CÀI đặt hệ THỐNG bảo vệ RƠLE CHO máy BIẾN áp TĂNG áp 22KV110KV TRONG NHÀ máy THUỶ điện bản vẽ NGHỆ AN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÀI ĐẶT HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP TĂNG ÁP 22KV/110KV TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN BẢN VẼ - NGHỆ AN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/128 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Ngày điện phần thiếu sản xuất công nghiệp sống ngày người Để đảm bảo chất lượng sản lượng điện cần thiết, tính liên tục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, nhà máy, xí nghiệp, đảm bảo an tồn cho thiết bị làm việc ổn định hệ thống điện thiết bị hệ thống bảo vệ đóng vai trò quan trọng Trong hệ thống điện lúc hoạt động ổn định, thực tế cố ngắn mạch, tải, v.v… xảy lúc có nhiều ngun nhân dẫn tới biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũ lụt, máy móc thiết bị bị hao mòn, già cỗi, tai nạn ngẫu nhiên, nhầm lẫn thao tác nhân viên vận hành,… Thiết bị tự động dùng để bảo vệ hệ thống điện đại dùng phổ biến hệ thống bảo vệ rơle Khái niệm rơle dùng để tổ hợp thiết bị thực một nhóm chức bảo vệ tự động hoá hệ thống điện, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật đề nhiệm vụ bảo vệ cho phần tử cụ thể cho toàn hệ thống 1.2 Cơ sở chọn đề tài 1.2.1 Lý chọn đề tài Nghiên cứu nguyên lý thực bảo vệ rơle hệ thống điện từ áp dụng vào thực tế tinh chỉnh rơle bảo vệ cho máy biến áp tăng áp cho rơle hệ thống điện làm việc tin cậy, đảm bảo độ nhạy, tính phối hợp cao Qua nâng cao hiểu biết hệ thống bảo vệ rơle tầm quan trọng làm việc tương lai Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/128 x 1.2.2 Các vấn đề cần giải Trong đề tài cần giải vấn đề sau:  Tính tốn ngắn mạch để tìm số liệu phục vụ cho việc cài đặt rơle  Tìm hiểu loại cố xảy với đối tượng cần bảo vệ  Nghiên cứu nguyên lý thực bảo vệ rơle áp dụng nguyên lý bảo vệ tối ưu cho máy biến áp  Tính tốn trị số tinh chỉnh cho rơle 1.1 Sơ lược thuỷ điện Bản Vẽ 1.1.1 Vị trí Thuỷ điện Bản Vẽ cơng trình thuỷ điện xây dựng thượng nguồn Nậm Sơn (Sơng Lam) Đập nhà máy điện đặt Vẽ, xã Yên Na, huyện Tương Dương, tỉnh Nghệ An, Việt Nam - 1.1.2 Các thơng số Chiều dài đập theo đỉnh: 509m Chiều cao đập lớn nhất: 137m Mực nước bình thường: 200m Dung tích hồ chứa nước: 1.8 tỷ m3 Dung tích lưu vực hồ chứa: 8.700 km2 Số tổ máy: máy biến áp công suất 125 MVA, tổ máy phát 66 MVA Loại đập: bê – tông đầm lăn, hầm dẫn nước, nhà máy hở Thời gian thi cơng: khởi cơng 2005, phát điện hồ lưới 2010 1.1.3 Vai trò Đây cơng trình thuỷ điện lớn khu vực bắc miền Trung tỉnh Nghệ An Công trình đồng thời cung cấp phần điện cho nước bạn – Lào Ngồi ra, thuỷ điện Bản Vẽ cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, đẩy mặn, chống lũ cho vùng hạ lưu sông Cả 1.1.4 Sơ đồ nguyên lý Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/128 Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý trạm 1.2 Các thiết bị sơ đồ 1.1.5 Hai máy biến áp T1,T2: 22/110 kV ± 8x1.5%, YNd11 Bảng 1-1 Thông số máy biến áp Sđm Kiểu (MVA ) Điện (kV) Ca o Bảo vệ Rơle áp UN (% ) Hạ I (% ) ∆P0 (kW ) ∆PN (kW Kích thước (m) ) D B Giá Trọng C tiền lượng (103 (tấn) ) Dầ Tổn u g Nướ c sản xuất ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/128 ONA F 10.5 125 121 , 13.8 10 0.5 5 100 520 7 25 133 140 1.1.6 Máy phát Máy phát điện loại CB – 465 / 210 – 16 có thơng số sau: Bảng 1-2 Thơng số máy phát Sđm Pđm Cos φ Uđm (kV) Iđm (kA) Xd’’ Xd’ Xd (MVA) 66 (MW) 56 0.85 10.5 3.64 0.21 0.21 0.91 1.1.7 Máy cắt Bảng 1-3 Thông số máy cắt Máy cắt Điện áp định mức Điện áp cực đại định mức Điện áp chịu với tần số công nghiệp Điện áp đỉnh chịu xung sét Dòng điện định mức (400C) Dòng điện cắt định mức Dòng điện khóa Dòng điện ngắn mạch chịu thời gian 3s Dòng đóng cắt lệch pha Chu kỳ đóng cắt Chu kỳ đóng cắt ngắn mạch Thời gian cắt định mức Điện áp AC điều khiển định mức Điện áp DC điều khiển định mức Độ bền khí Mật độ khí SF6 định mức Áp suất khí SF6 định mức 200C Áp suất khí SF6 báo lỗi 200C Áp suất khí SF6 khóa 200C Tụ điện hai phía MF/MBA 24kV 30kV 80kV 150kV 25kA 170kA 466kA 170kA 85kA CO-3min-CO CO-30min-CO 56ms 400/230VAC 220VDC 20000 lần 40.7kg/m3 620kPa 560kPa 540 kPa 130nF/260nF 1.1.8 Dao cách ly Bảng 1-4 Thông số dao cách ly Dao cách ly Điện áp định mức Dòng điện định mức Điện áp chịu với tần số công nghiệp Điện áp đỉnh chịu xung sét Bảo vệ Rơle 30kV 25kA 80kV 150kV AEG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/128 Dòng điện đỉnh chịu Dòng điện chịu thời gian 3s 446kA 170kA 1.1.9 Dao tiếp địa Bảng 1-5 Thông số dao tiếp địa Dao tiếp địa Điện áp định mức Điện áp chịu với tần số công nghiệp Điện áp đỉnh chịu xung sét Dòng điện đỉnh chịu Dòng điện chịu thời gian 1s 30kV 80kV 150kV 446kA 170kA 1.1.10 Máy biến điện áp (BU) Các thông số máy biến điện áp: - Tỷ số biến 1.1.11 Máy biến dòng điện (BI) Thơng số biến dòng: 1.3 Kết luận Trong chương – chương Tổng quan chúng tơi trình bày lý chọn đề tài hướng giải vấn đề luận văn Bên cạnh chương khảo sát sơ đồ nguyên lý nhà máy biết thông số thiết bị có sơ đồ ngun lý để phục vụ cho tính tốn Kết thúc chương 1, bước qua chương chương tính tốn ngắn mạch dòng ngắn mạch sở để chỉnh định rơle bảo vệ Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/128 Mời người sang chương để theo dõi tiếp tục CHƯƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠ LE 1.4 Tổng quan Ngắn mạch tượng nối tắt hai điểm có điện khác mạch điện vật dẫn có tổng trở khơng đáng kể, ([1], Tr 7) Ngắn mạch tượng dây dẫn pha chập nhau, chập đất chập dây trung tính, ([2] – Tr 5) Trạm biến áp làm việc an toàn, tin cậy với hệ thống bảo vệ rơle tác động nhanh, nhạy đảm bảo tính chọn lọc để lựa chọn chỉnh định thiết bị này, phải dựa kết tính tốn ngắn mạch, mà cụ thể dòng ngắn mạch qua BI xảy loại ngắn mạch Mục đích việc tính tốn ngắn mạch xác định dòng ngắn mạch lớn (INmax) để chỉnh định rơle dòng ngắn mạch nhỏ (I Nmin) để kiểm tra độ nhạy cho rơle chỉnh định Trong hệ thống điện thường có dạng ngắn mạch sau:  Ngắn mạch pha N(3)  Ngắn mạch pha N(2)  Ngắn mạch pha chạm đất N(1,1)  Ngắn mạch pha N(1) 2.1 Các giả thiết Những giả thiết bản, ([2], Tr 23) Các giả thiết tính tốn ngắn mạch, ([3], Tr 27) Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/128  Các máy phát điện khơng có tượng dao động cơng suất nghĩa góc lệch pha vectơ suất điện động máy phát không đổi sấp xỉ       không Bỏ qua phụ tải tính tốn ngắn mạch q độ ban đầu Bỏ qua điện trở Bỏ qua điện dung Bỏ qua dòng điện từ hố máy biến áp Ngắn mạch pha ngắn mạch đối xứng Các tính tốn thực hệ đơn vị tương đối 1.5 Các cơng thức tính tốn ngắn mạch phục vụ cho đề tài 1.1.12 Các đại lượng ([2], Tr 24) Thường người ta hay chọn trước đại lượng Ucb Scb Khi đó: 1.1.13 Máy phát điện ([3], Tr 34; [1], Tr 55; [2], Tr 140) Suất điện động máy phát hệ đơn vị tương đối lấy ([3], Tr 105) Phương pháp ghép song song máy phát ([3], Tr 96):  Nếu E1 = E2 = … =Em Etđ = Ei  Nếu Y1 = Y2 = … =Ym Ytđ = m.Yi hay Xtđ = Xi/m 1.1.14 Máy biến áp hai cuộn dây ([3], Tr 37) Máy biến áp phần tử đứng yên nên X1T = X2T ([2], Tr 141) 1.1.15 Các dòng ngắn mạch dạng ngắn mạch ([2], Tr 159, 160) 2.2 Chọn đại lượng Chọn đại lượng sau: Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/128   Ucb1 = 24 kV Ucb2 = 115 kV Dòng điện cấp điện áp: 2.3 Tính tốn thơng số phần tử • 2.3.1 Máy phát điện Điện kháng thứ tự thuận: • Điện kháng thứ tự nghịch • Điện kháng thứ tự không: 2.3.2 Máy biến áp cuộn dây Bỏ qua điện trở nên điện kháng máy biến áp bằng: 1.6 Các sơ đồ tính tốn Sơ đồ 1: Khi máy cắt phân đoạn 22 kV 110 kV đóng Sơ đồ 2: Khi máy cắt phân đoạn 22 kV đóng máy cắt phân đoạn 110 kV mở Sơ đồ 3: Khi máy cắt phân đoạn 22 kV mở máy cắt phân đoạn 110 kV đóng Sơ đồ 4: Khi máy cắt phân đoạn 22 kV 110 kV mở Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/128 Các sơ đồ thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không mạng điện ([2], Tr 146, 147) X1 = X2 ([2], Tr 141) ([4], Tr 58, 59) ([5], Tr 106) Hình 2-2: Sơ đồ nối điện điểm cần tính ngắn mạch 1.1.16 Sơ đồ (2 máy cắt phân đoạn đóng) Hình 2-3: Sơ đồ (2 máy cắt phân đoạn đóng) 1.1.1.1 Ngắn mạch phía 22kV Dùng phương pháp ghép song song máy phát Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 103/128 • • • • Giám sát liên tục đại lượng đo, giá trị đặt cho bảo vệ Tạo đại lượng so lệch, hãm Phân tích tần số dòng điện pha, hãm Tính tốn dòng điện hiệu dụng phục vụ cho bảo vệ, tải, theo dõi liên tục độ tăng nhiệt độ đối tượng bảo vệ • Xử lý tín hiệu cho chức logic chức người dùng xác định • Quyết định đưa lệnh cắt • Lưu trữ, đưa giá trị cố phục vụ tính tốn phân tích cố • Ngồi có chức quản lý khác ghi liệu, đồng hồ thời - gian, giao tiếp truyền thơng,… Sau thơng tin truyền tới khối khuếch đại tín hiệu đầu OA, tín hiệu đưa đến thiết bị bên 1.16 Cách chỉnh định cài đặt thông số 7UT612 Các thông số cài đặt chỉnh định chức bảo vệ 7UT612 thực theo cách: - Bằng phím mặt trước rơle Bằng máy tính với phần mềm DIGSI sau upload vào rơle Rơle hãng Siemens có tổ chức thơng số trạng thái chức bảo vệ theo địa chỉ, có nghĩa với chức năng, thông số cụ thể có địa tương ứng Các địa sau lại có lựa chọn để cài đặt Hình 5-100: Ví dụ cách chỉnh định cài đặt thông số 7UT612 Địa cài đặt “0103 Grp Chge OPTION” có hai chế độ: Enable (Cho phép)/Disable (Không cho phép) chuyển đổi qua lại kể trình vận hành Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 104/128 Địa cài đặt “0105 PROT OBJECT”: Đây mục mô tả đối tượng bảo vệ chức bảo vệ so lệc Có lựa chọn máy biến áp ba pha, pha, tự ngẫu, máy phát, động cơ, thành Địa cài đặt “0112 DIFF PROT”: có lựa chọn cho phép không cho phép chức bảo vệ so lệch Địa cài đặt “0113 REF PROT”: cho phép không cho phép chức chống chạm đất hạn chế 1.17 Các thông số kỹ thuật 7UT612 - 1.1.31 Mạch đầu vào Dòng điện danh định: 1A, 5A 0.1A (có thể lựa chọn dây nối) Tần số danh định: 50Hz, 60Hz (có thể lựa chọn được) Công suất tiêu thụ dòng điện danh định đầu vào: Với Iđm = 1A, công suất tiêu thụ 0.02 VA Với Iđm = 5A, công suất tiêu thụ 0.2 VA Với Iđm = 0.1A, công suất tiêu thụ 0.001 VA Đầu vào nhạy = 0.05 VA - Khả tải dòng điện: Theo nhiệt độ (giá trị hiệu dụng): Dòng trì cho phép: 4IN Dòng 10s: 30.IN Dòng 1s: 100.IN Theo giá trị dòng xung kích: 250 IN ½ chu kỳ - Khả tải dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao: Theo nhiệt độ (giá trị hiệu dụng): Dòng trì cho phép: 15A Dòng 10s: 100A Dòng 1s: 300A Theo giá trị dòng xung kích: 750A ½ chu kỳ - Điện áp định mức: Điện áp chiều: 24 đến 48V 60 đến 125V 110 đến 250V Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 105/128 Điện áp xoay chiều: 115V AC (f=50/60Hz), 230V AC - Khoảng chịu nhiệt cho phép: ± 20% (DC) < 15% (AC) - Cơng suất tiêu thụ: ÷ 7W - 1.1.32 Đầu vào nhị phân Số lượng đầu vào: Điện áp định mức: 24 ÷ 250V (DC) Dòng tiêu thụ: 1.8mA Điện áp tối đa cho phép: 300V (DC) - 1.1.33 Đầu rơle Số lượng ngõ ra: tiếp điểm tiếp điểm cảnh báo Cơng suất chuyển đổi: Đóng: 1000W/VA Cắt: 30W/VA Cắt (tải trở): 40W Cắt (tải L/R ≤ 50ms): 25W - Điện áp đóng cắt: 250V Tổng dòng điện cho phép: 30A cho 0.5s 5A không hạn chế thời gian - 1.1.34 Đèn LEDs báo hiệu đèn màu xanh báo rơle hoạt động đèn màu đỏ báo cố đèn màu đỏ khác hiển thị tình trạng làm việc rơle Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 106/128 CHƯƠNG TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH CÁC RƠLE 1.18 Tính tốn chỉnh định loại rơle bảo vệ máy biến áp Hình 6-101: Các loại rơle sử dụng bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 1.1.35 Tính toán bảo vệ so lệch (87) Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 107/128 Hình 6-102: Tính tốn bảo vệ so lệch máy biến áp Vì máy biến áp có tổ đấu dây ∆/Y nên sơ đồ BI Y/∆ ([9], Tr 48) Sơ cấp BI phía sơ cấp máy biến áp nối nên ksđ.BI.SC = ([9], Tr 2) Thứ cấp BI phía thứ cấp máy biến áp nối tam giác nên ksđ.BI.TC = ([9], Tr 3)  Ngắn mạch 110kV (N2) Dòng ngắn mạch pha phía thứ cấp bốn sơ đồ: ([chương 2], Tr.50) Sơ đồ 1: Khi máy cắt phân đoạn 22kV 110kV đóng Sơ đồ 2: Khi máy cắt phân đoạn 22kV đóng máy cắt phân đoạn 110kV mở Sơ đồ 3: Khi máy cắt phân đoạn 22kV mở máy cắt phân đoạn 110kV đóng Sơ đồ 4: Khi máy cắt phân đoạn hai 22kV 110kV mở Vậy chọn I(3)N ngồi max = 6.67 kA Dòng định mức sơ cấp máy biến áp (thấp áp): Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 108/128 Dòng định mức thứ cấp máy biến áp (cao áp): Ta có kđn = BI khác ([9], Tr 48) Dòng điện thứ cấp BI phía sơ cấp MBA: Dòng điện thứ cấp BI phía thứ cấp MBA: Do chênh lệch dòng điện thứ cấp lớn nên chọn lại BI phía sơ cấp MBA là: Tính lại dòng: Sai số chênh lệch dòng thứ cấp BI phía máy biến áp: ([9], Tr.49) Dòng khởi động rơle: Phía 110 kV có phạm vi điều chỉnh đầu phân áp ±8x1.25% Do đó: Chọn dòng đặt rơle: Iđ.R = A Dòng khởi động thực tế bảo vệ: Độ nhạy: Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 109/128 1.1.36 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N) Hình 6-103: Tính tốn bảo vệ so lệch chống chạm đất Ta có: Điểm N2’: Dòng khởi động: Dòng thứ tự khơng nhỏ qa BI1 ngắn mạch N2’ (sơ đồ 4): Trong đơn vị có tên Độ nhạy bảo vệ: 1.1.37 Bảo vệ dòng cắt nhanh (50) Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 110/128 Hình 6-104: Tính tốn bảo vệ cắt nhanh  Bảo vệ cắt nhanh đặt phía sơ cấp 22kV Dòng định mức máy biến áp: Dòng ngắn mạch ba pha ngồi lớn điểm N2 (sơ đồ 3): Dòng ngắn mạch quy cấp điện áp 22 kV: Dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh (Ikđ(50)MBA) chọn Theo dòng ngắn mạch lớn sau máy biến áp quy cấp điện áp nơi đặt bảo vệ: Theo dòng từ hố đột biến (xuất đóng máy biến áp điện áp khôi phục điện áp sau cắt cố ngắn mạch ngoài) ([9], Tr 19) Bảo vệ Rơle ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 111/128 Dòng khởi động rơle (IkđRI>>) Dòng khởi động thực tế bảo vệ cắt nhanh: Độ nhạy: Vì k