Nguồn tự dùng luôn phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các thiết bị trong tram biến áp. Vậy nên công suất của MBA tự dùng STD �Stải TD Max .Giả sử một thời điểm nào đó ta sử dụng tất cả các phụ tải tự dùng trong trạm biến áp,
- Công suất tự dùng theo tính toán là:
2 2
98,35 61, 08 115,78( )
tt
S kVA
- Căn cứ vào công suất tự dùng yêu cầu của trạm, đặc điểm của trạm biến áp là cần phải dự phòng 100% công suất nên chọn 2 máy biến áp tự dùng cho trạm (Do yêu cầu đảm bảo cung cấp điện dự phòng liên tục cho các thiết bị trong trạm )
- Chọn MBA 3 pha 2 cuận dây do công ty thiết bị điện Đông Anh – Việt Nam chế tạo với thông số chính như sau
Bảng 4.2 : Thông số kỹ thuật của MBA tự dùng 22kV
Loại máy biến áp Sđm (kVA) Điện áp (kV) Tổn thất (kW) UN % I0 % Cao Hạ P0 PN 3 pha, 2 cuộn dây, ngoài trời 160 2322,5% 0,4 1,2 4,1 5,5 6,0 4.3.3 Các thiết bị đi kèm
Cáp điện cho MBA tự dùng
Tương tự như phần trên, ta tiếp tục chọn cáp theo tiêu chuẩn kinh tế
Imax =(A) Fmax = (mm2)
Sơ bộ chọn cáp đồng cách điện XLPE do ALCATEL chế tạo tiết diện 1x50 mm2
Kiểm tra
Dòng điện lâu dài cho phép của cáp là 204(A) K�*Kn*n Kn : Hệ số hiệu chỉnh theo số cáp ( Kn = 0,92) Nhiệt độ cho phép trong đất 65oC, có K� = 0,95 n: Số cáp trong 1 rãnh
Ilvcb = 1,2*4,2 (A) Cáp được chọn thỏa mãn
Tủ điện cho MBA tự dùng
- Thanh cái : Cu, 2000A
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP
5.1 Khái quát chung về rơ le
Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Chúng có thể gây nên hỏng các thiết bị điện hay mất cân bằng hệ thống điện. Để giảm bớt hậu quả do các tình trạng sự cố gây nên cần nhanh chóng loại bỏ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện. Bảo vệ rơ le là thiết bị có chức năng phát hiện và loại bỏ các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện.
- Mục đích bảo vệ rơ le
- Nhanh chóng loại trừ sự cố để hệ thống cung cấp điện làm việc an toàn
- Báo tín hiệu cho nhân viên vận hành về tình trạng làm việc không bình thường của hệ thống, thiết bị
- Phối hợp với các thiết bị tự động hóa để thực hiện các phương thức vận hành như tự động đóng lặp lại, tự động đóng nguồn dự trữ …
- Yêu cầu cơ bản
- Tác động nhanh : Giảm thời gian sự cố và phạm vi sự cố. Trong tình trạng làm việc không bình thường cho phép trì hoãn thời gian
- Chọn lọc : Mục đích của bảo vệ là loại trừ phần tử sự cố ra khỏi hệ thống. Vì vậy bảo vệ yêu cầu phải chọn lọc, chính xác nếu không có thể dẫn tới hậu quả ngoài ý muốn
- Tin cậy : Khi xảy ra sự cố bảo vệ tác dộng đúng thời gian đã chỉnh định
- Nhậy : Độ nhạy của bảo vệ phản ánh khả năng phản ứng của nó với mọi mức độ của sự cố.
- Các loại bảo vệ rơ le
- Với đường dây trung áp, ta dùng các loại bảo vệ sau : + Quá dòng điện cắt nhanh hoặc có thời gian
+ Quá dòng điện có hướng
+ So lệch dùng cáp thứ cấp chuyên dụng + Khoảng cách
- Với đường dây cao áp và siêu cao áp + So lệch dòng điện
+ Khoảng cách + So sánh tín hiệu + So sánh pha
+ So sánh hướng ( công suất hoặc dòng điện )
- Bảo vệ máy biến áp + So lệch có hãm + Khoảng cách
+ Quá dòng có thời gian ( chính xác hoặc dự phòng tùy theo công suất ) + Quá dòng thứ tự không
+ Rơ le khí + Quá dòng điện + Hình ảnh nhiệt + Chống quá bão hòa - Điều kiện chọn rơ le
- Đối với các rơ le quá dòng điện : Dòng điện khởi động của bảo vệ được chọn theo điều kiện sau :
IN min > I kđ = (5-1) Trong đó : Ilv max : Dòng điện làm việc lớn nhất đới với phần tử được bảo vệ Km : Hệ số mở máy ( khởi động ) của các phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ. Tùy theo tỉ lệ của phụ tải động cơ trong dòng điện tổng qua chỗ đặt bảo vệ và loại động cơ được sử dụng mà hệ số Km có thể lấy trong khoảng 2 – 5
Kat : Hệ số an toàn, thường lấy trong khoảng 1,1( với rơ le tĩnh và rơ le số ) đến 1,2 ( với rơ le điện cơ )
Kv : Hệ số trở về, với các rơ le điện cơ Kv = 0,85 – 0,9; với rơ le số Kv = 1
IN min : Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho rơ le còn khởi
động được. Khi xác định trị số của INmin cần lưu ý đến chế độ làm việc của hệ thống, cấu hình của lưới điện, vị trí của điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch.
Hệ số độ nhạy
- Đối với bảo vệ cắt nhanh : Dòng khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất ở ngoài vùng bảo vệ
Ikđ > IN.max.ng (5-3) Trong đó IN.max.ng : Dòng ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ
Hệ số độ nhạy
KN = (5 - 4)
- Đối với bảo vệ so lệch : Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, dòng điện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm nên rơ le so lệch ko làm việc. Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng điện ở một đầu sẽ đổi chiều, lúc bấy giờ ILV > IH nên rơ le so lệch sẽ làm việc.
- Đối với bảo vệ khoảng cách : Được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các đường dây tải điện, thường có nhiều vùng tác động khác nhau. Các vùng tác động về phía trước làm nhiệm vụ dự phòng cho nhau và dự phòng cho các đoạn liền kề.
5.2 Lựa chọn loại bảo vệ rơle cho trạm biến áp
5.2.1 Tủ điều khiển - bảo vệ các ngăn đường dây 110kV
Trang bị các bộ điều khiển bảo vệ chính sau: Bộ bảo vệ chính : Bảo vệ so lệch dọc đường dây - Bảo vệ so lệch dọc đường dây –F87L
- Bảo vệ khoảng cách –F21/21N
- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng –F67/67N - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và có thời gian –F50/51
- Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian –F50/51N - Tự động đóng lặp lại đường dây có kiểm tra đồng bộ –F79/25 - Bảo vệ chống hỏng hóc máy cắt –F50BF
- Giám sát mạch cắt –F74
- Chức năng thông tin phối hợp bảo vệ với đầu đối diện –F85 - Chức năng xác định điểm sự cố –FL
- Chức năng ghi sự cố –FR
Trong đó, rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây F87L tại tủ +CRP1 phải tương thích với rơle F87L đã có sẵn tại ngăn lộ 172 TBA 110kV E1.25 Mỹ Đình
Bộ bảo vệ dự phòng: Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng tích
hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng –F67/67N - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và có thời gian –F50/51
- Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian –F50/51N - Bảo vệ chống hỏng hóc máy cắt –F50BF
- Bảo vệ quá áp và thấp áp –F27/59 - Giám sát mạch cắt –F74
- Chức năng ghi sự cố –FR
- Chức năng thông tin phối hợp bảo vệ với đầu đối diện –F85
5.2.2 Bảo vệ, đo lường ngăn cầu 110kV
Trang bị các bộ điều khiển bảo vệ chính sau:
a) Trang bị 02 bộ bảo vệ so lệch thanh cái cho phân đoạn 1 và phân đoạn 2 thanh cái 110kV : F87BB
b) Trang bị 01 bộ bảo vệ quá dòng tích hợp các chức năng sau : - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và có thời gian F50/51
- Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian F50/51N - Giám sát mạch cắt F74
- Chức năng kiểm tra đồng bộ F25
5.2.3 Bảo vệ, đo lường các ngăn máy biến áp
a) Bộ bảo vệ chính máy biến áp: Bộ bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp 3 pha tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ so lệch máy biến áp -F87T,
- Bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA -F64,
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 & F50/51N
- Bảo vệ quá tải -F49, - Giám sát mạch cắt -F74.
b) Bộ bảo vệ dự phòng phía cao áp máy biến áp :Trang bị bộ bảo vệ quá dòng tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 & F50/51N,
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt -F50BF, - Giám sát mạch cắt -F74.
c) Bộ bảo vệ dự phòng phía trung áp máy biến áp :Trang bị bộ bảo vệ quá dòng tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 và F50/51N, F50/51G,
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt -F50BF, - Giám sát mạch cắt -F74.
5.2.4 Bảo vệ các ngăn đường dây phía 22k - Bảo vệ quá dòng hai cấp tác động (F50/51)
- Bảo vệ quá dòng chạm đất hai cấp tác động (F50/51N)
- Rơ le giám sát mạch cắt (F74)
- Bảo vệ tự động đóng lặp lại (F79)
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF)
- Một bộ Rơ le đi cắt và rơ le trung gian
- Bảo vệ phát hiện dòng điện thấp, chống đóng máy cắt tụ khi tụ chưa phóng hết điện (F37)
- Bảo vệ chống quá điện áp (F59)
- Bảo vệ chống thấp áp (F27)
- Bảo vệ không cân bằng (F51Ub)
5.3 Lựa chọn rơ le và cài đặt các thông số cho rơ le 5.3.1 Lựa chọn rơ le
Dựa vào yêu cầu bảo vệ trong TBA và chức năng của các rơ le, ta chọn các loại rơ le sau
- Rơ le quá dòng kỹ thuật loại 7SJ511
Được dùng để bảo vệ các đối tượng như đường dây, máy biến áp, động cơ điện và nguồn cung cấp từ 1 phía.Các chức năng bảo vệ của rơ le:
Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ quá tải
Bảo vệ so lệch
Bảo vệ chống quá điện áp
Bảo vệ chống điện áp thấp
Chức năng ghi sự cố
Xác định điểm sự cố
Tự động đóng lặp lại đường dây có kiểm tra đồng bộ
Ngoài ra rơ le quá dòng kỹ thuật số còn có các đầu vào dùng cho bảo vệ quá dòng có hướng, bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch, bảo vệ quá dòng và sụt áp…
- Rơ le bảo vệ và điều khiển 7SJ531
Đây là loại rơ le bảo vệ kiểu số, là bảo vệ quá dòng điện có thời gian, tin cậy và cắt chọn lọc tất cả các loại sự cố pha - đất hoặc pha – pha. Rơ le bảo vệ đường dây và có thể được làm dự phòng có thời gian cho các bảo vệ đường dây so lệch MBA, MF, động cơ hoặc thanh cái
Chức năng của cụ thể của 7SJ531 bao gồm
Bảo vệ quá dòng có thời gian
Bảo vệ quá dòng có hướng
Phát hiện sự cố chạm đất
Chức năng tự động đóng lắp lại
Xác định điểm sự cố
Bảo vệ quá tải nhiệt độ
Giám sát thời gian khởi động
- Rơ le so lệch kỹ thuật số 7UT51
Là loại bảo vệ tác động nhanh, chọn lọc các thiết bị như máy biến áp, động cơ điện, máy phát điện. Rơ le có thể thực hiện nhiều chức năng bảo vệ khác nhau, cho các đối tượng khác nhau.
Chức năng của rơ le 7UT51 bao gồm
Bảo vệ so lệch máy biến áp
Bảo vệ dòng thứ tự không
Bảo vệ quá dòng có thời gian
Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ
Bảo vệ chạm vỏ tùy chọn
5.3.2 Cài đặt các thông số cho rơ le
a.Bảo vệ quá dòng cho đường dây 110kV :
Theo như kết quả tính toán trên ta căn cứ vào dòng điện làm việc cực đại ta chọn biến dòng có Iđm.Bll=400, tức là hệ số biến dòng ni=400/l=400. Máy biến dòng được chọn mắc theo sơ đồ sao thiếu (phản ứng theo dòng pha) nên hệ số sơ đồ ksđ=1. Hệ số tin cậy ktc=1.2. Do rơle chọn là loại rơle số nên có hệ số trở về là ktv=1, ta có:
Dòng điện khởi động của bảo vệ: 1, 2 * *632 758, 4 1 tc kd lvM tv k I I k (A) Dòng điện khởi động của rơle được xác định như sau:
Ikd.R =Ikd = *758,4 = 1,896 (A) Chọn rơle 7SJ531 với dòng điện rơle Ikd=2(A) Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
Ikd.BV =*Id.R = *2 = 800 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 4,58
Ta thấy knh.BV = 4,58 > 1,2. Vậy bảo vệ đáp ứng yêu cầu. + Xác định thời gian tác động của bảo vệ:
- Bội số dòng ngắn mạch tại điểm N1 của bảo vệ: = = =5,29 - Thời gian đặt của bảo vệ là: tđ=0,1s
- Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn, thời gian tác động thực tế của bảo vệ là:
t = td* = 0,1* = 0,41(s) * Tính bảo vệ cắt nhanh cho khối đường dây truyền tải:
Dòng điện khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định như sau: Ikd CN.R = *ksd*= *1*4,2343*= 12,7 (A)
Chọn rơle có dòng đặt là Iđ.RCN=20A
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh: Ikd.CN = = = 8000 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 0,46< 2
Vậy bảo vệ cắt nhanh chỉ đảm bảo được một phần của bảo vệ đường dây nên nó chỉ có thể làm bảo vệ dự phòng.
b. Tính toán bảo vệ quá dòng cho khối đường cáp xuất tuyến phía 22kV: - Tính toán bảo vệ dòng điện cực đại:
Theo như kết quả tính toán trên ta căn cứ vào dòng điện làm việc cực đại ta chọn biến dòng có Idm BI = 400, tức là hệ số biến dòng ni = 400/1=400. Máy biến dòng được chọn mắc theo sơ đồ sao thiếu (phản ứng theo dòng pha) nên hệ số sơ đồ ksđ=1, hệ số tin cậy ktc=1,2. Do rơle chọn là loại rơle số nên có hệ số trở về là ktv=1, ta có:
- Tính cho xuất tuyến
Dòng điện khởi động của bảo vệ: 1, 2 *1897,7 2277, 2 1 tc kd lvM tv k I I k (A)
Dòng điện khởi động của rơle được xác định như sau: Ikd.R = kd.R = *2277, 2 = 5,6930 (A) Chọn rơle 7SJ531 với dòng điện rơle Ikd.R =6A
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
Ikd.BV = Ikd.R = *6 = 2400 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = = 4,04
Ta thấy knh.BV = 4,04> 1,2. Vậy bảo vệ đáp ứng yêu cầu. + Xác định thời gian tác động của bảo vệ:
- Bội số dòng ngắn mạch tại điểm N1 của bảo vệ: M2.BV = = = 4,667 - Thời gian đặt của bảo vệ là: tđ = 0,1s
- Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn, thời gian tác động thực tế của bảo vệ là:
t = td* = 0,1* = 0.447 (s)
Tính bảo vệ cắt nhanh cho khối đường dây truyền tải:
Dòng điện khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định như sau: Ikd.CN.k = *ksd*IN.Max.ng = *1*11,2012* = 33,6 (A)
Chọn rơle 7SJ511 có dòng đặt là Id.RCN=35A Dòng khởi động thực tế của dòng cắt nhanh:
Ikd.CN = = = 14000 (A)
Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 0,696
c. Bảo vệ máy biến áp
Bảo vệ dòng điện thứ tự không máy biến áp
- Tính giá trị cài đặt cho bảo vệ phía 110kV Dòng định mức của máy biến áp phía 110kV
InBA = 3 * đm đm S U = 63000 316,2875 3 *115 (A) Giá trị khởi động của bảo vệ:
I0> = 0,4* 316,2875=126,515 (A) Dòng khởi động của rơ le