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 Lớp HTĐ 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 Lớp HTĐ 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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/U 0 >) 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 Lớp HTĐ 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 Lớp HTĐ 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 BMΠí -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: Lớp HTĐ 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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. Lớp HTĐ 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 Υ tự ngẫu / ∆-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: ΥN - y - d11 Lớp HTĐ 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 U N %. 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%. 1.6. Sơ đồ nối điện máy biến áp T 1 và T 2 . Lớp HTĐ 8 10KV 350KV CST 2 CS1T 1 T 1 T 2 C D H Q 110KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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. Lớp HTĐ 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch. Đ2.2. Các đại lượng cơ bản. Chọn công suất cơ bản: S cb = 100 MVA Chọn điện áp cơ bản: U cb = U Tb các cấp Vậy: U Cb1 = 115 KV; U Cb2 = 37 KV; U Cb3 = 10,5 KV Chọn : E HT = 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: S N max = 338 MVA ; Z 0 / Z 1 = 0,75 S N min = 283 MVA. Lớp HTĐ 10 110KV BI1 B1 B2 BI2 BI3 N 2 10KV 35KV N 3 N 1 [...]... 3.10,5 Dòng mạch ngắn qua bảo vệ phía 10kV (BI3) khi ngắn mạch tại N3 Lớp HTĐ 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 Lớp HTĐ 10,5 10,5 = 3348,6 = 305,7 (A) 115 115 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Bảng 2.3: Dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch tại... Lớp HTĐ 33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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 Lớp HTĐ : Smax = 400 VA 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Chương III Lựa chọn phương thức bảo vệ 3.1 Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp (MBA) • Ngắn... • 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 N 2 chính là dòng I(2)N21 qui về cấp điện áp 110kV I(2)BI1 = 1189,8 Lớp HTĐ 37 = 382,8 (A) 115 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Đ2.5.3 Ngắn mạch... 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... 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 Lớp HTĐ 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV - 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... 469,9 554,2 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 Lớp HTĐ 20 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 110KV 35KV BI1 HTĐ BI2 N2 N1 BI3 10KV N3 Hình 2.10 Đ2.5.1 Ngắn mạch trên thanh cái 110kV (điểm N1) • Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch, không X1Σ 0,353 N1 N1 X2Σ... bảo vệ 110KV HTĐ IN 1 BI1 2 BI2 3 I(3)N3 BI3 10KV N3 Lớp HTĐ 19 35KV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV (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 N 3 là dòng I(3)N3 qui về cấp điện áp 110kV ( IBI1 = I(3)N3 (110) = I N33) 10,5 = 496,5 (A) 115 Tổng kết: Từ các kết quả đã tính toán... 100.S dmB 100.25 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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... sau bảo vệ 110KV I(n)N1 HTĐ BI1 BI2 I(n)N'1 N'1 I(n)OB1 I(n)OB2 N1 N2 BI1 BI3 Lớp HTĐ 35KV 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 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... 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 Dòng qua bảo vệ mạch đặt ở dây nối TT 373,5 486,4 (1) N1 (N'1) Lớp HTĐ N N(1, 1) 30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Đ2.6 Chọn máy biến dòng điện Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau - Điện áp : Uđm.BI ≥ Umạng - Dòng điện : IđmBI ≥ ILVcb - Phụ tải : Z2đm . đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội: Sinh viên Lớp HTĐ 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV Chương 1 Giới thiệu trạm biến áp Hưng Đông 1.1. Quá trình xây dựng và vận hành. Trạm biến áp. định bảo vệ quá dòng điện dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 80 5.5. Chỉnh định bảo vệ quá tải nhiệt dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 Lớp HTĐ 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ RƠ LE TRẠM BIẾN ÁP 110KV 84 5.6. Bảo vệ. 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