Đồ án Tốt nghiệp bảo vệ rơ le trạm biến áp 110kv

Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 3 Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle 8 Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 9 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản 9 Đ2.3. Điện kháng các phân tử 9 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ 11 Đ2.5. Tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ 19 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện 29 Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ 33 3.1. Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp. 33 3.2. Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp. 33 3.3. Yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ 33 3.4. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp 34 Chương 4: Giới thiệu tính năng và thông số các rơle được sử dụng 42 Đ1. Bảo vệ máy biến áp 42 1. Bảo vệ so lệch máy biến áp rơle 7UT513 42 Đ2. Bảo vệ quá dòng có thời gian rơle SIPROTEC 7SJ600 56 Chương 5: Chỉnh định các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 66 5.1. Các thông số cần thiết cho việc tính toán bảo vệ 66 5.2. Chỉnh định bảo vệ so lệch dùng rơle 7UT513 66 5.3. Kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của rơle so lệch 73 5.4. Chỉnh định bảo vệ quá dòng điện dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 80 5.5. Chỉnh định bảo vệ quá tải nhiệt dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 84 5.6. Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở dây nối trung tính của máy biến áp với đất dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 86 5.7. Bảo vệ quá áp thứ tự không chống chạm đất phía 35kV và 10kV (59N/U0>) 87 Lời nói đầu Trạm biến áp là một mắt xích quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liên kết các hệ thống điện với nhau, liên kết các đường dây truyền tải và đường dây phân phối điện năng đến các phụ tải. Các thiết bị lắp đặt trong trạm biến áp đắt tiền, so với đường dây tải điện thì xác suất sảy ra sự cố ở trạm biến áp thấp hơn, tuy nhiên sự cố ở tram sẽ gây lên những hậu quả nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác. Ngoài những dạng sự cố thường xảy ra trong hệ thống như: Ngắn mạch, quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra đối với MBA như: Rò dầu, quá bão hoà mạch từ v.v… Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với các phần tử trong trạm biến áp cũng như trong hệ thống điện rất đa dạng. Do thiên tai lũ lụt, do hao mòn cách điện, do tai nạn ngẫu nhiên, do thao tác nhầm v.v… Sự cố xảy ra bất ngờ và bất kỳ lúc nào do đó yêu cầu hệ thống bảo vệ phải làm việc chính xác, loại trừ đúng phần tử hệ sự cố càng nhanh càng tốt. Để nghiên cứu, thiết kế bảo vệ Rơ le cho các phần tử trong hệ thống điện, cần phải có những hiểu biết về những hư hỏng, hiện tượng không bình thường xảy ra trong hệ thống điện, cũng như các phương pháp và thiết bị bảo vệ. Nội dung cuốn đồ án tốt nghiệp này là: Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV, gồm 5 chương. Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ và thông số chính. Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ Rơle Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ. Chương 4: Giới thiệu tính năng và thông số các loại Rơle định sử dụng. Chương 5: Tính toán các thông số của bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Do lần đầu tiên làm nhiệm vụ thiết kế và sự hạn chế của bản thân cũng như thời gian, cuốn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy VS.GS. Trần Đình Long cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội: Sinh viên Chương 1 Giới thiệu trạm biến áp Hưng Đông 1.1. Quá trình xây dựng và vận hành. Trạm biến áp Hưng Đông trực thuộc Công ty truyền tải Điện I Việt Nam, nằm ở địa phận phía tây bắc thành phố Vinh Tỉnh Nghệ An. Trạm có nhiệm vụ cung cấp điện cho tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một phần của tỉnh Quảng Bình. Nó là trạm liên lạc, kết nối giữa miền Bắc và Miền Trung trong hệ thống điện Việt Nam. 1.2. Các thiết bị chính của trạm. Trạm biến áp Hưng Đông nhận nguồn từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình qua 2 trạm Rịa và Thanh Hoá trên đường dây 271. 1.2.1. Máy biến áp (MBA). Trạm hiện có 2 MBA tự ngẫu AT3 và AT4 có cống suất định mức của mỗi máy là 125.000 KVA. Điện áp định mức 115/ 38,5/ 10,5 KV. 1.2.2. Máy cắt điện (MCĐ). Trong trạm hiện nay đang sử dụng các (loại) máy cắt: 4 MCĐ loại FXT - 14 dùng cho phía điện áp 220KV 8 MCĐ loại FXT - 11 dùng cho phía điện áp 110kV 10 MCĐ loại C-35M-630 loại nhiều dầu dùng cho phía điện áp. 12 MCĐ loại BMPЭ -10 dùng cho phía điện áp 10kV 1.3. Hệ thống đường dây. - Trạm có 5 đường dây 110kV đi ra, đó là: 172 đi Đô Lương Nghệ An. 171 đi Linh Cảm Hà Tĩnh. 174 đi thị xã Hà Tĩnh. 173 đường dây kép đi Bến Thuỷ Nghệ An. - Trạm có 7 đường dây 35 KV đi ra, đó là: 373 cấp cho huyện Nghi Lộc 374 cấp cho huyện Thanh Chương 375 cấp cho huyện Huỷ Nguyên 376 cấp cho huyện Nam Đàn 377 cấp cho huyện Diễn Châu 378 cấp cho thành phố Vinh 379 cấp cho thị xã Cửa Lò. - Ngoài ra trạm còn có 9 đường dây cung cấp cho các khu vực trong thành phố vinh và các vùng lân cận khác. 1.4. Hệ thống bảo vệ Rơle và tự động hoá. 1.4.1. Hệ thống bảo vệ Rơle phía 220 KV. Đường dây dùng loại 7SA513 của hãng Siemens và 67-67N của hãng GECALSTOM. Máy biến áp AT3 và AT4: Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM Bảo vệ dự phòng: 67 - 67N của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ rơ le hơi, dòng dầu, mức dầu. 1.4.2. Hệ thống bảo vệ Rơ le phía 110kV: Đường dây dùng loại: 7SA511 của hãng Siemens 7SJ 513 của hãng Siemens 67-67N của hãng GEC ALSTHOM. Máy biến áp T1 và T2. Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ dự phòng: 67 N của hãng GEC ALSTHOM.. Bảo vệ rơ le dầu, dòng dầu, mức dầu. Bảo vệ quá dòng phía 35 KV và 10kV dùng loại 50/51 của hãng GEC ALSTHOM. 1.4.3. Hệ thống tự động hoá. Điều khiển đóng cắt MCĐ Điều chỉnh điện áp các MBA Tự động sa thải phụ tải. Tự khởi động hệ thống quạt mát cho MBA. 1.5. Các thông số chính của máy biến áp. 1.5.1. máy biến áp AT3 và AT4. Tổ đấu dây Utự ngẫu/ D-0-11. Công suất định mức các cuộn dây: Cao 125000 KVA Trung 125000 KVA Hạ 63000 KVA Điện áp định mức các cuộn dây: Cuộn cao áp : 230 KV Cuộn trung áp : 121 KV Cuộn hạ áp : 10,5 KV. Điện áp ngắn mạch: Cao - Trung : 11,1% Trung - Hạ : 27,6% Cao - Hạ : 42,9%. Tổn hao ngắn mạch. Cao - Trung : 322 KW. Trung - Hạ : 276 KW. Cao - Hạ : 299 KW. Chế độ làm việc của trung tính: Nối đất trực tiếp. 1.5.2. Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây T1 và T2. Tổ đấu dây: UN - y - d11 Công suất định mức các cuộn dây: Cao : 2500 KVA Trung : 2500 KVA Cao : 2500 KVA Dòng điện định mức Cao : 125,5 (A) Trung : 375 (A) Cao : 1312 (A) Điện áp định mức các cuộn dây: Cao : 115 KV Trung : 38,5 KV Cao : 10,5 KV Điện áp ngắn mạch UN%. Cao - Trung : 10,25% Trung - Hạ : 17,89% Cao - Hạ : 6,25%. Tổn hao ngắn mạch: Cao - Trung : 128,47 KW Trung - Hạ : 139,61 KW Cao - Hạ : 108,3 KW. Nấc điều chỉnh điện áp: ± 9 . 1,78%. 10KV 350KV CST2 CS1T1 T1 T2 CDHQ 110KV 1.6. Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 và T2. Chương 2 Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơ le Tính toán ngắn mạch tại các vị trí trên sơ đồ nhằm tìm ra dòng sự cố (ngắn mạch) lớn nhất và nhỏ nhất đi qua vị trí đặt bảo vệ, phục vụ cho chỉnh định và kiểm tra độ nhạy của bảo vệ. Đối với trạm thiết kế bảo vệ phải tính dạng ngắn mạch như sau: Để tìm dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 3 pha N(3), ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1). Để tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 2 pha N(2), ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1). Khi tính ngắn mạch sử dụng các giả thiết. Coi tần số là không thay đổi trong thời gian ngắn mạch. Bỏ qua hiện tượng bão hoà của mạch từ trong lõi thép các phần tử. Bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải đối với dòng ngắn mạch. Bỏ qua điện trở của các phần tử. Cọi phía 35 KV của máy biến áp trung tính cách điện hoàn toàn với đất. Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch. 110KV BI1 B1 B2 BI2 BI3 N2 10KV 35KV N3 N1 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản. Chọn công suất cơ bản: Scb = 100 MVA Chọn điện áp cơ bản: Ucb = UTb các cấp Vậy: UCb1 = 115 KV; UCb2 = 37 KV; UCb3 = 10,5 KV Chọn : EHT = 1. Đ2.3. Điện kháng của các phần tử. Điện kháng các phần tử được tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản (Tđcb ký hiệu: *cb) 1. Điện kháng hệ thống. Theo tài liệu tính toán ngắn mạch của Trung tâm Điều độ Miền Bắc (A1) đối với trạm biến áp Hưng Đông, tại thanh cái 110kV có: SN max = 338 MVA ; Z0 / Z1 = 0,75 SN min = 283 MVA. Giá trị điện kháng thứ tự thuận. Chế độ hệ thống cực đại: XHTmax (*cb) = = 0, 296. Chế độ hệ thống cực tiểu: XHTmin (*cb) = = 0, 353. Giá trị điện kháng thứ tự không. Chế độ hệ thống cực đại: XOHTmax (*cb) = 0,75 . XHTmax (*cb) = 0,75 . 0,296 = 0,222. Chế độ hệ thống cực tiểu. XOHTmin (*cb) = 0,75 . XHTmin (*cb) = 0,75 . 0,353 = 0,265. 2. Điện kháng của máy biến áp: (MBA) Điện kháng các cuộn dây: = 0,430 XTB(*cb) = 0 vì UTN% ằ 0 = 0,285 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ. Để tính dòng ngắn mạch được đơn giản thì trong quá trình viết các đại lượng điện kháng ta bỏ ký hiệu (*cb). Dòng INmax qua bảo vệ được tính với: . Công suất của hệ thống cung cấp là cực đại (ứng với XHTmax) . Trạm biến áp có một máy làm việc hoặc 2 máy làm việc độc lập. Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch: HTĐ 110KV 35KV 10KV N3 N1 N2 BI I(n)N3 BI I(n)N2 I(n)N1 BI Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch 2.4.1. Ngắn mạch tại thanh cái 110kV (N1). Tại điểm ngắn mạch N1 do trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp nên cần tính các dạng ngắn mạch N(3), N(1), N(1,1). . Sơ đồ thay thế. X1S 0,296 N1 a) X2S 0,296 N1 b) X0S 0,17 N1 X1 0,222 N1 X2 0,43 ( ) X3 0,285 (D) c) Hình 2.3: Sơ đồ thay thế các thứ tự a) thuận b) Nghịch c) Không Trong đó: X1S = X2S = XHTmax = 0,296 X1 = HOHTmax = 0,222 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X0S = X1 // (X2 + X3) = 0,222 // (0,43 + 0,285) = 0,17 1. Ngắn mạch 3 pha: N(3) Từ sơ đồ thay thế (H. 2.3.a) có: X1S = 0,296 I(3)N1= = 3,378 Trong hệ đơn vị có tên: I(3)N1 = 3,378 . = 1696 (A) 2. Ngắn mạch một pha: N(1): ở dạng ngắn mạch này các thành phần dòng điện và điện áp được viết cho pha A (pha A là pha bị ngắn mạch) Sơ đồ thay thế (h 2.3) X1S = X2S = 0,296 X0S = 0,17 . Các thành phần dòng điện INA1 = INA2 = INA0 = = = 1,312. . Các thành phần điện áp: UNA1 = INA1 (X2S = + X0S) = 1,312 (0,296 + 0,17) = 0,611 UNA2 = -INA1 . X1S = -1,312 . 0,296 = -0,388 UNA0 = -INA1 . X0S = -1,312 . 0,17 = -0,223. . Vì chỉ có một nguồn cung cấp từ một phía về điểm ngắn mạch nên ta chỉ cần tính phân bố dòng I0 trong các nhánh, còn thành phần dòng I1 và I2 thì chỉ có dòng đi trong nhánh từ hệ thống tới điểm ngắn mạch. . Thay UNA0 và INA0 vào sơ đồ thay thế thứ tự không (h. 2.3.c) UNAO INAO 3 0,285 1 0,222 0,43 I(1) 01 I(1)OB Hình 2.4. Dòng thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch. = 1,0 I(1)OB = INAO = I01 = 1,312 - 1,0 = 0,312 Dòng ngắn mạch từ hệ thống đi về điểm ngắn mạch I(1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 = 2 . 1,312 + 1 = 3,624. Trong hệ đơn vị có tên: = 1819,4 (A) Dòng qua dây nối trung tính máy biến áp với đất. I(1)OTTB = 3.I(1)OB = 3. 0,312 = 0,936 Trong hệ đơn vị có tên: = 469,9 (A) 3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất: N(1). Sơ đồ thay thế (Hình 2.3) X1S = X2S = 0,296 X0S = 0,17 * Các thành phần dòng điện và điện áp. Các thành phần dòng điện và điện áp được viết cho pha (A) (là pha không bị sự cố). INA1 = = 2,475. INA2 = - INA1 . = -0,9 INA0 = - INA1 . = -1,57 UNA0 = UNA2 = UNA1 = INA1 . = 0, 27. Thay giá trị UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.3.c) UNAO INAO 3 0,285 1 0,222 2 0,43 I(1,1) 01 I(1,1)OB (Hình 2.5) X1 = XOHTmax = 0,222 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 Dòng thứ tự không đi từ hệ thống tới điểm ngắn mạch I(1,1)OB = INA0 - I(1,1)01 = -1,57 + 1,202 = -0,368 Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch (viết cho pha A) là: I(1,1)N1HT = INA1 + INA2 + I(1,1)01. Vì là ngắn mạch hai pha chạm đất, nên dòng ngắn mạch chính là dòng trong pha B (hoặc C). Trong hệ đơn vị có tên: = 1775,2 (A) Dòng thứ tự không qua dây nối trung tính MBA: = 1,104 Trong hệ đơn vị có tên: = 554,2 (A) 4. Xét điểm ngắn mạch (N'1) sau bảo vệ (BI). HTĐ 110KV 35KV 10KV N'1 BI BI I(n)NHT BI I(n)OB (Hình 2.6) Ngắn mạch 3 pha. Vì chỉ có một nguồn cung cấp nên dòng qua bảo vệ (BI) chính là dòng I(3)N1: là dòng ngắn mạch 3 pha do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. Ngắn mạch một pha và ngắn mạch 2 pha chạm đất. Vì chỉ có một nguồn cung cấp tới trạm nên dòng ngắn mạch qua bảo vệ (BI) chính là dòng ngắn mạch tổng do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch I(n)NHT "n: Số chỉ dạng ngắn mạch (1), (1 1)". Đ2.4.2. Ngắn mạch tại thanh cái 35 KV (điểm N2). Tại điểm N2 nằm trên thanh cái 35kV phía trung của máy biến áp, có trung tính cách điện với đất vì vậy chỉ cần tính cho trường hợp ngắn mạch 3 pha. Sơ đồ thay thế. 1 0,296 X1S 0,726 N2 2 0,43 N2 EHT EHT E(3)N2 (Hình 2.7) X1 = XOHTmax = 0,296 X2 = XCB = 0,43 X1S = X1 + X2 = 0,726 = 1,377 Trong hệ đơn vị có tên: = 2148,6 (A) Dòng qua bảo vệ HTĐ 110KV 35KV 10KV N2 BI3 BI2 IN BI1 I(3)N2 1 2 3 (Hình 2.8) Dòng qua bảo vệ 2 (BI2) khi ngắn mạch tại thanh cái 35 KV (N2) là: IBI2 = I(3)N2. = 691,3 (A) Đ2.4.3. Ngắn mạch tại thanh cái 10kV (N3). Phía hạ MBA cuộn dây đấu D nên chỉ tính ngắn mạch 3 pha. Sơ đồ thay thế. 1 0,296 X1S 1,011 2 0,43 EHT EHT N3 3 0,285 (Hình 2.9) X1 = XHTmax = 0,296 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X1S = X1 + X2 + X3 = 1,011 = 0,989 Trong hệ đơn vị có tên: = 5438,1 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ. HTĐ 110KV 35KV 10KV N3 BI3 BI2 IN BI1 I(3)N3 1 2 3 (Hình 2.10) Dòng qua bảo vệ 3 phía 10kV khi ngắn mạch tại N3 là dòng I(3)N3: IBI3 = I(3)N3 = 5438,1 (A) Dòng qua bỏ vệ 1 phía 110kV khi ngắn mạch tại N3 là dòng I(3)N3 qui về cấp điện áp 110kV. IBI1 = I(3)N3 (110) = = 496,5 (A) Tổng kết: Từ các kết quả đã tính toán ngắn mạch ở trên ta có dòng ngắn mạch qua các bảo vệ khi ngắn mạch tại N1, N'1, N2, N3 như bảng sau: Điểm ngắn mạch Dây ngắn mạch Dòng qua BV1 (A) Dòng qua BV 2 (A) Dòng qua BV3 (A) N(3) 0 - - N1 N(1) 156,6 - - N(1, 1) 184,2 - - N(3) 1696 - - N'1 N(1) 1819,4 - - N(1, 1) 1775,2 - - N2 N(3) 691,3 2148,6 - N3 N(3) 496,5 - 5438,1 Dòng qua dây nối trung tính MBA: Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua bảo vệ đặt ở dây nối TT N(3) 0 N1 (N'1) N(1) 469,9 N(1 ,1) 554,2 Đ2.5. Tính dòng ngắn mặch nhỏ nhất (INmin) qua bảo vệ. Dòng ngắn mạch min được tính với: Hệ thống cung cấp ở chế độ min Trạm biến áp 2 máy biến áp làm việc song song. HTĐ N1 N2 BI2 BI1 N3 BI3 10KV 35KV 110KV Hình 2.10 Đ2.5.1. Ngắn mạch trên thanh cái 110kV (điểm N1). Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch, không. N1 X1S 0,353 X0S 0,152 N1 X2S 0,353 N1 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 ( ) (D) (c) (a) (b) (Hình 2.11) X1S = XHTmin = X2S = = 0,353 X1 = XOHTmin = 0,265 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X0S = X1 // = 0,152 1. Ngắn mạch 2 pha "N(2)". Do sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch có giá trị điện kháng X1S = X2S Nên ta có thể tính I(2)N từ I(3)N theo công thức : Sơ đồ thay thế (H.11.a). = 2,833 = 2,454 Trong hệ đơn vị có tên: = 1232 (A) Xét điểm ngắn mạch N'1 nằm sau bảo vệ. BI1 110KV BI1 35KV BI2 HTĐ I(n)N1 I(n)OB1 N'1 I(n)N'1 N2 I(n)OB2 N1 BI3 10KV N3 Hình 2.12 Điểm ngắn mạch N'1 nằm sau vị trí của bảo vệ nên đối với ngắn mạch 2 pha thì dòng ngắn mạch qua bảo vệ cũng chính là dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I(2)BI1 = I(2)N'1 = I(2)N1 = 1232 (A) 2. Ngắn mạch một pha. Sơ đồ thay thế (H.2.11). X1S = X2S = = 0,353 X0S = 0,152 Các thành phần dòng điện và điện áp. (Viết cho pha A là pha bị sự cố). INA1 = INA2 = INA0 = = = 1,165 UNA1 = INA1 (X2S + X0S) = 1,165 .(0,353 + 0,152) = 0,58 UNA2 = -INA1 . X2S = -1,165 . 0,353 = -0,41 UNA0 = -INA1. X0S = -1,165 . 0,152 = - 0,177 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 I01 IOB1 IOB2 INA0 UNA0 Thay vào UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.11.c) (Hình 2.13) Dòng thứ tự không do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch là (I01): I01 = = 0,668. Dòng thứ tự không từ máy biến áp tới điểm ngắn mạch IOB1 = IOB2 = = 0,248. Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch N1: I(1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 = 2. 1,165 + 0,668 = 2,998 Xét điểm ngắn mạch N'1 (h.2.12). Dòng ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch N'1. 1I(1)BI1 = I(1)N1 = + IOB2 = 2,998 + 0,248 = 3,246 Dòng thứ tự không đi qua trung tính của máy biến áp khi ngắn mạch. I(1)BI1 = 3,246 . = 3,246. = 1629,6 (A). I0B1 = 0,248 . = = 124,5 (A) I(1)0TTB = 0,744 . = 373,5 (A) 3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất. Sơ đồ thay thế (H.2.11) X1S = X2S = = 0,353 X0S = 0,152 Các thành phần dòng điện và điện áp: Viết cho pha A là pha không hệ sự cố. INA1 = = 2,18 INA2 = -INA1. = - 0,655 INA0 = -INA1. = - 1,523 UNA0 = UNA2 = UNA1 = INA1 . = 2,18 . = 0,231 Thay giá trị UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.11c) 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 I01 IOB1 IOB2 INA0 UNA0 Dòng thứ tự không do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I01 = = -0,872 Dòng thứ tự không từ máy biến áp tới điểm ngắn mạch IOB1 = IOB2 = = -0,323 Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I(1,1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 Xét điểm ngắn mạch N'1 sau bảo vệ (H.2.12) Dòng ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch bao gồm dòng ngắn mạch tổng của hệ thống (I(1)N1HT) và dòng ITK từ máy biến áp B2 (IOB2). I(1,1)BI1 = I(1,1)N'1 = I(1,1)N1HT + IOB2 I(1,1)BI1 = INA1 + INA2 +I01 + IOB2 Đối với ngắn mạch 2 pha chạm đất thì dòng ngắn mạch thực chính là dòng trong pha B (hoặc C). Vậy ta có: I(1,1)BI1 = = = 3,139 Dòng thứ tự không đi qua trung tính MBA khi ngắn mạch I(1,1)OTTB = 3.IOB1 = 3.0,323 = 0,969 Trong hệ đơn vị có tên: = 1575,9 (A) IOB1 = IOB2 = 0,323 . = 162,1 (A) I(1,1)OTTB = 0,969 . = 486,4 (A) Đ2.5.2. Ngắn mạch trên thanh cái 35 KV (điểm N2). Đối với điểm ngắn mạch N2 ở phần này cũng chỉ cần tính trường hợp ngắn mạch N(2). Sơ đồ thay thế. X1S 0,568 N2 IM2 N2 X1S 0,353 2 0,43 2 0,43 IM21 IM22 X0S 0,152 N1 X1 = XHTmin = 0,353 X2 = XCB = 0,43 X1S = X1 + = 0,568 . Vì có X1S = X2S nên ta suy I(2)N = . I(3)N2 = = 1,76 I(2)N2 = .1,76 = 1,525 Dòng ngắn mạch đi trong 1 nhánh máy biến áp. I(2)N21 = I(2)N22 = = 0,7625. Trong hệ đơn vị có tên: = 1189,8 (A) Dòng mạch ngắn qua bảo vệ chính là dòng ngắn mạch đi trong một nhánh máy biến áp. Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 35 KV (BI2) khi ngắn mạch tại N2. I(2)BI2 = I(2)N21 = 1189,8 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 110kV (BI1) khi ngắn mạch tại N2 chính là dòng I(2)N21 qui về cấp điện áp 110kV. I(2)BI1 = 1189,8 . = 382,8 (A) Đ2.5.3. Ngắn mạch trên thanh cái 10kV (điểm N3). Tương tự điểm N2 ở đây ta chỉ tính ngắn mạch hai pha N(2). Sơ đồ thay thế. N3 1 0,353 2 0,43 2 0,43 IM31 IM32 3 0,285 3 0,285 EHT X1S 0,717 N3 IM3 X1 = XHTmin = 0,353 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X1S = X1 + = 0,711 I(3)N3 = = 1,406 I(2)N3 = . 1,406 = 1,218 Dòng ngắn mạch đi trong 1 nhánh máy biến áp. I(2)N31 = I(2)N32 = .1,218 = 0,69. Trong hệ đơn vị có tên: = 3348,6 (A) Dòng mạch ngắn qua bảo vệ phía 10kV (BI3) khi ngắn mạch tại N3. I(2)BI3 = I(2)N31 = 3348,6 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 110kV (BI1) khi ngắn mạch tại N3. I(2)BI1 = I(2)N31 . = 3348,6 . = 305,7 (A)  Bảng 2.3: Dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch tại các điểm: N1, N'1, N2, N3. Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua BV1 (A) Dòng qua BV 2 (A) Dòng qua BV3 (A) N(2) - - - N1 N(1) 124,5 - - N(1, 1) 162,1 - - N(2) 1232 - - N'1 N(1) 1629,6 - - N(1, 1) 1575,9 - - N2 N(2) 382,8 1189,8 - N3 N(2) 305,7 - 3348,6A Bảng 2.4: Dây thứ tự không (I0) đi qua dây nối trung tính máy biến áp khi có ngắn mạch chạm đất. Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua bảo vệ đặt ở dây nối TT N1 (N'1) N(1) 373,5 N(1, 1) 486,4 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện. Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau. - Điện áp : Uđm.BI ³ Umạng - Dòng điện : IđmBI ³ ILVcb - Phụ tải : Z2đm BI ³ Z2 ằ r2. - ổn định lực động điện: . Kôđđ . I1đm ³ iXK. - ổn định nhiệt: (Knh . I1đm)2. Tnh ³ BN. 2.6.1. Chọn BI cho cấp điện áp 110kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 110kV. Dòng làm việc cưỡng bức (ILVcb): là dòng cưỡng bức mạch cấp cho máy biến áp khi MBA làm việc ở chế độ quá dòng. ILVcb = = 183,7 (A). Dựa vào dòng điện ILVcb và Uđmmạng ta chọn loại TFHД - 110 OM: Có các thông số: Uđm = 110kV ISđm = 200 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 150. Kiểm tra ổn định lực động điện. Dòng ổn định lực động điện của BI. Iođđ = . Kôđđ . I1đm. = . 150 . 200 = 42,43 RA. Dòng ngắn mạch xung kích: IXK = . KXK . INmax (BI1) = . 1,85 . 1,057 = 2,765. KA (Trong HTĐ r << L vì vậy ta lấy gần đúng KXK = 1,85). Iođđ > IXK như vậy BI đạt ổn định lực động điện. Kiểm tra ổn định nhiệt. Xung lượng nhiệt của BI: Bnđm = (Knh - I1đm)2. tnh Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: BN = BNCK + BNKCK = I2N (t + Ta) t: là thời gian tồn tại ngắn mạch, lấy gần đúng bằng 0,1. Ta: hằng số thời gian. Ta = 0,05. BN = 1,0572 (0,12 + 0,05) = 0,19. BNđm > BN vậy BI ổn định nhiệt. 2.6.2. Chọn BI cấp điện áp 35kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 35kV. Dòng làm việc cưỡng bức: ILVcb = 1,4 . = 577 A. Chọn loại BI: TFH - 35M. Các thông số: Uđm = 35 KV ISđm = 1000 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 100. Kiểm tra ổn định lực động điện. Iođđ (BI) = .100 . 1000 = 141,42 RA. IXK = . 1,85 . 2,148 = 5,62 KA. Iođđ (BI) > IXK Vậy BI đạt ổn định lực động điện. BI không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì có Iđm nên khả năng ổn định nhiệt lớn. 2.6.3. Chọn BI cấp điện áp 10kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 10kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức: ILVcb = 1,4 . = 2020 A. Chọn loại BI: TPW - 10M. Các thông số: Uđm = 10kV ISđm = 3000 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 100. Kiểm tra ổn định lực động điện. Iođđ = .100 . 3000 = 424,2 KA. IXK = . 1,85 . 5,57 = 14,57 KA. Iođđ > IXK Vậy BI đạt điều kiện ổn định lực động điện. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của BI vì: IđmBI = 3000 A > 1000 A. 2.6.4. Chọn BU cấp 110kV. Điện áp định mức của mạng 110kV. Chọn loại: HKF - 110 - 58. Điện áp định mức sơ cấp: Usđm = 110kV Điện áp cuộn thứ cấp chính: UTđm = 100/V Điện áp cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 2000 VA. 2.6.5. Chọn BU cấp 35 KV. Điện áp định mức của mạng 35 KV. Chọn loại: 3HOM - 35. Các thông số: USđm = 35kV Điện áp cuộn thứ cấp chính: UTđm = 100/V Điện áp cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 1200 VA. 2.6.6. Chọn BU cấp 10kV. Điện áp định mức của mạng 10kV. Chọn loại: 3HOM - 10. Điện áp định mức sơ cấp: USđm = 10kV Điện áp cuộn định mức cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 400 VA. Chương III Lựa chọn phương thức bảo vệ 3.1. Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp (MBA). Ngắn mạch nhiều pha trong các cuộn dây máy biến áp. Sự cố một pha trong máy biến áp. Có hai trường hợp. + Các vòng dây trong cùng một pha chạm nhau. + Chạm đất và ngắn mạch chạm đất (chạm vỏ). Cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá huỷ, dòng điện xoáy quá lớn đốt cháy lõi thép. Vỏ máy biến áp hỏng dẫn đến mức dầu trong máy biến áp tụt quá mức cho phép gây nên phát nóng cục bộ. 3.2. Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp. Dòng điện trong các cuộn dây tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải, nếu dòng này tăng quá mức cho phép trong một thời gian dài sẽ làm lão hoá cách điện dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp. Các sự cố liên quan đến đầu máy biến áp. 3.3. Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ. - Tác động nhanh: hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cách nhanh nhất, giảm được mức độ hư hỏng của thiết bị. - Chọn lọc: Các bảo vệ cần phải phát hiện và loại trừ đúng phần tử hệ sự cố ra khỏi hệ thống. - Độ nhạy: Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số độ nhạy không thấp hơn 1,5, các bảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không thấp hơn 1,2. - Độ tin cậy: 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, không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được xác định. 3.4. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp. Trạm biến áp cần bảo vệ là trạm phân phối với hai máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 110/35/10kV làm việc song song, công suất mỗi máy là 25MVA. 3.4.1. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp. 1) Bảo vệ rơ le khí: Chống lại các hư hỏng bên trong thùng dầu như chạm chập các vòng dây đặt trong thùng dầu, rò dầu. Bảo vệ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động của dòng dầu trong thùng. 2) Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm tác động nhanh (87T/DI) được sử dụng làm bảo vệ chính cho máy biến áp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạm đất. Bảo vệ cần thoả mãn những điều kiện sau: . Làm việc ổn định đối với dòng không cần bằng xuất hiện khi đóng máy biến áp không tải vào lưới điện hoặc cắt ngắn mạch ngoài, bão hoà mạch từ của BI. . Đảm bảo độ nhạy với các sự cố trong khu vực bảo vệ. . Có biện pháp ngăn chặn tác động nhầm của bảo vệ so lệch khi dòng điện từ hoá tăng cao. 3) Bảo vệ quá dòng điện: (51/I>) (50/I>>). Bảo vệ phía 110kV làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch, làm việc với 2 cấp tác động: cấp tác động cắt nhanh và cấp tác động có thời gian. Cấp tác động có thời gian phải phối hợp tác động với các bảo vệ phía 35kV, 10kV. Bảo vệ quá dòng đặt ở phía 35kV và 10kV làm việc có thời gian và được phối hợp với bảo vệ quá dòng phía 110kV. 4) Bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ được đặt ở các phía của máy biến áp nhằm chống quá tải cho các cuộn dây. Rơle làm việc với đặc tính thời gian phụ thuộc và có nhiều cấp tác động: Cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp, cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống nếu nhiệt độ của máy biến áp tưang quá mức cho phép. 5) Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở phía trung tính máy biến áp. Bảo vệ này dùng chống ngắn mạch đất phía 110kV. Thời gian tác động của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bộc thay 51N. I.> 3 I.> I>> 1 I> 2 DI 4 I> I>> 10KV 35KV I>> I> qã 5 RK1 RK2 6 7 110KV Hình 3.4: Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA 1: Quá dòng điện cắt nhanh (50) 2: Quá dòng có thời gian (51) 3: Quá dòng thứ tự không (51N) 4: Bảo vệ so lệch có hãm (87T) 5: Bảo vệ rơle nhiệt (49) 6,7: Bảo vệ rơle khí (1,2) 3.4. Nguyên lý hoạt động của các loại bảo vệ. Hình 3.4:Bảo vệ khí MBA tự ngẫu. Chỗ đặt rơ le khí Thùng biến áp Bình giãn dầu a. Nguyên lý hoạt động của rơle khí. Hình 3.4.1 Rơ le khí làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động của dầu trong thùng dầu. Rơle khí thường đặt trên đoạn nối từ thùng dầu đến bình giãn dầu (hình 3.4.1.). Tuỳ theo rơle có 1 cấp tác động hay hai cấp tác động mà nó có 1 cấp tác động hay hai cấp tác động mà nó có một hoặc hai phao kim loại mang bầu thuỷ tinh con có tiếp điểm thuỷ ngân hoặc tiếp điểm từ. Cấp một của bảo vệ thường tác động cảnh báo. Cấp hai tác động cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống. ở trạng thái bình thường trong hình rơle đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm rơle ở trạng thái hở. Khi có sự cố bên trong thùng dầu như chạm chập cá vòng dây, cuộn dây, nhiệt độ hồ quang làm dầu bốc hơi và chuyển động mạnh. áp suất của hơi dầu và chuyển động của dầu nhấn chìm các phao xuống làm tiếp điểm của rơle đóng lại gửi tín hiệu đi cảnh báo hoặc cắt máy biến áp ra khỏi hệ thống. Rơ le cũng tác động khi có hiện tượng rò dầu, do lúc đó mức dầu trong thùng tụt xuống vì thế các phao cũng bị tụt xuống theo mức dầu làm cho các tiếp điểm của rơle đóng lại. Nếu mức dầu giảm ít thì chỉ tiếp điểm của phao cấp một đóng lại gửi tín hiệu đi cảnh báo. Nếu mức dầu giảm nhiều thì tiếp điểm phao cấp hai đóng gửi tín hiệu đi cắt máy cắt tách máy biến áp ra khỏi hệ thống . c. Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện. Phần tử được bảo vệ DI I1 + I2 BI1 IS1 IT1 IT2 BI2 IS2 N2 N1 Hình 3.5.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện. Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động trên nguyên tắc so sánh các giá trị biên độ dòng điện đi vào và đi ra của các phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai khác giữa hai dòng điện vượt quá giá trị nào đó thì bảo vệ sẽ cảm nhận đó là sự cố trong khu vực bảo vệ và sẽ tác động. Khu vực bảo vệ được giới hạn bởi vị trí đặt của biến dòng ở hai đầu phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng để so sánh. Khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài thì dòng so lệch (ISL) qua rơ le bằng không, rơ le không làm việc. Nếu bỏ qua sai số của BI thì khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài tại N1 (H.3.5.2) dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = DI=IT1-IT2 = 0. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (tại N2) dòng một phía (IT2) sẽ thay đổi cả chiều lẫn trị số. Khi đó dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = DI = IT1 - IT2 >> 0 Nếu ISL = DI lớn hơn một giá trị nào đó của (IKđ) dòng khởi động thì bảo vệ sẽ tác động tách phần tử bị sự cố ra. Trên thực tế do sai số của BI, đặc biệt là sự bão hoà mạch từ, do đó trong chế độ bình thường cũng như ngắn mạch ngoài vẫn có dòng qua rơle, gọi là dòng không cân bằng (Ikcb). Dòng khởi động của bảo vệ phải định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng. Ikđbv > Ikcb Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, thường người ta sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ. Rơ le so lệch có hãm so sánh hai dòng điện, dòng làm việc (ILV) và dòng hãm (IH). Rơ le sẽ tác động khi ILV>IH. Trong trường hợp ngắn mạch ngoài và chế độ làm việc bình thường, dòng điện làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm ILV < IH bảo vệ không tác động. ILV = ISL ằ 0 IH = IT1 + IT2. Khi ngắn mạch tại N2 trong phạm vi bảo vệ lúc đó. ILV = ISL = IT1 + IT2. IH = IT1 - IT2. Như vậy ILV > IH bảo vệ tác động. a2 a1 KH1 KH2 Tga = IH ILVmin ILV>> ILV Hình 3.5.2b: Đặc tính làm việc so lệch có hãm Vùng tác động Vùng hãm Vùng hãm bổ xung Đối với máy biến áp các thành phần sóng hài bậc cao (bậc 2 bậc 5) được tách ra để tăng cường hãm nhằm tránh tác động nhầm của bảo vệ khi đóng cắt máy biến áp không tải, máy biến áp bị kích thích hoặc ngắn mạch ngoài. Do dòng điện từ hoá xung kích, xuất hiện khi cắt máy biến áp không tải chứa một phân lượng rất lớn hài bậc cao (bậc 2) và có thể đạt đến trị số cực đại khoảng 20% á 30% trị số dòng sự cố. Còn khi máy biến áp quá kích thích thì thành phần hài bậc 5 tăng lên đột ngột. d. Nguyên lý làm việc của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50/I>>) và có thời gian (51/I>). I>> I> t1 I> T2 Quá dòng là hiện tượng dòng qua các phần tử tăng lên vượt quá giá trị lâu dài cho phép. Quá dòng điện xuất hiện khi có sự cố ngắn mạch hoặc quá tải. Khi làm việc bình thường dòng qua rơ le có giá trị nhỏ hơn giá trị dòng khởi động (IKđ) của rơle, khi đó rơ le không làm việc. Khi có sự cố trong phạm vi bảo vệ của rơle, dòng qua sơ le tăng lên, nếu dòng này vượt quá dòng khởi động thì rơ le sẽ tác động. Đối với rơle quá dòng điện cắt nhanh: Khi dòng điện Ikđbv qua bảo vệ tăng đến I > Ikđbv bảo vệ tác động cắt máy cắt tức thời với thời gian t ằ 0s. Đối với rơ le quá dòng điện có thời gian: Khi dòng điện qua bảo vệ (I) tăng đến I > Ikđbv thì bảo vệ sẽ hoạt động nhưng người ta sẽ khống chế thời gian đưa ra tín hiệu đi cắt máy cắt. Dòng khởi động của rơ le được chỉnh định theo biểu thức sau: INmin > Ikđ = Trong đó: ILVmax : Dòng làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được bảo vệ. Kat: Hệ số an toàn lấy Kat = 1,1 á 1,2 Km: Hệ số mở máy Km = 2 á 5 KV: Hệ số trở về KV = 0,8 á 0,9 đối với rơ le cơ, KV = 1 đối với rơ le tĩnh. INmin: Dòng ngắn mạch cực tiểu đi qua bảo vệ đảm bảo cho bảo vệ tác động được. d. Nguyên lý làm việc của vảo vệ quá dòng điện thứ tự không đạt ở trung tính máy biến áp. Bảo vệ này dùng để chống các dạng ngắn mạch chạm đất phía 110kV (H.3.4.2) Trong chế độ bình thường, nếu hệ thống có 3 pha hoàn toàn đối xứng và không có thành phần hài bậc cao thì dòng điện đi qua BI0 là bằng không. Tuy nhiên điều này không thể thực hiện được nên qua BI0 luôn có dòng điện không cân bằng (IKcb) chạy qua. Do đó phải chỉnh định rơle có dòng khởi động IKđ > IKcb. Trong chế độ sự cố chạm đất lúc đó dòng thứ tự không đi qua bảo vệ sẽ tăng lên. Nếu IOSC ³ IKđ thì bảo vệ sẽ tác động. I0 > BI0 35KV 10KV 110KV Hình 3.4.2 e. Bảo vệ quá tải rơle nhiệt (49/q0) Bảo vệ loại này phản ảnh 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. Cấp 1: Cảnh báo khởi động các mức làm mát, tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp. Cấp 2: Sau khi cấp 1 tác động không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian qui định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống. Chương IV Giới thiệu tính năng và thông số các rơle được sử dụng Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp điện lực, đặc biệt là trong những năm gần đây, cho phép thiết kế và xây dựng các hệ thống điện lớn, gồm các máy phát điện, máy biến áp có công suất lớn, các đường dây tải điện cao áp và siêu cao áp, với các hệ thống bảo vệ dùng thiết bị kỹ thuật số với những ưu việt rất lớn. . Tích hợp được nhiều chức năng vào một hộ bảo vệ nên kích thước gọn gàng. . Độ tin cậy và độ sẵn sàng cao nhờ giảm được yêu cầu bảo trì các chi tiết cơ khí và trạng thái cuả rơle luôn được kiểm tra thường xuyên. . Độ chính xác cao. . Công suất tiêu thụ bé ằ 0,1 VA. . Ngoài chức năng bảo vệ còn có thể thực hiện nhiều chức năng khác: Đo lường, hiển thị, ghi chép các thông số trong hệ thống. . Dễ dàng liên kết với các thiết bị khác và với mạng thông tin đo lường, điều khiển toàn hệ thống điện. Đ1: Bảo vệ máy biến áp Để bảo vệ cho máy biến áp ở đây ta chọn loại rơle 7UT513 (Siemens) làm bảo vệ chính cho máy biến áp; loại SIPROTEC 7SJ600 (Siemens) làm bảo vệ phụ và làm bảo vệ dự phòng. 1. Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T/DI). Rơle 7UT513 là loại rơ le số dùng bảo vệ cho máy biến áp 3 cuộn dây. 7UT513 tác động nhanh và chọn lọc, chống lại các dạng ngắn mạch xảy ra trong phạm vi bảo vệ. Ngoài bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây, rơle còn được sử dụng để bảo vệ các điểm phân nhánh có 3 nhánh hoặc phần tử có 3 đầu vào. Rơle cũng được sử dụng để bảo vệ chống chạm đất hạn chế cho máy biến áp, kháng điện và máy điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp. Rơle có bộ phận bảo vệ quá dòng có thời gian và bộ phận quá tải nhiệt, có thể bảo vệ quá dòng và quá tải cho các cuộn dây. 1.1. Một số tính năng hoạt động của Rơle. - Đặc tính làm việc ổn định. - ổn định với dòng đột biến chứa sóng hài bậc 2. - ổn định với dòng không cân bằng thoáng qua hoặc lâu dài. - Làm việc tin cậy với thành phần 1 chiều và sự bão hoà của máy biến dòng (BI). - Có độ ổn định cao đối với các mức độ bão hoà khác nhau của BI. - Tốc độ tác động nhanh đối với dòng sự cố lớn. - Có thể tăng độ nhạy đối với sự cố chạm đất bằng cách hiệu chỉnh dòng thứ tự không. - Thích ứng với các tổ đấu dây của máy biến áp. - Thích ứng với các tỷ số biến đổi của BI với sự khác nhau của dòng danh định. 1.2. Các thông số kỹ thuật và phạm vi chỉnh định. 1.2.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của Rơle. Mạch đo lường. Dòng danh định (IN): 1A hoặc 5A Tần số danh định: 50 Hz. Công suất tiêu thụ: 0,1 VA/pha. tương ứng với Idđ = 1A 0,1 VA/pha tương ứng với Idđ = 5A. Khả năng quá tải nhiệt: 100 Idđ trong thời gian Ê 1s 20 Idđ trong thời gian Ê 10s 4 Idđ trong thời gian lâu dài. Quá tải xung: 250 Iđm trong nửa chu kỳ. Điện áp nguồn thao tác (điện áp làm việc của rơle) nguồn một chiều qua bộ chỉnh lưu: 24V á 250V DC. Điện áp danh định (VDC) 24/48 60/110/125 220/250 Phạm vi thay đổi cho phép 19/56 48/144 176/288 Công suất tiêu thụ: 13 - 22W. Thời gian phục hồi điện áp khi sự cố mạch 1 chiều lớn hơn hoặc bằng 50S ở Uđm ³ 110 VDC. Tiếp điểm tác động: Số rơle tác động: 5 Số tiếp điểm trên một rơle: 2 thường mở (NO) Dung lượng đóng: 100W/VA. Dung lượng cắt: 30W/VA Điện áp tác động: 250 V Dòng cho phép: 30 A trong 50s. Tiếp điểm báo tín hiệu: Số rơle tín hiệu: 11 Số tiếp điểm trên một rơle: 1 chuyển tiếp (CO) hoặc 1 thường mở (NO) Dung lượng đóng, cắt: 20W/VA. Dòng cho phép: 1 A. Đầu vào nhị phân. Số đầu vào: 5 Điện áp làm việc: 24 - 250 VDC. Dòng điện tiêu thụ: 2,5mA. 1.2.2. Phạm vi chỉnh định đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA. . Cấp 1: ISL >; 0,15 Id đB á2IdđB bước chỉnh định 0,01 IdđB. . Cấp 2: ISL >>; 0,5 IdđB á20IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB. Trong đó: IdđB là dòng danh định của máy biến áp. . Tỷ lệ dòng đột biến (Chứa sóng hài bậc 2); 10% á 80% bước chỉnh định 1%. . Tỷ lệ sóng hài bậc cao (bậc 3, 4, 5): 10% á 80% bước chỉnh định 1%. . Thời gian chỉnh định: 0,00S á 60,00s bước chỉnh định 0,01s. . Thời gian phản ưng của rơle: 18ms á 35ms. 1.3. Phương thức hoạt động. a. Sự phối hợp các giá trị đo. Các dòng điện được cấp đến bộ bảo vệ theo từng pha qua các máy biến dòng trung gian. Các cổng vào được cách điện với nhau và cách điện đối với mạch điện. Điều này cho phép thực hiện điểm trung tích ngoài bộ bảo vệ hoặc thêm vào thiết bị tạo trung tính trong mạch dòng. Sự phối hợp tỷ số máy biến áp lực, máy biến dòng và sự lệch pha do tổ đấu dây của máy biến áp cần bảo vệ, được thực hiện một cách hoàn toàn toán học. Thông thường không phải dùng các máy biến dòng phối hợp. Các dòng điện vào được biến đổi tỷ lệ với dòng định mức của máy biến áp lực. Điều này được thực hiện bằng cách khai báo dữ liệu định mức máy biến áp lực như là: Dòng điện định mức công suất định mức trong khi chỉnh định bảo vệ. Khi tổ đấu dây đã được khai báo, thiết bị bảo vệ có khả năng thực hiện việc so sánh dòng điện theo công thức đã định trước. Dòng điện được biến đổi bằng các ma trận, với các hằng số được lập trình mô phỏng các dòng so lệch trong các cuộn dây của máy biến áp. Các nhóm véc tơ đều có thể được khai báo (kể cả đổi pha). Ngoài ra dòng chạm đất có thể được loại trừ. Bởi vậy, các dòng sự cố đi qua máy biến áp khi có sự cố chạm đất trong lưới điện được vô hiệu hoá. b. Đánh giá các đại lượng đo. Sau khi dòng chạm đất (dòng thứ tự không) được loại trừ rơle tích tỷ số biến dòng, nhóm véc tơ, các giá trị dòng điện so lệch (DIFF) và các giá trị dòng điện hãm (STAB) các giá trị tức thời của dòng sơ cấp (i1), thứ cấp (i2) cấp thứ 3 (i3) của các pha A, B, C của máy biến áp theo các mối tương quan sau: DIFF = ISL = STAB = IH = So sánh các giá trị DIFF và STAB với đặc tính cắt, đặc tính này phân chia vùng tác động và vùng không tác động. Các điều kiện làm việc chính của bảo vệ. Điều kiện 1: Liệc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài phạm vi bảo vệ: Trong trường hợp này dòng I1 và I2 có cùng độ lớn và ngược chiều nhau: I1=-I2. ISL = = 0 IH = = 2 I1. Khi đó không có tín hiệu tác động (ISL = 0), dòng điện bằng hai lần dòng ngắn mạch đi qua (IH = 2I1). Điều kiện 2: Ngắn mạch trong phạm vi bảo vệ (phần tử có số đầu vào và ra lớn hơn hoặc bằng 2) khi 2 nguồn cung cấp từ hai phía lúc đó I3 = 0, dòng I1 và I2 cùng chiều. ISL = IH = Dòng so lệch và hãm bằng tổng các dòng sự cố. Điều kiện 3: Ngắn mạch trong phạm vi bảo vệ, nguồn cung cấp từ một phía. Trường hợp này I2 = 0. ISL = = I1 ; IH = = I1. Dòng so lệch (IDIFF) và dòng hãm (ISTAB) bằng nhau và bằng dòng sự cố một phía. Như vậy đối với các sự cố trong phạm vi bảo vệ của rơle có ISL = IH và đặc tính sự cố là đứng thẳng có độ dốc bằng 1 (Hình 4.1) Vùng (hãm bổ xung) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vùng hãm Vùng tác động Đặc tính sự cố Giá trị đặt I/IN IH IdđB ISL IdđB 7 6 5 4 3 2 1 0 a b c d IBASA Hình 4.1: Đặc tính khởi động của bảo vệ cùng các giá trị chỉnh định Đoạn đặc tính (a), biểu diễn ngưỡng nhạy của rơle khi xét đến dòng không cân bằng cố định qua rơle trong chế độ làm việc bình thường. Đoạn đặc tính (b), xét đến dòng không cân bằng do sai số của BI sinh ra, sự khác nhau của tỷ số biến dòng, sự thay đổi đầu phân áp của máy biến áp. Đoạn này biểu diễn mức hãm cao hơn. Đoạn đặc tính (c), biểu diễn mức hãm cao hơn nhằm đảm bảo cho rơle làm việc tin cậy trong điều kiện dòng không cân bằng lớn. Đoạn đặc tính (d) biểu diễn ngưỡng tác động cắt nhanh của bảo vệ. Khi dòng so lệch đạt đến trị số của ngưỡng này, bảo vệ sẽ tác động cắt nhanh mà không quan tâm đến dòng hãm (IH). c) Chức năng phân tích tần số, hãm hằng số sóng hài bậc cao. Dòng so lệch có thể suất hiện không chỉ bởi sự cố trong máy biến áp hoặc quá kích thích của máy biến áp mà còn bởi dòng từ hoá xung kích khi đóng máy biến áp không tải, hoặc máy biến áp quá kích thích. Các trường hợp này được phát hiện bằng cách phân tích các thành phần sóng hài bậc cao chứa trong chúng. Dòng xung kích có thể lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức của máy biến áp và được đặc trưng bởi thành phần hài bậc 2 chứa trong nó (gấp đôi tần số công nghiệp) hài này thường không có trong trường hợp sự cố ngắn mạch. Bên cạnh sóng hài bậc 2 các thành phần bậc cao khác cùng xuất hiện. Đặc biệt là thành phần hài bậc 5, tăng lên một cách đột ngột khi máy biến áp bị quá kích thích. Các bộ lọc số được dùng để thực hiện phân tích FURE dòng so lệch (ISL). Khi lượng hài vượt quá giá trị đặt rơle sẽ bị hãm. 2.0 1,0 0,5 0,2 0,15 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Adjustable e.g IDIFF>/IN = 0,2 Adjustable e.g 2nd harmonic = 15% I2f/IfN IfN IN TRIP BLOCK 2.0 1,0 0,5 0,2 0,15 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Adjustable e.g IDIFF>/IN = 0,4 Adjustable 5nd harmonic = 40% I5f/IfN IfN IN TRIP BLOCK d. Hãm bổ sung. Vùng hãm bổ xung nhằm tăng cường độ ổn định của rơle trong trường hợp BI bị bão hoà mạnh do ngắn mạch ngoài. Rơle 7UT513 được trang bị thiết bị chỉ báo bão hoà thiết bị này sẽ phát hiện sự bão hoà và khởi động hãm bổ sung. Sự bão hoà của BI trong khi ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi dòng hãm lớn, dòng hãm này nhanh chóng chuyển điểm làm việc vào vùng hãm này nhanh chóng chuyển điểm làm việc vào vùng hãm bổ sung. Khi xuất hiện ngắn mạch trong, điểm làm việc lập tức chuyển đến đặc tính sự cố, thiết bị chỉ báo bão hoà thực hiện quyết định này chỉ trong một nửa chu kỳ đầu sau khi sự cố xuất hiện. e. Khởi động cắt: Khi dòng so lệch (DIFF) đạt tới 75% giá trị đặt, bảo vệ khởi động. Chương trình thực hiện tự kiểm tra và đo lường vận hành được chuyển về chế độ nền, toàn bộ khả năng tính toán được dùng cho các thuật toán bảo vệ. Để có quyết định phát tín hiệu cắt cần thoả mãn các tiêu chuẩn sau: . Dòng DIFF tần số công nghiệp cần vượt quá giá trị đã được chỉnh định. . Lượng hài bậc 2 và hậc 5 không vượt quá giá trị đã được đặt. . Tỷ số giữa dòng so lệch (DIFF) và dòng hãm (STAB) thể hiện sự cố bên trong vùng bảo vệ. Trong trường hợp đặc biệt, hai tiêu chuẩn nữa có thể được chấp thuận trước khi tín hiệu cắt được đưa đến rơle cắt. Quyết định cắt tồn tại suốt thời gian trễ TDIFF (nếu đặt thời gian trễ). Không có tín hiệu khoá người (Bảo vệ có thể được khoá qua cổng nhị phân). Nếu cả 5 tiêu chuẩn trên được đáp ứng, các rơle cắt sẽ tác động. . Rơle sẽ trở về khi trong 2 chu kỳ khởi động không nhận được tín hiệu dòng so lệch, tức là giá trị so lệch (DIFF) tụt thấp quá 50% giá trị đặt. 1.4. Các chức năng khác. a. Bảo vệ quá tải nhiệt. Trong tổ hợp rơle 7UT51 còn có bộ bảo vệ quá tải nhiệt để bảo vệ máy biến áp khỏi bị thiệt hại gây bởi quá tải. Bộ bảo vệ tính độ tăng nhiệt theo mô hình nhiệt của một vật thể độc lập (Single - body) theo biểu thức: Trong đó: q: Độ tăng nhiệt độ tức thời tương ứng qua nhiệt độ cuối với dòng điện cao nhất cho phép. t: Hằng số thời gian nhiệt cho việc nung nóng cuộn dây máy biến áp. I: Giá trị hiệu dụng của dòng điện tức thời cuộn dây (giá trị cực đại), tương ứng với dòng của cuộn dây có công suất cho phép lớn nhất Imax = K.IN. Sự tăng nhiệt độ được tính toán theo dòng điện pha. Việc tính toán cũng có thể được thực hiện theo pha có tốc độ tăng nhiệt độ cao nhất, giá trị trung bình của độ tăng nhiệt độ pha hoặc pha có dòng điện lớn nhất. Khi nhiệt độ tăng tới mức đặt đầu tiên, đèn báo động cảnh báo sáng. báo hiệu phải giảm tải. Nếu mức tăng nhiệt đạt tới mức đặt thứ 2, máy biến áp có thể được cắt bởi hệ thống. Rơle cũng có bộ phận cảnh báo khi quá dòng. . Phạm vi chỉnh định của chức năng bảo vệ quá tải nhiệt. Ngoài hệ số quá tải K, hằng số thời gian 2 và nhiệt độ báo hiệu qWARN phải được cài đặt vào bảo vệ. Hệ số quá tải K = 0,1 á 4, bước chỉnh định 0,01. Hằng số thời gian t = 1 á9,999 phút, bước chỉnh định 0,1 phút. Mức tăng nhiệt độ báo động: 0,1 Idđcd á 4Idđcd, bước chỉnh định 0,01Idđcd (Idđcd: dòng điện danh định cuộn dây). . Rơle có hai đặc tính thời gian làm việc (H.4.4) trước khi quá tải máy biến áp mang tải. t = t.Ln Trước khi quá tải máy biến áp mang tải 90% tải định mức. t = t.Ln . t phút 1000 20 0.20 0.10 0.05 1 2 10 3 0.50 0.30 2 1 5 2 4 3 6 5 1 I/k.I 5 10 8 10 12 N 100 20 50 500 200 100 30 50 t / phút 20 500 1000 100 200 50 I/k.I 20 0.20 0.10 0.05 1 2 0.50 0.30 1 5 10 3 2 3 2 1 4 5 5 8 6 10 12 10 N t phút t / phút 100 30 50 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá tải - có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Ban đầu không mang tải) Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Ban đầu mang 90% tải định mức) Hình 4.4. Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải nhiệt rơle 7UT513 b. Bảo vệ quá dòng có thời gian. Có thể dùng làm bảo vệ dự phòng cho các cuộn dây máy biến áp với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. Đặc tính thời gian độc lập có 2 cấp tác động. Cấp I>: I/IdđB = 0,1 á 30, bước chỉnh định 0,01. Thời gian tác động: 0,00s á 32,0s, bước chỉnh định 0,01s Cấp I>>: I/IdđB = 0,1 á 30, bước chỉnh định 0,01. Thời gian tác động: 0,00s á 32,0s, bước chỉnh định 0,01s. * Đặc tính thời gian phụ thuộc. Có ba họ đường cong đặc tính phụ thuộc (H.4.1.5). Phụ thuộc bình thường (độ dốc bình thường) t = (s) Phụ thuộc rất cao (cực dốc) t = (s) * Phạm vi chỉnh định đối với đặc tính phụ thuộc. Ip: 0,1 . IdđB á 20.IdđB, bước chỉnh định 0,01 IdđB. TP: 0,5s á 32,0s, bước chỉnh định 0,01s 10 2 0.1 0.05 0.4 0.3 0.2 0.50 1 t[s] 40 30 20 5 4 3 10 100 50 2 4 6 8 8 I/Ip 20 0.5 2 1 4 Tp[s] 32 16 Phụ thuộc cao (b) Phụ thuộc thường (a) 100 30 0.4 0.3 0.2 0.50 0.1 0.05 t[s] 2 2 1 4 40 10 5 4 3 20 50 Tp[s] 0.5 32 6 8 10 I/Ip 20 2 4 8 16 0.2 0.05 0.1 4 0.50 0.3 0.4 3 2 1 50 40 20 30 10 5 4 2 6 8 10 t[s] 100 8 I/Ip 20 4 Tp[s] 32 16 Phụ thuộc rất cao (c) Hình 4.5: Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7UT513 c. Bảo vệ chống đất hạn chế (BVCCĐHC) Dùng để bảo vệ cuộn dây máy biến áp, máy phát điện, động cơ, kháng điện có trung tính trực tiếp nối đất. Độ nhạy cao với ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ. Độ ổn định cao khi xảy ra ngắn mạch chạm đất trong vùng bảo vệ vì dùng phương pháp ổn định bằng cách tính toán độ lớn và góc pha của dòng ngắn mạch. * Giới hạn chỉnh định dòng: 0,05 á 2,00, Bước chỉnh định 0,01. * Góc giới hạn: fLIMITS = (I'0, I''0). Trong đó: I'0 là dòng điện đi qua BI đặt ở dây trung tính nối đất. I''0 là dòng điện đi qua BI đặt ở các đầu ra của dây cuốn máy biến áp. * Hệ số hãm dòng điện không cân bằng (K) K = 10% á 80%; Bước chỉnh định 1%. * Thời gian tác động: 0,00S á 60,00s; bước chỉnh định 0,01s. * Thời gian trở về: 0,008 á 60,00s; bước chỉnh định 0,01s. LIMIT Vùng tác động - 0.4 F - 0.5 - 0.2 - 0.3 4 - 0.1 0 1 3 2 REF Io' I Vùng khóa. 0.1 0.2 0.3 0.4 I'0/I''0 Hình 4.1.4a: Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất phụ thuộc vào tỉ số dòmg điện: I0"/I0'. Vùng tác động LIMIT F 1 3 4 2 3 Io' REF I (Io',Io") Vùng khóa. F Hình 4.1.4b: Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất phụ thuộc vào góc lệch pha giữa I0' , I0''. * Nguyên lý của BVCCĐHC: 7UT513 I0''= I1 + I2 + I3 I0' I1 I3 I2 Hình 4.I.4c. Bảo vệ so sánh dòng điện đi qua dây nói trung tính (I'0) với tổng dòng điện TTK chạy trong các pha (I''0) * Dòng điện tác động: IREF = ẵI'0ẵ * Dòng điện hãm ISTAB = K ( ẵI'0 - I''0ẵ + ẵI'0 + I''0ẵ) (trong đó: K là hệ số hãm). * Giả thiết K = 1, biên độ I'0 và I''0 bằng nhau thì ngắn mạch ngoài hoặc chế độ bình thường IREF = ẵI'0ẵ ; ISTAB = 2. ẵI'0ẵ Bảo vệ hệ khoá: Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ: IREF = ẵI'0ẵ ; ISTAB = 0 hoặc -2 ẵI'0ẵ bảo vệ sẽ tác động. * Trên đây ta xét trường hợp coi như I'0 và I''0 là cùng pha nếu ngắn mạch trong vùng bảo vệ hoặc ngược pha nếu ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ. * Thực tế do sai số của BI nên phải xét đến góc f (I''0, I'0). Đặc tính tác động của bảo vệ như hình vẽ (hình 4.1.4.b). Đ2. Bảo vệ quá dòng có thời gian (I > /51) Để bảo vệ quá dòng cho máy biến áp ở các phía dùng loại rơle SIPROTEC 7SJ600 (Siemens) rơle được đặt ở cả ba phía của máy biến áp để bảo vệ quá dòng, quá tải, đặt ở dây nối đất trung tính máy biến áp để bảo vệ quá I0. SIPROTEC 7SJ600 là loại rơle số có đặc tính thời gian độc lập và đặc tính phụ thuộc. Rơle được sử dụng để bảo vệ máy biến áp, đường dây bên không, đường dây cáp, động cơ. Bên cạnh bảo vệ quá dòng điện rơle 7SJ600 còn bảo vệ quá tải nhiệt, bảo vệ quá tải không đối xứng và kiểm tra thời gian mở máy động cơ. Rơle có khả năng lưu trữ thông tin tức thời của các sự cố xảy ra trong mạng, phục vụ cho việc phân tích các sự cố tiếp theo. Dòng sự cố được phát hiện trong từng pha riêng biệt, dòng qua đất được tình toán từ dòng các pha. Rơle làm việc tin cậy đối với thành phần một chiều, dòng từ hoá đột biến, dòng điện nạp và tần số cao trong dòng đo lường. Rơle có bốn họ đặc tính thời gian phụ thuộc theo tiêu chuẩn IEC và tám họ đặc tính thời gian phụ thuộc theo tiêu chuẩn ANSI/TEEE. 2.1. Thông số kỹ thuật chính. Dòng danh định: 1A hoặc 5A. Tần số danh định: 50Hz Công suất tiêuthụ: Đối với dòng 1A, < 0,1 VA. Khả năng quá tải: Quá tải nhiệt 100Idđ trong thời gian Ê 1s 30 Idđ Idđ trong thời gian Ê 10s 4 Idđ trong thời gian lâu dài Qúa tải xung: 250. Idđ trong thời gian một nửa chu kỳ. 2.2. Đặc tính làm việc của rơle và phạm vi chỉnh định. a. Bốn họ đặc tính thời gian phụ thuộc theo tiêu chuẩn IEC. Đặc tính thời gian làm việc: Phụ thuộc bình thường: t = .Tp (s) Phụ thuộc cao: t .Tp (s) Phụ thuộc rất cao. t = Dùng cho chạm đất kéo dài: t = Trong đó: t: Thời gian tác động cắt. TP: Thời gian trễ chỉnh định. I: Dòng sự cố. IP: Giá trị dòng khởi động. Trong trường hợp sự cố chạm đất, thay IP bằng IEP vào các phương trình đặc tính trên khi sử dụng rơle vào làm bảo vệ chạm đất. (IE - dòng qua đất). Với mỗi đặc tính thời gian phụ thuộc còn có thêm cấp tác động thứ hai tức thời hoặc có đặc tính thời gian độc lập và cấp thứ ba tác động tức thời. 10 2 0.1 0.05 0.4 0.3 0.2 0.50 1 t[s] 40 30 20 5 4 3 10 100 50 2 4 6 8 8 I/Ip 20 0.5 2 1 4 Tp[s] 32 16 Phụ thuộc cao (b) Phụ thuộc thường (a) 100 30 0.4 0.3 0.2 0.50 0.1 0.05 t[s] 2 2 1 4 40 10 5 4 3 20 50 Tp[s] 0.5 32 6 8 10 I/Ip 20 2 4 8 16 0.2 0.05 0.1 4 0.50 0.3 0.4 3 2 1 50 40 20 30 10 5 4 2 6 8 10 t[s] 100 8 I/Ip 20 4 Tp[s] 32 16 Phụ thuộc rất cao (c) 1000 300 4 3 2 5 1 0.05 t[s] 20 2 10 4 400 100 50 40 30 200 500 Tp[s] 0.1 32 6 8 10 I/Ip 20 0.2 0.4 0.8 16 0.05 Dùng cho chạm kéo dài Hình 4.5: Đặc tính thời gian phụ thuộc của rơle 7SJ600 Phạm vi chỉnh định. - Cấp tác động vơi thời gian phụ thuộc: Ipkđ: 0,1. IdđB - 4IdđB bước chỉnh định 0,1. IđđB. IEpkđ: 0,1 . IdđB bước chỉnh định 0,1. IdđB. Thời gian trễ chỉnh định TP: 0,05s - 3,20s bước chỉnh định 0,01s. - Cấp tác động tức thời hoặc theo đặc tính thời gian độc lập. Ipkđ: 0,1 IdđB - 25,0 . IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB IEpkđ: 0,1 IdđB - 25,0 . IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB Thời gian trễ chỉnh định TP: 0,00s - 60,00s bước chỉnh định 0,01s. - Cấp tác động tức thời : Ikđ: 0,3 IdđB - 12,5 IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . Đặc tính thời gian độc lập. Rơ le 7SJ600 có 3 cấp tác động theo đặc tính thời gian phụ thuộc. Cấp 1: Ikđ. 0,1 IdđB á 25. IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . IEkđ. 0,1 IdđB á 25. IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . Cấp 2: Ikđ. 0,1 IdđB - 25. IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . IEkđ. 0,1 IdđB - 25. IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . Cấp 3: Tác động nhanh tức thời. Ikđ: 0,3 IdđB - 12,5. IdđB bước chỉnh định 0,1 IdđB . Thời gian trễ chỉnh định cho cấp 1 và cấp 2 trong khoảng 0,00s á 60,00s, thời gian phản ứng của rơle từ 20s đến 35s. 3. Bảo vệ quá tải. Rơle 7SJ600 ngoài các chức năng trên còn có chức năng bảo vệ quá tải. Có hai phương thức bảo vệ quá tải. - Bảo vệ có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Overload protection with total memory). - Bảo vệ không theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Overload protection without memory). a. Phương thức bảo vệ có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải. Theo phương pháp này bảo vệ sẽ theo dõi toàn bộ dòng phụ tải, ngay cả khi hiện tượng quá tải không sảy ra. Bảo vệ xác định độ tăng nhiệt độ theo mô hình của một vật thể độc lập, theo phương trình. Trong đó: q: Độ tăng nhiệt độ tức thời có liên quan tới nhiệt độ cuối cùng ưng với dòng điện cực đại. t: Hằng số thời gian nhiệt cho việc nung nóng cuộn dây. I: Dòng điện tức thời của cuộn dây tương ứng với dòng cao nhất trong các cuộn. Khi nhiệt độ tăng đến ngưỡng đầu tiên, tín hiệu báo động sẽ được gửi đi, nhằm báo động giảm tải. Nếu nhiệt độ đạt tới ngưỡng nhiệt độ cắt, thiết bị được bảo vệ sẽ được cắt ra khỏi lưới. Độ tăng nhiệt độ được tính cho từng pha riêng biệt. Nhiệt độ lớn nhất của một trong ba pha sẽ quyết định ngưỡng tác động. Khi nhiệt độ đạt tới ngưỡng cảnh báo, bảo vệ sẽ đếm thời gian "chờ đợi" cho tới khi tác động, theo công thức: t = t.ln Sau khi đã tác động cắt, thời gian trở về được đếm và báo hiệu cho tới khi nhiệt độ hạ xuống dưới mức cảnh báo. - Phạm vi chỉnh định: Hệ số quá tải K: 0,4 á 2,00 bước chỉnh định 0,01. Hằng số thời gian t: 1,0 á 999,9 phút chỉnh định 0,1 phút. Mức nhiệt độ cảnh báo: 50% á 90% nhiệt độ tác động cắt, bước chỉnh định 1%. Đặc tính thời gian tác động. t = t.ln Trong đó: t: Thời gian tác động t: Hằng số thời gian. I: Dòng phụ tải. Ipre: dòng phụ tải quá khứ. k: Hệ số quá tải. b. Phương thức bảo vệ không theo dõi toàn bộ dòng phụ tải. Theo phương thức này bảo vệ chỉ xác định dòng điện phụ tải khi hiện tượng quá tải xảy ra. Khi dòng điện ở một trong các pha tăng lên đến trị số giới hạn (1,1I1) bảo vệ khởi động và bộ đếm thời gian bắt đầu hoạt động. Khi thời gian "chờ đợi" kết thúc, tín hiệu cắt sẽ được gửi đi. Đặc tính tác động: t = .t1 đối với I > 1,1.I1. t: Thời gian tác động I: Dòng phụ tải. I1: Giá trị ngưỡng khởi động. t1: Thời gian trễ chỉnh định. Phạm vi chỉnh định. I1: Từ 0,4 . IdđB - 4.0 IdđB , Bước chỉnh định 0,1. IdđB t1: Từ 1,0s á 120s ; bước chỉnh định 0,1s. t phút 1000 20 0.20 0.10 0.05 1 2 10 3 0.50 0.30 2 1 5 2 4 3 6 5 1 I/k.I 5 10 8 10 12 N 100 20 50 500 200 100 30 50 t / phút 20 500 1000 100 200 50 I/k.I 20 0.20 0.10 0.05 1 2 0.50 0.30 1 5 10 3 2 3 2 1 4 5 5 8 6 10 12 10 N t phút t / phút 100 30 50 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá tải - có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Ban đầu không mang tải) Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải có theo dõi toàn bộ dòng phụ tải (Ban đầu mang 90% tải định mức) Hình 4.6: Đặc tính thời gian bảo vệ quá tải của rơle 7SJ600 4. Chức năng tự động đóng lại (TĐL) a. Phạm vi chỉnh định: . Số lần TĐL có thể 1 đến 9 . Loại TĐL: TĐL 3 pha. . Thời gian TĐL (tTĐL) đối với lần TĐL thứ nhất 0,05s - 1800s bước chỉnh định 0,01s. . tTĐL Đối với lần thứ 2: 0,05s - 1800s bước chỉnh định 0,01s. . tTĐL Đối với lần thứ 3: 0,05s - 1800s bước chỉnh định 0,01s. . tTĐL Đối với lần thứ 4 và lần khác: 0,05s - 1800s bước chỉnh định 0,01s. . Thời gian trở về sau khi TĐL thành công 0,05s - 320,0s bước chỉnh định 0,01s. . Thời gian khoá sau khi TĐL thành công: 0,05s - 320s bước chỉnh định 0,01s. . Thời gian trở về sau khi đóng lại bằng tay 0,05s á 320,0s bước chỉnh định 0,01s. . Thời gian tồn tại tín hiệu đóng: 0,01s - 60,0s bước chỉnh định 0,01s. b. Nguyên tắc làm việc: Sau khi bảo vệ quá dòng loại trừ sự cố, TĐL được khởi động, khi thời gian tTĐL kết thúc, mạch cắt nhận được tín hiệu đóng lại. . Nếu sự cố được loại trừ, thời gian trở về kết thúc và chức năng TĐL trở về trạng thái tĩch. . Nếu sau lần TĐL thứ nhất mà sự cố vẫn chưa được loại trừ thì thời gian trở về sẽ chấm dứt bởi sự tái lập tác động, TĐL lần hai bắt đầu. Cho tới khi lần TĐL thứ n thành công thì sau thời gian tTĐL của thứ n kết thúc. . Mạch cắt sẽ nhận được tín hiệu đóng. Đồng thời sự trở về cũng bắt đầu. Nếu sau n lần TĐL cho phép mà sự cố vẫn tồn tại, bảo vệ sẽ đưa ra tín hiệu cuối cùng cắt phần tử sự cố ra khỏi hệ thống và thời gian khoá bắt đầu. Trong thời gian này các tín hiệu đóng lại đều bị khoá, TĐL không thành công. 5. Chức năng bảo vệ quá dòng thứ tự không. Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở dây nối đất trung tính của máy biến áp, chống ngắn mạch chạm đất. . Cấp có thời gian: (51N/I0>) có thể chọn đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc. Ikđ = k0.Id đBI. Trong đó: k0: Hệ số chỉnh định dòng điện khởi động thứ tự không, lấy k0= 0,4. IdđBI: Dòng điện danh định của BI đặt ở dây nối đất trung tính của máy biến áp. . Cấp cắt nhanh: (50N/I0>>) Ikđ = k0.IđđBI (k0 = 2) Chương 5 Chỉnh định các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 5.1. Các thông số cần thiết cho việc tính toán bảo vệ 1. Máy biến áp. Cấp điện áp (kV) Thông số 110 (kV) 35 (kV) 10 (kV) Công suất danh định (MVA) 25 25 25 Điện áp danh định (kV) 115 38,5 10,5 Dòng điện danh định (A) 125,5 375 1312 Tổ đấu dây YN (U0) y (U) d (D) -11 Giới hạn thay đổi đầu phân áp (±%) 16 5 0 Điện áp cực đại (kV) 133,5 40,42 10,5 Điện áp cực tiểu (kV) 96,6 36,58 10,5 Tỷ số biến đổi của máy biến dòng: nI = IS/IT 200/5 100/5 3000/5 2. Các kết quả tính toán ngắn mạch ở chương 1 (Bảng 2.1, 2.2, 2.3, 2.4). 5.2. Chỉnh định bảo vệ so lệch dùng rơle 7UT51. 5.2.1. Các thông số cần chỉnh định. a. Ngưỡng tác động cấp 1. ISL>. Ngưỡng tác động này chính là đoạn a của đặc tính tác động (H.4.1), biểu thị dòng khởi động (IDIFF) min của bảo vệ khi xét đến dòng không cân bằng (Ikcb) cố định qua rơle trong chế độ làm việc bình thường. Dòng không cân bằng sinh ra do dòng từ hoá giới hạn điều chỉnh đầu phân áp và sai số của BI. Thường chọn IDIFF = (0,3 á 0,4) Id đB. Độ dốc của đoạn đặc tính b (SLOPE1) Độ dốc đoạn đặc tính này đảm bảo cho rơle làm việc tin cậy trong trường hợp không cân bằng xảy ra do sai số của BI và thay đổi đầu phản áp của máy biến áp. Độ dốc của đặc tính được xác định theo độ lớn góc a1. Theo nhà sản xuất thì tốc độ dốc (SLOPE1) là 0,250 thì cho phép thay đổi đầu phản áp của máy biến áp tới 20%. Độ dốc của đoạn đặc tính C (SLOPE2). Đoạn đặc tính này có mức độ hãm 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 của đoạn đặc tính được xác định theo độ lớn của góc a2 (thường a1 < a2 Ê 500). b. Ngưỡng tác động cấp 2 (ISL>>). Khi dòng so lệch đạt đến ngưỡng này (đoạn đặc tính d) thì rơle tác động ngay lập tức không kể mức độ dòng hãm. Ngưỡng này thường được chỉnh định ở mức IDIFF bằng ) lần Idd của máy biến áp. c. Tỷ lệ hài bậc hai và bậc 5 trong dòng so lệch. Khi tỷ lệ hài bậc hai và năm đạt tới ngưỡng chỉnh định tín hiệu cắt sẽ bị khoá tránh rơle khỏi tác động nhầm. d. Phạm vi hãm bổ sung. Vùng hãm bổ sung bắt đầu từ dòng điện hãm IH = 7.IdđB. e. Thời gian trễ. f. Thời gian trở về. 5.2.2. Vào thông số máy biến áp, địa chỉ khối 11. Từ các thông số danh định của máy biến áp, rơle sẽ tự tính toán để thích ứng với tổ đấu dây và dòng danh định của các cuộn dây theo chương trình đã lập sẵn. Rơle yêu cầu các thông số của các cuộn dây máy biến áp như sau: - Công suất danh định của máy biến áp (MVA) - Điện áp danh định của máy biến áp (kV) - Dòng danh định sơ cấp của BI (A) - Số hiệu tổ đấu dây của máy biến áp. Nếu máy biến áp có điều chỉnh điện áp, thay cho điện áp danh định bằng điện áp (UN). UN = 2. (kV) Trong đó: Umax, Umin là các giá trị điện áp lớn nhất và nhỏ nhất có thể đạt được khi thay đổi đầu phân áp. Tương ứng ta có: Phía 110kV: UN1 = 2. = 112,1 (kV) Phía 35kV: UN2 = 2. = 38,4 (kV) Phía 10kV; UN3 = 10,5 (kV). Thứ tự vào thông số máy biến áp cho rơle được mô tả như sau: Địa chỉ; Lệnh và số liệu. Mô tả. 1100 TRANSFORMER DATA Mở khối "Dữ liệu MBA". Dữ liệu cuộn 1 (Cuộn cao áp). 1102 U N WIND 1 112,1 kV Điện áp danh định của cuộn 1; UNI = 112,1 kV 1103 P N WIND 1 25 MVA Công suất danh định cuộn 1: SI = 25 MVA 1104 I N C T WIND 1 200 A Dòng sơ cấp danh định của BI đặt ở cuộn 1 : IBIdđ = 200 A 1105 C T 1 STAR PT TOWARDS TRANSF. Điểm đấu sao của BI cuộn 1 ở phía máy biến áp. 1106 I0 HANDLE I0 - ELIMINATION Xử lý dòng I0 của cuộn 1: I0 bị loại trừ. 1107 I N C T STP 1 200 A Dòng sơ cấp danh định của BI đặt ở dây nối trung tính: IBI = 200 A 1108 CT1 EAR - PT TOWARDS TRANSF Điểm nối đất của BI trung tính ở phía MBA Dữ liệu cuộn 2. 1121 VECTOR G R 2 12 Số hiệu tổ đấu dây cuộn 2; y (Y) có số hiệu là 12. 1122 U N WIND 2 38,4 kV Điện áp danh định cuộn 2: UN2 = 38,4 kV 1123 P N WIND 2 25 MVA Công suất danh định cuộn 2: S2 = 25 MVA 1124 C T WIND 2 1000 A Dòng sơ cấp danh định của BI đặt ở cuộn 2: IBIdđ = 1000 A Điểm đấu sao của BI cuộn 2 ở phía thanh góp 1125 C T 2 STAR P T TOWARDS TRANSF. Dữ liệu cuộn 3 1141 VECTOR GR3 11 Số hiệu tổ đấu dây cuộn 3 (D-11) có số hiệu là 11 1142 UN WIND 3 10,5 kV Điện áp danh định cuộn 3 UN3 = 10,5 kV. 1143 PN WIND 3 25 MVA Công suất danh định cuộn 3 S3 = 25 MVA. 1144 IN CT WIND 3 3000 A Dòng sơ cấp danh định của BI của cuộn 3. IBI = 3000 A. 5.2.3. Các thông số chỉnh định bảo vệ so lệch. . Ngưỡng khởi động có hãm của dòng điện so lệch. IDIFF> ; (IDIFF/IdđB) = 0,30 . Ngưỡng khởi động không có hãm của dòng điện so lệch. IDIFF>>; (IDIFF>>/IdđB) = 8,0. . Độ dốc của đoạn đặc tính b (SLOPE 1). Chọn: a1 = 220 (hệ số hãm KHb = tga1 = 0,4. SLOPE1 = 0,40. . Điểm cơ sở của nhánh đặc tính C. IBASA = IH/IdđB = 2,5. . Độ dốc của đoạn đặc tính C (SLOPE 2) a2 = 350 -> Hệ số hãm KHC = tga2 = 0,70 SLOPE 2 = 0,70 . Tỷ lệ hài bậc hai: 15%. . Tỷ lệ hài bậc năm: 30%. . Ngưỡng cho phép hãm hài bậc năm có hiệu lực. ISL/IdđB = 1,5. . Ngưỡng cho phép hãm hở sung khởi động. IH/IdđB = 7,00. . Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất I*H1 = = 0,75 (I*H = ) . Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ 2. I*H2 = = 5,833 I*H3 = = 13,9 I*SL2 = I*H2.SLOPE1 = 5,83 . 0,4 = 2,33 (I*SL = ) 1. Vào thông số bảo vệ so lệch, khối địa chỉ 16. Địa chỉ; Lệnh và số liệu Mô tả 1600 TRANSFORM. DIFF - PROTECTION. Khối " Bảo vệ so lệch MBA" 1601 DIFF PROT ON Bảo vệ so lệch : Mở. 1603 I - DIFF> 0.30 I/InTr Ngưỡng khởi động có hãm của dòng điện so lệch: IDIFF> = 0,30. (Idđ). 1604 I_ DIFF>> 8.00 I/InTr Ngưỡng khởi động không có hãm của dòng điện so lệch: IDIFF>> = 8 . (Idđ) 1606 SLOPE1 0.40 Độ dốc của nhánh thứ hai (b) SLOPE1 = 0,40. SLOPE1 = 0,35. 1607 BASE PT 2 2.50 I/InTr Điểm cơ sở của nhánh đặc tính hãm thứ ba (nhánh c): IBASE = 2,5. (Idđ). 1608 SLOPE2 0.70 Độ dốc của nhánh hãm thứ ba (nhánh c): SLOPE2 = 0,7. 1610 2 nd HARMON ON Hãm dòng đột biến theo thành phần hài bậc 2: Mở. 1611 2 nd HARMON 15% Tỉ lệ hài bậc hai trong dòng điện so lệch mà rơ le phát tín hiệu khoá. 1612 CROOSB 2HM Ơ * 1P Khoá chéo giữa các pha luôn có hiệu lực. 1613 n . HARMON 5 th HARMONIC Hãm bằng hài bậc 5. 1614 5. HARMON 30 % Tỉ lệ hài bậc 5 trong dòng điện so lệch, khi đó rơ le phát tín hiệu khoá: 30% 1615 CROOSB 5 HM Ơ * 1P Khoá chéo giữa các pha luôn có hiệu lực. 1616 ID IFFmax 5 1,5 I/InT r Chức năng hãm bằng hài bậc 5 chỉ có hiệu lực đến ngưỡng cao nhất khi ISL= 1,5 (Idđ) 1617 T_SAT_BLO 8 * 1P Thời gian hãm bổ sung khi BI bị bão hoà là 8 chu kỳ. 1618 SAT _ RESTR 7.00 I/InTr Ngưỡng cho phép hãm bổ sung bắt đầu khởi động: IH = 7,00 (Idđ). 1625 T - DELAY > 0.00 S Thời gian trễ của cấp IDIFF> Ti> = 0,0s. 1626 T _ DELAY >> 0.00 S Thời gian trễ của cấp IDIFF>> Ti>> = 0,0 s. 1627 T _ RESET 0.00 S Thời gian trở về của rơ le. TTV = 0,0.s. ISL>= 0,3 Vùng hãm bổ sung Vùng khoá Vùng tác động a b c d 7 2 3 4 5 6 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I*H3 ISL>> = a1 IH* I*SL2 = 2,33 Đặc tính sự cố 8 ISL Id đB 0 IH IdđB 13 13,9 a2 2,5 0,75 5,833 (I*H2) I*H1 Từ kết quả chỉnh định ở trên ta sẽ được đặc tính làm việc của rơle như sau: Hình 5.1. 5.2.4. Kiểm tra điều kiện quá tải của rơle. Điều kiện: Ikđ Ê 4. ITdd(BI). Ikdd Ê 4.5 = 20 (A) Dòng khởi động Ikđ = .K.ISL > Trong đó: K là hệ số ảnh hưởng của tổ đấu dây máy biến áp và dạng ngắn mạch (Bảng sau). Loại ngắn mạch Cuộn cao áp Tổ đấu dây chẵn Tổ đấu dây lẻ 3 pha [N(3)] 1 1 1 2 pha [N(2)] 1 1 /2 1 pha có loại I0 1,5 1,5 1 pha không loại dòng I0 1 1 Giá trị khởi động của rơle. Thông số Cuộn 110 (kV) Cuộn 35(kV) Cuộn 10 (kV) 0,627 0,375 0,438 ISL> (A) 1,5 1,5 1,5 Loại ngắn mạch Ikđ (A) Ikđ (A) Ikđ (A) N(3) 0,94 0,563 0,657 N(2) 0,94 0,563 0,657 N(1) loại I0 1,41 0,844 1,138 N(1) không loại I0 0,94 0,563 1,138 Từ các kết quả trên cho thấy điều kiện quá tải của rơle thoả mãn yêu cầu Ikđ < 20 (A). 5.3. Kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của rơle so lệch. 5.3.1. Kiểm tra độ nhạy. Rơle 7UT513 tính toán dòng điện so lệch và dòng hãm theo công thức: ISL = (5.1) IH = (5.2) Trong đó là dòng qua BI1, BI2, BI3. Nếu I*H1 < thì hệ số hãm là: KHb = 0,40 Nếu I*H2 Ê thì hệ số hãm là: KHC = 0,7. . Hệ số độ nhạy: Nếu < I*H2 ; Kn = (5.3) Nếu ³ I*H2 ; Kn = (5.4) a. Kiểm tra độ nhạy ở chế độ cực đại (Với SNHTmax). Trong chế độ này ta kiểm tra độ nhạy đối với dòng ngắn mạch tại các điểm N'1, N'2, N'3. 110kV 35kV 10kV N'3 N'1 N'2 BI3 I3 BI2 I2 I1 BI1 87T/DI . Xét điểm N'3: Theo kết quả tính ngắn mạch ở chương 2: Bảng 2.1, ta có: Dòng ngắn mạch đi qua bảo vệ phía 110kV (BI1) là: I1 =496,5A Dòng qua bảo vệ phía 35kV (BI2), 10kV (BI3) I2 = I3 = 0 (A) ở đây ta chọn cấp điện áp cơ sở để tính toán là phía 110kV. áp dụng công thức(5-1) và (5-2) ISL = 496,5 (A) IH = 496,5 (A) Vậy: = 3,96 < I*H3 = 5,833 (IdđB: Dòng điện danh định của cuộn cao (110kV) MBA.) Độ nhạy của bảo vệ: áp dụng công thức (5-3). Kn = = 2,5. . Kiểm tra khi ngắn mạch tại điểm N'2 cũng tương tự như điểm N'3. . Kiểm tra khi ngắn mạch tại N'1: Xét 2 trường hợp ngắn mạch N(3), N(1). Bảng 5.3: Kết quả tính toán kiểm tra độ nhạy 7UT513. Điểm ngắn mạch Dạng NM Thông số N'1 N'2 N'3 N(3) N(1) N(3) N(3) I1 = I(n)N (A) 1690 1819,4 691,3 496,5 I2 = I(n)N (Qui về cấp 110kV) (A) 0 0 0 0 I3 = I(n)N (qui về cấp 110kV) (A) 0 0 0 0 ISL = (A) 1690 1819,4 691,3 496,5 IH = (A) 1690 1819,4 691,3 496,5 IH1 = 0,75 . IdđB (A) 94,2 94,2 94,2 94,2 IH2 = 5,833 . IdđB (A) 732 732 732 732 Hệ số hãm trong vùng IH < IH2 (KHb) 0,4 0,4 0,4 0,4 Hệ số hãm trong vùng IH ³ IH2 (KHc) 0,7 0,7 0,7 0,7 ISL/IdđB 13,5 14,5 5,5 3,69 Cắt nhanh không quan tâm đến hãm khi ISL/IdđB ³ 8 + + Điểm cơ sở nhánh b: B = 2,5.IdđB. 313,75 313,75 313,75 313,75 S = KHb.IH (A) Khi IH < IH2 276,5 198,8 S = KHc (IH - B) (A) khi IH ³ IH2 967,6 1053,9 Độ nhạy: Kn = ISL/S 1,75 1,72 2,5 2,5 b. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ ở chế độ hệ thống min. Phương pháp tính toán tương tự phần cực đại của hệ thống ta có kết quả ở bảng sau: Điểm ngắn mạch Dạng NM Thông số N'1 N'2 N'3 N(2) N(1) N(2) N(2) I1 = I(n)N (A) 1232 1629,6 382,8 305,7 I2 = I(n)N (Qui về cấp 110kV) (A) 0 0 382,8 0 I3 = I(n)N (qui về cấp 110kV) (A) 0 0 0 305,7 ISL = (A) 1232 1629,6 775,6 611,4 IH = (A) 1232 1629,6 775,6 611,4 IH1 = 0,75 . IdđB (A) 94,2 94,2 94,2 94,2 IH2 = 5,833 . IdđB (A) 732 732 732 732 Hệ số hãm trong vùng IH < IH2 (KHb) 0,4 0,4 0,4 0,4 Hệ số hãm trong vùng IH ³ IH2 (KHc) 0,7 0,7 0,7 0,7 ISL/IdđB 9,8 12,9 3,18 2,46 Cắt nhanh không quan tâm đến hãm khi ISL/IdđB ³ 8 + + Điểm cơ sở nhánh b: B = 2,5.IdđB. 313,75 313,75 313,75 313,75 S = KHb.IH (A) Khi IH < IH2 240,5 S = KHc (IH - B) (A) khi IH ³ IH2 642,5 921,1 310,1 Độ nhạy: Kn = ISL/S 1,92 1,77 2,4 2,5 5.3.2. Kiểm tra độ an toàn hãm của rơle. Theo nguyên lý của bảo vệ so lệch thì khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ thì dòng so lệch đo được sẽ bằng không. Tuy nhiên trên thực tế bảo vệ sẽ đo được dòng không cân bằng. ISL = Ikcb = IkcbFi + IkcbDU + IkcbDni Trong đó: . IkcbFi là dòng không cân bằng do sai số của BI. IkcbFi = Kđn . Kkck . Fi . INngmax. Với Kđn: Hệ số không đồng nhất của BI: Kđn = 1. Kkck: Hệ số ảnh hưởng của thành phần kck của dòng ngắn mạch. Fi: Sai số lớn nhất của BI. INngoài max: Dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất. . IkcbDU: Dòng không cân bằng do việc thay đổi đầu phân áp của MBA. IkcbDU = DUđc. INngmax. DUđc: Là phạm vi điều chỉnh điện áp lớn nhất về một phía của MBA. . IkcbDni: Dòng không cân bằng sinh ra do việc lựa chọn tỷ số dòng danh định của BI đặt ở các phía của máy biến áp không phù hợp với tỷ số của máy biến áp. Sai số này ở rơle 7UT513 tự loại trừ được. 1) Kiểm tra độ an toàn hãm của rơle. Khi hệ thống cung cấp với công suất cực đại. Trong trường hợp này ta xét dòng ngắn mạch lớn nhất tại 2 điểm ngắn mạch N2, N3. Đối với trạm biến áp thiết kế bảo vệ chỉ có 1 nguồn cấp đến từ phái 110kV nên không cần xét điểm ngắn mạch ngoài N1. N3 110kV 35kV 10kV N1 N2 BI3 I3 BI2 I2 I1 BI1 87T/DI . Xét ngắn mạch 3 pha tại N2 phía 35 kV. Theo kết quả tính ngắn mạch ở chương 2 bảng 2.1 có dòng ngắn mạch qua bảo vệ 1 và 2 khi ngắn mạch tại N2 là: I2 = 2248,6 (A) I1 = 691,3 (A) Chọn cấp điện áp 110kV làm cơ sở, qui đổi dòng qua bảo vệ 2 về cấp 110kV. I2 = = 691,3 (A) ISL = (Fi + DU). I2 Fi = 0,1 (sai số của BI đã biết). DU = 9.1,78% = 16,02% = 0,1602 ISL = (0,1 + 0,1602) . 691,3 = 179,8 (A) IH = |I1| + |I2| +|I3| = |I1| + |I2| = 2|I1| = 2. 691,3 = 1382,6 (A) * Độ an toàn hãm: KatH Nếu: IH < IH2 thì khi đó KH = KHb = 0,4 Trong đó: IH2 là giá trị điện hãm trị ngừng thay đổi hệ số hãm. KatH = Nếu IH > IH2 thì KH = KHC = 0,7. KatH = Ta có: IH = 1382,6 (A) IH2 = 5,833 . IđmB = 732 (A) IH > IH2. KatH = = 2,42 * Xét ngắn mạch 3 pha tại điểm N3 trên thanh cái 10kV. Theo kết quả tính ngắn mạch ở chương 2 bảng 2.1 có dòng ngắn mạch qua bảo vệ 1 và 3 khi ngắn mạch tại N3. I1 = 496,5 (A) I3 = 5438,6 (A) Qui đổi dòng qua bảo vệ 3 (I3) về cấp điện áp cơ sở 110kV. I3 = 5438,6 . = 496,5 (A) ISL = (Fi + DU) . I3 = (0,1 + 0,1602) 496,5 = 129,1 (A) IH = |I1| + |I2| + |I3| = 2 |I1| = 2.496,5 = 993 (A) Độ an toàn hãn: KatH IH = 933 (A) ; IH2 = 732 (A) IH > IH2. Vậy: KatH = = 1,87. 2) Kiểm tra độ an toàn hãm của rơle khi hệ thống cung cấp ở chế độ cực tiểu. Tính toán tương tự ở chế độ cực đại ta có bảng kết quả sau. Bảng 5.3: Độ an toàn hãm của rơle 7UT513 ở chế độ cực tiểu. Đang ngắn mạch Thông số N(2) N(2) I1 = I(n)N (A) 382,8 305,7 I2 = I(n)N (Qui về cấp 110kV) (A) 382,8 0 I3 = I(n)N (qui về cấp 110kV) (A) 0 305,7 ISL = (Fi + DU) Ingoài min (A) 99,6 79,88 IH = (A) 765,6 611,4 IH2 = 5,833 . IdđB (A) 732 732 Điểm cơ sở: Bb = 2,5 . IddB 313,75 313,75 P = ISL/KHb khi IH < IH2 - 399,6 P = (ISL/KHC) + Bb khi IH³IH2 456 - KatH = IH/P 1,67 Điểm ngắn mạch N2 N3 Kết luận: Qua kết quả kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của rơle cho thấy các thông số đã chỉnh định đảm bảo cho rơle làm việc đạt yêu cầu về độ nhạy cũng như độ an toàn hãm. 5.4. Chỉnh định bảo vệ quá dòng điện. Bảo vệ quá dòng điện đặt ở phía 110kV của máy biến áp làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch. Rơle làm việc với 2 cấp tác động: . Cấp tác động không có thời gian (cắt nhanh). . Cấp tác động thời gian (cắt có thời gian). 110kV 35kV 10kV BI BI BI I> I>>e I> I> 5.4.1. Chỉnh định máy bảo vệ quá dòng đặt ở phía 110kV. . Sử dụng rơle 7SJ600 với đặc tính thời gian độc lập của bảo vệ. . Máy biến dòng có ni = IS/IT = 200/5. . Phạm vi chỉnh định của bảo vệ: Cấp 1: 0,1 - 25idđB bước chỉnh định 0,1IdđB. Cấp 2 (Cắt nhanh): 0,3 á 12,5 IdđB bước chỉnh định 0,1IdđB. Thời gian trễ của cấp 1: TP = 0,00s á 60,00s bước chỉnh định 0,01s. 1) Chỉnh định: (Địa chỉ khối 10) a. Cấp 1: Cắt có thời gian: . Dòng khởi động. Ikđ = Kat. ILVmax. Trong đó: Kat: Hệ số an toàn (lấy Kat = 1,2) ILVmax: Dòng làm việc cực đại phía 110kV của máy biến áp có kể đến khả năng quá tải 40% dòng làm việc định mức máy biến áp. ILVmax = 1,4 . IdđB = 1,4 . 125,5 = 175,7 (A) Vậy: Ikđ = 1,2 . 175,7 = 210,84 (A) Ikđ(T) = 210,84 . 5/200 = 5,271 (A) = 1,0542 ITdđ. . Thời gian tác động. Cần phối hợp với thời gian tác động của bảo vệ quá dòng đặt ở phía 35kV và 10kV với độ chênh Dt = 0,3s. Giả thiết đặt thời gian tác động của bảo vệ quá dòng phía 35kV và 10kV là 1,5s. thì thời gian tác động của bảo vệ phía 110kV là: t = 1,8 + 0,3 = 2,1s. . Kiểm tra độ nhạy: kn = Trong đó: INmin là dòng ngắn mạch nhỏ nhất đi qua bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch tại N'1, N'2 N'3 (h.2.5). Theo kết quả tính ngắn mạch tại chương 2 ta có: Khi ngắn mạch tại phía 10kV. Dòng quá bảo vệ phía 10kV: INmin = 305,7 (A). kn = = 1,45. Đối với bảo vệ dự phòng độ nhạy này đạt yêu cầu. b. Cấp 2 cắt nhanh. Ikđ = kat . Inmax. Trong đó: Inmax là dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ phía 110kV khi ngắn mạch tại điểm N'1, N2, N3. Theo kết quả tính ngắn mạch tại chương 2 ta có: INmax = 1891,4 (A) Vậy Ikđ = 1,2 . 1891,4 = 2183,28 (A) Ikđ(T) = 2183,28 . = 54,582 (A) = 10,91 ITdđ. 5.4.2. Chỉnh định bảo vệ quá dòng phía 35kV của máy biến áp. Rơle tác động với 2 cấp thời gian: Cấp 1: Cấp tác động với thời gian (tTG + Dt). Sử dụng rơle 7SJ600; sử dụng đặc tính thời gian độc lập. Máy biến dòng. nI = 1000/5. a. Chỉnh định. Dòng khởi động: Ikđ = Kat . ILVmax = Kat . IdđB(T).1,4 = 1,2 . 375 . 1,4 = 630 (A) Ikđ = 630 . = 3,15 (A) = 0,63 ITdđ. . Thời gian tác động. Cấp 1: t = tTG + Dt = 1,5 + 0,3 = 1,8s. b. Kiểm tra độ nhạy. Kn = Trong đó: Inmin là dòng ngắn mạch bé nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch tại thanh cái 35kV (điểm N2). Theo kết quả tính toán ngắn mạch tại chương 2 ta có: INmin = 1189,8 (A) Vậy kn = = 1,88 5.4.3. Chỉnh định bảo vệ quá dòng phía 10kV của máy biến áp. Rơle tác động với cấp thời gian. Cấp 1: Tác động với thời gian t = tTG + Dt a. Chỉnh định Máy biến dòng nI = 3000/5. Rơle 7SJ600: Sử dụng đặc tính thời gian độc lập. Ikđ = Kat . ILVmax = Kat . IdđB(H) 1,4 = 1,2 . 1312 . 1,4 = 2204,16 (A) Ikđ(T) = Ikđ/nI = 2204,16 . = 3,67 = 0,73 ITdđ. . Thời gian tác động. Giả thiết thời gian tác động của bảo vệ quá dòng của thanh góp. TTG=1,5s. t = tTG + Dt = 1,5 + 0,3 + 1,8s. b. Kiểm tra độ nhạy: Kn = Trong đó: INmin dòng ngắn mạch cực tiểu qua bảo vệ khi ngắn mạch tại thanh góp 10kV. Theo kết quả tính ngắn mạch tại chương 2 ta có: INmin = 3348,6 (A) Kn = = 1,41. Đối với bảo vệ quá dòng độ nhạy này thấp vì vậy sử dụng thêm khoá K điện áp thấp để tăng độ nhạy của bảo vệ khi sử dụng khoá điện áp thấp, dòng khởi động được chọn theo điều kiện dòng định mức (danh định của máy biến áp. Ikđ = Kat . IdđB(H) = 1,2 . 1312 = 1574,4 (A) Độ nhạy: Kn = = 2,13 c. Chỉnh định rơle khoá điện áp thấp (27/U<) Máy biến điện áp (BU). nu = 15000/ (100/3) Điện áp khởi động. Ukđ Ê Trong đó: UCPmin là điện áp tối thiểu cho phép tại chỗ đặt bảo vệ trong điều kiện làm việc nặng nề nhất. UCPmin = 0,65Udđ. UCPmin = 0,65 . 10kV = 6,5kV = 6500V. Vậy: Ukđ Ê 6500. (V) 110kV 35kV 10kV I>> I>>e I>> 5.5. Chỉnh định bảo vệ quá tải nhiệt. 5.5.1. Bảo vệ quá tải phía 110kV. Dùng rơle 7SJ600. Sử dụng phương thức bảo vệ theo dõi toàn bộ dòng phụ tải. Phạm vi chỉnh định: Hệ số quá tải cho phép K: 0,40 á 2,00 bước chỉnh định 0,01. Hằng số thời gian t: 1,0 á 999,9 phút bước chỉnh định 0,1 phút. Mức nhiệt độ báo động qbđ: (50% á 90%) qc bước chỉnh 1%. Trong đó: qC là nhiệt độ tại đó bảo vệ tác động cắt. . Hằng số thời gian n Dòng điện cho phép trong n giây 2 t = ắ. ắắắắắắắắắắắắắ 60 Dòng điện cho phép lâu dài. Trong đó: MBA có khả năng chịu quá tải đến 40% trong thời gian 6 giờ trong vòng 5 ngày. Vậy = 705,6 (phút). Hệ số quá tải K: Cần phải xét đến sự khác nhau giữa dòng danh định của máy biến áp và dòng danh định phía sơ cấp của BI. K = = 0,878. . Chỉnh định: Hằng số thời gian: t = 705,6 phút Hệ số quá tải: K = 0,878. Ngưỡng nhiệt độ báo động: Khi công suất của máy biến áp làm việc với SLV = 1,1 Sdđ thì bảo vệ phát tín hiệu cảnh báo để có biện pháp tăng làm mát và theo dõi nếu cần thiết thì cắt giảm phụ tải. Nhiệt độ sinh ra tỷ lệ với bình phương dòng điện. = 0,617 Vậy mức nhiệt độ báo động: qbđ = 0,617.qC .100% = 61,7%. (Giá trị của qC phụ thuộc vào nhiệt độ cho phép làm việc lớn nhất của máy biến áp). 5.5.2. Bảo vệ quá tải phía 35kV. Rơle: 7SJ600. Máy biến dòng: nI = 1000/5 (A) Chỉnh định: Hằng số thời gian: t = 705,6 phút. Hệ số quá tải: K = Mức nhiệt độ báo động. .100% = . 100% = 61,7%. 5.5.3. Bảo vệ quá tải phía 10kV. Rơle: 7SJ600 Máy biến dòng: nI = 3000/5 (A) Hệ số quá tải: K = = 0,62. Mức nhiệt độ báo động. .100% = . 100% = 61,7%. 110kV 35kV 10kV I0> N1 5.6. Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở dây nối trung tính của máy biến áp với đất. Máy biến dòng: nI = 200/5 (A) Rơle: 7SJ600 a. Chỉnh định. Dòng khởi động: Iokđ = kat . IdđB(C) . 1/nI. Trong đó: kat lấy bằng 0,3. I0kđ = 0,3 . 125,5 . 5/200 = 0,94 (A) Thời gian tác động của bảo vệ cần phải phối hợp với các bảo vệ chống chạm đất đặt ở phía 110kV theo nguyên tắc bậc thang với thời gian Dt = 0,3s. Giả thiết thời gian tác động của bảo vệ phía 110kV là 0,5s vậy thời gian tác động của bảo vệ là: t = 0,5 + 0,3 = 0,8 (s) b. Kiểm tra độ nhậy. Kn = Trong đó: I0min là dòng thứ tự không nhỏ nhất qua dây nối trung tính máy biến áp khi có ngắn mạch chạm đất. Theo kết quả tính ngắn mạch tại chương 2 ta có: I0min = 373,5 A ị I0min(T) = 373,5 . 1/nI. I0min(T) = 373,5 . 5/200 = 9,33 (A) Kn = = 9,9. Với độ nhạy này thì bảo vệ sẽ làm việc tin cậy. 5.7. Bảo vệ quá áp thứ tự không chống chạm đất phía 35kV và 10kV (59N/U0>). Bảo vệ dùng để phát tín hiệu khi có hiện tượng chạm đất xảy ra. 5.7.1. Bảo vệ phái 35kV. . Điện áp khởi động: Ukđ(59N) = Kat . Ukcb Với: Kat - hệ số an toàn, Kat = 1,5. Ukcb - điện áp không cân bằng khi xảy ra chạm đất, Ukcbằ0,1Udđ Ta có: Ukđ(59N) = 1,5 . 0,1 . 35 = 5,250 kV Điện áp khởi động thứ cấp: UTkđ(59N) = Ukđ(59N)/nu = = 15 (v) 5.7.2. Bảo vệ phía 10kV: Điện áp khởi động: Ukđ(59N) = Kat.Ukcb = 1,5 . 0,1 Uđđ = 1,5 . 0,1 . 10 = 1,5kV = 1500(v) Điện áp khởi động thứ cấp: UTkđ(59N) = Ukđ(59N)/nu = = 10 (v)