2.5.1 Recloser NULEC
Recloser NULEC cho phép người cài đặt theo đặc tính độc lập hoặc phụ thuộc theo chuẩn IEC như trên Hình 2. 20 [23-WSOS5].
Hình 2. 20 Đặc tính bảo vệ của recloser NULEC
3.5.2 Recloser NOJA
Recloser NOJA cho phép người cài đặt theo đặc tính độc lập hoặc phụ thuộc theo cả IEC và ANSI như trên Hình 2. 21 [23-CMS].
Hình 2. 21 Đặc tính bảo vệ của recloser NOJA Trong đó:
Đường 1 là đường đặc tính gốc (không điều chỉnh) Đường 2 là đường bổ sung thời gian Ta
2.5.3 Máy biến dòng điện (CT)
- Điều kiện chọn CT cho bảo vệ rơ le đầu nguồn (trạm 110 kV): + Điện áp định mức: UđmCT≥Uđmlưới.
+ Dòng điện định mức: I1đmCT≥Ilvmax.
+ Tổng trở tải của CT được xác định theo (2. 48):
ZCT = ZS + a.ZL + ZR (2. 48)
trong đó:
ZS là tổng trở phía thứ cấp CT tra theo đặc tính của nhà sản xuất. ZL là tổng trở của dây nối thứ cấp CT tới rơle .
ZR là tổng trở của bản thân rơle.
a=1, 2, 3 phụ thuộc vào dạng sơ đồ nối dây CT với rơ le. - Điều kiện kiểm tra CT:
+ Kiểm tra điều kiện tránh bão hòa được xác định theo (2. 49):
UK > 2.IS.ZS (2. 49)
(tra theo đường cong từ hóa) trong đó:
IS là dòng điện chạy qua phía thứ cấp của CT, được xác định theo (2. 50):
Nmax S
I I =
CTR (2. 50)
với INmax là dòng ngắn mạch lớn nhất quy đổi về phía thứ cấp CT khi ngắn mạch tại thanh cái ở phía đặt CT; CTR là tỷ số biến dòng của CT.
+ Kiểm tra điều kiện bão hòa đối với dòng điện ở 20 lần dòng điện định mức thứ cấp CT: 20.5 = 100 (A) sao cho UK> 2.100.ZS
Cấp chính xác được xác định trên cơ sở là CT đầy tải (ngưỡng đặt lớn nhất). Nếu đặt ngưỡng thấp hơn cần phải quy đổi theo ngưỡng lớn nhất.
Thay số chọn CT cho bảo vệ rơ le lộ 472 và 273 tỉnh Lạng Sơn:
Điện áp định mức: UđmCT = Uđmlưới = 22 (kV)
Dòng điện định mức được xác định từ dòng điện lớn nhất trong các chế độ làm việc bình thường của lưới điện. Như đã phân tích, lộ 472 và 473 có 3 chế độ làm việc là độc lập (LL472-473 cắt, CD86-3 đóng, CD31-3 đóng), lộ 473 hỗ trợ 472 (LL472-
473 đóng, CD31-3 đóng, CD86-3 cắt), 472 hỗ trợ 473 (LL472-473 đóng, CD86-3 đóng, CD31-3 cắt). Trong 3 chế độ này, chế độ 473 hỗ trợ 472 sẽ cho giá trị dòng điện qua MC473 lớn nhất và chế độ 472 hỗ trợ 473 sẽ cho giá trị dòng điện qua MC472 lớn nhất.
Kết quả mô phỏng phân bố dòng điện trên toàn lưới tương ứng với chế độ 473 hỗ trợ 472 được biểu diễn trên Hình 2. 22 và chế độ 472 hỗ trợ 473 được biểu diễn trên Hình 2. 23.
Hình 2. 23 Kết quả mô phỏng giải tích lưới khi 472 hỗ trợ nhánh 473
Kết quả mô phỏng trên Hình 2. 22 cho thấy dòng điện lớn nhất qua nhánh 472 và 273 là 425,3A.
Dòng điện lớn nhất qua CT được xác định theo (2. 51): ptmax lvmaxCT I 425,3 I = = =531,625A 0,8 0,8 (2. 51) Chọn CT cấp chính xác C200 có CTR=600/1 và ZS = 0,223 Ω.
Chiều dài dây dẫn nối biến dòng điện đến rơle là 100m sử dụng dây đồng bọc PVC có điện trở là 1Ω/km. Do đó điện trở dây nối RL = 0,1.1 = 0,1 (Ω).
Công suất rơ le 7SJ66 ở dòng điện thứ cấp là 5A, có công suất: SR = 0,2VA nên tổng trở rơle là: R R 2 S 0,2 Z = = =0,008 Ω I 5
Sử dụng các kết quả trên xác định được tổng trở phía thứ cấp của rơ le: ZCT = RS + RL + ZR= 0,223 + 0,1 + 0,008 = 0,431 Ω
Kiểm tra điều kiện bão hòa đối với dòng điện ở 20 lần dòng điện định mức thứ cấp của CT:
IS = 20.5 = 100 (A) => UK> 2US = 2.100.0,431 = 86,2 (V). Thỏa mãn điều kiện tránh bão hòa.
Kiểm tra điều kiện bão hòa của CT với dòng sự cố lớn nhất IN(3) = 2,08 (kA) 3
Nmax
S S CT CT
2I 2.11,14
2U = 2I Z = Z = 10 .0,431 = 37,1
CRT 600 ≤ UK thỏa mãn yêu cầu.
2.6 Kết luận chương 2
Chương 2 đã giải quyết một số vấn đề như sau:
Giải tích lưới điện theo phương pháp Newton-Raphson và phương pháp tính toán ngắn mạch chuẩn IEC 60909.
Thực hiện tính toán, kiểm chứng và mô hình hóa lưới điện bằng phần mềm ETAP với 02 lộ đường dây 22kV lộ 472, 473E13.2 với các trường hợp kết dây khác nhau giống như ngoài thực tế vận hành.
Phương pháp giải tích, mô hình hóa tính toán lưới điện và mô hình hóa lưới điện bằng ETAP đáp ứng cho việc xây dựng sơ đồ lưới điện trực quan, kết quả tính toán sát với thực tế vận hành trong nhiều trường hợp kết dây.
Vì vậy phương pháp tính toán cũng như phần mềm tính toán này hoàn toàn phù hợp cho tính toán cài đặt cho các thiết bị bảo vệ trên lưới điện 22kV lộ 472, 473 tỉnh Lạng Sơn làm cơ sở cho việc phân tích, tính toán lựa chọn phương pháp phối hợp Rơle và Recloser tại Chương 3.
CHƯƠNG 3
PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC RECLOSER TRONG LƯỚI ĐIỆN 22 KV TỈNH LẠNG SƠN
3.1 Đặt vấn đề
Chương 2 đã thực hiện mô hình hóa lưới điện 22 kV tỉnh Lạng Sơn và tính ngắn mạch trên phần mềm ETAP. Các kết quả này được sử dụng để tính toán, xây dựng đặc tính cho các recloser, phối hợp giữa các recloser với nhau hoặc với rơ le của trạm biến áp đầu nguồn. Việc tính toán phối hợp đặc tính tác động có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc chính xác, độ tin cậy cao và đảm bảo tính chọn lọc.
Nếu xảy ra sự cố ở bất kỳ vị trí nào trên các đường dây thì recloser sẽ tác động 1, 2, 3 lần ngay lập tức (tùy theo điều chỉnh) để xóa lỗi. Tuy nhiên, một số sự cố vẫn sẽ tiếp tục trên đường dây khi kết thúc hoạt động tức thời này nên một số sự cố phải được giải trừ bởi recloser khác. Sau khi mở lần thứ tư, nếu sự cố vẫn còn trên đường dây, recloser sẽ khóa.
Khi công suất cắt của các máy cắt ≥ 250 MVA, máy cắt thường được trang bị bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) và rơ le quá dòng điện cực đại (51). Rơle của mỗi bộ cấp nguồn phải được điểu chỉnh sao cho chúng có thể bảo vệ mạch đến một điểm nằm ngoài recloser thứ nhất trong bộ máy cắt chính nhưng có đủ độ trễ thời gian để chọn lọc với recloser bất kì hoặc tất cả các hoạt động trong quá trình để recloser hoạt động hoàn chỉnh.
Một yếu tố quan trọng để có được sự chọn lọc là thời gian thiết lập lại rơle quá dòng. Nếu đã bắt đầu hoạt động khi có lỗi xảy ra ngoài recloser, rơle quá dòng không có thời gian để thiết lập lại hoàn toàn sau mở recloser và trước khi nó lùi lại (khoảng một giây) rơle có thể “nhích” về phía nó mở trong các quá trình hoạt động liên tiếp của recloser. Do đó, có thể thấy rằng nó không đủ để làm cho thời gian chuyển tiếp chỉ dài hơn một chút so với thời gian recloser.
Với “quy tắc ngón tay cái”, bảo vệ sẽ không có khả năng chọn lọc nếu thời gian hoạt động của rơle tại bất kì dòng điện nào nhỏ hơn hai lần đặc tính trễ thời gian của
Với rơ le số, thời gian trở về của nó rất nhanh nên thời gian tích lũy của rơ le khi recloser đóng lại nhiều lần có giá trị không đáng kể. Vì vậy việc phối hợp giữa recloser với relay tĩnh đặt ở đầu nguồn tương đối đơn giản. Chỉ cần chọn đặc tính của recloser nằm dưới đặc tính của relay bảo vệ và bảo đảm khoảng cách an toàn giữa hai đường đặc tính để bảo đảm trong mọi trường hợp recloser sẽ tác động trước relay bảo vệ đầu nguồn.
Với rơ le điện cơ, cần xem xét khi phối hợp với thiết bị đặt sau nó. Rơ le điện cơ có thời gian tác động cũng như thời gian trở về đều có quán tính thời gian nên khi phối hợp recloser với rơ le điện cơ thì cần phải lưu ý cộng tất cả các khoảng thời gian tích lũy sai số cho relay khi recloser tác động.
3.2 Tính toán thông số bảo vệ quá dòng điện a. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50 a. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50
Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được xác định theo (3. 1):
Ikđ51 = kdt.INmax (3. 1)
trong đó:
kdt = (1,1÷1,3) là hệ số dự trữ. Chọn kdt = 1,3.
INmax: Dòng ngắn mạch lớn nhất tại cuối vùng bảo vệ 50. Như vậy:
Ikđ51472 = Kdt.INmax = 1,3.6,37.103 = 8.281 A Ikđ51473 = Kdt.INmax = 1,3.11,14.103 = 14.482 A Sử dụng rơ le 7SJ62 của Siemens. Dòng khởi động của rơle 7SJ62:
kdbv472 8.281 I = =13,8A 600 kdbv473 14.482 I = =24,13A 600
Chọn dòng đặt cho rơle: IđặtRL ≥ IkdRL. Chọn Iđặt472 = 13,8 (A); Iđặt473 = 24,13 A. Thời gian đặt của bảo vệ là t = 0,01 s.
b. Bảo vệ quá dòng cực đại 51:
Dòng điện khởi động của bảo vệ của lộ 472:
Dòng điện khởi động của bảo vệ của lộ 473:
I kdbv= kdt .Ilv max= 2x425,3= 850,6 A trong đó:
kdt = 2 là hệ số dự trữ
Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất Dòng điện khởi động của rơle lộ 472:
A 1,26 600
755,8
IkdRL472
Chọn dòng đặt khởi động của rơ le lộ 472 là 1,26 A. Dòng điện khởi động của rơle lộ 473:
A 1,42 600
850,6
IkdRL473
Chọn dòng đặt khởi động của rơ le lộ 473 là 1,42 A
Với dòng Rơle 7SJ66 ta có đường cong đặc tính như trên Hình 3. 1.
Hình 3. 1 Đường cong đặc tính của rơ le 7SJ66
Phương trình đặc tính theo chuẩn IEC của rơ le 7SJ66 có dạng như các công thức (3. 2), (3. 3), (3. 4), (3. 5) [19]:
0,02 0,14 t TMS k 1 (inverse) (3. 2) 1 13, 5 t TMS k 1 (very inverse) (3. 3) 2 80 t TMS k 1 (extremely inverse) (3. 4) 1 120 t TMS k 1
(long time inverse) (3. 5)
trong đó: TMS là bội số thời gian đặt (Time Multiplier Setting), chính là Tp trên catalog của rơ le hoặc Time Dial trên phần mềm ETAP.
k=I/IS với I là dòng điện ngắn mạch, IS là dòng điện đặt (còn gọi là Ipickup trên phần mềm ETAP hay Ip trên catalog của rơle).
Giá trị của k ứng với lộ 472 và lộ 473 được xác định như sau: k(472)= IN CRTIđặtRL= 6,29.103 600.1,62= 8,32 k(473) = IN CRTIđặtRL = 11,14.103 600.1,42 = 13,07
Ứng với thời gian tối đa loại trừ sự cố (0,5s) của bảo vệ chính tại trạm 110kV [8], giá trị của TMS xác định ứng với họ đường đặc tính inverse cho lộ 472 và 473 lần lượt là TMS = 0,15; TMS = 0,18. Chọn TMS = 0,2.
Với giá trị này, thời gian làm việc thực tế của bảo vệ 51 ứng với lộ đường dây 472 và 473 được xác định với họ đường đặc tính inverse lần lượt là 0,49s và 0,48s.
Kiểm tra độ nhạy bảo vệ: knh472 = INMmin472 Ikđbv = 1.860 755,8= 2,64 ≥ 1,5 đảm bảo độ nhạy knh473 = INMmin473 Ikđbv = 2.300 850,6= 2,7 ≥ 1,5 đảm bảo độ nhạy
Các thông số tính toán được sử dụng để cài đặt trên phần mềm ETAP như trên Hình 3. 2
Hình 3. 2 Cài đặt thông số bảo vệ 51 trên phần mềm ETAP Các bước cài đặt
- Chọn đường đặc tính (đường đặc tính dốc chuẩn). - Cài đặt dòng khởi động và thời gian với:
Lộ 472 có Ipickup =1,26 A và t = 0,49s Lộ 473 có Ipickup = 1,42 A và t = 0,48s
3.3 Tính toán thông số cài đặt recloser
Nếu recloser tự động được sử dụng tại các trạm biến áp như bộ cắt trung gian, thì cần phải chọn loại phù hợp đáp ứng các điều kiện:
Công suất ngắn mạch của recloser phải lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất được tính toán có sẵn trên thanh cái.
Giá trị định mức dòng tải (cuộn dây) của recloser phải lớn hơn dòng tải lớn nhất của mạch. Nên giá trị cuộn dây của recloser phải có kích thước đủ để cho phép tăng tải bình thường và bị đóng không cần thiết do dòng điện tác động sau khi mất điện kéo dài. Chênh lệch giữa giá trị tải tối đa với giá trị recloser thường khoảng 30%.
Dòng nhận nhỏ nhất của recloser bằng 2 lần (2x) giá trị cuộn dây của nó. Từ đó xác định được vùng bảo vệ của nó được thiết lập bởi giá trị ngắn mạch được tính toán nhỏ nhất trong mạch. Giá trị nhận tối thiểu phải vượt ngoài điểm phân chia của recloser dòng đầu tiên, tức là bảo vệ kết hợp phải được cung cấp giữa recloser và dòng đầu recloser.
Công thức (3. 6) tính dòng khởi động của các Recloser:
Ipickup = 2.Icd (3. 6)
trong đó:
Icd = 1,3.Ilvmax với Ilvmax là dòng làm việc lớn nhất chạy qua Recloser. Vậy công thức tính dòng điện khởi động của các Recloser như sau:
Ipickup = 2.1,3.Ilvmax (3. 7)
Công thức (3. 7) được sử dụng để tính dòng khởi động của các recloser cho các lộ đường dây 472 và 473 trong trường hợp vận hành độc lập và trường hợp có hỗ trợ chéo cho phụ tải của các lộ từ các nguồn.
* Trường hợp 1: 02 lộ đường dây 472, 473 vận hành độc lập
Bảng 3. 1 Kết quả tính toán dòng điện khởi động lộ 472 vận hành độc lập
STT Vị trí Ilvmax (A) Ipickup (A)
1 Thanh cái C42
2 MC 472 250,4 756
3 Recloser 472/70 216,2 562,12
4 Recloser 484 32,8 85,28
5 Recloser 482 31 80,6
Bảng 3. 2 Kết quả tính toán dòng điện khởi động lộ 473 vận hành độc lập
STT Vị trí Ilvmax (A) Ipickup (A)
1 Thanh cái C41
2 MC 473 320,7 852
3 Recloser 473/37 144,6 375,96
* Trường hợp 2: Lộ 472E13.2 cấp hỗ trợ lộ 473E13.2 đến CD31-3
Bảng 3. 3 Kết quả tính toán dòng điện khởi động lộ 472 vận hành cấp hỗ trợ lộ 473E13.2 đến CD31-3
STT Vị trí Ilvmax (A) Ipickup (A)
1 Thanh cái C42 2 MC 472 377,9 756 3 Recloser 472/70 344,6 733,998 4 Recloser 484 31,1 80,86 5 Recloser 482 29,3 76,18 6 Recloser LL 472-473 139,4 362,44 7 Recloser 473/37 13,3 34,58
* Trường hợp 3: 473E13.2 cấp hỗ trợ lộ 472E13.2 đến CD 86-3
Bảng 3. 4 Kết quả tính toán dòng điện khởi động lộ 473 vận hành cấp hỗ trợ lộ 472E13.2 đến CD 86-3
STT Vị trí Ilvmax (A) Ipickup (A)
1 Thanh cái C41 2 MC 473 425,3 852 3 Recloser 473/37 251,3 653,38 4 Recloser 485 127,9 332,54 5 Recloser LL 472-473 109,2 283,92 6 Recloser 482 32,3 83,98
3.4 Nguyên tắc phối hợp đặc tính bảo vệ
Đối tượng bảo vệ của các rơ le và recloser trong lưới được phân biệt thành các cụm tương ứng với trạng thái vận hành độc lập hoặc có hỗ trợ lẫn nhau.
Với trường hợp vận hành độc lập, vùng hoạt động của các rơ le và recloser được thể hiện trên Hình 3. 3, Hình 3. 4 và Hình 3. 5.
Hình 3. 3 Nguyên tắc phối hợp đặc tính bảo vệ khi vận hành độc lập
Hình 3. 4 Nguyên tắc phối hợp đặc tính bảo vệ khi lộ 473 cấp điện hỗ trợ lộ 472 đến CD 86-3
Cắt ra
Hình 3. 5 Nguyên tắc phối hợp đặc tính bảo vệ khi lộ 472 cấp điện hỗ trợ lộ 473 đến CD31-3
Việc phối hợp bảo vệ được thực hiện dựa trên đường đặc tuyến TCC. Điều kiện để phối hợp tốt nhất là các recloser phải có tối thiểu một lần tác động nhanh. Khi phối hợp cần chú ý khoảng thời gian giữa các đặc tuyến của 2 recloser để khi sự cố xảy ra chúng không tác động đồng thời.
Recloser luôn đáp ứng được khả năng phối hợp cho yêu cầu riêng của từng hệ thống, tất cả các recloser được phối hợp đều phải chú ý đến dòng cắt tạm thời đối với sự cố chạm đất và chạm pha, cũng như lựa chọn đặc tuyến TCC, trình tự tác động, thời gian tác động và các yếu tố phụ khác. Thông số chính cần quan tâm khi phối hợp là: thời gian và thời gian cắt. Giá trị dòng cắt nhỏ nhất nên chọn theo giá trị dòng tải đỉnh tại nơi đặt recloser và đảm bảo recloser hoạt động với bất kỳ dạng sự cố nào trong phạm vi bảo vệ.
Vì những sự cố thoáng qua thường lặp lại nên recloser phía máy biến áp cần tối thiểu một lần tác động nhanh, recloser phía tải sẽ phối hợp được với recloser phía nguồn nếu có cùng hoặc lớn hơn số lần tác động nhanh so với recloser phía nguồn. Đường cong tác động chậm được chọn sao cho recloser phía tải có thể cắt các sự cố