Đồ án Bảo vệ Rơ le EPU

CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆNDòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong HTĐ thường có trị số rất lớnkhông thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơ le và các thiết bị tự động khác , vì vậ

HỆ THỐNG ĐIỆN là một trong những nhân tố quan trọng quyết định sự phát

triển của đất nước Phụ tải luôn thay đổi đòi hỏi hệ thống điện phải được nâng cấpđáp ứng nhu cầu kéo theo đó là sự mất ổn định của nó dẫn đến tình trạng sự cố , ngắnmạch , đứt dây thậm chí tan rã hệ thống điện gây thiệt hại năng nề về kinh tế Các

bảo vệ rơ le ra đời đã khắc phục và làm giảm sự nguy hiểm thấp nhất khi có sự cố ĐỒ

ÁN BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN sẽ đem lại một cách nhìn tổng quan

về nguyên lí, nguyên tắc hoạt động và phạm vi ứng dụng của nó đối với từng thiết bị trong

hệ thống điện (MBA, đường dây truyền tải ) Bằng sự hướng dẫn của Ths.NGÔ THỊ

NGỌC ANH và qua tìm hiểu, đồ án của em đã được hoàn thành đúng thời gian Do kiến

thức còn hạn chế nên trong đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Vậy em kínhmong nhận được sự chỉ bảo , góp ý của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, Ngày tháng 4 năm 2018 Sinh viên: Văn Đình Thông

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ

1.1 Đối tượng

Hệ thống cần được bảo vệ gồm :

+ 2 máy biến áp mắc song song ,tổ đấu dây YN/yn-12 , U1/U2: 115/24 kV

+ 2 đường dây cấp điện áp 22kV bằng loại dây AC-150 có chiều dài L1 =20km, L2 = 15km

Loại dây AC-150 : Z = 0.21+0.401j (Ω/km)Ω/km)km)

Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian: 0,02

4 Tính toán các thông số bảo vệ của bảo vệ quá dòng của các bảo vệ.

5 Khảo sát vùng tác động chức năng BVQD cắt nhanh

6 Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ nói trên

CHƯƠNG 2

CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN

Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong HTĐ thường có trị số rất lớnkhông thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơ le và các thiết bị tự động khác , vì vậy cácdụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng hay máy biến áp Máy biếndòng điện có cuộn dây sơ cấp đấu nối tiếp vào mạch sơ cấp

Máy biến dòng điện (BI): có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp bất kì về dòng điệnthứ cấp tiêu chuẩn I  đm 5A (hoặc 1A) và cách ly mạch thứ cấp của bảo vệ với điện áp cao

và dòng điện lớn ở phía sơ cấp

2.2.1 Chọn máy biến dòng BI cho đường dây(Ω/km)BI7 ; BI8)

Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI7, BI8 dùng cho bảo vệ đường dây D1,

D2 Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn.Dòng thứ cấp lấy bằng 5A

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: ni =

Tdd

Sdd

I I

+ Chọn ISdd ≥ Ilvmax=Icb :dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI

+ Chọn Itdd=5A

Dòng điện làm việc trên đường dây 2:

I2=Ipt2 + Ipt3 =

2 đm

2

cos.U.3

P

đm 3

P3.U cos

= ( 4 5 ).103 240,562

3.24.0,9  3.24.0,9  (A)

Dòng điện làm việc trên đường dây 1:

CHƯƠNG 3

CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE SỬ DỤNG

TRONG PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG TRÊN

3.1.Bảo vệ so lệch dòng điện

Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động trên nguyên tắc so sánh các giá trị biên độ dòngđiện đi vào và đi ra của các phần tử được bảo vệ Nếu sự sai khác giữa hai dòng điện vượtquá giá trị nào đó thì bảo vệ sẽ cảm nhận đó là sự cố trong khu vực bảo vệ và sẽ tác động.Khu vực bảo vệ được giới hạn bởi vị trí đặt của biến dòng ở hai đầu phần tử được bảo

vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng để so sánh

Khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài thì dòng so lệch (ISL) qua rơ le bằngkhông, rơ le không làm việc

Nếu bỏ qua sai số của BI thì khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài tại N1

(H.3.5.2) dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = I=IT1-IT2 = 0

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (tại N2) dòng một phía (IT2) sẽ thay đổi cả chiều lẫntrị số Khi đó dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = I = IT1 - IT2 >> 0

Nếu ISL = I lớn hơn một giá trị nào đó của (IKđ) dòng khởi động thì bảo vệ sẽ tác độngtách phần tử bị sự cố ra

Trên thực tế do sai số của BI, đặc biệt là sự bão hoà mạch từ, do đó trong chế độ bình

Dòng khởi động của bảo vệ phải định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng.

Ikđbv > Ikcb

Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, thường người ta sử dụngnguyên lý hãm bảo vệ Rơ le so lệch có hãm so sánh hai dòng điện, dòng làm việc (ILV) vàdòng hãm (IH) Rơ le sẽ tác động khi ILV>IH

Trong trường hợp ngắn mạch ngoài và chế độ làm việc bình thường, dòng điện làmviệc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm ILV < IH bảo vệ không tác động

ILV = ISL  0

IH = IT1 + IT2 Khi ngắn mạch tại N2 trong phạm vi bảo vệ lúc đó

ILV = ISL = IT1 + IT2

IH = IT1 - IT2.Như vậy ILV > IH bảo vệ tác động

Đối với máy biến áp các thành phần sóng hài bậc cao (bậc 2 bậc 5) được tách ra đểtăng cường hãm nhằm tránh tác động nhầm của bảo vệ khi đóng cắt máy biến áp không tải,máy biến áp bị kích thích hoặc ngắn mạch ngoài Do dòng điện từ hoá xung kích, xuất hiệnkhi cắt máy biến áp không tải chứa một phân lượng rất lớn hài bậc cao (bậc 2) và có thể đạtđến trị số cực đại khoảng 20%  30% trị số dòng sự cố Còn khi máy biến áp quá kích thíchthì thành phần hài bậc 5 tăng lên đột ngột

3.2.Bảo vệ quá dòng cực đại

Bảo vệ quá dòng cực đại là loại bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt bảo vệvượt quá một giá trị cài đặt trước cho bảo vệ Thời gian của bảo vệ được xác định theonguyên tắc từng cấp để đảm bảo được chính chọn lọc nhưng càng gần nguồn thì thời gian tácđộng càng lớn

Dòng khởi động của bảo vệ

Giá trị dòng khởi động được tính dựa trên các yếu tố:

 Dòng làm việc lớn nhất của lưới điện,

 Sự làm việc chọn của các rơle phía đầu nguồn khi có sự cố ở phía tải sẽ hãm lại sự tácđộng của rơle vì vậy dòng trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng mở máy cực đại

 Vì vậy dòng khởi động của rơle phải lớn hơn dòng trở về với

Từ đó ta có dòng khởi động của rơle là:

Dòng khởi động phía thứ cấp BI là:

Trong đó:

: hệ số an toàn : hệ số mở máy động cơ : hệ số trở về

 Đối với rơle cơ:

 Đối với rơle số :

: hệ số sơ đồ mắc BI

: tỉ số biến của BI

Thời gian tác động của bảo vệ

Các bảo vệ liền kề nhau phối hợp bảo vệ theo nguyên tắc từng cấp với thời gian phốihợp:

Bảo vệ có thể bảo vệ được toàn bộ thiết bị nhưng rất nguy hiểm nếu gần nguồn vì ởgần nguồn thời gian tác động càng lớn

Nếu có nhiều nguồn cung cấp thì cần nắp thêm bộ phận định hướng công suất đểchọn lọc và chỉ đặt ở những vị trí có thời gian tác động nhỏ

Đối với MBA thì dòng khởi động bảo vệ chọn theo dòng danh định của MBA phốihợp làm việc với các bảo vệ liền kề Nếu MBA nối từ nguồn từ nhiều phía cần đặt bộ phạnđịnh hướng công suất ở phía nối với nguồn có thời gian tác động nhỏ hơn

3.3.Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Chúng ta nhận thấy rằng đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thờigian cắt ngắn mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ

nguy hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt Để bảo vệ các đường dây trongtrường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả nănglàm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp.

Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn.Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính lànhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này

Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được chọnsao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp) đi quachỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ Sau đây chúng ta sẽ đi tính toán giá trịđặt của bảo vệ cho mạng điện trong đồ án

Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp giá trị dòng điện khởi động của bảo vệđặt tại thanh góp A được xác định theo công thức:

Ikd =kat .INngoai max

Trong đó:

Kat: hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn mạch, docấu tạo của rơle, thành phần không chu kì trong dòng ngắn mạch và của các biến dòng Vớirơle điện cơ Kat = (1,2 ÷ 1,3), còn với rơle số Kat = 1,15

INngoài max: dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn ngoàivùng bảo vệ Ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B

Ưu điểm: Làm việc không giây đối với ngắn mạch gần thanh góp

Nhược điểm: Chỉ bảo vệ được 1 phần đường dây 70 – 80%

Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và chế độ làm việc hệthống Chính vì vậy bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể là bảo vệ chính của 1 phần tử nào

đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác

Đối với lưới điện nhiều nguồn cung cấp ta cần thêm bộ phận định hướng công suất đểtăng tính chọn lọc cũng như giảm thiểu vùng chết của bảo vệ Đặt bộ phận định hướng côngsuất ở nguồn có công suất nhỏ hơn.

3.4.Bảo vệ chống chạm đất

Bảo vệ chống chạm đất có tác động khi dòng chạm đất tại chỗ đặt bảo vệ lớn hơn giátrị định trước, để cắt dòng chạm đất nhỏ (lưới trung tính cách điện) và dòng chạm đất lớn(lưới trung tính trực tiếp nối đất)

: tỉ số biến của BI

: dòng không cân bằng xét đến sai số giữa các BIBảo vệ chống chạm đất được phối hợp với các bảo vệ lân cận theo nguyên tắc từngcấp

Đối với MBA thì bảo vệ chống chạm đất có tác dụng chống chạm vỏ thùng MBA ,ngắn mạch chạm đất cuộn dây hình sao và vùng lân cận chỗ nối bảo vệ

Dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất cho MBA:

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHO BẢO VỆ ROLE

4.1 VỊ TRÍ CÁC ĐIỂM NGẮN MẠCH

Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua :

- Bão hòa từ

- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây

- Ảnh hưởng của phụ tải

Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng

Công suất cơ bản: Scb = SdđB = 30 MVA

 Giá trị điện kháng thứ tự không.

Chế độ hệ thống cực đại: X0Hmax = 0,8.X1Hmax= 0,8.0,015= 0,012

Chế độ hệ thống cực tiểu: X0Hmin = 0,8.X1Hmin = 0,8.0,021 = 0,015

+ Máy biến áp B1 và B2

cb k B1 B2

U

SLX5

= 2 

cb

cb 2 2

U

SLX5

4.3.TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH CỦA MẠNG ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ CỰC ĐẠI

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 thuận , thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không:

Ta tiến hành các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1-N9

=> Tính X1∑ ; X2∑ ; X0∑ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ max:

N1: X1  X2  XHT  XB12= 0,015+ 1.0,1

Tương tự với các điểm còn lại ta có công thức tính:

X X

1 I

0 2

)XX

(

X.X1

.3

0 N 1 N

2

XX

X.II

2 N 1 N

0

XX

X.II

12 B HT 0

I =I( 3 ) 0

1 N

Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:



N

E I

1 N 2

I =I( 3 ) 0

1 N

HT N

U

S X

E m I

3 ) 1 ( )

N N a

+)Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

kA , N

kA , N

kA , 0

I ( 1 , 1 )

kA , N

I ( 1 , 1 )

kA , 0

kA , N

kA , 0I

N9 0,094 0,143 10,638 1,365 1,365 10,023 2,632 1,510 1,189

4.4 TÍNH DÒNG NGẮN MẠCH CỦA MẠNG ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ CỰC TIỂU

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 thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không:

Ta tiến hành các dạng ngắn mạch lần lượt cho 11 điểm N1-N9

=> Tính X1∑ ; X2∑ ; X0∑ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min:

Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.

1 B HT 0

I =I( 3 ) 0

1 N

1 ( 1 N 0 ) 1 ( 1 N 2 ) 1 ( 1 N 1

X

EI

(3) 2 1

17,7520,129



N

E I

1 N 2

I =I( 3 ) 0

1 N

HT N

U

S X

E m I

3 ) 1 ( )

kA , N

kA , N

kA , 0

I ( 1 , 1 )

kA , N

I ( 1 , 1 )

kA , 0

kA , N

kA , 0I

Ta có biểu đồ quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây

Tổng hợp cả hai chế độ cực đại và cực tiểu :

Phân bố dòng ngắn mạch ba pha theo chiều dài đường dây

Phân bố dòng ngắn mạch thứ tự không theo chiều dài đường dây

5.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn theo công thức : Ikđ = kat.INngmax

5.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian.

Lựa chọn trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức:

Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:

Đặc tính thời gian của rơle: 0,02 Tp

1 I

14 , 0 t

 ; (s) Với:

kd

*I I

I 

kđ

I I



kđ

I I

Với đường dây L1:

Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:



kđ

I I

kđ

I I



kd

I I



kdd

I I

I

Với đường dây L1:

Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:



kđ

I I



kđ

I I

5.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian

 Dòng điện khởi động được tính theo công thức:

I0kđ = k IddBITrong đó: k = 0,2

IdđBI: Dòng điện danh định của BI, A

Ikđ1-51N = k IddBI1 =0,2.500 = 100 A

Ikđ2-51N = k IddBI2 = 0,2.400 = 80 A

 Thời gian làm việc

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập

t02 = tpt2 + Δt = 0.5st = 0,5 + 0,5 = 1 (s)

t01 = max( tpt1, t02 ) + Δt = 0.5st = max(0,5; 1) + 0,5 = 1 + 0,5 =1,5 (s)

CHƯƠNG VI XÁC ĐỊNH VÙNG BẢO VỆ CỦA BẢO VỆ CẮT NHANH

VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY

→Vùng bảo vệ của BV2 là : lcn2max= 48,34 km

6.1.2 Xác định vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không :

4.2 Kiểm tra độ nhạy của BVQD có thời gian và BVQD thứ tự không có thời gian :

Độ nhạy được xác định theo công thức:

N min N

kđ

I k

I

 Điều kiện kN

 1,5 Đối với bảo vệ đặt trên đoạn đường dây L1:

3

5 min 1.51

I

3

0 5 min 1.51

0 1.51

0,963.10

9,63 1,5 100

2

0,783.10

2,079 1,5376,531

N

kđ

I k

I

3

0 9 min 2.51

0 2.51

0,791.10

19,77 1,540

I

Vậy các bảo vệ đều có độ nhạy thỏa mãn.