5.2.1 . Bảo vệ so lệch 87T
a) Tính toán các thông số cơ bản của bảo vệ
- Dòng từ hóa ổn định của MBA : I0=0,5 % - Sai số cơ bản của rơle : hoặc - Sai số do điều chỉnh dưới tải của MBA: - Sai số bản thân CT loại C :10%
b) Sai số tổng
Sai số tổng
Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm gồm 4 đoạn (a, b, c, d) như hình trên với các thông số được tính toán như sau:
Đoạn đặc tính (a): Thường được gọi là ngưỡng thấp (I>) hay ngưỡng khởi động (Ipick- up)
Trong đó:
ε∑ : là tổng các sai số (%).
kdt = 5% là hệ số dự trữ.
Ipick-up = ε∑ + kdt =25,5% +5% = 30,5% = 0,305
Đoạn đặc tính (b): Nhánh b là nhánh mà rơle bắt đầu hãm do ảnh hưởng của sai
số (không thể bù) của các thiết bị Độ dốc tối thiểu:
SLb = SLbmin+ kdt < SLbmax (%)
Trong đó độ dốc cực đại: chức năng so lệch dòng điện của rơ le 7UT613 của hãng SIEMENS là loại có đặc tính hãm tổng (k=1). SLbmax = 100%.
Độ dốc tối thiểu áp dụng biểu thức (4.14)
SLb = SLbmin + kdt = 14,6% + 5% = 19,6 %
Đoạn đặc tính (c): Có độ dốc lớn hơn do có kể đến CT bão hòa
giả thiết ngắn mạch 3 pha phía thanh góp thứ cấp của máy biến áp (ngắn mạch ngoài) gây ra bão hòa máy biến dòng C400 và sai số tới 50%, khi đó:
SLc = SLcmin + kdt = 48,7% + 5% = 53,7 %
Đoạn đặc tính (d): Là đoạn đặc tính không hãm hay là ngưỡng cao ( I>> )
Ngưỡng cao của bảo vệ được đặt trên cơ sở một máy biến dòng bão hòa hoàn toàn khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.
Trong đó:
nT: Tỷ số biến đổi của máy biến áp
IN là dòng điện ngắn mạch ổn định lớn nhất ngoài vùng bảo vệ CTR là tỉ số biến đổi của máy biến dòng không bị bão hòa
kCT = (1,05; 1,1) là hệ số kể tới sai số cho phép của máy biến dòng kat là hệ số an toàn:
Kat = (1,05 – 1,1 ) đối với MBA có Sđm >20 MVA. Kat = 1,3 đối với MBA có Sđm 20 MVA.
Như vậy ta có đường đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch như sau:
Vẽ đường đặc tính:
Chọn độ dốc b tg1 = 0,16 => α1=10°
Chọn độ dốc c tg2 = 0,5 => α2=27° (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xác định các điểm gãy của đường đặc tính hãm
Rơ le sử dụng là rơle hãm tổng của hãng SIEMEN nên ta có: ITP1= 0,5 (p.u)
Hình 5.1: Đặc tính làm việc của bảo vệ 87
c) Khóa hài
Tránh bảo vệ làm việc sai trong lúc đóng máy biến áp cần khóa bảo vệ. Dòng điện khởi động của chức năng khóa hài bậc 2 hoặc bậc 4 được tính như sau:
Trong đó: k2 = (0,150,2) là hệ số khóa hài bậc 2, tỉ lệ giữa thành phần bậc 2/thành phần cơ bản của dòng điện từ hóa khởi động,
I2 là dòng điện hài bậc 2.
k2 = 20% phù hợp với đa số các máy biến áp.
Ngoài ra, bảo vệ cần được khóa trong tình trạng máy biến áp quá kích từ. Khi đó, thành phần hài bậc 5 được sử dụng:
Trong đó: k5< 0,4 là hệ số khóa hài bậc 5, chọn k5 = 35% I5 là dòng điện hài bậc 5.
Hình 5. 2: a) Hãm hài bậc 2; b) Hãm hài bậc 5 Chức năng hãm bổ sung
Để phát hiện tình trạng bão hòa máy biến dòng khi sảy ra ngắn mạch ngoài - Sự cố trong vùng:
Hiện tượng bão hòa máy biến dòng do sự cốtrong vùng bảo vệ không gây ảnh hưởng nhiều tới sự làm việc của bảo vệ 87T vì mức độ bão hòa của BI các phía là gần tương tự nhau.
- Sự cố ngoài vùng:
Các CT có mức độ bão hòa khác nhau, bảo vệ có thể tác động nhầm do dòng so lệch rất lớn.
Khi biến dòng bị bão hòa, dòng điện đầu ra chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của chu kỳ ( có dạng xung).
Đối với rơle SIEMEN rơle bắt đầu hãm từ khi máy biến dòng bắt đầu bão hòa tại điểm ITP2= 4, đường đặc tính hãm có độ dốc bằng 1 nửa nhánh b (Hình 5.2)
5.2.2. Bảo vệ so lệch 87N/I0:
Dòng khởi động của chức năng chống chạm đất hạn chế trong rơle 7UT613 được tính như sau:
I0kđ =0,5A hoặc 1A . Ta chọn I0kd=1A
Độ nhạy của bảo vệ được quyết định bởi giá trị đặt IREF> . IREF> được xác định bởi dòng điện qua dây dẫn nối đất trung tính của MBA (I0' ). Dòng điện do đường dây cung cấp về điểm ngắn mạch chạm đất (I0") không ảnh hưởng đến độ nhạy của bảo vệ.
Góc giới hạn LIMIT (I0',I0") xác định khả năng hãm của bảo vệ. LIMIT càng nhỏ thì khả năng hãm càng lớn. ta chọn góc hãm giới hạn LIMIT = 1000 ứng với hệ số ổn định k=4.
5.3 Tính toán cài đặt và chỉnh định cho rơle 7SJ600 5.3.1. Bảo vệ quá tải
Theo ANSI/IEEE C57.109 và C57.12.00 thì khả năng chịu quá tải của các máy biến áp phụ thuộc vào dòng điện cực đại (ISC) chạy qua cuộn dây máy biến áp trong khoảng thời gian nhất định (thời gian chịu quá tải cho phép tính bằng giây). Để thuận tiện trong tính toán, dòng điện cực đại được xác định thông qua phần trăm tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, với chế độ làm việc định mức là 100%. Hoặc xác định thông qua bội số dòng điện I (p.u) giữa dòng điện sự cố đối xứng cực đại chạy qua máy biến áp và dòng điện định mức máy biến áp.
Khả năng chịu quá tải của các máy có công suất khác nhau là khác nhau và được chia thành 4 loại theo công suất và các đường cong quá tải tương ứng được cho trong bảng 5.4 và các đường cong trên hình 5.4 dưới đây.
Hình 5. 3: Đường cong quá tải
Trên hình 5.4a cho đường cong quá tải của máy biến áp loại I. Khả năng chịu quá tải ở 4% tổng trở máy biến áp sẽ chịu được dòng điện ngắn mạch 25 p.u. (1/0,04) trong thời gian 2 giây (1250/252).
Đường cong giới hạn khả năng quá tải của máy biến áp loại III và IV có kể tới tần suất của sự cố trong vòng đời của máy biến áp loại IV cho những loại sự cố hiếm gặp trong cả vòng đời của máy biến áp.
Đánh giá thiệt hại có tính chất tích lũy thông qua hệ số K = I2.t thông qua tổng trở tải của máy biến áp có xét đến những tác động cơ khí theo phần trăm dòng điện sự cố chạy qua máy biến áp. Đối với loại III và IV có thiệt hại từ 50%-100% dòng điện sự cố cực đại.
Xây dựng đường cong tới hạn quá tải cho máy biến áp có %ZNc = 12,5%. Máy biến áp thuộc loại IV, có đường cong giới hạn quá tải trên hình 5.4b. Vẽ đường cong sự cố: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xác định tỉ số K: I = 1/0,12 = 8,3 p.u. đây là bội số giữa dòng điện ngắn mạch cực đại so với dòng điện định mức của máy biến áp ở 2 giây (điểm A).
K = I2.t= (8,3)2.2 = 137,78
t = K/0,5.I =137,78 / (0,5.8,3)2 = 8(s) =>biểu diễn lên đường cong sự cố, điểmB.
Nối điểm B cắt đường cong nét đứt tại C => đường cong ABCD là đường giới hạn quá tải yêu cầu.
Hình 5. 4: Đường cong quá tải giới hạn cho máy biến áp có Z%=12,5%
5.3.2. Bảo vệ cắt nhanh 50.
Dòng điện khởi động của bảo vệ:
Trong đó:
kdt=1,1÷1,3 là hệ số dự trữ, chọn kdt = 1,2 cho rơle số kđt=1,2.
INmax: dòng ngắn mạch ngoài cực đại trên thanh cái của cuối cùng bảo vệ. Dòng điện khởi động của rơ le:
Dòng điện ngắn mạch trên thanh góp hạ áp IHmax = 19,6 (kA) quy đổi về phía cao áp là:
Vậy chọn dòng ngắn mạch phía trung đã quy đổi làm dòng tính toán Dòng điện khởi động của bảo vệ:
Dòng điện khởi động rơle 7SJ600:
Chọn dòng đặt cho rơ le IđặtRL=30(A) Thời gian đặt của bảo vệ: t = 0(s)
5.3.3. Bảo vệ quá dòng 51.
Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian: Ikđbv = Is= kdt.Imax
Trong đó:
Kdt: Hệ số dự trữ, thường chọn k=1,5÷4, lấy kdt = 2 : Dòng tải lớn nhất trong chế độ bình thường. Dòng điện khởi động của rơ le:
Dòng tải lớn nhất của từng phía là -
Phía hạ áp:
-
-
Phía cao áp:
Dòng ngắn mạch lớn nhất quy đổi về cao áp là: INmax = 313,7 (A) Dòng điện khởi dộng của bảo vệ 51:
Dòng khởi động của rơle 7SJ600:
IkđRL = Ikđ51/CTR1 = 627,4/160 = 3,9 (A) Chọn dòng đặt của bảo vệ Iset =4 (A)
Thời gian làm việc của bảo vệ:
Phối hợp thời gian làm việc của bảo vệ với dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại N1: t51 = t87 + Δt
Trong đó:
t87: thời gian làm việc của bảo vệ so lệch phụ thuộc vào thời gian làm việc của rơle (t = 0,01s) và của máy cắt (t = 0,05s). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Δt = (0,3÷0,6) s là thời gian chọn lọc
t87 = 0,01 + 0,05 = 0,06 s
t51 = 0,06 + (0,3÷0,6) =
(0,36÷0,66) s
Hình 5. 5: Đặc tính dốc chuẩn theo IEC Ta có:
Trong đó:
TMS:là bội số thời gian đặt (Time Multiplier Setting),
k = IN/Iset với IN là dòng ngắn mạch lớn nhất lấy ở cuối cùng của bảo vệ
Chọn TMS = 0,1.
Thời gian làm việc thực tế:
Kiểm tra lại với thời gian chọn lọc
Ta thấy vậy giá trị khởi động đặt cho rơle là thỏa mãn.
5.3.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I0>/51N)
Trong đó:
+ kdt: Hệ số chỉnh định, thường chọn k0 = 0,3÷0,4 lấy k = 0,3 + ITmax: Dòng điện toàn tải quy về phía 220 kV
+ : Dòng tải lớn nhất trong chế độ bình thường.
Như vậy:
Dòng khởi động của rơle 7SJ600:
Chọn dòng đặt Iđặt=0,6(A) Thời gian làm việc của bảo vệ:
Phối hợp thời gian làm việc của bảo vệ với bảo vệ so lệch và các bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
t51N = t87N + Δt Trong đó:
t87N: thời gian làm việc của bảo vệ so lệch chống trạm đất phụ thuộc vào thời gian làm việc của rơ le (t = 0,01s) và của máy cắt (t = 0,05s).
Δt = (0,3÷0,6) s là thời gian
chọn lọc
t87N = 0,01 + 0,05 = 0,06 s
t51N = 0,06 + (0,3÷0,6) =
(0,36÷0,66) s. Chọn đặc tính dốc
Hình 5.6: Đặc tính dốc chuẩn theo IEC Ta có:
Trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TMS:là bội số thời gian đặt (Time Multiplier Setting),
kI = I0/ISet với I là dòng điện thứ tự không quy đổi về phía thứ cấp CT bên phía 220kV.
Chọn TMS = 0,4
Thời gian làm việc thực tế:
Kiểm tra lại với thời gian chọn lọc
5.3.5. Bảo vệ rơle hơi 96
Trong các máy biến áp truyền tải điện năng, thùng dầu chính và thùng dầu phụ của máy biến áp được rút chân không trước khi nạp dầu. Dầu bên trong các thùng dầu chính và thùng dầu phụ cảu MBA hoàn toàn không có khí. Vì vậy việc xuất hiện bọt khí bên trong những thùng dầu này là điều bất thường.
Rơ le hơi được lắp trên đoạn ống nối từ thùng dầu chính đến thùng dầu phụ MBA, dung để bảo vệ khi sự cố sảy ra bên trong thùng dầu của MBA.
Chọn rơle theo công suất như bảng sau: Cấp cảnh báo
Cấp cắt
Theo đề tài MBA ta bảo vệ có công suất là 125MVA.
Từ số liệu trên ta chon được đường kính giãn dầu cho MBA là:
Giá trị đặt cho cấp cảnh báo: Giá trị đặt cho cấp cắt:
Hình 5.8 : nguyên lý cấu tạo và vị trí trên MBA của 96
5.4. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 5.4.1. Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm
Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ:
Theo nguyên lí của rơle 7UT613 thì ngắn mạch ngoài dòng so lệch sẽ không bằng không. Ta xét trường hợp ngắn mạch ngay tại thanh cái N3 và N5. Ta xét xem khi ngắn mạch ngoài gần CT nhất để kiểm tra xem rơle có cắt hay không.
- Ta tính dòng điện làm việc (Iop)
- Ta tính dòng điện hãm (Ires)
Trong đó: : Dòng điện hãm quy đổi về thứ cấp CT2 xét trên phía cao áp MBA : Dòng điện hãm quy đổi về thứ cấp CT3 xét trên phía trung áp MBA : Dòng điện hãm quy đổi về thứ cấp CT4 xét trên phía hạ áp MBA
Dòng ngắn mạch đi vào rơle phía thứ cấp MBA cuộn hạ (khi tính đến sai số của CT):
Dòng ngắn mạch đi vào rơle phía sơ cấp MBA khi kể đến sai số (điều chỉnh điện áp của MBA, sai số của CT và sai số dòng từ hóa ổn định của MBA)
Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng gần CT3 - Ta tính dòng điện làm việc (IOP)
- Ta tính dòng điện làm việc (IRES):
→Ta xác định được điểm ngắn mạch có tọa độ A(IRES , IOP) = ( 0,11; 0,05) Điểm ngắn mạch được biểu diễn trên hình
→ Ta thấy điểm A nằm phía dưới vùng đặc tính nên ngắn mạch ngoài vùng gần CT3 rơle không tác động.
Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng gần CT4 Ta tính dòng điện làm việc (IOP)
Ta tính dòng điện làm việc (IRES):
→Ta xác định được điểm ngắn mạch có tọa độ B(IRES , IOP) = ( 0,087; 0,073) Điểm ngắn mạch được biểu diễn trên hình (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
→ Ta thấy điểm B nằm phía dưới vùng đặc tính nên ngắn mạch ngoài vùng gần CT4 rơle không tác động.
Như vậy khi ngắn mạch ngoài rơ le không tác động đảm bảo yêu cầu đặt ra.
5.4.2. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian 51
Hệ số độ nhạy của bảo vệ được xác định như sau:
K
nh=
Trong đó:
+ INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu qua BV khi có ngắn mạch cuối vùng bảo vệ 51. + IkđBV: Dòng khởi động của bảo vệ 51.
Từ kết quả tính ngắn mạch ở chương 2, dòng ngắn mạch cực tiểu tại điểm N4 quy đổi về phía cao áp của máy biến áp INmin= 3,45 kA
Độ nhạy của bảo vệ :
Như vậy rơle là đạt yêu cầu về độ nhạy
Tương tự dòng ngắn mạch cực tiểu tại điểm N5 quy đổivề phía cao áp của máy biến áp là INmin=1,96(kA)
Độ nhạy của bảo vệ :
CHƯƠNG 6: THUYẾT MINH SƠ ĐỒ 6.1. Sơ đồ mạch nguyên lý .
Hình 6. 1: Sơ đồ mạch nguyên lý
Đối tượng được bảo vệ là trạm biến áp có hai máy biến áp giống nhau công suất Sđm=125 MVA có tỉ số biến đổi 220/110/22 kV làm việc độc lập. Nhận điện từ hai nguồn hệ thống có công suất vô cùng lớn qua hệ thống hai thanh góp cung cấp cho phụ tải các phía 110kV và 22kV qua hệ thống 2 thanh góp.
Theo đề tài yêu cầu ta sẽ bảo vệ cho 2 MBA.
6.2. Sơ đồ dự kiến phương thức bảo vệ cho TBA.
Từ các chế độ không bình thường và sự cố của máy biến áp có thể trải qua. Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Hai máy biến áp T1 và T2 có thông số giống nhau nên ta dự kiến phương thức bảo vệ cho 2 máy là như nhau..
Ta đấu riêng CT cho các rơ le để dự phòng tốt hơn. Sơ đồ bố trí dự kiến bảo vệ được thể hiện như hình 6.2:
Hình 6. 2: Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA
Bảo vệ chính là bảo vệ cô lập sự cố trong thời gian ngắn nhất, bảo vệ dự phòng là bảo vệ cô lập sự cố khi bảo vệ chính không làm việc.
Để bảo vệ máy biến áp người ta sử dụng nhiều chức năng, nhằm làm tăng độ tin cậy tác động, đảm bảo cho việc cung cấp điện không bị gián đoạn và tránh hư hỏng thiết bị khi có sự cố xảy ra. Tùy theo công suất, chủng loại, vị trí lắp đặt trong HTĐ,… mà người ta lựa chọn các chức năng bảo vệ như: bảo vệ quá dòng điện (50,51).
Bảo vệ chính được sử dụng trong sơ đồ là bảo vệ so lệch máy biến áp 87T và 87N.
Bảo vệ dự phòng cho máy biến áp bao gồm các bảo 50, 51/51N, 49, 96 và 63 với các chức năng cụ thể được tích hợp trong 2 rơ le 7UT613 và 7SJ600 như sau:
* Bảo vệ 7UT613:
87T: Bảo vệ so lệch chống ngắn mạch giữa các pha trong vùng CT2 và CT3, CT2 và CT4 87N: Bảo vệ so lệch trung tính chống ngắn mạch chạm đất cuộn dây và chạm chập giữa