TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV Giảng viên hướng dẫn : ThS. NGUYỄN THỊ THANH LOAN Sinh viên thực hiện : HOÀNG MẠNH LINH Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ4H1 Khoá : 2009 - 2014 Hà Nội, 01 - 2014 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là phần năng lượng vô cùng quan trọng đối với đời sống con người. Nó được sử dụng trong hầu hết các ngành của nền kinh tế quốc dân như: Nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, dịch vụ Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết bị rất lớn. Tỷ lệ thuận với độ phức tạp của lưới điện là khả năng xảy ra các sự cố và hậu quả do các sự cố này gây ra. Chính vì vậy, hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng, nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư hệ thống điện. Chính vì những lý do quan trọng trên, em đã nhận đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/22 kV” làm nội dung cho đồ án thiết kế tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo ThS Nguyễn Thị Thanh Loan đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn của mình đến toàn bộ các thầy cô giáo trong khoa Hệ Thống Điện đã giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ của mình. Hà nội ngày tháng năm 2013 Sinh viên Hoàng Mạnh Linh GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh MỤC LỤC Lời nói đầu Phần 1: Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/22kV 1 Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ - thông số chính 1 1.1. Mô tả đối tượng 1 1.2. Thông số chính 1 Chương 2: Tính ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le 2 2.1. Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch 2 2.2. Chọn các đại lượng cơ bản 2 2.3. Các sơ đồ tính toán 5 2.3.1. Sơ đồ 1 (MAX, 1 MBA) 5 2.3.2. Sơ đồ 2 (MAX, 2 MBA) 13 2.3.3. Sơ đồ 3 (MIN, 1 MBA) 23 2.3.2. Sơ đồ 4 (MIN, 2 MBA) 31 Chương 3: Chọn thiết bị điện cho trạm 42 3.1. Máy cắt điện 42 3.2. Máy biến dòng điện 43 3.3. Máy biến điện áp 43 Chương 4: Lựa chọn phương thức bảo vệ 45 4.1. Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA 45 4.2. Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 46 4.3. Các loại bảo vệ cần đặt cho MBA tự ngẫu 47 4.4. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 54 Chương 5: Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle sử dụng 55 5.1. Rơ le bảo vệ so lệch 7UT613 55 5.2. Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 67 Chương 6: Chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của rơle 74 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 6.1. Tính toán các thông số của bảo vệ 74 6.2. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 77 Phần 2: Tìm hiểu về rơle SEL387 84 1. Tổng quan rơle SEL387 84 2. Các chức năng chính 85 I. Chức năng bảo vệ so lệch 86 II. Chức năng bảo vệ chạm đất hạn chế (REF): 88 III. Chức năng bảo vệ quá dòng 89 IV. Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt 91 3.Giao diện với rơle 92 4.Đo lường 100 5. Bản ghi sự cố 101 Bản vẽ 102 Tài liệu tham khảo GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp 1 Hình 2.1 Sơ đồ thay thế TTT 4 Hình 2.2 Sơ đồ thay thế TTN 4 Hình 2.3 Sơ đồ thay thế TTK 4 Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch 5 Hình 2.5 Sơ đồ thay thế TTT 6 Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTN 6 Hình 2.7 Sơ đồ thay thế TTK 6 Hình 2.8 Sơ đồ thay thế TTT 9 Hình 2.9 Sơ đồ thay thế TTN 9 Hình 2.10 Sơ đồ thay thế TTK 9 Hình 2.11 Sơ đồ thay thế TTT 12 Hình 2.12 Sơ đồ thay thế TTT 13 Hình 2.13 Sơ đồ thay thế TTN 14 Hình 2.14 Sơ đồ thay thế TTK 14 Hình 2.15. Sơ đồ thay thế TTT 17 Hình 2.16. Sơ đồ thay thế TTN 17 Hình 2.17. Sơ đồ thay thế TTK 17 Hình 2.18. Sơ đồ thay thế TTT 21 Hình 2.19. Sơ đồ thay thế TTT 23 Hình 2.20 Sơ đồ thay thế TTN 23 Hình 2.21 Sơ đồ thay thế TTK 23 Hình 2.22.Sơ đồ thay thế TTT 26 Hình 2.23. Sơ đồ thay thế TTN 26 Hình 2.24 Sơ đồ thay thế TTK 26 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh Hình 2.25. Sơ đồ thay thế TTT 29 Hình 2.26. Sơ đồ thay thế TTT 31 Hình 2.27. Sơ đồ thay thế TTN 31 Hình 2.28. Sơ đồ thay thế TTK 31 Hình 2.29. Sơ đồ thay thế TTT 34 Hình 2.30. Sơ đồ thay thế TTN 35 Hình 2.31. Sơ đồ thay thế TTK 35 Hình 2.32. Sơ đồ thay thế TTT 39 Hình 2.33. Kết quả tính ngắn mạch dòng điện I Nmax , I Nmin qua các BI 41 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý bải vệ so lệch có hãm dùng cho MBA tự ngẫu 48 Hình 4.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế MBA tự ngẫu 49 Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và vị trí đặt Rơ le khí trên MBA 50 Hình 4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 54 Hình 5.1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 58 Hình 5.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 60 Hình 5-3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613. 62 Hình 5.4 .Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 63 Hình 5.5. Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. 64 Hình 5.6. Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 66 Hình 5.7. Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621. 69 Hình 5.8.Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 70 Hình 6.1. Đặc tính làm việc của rơle 7UT613 75 Hình 6.2. Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 78 Hình 6.3 Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ 80 Hình 7.1. Hình ảnh mặt trước – mặt sau của rơle SEL387 84 Hình 7.2. Hình vẽ ví dụ các chức năng bảo vệ của rơle so lệch SEL387. 85 Hình 7.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch 87 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh Hình 7.4. Thành phần sóng hài: bậc 2 và bậc 4 87 Hình 7.5. Các thành phần sóng hài bậc 5 và dc tính toán tương tự 87 Hình 7.6. Đặc tính của bảo vệ so lệch 88 Hình 7.7.Đồ thị đặc tính U5 và C1 91 Hình 7.8. Các kiểu làm việc của bảo vệ quá tải nhiệt 91 Bảng 2.1. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 13 Bảng 2.2. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 22 Bảng 2.3. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3 31 Bảng 2.4. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 4 40 Bảng 3.1.Thông số tính toán lựa chọn thiết bị 42 Bảng 3.2.Thông số máy cắt 43 Bảng 3.3.Thông số máy biến dòng điện 43 Bảng 3.4 Thông số máy biến điện áp 44 Bảng 4.1: Các loại hư hỏng và loại bảo vệ thường dùng 45 Bảng 5.1 60 Bảng 5-2: 73 Bảng 6.1.Thông số của máy biến áp 230/110/22kV 74 Bảng 6.2. Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ 78 Bảng 6.3. Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ 81 1 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh PHẦN 1: THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/22kV CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH 1.1 . MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/22kV có hai máy biến áp tự ngẫu B 1 và B 2 được mắc song song với nhau.Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của HTĐ.Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp trực tiếp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp. Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 110kV và 22kV để đưa đến các phụ tải. Hình 1.1.Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp 1.2. THÔNG SỐ CHÍNH 1.2.1. Hệ thống điện: có trung tính nối đất Chế độ Điện kháng Chế độ cực đại (S N = S Nmax ) Thứ tự không 0,06 Thứ tự thuận, nghịch 0,031 Chế độ cực tiểu (S N = S Nmin ) Thứ tự không 0,06 Thứ tự thuận, nghịch 0,044 1.2.2. Máy biến áp: Loại tự ngẫu 3 pha 3 cuộn dây Có 3 cấp điện áp : 230/121/23 kV Công suất 250/250/50MVA Sơ đồ đấu dây: Y 0N -∆-11 Giới hạn điều chỉnh điện áp: ∆U dc = ±10% Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây C-T C-H T-H N N N U %=11% U %=32% U %=17,93% [...]... 2.3 Sơ đồ thay thế TTK 2.2.3 Tính toán ngắn mạch của trạm GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 5 Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch 2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN Tính toán dòng ngắn mạch được thực hiện trong chế độ cực đại và chế độ cực tiểu bao gồm 4 sơ đồ: Sơ đồ1 :khi hệ thống ở chế độ cực đại và vận hành 1 MBA độc lập (MAX, 1 MBA); Sơ đồ 2:khi hệ thống. .. MBA); Sơ đồ3 :khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và vận hành 1 MBA độc lập (MIN, 1 MBA); Sơ đồ 4:khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và vận hành 2 MBA song song (MIN, 2 MBA); Ở sơ đồ 1 và sơ đồ 2 dạng ngắn mạch tính toán: N(3), N(1,1), N(1) Ở sơ đồ 3 và sơ đồ 4 dạng ngắn mạch tính toán: N(2), N(1,1), N(1) Điểm ngắn mạch tính toán Phía 220kV: N1 và N’1 ; Phía 110kV: N2 và N’2 ; Phía 22kV: N3 và N’3 ; 2.3.1 Sơ đồ 1... tính toán ngắn mạch quá độ ban đầu - Hệ thống từ không bão hòa: giả thiết này làm cho phép tính đơn giản đi rất nhiều bởi vì ta xem mạch là tuyến tính nên có thể dùng phương pháp xếp chồng để tính toán - Bỏ qua điện trở: Với điện áp > 1000V thì bỏ qua điện trở vì R 1/3 X - Bỏ qua điện dung - Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp - Hệ thống điện. .. 220kV Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 6 Hình 2.5 Sơ đồ thay thế TTT Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTN Hình 2.7 Sơ đồ thay thế TTK Trong đó: X1 =X 2  =X1Hmax =0,031 X0  =X0Hmax //(XC +XH )=  X0Hmax (XC +XH ) X0Hmax +XC +XH 0,06.(0,125  0,973)  0, 057 0,06  0,125  0,973 a) Ngắn mạch 3 pha N(3) Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến... 0,791 0 3,382 3,37 0 3,382 3,37 0 0 Bảng 2.1 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 2.3.2 Sơ đồ 2 (MAX, 2 MBA) 1) Ngắn mạch phía 220kV Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Hình 2.12 Sơ đồ thay thế TTT GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 14 Hình 2.13 Sơ đồ thay thế TTN Hình 2.14 Sơ đồ thay thế TTK Trong đó: X1∑ =X2∑ =X1Hmax =0,031 X0B = (X0 + XH) //(XC + XH)=... 2,628 0 0 Bảng 2.2 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 23 2.3.3 Sơ đồ 3 (MIN, 1 MBA) 1) Ngắn mạch phía 220kV Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Hình 2.19 Sơ đồ thay thế TTT Hình 2.20 Sơ đồ thay thế TTN N’1 X0Hmin 0,06 XC 0,125 X0Σ 0,057 XH 0,973 N1 N1 U0N U0N Hình 2.21 Sơ đồ thay thế TTK Trong đó: X1 =X 2  =X1Hmin =0,044... các BI Điểm N1’: Dòng qua BI1: IBI1 =I1Σ = 32,258 Trong hệ đơn vị có tên: GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 7 IBI1 = 32,258 Icb1 = 32,258.0,628 = 20,258 kA Dòng qua các BI khác bằng không b) Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Điện kháng phụ X(1.1) =  X2  X0 0,031.0,057 = =0,02 X2  +X0  0,031+0,057 Các thành phần dòng điện và điện áp I1 = E 1 = =19,608 X1 +X 0,031+0,02 I2  =-I1... ∆ do vậy chỉ tính ngắn mạch 3 pha N(3) Sơ đồ thay thế: Hình 2.11 Sơ đồ thay thế TTT Trong đó: X1  X1Hmsx  XC  XH  0,031  0,125  0,973  1,129 Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 I (3)  I1  N E 1   0,886 X1 1,129 Phân bố dòng qua các BI Điểm N3: GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 13 IBI1 = IBI3 = I1Σ = 0,886 Trong hệ đơn vị có tên: IBI1  kA   IBI1 Icb1... (32%+17,93%-11%)=19,465% 2 b) Tính điện kháng của các cuộn dây Cuộn cao: XC= UC % Scb 12,535 250 k = = 0,125 100 Sdm 100 250 Cuộn trung: XT = U T % Scb -1,535 250 k = =-0,015  0 100 Sdm 100 250 GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 4 Cuộn hạ: X H= U H % Scb 19,465 250 k = =0,973 100 Sdm 100 50 2.2.2 Sơ đồ thay thế 1) Thứ tự thuận: Hình 2.1.Sơ đồ thay thế TTT 2) Thứ tự nghịch: Hình 2.2 Sơ đồ thay thế... ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch N1: E 1 I (3) =I1 = = =32,258 N X1 0,031 Phân bố dòng qua các BI: Điểm N1: không có dòng qua các BI Điểm N1’: Dòng qua BI1: I BI1 =I1 =32,258 Trong hệ đơn vị có tên: IBI1 = 32,258.Icb1 = 32,258.0,628 = 20,258kA Dòng qua các BI khác bằng không b) Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1) Điện kháng phụ: GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 15 X(1,1) . thức sau: C C-T C-H T-H k k k k 1 U %= .(U %+U %-U %) 2 1 = .(11%+32 %-1 7,93%)=12,535% 2 T C-T T-H C-H k k k k 1 U %= .(U %+U %-U %) 2 1 = .(11%+17,93 %-3 2%) =-1 ,535% 2 H C-H T-H C-T k k k k 1 U. Loan SVTH: Hoàng Mạnh Linh 1BI1 1 2BI1 2 0BI1 0HT * * * 2 BI1 1 2 0HT I I 4,274 I =I = -2 ,13 I =I = - 1,795 I = a I +aI +I 1 3 1 3 = - -j .4,274+ - +j . (-2 ,13 )-1 ,795 2 2 2 2 = -2 ,86 7-5 ,545j =6,242   . I 1 ∑ = 4,274 I 2BI2 = I 2 ∑ = - 2,13 I 0BI2 = I 0∑ = - 2,14 * * * 2 BI2 1 2 0T I = a I +a I +I 1 3 1 3 = - -j .4,274+ - +j . (-2 ,13 )-2 ,14 2 2 2 2 = -3 ,21 2-5 ,545j =6,408         