu t2 ( N ).( I* − 1) 0,8.(3,344 − 1) = = 0,139 (s) 13,5 13,5 Tại N8 I8* = t2 ( N ) = 1,146 = 3,615 0,317 13,5 0,139 = 0, 718 3, 615 − Tính toán tương tự cho điểm ngắn mạch từ N7 đến N5 ta có bảng sau: N5 N6 N7 N8 N9 INmax (kA) 1,513 1,367 1,246 1,146 1,060 t(s) 0,497 0,567 0,64 0,718 0,8 Bảng 3: Thời gian tác động rơ le ứng với điểm ngắn mạch đoạn đường dây D2 Tại điểm ngắn mạch N5 1,513 I 5* = = 2,984 0,507 Với tpt1 = (s ) > t2(N5) =0,497 ( s ) Ta có t1(N5) = 1+0,3 = 1,3 ( s ) t1( N ) ( I 5* − 1) 1,3.( 2,984 − 1) T p1 = = = 0,191 ( s ) 13,5 13,5 Tại điểm ngắn mạch N4 ta có: 1,802 I 4* = = 3,554 0,507 Ta có : t1( N ) = 13,5 0,191 = 1, 01 ( s ) 3,554 − Tính toán tương tự cho điểm ngắn mạch từ N3 tới N1 ta có bảng INmax (kA) t(s) N1 N2 N3 N4 N5 4,220 2,916 2,227 1,802 1,513 0,352 0,543 0,76 1,01 1,3 Bảng 4: Thời gian làm việc rơ le ứng với vị trí điểm ngắn mạch đoạn đường dây D1 Kiểm tra lại với dòng ngắn mạch chế độ cực tiểu Tính toán tương tự đối với dòng ngắn mạch giữ nguyên giá trị thời gian chỉnh định.Ta có bảng kết sau: Các điểm ngắn mạch từ N1 đến N5 tính cho bảo vệ N1 N2 N3 N4 N5 IN (kA) Ikđ (kA) Tp (s) 3,027 0,507 2,246 0,507 1,786 0,507 1,482 0,507 1,267 0,507 0,191 0,191 0,191 0,191 0,191 SVTH: Phạm Văn Điệp 37 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu 0,519 0,752 1,022 1,341 1,72 Bảng 5: Thời gian làm việc bảo vệ Rơ le đoạn đường dây D1 ứng với dòng ngắn mạch cực tiểu Các điểm ngắn mạch từ N5 đến N9 tính cho bảo vệ số N5 N6 N7 N8 N9 t (s) IN (kA) Ikđ (kA) Tp (s) t (s) 1,267 0,317 1,155 0,317 1,061 0,317 0,981 0,317 0,913 0,317 0,139 0,139 0,139 0,139 0,139 0,626 0,71 0,8 0,896 0,998 Bảng 6: Thời gian làm việc bảo vệ Rơ le đoạn đường dây D2 chế độ ngắn mạch cực tiểu Từ kết tính toán phần ta có đặc tính thời gian làm việc bảo vệ chế độ max sau: 3.4./ Bảo vệ dòng thứ tự thời gian Tính trị số dòng điện khởi động Dòng điện khởi động chọn theo công thức I0kđ = k0 IddBI Trong : IddBI : dòng danh định BI k0 =0,3 Với bảo vệ đoạn đường dây D1: I0kđ1 = 0,3 350 = 105 ( A ) I0kđ2 = 0,3 200 = 60 ( A ) Thời gian làm việc Thời gian làm việc bảo vệ dòng thứ tự thời gian chọn theo đặc tính độc lập t02 = tpt2 + ∆t = 0,5 + 0,3 = 0,8 ( s ) t01 = max(tpt1,t02) + ∆t = + 0,3=1,3 ( s ) SVTH: Phạm Văn Điệp 38 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu IV./ Xác định vùng bảo vệ BVQD cắt nhanh độ nhạy BVQD có thời gian Kiểm tra vùng bảo vệ bảo vệ dòng cắt nhanh dòng thứ tự không cắt nhanh Từ đồ thị đã xác định ta có vùng bảo vệ bảo vệ đặt đường dây là: Vùng bảo vệ bảo vệ dòng cắt nhanh: lcn1max = 11,25 km lcn1min = 3,75 km Vùng bảo vệ bảo vệ dòng cắt nhanh thứ tự không theo chiều dài đường dây: lcn01max = 11,25 km lcn01min = 3,75 km Từ kết ta nhận thấy bảo vệ đáp ứng chế độ max Xác định vùng bảo vệ bảo vệ đặt đường dây2 lcn2max = km lcn02max = km Từ đồ thị ta thấy Ikđ2 = 1,272 > IN5min = 1,267 bảo vệ cắt nhanh đoạn đường dây D2 bị vô hiệu đối với dòng điện ngắn mạch cực tiểu Tương tự ta cũng có I0kđ2 = 0,925 > I0N5min = 0,914 bảo vệ cắt nhanh thứ tự không đoạn đường dây D2 bị vô hiệu hóa chế độ cực tiểu Xác định hệ số độ nhạy bảo vệ dòng có thời gian Đối với bảo vệ đặt đoạn đường dây D1 I N 5min 1, 267 = = 2, 499 I kd 0,507 I 0,914 K n1 = N 5min = = 8, 705 I kd 0,105 Đối với bảo vệ đặt đoạn đường dây D2 I 0,913 K n1 = N 9min = = 2,88 I kd 0,317 K n1 = K n1 = I N 0, 659 = = 10,983 I kd 0, 06 V./ Sơ đồ nguyên lý bảo vệ đường dây L1, L2 SVTH: Phạm Văn Điệp 39 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu PHỤ LỤC Lời nói đầu……………………………………………………………………………1 A./ PHẦN LÝ THUYẾT I Nhiệm vụ bảo vệ Rơ le……………………………………………………… II Các yêu cầu bảo vệ rơ le………………………………………………2 III Nguyên tắc tác động bảo vệ sử dụng………………………………4 B./ PHẦN BÀI TẬP I./ Chọn máy biến dòng điện……………………………………………………… 25 II./ Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le…………………………………… 26 II.1./ Tính toán chính xác hệ đơn vị tương đối với……………………… … 26 II.2./ Sơ đồ thay thế………………………………………………………………….27 II.3./ Tính chế độ cực đại…………………………………………………… 28 II.4./ Tính chế độ cực tiểu…………………………………………………… 33 III./ Tính toán thông số khởi động cho bảo vệ đường dây…………………36 III.1./ Bảo vệ dòng cắt nhanh………………………………………………… 36 II.2./ Bảo vệ dòng thứ tự không cắt nhanh…………………………………… 36 III.3./ Bảo vệ dòng có thời gian…………………………………………………36 III.4./ Bảo vệ dòng thứ tự thời gian………………………………… 39 IV./ Xác định vùng bảo vệ BVQD cắt nhanh độ nhạy BVQD có thời gian………………………………………………………………………………… 39 SVTH: Phạm Văn Điệp 40 Lớp Đ2 - H2 Đồ án môn học Bảo vệ rơ le GVHD: Th.S Tạ Tuấn Hữu Tài liệu tham khảo Bảo vệ hệ thống điện – GS.VS Trần Đình Long Ngắn mạch đứt dây hệ thông điện – PGS.TS Phạm Văn Hòa Tài liệu môn học bảo vệ rơ le hệ thống điện – Th.S Nguyễn Văn Đạt SVTH: Phạm Văn Điệp 41 Lớp Đ2 - H2