bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MƠN BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Quang Thuấn Nguyễn Văn Hùng LỜI MỞ ĐẦU Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới hai thầy giáo trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành tập Thầy Nguyễn Quang Thuấn Thầy Nguyễn Văn Hùng Năng lượng nói chung điện nói riêng đóng vai trị quan trọng phát triển đất nước, nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa,đồng thời điện xem nguồn lượng Trong tất lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt nhân dân cần đến điện Đều dẫn đến ngành công nghiệp điện phải phát triển trước bước Quá trình điện xảy nhanh Do địi hỏi thiết bị q trình vận hành điều khiển phải đáp ứng nhanh Ngành công nghiệp điện có liên quan đến hầu hết ngành kinh tế quốc dân Đó động lực để thúc đẩy phát triển đất nước Việc thiết kế mạng phân phối đòi hỏi phải đảm bảo số yêu cầu: ¬ Đảm bảo độ bền học cho đường dây để làm việc vững an toàn ¬ Cung cấp điện thường xuyên liên tục ¬ Điện cung cấp có chất lượng tốt, độ lệch điện áp nằm giới hạn cho phép ¬ Giới hạn vị trí sử dụng để sữa chữa thiết bị bảo vệ có tính chất chọn lọc ¬ Hiệu suất cao ¬ Bảo đảm điều kiện kinh tế, vốn đầu tư chi phí vận hành ¬ Có khả phát triển tương lai Môn học “Bảo vệ rơle Tự động hóa Hệ thống điện” thuộc khoa Điện – Trường ĐHCN Hà Nội Cung cấp cho ta nhìn chi tiết bảo vệ phần tử hệ thống điện, dạng cố hệ thống cách khắc phục cố Nhằm đảm bảo việc cung cấp điện thường xuyên liên tục Trong trình học tập, chúng em thầy hướng dẫn dạy tận tình Ngồi thầy giới thiệu cho chúng em giáo trình tham khảo bổ ích cho q trình học tập nghiên cứu Do trình độ chun mơn cịn hạn chế nên tập khơng khỏi có thiếu sót Chúng em mong có giúp đỡ bảo thầy để em tập chúng em hoàn thiện Chúng em lần xin gửi lời cảm ơn tới hai Thầy giáo: Thầy Nguyễn Quang Thuấn Thầy Nguyễn Văn Hùng hướng dẫn chúng em hoàn thành tập Tài liệu học tập: - Nguyễn Quang Thuấn Đề cương giảng môn học: Bảo Vệ Rơle Tự Động Hóa, Khoa Điện – ĐHCN HN Tài liệu tham khảo: - GS Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện, NXBKHKT 2003 - Lê Kim Hùng – Đoàn Ngọc Minh Tú Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện, NXBGD 1998 - TS Trần Quang Khánh Bảo vệ rơle Tự động hóa hệ thống điện, NXBGD 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN …………………… BÀI TẬP LỚN Môn học: Bảo vệ rơle Tự động hóa Hệ thống điện Họ Tên: Nguyễn Văn Ly Nguyễn Trần Nghĩa Nguyễn Văn Toàn Lớp: CĐ KTĐ 8– K12 I.Đề bài: Tính tốn bảo vệ rơle cho mạng điện hình tia hình vẽ (Trang 2) II Số liệu: Trang III Nội dung: Chọn Tính máy tốn biến dịng ngắn cho mạch bảo phục vệ vụ 1, 2, bảo 3, vệ Tính tốn thơng số đặt cho bảo vệ 1, 2, ,4 5, kiểm tra độ nhạy bảo vệ xác định vùng bảo vệ bảo vệ cắt nhanh - Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 27 tháng 11 năm 2012 - Ngày nộp bảo vệ: Ngày tháng năm 2012 Hà Nội, ngày 27 tháng 11 năm 2012 Giáo Viên Hướng Dẫn Nguyễn Quang Thuấn Nguyễn Văn Hùng rơle SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN B A C D1 D2 D3 PT HTĐ 0.4kV 6kV 115kV B1 B2 B3 24kV THÔNG SỐ BAN ĐẦU Hệ thống: SNmax = 1000 MVA SNmin = 0,7 SNmax = 700 MVA Trạm biến áp: - B1: Sđm = x 30 MVA U1/U2 = 115/24 kV UN% = 10% - B2: Sđm = 15 MVA U1/U2 = 24/6 kV UN% = 8,5% - B3: Sđm = MVA U1/U2 = 24/0,4 kV UN% = 5,5% Đường dây: Khoảng cách dây: D = 2(m) Đường dây Loại dây dẫn Chiều dài D1 AC – 95 L1 = 30 km D2 AC – 70 L2 = 20 km D3 AC – 70 L3 = 10 km Z0 (Ω/km) 0,33 + j0,371 0,46 + j0,382 0,46 + j0,382 Phụ tải: Pđm = MW; cosφ = 0,9 Giả thiết: - Bào vệ đường dây D1 dùng bảo vệ cắt nhanh; - Bảo vệ máy biến áp B2 dùng bảo vệ so lệch; - Bảo vệ đường dây D2 D3 dùng bảo vệ q dịng có thời gian; - Thời gian làm việc bảo vệ t3 = 2s PHẦN BÀI TẬP Chọn BI cho bảo vệ 1, 2, 3, 1.1 Lý Thuyết a, Khái niệm: Máy biến dòng BI (TI) Máy biến dòng máy biến áp dùng để biến đổi dòng điện sơ cấp cấp điện áp thành dịng điện có trị số bé (thường 5A 1A) để cung cấp cho thiết bị đo lường, bảo vệ rơle tự động hóa b, Công dụng: Trong chế độ làm việc mạng điện tránh khỏi cố ngắn mạch, tải Khiến cho mạng điện làm việc không ổn định Nếu tình trạng kéo dài gây hư hỏng cho phần tử hệ thống, nguy hiểm cho người, gây sập toàn hệ thống điện Do cần phải phát vị trí xảy cố nhanh tốt cách li khỏi hệ thống Để phần tử khác làm việc bình thường Chỉ có thiết bị tự động bảo vệ thực tốt yêu cầu Thiết bị gọi bảo vệ rơle Bảo vệ rơle theo dõi liên tục tình trạng chế độ làm việc tất phần tử hệ thống Nếu xảy cố, bảo vệ rơle phát cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện máy cắt điện Nếu xuất chế độ làm việc khơng bình thường, bảo vệ rơle phát tín hiệu tùy theo yêu cầu cắt bỏ khôi phục lại chế độ làm việc bình thường hay báo tín hiệu cho nhân viên trực c, Cấu tạo: BI thực chất máy biến áp làm việc chế độ ngắn mạch Gồm mạch từ quấn cuộn dây sơ cấp mắc nối tiếp với với mạng điện Và hay nhiều cuộn sơ cấp để lấy tín hiệu cho thiết bị đo lường, bảo vệ Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng d, Nguyên lý làm việc: BI làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi kép biến đổi dịng điện lớn phía sơ cấp thành dịng điện nhỏ bên thứ cấp cung cấp cho phụ tải BI phải làm việc chế độ ngắn mạch mạch thứ cấp hở xuất điệp áp cao gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành e, Các thông số lựa chọn BI: - Tỷ số biến dịng xác định theo cơng thức: nI = Trong : Iscdđ : dịng điện cuộn dây sơ cấp Itcdđ : dòng điện cuộn thứ cấp( thường lấy 1A 5A) - Sai số BI: + Sai số giá trị: ∆I%= n I I − I I1 + Sai số góc δi : góc lệch pha dòng sơ cấp thứ cấp BI - Cấp xác: sai số lớn BI làm việc điều kiện : f = 50Hz Phụ tải thứ cấp biến thiên tứ 0.26 tới định mức 1.2 Bài Tập Chọn Iscdđ = (A) Itcdđ = Ilvmax = kqt.Iđm - Chọn tỷ số cho BI1: Ta có Iđm1 = Ipt + IB2 + IB3 Ipt = Pđm 3.U đm cos ϕ IB2scđm = IB3scđm = S B đm U B scdm S B 3đm U B 3scdm 5.10 = 24.0,9 = = 15.10 3.24 3.10 3.24 = 133,6 (A) = 360,8 (A) = 72,16 (A) => Iđm1 = 133,6 + 360,8 + 72,16 = 566,56 (A) => I1 lvmax = kqt.I1đm = 1,4.566,56 = 793,18 (A + Như chọn I1scdd = 800 (A) => nI1 = = 160 - Chọn tỷ số cho BI2: Ta có I2đm = Ipt + IB3đm = 133,6 + 72,16 = 205,76 (A) => I2lvmax = 205,76.1,4 = 288 (A) + Như chọn I2scdd = 300(A) => nI = = 60 - Chọn tỷ số cho BI3: Ta có I3đm = Ipt = 133,6 (A) => I3lvmax = 1,4.133.6 = 187,04 (A) + Như chọn I3scdd = 200 (A) => nI3 = = 40 - Chọn tỷ số cho BI4: Ta có I4đm = IB2scdm = 360,8 (A) => I4 lvmax = 1,4.360.5 = 505.12 (A) + Như chọn I4scdm = 550 (A) => nI4 = = 110 - Chọn tỷ số cho BI5: Ta có S B đm I5đm = IB2tcdm = U B 2tcdm = 15.10 3.6 = 1443,37 (A) => I5 lvmax = 1,4.1443,37 = 2020,7 (A) + Như chọn I5scdm = 2500 (A) => nI5 = = 500 Tính tốn ngắn mạch 2.1 Lý thuyết 2.1.1Khái niệm Ngắn mạch tượng dây pha dẫn chạm nhau, chạm đất chạm dây trung tính Khi xảy ngắn mạch : tổng trở mạch nhỏ ( mạch điện bị ngắn lại) Dòng điện tăng nhanh (gọi điện ngắn mạch) Ký hiệu xác suất loại ngắn mạch trình bày bảng : Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ước Ký hiệu Xác suất xảy % pha pha 10 pha –đất 20 pha 65 2.1.2 Hậu mục đích tính tốn NM + Hậu ngắn mạch: - Phát nóng cục gây cháy nổ - Sinh lực khí lớn phần tử thiết bị điện làm biến dạng gây vỡ phần tử (Ví dụ: sứ đỡ, dẫn biến dạng …) - Gây sụt áp lưới điện, làm động ngừng quay - Gây ổn định hệ thống điện máy phát điện bị cân công suất quay theo vận tốc khác dẫn đến đồng - Tạo thành phần dịng khơng đối xứng gây nhiễu đường dây thông tin gần - Làm gián đoạn hệ thống điện nhiều phần tử bị cắt để loại trừ ngắn mạch Đây hậu nặng nề Nếu cố không loại bỏ gây sập tồn hệ thống + Mục đích việc tính tốn ngắn mạch: - Để lựa chọn phần tử hệ thống điện đảm bảo chịu đựng thời gian tồn ngắn mạch - Để tính tốn hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ ( Cầu chì, Attomat, rơle, ) - Lựa chọn tối ưu sơ đồ (có dịng ngắn mạch nhỏ) giảm đáng kể chi phí đầu tư xây - Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch (kháng điện, máy biến áp nhiều dây quấn) 2.1.3 Dòng điện ngắn mạch Trong dạng ngắn mạch ngắn mạch pha ( ) gây hậu nặng nề Thường dùng làm để lựa chọn, chỉnh định cho phần tử bảo vệ hệ thống điện 2.2 Tính tốn ngắn mạch Tính tốn ngắn mạch hệ có tên Chọn điện áp sở 115 kV Sơ đồ thay Xht Xb1 Xd1 Xd2 Xd3 Xb2 Xb3 HTĐ Điện kháng hệ thống Xht: X HT = U đm 1,05.115 = = 13,88 ( Ω ) S N max 1000 Điện kháng MBA B1 XB1: XB1 = U N % U đm 10 115 = = 22,04 ( Ω ) 100 S1đm 100 2.30 Điện kháng đường dây D1 XD1: Với đường dây D1: L1 = 30 km; AC-95 Ta có xo = 0,371 ( Ω /km) 115  X D1 = xo l1 k12 = 0,371.30   = 255,5 ( Ω )  24  Điện kháng đường dây D2 XD2: Với đường dây D2: L2 = 20 km; AC-70 Ta có xo = 0,382 ( Ω /km) 115  X D = xo l k12 =0,382.15   = 175,4 ( Ω )  24  Điện kháng đường dây D3 XD3: Với đường dây D3: L3 = 10 km; AC-70 Ta có xo = 0,382 ( Ω /km) 115  X D = xo l k12 =0,382.10   = 87,7 ( Ω )  24  Điện kháng MBA B2 XB2: X B2 = 2 U N % U đm 8,5 24  115  k1 =   = 75 ( Ω ) 100 15  24  100 S đm Pt ( 3) - Tính ngắn mạch pha điểm N : N N Sơ đồ Xht Xb1 Xd1 HTĐ N1 I N( 31)(115 kV ) = = = 0,228 (kA) I N( 31)( 24 kV ) = N N( 31)(115 kV ) k1 = 0,228 115 = 1,092 (kA) 24 - Tính ngắn mạch pha điểm N : N N(32) Sơ đồ Xht Xb1 Xd1 Xd2 HTĐ N2 I N( 32) (115 kV ) = = = 0,142 (kA) I N( 32) ( 24 kV ) = I N( 32) (115 kV ) k1 = 0,142 115 = 0,68 (kA) 24 ( 3) - Tính ngắn mạch pha điểm N : I N Sơ đồ Xht Xb1 Xd1 Xd2 Xd3 Pt HTĐ N3 I N( 33)(115 kV ) = = = 0,119 (kA) I N( 33)( 24 kV ) = I N( 33)(115 kV ) k1 = 0,119 115 = 0,57 (kA) 24 ( 3) - Tính ngắn mạch pha điểm N : I N Sơ đồ Xht Xb1 Xd1 Xb2 HTĐ N4 I N( 34) (115 kV ) = I = = 0,181 (kA) ( 3) = I N (115 kV ) k1 = 0,181 = 0,867 ( 3) N ( 24 kV ) I N( 34) ( kV ) = I N( 34) (115 kV ) k1 k = 0,181 115 24 = 3,468 (kA) 24 Bảng tổng kết I N( 3()115 kV ) kA I N( 3()24 kV ) kA N1 0,228 1,092 N2 0,142 0,68 N3 0,119 0,57 N4 0,181 0,867 I N( 3()6 kV ) kA 3,468 Tính tốn thơng số đặt cho bảo vệ 1, 2, 3, 5, kiểm tra độ nhạy cho bảo vệ xác định vùng bảo vệ bảo vệ cắt nhanh 3.1 Tính tốn chỉnh định cho bảo vệ cắt nhanh đường dây D1 BVQD cắt nhanh I>> (50) loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc cách sử dụng dòng khởi động ( I KĐ ) lớn dịng ngắn mạch lớn ngồi vùng bảo vệ qua chỗ đặt bảo vệ Tính tốn Dịng khởi động I KĐ = K at I Nng max Trong đó: I Nng max - dịng NM ngồi vùng bảo vệ lớn ( tính theo N ( 3) cuối phần tử bảo vệ ) K at - hệ số an toàn ( thường lấy K at = 1,2 ÷ 1,3 ) Thơng số tính toán: Ta chọn K at = 1,3 ( 3) Ta có INngmax = I N 1( 24 kV ) = 0,228 (kV) Dòng khởi động I KĐ = K at I Nng max = 1,3 0,228 = 0,296 (kA) = 296 (A) Dòng khởi động rơle: I KDR = I KĐ k sđ nI Trong đó: n I - tỷ số biến đổi BI k sđ - chọn k sđ = Tính dịng khởi động rơle 1: I KDR = I KĐ k sđ 296.1 = = 1,85 (A) nI1 160 Vùng tác động m% = 100 Z ptBV  E  − Z HT − > BV  I KĐ     100  1,05.115 10  − (13,88 + 22,04 + 255,5)  = 45,6% = 255.5  296  3.2 Tính tốn chỉnh định cho bảo vệ so lệch bảo vệ máy biến áp B2 - Tính tốn chọn BI ta có + Chọn tỷ số cho BI4: Ta có I4đm = IB2scdm = 360,8 (A) => I4 lvmax = 1,4.360.5 = 505.12 (A) Như chọn I4scdm = 550 (A) => nI4 = = 110 + Chọn tỷ số cho BI5: Ta có I5đm = IB2tcdm = S B đm U B 2tcdm = 15.10 3.6 => I5 lvmax = 1,4.1443,37 = 2020,7 (A) Như chọn I5scdm = 2500 (A) => nI5 = = 500 = 1443,37 (A) - Chọn sơ đồ nối dây cho BI: ksđ = (Theo đề ra) - Dòng thứ cấp BI 5: Itc4 = I đm 505,12 = = 7,95 (A) n4 110 Itc5 = I đm 1443,37 = = 4,99998 (A) ≈ 5(A) n5 500 Nhận thấy dòng thứ cấp BI chênh lệch lớn Nên cần chọn lại BI 1: nI4 = = 110 nI4 = = 180 Và dòng thứ cấp Itc4 lúc bằng: Itc4 = 505,12 = 4,86 (A) 180 - Sự chênh lệch dòng điện thứ cấp BI: S2i = I tc − I tc 5 − 4,86 = = 0,028 I tc - Dịng khơng cân trực tiếp lớn nhất: Ikcbttmax I kcbtt max = ( K kck K đn f i max + s ∆U + s 2i ).I Nng max Trong đó: I kcktt max - dịng khơng cân tính tốn lớn tương ứng với dịng ngắn mạch ngồi cực đại K đn - hệ số đồng BI, thường K đn = ÷ K đn = BI hoàn toàn giống va dòng điện qua cuộn sơ cấp chúng K đn = BI khác nhiều f i ,max - sai số lớn cho phép BI, f i ,max = 10% s 2i - sai số tương đối chênh lệch dòng điện thứ cấp BI Số liệu tính tốn Chọn k kck = ; k đn = , f i ,max = 0,1 , s 2i = 0,028, k at = 1.25 Ta có dịng ngắn mạch điểm N 4(3) (6kV) = 3,468 (kA) Ikcbttmax = (1.1.0,1 + 0,1 + 0,028).3468 = 790,7 (A) - Dòng khởi động bảo vệ: ∆IKĐ = kat Ikcbttmax = 1,25.790,7 = 988 (A) - Độ nhạy bảo vệ: knh = I Nmin = ∆I KĐ 3.3468 = > knhyc (knhyc = 2) 2.988 Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết 3.3 Tính tốn chỉnh định dùng bảo vệ q dịng có thời gian cho đường dây D2 D3 BVQD có thời gian I > ( 51) loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc khoảng cách chỉnh định thời gian tác động BVQD có thời gian đặt gần nguồn có thời gian tác động lớn Xác định dòng khởi động I KĐ : I KĐ 51 = k at k mm I lv max < I N k tv Trong đó: k at - hệ số an tồn, tính đến khả tác động thiếu xác BV k at ≈ 1,1 rơle tĩnh rơle số k at ≈ 1,2 rơle điện k mm - hệ số mở máy phụ tải ĐC có dịng điện chạy qua chỗ đặt BV ( k mm = ÷ ) I lv max - dòng điện làm việc lớn chạy qua chỗ đặt bảo vệ k tv = I tv I KĐ : hệ số trở ( với I tv = k at k mm I lv max ) k tv ≈ với rơle tĩnh rơle số k tv ≈ 0,85 ÷ 0,9 rơle điện I N - dòng điện ngắn mạch nhỏ chạy qua chỗ đặt bảo vệ Thơng số tính tốn bài: Chọn k at = 1,3 ; k mm = ; I tv = Theo tính tốn trước ta có: I2lvmax= 288 (A) I3lvmax = 187,04 (A) I N( 32) ( 24 kV ) = 680 (A) I N( 33)( 24 kV ) = 570 (A) ∆t = 0,25s (theo yêu cầu) t3 = 2s (theo u cầu) + Tính tốn chỉnh định cho bảo vệ 3: - Dòng khởi động: I KĐ = k at k mm 1,3.2 I 3lv max = 187,4 = 487,24( A) k tv - Kiểm tra độ nhạy: I N I N(32) 570 knh = = = = < knhyc = 1,5 I KĐ 2 I KĐ 2 487,24 Vậy độ nhạy Rơle không đạt yêu cầu - Thời gian tác động bảo vệ t3: (giây) + Tính tốn chỉnh định cho bảo vệ 2: - Dòng khởi động: I KĐ = k at k mm 1,3.2 I 2lv max = 288 = 748,8( A) k tv - Kiểm tra độ nhạy: I N I N(32) 680 knh = = = = 0,78 < knhyc = 1,5 I KĐ 2 I KĐ 2 748,8 Vậy độ nhạy Rơle không đạt yêu cầu - Thời gian tác động t2: t3 + ∆t = 2+0,25 =2,25 (giây) ... học: Bảo Vệ Rơle Tự Động Hóa, Khoa Điện – ĐHCN HN Tài liệu tham khảo: - GS Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện, NXBKHKT 2003 - Lê Kim Hùng – Đoàn Ngọc Minh Tú Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện, ... Trần Quang Khánh Bảo vệ rơle Tự động hóa hệ thống điện, NXBGD 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN …………………… BÀI TẬP LỚN Môn học: Bảo vệ rơle Tự động hóa Hệ thống điện Họ Tên: Nguyễn... học ? ?Bảo vệ rơle Tự động hóa Hệ thống điện? ?? thuộc khoa Điện – Trường ĐHCN Hà Nội Cung cấp cho ta nhìn chi tiết bảo vệ phần tử hệ thống điện, dạng cố hệ thống cách khắc phục cố Nhằm đảm bảo việc