Tính toán bảo vệ rơle cho mạng điện hình tia như hình vẽ

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 Hồng Hải Nguyễn Đình Nhân Trịnh Thế Văn I ĐẦU ĐỀ Tính tốn bảo vệ rơle cho mạng điện hình tia hình vẽ II SỐ LIỆU BAN ĐẦU SƠ ĐỒ MẠNG ĐIỆN A C B D1 D2 D3 6kV 115kV B1 24kV B2 SỐ LIỆU BAN ĐẦU Hệ thống: S N max = 300 MVA S N = 0,7 S N max Trạm biến áp: - B1: S đm = x 30 MVA U / U = 115/24 kV U N % = 10% - B2: S đm = 10 MVA U / U = 24/6 kV U N % = 10,5% - B3: S đm = MVA U / U = 24/0,4 kV U N % = 8,5% Đường dây: Pt 0,4kV B3 - D1: L1 = 20 km; AC-95 - D2: L2 = 15 km; AC-75 - D3: L3 = 15km; AC-75 Phụ tải: Pđm = MW, cos ϕ = 0,85 Giả thiết: - Bảo 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 dòng có thời gian; - Thời gian làm việc bảo vệ t = 1,5s III NỘi DUNG: Chọn máy biến áp dòng cho bảo vệ 1, 2, 3, Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle Tính tốn thơng số đặt cho bảo vệ 1, 2, 3, 5, kiểm tra độ nhạy bảo vệ xác định vùng bảo vệ cho bảo vệ cắt nhanh IV NỘi DUNG TÍNH TỐN: Chọn máy biến áp dòng cho bảo vệ 1, 2, 3, +Lý thuyết: a, Định nghĩa BI – Máy biến dòng BI thiết bị có tác dụng cách ly phần sơ cấp thứ cấp, có nhiệm vụ dung để biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho dụng cụ đo lường, bảo vệ, tự động… Thường BI có dòng định mức thứ cấp 1.5A 10A b, Cấu tạo BI thực chất MBA làm việc chế độ NM Gồm mạch từ quấn cuộn dây sơ cấp nối tiếp với mạng điện cao thế, hay vài cuộn thứ cấp để lấy tín hiệu cung cấp cho thiết bị đo lường, bảo vệ c, Nguyên lý làm việc Dựa tượng cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi kép biến đổi dòng điện lớn phía cao áp sang dòng điện nhỏ cung cấp cho phụ tải thứ cấp Tổng trở mạc BI bé lên xem BI ln làm việc chế độ ngắn mạch d, Các thông số để lựa chọn BI Tỷ số biến đổi dòng điện : = với Sai số BI : , dòng điện định mức sơ cấp thứ cấp BI + Về giá trị : ΔI % = 100 + Sai số góc : góc lệch pha dòng điện sơ cấp thứ cấp BI ( âm dương) + Cấp xác : sai số lớn giá trị dòng điện BI làm việc điều kiện : • f = 50HZ • phụ tải thứ cấp biến thiên từ 0.25 đến định mức +Tính tốn: Tỷ số biến đổi máy biến dòng chọn theo cơng thức: nI = I SCDĐ I TCDĐ (1.1) Trong đó: I SCDĐ - dòng sơ cấp danh định (A) I TCDĐ - dòng thứ cấp danh định (A) Chọn I TCDĐ = A Dòng I SCDĐ = I lv max = k qt I đm Trong đó: I lv max - dòng làm việc lớn chạy qua chỗ đặt bảo vệ I đm - dòng định mức phụ tải k qt - hệ số tải ( k qt = 1,4) Dòng định mức I đm = S đm 3.U đm • Chọn tỷ số biến đổi BI BI Tính dòng định mức hai phía MBA 2: - Chọn tỷ số biến đổi BI : I đm = S B đm U đm = 10.10 3.24 = 240,56 A I 4lv max = 1,4.240,56 = 336,78 A Như ta chọn I SCDĐ = 400 A Vậy tỷ số biến đổi BI n I = 400 =80 - Chọn tỷ số biến đổi BI : I đm = S B đm U đm = 10.10 3.6 = 962,25A I 5lv max = 1,4.962,25 = 1347,15 A Như ta chọn chọn I SCDĐ = 1500 A Vậy tỷ số biến đổi BI n I = 1500 = 300 • Chọn tỷ số biến đổi BI : I đm = S B 3đm U đm = 2.10 3.24 = 48,11A I 6lv max = 1,4.48,11 = 67,35 A Như ta chọn chọn I SCDĐ = 120 A 120 Vậy tỷ số biến đổi BI n I = = 24 • Chọn tỷ số biến đổi BI : Tính tốn dòng điện phụ tải: I pt = Pđm 3.U 3đm cos ϕ = 4.10 3 24.0,85 = 113,21 A I lv max = 1,4 I pt = 1,4.113,21 = 158,49A Như ta chọn I SCDĐ = 150A 150 Vậy tỷ số biến đổi BI n I = = 30 • Chọn tỷ số biến đổi BI : Ta có: I pt = I pt + I đm = 113,21 + 48,11 = 161,32 A I lv max = 1,4 I pt = 1,4.161,32 = 225,85 A Như ta chọn I SCDĐ = 300 A Vậy tỷ số biến đổi BI n I = 300 = 60 • Chọn tỷ số biến đổi BI : Ta có: I pt1 = I pt + I pt + I đm = 161,32 + 113,21 + 48,11 = 322,64 A I lv max = 1,4 I pt1 = 1,4.358,16 = 451,7 A Như ta chọn I 1SCDĐ = 600 A Vậy tỷ số biến đổi BI n I = 600 = 120 Tính tốn ngắn mạch bảo vệ rơle +Lý thuyết: + NM tượng dây pha dẫn chạm nhau, chạm đất chạm dây trung tính + Khi xảy NM : tổng trở mạch nhỏ ( mạch điện bị ngắn lại)  Dòng điện lớn lên (gọi điện NM) + Ký hiệu xác suất loại NM trình bày bảng : Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ước Ký hiệu Xác suất xảy % pha pha 10 pha –đất 20 pha 65 + Hậu ngắn mạch  Phát song cục gây cháy nổ  Sinh lực khí lớn phần tử TBĐ làm biến dạng gây vỡ phần tử (VD : sứ đỡ, than dẫn biến dạng …)  Gây sụt áp lưới điện, làm động ngừng quay  Gây ổn định HTĐ MFĐ bị cân công suất quay theo vận tốc khác dẫn đến đồng  Tạo thành phần dòng khơng đối xứng gây nhiễu ĐD thông tin gần  Làm gián đoạn HTĐ nhiều phần tử bị cắt để loại trừ NM * Trong dạng NM, pha gây hậu nặng nề => dung làm để lựa chọn, chỉnh định phần tử bảo vệ HTĐ Xét mạch điện đối xứng đơn giản hình vẽ : = sin Ʊt = sin (Ʊt - ) sin (Ʊt + ) Thông số L, R, R’, L’ đặc trưng cho phần mạch từ điểm NM đến nguồn đặc trưng cho phụ tải pha Vì mạch pha đối xứng nên xảy xứng Ta tách pha A để nghên cứu : = sin (Ʊt - ) + A từ chỗ NM trở nguồn đối = sin(Ʊt - = ) + A + Nhận xét dòng điện NM gồm thành phần : thành phần dòng điện chu kỳ thành phần dòng điện khơng chu kỳ - Thành phần dòng điện chu kỳ xác định chế độ xác lập - Thành phần không chu kỳ mang tính ngẫu nhiên - Giá trị cực đại cảu dòng điện NM gọi dòng điện xung kích = + = nằm phạm vi : ≤ (1 + )= ≤ phụ thuộc = L = – mạch có tính trở = R = – mạch có tính cảm * Các bước để tính tốn ngắn mạch pha : : vẽ sơ đồ thay xác định thông số tong sơ đồ thay : tính tổng ngắn mạch từ nguồn (MF HT) đến điểm NM quan tâm = : Tính dòng ngắn mạch quan tâm = +Tính tốn: • Sơ đồ thay cho hệ thống: Xht Xb1 Xd1 Xd2 Xd3 Xb2 Xb3 HTĐ Tính hệ có tên: Chọn điện áp sở 115kV • Điện kháng hệ thống: Pt U đm 1,05.115 X HT = = = 36,54 Ω S N max 380 • Điện kháng MBA B1 (quy cấp sở): Hai máy biến áp làm việc song song U N % U đm 10 115 Ta có X B1 = = = 22,04 Ω 100 S1đm 100 2.30 • Đường dây D1 (qui đổi cấp sở): Với đường dây D1: L1 = 20 km; AC-95 Ta có xo = 0,385 ( Ω /km) 115  X D1 = xo l1 k = 0,385.20   = 176,79 Ω  24  • Đường dây D2 (qui phía sở): Với đường dây D2: L2 = 15 km; AC-70 Ta có xo = 0,396 ( Ω /km) 115  X D = xo l k =0,396.15   = 136,38 Ω  24  • Đường dây D3 (qui phía sở): Với đường dây D3: L3 = 15 km; AC-70 Ta có xo = 0,396 ( Ω /km) 115  X D = xo l k12 =0,396.15   = 136,38 Ω  24  • Điện kháng MBA B2 (quy cấp sở): Ta có X B = 2 U N % U đm 8,5 24  115  k1 =   = 112,41 Ω 100 10  24  100 S đm • Điện kháng MBA B3 (quy cấp sở): Ta có X B = 2 U N % U đm 8,5 24  115  k1 =   = 374,71 Ω 100  24  100 S 3đm Tính tốn ngắn mạch: Chọn vị trí điểm ngắn mạch • Tính ngắn mạch pha điểm N : N N(3) Xht Xb1 Xd1 HTĐ N1 I N( 31)(115 kV ) = U cs 3.( X HT + X B1 + X D1 ) = 115 3.(36,54 + 22,04 + 176,79) =0,28 kA 115 = 1,34 kA 24 Tính ngắn mạch pha điểm N : N N(32) I N( 31)( 24 kV ) = N N( 31)(115 kV ) k1 = 0,28 • Xht Xb1 Xd1 Xd2 HTĐ N2 I N( 32) (115 kV ) = = U cs 3.( X HT + X B1 + X D1 + X D ) 115 3.(36,54 + 22,04 + 176,79 + 136,38) 115 = 0,86 kA 24 Tính ngắn mạch pha điểm N : I N(33) I N( 32) ( 24 kV ) = I N( 32) (115 kV ) k1 = 0,18 • = 0,18kA Xht Xb1 Xd1 Xd2 Xd3 Pt HTĐ N3 U cs I N( 33)(115 kV ) = = 3.( X HT + X B1 + X D1 + X D + X D ) 115 3.(36,54 + 22,04 + 176,79 + 136,38 + 136,38) 115 I N( 33)( 24 kV ) = I N( 33)(115 kV ) k1 = 0,13 = 0,62 kA 24 =0,13 kA • Tính ngắn mạch pha điểm N : I N(34) Xht Xb1 Xd1 Xb2 HTĐ N4 I N( 34) ( 24 kV ) = = ( U cs X HT + X B1 + X D1 + X B ) 115 3.(36,54 + 22,04 + 176,79 + 112,41) I N( 34) ( kV ) = I N( 34) ( 24 kV ) k1 k = 0,19 • Lập bảng tổng kết N1 = 0,19 kA 115 24 = 3,64 kA 24 N2 N3 N4 I N( 3()115 kV ) kA 0,28 0,18 0,13 I N( 3()24 kV ) kA 1,34 0,86 0,62 0,19 3,64 I N( 3()6 kV ) kA Tính tốn thông 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 dụng dòng khởi động ( I KĐ ) lớn dòng ngắn mạch lớn ngồi vùng bảo vệ qua chỗ đặt bảo vệ • Tính tốn Dòng khởi động I KĐ = K at I Nng max Trong đó: I Nng max - dòng 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 ) Ta chọn K at = 1,3 ( 3) Ta có I Nng max = I N 1( 24 kV ) = 1,34kA Tính dòng khởi động I KĐ = K at I Nng max = 1,3 1,34 = 1,742kA 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 dòng khởi động rơle 1: I KDR = I KĐ k sđ 1,742.1 = = 0,01 kA nI1 120 • Độ nhạy BV: Độ nhạy yêu cầu: k nh = I N ≥2 I KĐ I N - dòng NM nhỏ vùng bảo vệ Xác định vùng tác động BVQD cắt nhanh rơle 1: 3.2 Tính tốn chỉnh định dùng BVSL cho máy biến áp B2 • Xác định dòng định mức hai phía MBA B2: I đm = S B đm U đm = 10.10 3.24 = 240,56 A I 4lv max = 1,4.240,56 = 336,78 A Như ta chọn I SCDĐ = 400 A Vậy tỷ số biến đổi BI n I = 400 =80 - Chọn tỷ số biến đổi BI : S B đm I đm = U đm = 10.10 3.6 = 962,25A I 5lv max = 1,4.962,25 = 1347,15 A Như ta chọn chọn I SCDĐ = 1500 A 1500 Vậy tỷ số biến đổi BI n I = = 300 • Chọn sơ đồ nối dây BI : chọn k sđ = k sđ = • Vậy dòng điện thứ cấp BI là: I đm k sđ 240,56 = = 5,21A nI 80 I k 962,25.1 = đm sđ = = 3,21A nI 300 I 4I = I II Nhận thấy, dòng thứ cấp hai BI chênh lệch lớn 400 600 = 80 n I = = 120 5 240,56 = = 3,47 A 120 ⇒ Nên cần chọn lại BI4 thay n I = Vậy dòng thứ cấp I I = I đm k sđ nI • Sự chênh lệch dòng điện thứ cấp hai BI là: s 2i = I I − I II 3,47 − 3,21 = = 0,075 I 4I 3,47 • Xác định dòng khơng cân tt lớn I kcbtt max = ( K kck K đn f i max + s ∆U + s 2i ).I Nng max Trong đó: I kcktt max - dòng khơng cân tính tốn lớn tương ứng với dòng ngắn mạch cực đại K đn - hệ số đồng BI, thường K đn = ÷ K đn = BI hoàn tồn 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 Chọn k kck = ; k đn = , f i ,max = 0,1 , s 2i = 0,1 , k at = 1.25 ( 3) Dòng ngắn mạch điểm N5: I N ( kV ) = 20,09 kV I kcbtt max = ( K kck K đn f i max + s ∆U + s 2i ).I Nng max =(1.1.0,1+0,1+0,075).20090=5524,75 A • Dòng điện khởi động BV: ∆I KĐ = k at I kcbtt max = 1,25.5524,75 = 6905,94 A • Độ nhạy BV: Độ nhạy yêu cầu: k nh = k nh = I N ≥2 I KĐ I N - dòng NM nhỏ vùng bảo vệ I N 0,87.20090 = = 2,53 > k nhyc ∆I KĐ 6905,94 • Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết 3.3 Tính tốn chỉnh định dùng bảo vệ q dòng 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 xa nguồn có thời gian tác động nhỏ • 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 dòng điện chạy qua chỗ đặt BV ( k mm = ÷ ) I lv max - dòng điện làm việc lớn chạy qua chỗ đặt bảo vệ I k tv = tv : hệ số trở ( với I tv = k at k mm I lv max ) I KĐ 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 Chọn k at = 1,3 , k mm = , I lv max = • Tính tốn cho bảo vệ 4: I KĐ = k nh k at k mm 1,3.2 I lv max = 250,71 = 651,85 A k tv I N I N( 32) 0,87.5020 = = = = 6,7 > k nh = 1,5α I KĐ I KĐ 651,85 Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết I KĐ = k nh k at k mm 1,3.2 I lv max = 501,42 = 1303,67 A k tv I N I N( 33) 0,87.4990 = = = = 3,2 > k nh = 1,5α I KĐ I KĐ 1303,67 Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết • Tính tốn thời gian chỉnh định cho bảo vệ ∆t = t MC ( n −1) + st t ( n −1) + t qt + t dt = 0,25s Thời gian làm việc cho bảo vệ t = 1,5s Thời gian tác động BV1 t1 = s ( BV1 bảo vệ cắt nhanh ) Thời gian tác động BV2 t = t + ∆t = 1,5 + 0,25 = 1,75s Thời gian tác động BV4 BV5 t = t = 0s ( BV4 BV5 bảo vệ cắt nhanh ) ... dòng cho bảo vệ 1, 2, 3, Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle Tính tốn thơng số đặt cho bảo vệ 1, 2, 3, 5, kiểm tra độ nhạy bảo vệ xác định vùng bảo vệ cho bảo vệ cắt nhanh IV NỘi DUNG TÍNH... 0,19 3,64 I N( 3()6 kV ) kA 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... Giả thiết: - Bảo 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 dòng có thời gian; - Thời gian làm việc bảo vệ t = 1,5s