Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1........................................................................................................... 5 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH ..................... 5 1.1 Mô tả đối tượng ............................................................................................ 5 1.2 Thông số chính ............................................................................................. 5 CHƯƠNG 2........................................................................................................... 6 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE ............................... 6 2.1 Giới thiệu chung ........................................................................................... 6 2.1.1 Mục đích tính toán ngắn mạch .............................................................. 6 2.1.2 Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch .................................................. 6 2.2 Tính toán ngắn mạch .................................................................................... 7 2.2.1 Lựa chọn các đại lượng cơ bản ............................................................ 7 2.2.2 Tính toán thông số các phần tử ............................................................. 7 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại ........................................................................... 8 2.3.1 Điểm ngắn mạch N1 ............................................................................... 8 2.3.2 Điểm ngắn mạch N1’ ........................................................................... 10 2.3.3 Điểm ngắn mạch N2 ............................................................................ 12 2.3.4 Điểm ngắn mạch N2’ ........................................................................... 15 2.3.5 Điểm ngắn mạch N3 ............................................................................ 15 2.3.6 Điểm ngắn mạch N3’ ........................................................................... 16 2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả ........................................................................ 17 2.4 Chế độ ngắn mạch cực tiểu ........................................................................ 18 2.4.1 Điểm ngắn mạch N1 ............................................................................ 18 2.4.2 Điểm ngắn mạch N1’ ........................................................................... 19 2.4.3 Điểm ngắn mạch N2 ............................................................................ 21 2.4.4 Điểm ngắn mạch N2’ ........................................................................... 24 2.4.5 Điểm ngắn mạch N3 ............................................................................ 25 2.4.6 Điểm ngắn mạch N3’ ........................................................................... 25 2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả ........................................................................ 26 CHƯƠNG 3......................................................................................................... 27 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP .................. 27 3.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp ...................................................................................................................... 27 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 1 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp .......................................................... 28 3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện ......................... 28 3.2.2 Bảo vệ chính cho máy biến áp ............................................................ 29 3.2.3 Bảo vệ dự phòng.................................................................................. 32 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp ..................................................... 35 CHƯƠNG 4......................................................................................................... 36 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC LOẠI RƠLE ...... 36 4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 ...................................................................... 36 4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 ................................................. 36 4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 ........................................ 36 4.1.3 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 .................. 38 4.1.4 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 ....... 42 4.1.5 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 ................................... 44 4.1.6 Chức năng bảo vệ chống quá tải ........................................................ 45 4.2 Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ621 .............................................................. 46 4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 .................................................. 46 4.2.2 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 ........................................... 47 4.2.3 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621 .......................................... 50 CHƯƠNG 5......................................................................................................... 52 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA RƠLE VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ .......................................................................................... 52 5.1 Chọn máy biến dòng điện,máy biến điện áp .............................................. 52 5.1.1 Máy biến dòng điện ............................................................................. 52 5.1.2 Máy biến điện áp ................................................................................ 54 5.2 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7UT613 ............................................... 54 5.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 87T................................................ 54 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): ( I 0 / 87N) ........................... 56 5.2.3 Cài đặt chức năng 49 (Chống quá tải MBA) ................................... 56 5.3 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7SJ621................................................. 57 5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:( I>>/ 50) ............................................... 57 5.3.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I0 >> 50N )....................... 57 5.3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian:( I>/ 51) .............................................. 57 5.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I0 >/51N ) ..................... 58 5.4 Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ .............................................. 59 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng ............................................... 59 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 2 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 5.4.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch 87/I......................................... 60 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N/I0)................................. 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 67 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 3 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao. Bên cạnh đó, quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa cũng kéo theo nhu cầu về cung cấp năng lượng, đặc biệt là điện năng. Nhu cầu sử dụng điện trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Điều đó đòi hỏi một hệ thống cung cấp điện an toàn và đáng tin cậy. Trạm biến áp là một mắt xích rất quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liên kết các đường dây, các hệ thống điện. Các thiết bị trong trạm biến áp có giá thành lớn, thường ít gặp sự cố hơn các phần tử khác của hệ thống điện, tuy nhiên nếu xảy ra sự cố thì có thể gây ra thiệt hại nặng nề nếu không được xử lý kịp thời. Vì lẽ đó, việc thiết kế một hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp hoạt động chính xác, tin cậy trước các sự cố là một công đoạn hết sức cần thiết. Đề tài đồ án môn học của em được giao có tên: “ Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 110/22/10,5 kV”. Trong thời gian làm đồ án, em đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là TS. Nguyễn Thị Anh. Do những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn nên đồ án có thể còn những sai sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo trong bộ môn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 13 tháng 6 năm 2020 Sinh viên thực hiện Lê Bá Cường SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 4 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH --------     -------1.1 Mô tả đối tượng Đối tượng được bảo vệ là máy biến áp 115/23,5/10.5kV. Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp đến thanh góp 115kV của trạm biến áp qua lộ đường dây. Phía hạ áp của trạm có điện áp 23,5kV và 10,5kV để đưa đến các phụ tải. 10,5 kV N3 BI3 N'3 115 kV 23,5 kV HTÐ N1 BI1 N'1 N'2 BI01 N2 BI2 BI02 Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp 1.2 Thông số chính 1.2.1 Hệ thống điện (HTĐ) Trạm có các thanh góp phía 115kV nối với hệ thống qua lộ đường dây với các thông số như sau: SN(3)max = 1800MVA ; S N(3)min = 0.67 S N(3)max X0HT/ X1HT = 1.35 1.2.2 Máy biến áp Công suất : Sđm = 32 MVA Tỷ số biến áp : 115 ± 9×1,78%/23,5/10,5kV Tổ đấu dây : Y0/ Y0/11 Điện áp ngắn mạch phần trăm: U NC %−T = 10,5%; U NC %− H = 17%; U NT −%H = 6% SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 5 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE --------     -------2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Mục đích tính toán ngắn mạch Tính toán ngắn mạch nhằm xác định được dòng điện sự cố lớn nhất (Max) và nhỏ nhất (Min) có thể chạy qua BI đến rơle để phục vụ cho: • Tính toán chỉnh định rơle và kiểm tra độ an toàn hãm của các rơle so lệch bảo vệ cho máy biến áp. • Kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ đối với các bảo vệ quá dòng và độ nhạy tác động đối với các bảo vệ so lệch của máy biến áp. 2.1.2 Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch Để thiết lập sơ đồ và tiến hành tính toán ngắn mạch, ta cần có những giả thiết đơn giản hoá, nhằm làm giảm đáng kể khối lượng tính toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết. Một số giả thiết cơ bản khi tính ngắn mạch: • Tần số hệ thống không thay đổi Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch, công suất của các máy phát thay đổi đột ngột dẫn đến mất cân bằng mô men quay và tốc độ quay bị thay đổi trong quá trình quá độ nên tần số hệ thống bị dao động. Tuy nhiên, việc tính toán ngắn mạch được thực hiện ở giai đoạn đầu nên sự biến thiên tốc độ chưa đáng kể. Từ đó, giả thiết tần số hệ thống không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm giảm đáng kể lượng phép tính. • Bỏ qua bão hoà mạch từ Khi ngắn mạch, mức độ bão hoà mạch từ ở một số phần tử có thể tăng cao hơn bình thường. Thực tế cho thấy sai số mắc phải do bỏ qua hiện tượng này là không nhiều vì số phần tử mang lõi thép chiếm số lượng ít trong hệ thống điện. • Bỏ qua sự ảnh hưởng của phụ tải • Bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát Máy biến áp và điện trở của đường dây do thành phần này quá nhỏ so với điện kháng của chúng. • Coi hệ thống sức điện động ba pha của nguồn là đối xứng Khi ngắn mạch không đối xứng phản ứng phần ứng các pha lên từ trường quay không hoàn toàn giống nhau. Tuy nhiên từ trường vẫn được giả SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 6 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA thiết quay đều với tốc độ không đổi. khi đó sđđ 3 pha luôn đối xứng. Thực tế là hệ số không đối xứng của các sđđ không đáng kể. 2.2 Tính toán ngắn mạch 2.2.1 Lựa chọn các đại lượng cơ bản Tính toán ngắn mạch thường được thực hiện trong đơn vị tương đối, và ta chọn các đại lượng cơ bản như sau: Scb = SđmBA = 32 (MVA) Ucb = Utb các cấp Ta có : Ucb1 = Utb110 = 115 (kV) Ucb2 = Utb23,5 = 23,5 (kV) Ucb3 = Utb10,5 = 10,5 (kV) Các dòng điện cơ bản được xác định như sau: I cb1 = Scb 32 = = 0,161 (kA) 3.U cb1 3.115 I cb 2 = Scb 32 = = 0,786 (kA) 3.U cb 2 3.23,5 I cb3 = Scb 32 = = 1,760 (kA) 3.U cb 3 3.10,5 2.2.2 Tính toán thông số các phần tử • Điện kháng của hệ thống ▪ Chế độ cực đại o Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch: X HT 1max =X HT 2max BA Sdm 32 = HT = = 0,0178 S N max 1800 o Điện kháng thứ tự không: HT HT X 0max = 1,35. X1max = 1,35.0,0178 = 0, 024 ▪ Chế độ cực tiểu o Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch: X HT 1min =X HT 2min BA Sdm 32 = HT = = 0,0265 S N min 0.67 *1800 o Điện kháng thứ tự không: HT HT X 0min = 1, 35. X1min = 1,35.0,0265 = 0,0358 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 7 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Tính toán các thông số máy biến áp Theo đề bài ta có điện áp ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp: U N C −T %=10,5%; U N C − H %=17%; U N T − H % = 6% 1 2 1 2 U NC %= ( U C −T %+ U C − H %- UT − H %)= (10,5+17-6) = 10,75% U NT %= 1 1 ( U C −T %+ UT − H %- U C − H %)= (10,5+6-17)≈ 0% 2 2 U NH %= 1 1 ( U C − H %+ UT − H %- U C −T %)= (17 + 6 – 10,5) = 6,25% 2 2 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp trong hệ đơn vị tương đối định mức được xác định như sau: U NC % 10, 75 XC = = = 0,1075 100 100 UT % 0 XT = N = =0 100 100 U H % 6, 25 XH = N = = 0,0625 100 100 2.3 Chế độ ngắn mạch cực đại 2.3.1 Điểm ngắn mạch N1 ▪ Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X EHT HT 1max N1 Hình 2.1: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X HT 2max N1 Hình 2.2: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch X1 = X 2  = X HT 1max = 0.0178 ▪ Sơ đồ thứ tự không SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 8 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA N1 X HT 0max XC XH Hình 2.3: sơ đồ thay thế thứ tự không HT X 0  = X 0max / / ( XC + X H ) = 0,024.(0,1075 + 0,0625) = 0,021 0,024 + (0,1075 + 0,0625) • Dạng ngắn mạch N(3) Khi ngắn mạch ba pha tại N1 khi đó dòng ngắn mạch không chạy qua BI. • Dạng ngắn mạch N(1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I 0  = I1  = I 2  = EHT 1 = = 17.67 X 1 + X 2  + X 0  0,0178 + 0,0178 + 0,021 Vì dòng thứ tự thuận và thứ nghịch chạy qua BI1 là bằng 0 nên dòng điện tổng chạy qua BI1 trong trường hợp này chỉ có thành phần dòng điện thứ tự không chạy qua trung tính máy biến áp: I 0 BI 1 = I N = I 0  . X 0 HT X 0 HT 0,024 = 17.67. = 2.19 0,024 + 0,1075 + 0,0625 + XC + X H Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I 0 BI 01 = 3.I 0 BI 1 = 3* 2,19 = 6,56 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = EHT 1 = = 35.69 0,0178.0,024 X 2 . X 0 0,0178 + X 1 + 0,0178 + 0,024 X 2 + X 0 I 2 = − I1 . X 0 0.024 = −35.69* = −20.49 0,0178 + 0,024 X 2 + X 0 I 0 = − I1 . 0.0178 X 2 = −35.69* = −15.20 0,0178 + 0,024 X 2 + X 0 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 9 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Vì cách phân bố dòng sự cố giống như trong trường hợp ngắn mạch 1 pha nên dòng qua BI1 chỉ có thành phần dòng thứ tự không chạy qua trung tính máy biến áp. ▪ Dòng qua BI1 Dòng thứ tự không chạy qua BI1là: I 0 BI 1 = I N = I 0  . X 0 HT X 0 HT 0,024 = −15.2. = −1.88 0,024 + 0,1075 + 0,0625 + XC + X H ▪ Dòng qua BI01 1BIA I0/BI1 1BIB I 0/BI1 1BIC I0/BI1 3*I0/BI1 BI01 Hình 2.4 Sơ đồ dòng thứ tự không chạy qua các pha của BI1 và BI01 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01 là: I 0 BI 01 = 3*(−1.88) = −5.64 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. Để cho rơ le của bảo vệ so lệch không bị tác động nhầm thì ta cần loại bỏ thành phần thứ tự không: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 0 2.3.2 Điểm ngắn mạch N1’ Ta có sơ đồ thay thế giống trường hợp ngắn mạch tại điểm N1 • Dạng ngắn mạch N(3) Dòng pha chạy qua BI1 là: I N(3)1 = ' EHT 1 = = 56.18 X 1max 0,0178 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02. • Dạng ngắn mạch N(1) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 10 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I1 = I 2  = I 0  = 17.67 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I 2 BI 1 = I1 = 17.67 I 0 BI 1 = I 0  − I 0NBI1 1 = 17.67 − 2.19 = 15.48 Dòng điện pha qua BI1 là: I fBI 1 = I1BI 1 + I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = 17.67 + 17.67 + 15.48 = 50.82 Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 50.82 − 15.48 = 35.34 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện chạy qua BI01 ta đã tính được ở trên là: I 0 BI 01 = 3* I 0  * X 0 HT X 0 HT 0.024 = 3*17.67 * = 6.56 0.024 + 0.1075 + 0.0625 + XC + X H Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3, BI02 • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Theo kết quả tính toán phần trên ta có: I1 = 35.69 ; I 2  = −20.49 ; I 0  = −15.20 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I1 = 35.69 I 2 BI 1 = I 2  = −20.49 (1,1) I 0 BI 1 = I 0  − I 0NBI 1 = −15.2 + 1.88 = −13.32 Khi ngắn mạch 2 pha chạm đất thì pha đặc biệt chính là pha không bị sự cố (giả sử là pha A). Các dòng điện tính ra và phân bố là tính cho pha A. vậy nên ta có: I a1 = I1BI 1 = 35.69 I a 2 = I 2 BI 1 = −20.49 I a 0 = I 0 BI 1 = −13.32 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 11 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dòng sự cố chạy qua BI1 trong trường hợp này là dòng của pha B và pha C. Nhưng vì dòng sự cố pha B và pha C có giá trị biên độ bằng nhau nhưng ngược dấu nên ta có: I fBI 1 = a 2 .I1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = (e j120 )2 *35.69 − e j120 * 20.49 − 13.32 = 52.96 − 113.27 Dòng qua BI1 khi đã loại đi thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 52.96 − 113.27 + 13.320 = 49.24 − 98.88 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện chạy qua BI01 là: I fBI 01 = 3* I 0  * X 0 HT X 0 HT 0.024 = 3*(−15.2) * = −5.64 0.024 + 0.1075 + 0.0625 + XC + X H Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. 2.3.3 Điểm ngắn mạch N2 ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự thuận EHT XHT 1max N2 XC XT Hình 2.5: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch XHT 2max N2 XC XT Hình 2.6: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch X1 = X 2  = X1HT + X C + X T = 0,0178 + 0,1075 + 0 = 0,1253 ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự không SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 12 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA N2 X HT 0max XT XC XH Hình 2.7: Sơ đồ thay thế thứ tự không Ta có: X 0  = ( X 0 HT + X C ) / / X H + X T = (0,024 + 0,1075) *0,0625 + 0 = 0,0424 0,024 + 0,1075 + 0,0625 • Dạng ngắn mạch N(3) I fBI 1 = I fBI 2 = 1 EHT = = 7.98 X 1 0,1253 Không có dòng ngắn mạch qua BI3, BI01, BI02. • Dạng ngắn mạch N(1) Dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = I 2  = I 0  = EHT 1 = = 3, 41 X 1 + X 2  + X 0  0,1253 + 0,1253 + 0,0424 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I 2 BI 1 = I1 = I 2  = 3,41 I 0 BI 1 = I 0  . XH 0,0625 = 3, 41. = 1,10 X H + X 0 HT + X C 0,0625 + 0,024 + 0,1075 Dòng điện pha sự cố qua BI1 là: I fBI 1 = I1BI 1 + I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = 3, 41 + 3, 41 + 1,1 = 7.92 Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 7.92 − 1.1 = 6.82 ▪ Dòng qua BI2 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI2 là: I1BI 2 = I 2 BI 2 = I 0 BI 2 = I1 = 3,41 Dòng điện pha qua BI2 là: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 13 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I fBI 2 = I1BI 2 + I 2 BI 2 + I 0 BI 2 = 3*3.41 = 10.23 Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: If(-0)BI2= I f ( −0) BI 2 = I fBI 2 − I 0 BI 2 = 10.23 − 3.41 = 6.82 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện qua BI01 là: I fBI 01 = 3.I 0 BI 1 = 3*1.1 = 3.3 ▪ Dòng qua BI02 Dòng điện qua BI02 là: I fBI 02 = 3.I 0 BI 2 = 3*3.41 = 10.23 Không có dòng chạy qua BI3. • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = EHT 1 = = 6,37 0,1253.0,0424 X 2 . X 0 0,1253 + X 1 + 0,1253 + 0,0424 X 2 + X 0 I 2  = − I1 X 0 0,0424 = −6,37 * = −1,61 0,1253 + 0,0424 X 2 + X 0 I 0  = − I1 X 2 0,1253 = −6,37 * = −4.76 0,1253 + 0,0424 X 2 + X 0 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I a1 = I1BI 1 = I1 = 6,37 I a 2 = I 2 BI 1 = I 2  = −1,61 I a 0 = I 0 BI 1 = I 0  . XH 0,0625 = −4,76. = −1,53 X H + X 0 HT + X C 0,0625 + 0,024 + 0,1075 Dòng điện pha sự cố qua BI1(dạng phức) là: I fBI 1 = a 2 .I1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = (e j120 )2 .6,37 − e j120 .1,61 − 1,53 = 7.94 − 119,5 Dòng qua BI1 đã loại thành phần thứ tự không là: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 14 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I f ( −0) BI 1 = 7.94 − 119,5 + 1,530 = 7, 31 − 109 ▪ Dòng qua BI2 Dòng điện chạy qua BI2 là: I a1 = I1BI 2 = I1 = 6,37 I a 2 = I 2 BI 2 = I 2  = −1,61 I a 0 = I 0 BI 2 = I 0  = −4,76 Dòng điện pha qua BI2 (dạng phức) là: I fBI 2 = a 2 .I1BI 2 + a.I 2 BI 2 + I 0 BI 2 = (e j120 )2 .6,37 − e j120 .1,61 − 4,76 = 9.94 − 135,93 Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 2 = 9.94 − 135,93 + 4,760 = 7,31 − 109 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện qua BI01 là: I fBI 01 = 3.I 0 BI 1 = 3* (−1,53) = −4,59 ▪ Dòng qua BI02 Dòng điện qua BI02 là: I fBI 02 = 3.I 0 BI 2 = 3* (−4,76) = −14, 28 Không có dòng điện chạy qua BI3. 2.3.4 Điểm ngắn mạch N2’ Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N2. Giá trị các dòng qua BI1, BI01, BI02, BI3 không đổi. Giá trị dòng qua BI2 bằng 0. 2.3.5 Điểm ngắn mạch N3 Ta thấy cuộn dây phía 10,5kV của máy biến áp nối tam giác cho nên không có dòng thành phần thứ tự không chạy tới điểm ngắn mạch N3 do đó ta chỉ tính toán dạng ngắn mạch 3 pha. Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 15 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA N3 HT X1max EHT XC XH Hình 2.8: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3 X1 = X1HT + X C + X H = 0,0178 + 0,1075 + 0,0625 = 0,1878 Dòng điện pha chạy qua các BI1 và BI3 là: I fBI 1 = I fBI 3 = E HT 1 = = 5,32 X  0,1878 Không có dòng chạy qua các BI2, BI01 và BI02. 2.3.6 Điểm ngắn mạch N3’ Sơ đồ thay thế quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N3. Tại điểm ngắn mạch này chỉ có dòng điện chạy qua BI1. Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02. Dòng điện pha chạy qua BI1 là: I fBI 1 = 5,32 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 16 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 2.3.7 Bảng tổng hợp kết quả Bảng 2.1: Tổng hợp dòng điện đi qua các rơ le bảo vệ trong chế độ cực đại Điểm ngắn mạch Dòng điện qua các BI Dạng ngắn mạch N(3) N(1) N1 N(1,1) N(3) N(1) N1 ’ N(1,1) N(3) N(1) N2 N(1,1) N(3) N(1) N2 ’ N(1,1) N3 N3 ’ N(3) N(3) If If I0 If(-0) If I0 If(-0) If If I0 If(-0) If I0 If(-0) If If I0 If(-0) If I0 If(-0) If If I0 If(-0) If I0 If(-0) If If BI1 BI2 BI3 BI01 BI02 0 2.19 2.19 0 1.88 1.88 0 56.18 50.82 15.48 35.34 52.96 13.32 49.24 7.98 7.92 1.1 6.82 7.94 1.53 7.31 7.98 7.92 1.1 6.82 7.94 1.53 7.31 5.32 5.32 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7.98 10.23 3.41 6.82 9.94 4.76 7.31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5.32 0 0 6.56 6.56 0 5.64 5.64 0 0 6.56 6.56 0 5.64 5.64 0 0 3.3 3.3 0 4.59 4.59 0 0 3.3 3.3 0 4.59 4.59 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10.23 10.23 0 14.28 14.28 0 0 10.23 10.23 0 14.28 14.28 0 0 0 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 17 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 2.4 Chế độ ngắn mạch cực tiểu 2.4.1 Điểm ngắn mạch N1 ▪ Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X EHT HT 1min N1 Hình 2.9: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: N1 X HT 2min Hình 2.10: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch X1 = X 2  = X HT 1min = 0.0265 ▪ Sơ đồ thứ tự không HT N1 X 0min XC XH Hình 2.11: sơ đồ thay thế thứ tự không HT X 0  = X 0min / / ( XC + X H ) = 0,0358.(0,1075 + 0,0625) = 0, 0296 0,0358 + (0,1075 + 0, 0625) • Dạng ngắn mạch N(2) Khi ngắn mạch 2 pha tại N1 không có dòng chạy qua các BI. • Dạng ngắn mạch N(1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I 0  = I1 = I 2  = EHT 1 = = 11.26 X 1 + X 2  + X 0  0,0265 + 0,0265 + 0,0358 Vì dòng thứ tự thuận và thứ nghịch chạy qua BI1 là bằng 0 nên dòng điện tổng chạy qua BI1 trong trường hợp này chỉ có thành phần dòng điện thứ tự không chạy qua trung tính máy biến áp: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 18 Đồ án môn học I 0 BI 1 = I 0  . Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA X 0 HT X 0 HT 0,0358 = 11.26. = 1.96 0,0358 + 0,1075 + 0,0625 + XC + X H Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01: I 0 BI 01 = 3* I 0 BI 1 = 3*1.96 = 5.88 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = EHT 1 = = 24.70 0,0265.0,0296 X 2 . X 0 0,0265 + X 1 + 0,0265 + 0,0296 X 2 + X 0 I 2 = − I1 . X 0 0,0296 = −24.7 * = −13.03 0,0265 + 0,0296 X 2 + X 0 I 0 = − I1 . 0,0265 X 2 = −24.7 * = −11.67 0,0265 + 0,0296 X 2 + X 0 Vì cách phân bố dòng sự cố giống như trong trường hợp ngắn mạch 1 pha nên dòng qua BI1 chỉ có thành phần dòng thứ tự không chạy qua trung tính máy biến áp. ▪ Dòng qua BI1 Dòng thứ tự không chạy qua BI1là: I 0 BI 1 = I 0  . X 0 HT X 0 HT 0,0358 = −11.67. = −2,03 0,0358 + 0,1075 + 0,0625 + XC + X H ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI01 là: I 0 BI 01 = 3*(−2,03) = −6.09 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. Để cho rơ le của bảo vệ so lệch không bị tác động nhầm thì ta cần loại bỏ thành phần thứ tự không: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 0 2.4.2 Điểm ngắn mạch N1’ Ta có sơ đồ thay thế giống trường hợp ngắn mạch tại điểm N1 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 19 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Dạng ngắn mạch N(2) Dòng pha chạy qua BI1 là: E•HT 1 = 3. = 32.68 I BI 1 = 3. X 1 + X 2 0,0265 + 0,0265 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02. • Dạng ngắn mạch N(1) I1 = I 2  = I 0  = 11.26 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I 2 BI 1 = I1 = 11.26 I 0 BI 1 = I 0  − I 0NBI1 1 = 11.26 − 1.96 = 9.3 Dòng điện pha qua BI1 là: I fBI 1 = I1BI 1 + I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = 11.26 + 11.26 + 9.3 = 31.82 Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 31.82 − 9.3 = 22.52 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện chạy qua BI01 ta đã tính được ở trên là: I 0 BI 01 = 3* I 0  * X 0 HT X 0 HT 0.0358 = 3*11.26* = 5.87 + XC + X H 0.0358 + 0.1075 + 0.0625 Không có dòng điện chạy qua các BI2, BI3, BI02 • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Theo kết quả tính toán phần trên ta có: I1 = 24.70 ; I 2  = −13.03 ; I 0  = −11.67 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I1 = 24.70 I 2 BI 1 = I 2  = −13.03 (1,1) I 0 BI 1 = I 0  − I 0NBI 1 = −11.67 + 2.03 = −9.64 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 20 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Khi ngắn mạch 2 pha chạm đất thì pha đặc biệt chính là pha không bị sự cố (giả sử là pha A). Các dòng điện tính ra và phân bố là tính cho pha A. vậy nên ta có: I a1 = I1BI 1 = 24.70 I a 2 = I 2 BI 1 = −13.03 I a 0 = I 0 BI 1 = −9.64 Dòng sự cố chạy qua BI1 trong trường hợp này là dòng của pha B và pha C. Nhưng vì dòng sự cố pha B và pha C có giá trị biên độ bằng nhau nhưng ngược dấu nên ta có: I fBI 1 = a 2 .I1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = (e j120 ) 2 * 24.7 − e j120 *13.03 − 9.64 = 36.15 − 115.34 Dòng qua BI1 khi đã loại đi thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 36.15 − 115.34 + 9.640 = 33.19 − 100.12 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện chạy qua BI01 là: I fBI 01 = 3* I 0  * X 0 HT X 0 HT 0.0358 = 3*(−11.67) * = −6.09 + XC + X H 0.0358 + 0.1075 + 0.0625 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3 và BI02. 2.4.3 Điểm ngắn mạch N2 ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự thuận EHT XHT 1min XC XT N2 Hình 2.12: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch HT 2min X XC XT N2 Hình 2.13: Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 21 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA X1 = X 2  = X1HT + X C + X T = 0,0265 + 0,1075 + 0 = 0,134 ▪ Sơ đồ thay thế thứ tự không N2 X HT 0min XC XT XH Hình 2.14: Sơ đồ thay thế thứ tự không X 0  = ( X 0 HT + X C ) / / X H + X T = (0,0358 + 0,1075) *0,0625 + 0 = 0,0435 0,0358 + 0,1075 + 0,0625 • Dạng ngắn mạch N(2) Dòng điện chạy qua các BI1 và BI2: I BI 1 = I BI 2 = 3. E•HT 1 = 3. = 6, 46 X 1 + X 2 0,134 + 0,134 Không có dòng ngắn mạch qua BI3, BI01, BI02. • Dạng ngắn mạch N(1) Dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = I 2  = I 0  = EHT 1 = = 3, 21 X 1 + X 2  + X 0  0,134 + 0,134 + 0,0435 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I1BI 1 = I 2 BI 1 = I1 = I 2  = 3,21 I 0 BI 1 = I 0  . XH 0,0625 = 3, 21* = 0.97 X H + X 0 HT + X C 0,0625 + 0,0358 + 0,1075 Dòng điện pha sự cố qua BI1 là: I fBI 1 = I1BI 1 + I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = 3, 21 + 3, 21 + 0.97 = 7,39 Dòng điện qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = I fBI 1 − I 0 BI 1 = 7.39 − 0.97 = 6.42 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 22 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA ▪ Dòng qua BI2 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI2 là: I1BI 2 = I 2 BI 2 = I 0 BI 2 = I1 = 3,21 Dòng điện pha qua BI2 là: I fBI 2 = I1BI 2 + I 2 BI 2 + I 0 BI 2 = 3, 21 + 3, 21 + 3, 21 = 9.63 Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: If(-0)BI2= I f ( −0) BI 2 = I fBI 2 − I 0 BI 2 = 9.63 − 3.21 = 6.42 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện qua BI01 là: I fBI 01 = 3* I 0 BI 1 = 3* 0.97 = 2.91 ▪ Dòng qua BI02 Dòng điện qua BI02 là: I fBI 02 = 3* I 0 BI 2 = 3*3, 21 = 9.63 Không có dòng chạy qua BI3. • Dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch: I1 = EHT 1 = = 5.99 0,134.0,0435 X 2 .X 0 0,134 + X 1 + 0,134 + 0,0435 X 2 + X 0 I 2  = − I1 * X 0 0,0435 = −5.99* = −1, 47 0,134 + 0,0435 X 2 + X 0 I 0  = − I1 * X 2 0,134 = −5.99* = −4.52 0,134 + 0,0435 X 2 + X 0 ▪ Dòng qua BI1 Dòng điện các thành phần đối xứng chạy qua BI1 là: I a1 = I1BI 1 = I1 = 5.99 I a 2 = I 2 BI 1 = I 2  = −1, 47 I a 0 = I 0 BI 1 = I 0  . XH 0,0625 = −4,52 * = −1,37 X H + X 0 HT + X C 0,0625 + 0,0358 + 0,1075 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 23 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dòng điện pha sự cố qua BI1(dạng phức) là: I fBI 1 = a 2 .I1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1 = (e j120 )2 *5.99 − e j120 *1.47 − 1.37 = 7, 41 − 119,33 Dòng qua BI1 đã loại thành phần thứ tự không là: I f ( −0) BI 1 = 7,41 − 119,33 + 1, 370 = 6.84 − 109,28 ▪ Dòng qua BI2 Dòng điện chạy qua BI2 là: I a1 = I1BI 2 = I1 = 5.99 I a 2 = I 2 BI 2 = I 2  = −1,47 I a 0 = I 0 BI 2 = I 0  = −4,52 Dòng điện pha qua BI2 (dạng phức) là: I fBI 2 = a 2 .I1BI 2 + a.I 2 BI 2 + I 0 BI 2 = (e j120 )2 *5.99 − e j120 *1.47 − 4.52 = 9.37 − 136,38 Dòng điện qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là: I f ( −0)BI 2 = 9,37 − 136,38 + 4, 520 = 7,84 − 109,28 ▪ Dòng qua BI01 Dòng điện qua BI01 là: I fBI 01 = 3* I 0 BI 1 = 3* (−1.37) = −4.11 ▪ Dòng qua BI02 Dòng điện qua BI02 là: I fBI 02 = 3* I 0 BI 2 = 3* (−4.52) = −13.56 Không có dòng điện chạy qua BI3. 2.4.4 Điểm ngắn mạch N2’ Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N2. Giá trị các dòng qua BI1, BI01, BI02, BI3 không đổi. Giá trị dòng qua BI2 bằng 0. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 24 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 2.4.5 Điểm ngắn mạch N3 Ta thấy cuộn dây phía 10,5kV của máy biến áp nối tam giác cho nên không có dòng thành phần thứ tự không chạy tới điểm ngắn mạch N3 do đó ta chỉ tính toán dạng ngắn mạch 2 pha. Sơ đồ thay thế điểm ngắn mạch: N3 EHT HT X1min XC XH Hình 2.15: Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại N3 X1 = X 2  = X1HT + X C + X H = 0,0265 + 0,1075 + 0,0625 = 0,1965 Dòng điện pha chạy qua các BI1 và BI3 là: I fBI 1 = I fBI 2 E•HT 1 = 3. = 3. = 4, 41 X 1 + X 2 0,1965 + 0,1965 Không có dòng chạy qua các BI2, BI01 và BI02. 2.4.6 Điểm ngắn mạch N3’ Sơ đồ thay thế quá trình tính toán ngắn mạch giống như trường hợp ngắn mạch ở điểm N3. Tại điểm ngắn mạch này chỉ có dòng điện chạy qua BI1. Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI01, BI02. Dòng điện pha chạy qua BI1 là: I fBI 1 = 4.41 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 25 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 2.4.7 Bảng tổng hợp kết quả Điểm ngắn mạch Bảng 2.2: Tổng kết dòng điện đi qua các rơ le bảo vệ trong chế độ cực tiểu Dạng ngắn mạch N(2) N(1) N1 (1,1) N N(2) (1) N N’1 N(1,1) (2) N (1) N N2 (1,1) N (2) N N(1) N’2 N(1,1) Dòng điện qua các BI BI1 BI2 BI3 BI01 BI02 If 0 0 0 0 0 If 1.96 0 0 5.88 0 I0 1.96 0 0 5.88 0 If(-0) 0 0 0 0 0 If 2.03 0 0 6.09 0 I0 2.03 0 0 6.09 0 If(-0) 0 0 0 0 0 If 32.68 0 0 0 0 If 31.82 0 0 5.87 0 I0 9.3 0 0 5.87 0 If(-0) 22.52 0 0 0 0 If 36.15 0 0 6.09 0 I0 9.64 0 0 6.09 0 If(-0) 33.19 0 0 0 0 If 6.46 6.46 0 0 0 If 7.39 9.63 0 2.91 9.63 I0 0.97 3.21 0 2.91 9.63 If(-0) 6.42 6.42 0 0 0 If 7.41 9.37 0 4.11 13.56 I0 1.37 4.52 0 4.11 13.56 If(-0) 6.84 7.84 0 0 0 If 6.46 0 0 0 0 If 7.39 0 0 2.91 9.63 I0 0.97 0 0 2.91 9.63 If(-0) 6.42 0 0 0 0 If 7.41 0 0 4.11 13.56 I0 1.37 0 0 4.11 13.56 If(-0) 6.84 0 0 0 0 N3 N(2) If 4.41 0 4.41 0 0 N’3 (2) If 4.41 0 0 0 0 N SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 26 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP --------     -------3.1 Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp Để lựa chọn được phương thức bảo vệ hợp lý, chúng ta cần phải phân tích những dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đối tượng được bảo vệ, cụ thể là máy biến áp. Những hư hỏng thường gặp trong máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài. Những hư hỏng bên trong máy biến áp gồm: ▪ Chạm chập giữa các vòng dây. ▪ Ngắn mạch giữa các cuộn dây. ▪ Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất. ▪ Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp. ▪ Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu. Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài máy biến áp bao gồm: ▪ Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống. ▪ Ngắn mạch một pha trong hệ thống. ▪ Quá tải. ▪ Quá bão hòa mạch từ do điện áp tăng cao hoặc tần số giảm thấp. Tùy theo công suất của máy biến áp, vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho máy biến áp. Những loại bảo vệ thường dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng 3. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 27 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Bảng 3.1. Những loại bảo vệ thường dùng Loại hư hỏng Loại bảo vệ - So lệch có hãm (bảo vệ chính) - Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) Ngắn mạch một pha hoặc nhiều - Quá dòng có thời gian (chính hoặc dự pha chạm đất phòng tuỳ theo công suất máy biến áp) - Quá dòng thứ tự không Chạm chập các vòng dây, thùng - Rơle khí (BUCHHOLZ) dầu thủng hoặc bị rò dầu - Quá dòng điện Quá tải - Hình ảnh nhiệt Quá bão hoà mạch từ - Chống quá bão hoà 3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp 3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng của mình, thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau đây: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy. • Tin cậy Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Người ta phân biệt : Độ tin cậy khi tác động: (dependability) được định nghĩa như “mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác động đúng”. Độ tin cậy không tác động: (security) “mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không làm việc sai”. Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ, còn độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định. • Chọn lọc Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Cấu hình của hệ thống càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn. • Tác động nhanh SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 28 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách li phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền. • Độ nhạy Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lí đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lí đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, hay như thường nói rơle tác động càng nhạy. 3.2.2 Bảo vệ chính cho máy biến áp • Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp ba cuộn dây được trình bày như hình 3.1 (hµi bËc hai) I Hình 3.1:Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ Cuộn dây cao áp của máy biến áp nối với nguồn cấp, cuộn trung áp và hạ áp nối với phụ tải. Bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thường ta có: İS1 = İS2 + İS3 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 29 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: İLV = İT1 – (İT2 + İT3) Các dòng điện hãm: İH1 = İT1 + İT2 İH2 = İT3 Các dòng điện hãm được cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: İH = (  İT1 + İT2  +  İT3  ).KH Trong đó KH <0,5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch Ngoài ra để ngăn chặn tác động sai do ảnh hưởng của dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải và cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn được hãm bằng thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa IHM. Để đảm bảo được tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:  İH    İLV  Bảo vệ so lệch làm chức năng bảo vệ chính dùng để cắt nhanh máy biến áp khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ. Nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau: Chỉnh định chắc chắn khỏi dòng điện không cân bằng khi đóng máy biến áp không tải, khi cắt ngắn mạch ngoài và dòng điện từ hóa tăng cao khi có quá điện áp. Đảm bảo độ nhạy cao với các dạng ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ. • Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không: I0 (Bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế :REF) Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế dùng cho máy biến áp ba cuộn dây được trình bày như hình 3.2 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 30 Đồ án môn học N1 Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I0 N2 IÑ Hình 3.2:Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây Để bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao có trung điểm nối đất của máy biến áp, người ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn. Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có miền bảo vệ được giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở trung tính máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp Nếu bỏ qua sai số của các máy biến dòng,trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ (điểm N1),ta có: I0 =3I0-IĐ=0 Trong đó: I0 là dòng điện thứ tự không chạy trong cuộn dây máy biến áp IĐ là dòng điện chạy qua dây trung tính máy biến áp Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N2): I0 =3I0-IĐ ≠0, sẽ có dòng qua rơle và rơle sẽ tác động • Bảo vệ bằng rơle khí (BUCHHOLZ) Rơ le khí thường đặt trên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dãn dầu của MBA. Rơle với 2 cấp tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh con có tiếp điểm thủy ngân hoặc tiếp điểm từ. Ở chế độ làm việc bình thường trong bình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơle ở trạng thái hở. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 31 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Choãñaë t rôle khí Bình daõ n daà u Thuø ng bieá n aù p Hình 3.3: Vị trí đặt rơ le khí ở máy biến áp Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn vì dầu nóng do quá tải), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo. Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch trong thùng dầu) luồng dầu vận chuyển từ thùng lên bình dãn dầu xô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt MBA. Kí hiệu rơle khí: B 1 2 RK 1 2 hoặc: cảnh báo cắt MC • Bảo vệ chống quá tải :I ≥ Quá tải làm cho nhiệt độ của máy biến áp tăng cao quá mức cho phép, nếu thời gian kéo dài sẽ làm giảm tuổi thọ máy biến áp. Để bảo vệ chống quá tải ở máy biến áp công suất bé dùng loại bảo vệ quá dòng điện thông thường, với máy biến áp lớn, người ta dùng nguyên lí hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn của dầu, giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả, nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì sẽ cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống. 3.2.3 Bảo vệ dự phòng • Bảo vệ quá dòng điện có thời gian:I> Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường được dùng làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 32 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA công suất trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp. Dòng điện khởi động của bảo vệ chọn theo dòng điện danh định của máy biến áp có xét đến khả năng quá tải. Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống. • Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian: I0> Bảo vệ này dùng để chống các dạng ngắn mạch chạm đất các phía.Có thể dùng loại có đặc tính thời gian phụ thuộc (tỉ lệ nghịch) Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện chạm đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt quá giá trị chỉnh định . . .  1 . Dòng điện thứ tự không: I 0 =  I A + I B + I C   3   . . . . Khi làm việc bình thường: I + I + I = 3 I = 0 ,bảo vệ không làm việc A B C 0 . . . . Khi có ngắn mạch chạm đất: I + I + I = 3 I ≠ 0 , bảo vệ làm việc A B C 0 • Bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh:I>> Bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh thường làm bảo vệ dự phòng để chống ngắn mạch .Dòng khởi động của bảo vệ phải đảm bảo khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì bảo vệ không tác động Ikđ>>=katINngmax INngmax:dòng ngắn mạch ngoài cực đại qua bảo vệ ,thường được tính theo ngắn mạch ba pha trên thanh cái cuối phần tử được bảo vệ kat: hệ số an toàn (thường chọn kat=1,2÷1,3) Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh không bảo vệ được toàn bộ đối tượng ,khi ngắn mạch cuối phần tử ,bảo vệ cắt nhanh không tác động. Vùng bảo vệ của bảo vệ cắt nhanh có thể thay đổi nhiều khi chế độ làm việc của hệ thống và dạng ngắn mạch thay đổi. • Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không cắt nhanh : I0>> Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không cắt nhanh thường dùng làm bảo vệ dự phòng để chống ngắn mạch chạm đất . Dòng khởi động của ngắn mạch được tính theo công thức : SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 33 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I0kđ>>=k0atI0Nngmax I0Nngmax: dòng ngắn mạch ngoài thứ tự không cực đại qua bảo vệ K0at: hệ số an toàn (thường chọn k0at=1,2÷1,3) • Bảo vệ chống máy cắt từ chối :50BF Máy cắt là phần tử thừa hành cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống .Nếu máy cắt từ chối tác động thì hệ thống bảo vệ dự phòng phải tác động cắt tất cả những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch đến chỗ sự cố .Hệ thống bảo vệ này có tên gọi là bảo vệ chống máy cắt hỏng Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ ở phần tử bị hư hỏng đã gửi tín hiệu đi cắt máy cắt,nhưng sau một khoảng thời gian nào đó dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại,có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác động.Dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào bảo vệ chống máy cắt hỏng ,rơle quá dòng được giữ ở trạng thái tác động ,sau một khoảng thời gian 100ms bảo vệ chống máy cắt hỏng gửi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt lân cận nối với chỗ hư hỏng • Bảo vệ cảnh báo chạm đất: Bảo vệ cảnh báo chạm đất thường dùng để phát hiện chạm đất ở hệ thống có trung tính cách điện.Để lọc điện áp thứ tự không thường dùng máy biến điện áp 3 pha 5 trụ với các cuộn thứ cấp được đấu thành hình tam giác hở hình 3.4 U 0> 3U0 0 U S Hình 3.4:Bảo vệ cảnh báo chạm đất SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 34 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp BI01 115kV BI02 23.5kV BI2 BI1 R K 1 2 ɵ 50 87T 87N 51 51 7UT-613 7SJ-621 50N 50BF 51N 51 50BF 51N BI3 46 7SJ-621 49 50BF 7SJ-621 59N Báo tín hiệu 10.5kV CHÚ THÍCH: 87T : Bảo vệ so lệch có hãm 87N : Bảo vệ so lệch thứ tự không 50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 51 : Bảo vệ quá dòng có thời gian 50N : Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 51N : Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian 49 : Bảo vệ chống quá tải 50BF : Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 59N : Bảo vệ quá điện áp thứ tự không 46 : Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 35 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC LOẠI RƠLE --------     -------4.1 Rơle bảo vệ so lệch 7UT613 4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG 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. Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ ra). Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phòng như bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng máy cắt. Bằng cách phối hợp các chức năng tích hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiện đại ngày nay. 4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 • Mạch đầu vào ▪ Dòng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A ( có thể lựa chọn được) ▪ Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz ( có thể lựa chọn được) ▪ Công suất tiêu thụ đối với các đầu vào: ▪ Với Iđm= 1A  0.3 VA ▪ Với Iđm= 5A  0.55 VA ▪ Với Iđm= 0.1A  1 mVA ▪ Đầu vào nhạy  0.55 VA ▪ Khả năng quá tải về nhiệt: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 36 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA o Theo nhiệt độ (trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 4.Iđm Dòng trong 10s : 30.Iđm Dòng trong 1s : 100.Iđm o Theo giá trị dòng xung kích: 250Iđmtrong1/2 chu kì ▪ Khả năng quá tải về dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao: o Theo nhiệt độ (trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 15A Dòng trong 10s : 100A Dòng trong 1s : 300A o Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong1/2 chu kì ▪ Điện áp cung cấp định mức: o Điện áp một chiều: 24 đến 48V 60 đến 125V 110 đến 250V o Điện áp xoay chiều: 115V ( f=50/60Hz) 230V o Khoảng cho phép : - 20%  +20% (DC)  15% (AC) o Công suất tiêu thụ : 5  7 W • Đầu vào nhị phân ▪ Số lượng :5 ▪ Điện áp danh định : 24  250V (DC) ▪ Dòng tiêu thụ : 1,8mA ▪ Điên áp lớn nhất cho phép: 300V (DC) • Đầu ra nhị phân ▪ Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo ▪ Khả năng đóng cắt: Đóng: 1000W/VA Cắt: 30 W/VA Cắt với tải là điện trở: 40W Cắt với tải là L/R  50ms: 25W ▪ Điện áp đóng cắt: 250V ▪ Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 37 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 5A không hạn chế thời gian 4.1.3 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 Hình 4.2: Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 • Phối hợp các đại lượng đo lường Các phía của máy biến áp đều đặt máy biến dòng, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau. Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ số biến đổi, tổ nối dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, dòng điện định mức, sai số, sự bão hoà của máy biến dòng. Do vây để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy biến dòng ở các phía máy biến áp thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía sơ cấp. Việc phối hợp giữa các đại lượng đo lường ở các phía được thực hiện một cách thuần tuý toán học như sau: Im = k.K.In Trong đó: Im ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC) k hệ số K ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp. In ma trận dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3) • So sánh các đại lượng đo lường và đặc tính tác động Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số: . . . ISL = I1 + I 2 + I 3 . . . IH = I 1 + I 2 + I 3 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 38 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA I1 , I 2 , I3 là dòng điện cuộn cao áp, trung áp và hạ áp máy biến áp. Có hai trường hợp sự cố xảy ra: ▪ Trường hợp sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ hoặc ở chế độ làm việc bình thường. Khi đó I1 ngược chiều với I 2 , I3 và I1 = I 2 + I 3 ISL= I1 − I2 − I3 = 0 IH =  Ii = 2. I1 ▪ Trường hợp sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ, nguồn cung cấp từ phía cao áp nên: ISL= I1 +I2 +I3 = I1 ( I 2 = I3 =0) IH = I1 + I2 + I3 = I1 Các kết quả trên cho thấy khi có sự cố (ngắn mạch) xảy ra trong vùng bảo vệ thì ISL= IH, do vậy đường đặc tính sự cố có độ dốc bằng 1. Để đảm bảo bảo vệ so lệch tác động chắc chắn khi có sự cố bên ngoài ta cần chỉnh định các trị số tác động cho phù hợp với yêu cầu cụ thể. Rơle 7UT613 được sử dụng có đường đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả mãn các yêu cầu bảo vệ . * I SL 10 Đặc tính tải 9 8 1231 I DIFF>> 7 d 6 Vùng tác động 5 1243 SLOPE2 Vùng hãm 4 c 3 1241 SLOPE2 2 1221 I DIFF> 1 Vùng hãm bổ sung b a 1 1242 BASE POINT1 2 3 4 1244 BASE POINT2 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1256 I-ADD ON STAB I H* Hình 4.3: Đặc tính tác động của rơle 7UT613. Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm các đoạn: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 39 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp IDIFF> của bảo vệ ( địa chỉ 1221), với mỗi máy biến áp xem như hằng số. Dòng điện này phụ thuộc dòng điện từ hoá máy biến áp. Đoạn b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp. Đoạn b có độ dốc SLOPE 1( địa chỉ 1241) với điểm bắt đầu là BASE POINT 1( địa chỉ 1242) Đoạn c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khoá bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hoà không giống nhau ở các máy biến dòng. Đoạn c có độ dốc SLOPE 2 (địa chỉ 1243) với điểm bắt đầu BASE POINT 2 (địa chỉ 1244) Đoạn d: Là giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ (địa chỉ 1231). Khi dòng điện so lệch ISL vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ. Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động. Các dòng điện ISL và IH được biểu diễn trên trục toạ độ theo hệ tương đối định mức. Nếu toạ độ điểm hoạt động (ISL, IH) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác động. • Vùng hãm bổ sung Đây là vùng hãm khi máy biến dòng bão hoà. Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu dòng điện ngắn mạch lớn làm cho máy biến dòng bão hoà mạnh. Hằng số thời gian của hệ thống dài, hiện tượng này không xuất hiện khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ. Các giá trị đo được bị biến dạng được nhận ra trong cả thành phần so lệch cũng như thành phần hãm. Hiện tượng bão hoà máy biến dòng dẫn đến dòng điện so lệch đạt trị số khá lớn, đặc biệt khi mức độ bão hoà của các máy biến dòng là khác nhau. Trong thời gian đó nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhầm. Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hoà và sẽ tạo ra vùng hãm bổ xung. Sự bão hoà của máy biến dòng trong suốt thời gian xảy ra ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi trị số dòng hãm có giá trị lớn hơn. Trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm bổ sung giới hạn bởi đoạn đặc tính b và trục IH (khác với 7UT513). SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 40 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA * ISL 9 Đặc tính sự cố 8 d 7 6 5 Miền hãm Miền tác động C c 4 3 2 Miền hãm bổ sung 1 a b B 0 A1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 * IH Hình 4.4:Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 Từ hình 4.4 ta thấy: Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố A, dòng sự cố tăng nhanh sẽ tạo nên thành phần hãm lớn. BI lập tức bị bão hoà (B). Thành phần so lệch được tạo thành và thành phần hãm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) có thể chuyển dịch sang vùng tác động (C). Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tính sự cố. Hiện tượng bão hoà máy biến dòng được phát hiện ngay trong 1/4 chu kỳ đầu xảy ra sự cố, khi sự cố ngoài vùng bảo vệ được xác định. Bảo vệ so lệch sẽ bị khoá với lượng thời gian có thể điều chỉnh được. Lệnh khoá được giải trừ ngay khi điểm hoạt động chuyển sang đường đặc tính sự cố. Điều này cho phép phân tích chính xác các sự cố liên quan đến máy biến áp. Bảo vệ so lệch làm việc chính xác và tin cậy ngay cả khi BI bão hoà. Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xác định bằng việc chỉnh định các thông số, chúng được sử dụng để hãm pha bị sự cố hoặc các pha khác hay còn gọi là chức năng khoá chéo. • Chức năng hãm theo các sóng hài Khi đóng cắt máy biến áp không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện có thể xuất hiện dòng điện từ hoá đột biến. Dòng đột biến này có SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 41 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA thể lớn gấp nhiều lần Iđm và có thể tạo thành dòng điện so lệch. Dòng điện này cũng xuất hiện khi đóng máy biến áp làm việc song song với máy biến áp đang vận hành hoặc quá kích thích máy biến áp. Phân tích thành phần đột biến này, ta thấy có một thành phần đáng kể sóng hài bậc hai, thành phần này không xuất hiện trong dòng ngắn mạch. Do đó người ta tách thành phần hài bậc hai ra để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ so lệch. Nếu thành phần hài bậc hai vượt quá ngưỡng đã chọn, thiết bị bảo vệ sẽ bị khoá lại. Bên cạnh sóng hài bậc hai, các thành phần sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để phục vụ cho mục đích hãm như: thành phần hài bậc bốn thường được phát hiện khi có sự cố không đồng bộ, thành phần hài bậc ba và năm thường xuất hiện khi máy biến áp quá kích thích. Hài bậc ba thường bị triệt tiêu trong máy biến áp có cuộn tam giác nên hài bậc năm thường được sử dụng hơn. Bộ lọc kĩ thuật số phân tích các sóng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần nào đó vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tín hiệu tới các khối chức năng để khoá hay trễ. Tuy nhiên bảo vệ so lệch vẫn làm việc đúng khi máy biến áp đóng vào một pha bị sự cố, dòng đột biến có thể xuất hiện trong pha bình thường. Đây gọi là chức năng khoá chéo. 4.1.4 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 Đây chính là bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không. Chức năng REF dùng phát hiện sự cố trong máy biến áp lực có trung điểm nối đất. Vùng bảo vệ là vùng giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính và tổ máy biến dòng nối theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp. • Nguyên lý làm việc của REF trong rơle 7UT613 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF sẽ so sánh dạng sóng cơ bản của dòng điện trong dây trung tính ( ISP) và dạng sóng cơ bản của dòng điện thứ tự không tổng ba pha. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 42 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA L1 I L1 L2 I L2 L3 I L3 I SL = 3I'0 3I''0 7UT613 Hình 4.5: Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. 3I'0 = ISP (Dòng chạy trong dây trung tính) 3I''0 = IL1 + IL2 + IL3 ( Dòng điện tổng từ các BI đặt ở các pha) Trị số dòng điện cắt IREF và dòng điện hãm IH được tính như sau: I REF = 3I0' I H = k.( 3I0' − 3I0'' − 3I0' + 3I0'' ) Trong đó k là hệ số, trong trường hợp chung, giả thiết k =1 Xét các trường hợp sự cố sau: . . Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ: khi đó 3 I 0" và 3 I 0' sẽ ngược pha và cùng . . biên độ, do đó 3 I 0" = −3 I 0' . Vậy ta có: IREF = 3I'0 IH = 3I0' − 3I0'' − 3I0' + 3I0'' = 2. 3I0' Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 2 lần dòng cắt. Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ của cuộn dây nối sao mà không có nguồn ở phía cuộn dây nối sao đó. Trong trường hợp này thì 3I''0 = 0, do đó ta có: IREF = 3I'0 IH = 3I0' − 0 − 3I0' + 0 = 0 Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 0. Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao có nguồn đi đến: 3I''0  3I'0 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 43 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA IREF = 3I'0 IH = 3I0' − 3I0'' − 3I0' + 3I0'' = −2. 3I0'' Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm âm. Từ kết quả trên ta thấy: ▪ Khi sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, dòng hãm luôn có giá trị âm hoặc bằng không (IH  0) và dòng cắt luôn tồn tại (IREF > 0) do đó bảo vệ luôn tác động ▪ Khi sự cố ở ngoài vùng bảo vệ không phải là sự cố chạm đất sẽ xuất hiện dòng điện không cân bằng do sự bão hoà khác nhau giữa các BI đặt ở các pha, bảo vệ sẽ phản ứng như trong trường hợp chạm đất một điểm trong vùng bảo vệ. Để tránh bảo vệ tác động sai, chức năng REF trong 7UT613 được trang bị chức năng hãm theo góc pha.. Thực tế 3I''0 và 3I'0 không trùng pha nhau khi chạm đất trong vùng bảo vệ và ngược pha nhau khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ do các máy biến dòng không phải là lí tưởng. Giả sử góc lệch pha của 3I''0 và 3I'0 là . Dòng điện hãm IH phụ thuộc trực tiếp vào hệ số k, hệ số này lại phụ thuộc vào góc lệch pha giới hạn gh. Ví dụ ở rơle 7UT613 cho k = 4 thì gh = 100, có nghĩa là với  > 100 sẽ không có lệnh cắt gửi đi. Ta có đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong rơle 7UT613. IREF REF> 4 Tripping 3 2 Blocking 120O 110O 1 O 100 O 90 80O '' , ' 70O (3I 0 3I 0) Hình 4.6: Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. 4.1.5 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 Rơle 7UT613 cung cấp đầy đủ các loại bảo vệ quá dòng như: • Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ • Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 44 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Bảo vệ quá dòng có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc. • Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian, đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc. Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không có đặc tính thời gian phụ thuộc của 7UT613 có thể hoạt động theo các chuẩn đường cong của IEC, ANSI và IEEE hoặc theo đường cong do người dùng tự thiết lập. 4.1.6 Chức năng bảo vệ chống quá tải Rơle 7UT613 cung cấp hai phương pháp bảo vệ chống quá tải: • Phương pháp sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt theo tiêu chuẩn IEC 60255-8. Đây là phương pháp cổ điển, dễ cài đặt. • Phương pháp tính toán theo nhiệt độ điểm nóng. Phương pháp tính toán theo nhiệt độ điểm nóng và tỉ lệ già hoá theo tiêu chuẩn IEC 60354. Người sử dụng có thể đặt đến 12 điểm đo trong đối tượng được bảo vệ qua 1 hoặc 2 hộp RTD (Resistance Temperature Detector) nối với nhau. RTD-box 7XV566 được sử dụng để thu nhiệt độ của điểm lớn nhất. Nó chuyển giá trị nhiệt độ sang tín hiệu số và gửi chúng đến cổng hiển thị.Thiết bị tính toán nhiệt độ của điểm nóng từ những dữ liệu này và chỉnh định đặc tính tỉ lệ. Khi ngưỡng đặt của nhiệt độ bị vượt quá, tín hiệu ngắt hoặc cảnh báo sẽ được phát ra. Phương pháp này đòi hỏi phải có thông tin đầy đủ về đối tượng được bảo vệ: đặc tính nhiệt của đối tượng, phương thức làm mát. Ngoài chức năng theo chế độ nhiệt như trên, rơle 7UT613 còn chống quá tải theo dòng, tức là khi dòng điện đạt đến ngưỡng cảnh báo thì tín hiệu cảnh báo cũng được đưa ra cho dù độ tăng nhiệt độ  chưa đạt tới các ngưỡng cảnh báo và cắt. Chức năng chống quá tải có thể được khoá trong trường hợp cần thiết thông qua đầu vào nhị phân. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 45 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 4.2 Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ621 4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 Rơle số 7SJ621 do hãng 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. Rơle này có những chức năng điều khiển đơn giản cho máy cắt và các thiết bị tự động. Logic tích hợp lập trình được (CFC) cho phép người dùng thực hiện được tất cả các chức năng sẵn có, ví dụ như chuyển mạch tự động (khoá liên động). Giao diện linh hoạt mở rộng cho những hệ thống điều khiển có kiến trúc giao tiếp hiện đại. • Các chức năng bảo vệ o Bảo vệ quá dòng có thời gian ( đặc tính thời gian độc lập/ đặc tính phụ thuộc/ đặc tính do người sử dụng cài đặt). o Phát hiện chạm đất với độ nhạy cao. o Bảo vệ chống hư hỏng cách điện. o Hãm dòng đột biến. o Bảo vệ động cơ ✓ Giám sát dòng cực tiểu. ✓ Giám sát thời gian khởi động. ✓ Hạn chế khởi động lại. ✓ Kẹt rotor. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 46 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA o Bảo vệ quá tải. o Giám sát nhiệt độ. o Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt. o Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch. o Tự động đóng lại. o Chức năng khoá. Chức năng điều khiển / logic lập trình được: o Điều khiển máy cắt và dao cách li. o Điều khiển qua bàn phím, đầu vào nhị phân, hệ thống DIGSI4 hoặc SCADA. o Người sử dụng cài đặt logic tích hợp lập trình được (ví dụ như cài đặt khoá liên động). Chức năng giám sát: o Đo giá trị dòng làm việc o Chỉ thị liên tục. o Đồng hồ thời gian. o Giám sát đóng ngắt mạch. o 8 biểu đồ dao động ghi lỗi. 4.2.2 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 • Chức năng bảo vệ quá dòng điện ▪ Người sử dụng có thể chọn bảo vệ quá dòng điện có đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. ▪ Các đặc tính có thể cài đặt riêng cho các dòng pha và dòng đất. Tất cả các ngưỡng là độc lập nhau. ▪ Với bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập, dòng điện các pha được so sánh với giá trị đặt chung cho cả ba pha, còn việc khởi động là riêng cho từng pha, đồng hồ các pha khởi động, sau thời gian đặt tín hiệu cắt được gửi đi. ▪ Với bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc, đường đặc tính có thể được lựa chọn. Rơle 7SJ621:Cung cấp đủ các loại bảo vệ quá dòng như sau: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 47 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA o 50: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ. o 50N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ. o 51 : Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc o 51N: Bảo vệ quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. o 50Ns, 51Ns: Chống chạm đất có độ nhạy cao, cắt nhanh hoặc có thời gian. o 67, 67N : Bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không có hướng. Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian phụ thuộc của 7SJ621 có thể hoạt động theo chuẩn đường cong của IEC (hình 4.8), hoặc đường cong do người dùng thiết lập Đặc tính dốc bình thường Đặc tính rất dốc Đặc tính cực dốc Hình 4.8 Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 • Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên là: ▪ Đặc tính dốc bình thường (normal inverse) : 0,14 .t P (s) t = 0,02 ( I/IP ) − 1 ▪ Đặc tính rất dốc (very inverse) : SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 48 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA t = 13,5 .t P (s) I/I P − 1 ▪ Đặc tính cực dốc (extremely inverse) : 80 t = .t P (s) 2 ( I/IP ) − 1 Trong đó: t : thời gian tác động của bảo vệ (sec) tP : bội số thời gian đặt (sec) I : dòng điện sự cố (kA) IP : dòng điện khởi động của bảo vệ (kA) • Chức năng tự động đóng lại Người sử dụng có thể đặt số lần đóng lại và khoá nếu sự cố vẫn tồn tại sau lần đóng lại cuối cùng. Nó có những chức năng sau: ▪ Đóng lại ba pha với tất cả các sự cố. ▪ Đóng lại từng pha riêng biệt. ▪ Đóng lại nhiều lần, một lần đóng nhanh, những lần sau có trễ. ▪ Khởi động của tự động đóng lại phụ thuộc vào loại bảo vệ tác động (ví dụ 46, 50, 51). • Chức năng bảo vệ quá tải Tương tự như chức năng bảo vệ quá tải trong rơle 7UT613,có thể được sử dụng như chức năng bảo vệ dự phòng cho ba phía máy biến áp,có thể điều chỉnh mức nhiệt cảnh báo dựa vào biên độ dòng điện • Chức năng chống hư hỏng máy cắt Khi bảo vệ chính phát tín hiệu cắt tới máy cắt thì bộ đếm thời gian của bảo vệ 50BF (T-BF) sẽ khởi động. T-BF vẫn tiếp tục làm việc khi vẫn tồn tại tín hiệu cắt và dòng sự cố. Nếu máy cắt từ chối lệnh cắt ( máy cắt bị hỏng ) và bộ đếm thời gian T-BF đạt tới ngưỡng thời gian giới hạn thì bảo vệ 50BF sẽ phát tín hiệu đi cắt các máy cắt đầu nguồn có liên quan với máy cắt hỏng để loại trừ sự cố. Có thể khởi động chức năng 50BF của 7SJ621 từ bên ngoài thông qua các đầu vào nhị phân, do đó có thể kết hợp rơle 7SJ621 với các bộ bảo vệ khác nhằm nâng cao tính chọn lọc, độ tin cậy của hệ thống bảo vệ. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 49 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA 4.2.3 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621 • Mạch đầu vào ▪ Dòng điện danh định: 1A hoặc 5A(có thể lựa chọn) ▪ Điện áp danh định: 115V/230V (có thể lựa chọn) ▪ Tần số danh định: 50Hz/60Hz (có thể lựa chọn) ▪ Công suất tiêu thụ: o ở Iđm= 1A :  0,05 VA o ở Iđm= 5A :  0,3 VA o ở Iđm= 1A nhạy cao) :  0,05 VA(cho bảo vệ chống chạm đất có độ ▪ Khả năng quá tải về dòng o Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 100.Iđm trong 1s 30.Iđm trong 10s 4.Iđm trong thời gian dài o Theo giá trị dòng xung kích: 250.Iđm trong 1/2chu kì ▪ Khả năng quá tải về dòng cho chống chạm đất có độ nhạy cao o Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 300A trong 1s 100A trong 10s 15A trong thời gian dài o Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong ½ chu kì • Điện áp cung cấp 1 chiều ▪ Điện áp định mức: 24/48V khoảng cho phép 19  58V. 60/125V khoảng cho phép 48  150V 110/250V khoảng cho phép 88  330V ▪ Công suất tiêu thụ: o Tĩnh (Quiescent) 3  4W o Kích hoạt (Energized) 7  9W • Các tiếp điểm đóng cắt ▪ Số lượng : 6 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 50 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA ▪ Khả năng đóng cắt : Đóng 1000 W/VA Cắt ▪ Điện áp đóng cắt 30 W/VA :  250 V ▪ Dòng đóng cắt cho phép : 30A trong 0,5s 6A với thời gian không hạn chế SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 51 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA RƠLE VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ --------     -------5.1 Chọn máy biến dòng điện,máy biến điện áp 5.1.1 Máy biến dòng điện Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiện sau: - Điện áp: UđmBI ≥ Umg - Dòng điện: IđmBI ≥ Ilvcb - Phụ tải: Z2đmBI ≥ Z2 = r2 - Ổn định nhiệt: (knhI1đm)2.tnh ≥ BN (Chỉ kiểm tra với máy cắt có Iđm≤1000A) - Ổn định động: 2 .kldđ.Iđm ≥ ixk Ta chọn dòng định mức phía sơ cấp cao hơn 30% ÷ 40% so với dòng điện làm việc lớn nhất. i Sđm BA I đm BI  I lvmax = 1, 4.I đm BA = 1, 4. 3.U đi m BA Trong đó: i :Công suất định mức của cuộn dây thứ i (cuộn cao, trung, hạ) của SdmBA MBA. i :Điện áp định mức của cuộn dây i. U dmBA + Phía 115 kV: BI1 I lv max = 1, 4. 25000 = 175,72 (A) 3.115 + Phía 23,5kV: BI2 I lv max = 1, 4. 25000 = 859,88 (A) 3.23,5 + Phía 10,5kV: BI3 25000 = 1924,5 (A) 3.10,5 • Chọn BI cho phía 110kV I lv max = 1, 4. Điện áp: U đm ( BI )  115kV Dòng điện: 110 kV 110 kV I đm ( BI )  I lv max = 175,72 A Chọn BI loại IMB123, với cấp chính xác 5P20 Các thông số chính: SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 52 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA U đm ( BI ) = 123 kV  U dm BA = 115kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 300 A  I lv max = 175,72 A (thỏa mãn) I nh.đm = 31,5 kA (trong 1s) I odd = 80 kA • Chọn BI cho phía 23,5kV Điện áp: U đm ( BI )  23,5kV Dòng điện: 23,5 kV 23,5 kV I đm ( BI )  I lv max = 859,88 A Chọn BI loại 4ME34, với cấp chính xác 5P20 Các thông số chính: U đm ( BI ) = 24 kV  U dm BA = 23,5kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 1000 A  I lv max = 859,88 A (thỏa mãn) I nh.đm = 80 kA (trong 1s) I odd = 200 kA • Chọn BI cho phía 10,5kV Điện áp: U đm ( BI )  10,5kV Dòng điện : 10,5 kV 10,5 kV I đm ( BI )  I lv max = 1924,5 A Chọn BI loại 4ME32, với cấp chính xác 5P20 Các thông số chính: U đm ( BI ) = 12 kV  U dm BA = 10,5kV (thỏa mãn) I đm ( BI ) = 2500 A  I lv max = 1924,5 A (thỏa mãn) I nh.đm = 80 kA (trong 1s) I odd = 200 kA Ta có bảng thông số kĩ thuật SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 53 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Bảng 5.1: Thông số của các BI được chọn Cấp điện áp Thông số 110kV 22kV 10kV IMB 123 4ME34 4ME32 Điện áp danh định (kV) 123 24 12 Dòng điện danh định sơ cấp (A) 300 1000 2500 Dòng điện danh định thứ cấp (A) 1 1 1 Dòng ổn định nhiệt trong 1s (kA) 31,5 80 80 Cấp chính xác 5P20 5P20 5P20 Loại BI 5.1.2 Máy biến điện áp • Điều kiện chọn: o Điện áp: UdđBU ≥ Ung. o Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo. sau: Dựa vào các điều kiện ta chọn máy biến điện áp với các thông số như Bảng 5.2. Thông số của các BU được chọn Cấp điện áp (kV) Loại BU Tỷ số biến Cấp chính xác 115 23,5 10,5 EMFC 145 EMFC 24 EMFC 24 110000 110 110 / / 3 3 3 22000 110 110 / / 3 3 3 3P 3P 10500 110 110 / / 3 3 3 3P 5.2 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7UT613 5.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 87T • Ngưỡng tác động cấp 1: ISL> Đoạn a: Giá trị này Biểu thị giá trị khởi động của bảo vệ. ISL(IDIFF) dòng so lệch ngưỡng thấp, xác định theo dòng không cân bằng IKCB trong chế độ làm việc bình thường (chủ yếu dòng từ hoá của máy biến áp): IDIFF > > IKCB SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 54 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA IKCB là dòng điện không cân bằng IDIFF > =( 0,1÷0,5)IdđBI; Thường chọn IDIFF >= 0,3IdđBI Đoạn b (SLOPE1): Đặc trưng cho độ hãm thấp tương ứng với dòng ngắn mạch trị số không lớn lắm (quá tải hoặc ngắn mạch ở xa) xác định theo độ dốc: tg1= 0,1÷0,25. Đoạn b đi qua gốc toạ độ. Theo nhà sản xuất thì độ dốc SLOPE1 = 0,25(tg1= 0,25) tương ứng và 1=14,03 thì cho phép thay đổi đầu phân áp của máy biến áp tới 20% I DIFF  0,3 =1, 2 = K Hb 0, 25 Đoạn c (SLOPE2): có độ dốc lớn hơn nhằm đảm bảo cho rơle làm việc trong điều kiện dòng không cân bằng lớn, BI bị bão hoà khi có ngắn mạch ngoài. Độ dốc này được xác định theo độ lớn của góc 2: tg2= 0,3÷0,75. Nhà sản xuất đã đặt sẵn trong rơle điểm cơ sở là 2,5. Chọn SLOPE2=0,5 (tg2=0,5) tương ứng và 2=26,56. Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất: IS1 = • Ngưỡng tác động cấp 2: ISL>> Dòng so lệch mức cao IDIFF >> là giới hạn trên đường đặc tính (đoạn d), đoạn đặc tính này phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch của máy biến áp. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng so lệch lớn hơn giá trị IDIFF >> thì rơle tác động ngay lập tức không kể mức độ dòng hãm, ngưỡng này thường được chỉnh định ở mức khi 1 lần ngắn mạch ở đầu ra máy biến áp và dòng sự cố xuất hiện lớn hơn ( i − j ) U N 0 0 min dòng danh định của máy biến áp. Thông thường: I DIFF  = U 1 % min (i− j ) N U N(i − j ) %Min = Min(U N(C −T ) %;U NC −H %) = Min(10,5%;17%) = 10,5% 1 I DIFF  = = 9,524 Chọn : 10,5% • Tỉ lệ hài bậc hai và bậc năm trong dòng so lệch Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị khoá, tránh cho rơle khỏi tác động nhầm (15%). • Phạm vi hãm bổ sung Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm khi BI bão hoà mạnh khi ngắn mạch ngoài lấy IADD ON STAB = 7 IdđBI. Thời gian trễ của cấp IDIFF > là 0s. Thời gian trễ của cấp IDIFF >> là 0s. SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 55 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Hình 5.1: Đặc tính tác động của rơle so lệch 7UT613 5.2.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF): ( I 0 / 87N) Dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. I kđ 87 N = K.I đmBI = ( 0,2  0,3) I đmBI Chọn dòng khởi động I kd 87 N = 0, 2.I đmBI = 0,2 (A) phía thứ cấp Thời gian trễ của bảo vệ: t87N = 0s 5.2.3 Cài đặt chức năng 49 (Chống quá tải MBA) Bảo vệ quá tải cho máy biến áp dùng chức năng bảo về quá tải theo nhiệt độ của rơle số 7UT613 Tính toán các thông số cần chỉnh định I Hệ số quá tải lâu dài cho phép: kqt = cp I dd Trong đó: Icp: Là dòng điện quá tải lâu dài cho phép kqt: do nhà sản xuất MBA quy định, thường lấy kqt = 1,1 tmax I max 2 ( ) [ phút ] 60 I cp Với Imax là dòng điện lớn nhất cho phép trong thời gian quá tải cho phép tmax(s). Máy biến áp được phép quá tải không quá 40% trong 5 ngày đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ tức là tmax = 6x60x60 = 21600s Hằng số thời gian nhiệt độ đốt nóng cuộn dây  = vậy  = tmax I max 2 21600 1, 4 2 ( ) = ( ) = 583[ phút ] 60 I cp 60 1,1 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 56 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Độ tăng nhiệt độ báo tín hiệu theo phần trăm của nhiệt độ tăng cắt warm/trip lấy bằng 90% 5.3 Cài đặt chức năng bảo vệ cho rơle 7SJ621 5.3.1 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:( I>>/ 50) Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được tính theo công thức: I kđ50 = K at .I Nngoàimax Trong đó: Kat - Hệ số an toàn Kat =1,2 INngoài max - dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất Bảo vệ phía 110 kV INngmax110 = Max{ IN2max; IN3max}=8,288 I kđ50 = 1,2.8,288= 9,946 Dòng điện cài đặt cho chức năng 50 của BI1: I kđ50( BI 1) = I kd50 .I cb1 = 9,946.0,126 = 1,253kA Thời gian trễ của bảo vệ t50 = 0sec 5.3.2 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh (I0 >> 50N ) Dòng điện khởi động : I kd50 N = Kat . I0 NMngoai max Trong đó: I0 NMngoai max = max{I0N1 ( BI1); I0N 2 ( BI1)} = 2, 276 Khi đó : I kd50 N = Kat . I0 NMngoai max = 1, 2.2, 276.0,126 = 0, 344kA Thời gian tác động thường lấy t=0,05s 5.3.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian:( I>/ 51) Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng được tính theo công thức sau: kkđI  = K at .K m I lv max = k .I đmMBA K tv Trong đó Kat: hệ số an toàn Km hệ số mở máy Ktv hệ số trở về của rơle Ilvmax dòng làm việc lớn nhất đi qua bảo vệ SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 57 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dòng khởi động của BV quá dòng cũng có thể chỉnh định theo công thức sau: Ikđ I> = k.IđmMBA k: hệ số chỉnh định, thường lấy k=1,6 IđmMBA: Dòng điện định mức máy biến áp tương ứng với các cấp bảo vệ • Bảo vệ phía 22 kV: Chức năng 51 của BV2 phải phối hợp với chức năng bảo vệ 51 của phía đường dây 22kV. Giả sử thời gian cắt lớn nhất với sự cố ngắn mạch pha-đất của các lộ đường dây 22kV nối vào thanh cái 22kV của máy biến áp t DZ22 = 1 sec. Để đảm bảo tính chọn lọc ta chọn cấp thời gian t = 0,3sec. Thời gian tác động của chức năng 51 của BV2 là: t22 = tDZ22 + t = 1 + 0,3 = 1,3 sec I cb 2 = 0,614kA I kd2251 = 1,6.I cb 2 = 1,6.0,614 = 0,983kA = 983 A • Bảo vệ phía 10,5 kV Cũng tương tự như BV2, chức năng 51 của BV3 phải phối hợp với chức năng bảo vệ 51 của phía đường dây. Giả sử thời gian cắt lớn nhất với sự cố ngắn mạch của các lộ đường dây 10,5kV nối vào thanh cái 10,5kV của máy biến áp t DZ10,5 = 1,2 sec. Để đảm bảo khả năng chọn lọc đúng thời gian tác động của chức năng 51 của BV3 là t10,5 = tDZ10,5 + t = 1,2 + 0,3 = 1,5 sec; (chọn t = 0,3sec) I cb3 = 1,375kA I kd10,551 = 1,6.I cb3 = 1,6.1,375 = 2,2kA = 2200 A • Bảo vệ phía 110 kV I cb1 = 0,126kA I kd11051 = 1,6.I cb1 = 1,6.0,126 = 0,202kA Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian độc lập, thời gian tác động của 110 bảo vệ được chọn tkd 51 = tcác cấp + Δt tcác cấp = Max{t10,5;t22} = Max{1,5;1,3} = 1,5sec 110 tkd 51 = 1,5 + t = 1,5 + 0,3 = 1,8sec 5.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian (I0 >/51N ) Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không được chọn theo công thức: Ikđ = K0. IđmBI Trong đó: K0 là hệ số chỉnh định, K0= 0,1 0,3 IđmBI dòng điện định mức phía sơ cấp của BI đấu với 51N • Bảo vệ phía 22 kV IđmBI Dòng điện định mức của bảo vệ phía 22kV đấu với 51N bằng với dòng điện định mức của bảo vệ phía 22kV đấu với 50 bằng 1000A I kd2251N = 0,3.I đdBI = 0,31000 = 300A = 0,3kA SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 58 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Thời gian tác động của bảo vệ quá dòng TTK phía phụ tải t0 = 1 s Suy ra: tkd2251N = t0 + t = 1 + 0,3 = 1,3s • Bảo vệ phía 110 kV IdđBI Dòng điện định danh của bảo vệ phía 110kV đấu với 51N bằng với dòng điện định danh của bảo vệ phía 110kV đấu với 50 bằng 300A I kd11051N = 0,3  I đdBI = 0,3300 = 90A = 0,090 kA Thời gian tác động của bảo vệ bảo vệ quá TTK phía phụ tải t0 = 1,3 s 110 Suy ra: tkd 51N = t0 + t = 1,3 + 0,3 = 1,6s 5.4 Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ 5.4.1 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle I Hệ số độ nhạy: K n = N min I kđ Trong đó: INmin: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất mà rơle đo được khi sự cố Ikđ: Dòng điện khởi động của rơle Với bảo vệ chính : Knmin = 1,5÷2 Với bảo vệ dự phòng : Knmin = 1,2÷1,5 • Phía 110 kV Bảo vệ phía 110 kV dùng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA đồng thời làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ phía 10,5 kV và 22 kV. ▪ Chức năng 51(I>) I N min I kđ 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ 2) 3) INmin = Min{I N( Nmin ; I N( Nmin } =4,534  I N min = 4,534.0,126 = 0,57kA Công thức kiểm tra: K n 51 = Ta có: I kđ11051 = 0,202kA I 0,57 = 2,82 >1 Đạt - Hệ số nhạy: K n 51 = N min = I kđ 51 0, 202 ▪ Chức năng 51N (I0>) I N min 3I 0min = I kd 51N I kd I0min: Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI1 khi ngắn mạch chạm đất. N2 I 0min = 1,066 I N min( BI 1) = I 0min .I cb1 = 1,066.0,126 = 0,134kA K n 51N = I kd11051N = 0,3  I đdBI = 0,09 kA đã tính ở phần trên SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 59 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA - Hệ số độ nhạy: I N min 3  0,134 = = 4, 47 > 1 Đạt 0,09 I kd 51N • Phía 10,5 kV K n 51N = ▪ Chức năng 51 I N min I kd 51 INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI3 khi ngắn mạch tại N3 N3 I Nmin = 4,534 I N = I N min .I cb3 = 4,534.1,375 = 6,231kA Công thức kiểm tra: K n 51 = Dòng khởi động I kd10,551 = 2,2kA I 6, 231 K n 51 = N min = = 2,832 >1 Đạt - Hệ số độ nhạy : 2, 2 I kđ 51 • Phía 22 kV ▪ Chức năng 51 I N min I kd 51 N INmin(22kV) :Dòng ngắn mạch cực tiểu chạy qua BI2 khi ngắn mạch tại N2 N2 I Nmin = 6,634 I N = I N min .I cb 2 = 6,634.0,614 = 4,073kA Công thức kiểm tra: K n 51 N = Dòng khởi động đã tính: I kd2251 = 0,983kA I 4,073 = 4,14 >1 Đạt - Hệ số nhạy : K n 51 = N min = I kđ 51 0,983 ▪ Chức năng 51N I N min 3.I 0min = I kd 51N I kd I0min :Dòng ngắn mạch TTK cực tiểu chạy qua BI2 khi ngắn mạch 1 pha tại N2 N2 I Nmin = 3,367 Trong hệ đơn vị có tên thì: I N = I N min .I cb 2 = 3,367.0,614 = 2,067kA Công thức kiểm tra: K n 51N = I kd2251N = 0,3  I đdBI = 0,3kA đã tính I 3  2,067 = 20,67 >1 Đạt - Hệ số độ nhạy: K n 51N = N min = 0,3 I kd 51N 5.4.2 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch 87/I. Để kiểm tra độ nhạy của chức năng 87 thì cần thiết phải loại bỏ thành phần dòng điện TTK trong thành phần dòng ngắn mạch (việc này để tránh cho rơle tác động nhầm khi có sự cố chạm đất phía ngoài vùng bảo vệ) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 60 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Kiểm tra độ an toàn hãm với sự cố ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ Để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ ta xét dòng ngắn mạch lớn nhất (Imax) khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại các điểm ngắn mạch N1; N2 ;N3 Dòng điện đưa vào rơle gồm có hai thành phần, được tính theo công thức: Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3 Ihãm = IH = Icao+ Itrung+Ihạ=Iqua BI1+Iqua BI2 +Iqua BI3  Theo lý thuyết khi sự cố ngoài vùng hoặc chế độ làm việc bình thường thì tổng dòng điện đi vào MBA bằng tổng dòng điện đi ra khỏi MBA nên dòng điện so lệch phải bằng không: Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = 0 Nhưng thực tế do các biến dòng BI không phải là lý tưởng nên các đặc tính của chúng không giống nhau hoàn toàn. Chính do sự sai khác về đặc tính của BI dẫn tới sẽ có một dòng không cân bằng chạy qua rơle trong chế sự cố ngoài vùng. Iso lệch = ISL = Icao - Itrung - Ihạ = Ikcb ≠ 0 Giá trị dòng điện không cân bằng này có xu hướng làm cho rơle tác động nhầm, để tránh cho rơle làm việc nhầm trong trường hợp này ta phải kiểm tra xem dòng điện hãm khi đó có đủ khả năng hãm rơle (nghĩa là có thắng được tác động của dòng không cân bằng) hay không. Giá trị dòng điện không cân bằng rất khó xác định chính xác, nhưng một cách gần đúng có thể xác định theo công thức: Ikcb = ISL=(kkck*kđn*fi+ΔU)* (If - I0)max Trong đó - kkck =1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần dòng điện không chu kỳ trong dòng điện ngắn mạch đến đặc tính làm việc của BI. - kđn =1 là hệ số thể hiện sự đồng nhất về đặc tính làm việc của các BI + kđn =1 nghĩa là đặc tính làm việc của các BI khác nhau hoàn toàn + kđn =0 nghĩa là đặc tính làm việc của các BI giống nhau hoàn toàn (điều này chỉ là lý thuyết, thực tế sẽ không xảy ra) - fi =0,1 là sai số cho phép lớn nhất của BI dùng cho mục đích bảo vệ rơle - ΔU : Độ thay đổi điện áp do việc điều chỉnh điện áp đến độ lớn dòng điện không cân bằng chạy qua rơle. Theo đầu đề thì phía 110kV có phạm vi điều chỉnh đầu phân áp là  9 x 1,78%. Như vậy có thể tính 9.1,78 = 0,16 giá trị ΔU theo công thức U = 100 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 61 Đồ án môn học - Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA INngmax : là dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất có thể chạy qua máy biến áp (nên qui đổi về cùng một cấp điện áp, ví dụ qui đổi về phía cao áp). Tổng kết : giá trị dòng điện không cân bằng lớn nhất có thể là Ikcb = ISL=(kkckkđnfi+U).INngmax = (1.1.0,1+0,16)INngmax = 0,26INngmax - Kđn là hệ số đồng nhất máy biến dòng, Kđn=1. - KKCK là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kì của dòng ngắn mạch trong quá trình quá độ, KKCK= 1. - fi : sai số tương đối cho phép của BI, fi = 10% = 0,1 - U là phạm vi điều chỉnh điện áp của đầu phân áp, U = 0,16 - INngmax: dòng điện ngắn mạch ngoài cực đại đã quy đổi về phía 110 kV. Xét các trường hợp: ▪ Phía 110kV (điểm ngắn mạch N1) Với sự cố 3 pha, 2 pha: không có dòng điện chạy qua các BI nên rơle không nhận được bất cứ giá trị dòng điện nào cả → rơle không tác động.Với sự cố 1 pha, 2 pha chạm đất: chỉ có thành phần dòng điện thứ tự không chạy qua BI1, không có dòng điện chạy qua các BI2 và BI3. Nhưng do rơle đã được thiết kế để luôn luôn loại trừ thành phần dòng điện TTK chạy qua nó nên kết quả là dù BI1 có dòng TTK chạy qua nhưng dòng điện này cũng bị loại trừ trong rơle, trường hợp này rơle không tác động vì cũng không có dòng điện chạy qua. ▪ Phía 22 kV (điểm ngắn mạch N2) Vì phía ngắn mạch 22kV trung tính nối đất trực tiếp, nhưng do rơle luôn luôn loại trừ dòng TTK nên phải tìm dòng điện Max khi đã loại trừ dòng điện TTK. Điều này dẫn đến thường dòng ngắn mạch 3 pha là dòng ngắn mạch Max. Dòng ngắn mạch 3 pha tại N2 ( N N(3)2 ) đã tính được trong chương 2, Kết quả ngắn mạch 3 pha tại N2 được lấy từ bảng 2.1 với chế độ Smax ta có: Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(3)2 8,288 8,288 0 Dòng điện so lệch được tính * * Ikcb = I SL = 0, 26.I Nngmax = 0,26.8,288 = 2,155 Dòng điện hãm * I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 8, 288 + 8, 288 + 0 =16,576 Vậy tại N3 thì rơle nhận được bộ giá trị (I*H ,I*SL ) = (16,576; 2,155) SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 62 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA ▪ Phía 10,5 kV (điểm ngắn mạch N3) Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dòng điện sự cố lớn nhất là ứng với dòng điện ngắn mạch 3 pha tại N3 ( N N(3)3 ) chế độ SMax). Theo kết quả tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle MBA Phía 10,5 có trung tính cách điện nên dòng điện sự cố lớn nhất là ứng với dòng điện ngắn mạch 3 pha tại N3 ( N N(3)3 ) trong chế độ 1MBA vận hành độc lập dòng ngắn mạch ngoài lớn hơn nên tính toán hệ số an toàn với chế độ này. Kết quả được lấy từ bảng 2.1 điểm ngắn mạch N N(3)3 , chế độ Smax có: Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(3)3 5,435 0 5,435 Dòng điện so lệch được tính: * * Ikcb = I SL = 0, 26.I Nngmax = 0,26.5,435 = 1,413 kA Dòng điện hãm: * I H = IBI1 + IBI2 + I BI3 = 5, 435 + 0 + 5, 435 = 10,87 Vậy tại N3 thì rơle nhận được bộ giá trị (I*H ;I*SL ) = (10,87; 1,413) Ta có: Hình 5.2: Kiểm tra độ an toàn hãm với sự cố ngắn mạch ngoài vùng 10,87 = 2,04  1,5 Đạt 5,326 16,576 = = 2, 43  1,5 Đạt 6,81 K athN 3 = K athN 2 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 63 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA • Kiểm tra độ an toàn sự cố ngắn mạch trong vùng bảo vệ Để kiểm tra độ nhạy khi có sự cố trong vùng bảo vệ, ta xét dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (Imin) khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại các điểm ngắn mạch N1'; N2'; N3'. Để tránh tác động nhầm đối với các sự cố ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ của MBA, dòng điện đưa vào rơle gồm có hai thành phần, được tính theo công thức chung là: Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= Iqua BI1 - Iqua BI2 - Iqua BI3 Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ| = |Iqua BI 1| + |Iqua BI 2| + |Iqua BI 3| Nhưng do khi ngắn mạch trong vùng thì dòng điện qua BI2 hoặc BI3 đổi chiều nên công thức trên trở thành: Isolệch = ISL= Icao - Itrung - Ihạ= IBI1 + IBI2 + IBI3 So sánh với dòng điện hãm Ihãm = IH= |Icao| + |Itrung| + |Ihạ|= |IBI 1| + |IBI 2| + |IBI 3| Như vậy có thể kết luận: khi sự cố trong vùng thì độ lớn dòng điện so lệch bằng độ lớn dòng điện hãm ISL = IH Phía 110 kV tại điểm N1’ Từ bảng 2.2, dòng ngắn mạch nhỏ nhất là N N(1)1' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(1) 31,774 0 0 ' 1 Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 31,774 + 0 + 0 = 31,774 Tổng kết: Tại N1’ thì rơle nhận được bộ giá trị (I*H ;I*SL ) = (31,774; 31,774) Phía 22 kV tại điểm N2’ Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất N N(2)2' Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(2) 6,734 0 0 ' 2 Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau: * * * Ikcb = I SL = I H = IBI1 + IBI2 + IBI3 = 6,734 + 0 + 0 =6,734 Tại N2’ thì rơle nhận được bộ giá trị (I*H ;I*SL ) = (6,734; 6,734) Phía 10,5 kV tại điểm N3’ Từ bảng 2.2, dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất N N(2)3' SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 64 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Dạng ngắn mạch BI1 BI2 BI3 N N(2) 4,534 0 0 ' 3 Dòng điện so lệch được và dòng điện hãm được tính như sau: * * * Ikcb = I SL = I H = I BI1 + I BI2 + I BI3 = 4,534 + 0 + 0 = 4,534 Tổng kết: Tại N N(2)3' thì rơle nhận được bộ giá trị (I*H ;I*SL ) = (4,534; 4,534) Ta có: Hình 5.3: Kiểm tra độ an toàn tác động với các sự cố trong vùng 4,534 = 4  1,5 Đạt 1,1335 6,734 K nhayN '2 = = 3,18  1,5 Đạt 2,117 31,774 K nhayN '1 = = 3,34  1,5 Đạt 9,524 5.4.3 Kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch TTK (87N/I0). K nhayN '3 = Hệ số độ nhạy của chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế được xác 3I định như sau: K n87 N = 0 N min I kd 87 N * Trong đó: I0Nmin : Dòng điện TTK min tại điểm ngắn mạch Ikđ87N : Dòng khởi động của chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế • Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 110 kV Ta có dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy về hệ có tên (phía thứ cấp của BI 110 kV) như sau: IkđREF = (0,2 0,3).IdđBI SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 65 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA Suy ra: Ikđ87N(110) = 0,2 300 = 60 A = 0,06 kA I 0,06 Trong hệ đơn vị tương đối: I kd* = kd 87 N = = 0, 476 (1) I dmBA(110) 0,126 Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại điểm N’1, theo kết quả tính toán ngắn mạch chương 2, chế độ SNmin dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ là trường hợp ngắn mạch hai pha N(1) phía N’1 (1) = 6,828 I 0min( N ) ' 1 Độ nhạy của bảo vệ : K n 87 N = 3I 0 N min 3  6,828 = = 43,03 > 1,5 Đạt I kd* 0, 476 • Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 22 kV Ta có dòng khởi động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế quy về hệ có tên (phía thứ cấp của BI 22kV) như sau: IkđREF = (0,2 0,3).IdđBI Suy ra: Ikđ87N(22) = 0,21000= 200 A = 0,2 kA I kd 87 N 0, 2 = = 0,326 (1) I ddBA(22) 0,614 Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại điểm N’2, theo kết quả tính toán ngắn mạch chương 2, chế độ Smin dòng ngắn mạch thứ tự không nhỏ nhất đi qua bảo vệ là trong trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất N(1) phía N2’: Trong hệ đơn vị tương đối: I kd = (1) = 3,198 I 0min( N ) ' 2 Độ nhạy của bảo vệ : K n87 N = 3I 0 N min 3  3,198 = = 29, 429 > 1,5 Đạt 0,326 I kd* SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 66 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho TBA TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS.TS Lã Văn Út – Ngắn mạch trong hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007. 2. GS.VS Trần Đình Long – Bảo vệ các hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2008. 3. Bộ môn Hệ thống điện trường ĐH Bách khoa Hà Nội – Hướng dẫn thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp, 2014 SV: Lê Bá Cường, MSSV: 20160539 Trang 67