Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Mục Lục Chương : Giới thiệu đối tượng bảo vệ lựa chọn BI phục vụ bảo vệ 1.1 Giới thiệu đối tượng bảo vệ 1.2 Các thông số bảo vê 1.3 Tính tốn lựa chọn BI phục vụ bảo vệ Chương : Phương thức bảo vệ 10 2.1 Các yêu cầu bảo vệ rơ le: 10 2.1.1 Độ tin cậy .10 2.1.2 Tính chọn lọc 11 2.1.3 Tính tác động nhanh .11 2.1.4 Độ nhạy 11 2.2 Phương thức bảo vệ cho máy biến áp 11 2.2.1 Các cố chế độ làm việc bất thường máy biến áp 11 2.2.2 Các phương thức bảo vệ máy biến áp 12 2.2.3 Các phương thức bảo vệ cho đường dây 12 2.3 Các nguyên lý bảo vệ 13 2.3.1 Bảo vệ dòng .13 2.3.2 Bảo vệ so lệch dòng điện .16 2.3.3 Rơ le khí Buchholz 17 2.3.4 Bảo vệ chống tải máy biến áp 18 Chương : Tính tốn ngắn mạch phục vụ bảo vệ 19 3.1 Mục đích tính tốn ngắn mạch .19 3.2 Các giả thiết tính tốn ngắn mạch 19 3.3 Tính tốn điện kháng phần tử 20 3.4 Tính dịng ngắn mạch cực đại 23 3.5 Tính dịng ngắn mạch cực tiểu .28 Chương : Tính tốn kiểm tra làm việc bảo vệ 31 4.1 bảo vệ q dịng có thời gian 51 31 4.1.1 Dòng điện khởi động: .31 4.1.2 Độ nhạy bảo vệ 32 4.1.3 Thời giác tác động bảo vệ 32 4.2 Bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian 51N 35 4.2.1 Dòng điện khởi động 35 4.2.2 Kiểm tra độ nhạy 35 4.2.3 Thời gian tác động 35 4.3 Bảo vệ dòng cát nhanh 50 36 4.3.1 dòng điện khởi động .36 4.3.2 Xác định vùng bảo vệ .36 Tài liệu tham khảo 38 Danh mục bảng hình ả Hình 1 Sơ đồ nối điện rút gọn .9 Hình Sơ đồ đặt bảo vệ BI .10 Y Hình Sơ đồ bảo vệ máy biến áp 12 Hình 2 Sơ đồ bảo vệ đường dây 12 Hình Thời gian tác động dịng có thời gian 13 Hình Vùng tác động bảo vệ cắt nhanh .16 Hình Sơ đồ ngun lí bảo vệ so lệch có hãm 17 Hình Sơ đồ nguyên lý cấu tạo vị trí đặt Rơ le khí MBA 18 Hình Các điểm ngắn mạch tính tốn 20 Hình Sơ đồ thay tương đương thứ tự thuận tính dịng ngắn mạch cực đại.22 Hình 3 Sơ đồ thay tương đương thứ tự khơng tính dịng ngắn mạch cực đại .22 Hình Sơ đồ thay tương đương thứ tự thuận tính dịng ngắn mạch cực tiểu .23 Hình Sơ đồ thay tương đương thứ tự khơng tính dịng ngắn mạch cực tiểu .23 Hình Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N1 24 Hình Sơ đồ tương đương ngắn mạch pha điểm N1 24 Hình Sơ đồ tương đương ngắn mạch pha 25 Hình sơ đồ tương đương tính tốn ngắn mạch hai pha chạm đất 26 Hình 10 Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N2 .27 Hình 11 Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N1 .28 Hình 12 Sơ đồ thay thứ tự không ngắn mạch điểm N1 29 Hình 13 Sơ đồ tương đương tính tốn ngắn mạch hai pha 29 Hình 14 Biến thiên dòng điện ngắn mạch theo chiều dài đường dây đường dây .31 Hình Thời gian tác động bảo vệ đường dây L1 .34 Hình Thời gian tác động bảo vệ đường dây L2 .34 Bảng Kết tính toán ngắn mạch cực đại 27 Bảng Kết tính tốn ngắn mạch cực tiểu 30 Bảng 3 Dòng ngắn mạch cực đại cực tiểu 30 Bảng Thời gian tác động bảo vệ dòng có thời gian theo chiều dài đường dây 33 ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỀ BÀI Cho Hệ thống điện hình vẽ I Các thơng số Hệ thống Máy biến áp Đường dây Phụ tải Tổng trở AC 95 Đặc tính thời gian tác động SNmax(MVA) 2000 SNmin(MVA) 1800 X0HT/X1HT 1.4 SBđm(MVA) 25 U1/U2: 110/22kV, tổ dấu dây YN/yn - 12 UN% 9% Chiều dài 6/8 L1/L2 Loại dây AC - 95 X0L/X1L 2.3 Pmax1(MW)/ 6/7 Pmax2(MW) Cosφ 0,93 0,5 0.33+j0.414 Với TMS số thời gian đặt, độ lệch thời gian bảo vệ II Nội dung Tính tốn bảo vệ cho lưới điện cho Chọn BI phục vụ cho bảo vệ Xây dựng phương thức bảo vệ cho máy biến áp B1, B2 đường dây L Trình bày ngun lí bảo vệ rơ le sử dụng phương thưc bảo vệ cho đối tượng Tính tốn ngắn mạch ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây tải điện Tính tốn bảo vệ q dịng cắt nhanh, q dịng có thời gian, q dịng thứ tự khơng đặt cho đoạn đường dây L Kiểm tra làm việc bảo vệ cho đối tượng nói Chương : Giới thiệu đối tượng bảo vệ lựa chọn BI phục vụ bảo vệ 1.1 Giới thiệu đối tượng bảo vệ Đối tượng bảo vệ đồ án đường dây tải điện, từ trạm biến áp 110/22kV cấp điện cho phụ tải P 1,P2 Sơ đồ nối điện rút gọt thể sau Hình 1 Sơ đồ nối điện rút gọn 1.2 Các thông số bảo vê  Hệ thống điện có thơng số cụ thể sau: SNmax= 2000 MVA SNmin= 1800 MVA X0HT/X1HT= 1.4  Thông số máy biến áp: SBdm= 25 MVA UN(%)=  Thông số đường dây: L1 = Km L2 = Km AC-95 X0L/X1L= 2.3  Thông số phụ tải: P1Max = MW P2max = MW Cosϕ = 0.93 TP=0.5s 1.3 Tính tốn lựa chọn BI phục vụ bảo vệ - Sơ đồ đặt BI bảo vệ: Hình Sơ đồ đặt bảo vệ BI -Dòng điện sơ cấp BI: Chọn theo dòng làm việc lớn thiết bị (Ilvmax): - Đối với máy biến áp: - Đối với đường dây : -Tính tốn cụ thể ta có :      ➔ Chọn máy biến áp BI1 200/5 ➔ Chọn máy biến áp BI1 1000/5 ➔ Chọn máy biến áp BI3 200/5 ➔ Chọn máy biến áp BI4 400/5 ➔ Chọn máy biến áp BI5 200/5 Chương : Phương thức bảo vệ 2.1 Các yêu cầu bảo vệ rơ le: 2.1.1 Độ tin cậy - Độ tin cậy tính đảm bảo cho thiết bị lam việc đúng, chắn - Độ tin cậy tác động: mức độ chắn rơle/ hệ thống bảo vệ rơle tác động ➔ khả bảo vệ làm việc có cố xảy phạm vi xác định nhiệm vụ bảo vệ - Độ tin cậy không tác động: mức độ chắn rơle/ hệ thống rơle không làm việc sai ➔ Khả tránh làm việc nhầm chế độ vận hành bình thường cố xảy phạm vi bảo vệ qui định 2.1.2 Tính chọn lọc - Là khả bảo vệ phát loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống - Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ làm nhiệm vụ cố xảy phạm vi hoàn toàn xác định, khơng làm nhiệm vụ dự phịng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận - Chọn lọc tương đối: ngồi nhiệm vụ bảo vệ cho đối tượng bảo vệ thực chức bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận 2.1.3 Tính tác động nhanh - Là yêu cầu quan trọng nhằm cách ly nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch:  Hạn chế mức độ phá hoại thiết bị  Giảm thời gian sụt áp phụ tải  Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng  Nâng cao khả trì ổn định HTĐ Nếu kết hợp với yêu cầu chọn lọc  Phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp đắt tiền - Thời gian tác động bảo vệ : tc = tBV + tMC 2.1.4 Độ nhạy Đặc trưng cho khả “cảm nhận” cố role - hệ thống bảo vệ Hệ số độ nhạy Kn : tỉ số đại lượng vật lý đặt vào rơle có cố - ngưỡng tác động Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc hệ thống điện, cấu hình lưới điện, dạng ngắn mạch, vị trí điểm ngắn mạch… Bảo vệ chính: Kn từ � � ÷ � Bảo vệ dự phịng: Kn từ � � ÷ � � 2.2 Phương thức bảo vệ cho máy biến áp 2.2.1 Các cố chế độ làm việc bất thường máy biến áp - Sự cố bên máy biến áp      Chạm chập vòng dây Ngắn mạch cuộn dây Chạm đất (vỏ) ngắn mạch chạm đất Hỏng chuyển đổi đầu phân áp Thùng dầu bị thủng rị dầu - Sự cố bên ngồi chế độ làm việc bất thường máy biến áp     Ngắn mạch nhiều pha hệ thống Ngắn mạch pha hệ thống Quá tải Quá bão hòa mạch từ ( dòng độ lớn đóng mãy biến áp khơng tải) 2.2.2 Các phương thức bảo vệ máy biến áp - Sơ đồ phương thức bảo vệ máy viến áp: Hình Sơ đồ bảo vệ máy biến áp - Các phương thức bảo vệ : Bảo vệ so lệch (87T) Rơ Le khí Buchholz (96) Q dịng thứ tự khơng (51N) Q dịng có thời gian(51) Q tải dòng điện (49) Rơ Le nhiệt (49) 2.2.3 Các phương thức bảo vệ cho đường dây - Sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây: Hình 2 Sơ đồ bảo vệ đường dây - Các phương thức bảo vệ: (1) (2) (3) (4) Bảo vệ q dịng có thời gian (51) Q dịng thứ tự khơng (51N) Q dịng cắt nhanh có thời gian (50) Q dịng thứ tự không cắt nhanh(50N) 2.3 Các nguyên lý bảo vệ Hình Sơ đồ thay tương đương thứ tự khơng tính dịng ngắn mạch cực tiểu 3.4 Tính dịng ngắn mạch cực đại Để tính dịng ngắn mạch cực đại, ta tính tốn cho dạng ngắn mạch ba pha N(3), ngắn mạch pha N(1), ngắn mạch pha chạm đất N (1,1), đồng thời hệ thống phát với công suất cực đại SNMax hai máy biến áp làm việc song song Các sơ đồ tính tốn ngắn mạch tương đương điểm N1 Hình Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N1 Giá trị điện kháng tương đương : =0.0125+ =0.0575 =0.0175+ =0.00625 Tính tốn ngắn mạch pha N(3): Hình Sơ đồ tương đương ngắn mạch pha điểm N1 Dòng điện chỗ ngắn mạch : Tính tốn ngắn mạch pha N(1) Hình Sơ đồ tương đương ngắn mạch pha Các thành phần dòng điện ngắn mạch : Dịng điện chỗ ngắn mạch : Tính tốn ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Hình sơ đồ tương đương tính tốn ngắn mạch hai pha chạm đất Các thành phần dòng điện ngắn mạch : =11.4353 =-11.4353* =-5.9559 =-11.4353* =-5.4794 Dòng điện ngắn mạch : = = ==17.1581 Tính tốn ngắn mạch cho điểm cịn lại Sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch tương đương cho điểm N2 thể qua hình sau: Hình 10 Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N2 Giá trị điện kháng tương đương : + =0.0125+ +0.032076= 0.08957 + =0.0175+ = 0.136275826 Tương tự tính tốn cho điểm N2, điểm lại, điểm có tổng trở cộng them phần tổng trở đường dây tương ứng Áp dụng công thuwccs tính tốn tương tự, ta có bảng kết tính tốn dịng ngắn mạch cực đại với điểm ngắn mạch Bảng Kết tính tốn ngắn mạch cực đại Điểm N1 X1∑=X2∑ 0.058 X0∑ 0.063 N(3) N(1) IN(3) 17.39 Ia1 5.634 Ia2 5.634 Ia0 5.634 Điểm N2 Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 0.12 0.15 0.18 0.22 0.27 0.31 0.35 0.090 0.21 0.28 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.136 8.22 6.50 5.38 4.37 3.68 3.18 2.80 11.164 5 2.20 1.69 1.37 1.09 0.91 0.78 0.68 3.170 1 2.20 1.69 1.37 1.09 0.91 0.78 0.68 3.170 1 3.170 2.20 1.69 1.37 1.09 0.91 0.78 0.68 1 6.61 5.07 3.28 2.73 2.34 2.04 4.114 5 5.03 3.94 3.24 2.62 2.20 1.90 1.67 Ia1 11.435 6.963 6 Ia2 -5.956 -4.201 3.18 2.55 2.13 1.74 1.48 1.28 1.13 9 N(1,1) Ia0 -5.480 -2.762 1.84 1.38 0.87 0.72 0.61 0.53 1.110 6 8 17.15 10.51 7.63 6.00 4.94 3.37 2.90 2.55 IN(1,1) 4.011 8 9 3.5 Tính dịng ngắn mạch cực tiểu Để tính dịng ngắn mạch cực tiểu, ta tính tốn cho dạng ngắn mạch hai pha N(2), ngắn mạch pha N(1), ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1), đồng thời hệ thống phát với công suất ngắn mạch nhỏ SNmin máy biến áp làm việc độc lập IN(1) 16.90 9.511 Do phương pháp ngắn mạch tương tự điểm, nên trình bày phương pháp tính ngắn mạch hai pha ngắn mạch điểm N1 Các sơ đồ thay thứ tự thuận ,nghịch,không ngắn mạch điểm N1 thể qua hình sau : Hình 11 Sơ đồ thay thứ tự thuận (nghịch) ngắn mạch điểm N1 Hình 12 Sơ đồ thay thứ tự không ngắn mạch điểm N1 Giá trị điện kháng tương đương: =0.013889+0.09= 0.103888889 =0.019444+0.09= 0.109444444 Hình 13 Sơ đồ tương đương tính tốn ngắn mạch hai pha Các thành phần dòng điện chỗ ngắn mạch Dòng điện chỗ ngắn mạch : =8.3361 Các dòng ngắn mạch tính tốn tương tự phần tính tốn dịng ngắn mạch cực đại Từ ta đưa bảng tổng kết tính tốn dịng ngắn mạch cực tiểu cho điểm Khác từ N1 đến N9 Bảng Kết tính tốn ngắn mạch cực tiểu Điể Điể Điể Điể Điể Điể Điể Điể Điểm m m m m m m m m N9 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 0.10 0.13 0.16 0.20 0.23 0.27 0.31 0.36 0.40 X1∑=X2∑ 8 0.10 0.18 0.25 0.33 0.40 0.50 0.60 0.70 0.79 X0∑ Ia1=Ia 4.81 3.67 2.97 2.49 2.15 1.81 1.57 1.38 1.24 N(2) 8.33 6.36 5.15 4.32 3.73 3.15 2.72 2.40 2.14 IN(2) 0 3.15 2.19 1.68 1.36 1.15 0.95 0.80 0.70 0.62 Ia1 3.15 2.19 1.68 1.36 1.15 0.95 0.80 0.70 0.62 Ia2 N(1) 3.15 2.19 1.68 1.36 1.15 0.95 0.80 0.70 0.62 Ia0 9.45 6.59 5.05 4.10 3.45 2.84 2.42 1.87 IN(1) 2.112 6.36 4.67 3.70 3.07 2.63 2.20 1.90 1.67 1.49 Ia1 9 Ia2 3.26 2.68 2.24 1.91 1.67 1.42 1.24 1.10 0.99 2 8 N(1,1) Ia0 3.09 1.99 1.46 1.16 0.96 0.78 0.65 0.56 0.50 1 8 9.54 7.03 5.60 4.66 3.99 3.36 2.89 2.54 2.27 IN(1,1) 4 9 So sánh kết tính tốn, ta thu giá trị dòng ngắn mạch cực đại cực tiểu dịng ngắn mạch thứ tự khơng lớn nhỏ bảng 3.3 bảng 3.4 Biến thiên dịng điện ngắn mạch thể hình 3.14 Bảng 3 Dịng ngắn mạch cực đại cực tiểu Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 Inmax 17.391 11.164 8.220 6.505 5.382 4.375 3.685 3.184 2.802 Inmin 8.336 6.369 5.058 4.104 3.452 2.849 2.426 2.112 1.870 20.000 18.000 17.391 16.000 14.000 12.000 10.000 8.336 8.000 11.164 8.220 6.369 6.000 4.000 6.505 5.058 4.104 5.382 3.452 4.375 2.849 3.685 2.426 3.184 2.112 2.802 1.870 Điểm N5 Điểm N6 Điểm N7 Điểm N8 Điểm N9 2.000 0.000 Điểm N1 Điểm N2 Điểm N3 Điểm N4 Inmax Inmin Hình 14 Biến thiên dịng điện ngắn mạch theo chiều dài đường dây đường dây Chương : Tính tốn kiểm tra làm việc bảo vệ 4.1 bảo vệ q dịng có thời gian 51 Dòng điện khởi động bảo vệ dòng có thời gian tính theo cơng thức: Với : hệ số an toàn Kat = 1.2 Hệ số mở máy Kmm = Hệ số chở Ktv = Độ nhạy bảo vệ xác định theo cơng thức : Đặc tính thời gian tác động bảo vệ xác định theo cơng thức: 4.1.1 Dịng điện khởi động: Dòng điện khởi động cho bảo vệ đường dây L1 : *366.8403=880.416A * 366.8403=11.01A Dòng điện khởi động bảo vệ cho đường dây L2 *197.529=474.071A * 197.529=11.852A 4.1.2 Độ nhạy bảo vệ Độ nhạy bảo vệ xác định công thức : Độ nhạy cho bảo vệ đường dây L1: Độ nhạy cho bảo vệ đường dây L2: 4.1.3 Thời giác tác động bảo vệ Để vễ đặc tính thời gian tác động cần xác định số thời gian TMS bảo vệ Khi ngắn mạch N9, Bảo vệ đường dây L2 tác động với thời gian : T2N9=tP+∆t=0.5+0.5=1s Thay vào phương trình đặc tính thời gian tác động ta có: Với IrN9 = ==3.878 Từ suy ra: Vậy phương trình đặc tính thời gian tác động bảo vệ đường dây L2 là: Khi ngắn mạch điểm N5 Bảo vệ đường dây L2 tác động với thời gian : Ta có IrN5 = == 7.448 Như T2N5