Slide đồ án tốt nghiệp Trần Đình Long

ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/35kV

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Trung
Sinh viên thực hành: Nông Thị Khánh Ly
Mã sinh viên:
1481710031
Lớp:
D9 - H3


NỘI DUNG CHÍNH TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG
CHƯƠNG
II

CHƯƠNG
CHƯƠNG
II
II

CHƯƠNG
CHƯƠNG
III
III

CHƯƠNG

CHƯƠNG
IV
IV

CHƯƠNG
CHƯƠNG
V
V

• THUYẾT MINH MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO
VỆ
• TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠ
LE
• LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ
• GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC
LOẠI RƠ LE SỬ DỤNG
• TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠ LE CHỈNH ĐỊNH VÀ
KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE


MÔ TẢ VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ
Đối tượng được bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35kV có

hai máy biến áp 3 cuộn dây B1 và B2 được làm việc song
song với nhau. Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai
nguồn của hệ thống điện 1 (HTĐ1) và hệ thống điện 2
(HTĐ2).
HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp
qua đường dây D1.
HTĐ2 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp

qua đường dây D2.
Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 110kV và 35kV
để đưa đến các phụ tải.


SƠ ĐỒ TRẠM BIẾN ÁP 220/110/35kV


THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
 Vì lưới điện 220kV là lưới điện có trung tính nối đất cho nên hệ thống điện

HTĐ1, HTĐ2 có trung tính nối đất
 Hệ thống điện HTĐ1:
 Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax = 3200 MVA
 Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 0,8S1Nmax = 2560 MVA
 Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2X1H1
 Hệ thống điện HTĐ2:
 Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S2Nmax = 2700 MVA
 Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S2Nmin = 0,75S2Nmax =1890 MVA
 Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,45X1H2  


THÔNG SỐ CHÍNH CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
 Đường dây D1:
 Chiều dài đường dây: L1 = 47 km
 Điện kháng trên một kilômét đường dây: X1D1 = 0,467 Ω/km
 Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 2.X1D1
 Đường dây D2:
 Chiều dài đường dây: L2 = 90 km
 Điện kháng trên một kilômét đường dây: X1D2 = 0,327 Ω/km

 Điện kháng thứ tự không: X0D2 = 2.X1D2


THÔNG SỐ CHÍNH CỦA MÁY BIẾN ÁP
 Trong trạm biến áp có 2 máy biến áp 3 cuộn dây làm việc song song lấy

nguồn từ phía 220kV cấp cho các phụ tải phía 110kV và phụ tải phía 35kV
 Công suất danh định của mỗi máy biến áp:
SđmB = SđmB1 = SđmB2 = 125 MVA
 Cấp điện áp của máy biến áp: 230/121/37,5 kV
 Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây:
 UN(C-T)% = 10,5%
 UN(C-H)% = 18
 UN(T-H)%

= 8%

 Tổ đấu dây YN – ∆11 – YN-12
 Giới hạn điều chỉnh điện áp: Uđc = 9 x 1,75%


SƠ ĐỒ VỊ TRÍ NGẮN MẠCH VÀ VỊ TRÍ ĐẶT BẢO VỆ


SƠ ĐỒ VỊ TRÍ NGẮN MẠCH VÀ VỊ TRÍ ĐẶT BẢO VỆ

 Các sơ đồ phương án tính toán ngắn mạch

- Sơ đồ 1: SNmax; 1 máy biến áp làm việc.
- Sơ đồ 2: SNmax; 2 máy biến áp làm việc.

 Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

- Sơ đồ 3: SNmin; 1 máy biến áp làm việc.
- Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc.
 Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2); N(1,1), N(1)


TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Chế độ làm việc

Chế độ SNmax
1MBA làm việc

Chế độ SNmin
2MBA làm việc
song song

Phía ngắn mạch

Dạng ngắn mạch

Dòng ngắn
mạch
(kA)

220kV

N(3)

19.63

110kV

N(3)

6.41

35kV

N(3)

2.82

220kV

N(2)

7.49

110kV

N(2)

3.93

35kV

N(2)

2.69


LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ
Loại hư hỏng

Loại bảo vệ

So lệch có hãm (Bảo vệ chính).
 Ngắn mạch một pha chạm đất hoặc nhiều pha
chạm đất

Khoảng cách (Bảo vệ dự phòng).
Quá dòng có thời gian ( Chính hoặc dự phòng tùy theo công suất
của máy biến áp).
Quá dòng thứ tự không.

Chạm chập giữa các vòng dây.
Thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu.

Rơle khí (BUCHHOLZ).

Quá tải.

Quá dòng điện hoặc hình ảnh nhiệt.

Quá bão hòa mạch từ.

Chống quá bão hòa.

Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặt.


SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP


CHÚ THÍCH SƠ ĐỒ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP

Chú thích sơ đồ:
1) Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm (87)
2) Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (87N)
3) Rơ le khí ( Rơ le BUCHHOLZ) (B1/2)
4) Rơ le nhiệt (ᶿ)
5) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)
6) Bảo vệ quá dòng có thời gian (51)
7) Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (51N)
8) Bảo vệ chống quá tải (49)
9) Bảo vệ chống máy cắt từ chối làm việc (50BF)
10) Cảnh báo chạm đất (64REF)
11) HBQD: Hợp bộ quá dòng
12) HBSL: Hợp bộ so lệch


GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE ĐƯỢC SỬ DỤNG

HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613


GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613
 Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chính cho máy biến áp 3 cuộn dây








hoặc máy biến áp tự ngẫu ở tất cả các cấp điện áp. Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp:
Đây là các chức năng bảo vệ chính của rơle 7UT613.
Bảo vệ so lệch máy biến áp
Bảo vệ quá dòng
Quá tải nhiệt
Bảo vệ quá kích thích
Chống hư hỏng máy cắt

Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơ le 7UT613


GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG CÁC LOẠI RƠLE ĐƯỢC SỬ DỤNG

HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÒNG 7SJ621


GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÒNG 7SJ621
 Rơle số 7SJ612 do tập đoàn Siemens chế tạo, dùng để bảo vệ đường dây trong mạng cao áp và trung áp có

trung điểm nối đất, nối đất tổng trở thấp, mạng không nối đất hoặc nối đất bù điện dung, bảo vệ các loại
động cơ không đồng bộ.
 Nó có đầy đủ các chức năng để làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp với chức năng chính là bảo vệ quá
dòng

 Đây là các chức năng bảo vệ chính của rơle 7SJ612.
 Bảo vệ quá dòng có thời gian ( đặc tính thời gian độc lập/ đặc tính phụ thuộc/ đặc tính do cài đặt)
 Phát hiện chạm đất với độ nhạy cao
 Bảo vệ chống hư hỏng cách điện
 Giám sát dòng cực tiểu
 Chức năng tự động đóng lại
 Chức năng bảo vệ quá tải
 Chức năng chống hư hỏng máy cắt


ĐẶC TÍNH THỜI GIAN TÁC ĐỘNG HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÒNG 7SJ621


TÍNH TỐN BẢO VỆ RƠLE CHỈNH ĐỊNH
*
I SL

Đặ
c tính sựcố

10
I SL>>=9,524
9

d

8
7

Miề

n tá
c độ
ng

6

Miề
n hã
m

5
4
c

3
2
I SL2 =1,25
1
I SL>=0,3
0

Miề
n hã
m bổsung
b

a

1
1

2

2 3 4 5 6 7 8
I HBS=7
I H1=1,2 I HCS2=2,5 I H2=5

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
I H3=21,548

Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm gồm 4 đoạn ( a, b, c, d ) với các thơng số được tính tốn như sau:

I H*


TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHỈNH ĐỊNH
 Đoạn đặc tính (a): Với dòng so lệch ngưỡng thấp I SL> được xác định theo dòng không cân bằng trong

chế độ làm việc bình thường
Thường chọn :ISL>=kat.Ikcb
- Kat:Hệ số an toàn. Chon kat=1,2÷1,3
- Ikcb:Dòng không cân bằng trong chế độ làm việc bình thường ,với rơle số :
Ikcb=Ikcb(fi)+ Ikcb(Uđc)
- Ikcb(fi):Dòng không cân bằng do sai số fi của BI gây ra
- Ikcb(Uđc): Dòng không cân bằng do điều chỉnh điện áp dưới tải
 Trong chế độ làm việc bình thường :
- Ikcb(fi)=kđn.kkck.fi.IdđB
- Ikcb(Uđc)=Uđc.IdđB

- kđn:Hệ số đồng nhất của BI ,lấy k đn=1
- kkck:Hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn mạch,lấy k kck=1
- fi:sai số cho phép lớn nhất của BI,lấy fi=0,1
- Uđc:Giới hạn điều chỉnh đầu phân áp ,Uđc = 0,15%
 Ikcb=(1.1.0,1+0,1)IdđB=0,2IdđB
 Ikcb*=0,2
 ISL>=(1,2÷1,3).0,2 ≈ 0,3


TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHỈNH ĐỊNH
 Đoạn đặc tính (b) :Được xác định bằng đường thẳng qua gốc tọa độ ,có góc 1 ,độ dốc của nhánh đặc tính b là SLOPE1


tg1 =kH1 :Hệ số hãm cấp 1 (SLOPE1),tg1 = 0,2 ÷ 0,4



Ta chọn tg1 =0,25 1=14,040

 Đoạn đặc tính (c): Được xác định bằng đường thẳng cắt IH tại IHcs2,có góc 2,độ dốc cơ sở của nhánh đặc tính c là SLOPE2


tg2 =kH2:Hệ số hãm cấp 2 (SLOPE2),tg2 =0,3 ÷ 0,7



Ta chọn tg2 = 0,5 2 = 26,60



Dòng hãm cơ sở 2: IHCS2 = ( 2 ÷ 2,5) ta chọn IHCS2 = 2,5

 Đoạn đặc tính (d) : Dòng điện so lệch ngưỡng cao ISL>> được xác định như sau:

Với UNmin% =

Ta tính được ngưỡng thay đổi hệ số hãm:


TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHỈNH ĐỊNH
ISL2 = IH2.tg1 = 5.0,25 = 1,25.
 Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm lẫn khi BI bão hoà trong trường hợp xảy ra ngắn






mạch ngoài ,được giới hạn bởi đường kéo dài của đoạn đặc tính b và bắt đầu bởi trị số dòng điện I ADD ON
STAB = 7
Tỷ lệ thành phần bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá tránh cho rơle khỏi tác động
nhầm lẫn là 15%.
Thời gian trễ của cấp IDIFF> (ISL>) là 0s
Thời gian trễ của cấp IDIFF>>( ISL>>) là 0s
Thời gian trở về của rơle là 0,1s


KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE
 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm
 Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

- Để kiểm tra hệ số an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ,ta kiểm tra khi hệ thống có công suất ngắn mạch cực đại ,xét với dòng điện lớn nhất qua bảo

vệ khi ngắn mạch tại N4,N6
- Trên lý thuyết khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng so lệch sẽ bằng không.
- Tuy nhiên, thực tế bảo vệ sẽ đo được dòng so lệch theo biểu thức:

Isl = Ikcb = (Kđn.Kkck.fi+ Uđ/c).INng.max
- Kđn :Hệ số đồng nhất của máy biến dòng, K đn= 1;
- Kkck :Hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, K kck = 1;
- fi :Sai số tương đối cho phép của BI, f i = 1;
- Uđ/c :Phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp,U đ/c = 0,1;
- INngmax : Dòng điện ngắn mạch cực đại ngoài vùng bảo vệ
 Dòng hãm được xác định theo biểu thức:

IH = 2.INngmax
 Hệ số an toàn hãm của bảo vệ so lệch được xác định theo biểu thức:

- IHtt : dòng điện hãm tính toán.
 Ngắn mạch trong vùng bảo vệ

- Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch Isl luôn bằng dòng hãm IH do đó theo lý thuyết rơle luôn tác động. Kiểm tra sự làm việc của rơle ta kiểm tra độ nhạy:

- Isltt : Dòng so lệch tính toán (tính dựa trên đặc tính làm việc của rơle)


KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE


Bảo vệ chống chạm đất hạn chế, ΔI0 (87N)

- Độ nhạy được xác định theo biểu thức:

- I0Nmin : trị số dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất tại chỗ ngắn mạch trong vùng bảo vệ
 Bảo vệ quá dòng có thời gian, I> (51)

- Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức:

- Ikđ : Dòng khởi động của bảo vệ
 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian, I0> (51)

- Độ nhạy bảo vệ xác định theo công thức

- I0Nmin : dòng điện thứ tự không cực tiểu đi qua bảo vệ khi có ngắn mạch cuối vùng bảo vệ
- Ikd51N : dòng khởi động bảo vệ


TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
 

 

220kV

110kV

0,12

0,18

 

 

7,69

 

0,502

0,881

0,12

0,18

Cấp điện
áp

 
35kV

 
Dòng khởi
động (kA)

Ikđ87(N)
Ikđ50
Ikđ51
Ikđ51(N)

3,079
 

Bảng tổng hợp kết quả tính dòng khởi động của bảo vệ
Thông số
Điểm
ngắn mạch
N4
N6

INmax
(kA)
6,41
2,846

ISL*

IH*

IHtt

KH

1,28
1,49

12,82
14,98

5,06
5,49

2,53
2,72

Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra độ an toàn hãm của bảo vệ so lệch