Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án bảo vệ rơ le danhf cho cao đẳng chính quy, đại học chính quy và liên thông
Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan LỜI NÓI ĐẦU rong nền kinh tế hiện đại ngày nay năng lượng điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng, việc xây dựng các nhà máy điện và hệ thống truyền tải đang trở thành gánh nặng của quốc gia. Trong các phụ tải điện còn có những phụ tải quan trọng không thể mất điện trong thời gian lâu dài, các thiết bị điện đắt tiền cố thể bị hư hỏng nếu xảy ra sự cố và không được loại bỏ ngay phần tử bị sự cố. Để thực hiện nhiệm vụ loại bỏ một cách nhanh nhất phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống cần có hệ thống bảo vệ rơ le làm việc an toàn. T Là một sinh viên chuyên ngành hệ thống điện không thể không nghiên cứu tìm hiểu bộ môn “ Bảo vệ rơle trong hệ thống điện”. Môn học đã mang lại cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất của kỹ tuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác động, cách thực hiện các bảo vệ thường gặp cũng như các chế độ hư hỏng và làm việc không bình thường điển hình nhất của hệ thống điện và các loại bảo vệ chính đặt cho nó. Đồ án “Bảo vệ rơle” giúp sinh viên hệ thống lại toàn bộ kiến thức được học và tiếp cận với một số loại rơle trong thực tế. Những kiến thức này sẽ là nền tảng cho quá trình tiếp cận thực tế sau này. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thấy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Thanh Loan đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên bài làm của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô cho bài làm của mình hoàn thiện hơn. Hà nội, ngày 9tháng 3 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy Cường – Đ7LTH1 SVTH :Nguyễn Duy Cường 1 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan MỤC LỤC A. LÝ THUYẾT 4 a. Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle: 4 i. Độ tin cậy 4 ii. Tính chọn lọc 4 iii. Tính tác động nhanh 4 iv. Độ nhạy 5 v. Tính kinh tế 5 b. Nguyên lý làm việc của bảo vệ: 5 1. Bảo vệ quá dòng điện 5 ii. Bảo vệ so lệch dòng điện 5 iii. Bảo vệ khoảng cách 5 iv. Bảo vệ dòng điện có hướng 5 v. Bảo vệ dòng thứ tự không 6 c. Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ 6 1. Bảo vệ quá dòng điện 6 ii. Bảo vệ so lệch dòng điện 9 iii. Bảo vệ khoảng cách 11 iv. Bảo vệ dòng thứ tự không 11 B. TÍNH TOÁN 13 I. Chọn máy biến dòng 14 II. Tính toán ngắn mạch 14 1. Vị trí các điểm ngắn mạch 14 2. Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại 16 3. Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực tiểu 22 SVTH :Nguyễn Duy Cường 2 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan III. Tính toán thông số khởi động và xác định vùng bảo vệ cho các bảo vệ đường dây 27 1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh(50) 27 2. Bảo vệ quá dòng có thời gian(51) 30 3. Bảo vệ quá dòng thứ tự không cho đoạn đường dây L1, L2(51N) 35 SVTH :Nguyễn Duy Cường 3 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan A. LÝ THUYẾT Rơle là tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện(HTĐ), thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống. a. Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle: i. Độ tin cậy Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn + Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hay hệ thống bảo vệ rơle(BVRL) sẽ tác động đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã xác định trong nhiệm vụ bảo vệ. Kiểm tra tương đối dễ dàng. + Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle sẽ không làm việc sai ở chế độ vận hành bình thường hay sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định. Rất khó để kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành, tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai, không thể lường trước được. Để nâng cao độ tin cậy, nên sử dụng hệ thống role có kết cấu đơn giản, chắc chắn, được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng trong hệ thống bảo vệ. ii. Tính chọn lọc Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ. + Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận. + Bảo vệ có tính chọn lọc tuơng đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ thì còn làm nhiệm vụ bảo vệ dự phòng. Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc với các bảo vệ có tính chọn lọc tương đối, cần phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất. iii. Tính tác động nhanh Việc cách ly càng nhanh chóng phần tử bị sự cố sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dung điện, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn và nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn HTĐ. Khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sự dụng những loại bảo vệ đắt tiền và phức tạp. Vậy nên yêu cầu tác động nhanh SVTH :Nguyễn Duy Cường 4 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ. iv. Độ nhạy Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của role hay hệ thống BVRL. Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chế độ làm việc của HTĐ, cấu hình của lưới điện, dạng ngắn mạch, vị trí của điểm ngắn mạch… Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,2÷1,5. v. Tính kinh tế Tùy thuộc vào thiết bị được bảo vệ là đặc tính bảo vệ mà ta cần cân nhắc kĩ tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật mà chi phí là nhỏ nhất. b. Nguyên lý làm việc của bảo vệ: 1. Bảo vệ quá dòng điện Là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá một giá trị định mức. Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ được chia thành 2 loại: + Bảo vệ dòng điện cực đại, kí hiệu 51, 51N hay I > , I 0> : là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn. + Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, kí hiệu 50, 50N hay I >> , I 0>> : là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn giá trị dòng điện tác động lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. ii. Bảo vệ so lệch dòng điện Là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở 2 đầu phần từ được bảo vệ. Nếu như sai lệch vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động. iii. Bảo vệ khoảng cách Là loại bảo vệ dùng role tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc vào quan hệ điện áp U R và dòng điện I R đưa vào role và góc pha giữa chúng R R R U t = f ,φ I ÷ Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc nhỏ nhất. iv. Bảo vệ dòng điện có hướng. Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơle và góc pha giữa dòng điện ấy với điện áp trên thanh góp có đặt bảo vệ cung cấp cho rơle. Bảo vệ SVTH :Nguyễn Duy Cường 5 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan sẽ tác động khi dòng điện vào rơle vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ. Ta thấy bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đại cộng thêm bộ định hướng công suất. v. Bảo vệ dòng thứ tự không Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phần thứ tự không của dòng 3 pha. Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng vào rơle gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành phần dòng không cân bằng. c. Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ 1. Bảo vệ quá dòng điện • Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) • Nhiệm vụ: cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống đảm bảo cho hệ thống an toàn và vẫn làm việc bình thường. • Nguyên lý làm việc: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở phần tử tiếp theo • Thông số khởi động: Dòng điện khởi động: I kđ50 = k at . I Nngmax Với k at : hệ số an toàn, lấy bằng 1,2÷1,3 I Nngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại, thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây. • Vùng tác động: không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch, chế độ vận hành của hệ thống. • Sơ đồ: SVTH :Nguyễn Duy Cường 6 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan • Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh thứ tự không (50N) • Nhiệm vụ: cắt nhanh (tức thời hay cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống đảm bảo cho hệ thống an toàn và vẫn làm việc bình thường. • Nguyên lý làm việc: tương tự như bảo vệ quá dòng cắt nhanh nhưng bảo vệ này hoạt động dựa trên trị số dòng thứ tự không của đường dây được bảo vệ. Khi dòng này lớn hơn dòng hỏi động của bảo vệ thì bảo vệ sẽ tác động. • Thông số khởi động: Dòng điện khởi động: I kđ50N = k at . I 0Nngmax Với k at = 1,2 ÷ 1,3 I 0Nngmax : dòng ngắn mạch thứ tự không ngoài cực đại • Vùng tác động: cũng tương tự như vùng tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh, nhưng vùng tác động ổn định hơn khi chế độ vận hành hệ thống thay đổi. • Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51) • Nhiệm vụ: loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t ra khỏi hệ thống nhằm loại bỏ dòng điện sự cố đảm bảo hệ thống làm việc bình thường và an toàn. • Nguyên lý làm việc: tính chọn lọc của bảo vệ quá dòng có thời gian được đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp thời gian tác động. Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn. • Thông số khởi động: SVTH :Nguyễn Duy Cường 7 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Dòng điện khởi động: k .k mm at I .I kd lvmax k v = Với: k mm = 2÷3 là hệ số mở máy. I lvmax : dòng làm việc cực đại. k v = 0,85÷0,95 với rơle cơ; k v = 1 với rơle số. Thời gian làm việc của bảo vệ: có 2 đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian: (a): đặc tính độc lập (b): đặc tính phụ thuộc Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng điện chạy qua bảo vệ, còn của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ(dòng càng lớn thì thời gian tác động càng nhỏ). SVTH :Nguyễn Duy Cường 8 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan (b): đặc tính thời gian độc lập. (c): đặc tính thời gian phụ thuộc. • Vùng tác động: toàn bộ đường dây. • Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian(51N) • Nhiệm vụ và nguyên lý: cũng tương tự như bảo vệ quá dòng có thời gian nhưng nó làm việc theo dòng TTK của đường dây được bảo vệ. • Thông số khởi động: Dòng khởi động của bảo vệ: I kđ51N = k . I dđsBI Với: k = 0,2 I dđsBI : dòng điện sơ cấp định mức BI. Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng TTK có thời gian: được chọn theo từng cấp, thời gian làm việc của bảo vệ phía nguồn cấp hơn bảo vệ phía đường dây là Δt. • Vùng tác động: toàn bộ đường dây. ii. Bảo vệ so lệch dòng điện • Nhiệm vụ: làm bảo vệ chính cho các đường dây, đặc biệt là các đường dây quan trọng, làm nhiệm vụ chống ngắn mạch. • Sơ đồ nguyên lý làm việc: SVTH :Nguyễn Duy Cường 9 Đồ án môn học Bảo Vệ Rơle GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Dòng vào rơle: I R = ΔI = I T1 – I T2 (dòng so lệch) Xét tình trạng làm việc bình thường của bảo vệ. Giả sử ngắn mạch tại N1, dòng ngắn mạch từ A đến. Ta có: I S1 = I S2 I T1 = I T2 I R = 0 (lý tưởng) => rơle không tác động. Khi ngắn mạch tại N2, có I S1 ≠ I S2 , nên I T1 ≠ I T2 , nên I R ≠ 0 Nếu giá trị I R ≥ I kđ thì bảo vệ sẽ tác động. • Dòng khởi động: Để bảo vệ làm việc đúng, ta phải đặt dòng khởi động của bảo vệ lớn hơn dòng không cân bằng lớn nhất( I kcbttmax ) khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ. I kđ = k . I kcbttmax Trong đó: I kcbttmax = f imax . k đn . k kck . I Nngmax Với: k đn : hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng loại, cùng đặc tính từ hóa, hoàn toàn giống nhau, có dòng I SC như nhau; bằng 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không. k kck : hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài. f imax = 0,1 sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định. I Nngmax : dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. • Vùng tác động: có vùng tác động giới hạn bởi vị trí đặt của 2 tổ BI ở đầu và cuối đường dây được bảo vệ, là loại bảo vệ có tính chất chọn lọc tuyệt đối, không có khả năng làm dự dòng cho các bảo vệ khác. SVTH :Nguyễn Duy Cường 10 [...]...Đồ án môn học Bảo Vệ R le GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan iii Bảo vệ khoảng cách • Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có bộ phận đo khoảng cách, làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch Thời gian làm việc của bảo vệ phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp vào r le, dòng vào r le và góc lệch pha giữa chúng Thời gian này tăng lên khi khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ tăng,... môn học Bảo Vệ R le III GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Tính toán thông số khởi động và xác định vùng bảo vệ cho các bảo vệ đường dây Để bảo vệ cho đường dây, ta sử dụng 2 phương án bảo vệ sau: + Bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng pha + Bảo vệ quá dòng có thời gian dòng pha và dòng thứ tự không Tính toán thời gian I I = N và Tp tác động của bảo vệ quá dòng cực đại với đặc tính thời gian phụ thuộc * I kd là... kết hợp với các bảo vệ khác làm bảo vệ cuối cùng Bộ phận khởi động thường được thực hiện nhờ r le dòng điện cực đại hay r le tổng trở cực tiểu + Bộ phận khoảng cách: đo khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đế điểm hư hỏng, thực hiện nhờ r le tổng trở + Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm hư hỏng, được thực hiện bằng một số r le thời gian khi bảo vệ có đặt tính thời... Ở điều kiện bình thường, IA + IB + IC = 0, từ thông trong lõi thép bằng 0, mạch thứ cấp không có dòng nên I2 = 0, r le không tác động Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I0 chạy vào r le nên r le tác động B TÍNH TOÁN Tính toán bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện thứ tự không cho đường dây cung cấp điện L1, L2 trong sơ đồ lưới điện dưới đây Các thông số: + Hệ thống:... khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây L1 là: 51 I kd 1 = 1,2.2 472,45 = 1193,5579 A 0,95 SVTH :Nguyễn Duy Cường 30 Đồ án môn học Bảo Vệ R le GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Tính toán thời gian tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian từ đặc tính thời gian t= dốc tiêu chuẩn của r le: 0,14 T p với I* = I0, 02 − 1 * IN I kd và Tp là hằng số thời gian a Chế độ cực đại Với bảo vệ 2 (đường dây... định hướng công suất: để tránh bảo vệ tác động nhầm khi hướng công suất ngắn mạch từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh góp của trạm, được thực hiện bằng các r le định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận khởi động và khoảng cách iv Bảo vệ dòng thứ tự không • Mạng điện có dòng chạm đất lớn: là những mạng có trung tính nối đất trực tiếp Những mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động máy cắt... : + Nhiệm vụ : bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp + Sơ đồ nguyên lý : vì giá trị dòng chạm đắt bé, nên những bảo vệ nối pha r le toàn phần không thể làm việc với những dòng chạm đất nhỏ như vậy Nên thực tế người ta sử dụng bộ lọc thành phần thứ tự không SVTH :Nguyễn Duy Cường 12 Đồ án môn học Bảo Vệ R le GVHD:ThS.Nguyễn... đường dây L2 là: 50 I kd 2 = k at I N 9 ng max = 1,2.1,44 = 1,728kA + Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây L1 là 50 I kd 1 = k at I N 5 ng max = 1,2.2,5 = 3kA Vùng bảo vệ: SVTH :Nguyễn Duy Cường 27 Đồ án môn học Bảo Vệ R le • GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Chế độ cực đại: Với bảo vệ 1: (3) I50 = I N (L ) 1CNmax kd1 1 ⇒3= X 1HT max + X B + X L1 L1CN max ⇒3= S cb 2 U cb... Bảo vệ quá dòng có thời gian(51) Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo: k k mm I51 = at I lvmax kv kd Với: kat : hệ số an toàn, kat =1,1÷1,2 kmm = 2÷3 là hệ số mở máy Ilvmax : dòng làm việc cực đại kv = 0,85÷0,95 với r le cơ; kv = 1 với r le số • Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây L2 là: 51 I kd 2 = • 1,2.2 216,12 = 545,9874 A 0,95 Dòng khởi động cho bảo. .. nối đất trực tiếp Những mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động máy cắt khi có ngắn mạch 1 pha + Sơ đồ nguyên lý: SVTH :Nguyễn Duy Cường 11 Đồ án môn học Bảo Vệ R le GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan Bảo vệ dùng 3 biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 r le Dòng vào r le: IR = Ia + Ib + Ic ( ) W S Ta có: Ia = IA − IAµ WT ) ( WS W − I + I Bµ + I S Nên: IR = Ia + Ib + Ic = IA + IB + IC Aµ Cµ W WT T ( ) (