Đồ án Rơle chương 1

Bảo vệ bộ máy phát– máy biến áp của nhà máy nhiệt điện với công suất định mức P=50MW

Chơng I

Giới thiệu chung về rơle.

I.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:

Trong quá trình vận hành hệ thống điện (HTĐ) có thể xuấthiện các tình trạng sự cố và các chế độ làm việc không bình th-ờng của các phần tử Phần lớn các sự cố kèm theo hiện tợng dòngđiện tăng cao, điện áp giảm thấp.

Các thiết bị có dòng điện lớn chạy qua đều bị đốt nóng cóthể vợt quá mức cho phép dẫn đến h hỏng Khi điện áp giảm quáthấp các hộ tiêu thụ điện không thể làm việc bình thờng nêntính ổn định của hệ thống giảm, nếu tình trạng kéo dài có thểxuất hiện thêm sự cố.

Muốn quy trì sự hoạt động bình thờng của HTĐ khi xuất hiệnsự cố, cần phát hiện nhanh chóng chỗ sự cố và tách nó ra khỏi hệthống Thiết bị bảo vệ rơle là thiết bị tự động thực hiện tốtnhiệm vụ nói trên.

Đối với hệ thống mà chúng ta đang thiết kế bảo vệ rơle thì:- ở chế độ phụ tải cực đại nhà máy thuỷ điện A vận hành 3

tổ máy 3x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 2 tổmáy 2x50MW.

- ở chế độ phụ tải cực tiểu nhà máy thuỷ điện A vận hành2 tổ máy 2x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 1 tổmáy 1x50MW.

I.2 Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:

I.2.1 Tính chọn lọc:

Khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phầntử bị sự cố Yêu cầu này là điều kiện để đảm bảo 1 cách chắcchắn việc cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

I.2.2 Tác động nhanh:

Khi xảy ra sự cố thiết bị bảo vệ tác động càng nhanh càngtốt để hạn chế mức độ phá hoại, giảm thời gian cắt điện ở cáchộ tiêu thụ điện và có khả năng giữ sự làm việc ổn định cho hệthống điện.

I.2.3 Độ nhạy:

Để phát hiện những h hỏng và tình trạng làm việc khôngbình thờng của mạng điện, bảo vệ cần có độ nhạy cần thiết đểphát hiện sự cố kịp thời Độ nhạy của bảo vệ đặt trng bởi hệ sốđộ nhạy KN.

I.2.4 Tính đảm bảo:

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động 1cách chắc chắn trong tất cả các trờng hợp sự cố ngắn mạch trongvùng bảo vệ và các tình trạng làm việc không bình thờng của cácphần tử bảo vệ Để tăng cờng tính đảm bảo của bảo vệ cần dùng

rơle có chất lợng cao, làm việc chắc chắn đảm bảo, chọn sơ đồbảo vệ đơn giản với rơle ít tiếp điểm nhất nhng vẫn đảm bảosự làm việc tốt chắc chắn các thiết bị nh cực nối, dây dẫn dùngđấu nối với các rơle lại với nhau phải chắc chắn đảm bảo, thờngxuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ.

I.3 Nhiệm vụ thiết kế đợc giao:

I.3.1 Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp của nhà máy nhiệt điệnB với công suất định mức P = 50MW.

I.3.2 Bảo vệ thanh góp cao áp 110KV của nhà máy nhiệt điện B I.3.3 Bảo vệ đờng dây kép B-4.

Chơng II

Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp.

II.1 Đặc điểm về bộ máy phát - máy biến áp và kiểu bảovệ.

II.1.1 Các số liệu kỹ thuật:

II.1.1.1 Máy phát nhiệt điện P = 50 MW.

Bảng II.1Loại S(MVA

) U(KV

 I(KA) xd” xd’ xdTB-50-2 62,5 50 10,5 0,8 3,43

7 0,135 0,3 0,84II.1.1.2 Máy biến áp nối bộ với máy phát nhiệt điện P = 50 MW.

Bảng II.2Sđm(MV

A) UC(KV) UH(KV) P0(KW) PN(KW) UN(%) I0(%)

II.1.2 Các h hỏng và tình trạng làm việc không thể bình thờngcủa máy phát và máy biến áp:

II.1.2.1 Máy phát điện:

II.1.2.1.1 Các sự cố trong máy phát điện:

- Ngắn mạch giữa các pha trong cuộn dây Stato.- Ngắn mạch một pha chạm đất cuộn dây Stato.- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha.

- Chạm đất 1 điểm hoặc 2 điểm mạch kích từ của máyphát.

II.1.2.1.2 Tình trạng làm việc không bình thờng của máy phátđiện:

- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.

- Điện áp ở đầu cực máy phát tăng cao do mất tải đột ngộthoặc khi cắt ngắn mạch ngoài.

- Ngoài ra còn có các tình trạng làm việc không bình thờngkhác nh: tải không đối xứng, mất kích từ, mất đồng bộ,tần số thấp, máy phát làm việc ở chế độ động cơ.

II.1.2.2 Máy biến áp:

II.1.2.2.1 Các sự cố trong máy biến áp:- Ngắn mạch giữa các pha với nhau.- Ngắn mạch 1 pha chạm đất.

- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng 1 pha.

II.1.2.2.2 Tình trạng làm việc không bình thờng của máy biếnáp:

- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.- Quá điện áp khi ngắn mạch 1 pha trong hệ thống điện.- Dầu máy biến áp tụt dới mức cho phép do nhiệt độ không

khí xung quanh MBA giảm đột ngột.

II.1.3 Đặc điểm các bảo vệ máy phát - máy biến áp:

Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp nhằm loại trừ các dạng hhỏng và tình trạng làm việc không bình thờng nói trên Đối với bộmáy phát - máy biến áp ta có thể phối hợp nó vào loại bảo vệ nàođó dùng chung cho toàn khối, điều đó có u điểm là giảm số lợngthiết bị bảo vệ so với trờng hợp máy phát - máy biến áp làm việcđộc lập.

II.1.3.1 Bảo vệ chung cho toàn bộ máy phát - máy biến áp:

Vì sơ đồ nối điện của nhà máy là nối bộ máy phát - máybiến áp nên ta có thể dùng chung cho cả bộ

- Bảo vệ so lệch dọc chống ngắn mạch 1 pha, nhiều pha.- Bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài và quá tải.II.1.3.2 Bảo vệ riêng cho máy phát:

- Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây Stato.

- Bảo vệ mạch kích từ chống chạm đất 1 điểm cuộn kíchtừ.

II.1.3.3 Bảo vệ riêng cho máy biến áp:

- Bảo vệ thứ tự không chống ngắn mạch 1 pha phía điệnáp cao.

- Bảo vệ rơle hơi chống h hỏng bên trong máy biến áp.

II.2 Tính toán các bảo vệ đặt chung cho cả bảo vệ:

II.2.1 Bảo vệ so lệch:

II.2.1.1 Đặc điểm sơ đồ bảo vệ:

Bảo vệ so lệch đặt chung cho bộ máy phát - máy biến áp cótác dụng loại trừ các sự cố sau:

- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây máybiến áp.

- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây Statomáy phát điện cần phải đợc cắt nhanh ở tất cả các phíavà bảo vệ so lệch dọc đảm bảo cắt nhanh các phần tửtrong vùng bảo vệ.

Để tăng độ nhạy của bảo vệ ta dùng loại rơle có máy biếndòng bảo hoà trung gian và sơ đồ bảo vệ so lệch 3 pha.

Tổ nối dây máy biến dòng phía cao áp (110KV) là , phía hạáp là Y Ta sử dụng sơ đồ nối dây nh vậy để bù lại sự chênh lệchpha giữa dòng sơ cấp phía cao áp và dòng thứ cấp phía hạ ápcủa máy biến áp động lực nối theo tổ nối dây Y0/ -11.

II.2.1.2 Xác định dòng sơ cấp ở các phía của bảo vệ rơle tơngứng với công suất của biến áp, chọn máy biến dòng cho bảo vệ vàxác định dòng thứ cấp tơng ứng trong các nhánh bảo vệ và xácđịnh tổ nối dây BI:

Các loại biến dòng có tổ nối dây  có dòng sơ cấp chọn theo.Uđm do đó chúng ta chọn tỷ số của BI sao cho để dòng thứ cấptrong nhánh bảo vệ không đợc lớn hơn 5A quá nhiều.

Dòng sơ cấp ở các phíacủa bộ MF nhiệt điệnMBA tơng ứng công suấtđịnh mức của nó

=300,604 A

=3464,102 A

4 Dòng điện thứ cấptrong các nhánh của bảovệ ứng với công suất

4,33 A

định mức =4,34 A

II.2.1.3 Xác định dòng không cân bằng tính toán:

Phía sơ cấp cha kể đến thành phần không cân bằng hoàntoàn I khi ngắn mạch ngoài ở nhánh tự dùng.

Ikcbtt = I + ITrong đó:

* I : Thành phần không cân bằng do máy biến dònggây ra.

I = fImax Kđn Kkck INngmax

Với : fImax : Sai số lớn nhất cho phép của BI, fImax = 10%.Kđn : Hệ số đồng nhất của các BI, Kđn = (0,5 1).

Kkck : Hệ số ảnh hởng của thành phần không chukỳ trong dòng điện ngắn mạch, Kkck = 1.

Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N1:

Với : U : Sai số tơng đối do việc điều chỉnh điện ápở phía cao áp của máy biến áp, do máy biến áp có mức điềuchỉnh (2x2,5)% nên U = 5% = 0,05.

INngmax : Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạchchạy qua phía điều chỉnh điện áp Tra theo phụ lục tính ngắnmạch II.1.1 ta có: INngmax = 1279 A

Hình II.1 2720

852,60 3

E

Vậy Ikcbtt = I + I = 1.1.0,1.3999 + 0,05.1279 = 463,85 A.

II.2.1.4 Sơ bộ xác định dòng khởi động sơ cấp của bảo vệ:

II.2.1.4.1 Theo điều kiện chỉnh định dòng không cân bằng cựcđại:

Ikđ > Kat.Ikcbtt.Trong đó:

Kat : Hệ số an toàn(tin cậy) kể đến sai số của rơle vàđộ dự trữ Kat=1,3

 Ikđ > Kat.IKcbtt = 1,3.463,85 = 603,005 A.

II.2.1.4.2 Theo điều kiện chỉnh định dòng từ hoá nhảy vọt khiđóng máy biến áp không tải:

Ikđ > Khc.IđmBA.Trong đó:

IđmBA : Dòng điện định mức tơng ứng với công suấtđịnh mức của máy biến áp ở phía điện áp 110 KV.

IđmBA = = 300,604 A.

Khc : Hệ số hiệu chỉnh chọn trong khoảng (11,3) Khitính toán bảo vệ với máy biến dòng bảo hoà trung gian Lấy Khc =1,3.

 Ikđ > Khc.IđmBA = 1,3.300,604 = 390,785 A.

* Từ hai điều kiện ta chọn điều kiện II.2.1.4.1 và II.2.1.4.2 tachọn giá trị:

Ikđ = 603,005 A.

II.2.1.5 Sơ bộ kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

* Hệ số độ nhạy của bảo vệ đợc xác định theo công thức: Kn =

Trong đó:

IR : Dòng điện trong cuộn dây rơle.

KkdR : Dòng khởi động của rơle tơng ứng với số vòngdây ở phía có dòng IR chạy qua.

Ta kiểm tra độ nhạy trong hai trờng hợp:

- Khi ngắn 2 pha phía 10,5KV trong tình trạng hệ thốnglàm việc cực tiểu.

Khi ngắn mạch 2 pha phía 10,5KV (ngắn mạch tại điểm N1).

Hình II.2 1352

AFE

Hình II.3

Hình II.4

- Khi ngắn mạch 1 pha chạm đất phía 110KV khi máy cắt ởphía này cắt ra, nghĩa là ngắn mạch xảy ra trong trờnghợp đóng thử máy biến áp Giả thiết rằng trong các trờnghợp trên toàn bộ dòng ngắn mạch chạy qua máy biến dòngđặt ở phía máy phát.

Dòng ngắn mạch 1 pha khi ngắn mạch 1 pha chạm đất:

1786 A.

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.3 ta có: I = 1786 A.Dòng qua rơle: IR = = 14,117A.

Sơ bộ xác định dòng khởi động của rơle tính đổi về phíathứ cấp của máy biến dòng đặt ở máy phát.

Dòng qua khởi động rơle: IkđR = = = 8,255 A.

* Xác định độ nhạy của bảo vệ:

+ Khi ngắn mạch 2 pha phía 10,5KV(N1).K = = = 2,53 > 2.

+ Khi ngắn mạch 1 pha chạm đất phía 110KV(N2).K = = = 1,72 < 2.

Qua tính toán ta thấy độ nhạy của bảo vệ phía 10,5KV có Kn

> 2 nên tiếp tục tính toán bảo vệ rơle loại PHT-562 vì hệ số độnhạy khi ngắn mạch 2 pha ở phía điện áp máy phát lớn hơn giá trịtối thiểu Để tăng độ nhạy của bảo vệ rơle khi ngắn mạch 1 phachạm đất phía 110KV khi đóng thử máy biến áp thì có thểkhông tính đến thành phần dòng điện không cân bằng I

(Do điều chỉnh đầu phân áp gây nên) với điều kiện thay đổiđầu phân áp chỉ thực hiện khi cắt MBA và khi thay đổi các đạilợng đặt của rơle PHT-562 Sau đây ta tiến hành tính toán chođầu phân áp của máy biến áp thờng đang vận hành của nhà máyB là +2,5%

II.2.1.6 Tính toán dòng điện khởi động sơ cấp của bảo vệ khôngkể đến thành phần I :

Ikcbtt = I = fImax Kđn Kkck INngmax = 1.1.0,1.3999 = 399,9 A.Xác định dòng khởi động sơ cấp của bảo vệ Ikđ theo điềukiện chỉnh định dòng không cân bằng cực đại:

Ikđ  kat Ikcbtt = 1,3.399,9 = 519,87 A.

Nh vậy dòng điện khởi động sơ cấp của bảo vệ tính toántheo trờng hợp này đợc chọn làm điều kiện tính toán: Ikđ =519,87 A.

II.2.1.7 Xác định số vòng dây của cuộn dây máy biến dòng bảohoà trung gian:

Xác định dòng thứ cấp của máy biến dòng đặt ở phía110KV tơng đơng với công suất định mức của máy biến áp đợcbảo vệ:

Wcbtt = Trong đó:

FkđR : Sức từ động khởi động của Rơle, loại PHT-562thì FkđR = 60 A/V

Wcbtt: Số vòng của cuộn dây máy biến dòng bảo hoàtrung gian ở phía cơ bản tính toán

IkđRcb: Dòng điện khởi động rơle tính đổi về phía cơbản, nó bằng tỷ số biến đổi của máy biến dòng ở phía cơ bảncó tính đến sơ đồ đấu dây.

Số vòng dây từ phía khác đợc xác định từ điều kiện cânbằng các sức từ động trong máy biến dòng bảo hoà trung gian khimáy biến áp đợc bảo vệ làm việc bình thờng và khi có ngắnmạch ngoài theo biểu thức: WItt = Wcb.

IcbT, IIT : Dòng điện thứ cấp cơ bản và không cơ bản vớicông suất định mức.

* Số liệu tính toán cụ thể ở bảng sau:

Bảng II.4Tên các đại lợng tính

toán Ký hiệu và tínhtoán Giá trị bằng sốDòng khởi động của

rơle phía cơ bản (10KV)

IkđRcb =

= 7,295 A

Số vòng dây tính toáncủa cuộn dây máy biếndòng bảo hoà trunggian phía cơ bản

Wcbtt = = 8,22 vòng.Số vòng dây ở phía cơ

Dòng khởi động của

rơle phía cơ bản IkđR = = 8,57 A.Số vòng dây tính toán

của cuộn dây máy biếndòng bảo hoà trunggian phía 110KV

WItt = Wcb = 7,165 vòng.Sơ bộ chấp nhận số

vòng dây phía 110KV W110 7 vòng.

Hình II.5 2342 A

Thành phần dòngkhông cân bằng tínhtoán cho việc chọn lấytròn số vòng phía110KV (khi cắt máycắt ở điểm tính toán)

.1279 = 29,45A.

Dòng điện không cânbằng sơ cấp tính toáncó kể đến thành phầnI

Ikcbtt = I + I 399,9 + 29,45 =429,35 A.

Giá trị chính xác củadòng khởi động sơ cấp

của bảo vệ Ikđ > Kat.Ikcbtt

1,3 429,35 = 558,155A.

Giá trị chính xác củadòng khởi động rơle

phía cơ bản Ikđcb = .

= 8,03 A

Số vòng dây của cáccuộn dây của máy biếndòng bảo hoà cuối cùngđợc chấp nhận

Phía 10,5KV :

Phía 110KV :

II.2.1.8 Tính toán độ nhạy của bảo vệ:

- Những trờng hợp ngắn mạch tính toán để kiểm tra độnhạy của bảo vệ đợc tính toán trong phụ lục II.

- Độ nhạy sẽ tính cho trờng hợp máy biến áp làm việc ở đầuphân áp +2,5%

II.2.1.8.1 Dòng trong máy biến dòng bảo hoà trung gian khi ngắnmạch 2 pha phía điện áp máy phát:

- Dòng thứ cấp phía điện áp máy phát:IRcb =

Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.2.3 ta đợc: I = I = 2342 A.

 IRcb = = = 32,865 A.- Dòng thứ cấp phía điện áp 110KV:

IR(110) = = 33,8 A.- Hệ số độ nhạy:

> 2.

II.2.1.8.2 Dòng trong máy biến dòng bảo hoà trung gian khi ngắnmạch 1 pha phía 110KV trong trờng hợp máy cắt ở phía này đãcắt:

Theo phụ lục tính toán ngắn mạch II.1.3 tơng tự nh II.2.1.5: I= 1786 A.

Dòng điện chạy qua rơle phía cơ bản lúc này là:IRcb = = = 14,47 A.Độ nhạy:

Kn = = = 1,33 < 2.

Qua kết quả trên ta thấy rằng bảo vệ so lệch dùng rơle loạiPHT - 562 có độ nhạy tốt khi ngắn mạch xảy ra ở chế độ vậnhành bình thờng nhng khi ngắn mạch 1 pha chạm đất phía110KV trong chế độ đóng thử máy biến áp ( khi máy cắt phía110KV cắt ra) bảo vệ tác động không đợc tốt Trong trờng hợpnày các bảo vệ khác nh bảo vệ rơle hơi, bảo vệ dự trữ máy biếnáp sẽ tác động loài trừ ngắn mạch nói trên

II.2.2 Bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài và quá tải.II.2.2.1 Đặc điểm sơ đồ bảo vệ:

Máy phát có công suất bé, do đó ta dùng bảo vệ quá dòng cóbộ lọc áp thứ tự nghịch LU2 để nâng cao độ nhạy về áp.

II.2.2.1.1 Nhiệm vụ của sơ đồ:

- Chống ngắn mạch trên các phần tử lân cận khi bảo vệ củacác phần tử này không tác động.

- Bảo vệ quá tải đối xứng hoặc không đối xứng.- Làm nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ so lệch dọc.