TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT CẨM PHẢ

1

TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE KỸ THUẬT SỐ
TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT CẨM PHẢ

Nội dung chính

I.1 Tính toán ngắn mạch 2
I.2 Tính toán chỉnh định 5
I.2.1 Bảo vệ quá tải máy biến áp 5
I.2.2 Bảo vệ cực đại máy biến áp 6
I.2.3 Bảo vệ chống chạm đất 9
I.2.3 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp: 10




2

I.1 Tính toán ngắn mạch
Để cài đặt các thông số kỹ thuật cho rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp
liên lạc (AT4, AT5) nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả 2x125MVA, ta tiến hành tính
toán dòng điện ngắn mạch tại các vị trí cần thiết. Sử dụng phần mềm tính toán
ngắn mạch ETAP 4.0 được giới thiệu trong phần phụ lục. Phần này không tập
trung đưa chi tiết quy trình tính toán ngắn mạch. Sơ đồ nối điện chính của trạm
và nhà máy cho trong hình vẽ đưới đây:

Kết quả tính toán ngắn mạch được thống kê trong Bảng I.1.
Bảng I.1

STT

Tên thanh cái
Dòng ngắn mạch 3 pha
lớn nhất, I
n
(3)
, kA
Dòng ngắn mạch 2
pha nhỏ nhất, I
n
(2)
, kA
1
Phía 220kV
23,71
1,05
2
Phía 110kV
30,40
1,69




3


Bảng tóm tắt các thông số máy biến áp AT4 và AT5:
Bảng I.2

STT
Thông số kỹ thuật
Giá trị,mã hiệu
Đơn
vị
1
Đánh số
AT3, AT4

2
Kiểu
OSFPSZ10-
125000/220

3
Nhà SX
Changzhou XD
Transformer Co.,Ltd

4
Tiêu chuẩn
IEC-60076

5
Số pha
3

6
Công suất định mức
125/125-25

MVA
7
Tần số định mức
50
Hz
8
Điện áp cao nhất cho thiết bị
252


Điện áp định mức
225±8x1.25%/115/10.5
kV
9
Dòng điện định mức
328/656/1375
A
10
Ký hiệu kết nối
Yauto/-12-11

11
Trở kháng ngắn mạch
Ud (%)=11,35,22

12
Làm mát
OFAF

13

Cuộn dây được đặt để điều chỉnh
điện áp có tải
225±8x1.25%
kV
14
Loại bộ điều áp (Loại OLTC)
Bộ điều áp dưới tải

15
Dải điều chỉnh điện áp
±10%

16
Dải điều chỉnh điện áp
17

17
Nối đất: Các dây trung tính của
cuộn dây 110kV và 220kV sẽ được
nối trực tiếp tới hệ thống tiếp địa
của trạm


18
Điện trở của MBA tại điện áp đặt
lớn nhất, nhỏ nhất và trung bình
Giá trị ước tính khi ở
định mức: 0.4/0.4/0.4

%

4

STT
Thông số kỹ thuật
Giá trị,mã hiệu
Đơn
vị
19
Điện trở thứ tự không của MBA
tại điện áp đặt lớn nhất, nhỏ nhất
và trung bình
Giá trị ước tính khi ở
định mức: 9,8/31/19,8
%
20
Tổn hao không tải tại mạch chính
ở 100% điện áp định mức
≤65

kW

21
Ở 110% điện áp định mức
≤90
kW

Tổn hao có tải tại điện áp đặt mức
trung bình
≤360

kW
22
Mức độ ồn
≤75
dB
23
Mức cách điện cơ bản
LI185AC85/LI75AC35

24
Tổng trọng lượng
130500
kg
25
Trọng lượng dầu cách điện
42500
kg

Dòng ngắn mạch quy đổi về phía thứ cấp tính theo công thức sau:
CT
N
n
k
I
I 

Trong đó: I
N
: Dòng điện ngắn mạch phía sơ cấp máy biến dòng
I

n
: Dòng điện ngắn mạch phía thứ cấp máy biến dòng
k
CT
: tỷ số biến dòng
Bảng I.3
STT
Tên thanh cái
Dòng ngắn mạch 3 pha
lớn nhất, I
n
(3)
, A
Dòng ngắn mạch 2 pha
nhỏ nhất, I
n
(2)
, A
1
Phía 220kV
0,0474
0,0021
2
Phía 110kV
0,0304
0,0017
Tính toán dòng cơ sở tại các phía của máy biến áp theo công thức:
iN
đm
iN

U
S
I
3



5

Bảng I.4
STT
Tên dòng
Tên thanh cái
Kết quả (A)
1
I
1N

Phía 220kV
321,13
2
I
2N

Phía 110kV
628,30
Tính toán quy đổi sang thứ cấp máy biến dòng là:
CT
iN
in

k
I
I 

Bảng I.5
STT
Tên dòng
Tên thanh cái
Kết quả (A)
1
I
1n
Phía 220kV
0,642
2
I
2n

Phía 110kV
0,628

Hệ số cân bằng cho các phía, ta lấy phía 110kV làm phía cơ sở như vậy:
I
ref
= 0,628 (A) và ta có:
98,0
642,0
0,628
1


ph
k

00,1
0,628
0,628
2

ph
k


I.2 Tính toán chỉnh định
I.2.1 Bảo vệ quá tải máy biến áp
Quá trình tính toán như sau:
Dòng khởi động của rơle:
bd
tvI
atsd
kdR
I
kk
kk
I
.





Trong đó: I
đ.b
- dòng định mức của máy biến áp;
k
at
= 1,05 - hệ số an toàn;
k
sđ
= 1 - hệ số sơ đồ;
k
I
- tỷ số máy biến dòng;

6

k
tv
= 0,98 - hệ số trở về.
Kết quả tính toán được thống kê trong bảng I.6
Bảng I.6
STT
Tên thanh
cái
Đại lượng
Kết quả tính
toán



1

220 kV
Công suất định mức, MVA
125
Dòng điện định mức máy biến áp,
A
328
Sơ đồ đấu BI
Y
Hệ số sơ đồ
1
Tỷ số biến dòng
500
Dòng khởi động của rơle, A
0,70
Thời gian tác động, s
7

I.2.2 Bảo vệ cực đại máy biến áp
I.I.I.1 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp (I>)
1. Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 220 kV.
+ Dòng chỉnh định của bảo vệ:
bd
tv
tkat
kd
I
k

kk
I
.




+ Dòng khởi động của rơle phía 220 kV được xác định theo công thức:
kd
I
sd
kdR
I
k
k
I 

Trong đó: k
at
= 1,05 - hệ số an toàn đối với rơle kỹ thuật số;
k
tk
= 1,5 - hệ số tự khởi động (phụ tải hỗn hợp, do nhà máy
các động cơ sử dụng khởi động mềm);
k
sd
- hệ số sơ đồ;
k
tv
= 0,98 - hệ số trở về đối với rơle kỹ thuật số;

k
I
- tỷ số biến dòng;

7

Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle:
 
 
I
Nsd
RN
k
Ik
I
2
min
2
.min



Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:
 
Rkd
RN
n
I
I
k

.
2
.min

> 1,5 - đảm bảo độ nhạy
Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 220kV của nhà máy
điện Cẩm Phả được thống kê trong bảng I.7.
Bảng I.7
STT
Tên
thanh cái
Đại lượng tính toán
Kết quả tính
toán





1




220kV
Dòng điện định mức, A
328
Tỷ số biến dòng, k
I

500
Sơ đồ đấu BI
Y
Hệ số sơ đồ, k
sd

1
Dòng tự khởi động của phụ tải, A
527,14
Dòng khởi động của rơle, A
1,05
Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle,
A
2,10
Kiểm tra độ nhạy
1,99
Đánh giá độ nhạy
Đảm bảo độ
nhạy
Thời gian tác động, s
1,400
Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính
rất dốc. Ta biết thời gian của máy cắt phía trước mặc định là 1s vậy T = 1s, n =
1,99 ta tra đường đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc ở hình
2.12c chương 2 ta được thời gian tác động là 1,4s.
2. Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV.
Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110 kV của nhà máy
điện Cẩm Phả được thống kê trong bảng I.8.
Bảng I.8

8

STT
Tên
thanh cái
Đại lượng tính toán
Kết quả tính
toán





1




110kV
Dòng điện định mức, A
656
Tỷ số biến dòng, k
I

1000
Sơ đồ đấu BI
Y
Hệ số sơ đồ, k
sd

1
Dòng tự khởi động của phụ tải, A
1054,29
Dòng khởi động của rơle, A
1,05
Dòng ngắn mạch 2 pha chạy qua rơle,
A
1,69
Kiểm tra độ nhạy
1,60
Đánh giá độ nhạy
Đảm bảo độ
nhạy
Thời gian tác động, s
1,700
Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính
rất dốc. Ta biết thời gian của máy cắt phía trước mặc định là 1s vậy T = 1,4s; n =
1,6 ta tra đường đặc tính thời gian phụ thuộc với đường đặt tính rất dốc ở hình
2.12c chương 2 ta được thời gian tác động là 1,7s.
I.I.I.2 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao(I
>>
)
Với tính chất như bảo vệ cắt nhanh, chức năng này có khả năng làm việc
có chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kỳ. Tuy nhiên, có thể sử dụng nó như một
bảo vệ dự phòng cho chức năng ngưỡng thấp, khi được cài đặt với dòng lớn hơn
giá trị ngưỡng thấp và thời gian lâu hơn bảo vệ cắt nhanh.
Dòng khởi động của bảo vệ ngưỡng cao:
max.ngN
tvI
sdat

kd
I
kk
kk
I 




Độ nhạy của thiết bị bảo vệ:
 
kdI
Nsd
n
Ik
Ik
k



3
 2 - Đảm bảo độ nhạy
Trong đó: I
Nngmax
= Max [I
n
(3)

110
, I

n
(3)

220
] = 30,4 kA

9

Dòng ngắn mạch ở phía hạ áp quy đổi về phía cao áp được xác định theo
công thức:

kA
k
I
I
u
N
qdn
3,17
76,1
4,30
min
)3(
)3(
max.

;
Trong đó:
152,2
115

)1,01(225
min
max.
max



tc
sc
u
U
U
k


76,1
115
)1,01(225
max
min.
min



tc
sc
u
U
U
k

Kết quả tính toán bảo vệ cực đại ngưỡng cao bảng I.9.
Bảng I.9
STT
Tên TC
Đại lượng tính toán
Kết quả tính toán


1


220 kV
Dòng khởi động ngưỡng cao,
A
3,71
Tỷ số biến dòng, k
I

500
Kiểm tra độ nhạy
1,28 < 2
Đánh giá độ nhạy
Không đảm bảo độ
nhạy

Do vậy, việc sử dụng bảo vệ ngưỡng cao làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ
ngưỡng thấp là không thực hiện được.

I.2.3 Bảo vệ chống chạm đất

dmBAcd
II 4,0

Trong đó: I
đmBA
= I
đm100
= 656,1A
vậy I
cđ
=0,4 I
đmBA
= 0,4x656,1 = 264,44A
A
k
I
I
I
cd
kdR
264,0
1000
4,264



10

I.2.3 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp:
+ Dòng chỉnh định của bảo vệ:

Ref
I
= 4
I
I = 0,35
R,m2
I
R
I
diff
d
m = 0,4
1
m = 0,7
2

Để tính chỉnh định ta kiểm hệ số cân bằng sai lệch về biên độ:
i,ref
i,nom
i,am
I
I
K 

Trong đó:
Inom,i: là dòng điện phía sơ cấp danh định của BI thứ i.
Ta có:
Bảng I.10
STT
Tên dòng

Tên thanh cái
Kết quả
1
K
220
Phía 220kV
1,247
2
K
110
Phía 110kV
1,2747
3
K
11
Phía 11kV
0,478

Dòng điện cơ sở của từng cuộn dây và hệ số cân bằng sai lệch về biên độ
sẽ được rơle tự tính toán và hiển thị trong rơle. Hệ số cân bằng này phải thoả
mãn các điều kiện sau:
7,0k;3
k
k
;5k
lower,i,am
lower,i,am
max,i,am
i,am


Theo kết quả ta có: K
Ctmin
= 0,478 < 0,7

11

Không thỏa mãn điều kiện. Để thỏa mãn điều kiện ta phải thêm hệ số vào
để giảm công suất cơ sở:
Hệ số hiệu chỉnh:
68,0
478,0
7,0
min

yc
CT
hc
k
k
k

Công suất cơ sở là: 125x0,68 = 85,37 MVA Ta lấy công suất cơ sở là :
80MVA.
Tính toán lại dòng cơ sở theo công suất cơ sở:
inom
ref
iscref
U
S

I
,
,
3


Bảng I.11
STT
Tên dòng
Tên thanh cái
Kết quả (A)
1
I
1N
Phía 220kV
205,28 A
2
I
2N

Phía 110kV
401,63 A
3
I
3N

Phía 11kV
4016,34 A
hệ số cân bằng sai lệch về biên độ:
i,ref

i,nom
i,am
I
I
K 

Bảng I.12
STT
Tên dòng
Tên thanh cái
Kết quả
1
K
220_1
Phía 220kV
1,9486
2
K
110_1
Phía 110kV
1,9919
3
K
11_1
Phía 11kV
0,7469
Sau khi tính toán lại ta thấy hệ số cân bằng sai lệch thảo mãn các điều
kiện:
7,0k;3
k

k
;5k
lower,i,am
lower,i,am
max,i,am
i,am


Như vậy đường đặc tính sẽ thêm hệ số:

12

56,1
247,1
9486,1
220
1_220

K
K
K

Đường đặc tính mặc định trong rơ le là I
diff
= 0,2 I
reff

Như vậy: ta sẽ đặt I
diff
= 1,56x0,2.I

reff
= 0,312.I
reff
Vậy ta đặt: I
diff
= 0,35I
Reff
Ngưỡng tác động cấp 1 (Idiff>):
- Đoạn 1 đặc trưng bởi Idiff> đây là giá trị khởi động ngưỡng thấp của bảo vệ so
lệch, bảo vệ so lệch của máy biến áp phải có độ nhạy cao
Ta đặt Idiff>= 0,35
- Đoạn2 Dải 0,5 Idiff>< IR < IR,m2
Ta thấy biến áp AT9 có dải điều chỉnh điện áp là 10%
Như vậy đoạn 2 thêm hệ số được tính như sau:
1,0
694202,0
069595,0
).(5,0
,,max,,
,,max,,




midanomanom
midanomanom
hc
II
II
I

Hệ số góc: m1= 0,3+0,1 = 0,4 cho phép thay đổi đầu phân áp của máy biến áp
tới 10%.
- Đoạn 3 Dải IR > IR,m2 = 4 (lấy theo giá trị mặc định ban đầu của rơ le)
Hệ số góc: m2= 0,7 (lấy theo giá trị mặc định ban đầu của rơ le)
* Ngưỡng tác động cấp 2 (Idiff>>)
Đặc trưng bởi ngưỡng tác động Idiff>>
Ta đặt Idiff>> = 10 Iđm BA
* Ngưỡng tác động cấp # (Idiff>>>)
Đặc trưng bởi ngưỡng tác động Idiff>>>
Ta đặt Idiff>>> = 13 Iđm BA
Trên ngưỡng này bảo vệ sẽ cắt 3 phía MBA, không quan tâm tới bộ phận hãm
bão hoà.
- Hãm theo sóng hài bậc cao.
Tỷ lệ hãm sóng hài bậc hai và bậc năm trong dòng so lệch, khi tỷ lệ hài bậc hai
và hài bậc năm đạt ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá tránh rơle khỏi tác
động nhầm .

13

Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 2 trong dòng so lệch
 
 
%15
2
0
0

fI
fI

Tỷ lệ hãm theo sóng hài bậc 5 trong dòng so lệch
 
 
%35
5
0
0

fI
fI
.
- Thời gian trễ cho cả hai ngưỡng : t = 0 sec
Kiểm tra hệ số an toàn của dải đặt:
Để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp ta tính toán hệ số K
at
đối
với những điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ, tương ứng với chế độ làm
việc lớn nhất của hệ thống. Các điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ cần
tính là: N
220kVmax
, N
110kVmax
, N
11kVmax
.
- Bảo vệ so lệch P633 tính toán dòng điện so lệch theo công thức sau:
I
d
=

)3BI(I)2BI(I)1BI(I
)0(f)0(f)0(f 







I
R
=
))3BI(I)2BI(I)1BI(I.(
2
1
)0(f)0(f)0(f 







Trong đó:
)0(f
I


(BI1),
)0(f

I


(BI2),
)0(f
I


(BI3): Là dòng điện ngắn mạch đi qua các bảo vệ
(BI) đặt ở cuộn dây 1, 2 và 3 tương ứng với cuộn cao, cuộn trung, cuộn hạ của
máy biến áp. Quy ước chiều như phần tính ngắn mạch.
- Khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ theo lý thuyết thì I
d
=0. Tuy nhiên thực tế
vẫn có dòng không cân bằng:
I
d
= I
kcb
= I
kcbfi
+ I
kcbμ
+ I
kcbΔu
+ I
kcbN

I
kcb

: Thành phần dòng điện không cân bằng do sai số của BI gây nên
I
kcbμ
: Thành phần dòng điện không cân bằng do dòng điện từ hoá máy biến áp
gây nên
I
kcbΔu
: Thành phần dòng điện không cân bằng do việc điều chỉnh điện áp ở máy
biến áp gây nên
I
kcbN
: Thành phần dòng không cân bằng do việc chọn các dòng danh định sơ cấp
của các BI đặt ở phía của máy biến áp khác với tỷ số biến đổi của máy biến áp

14

- Đối với rơle số:
I
kcb
= I
kcbfi
+ I
kcbΔu

I
kcbMax
=(K
đn
.K
kck

. f
i
+ΔU
đc
) . I
Nngmax

I
Nngmax
: Dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất qua bảo vệ
K
đn
: Hệ số không đồng nhất của các BI
K
kck
: Hệ số kể đến ảnh hưởng của các thành phần không chu kỳ của dòng điện
ngắn mạch
K
kck
= 1-:-2 , lấy K
kck
=1
f
i
: Sai số lớn nhất của các BI (f
i
=1)
ΔU: Giới hạn điều chỉnh điện áp lớn nhất về 1 phía, ΔU = 10%
Vậy ta có:
I

d
= I
kcbmax
= ( 1.1.0,1+0,1 ). I
Nngmax
= 0,2. I
Nngmax

- Các ngưỡng dòng so lệch khởi động:
* Vùng 1:
0≤ I
R
≤ 0,5.I
diff>
; I
d,kd
= I
diff>
=0,35


* Vùng 2: 0,5.I
diff
< I
R
<I
R’m2
; I
R’m2
= 4

I
d,kd
= m
1
.I
R
+ I
diff>
.(1-0,5.m
1
) = 0,I. I
R
+0,2.(1-0,5.0,3) = 0,I. I
R
+ 0,17
* Vùng 3: I
R’m2
< I
R

I
d,kd
= m
2
.I
R
+ I
diff>
.(1-0,5.m
1

) +4.( m
1
- m
2
) =0,7. I
R
+0,2.(1-0,5.0,3)+4.(0,3-0,7)
= 0,7 I
R
- 1,43
* Điểm ngắn mạch tại các thanh cái:
I
3
nm(220)
= 0,338 kA = 388 A
I
3
nm(110)
= 0,1837 A = 18I.7 A
I
3
nm(11)
= 0.0725A = 72.5 A
* Dòng điện so lệch:
I
d
= I
kcb
=0,26. I
Nngmax

= 0,2 . 388 = 77,6 A
* Dòng hãm:

15

I
R
=
))3()2()1(.(
2
1
BIIBIIBII
nmnmnm


=
)5,727,183388.(
2
1

= 322,1 A
* Do I
R
>4 nên dòng hãm khởi động xác định theo vùng 3:
I
Rkd
=
7,0
43,16,77
7,0

43,1



d
I
= 112,9 A
* Vậy hệ số an toàn:
K
at
=
9,112
1,322

Rkd
R
I
I
=2,853
Việc chỉnh định các thông số cài đặt cho từng chức năng được thực hiện trong
các khối chức năng tương ứng. Trong mỗi khối, các thông số có thể chỉnh định
bằng cách bấm các phím trên bề mặt rơle.