Đồ án Rơle chương 1

Chơng I
Giới thiệu chung về rơle.
I.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:
Trong quá trình vận hành hệ thống điện (HTĐ) có thể xuất hiện các tình trạng
sự cố và các chế độ làm việc không bình thờng của các phần tử. Phần lớn các sự cố
kèm theo hiện tợng dòng điện tăng cao, điện áp giảm thấp.
Các thiết bị có dòng điện lớn chạy qua đều bị đốt nóng có thể vợt quá mức cho
phép dẫn đến h hỏng. Khi điện áp giảm quá thấp các hộ tiêu thụ điện không thể làm
việc bình thờng nên tính ổn định của hệ thống giảm, nếu tình trạng kéo dài có thể
xuất hiện thêm sự cố.
Muốn quy trì sự hoạt động bình thờng của HTĐ khi xuất hiện sự cố, cần phát
hiện nhanh chóng chỗ sự cố và tách nó ra khỏi hệ thống. Thiết bị bảo vệ rơle là thiết
bị tự động thực hiện tốt nhiệm vụ nói trên.
Đối với hệ thống mà chúng ta đang thiết kế bảo vệ rơle thì:
- ở chế độ phụ tải cực đại nhà máy thuỷ điện A vận hành 3 tổ máy
3x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 2 tổ máy 2x50MW.
- ở chế độ phụ tải cực tiểu nhà máy thuỷ điện A vận hành 2 tổ máy
2x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 1 tổ máy 1x50MW.
I.2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:
I.2.1. Tính chọn lọc:
Khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố. Yêu
cầu này là điều kiện để đảm bảo 1 cách chắc chắn việc cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ.
I.2.2. Tác động nhanh:
Khi xảy ra sự cố thiết bị bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt để hạn chế mức
độ phá hoại, giảm thời gian cắt điện ở các hộ tiêu thụ điện và có khả năng giữ sự
làm việc ổn định cho hệ thống điện.
I.2.3. Độ nhạy:
Để phát hiện những h hỏng và tình trạng làm việc không bình thờng của mạng
điện, bảo vệ cần có độ nhạy cần thiết để phát hiện sự cố kịp thời. Độ nhạy của bảo
vệ đặt trng bởi hệ số độ nhạy K

N
.
I.2.4. Tính đảm bảo:
Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động 1 cách chắc chắn trong
tất cả các trờng hợp sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm việc
không bình thờng của các phần tử bảo vệ. Để tăng cờng tính đảm bảo của bảo vệ cần
dùng rơle có chất lợng cao, làm việc chắc chắn đảm bảo, chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản
với rơle ít tiếp điểm nhất nhng vẫn đảm bảo sự làm việc tốt chắc chắn. các thiết bị
nh cực nối, dây dẫn dùng đấu nối với các rơle lại với nhau phải chắc chắn đảm bảo,
thờng xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ.
I.3. Nhiệm vụ thiết kế đợc giao:
I.3.1. Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp của nhà máy nhiệt điện B với công suất
định mức P = 50MW.
I.3.2. Bảo vệ thanh góp cao áp 110KV của nhà máy nhiệt điện B.
I.3.3. Bảo vệ đờng dây kép B-4.
Trang 106
Chơng II
Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp.
II.1. Đặc điểm về bộ máy phát - máy biến áp và kiểu bảo vệ.
II.1.1. Các số liệu kỹ thuật:
II.1.1.1. Máy phát nhiệt điện P = 50 MW.
Bảng II.1
Loại S(MVA) P(MW) U(KV)
cos
I(KA) x
d
x
d
x
d

TB-50-2 62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,13
5
0,3 0,84
II.1.1.2. Máy biến áp nối bộ với máy phát nhiệt điện P = 50 MW.
Bảng II.2
S
đm
(MVA) U
C
(KV) U
H
(KV)
P
0
(KW) P
N
(KW)
U
N
(%) I
0
(%)
63 121 10,5 70 245 10,5 0,65
II.1.2. Các h hỏng và tình trạng làm việc không thể bình thờng của máy phát và máy
biến áp:
II.1.2.1. Máy phát điện:
II.1.2.1.1. Các sự cố trong máy phát điện:
- Ngắn mạch giữa các pha trong cuộn dây Stato.
- Ngắn mạch một pha chạm đất cuộn dây Stato.
- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha.

- Chạm đất 1 điểm hoặc 2 điểm mạch kích từ của máy phát.
II.1.2.1.2. Tình trạng làm việc không bình thờng của máy phát điện:
- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.
- Điện áp ở đầu cực máy phát tăng cao do mất tải đột ngột hoặc khi cắt ngắn
mạch ngoài.
- Ngoài ra còn có các tình trạng làm việc không bình thờng khác nh: tải
không đối xứng, mất kích từ, mất đồng bộ, tần số thấp, máy phát làm việc ở
chế độ động cơ.
II.1.2.2. Máy biến áp:
II.1.2.2.1. Các sự cố trong máy biến áp:
- Ngắn mạch giữa các pha với nhau.
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất.
- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng 1 pha.
II.1.2.2.2. Tình trạng làm việc không bình thờng của máy biến áp:
- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.
- Quá điện áp khi ngắn mạch 1 pha trong hệ thống điện.
- Dầu máy biến áp tụt dới mức cho phép do nhiệt độ không khí xung quanh
MBA giảm đột ngột.
II.1.3. Đặc điểm các bảo vệ máy phát - máy biến áp:
Bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp nhằm loại trừ các dạng h hỏng và tình trạng
làm việc không bình thờng nói trên. Đối với bộ máy phát - máy biến áp ta có thể
Trang 107
phối hợp nó vào loại bảo vệ nào đó dùng chung cho toàn khối, điều đó có u điểm là
giảm số lợng thiết bị bảo vệ so với trờng hợp máy phát - máy biến áp làm việc độc
lập.
II.1.3.1. Bảo vệ chung cho toàn bộ máy phát - máy biến áp:
Vì sơ đồ nối điện của nhà máy là nối bộ máy phát - máy biến áp nên ta có thể
dùng chung cho cả bộ.
- Bảo vệ so lệch dọc chống ngắn mạch 1 pha, nhiều pha.
- Bảo vệ quá dòng chống ngắn mạch ngoài và quá tải.

II.1.3.2. Bảo vệ riêng cho máy phát:
- Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây Stato.
- Bảo vệ mạch kích từ chống chạm đất 1 điểm cuộn kích từ.
II.1.3.3. Bảo vệ riêng cho máy biến áp:
- Bảo vệ thứ tự không chống ngắn mạch 1 pha phía điện áp cao.
- Bảo vệ rơle hơi chống h hỏng bên trong máy biến áp.
II.2. Tính toán các bảo vệ đặt chung cho cả bảo vệ:
II.2.1. Bảo vệ so lệch:
II.2.1.1. Đặc điểm sơ đồ bảo vệ:
Bảo vệ so lệch đặt chung cho bộ máy phát - máy biến áp có tác dụng loại trừ
các sự cố sau:
- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp.
- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây Stato máy phát điện cần
phải đợc cắt nhanh ở tất cả các phía và bảo vệ so lệch dọc đảm bảo cắt
nhanh các phần tử trong vùng bảo vệ.
Để tăng độ nhạy của bảo vệ ta dùng loại rơle có máy biến dòng bảo hoà trung
gian và sơ đồ bảo vệ so lệch 3 pha.
Tổ nối dây máy biến dòng phía cao áp (110KV) là , phía hạ áp là Y. Ta sử
dụng sơ đồ nối dây nh vậy để bù lại sự chênh lệch pha giữa dòng sơ cấp phía cao áp
và dòng thứ cấp phía hạ áp của máy biến áp động lực nối theo tổ nối dây Y
0
/
-11
.
II.2.1.2. Xác định dòng sơ cấp ở các phía của bảo vệ rơle tơng ứng với công suất của
biến áp, chọn máy biến dòng cho bảo vệ và xác định dòng thứ cấp tơng ứng trong
các nhánh bảo vệ và xác định tổ nối dây BI:
Các loại biến dòng có tổ nối dây có dòng sơ cấp chọn theo
3
.U

đm
do đó
chúng ta chọn tỷ số của BI sao cho để dòng thứ cấp trong nhánh bảo vệ không đợc
lớn hơn 5A quá nhiều.
- Dòng sơ cấp: I
S
=
dm
dm
U
S
.3
Với S
đm
= 63MVA : Công suất định mức của máy biến áp nối bộ với máy phát.
- Dòng thứ cấp: I
T
=
I
S
n
I
Kết quả tính toán ở bảng sau:
Trang 108
Bảng II.3
STT Các đại lợng
Giá trị bằng số ở các phía
110 KV 10,5 KV
1
Dòng sơ cấp ở các phía của bộ

MF nhiệt điện MBA tơng ứng
công suất định mức của nó
121.3
63000
=
300,604 A
5,10.3
63000
=
3464,102 A
2 Hệ số biến đổi BI 600/5 4000/5
3 Tổ nối dây của BI

Y
4
Dòng điện thứ cấp trong các
nhánh của bảo vệ ứng với công
suất định mức
1
.3
n
I
S
=
5/600
604,300.3

= 4,34 A
5/4000
102,3464

=
4,33 A
II.2.1.3. Xác định dòng không cân bằng tính toán:
Phía sơ cấp cha kể đến thành phần không cân bằng hoàn toàn I
'''
kcb
khi ngắn
mạch ngoài ở nhánh tự dùng.
I
kcbtt
= I
'
kcbtt
+ I
"
kcbtt
Trong đó:
* I
'
kcbtt
: Thành phần không cân bằng do máy biến dòng gây ra.
I
'
kcbtt
= f
Imax
. K
đn
. K
kck

. I
Nngmax
Với : f
Imax
: Sai số lớn nhất cho phép của BI, f
Imax
= 10%.
K
đn
: Hệ số đồng nhất của các BI, K
đn
= (0,5 ữ 1).
K
kck
: Hệ số ảnh hởng của thành phần không chu kỳ trong dòng
điện ngắn mạch, K
kck
= 1.
Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N
1
:
I
)3(
1N
=
B
F
B
F
X

E
.3
+
3
.3 X
E
Ftd
=
57,28.3
619,134
+
852,60.3
773,134
= 2,72 + 1,279
= 2720 + 1279 = 3999 A.
I
Nngmax
: Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất.
Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.1 ta có: I
Nngmax
= 3999 A.
* I
"
kcbtt
= U. I

Nngmax
: Thành phần không cân bằng do việc điều chỉnh
điện áp ở phía cao áp.
Trang 109

57,28
B
F
X
N
Hình II.1
2720 A 1279 A
852,60
3
X
619,134
B
F
E
773,134
Ftd
E
Với : U : Sai số tơng đối do việc điều chỉnh điện áp ở phía cao áp
của máy biến áp, do máy biến áp có mức điều chỉnh (2x2,5)% nên U = 5% = 0,05.
I

Nngmax
: Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch chạy qua phía
điều chỉnh điện áp. Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.1 ta có: I

Nngmax
= 1279 A
Vậy I
kcbtt
= I

'
kcbtt
+ I
"
kcbtt
= 1.1.0,1.3999 + 0,05.1279 = 463,85 A.
II.2.1.4. Sơ bộ xác định dòng khởi động sơ cấp của bảo vệ:
II.2.1.4.1. Theo điều kiện chỉnh định dòng không cân bằng cực đại:
I
kđ
> K
at
.I
kcbtt
.
Trong đó:
K
at
: Hệ số an toàn(tin cậy) kể đến sai số của rơle và độ dự trữ K
at
=1,3
I
kđ
> K
at
.I
Kcbtt
= 1,3.463,85 = 603,005 A.
II.2.1.4.2. Theo điều kiện chỉnh định dòng từ hoá nhảy vọt khi đóng máy biến áp
không tải:

I
kđ
> K
hc
.I
đmBA
.
Trong đó:
I
đmBA
: Dòng điện định mức tơng ứng với công suất định mức của máy
biến áp ở phía điện áp 110 KV.
I
đmBA
=
121.3
63000
= 300,604 A.
K
hc
: Hệ số hiệu chỉnh chọn trong khoảng (1ữ1,3). Khi tính toán bảo
vệ với máy biến dòng bảo hoà trung gian. Lấy K
hc
= 1,3.
I
kđ
> K
hc
.I
đmBA

= 1,3.300,604 = 390,785 A.
* Từ hai điều kiện ta chọn điều kiện II.2.1.4.1 và II.2.1.4.2 ta chọn giá trị:
I
kđ
= 603,005 A.
II.2.1.5. Sơ bộ kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:
* Hệ số độ nhạy của bảo vệ đợc xác định theo công thức: K
n
=
kdR
R
I
I

Trong đó:
I
R


: Dòng điện trong cuộn dây rơle.
K
kdR
: Dòng khởi động của rơle tơng ứng với số vòng dây ở phía có
dòng I
R
chạy qua.
Ta kiểm tra độ nhạy trong hai trờng hợp:
- Khi ngắn 2 pha phía 10,5KV trong tình trạng hệ thống làm việc cực tiểu.
Khi ngắn mạch 2 pha phía 10,5KV (ngắn mạch tại điểm N
1

).
Trang 110
57,28
B
F
X
N
Hình II.2
1352 A 243 A
38,160
1
X
619,134
B
F
E
113,135
A
F
E