-
Thông tin
-
Hỏi đáp
Đồ án " Tính toán bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ dòng điện cực đại"
Đồ án " Tính toán bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ dòng điện cực đại"
Môn: Bảo vệ Rơle 2 tài liệu
Trường: Đại học Điện lực 313 tài liệu
Thông tin:
Tác giả:
Preview text:
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỒ ÁN BẢO VỆ RƠLE
Tên đề tài: 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 và L2 Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên:
Giảng viên hướng dẫn:
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG Lớp: Khoá: 202 - 202 LỜI CAM ĐOAN
Tôi, xin cam đoan những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
của. Các số liệu và kết quả trong đồ án là trung thực và chưa được công bố trong các công
trình khác. Các tham khảo trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công
trình, thời gian và nơi công bố. Nếu không đúng như đã nêu trên, tôi hoàn toàn chịu trách
nhiệm về đồ án của mình. Hà Nội, ngày tháng năm Người cam đoan (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên: Mã sinh viên: Lớp:
Hệ đào tạo : Chính quy
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật điện, điện tử
Chuyên ngành: Điện công nghiệp và dân dụng
I) Tên đồ án: 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 và L2 II) Các số liệu
1) Thông số hệ thống
- Hệ thống max: SNmax = 2000 (MVA) X0Htmax = k2. X1Htmax
- Hệ thống min: SNmin = k1.SNmax = 0,75. 2000 = 1500 (MVA) X0Htmin = k2. X1HTmin
2) Thông số máy biến áp - Sđm = 25 (MVA) - Uđm = 115/24 kV -
UK % = 10%, tổ đấu dây Yo – Yo 3) Thông số của đường dây: -
D1:L1 = 25 (km); X0 = 1 Ω/km; X1 = 0,4 Ω/km -
D2:L2 = 20 (km); X0 = 1 Ω/km; X2 = 0,4 Ω/km 4 ) Phụ tải: -
Cosφ = 0,9 chung cho tất cả các phụ tải 2 -
t1 = 1,5(s) ; t2 = 1,25(s) ; ∆t = 0,3(s) -
P1 = 3 MW; P2 = 4 MW; P3 = 5 MW III) Nội dung, nhiệm vụ thực hiện a) Phần lý thuyết -
Nhiệm vụ và các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le. -
Các nguyên lý của các bảo vệ đã học. -
Lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy biến áp và đường dây L1 và L2. b)
Phần tính toán: Tính toán bảo vệ cho đường dây L1 và L2 - Tính toán lựa chọn
các thông số BI của đường dây 22kV. -
Tính toán ngắn mạch phục vụ lựa chọn thông số cài đặt và kiểm tra độ nhạy của các bảovệ 1&2. -
Tính toán thông số cài đặt các chức năng bảo vệ quá dòng của bảo vệ 1&2. -
Khảo sát vùng tác động chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50; 50N) của bảo vệ1&2. -
Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ 1&2. Ngày giao đề tài: Ngày nộp quyển:
Hà Nội, ngày tháng năm
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN
Ngày nay, cùng với sự phát triển của thời đại, điều kiện sống của con người cũng ngày càng
được cải thiện, các nhu cầu thiết yếu hàng ngày cũng vì thế mà không ngừng tăng lên, điện
năng cũng là một trong số những nhu cầu thiết yếu đó. Nếu như ngược trở lại vào khoảng
30 năm về trước, điện vẫn còn là một khái niệm mới mẻ với bà con ở vùng sâu, vùng xa,
thì nay điện đã được truyền tới khắp các bản làng, được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực
của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt,
dịch vụ... Chính vì thế, để đảm bảo cung cấp điện một cách an toàn, liên tục và chất lượng
thì hệ thống bảo vệ rơ le là không thể thiếu trong mỗi hệ thống điện. Tuy nhiên trong quá
trình vận hành không thể tránh khỏi các sự cố, các chế độ làm việc không bình thường của
mạng điện và thiết bị điện, các sự cố này phần lớn đều dẫn tới việc làm tăng dòng điện và
giảm điện áp. Điều này sẽ gây những hậu quả xấu nếu không được khắc phục kịp thời. Do
đó, việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong
hệ thống điện cùng 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, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không
bình thường là kiến thức không thể thiếu của mỗi kỹ sư điện.
Bảo vệ rơ le là một dạng cơ bản của tự động hóa. Bảo vệ rơ le thực hiện việc kiểm tra, giám
sát liên tục các trạng thái, các chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện,
để nếu xảy ra vấn đề gì sẽ có những phản ứng phù hợp. Trong phạm vi đồ án: “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 và L2” trình bày về cách tính toán, cài đặt và khảo sát
vùng tác động, độ nhạy của hai bảo vệ rơ le cơ bản quan trọng.
Với kiến thức còn hạn chế, chưa được thực tế nhiều nên đồ án môn học bảo vệ rơ le này
không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự quan tâm, chỉ bảo của thầy cô giúp
em hoàn thiện bản đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TT Nội dung Ý kiến nhận xét 1 Hình thức trình bày
Đồ án thể hiện đầy đủ 2 các nội dung đề tài 3 Các kết quả tính toán 4 Thái độ làm việc 5 Tổng thể Các ý kiến khác:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày … tháng năm 4 Cán bộ chấm 1 Cán bộ chấm 2 MỤC LỤC
PHẦN 1: PHẦN LÝ THUYẾT .......................................................................................... 1
CHƯƠNG 1) NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU BẢO VỆ RƠ LE ....................................... 1
1.1) Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le ....................................................................................... 1
1.2) Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le .............................................................................. 1
CHƯƠNG 2) CÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ............ 2
2.1) Bảo vệ quá dòng điện: .............................................................................................. 2
2.2) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé: ................................. 2
2.3) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn: ................................ 2
2.4) Bảo vệ so lệch dòng điện: ........................................................................................ 3
2.5) Bảo vệ khoảng cách: ................................................................................................ 3
2.6) Bảo vệ dòng điện có hướng: .................................................................................... 3
CHƯƠNG 3) NHIỆM VỤ, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG
VÀ VÙNG TÁC ĐỘNG CỦA TỪNG BẢO VỆ ĐẶT CHO ĐƯỜNG DÂY ....................... 3
3.1) Bảo vệ quá dòng có thời gian: .................................................................................. 3
3.2) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh: ..................................................................................... 5
3.3) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn: ................................ 6
3.4) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé: ................................. 7
3.5) Bảo vệ so lệch dòng điện: ........................................................................................ 7
3.6) Bảo vệ khoảng cách: ................................................................................................ 8
PHẦN 2: PHẦN TÍNH TOÁN ........................................................................................... 8
CHƯƠNG 1) CHỌN CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI) ............................ 8
CHƯƠNG 2) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ LỰA CHỌN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT
VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC BẢO VỆ 1 &2 ........................................................ 9
2.1) Vị trí các điểm ngắn mạch ....................................................................................... 9
2.2) Các đại lượng cơ bản ................................................................................................ 9
2.3) Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại ......................................... 10
2.4) Tính X1Σ; X2Σ; X0Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min: ............................... 14
2.5) Xây dựng quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ............................... 17
2.4.2. Chế độ cực tiểu .................................................................................................... 18
CHƯƠNG 3) TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ QUÁ
DÒNG CỦA BV1&BV2 ...................................................................................................... 19
3.1) Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh I>> (50) ................................................... 20
3.2) Xác định vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh: ........................................................... 20
3.3) Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không I0>> (50N) .......................... 20
3.4) Xác định vùng bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh: .................................................. 21
3.5) Chỉnh định bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian I0> (51N) ........................ 21
3.6) Chỉnh định bảo vệ quá dòng có thời gian I> (51) .................................................. 21
CHƯƠNG 4) KHẢO SÁT VÙNG TÁC ĐỘNG CHỨC NĂNG CỦA BẢO VỆ QUÁ DÒNG
CẮT NHANH VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ 1&2 ..... 24
4.1) Xác định vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh .......................................... 24
4.2) Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ 1&2 .................................................. 24
PHẦN 3: KẾT LUẬN ........................................................................................................ 25
PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 25
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1) Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không ở chế độ cực đại.11
Bảng 2.2) Bảng tổng hợp dòng điện ngắn mạch tại các pha của mạng điện ở chế độ
cực đại.................................................................................................................14
Bảng 2.3) Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không ở chế độ cực tiểu.15
Bảng 2.4) Công thức tính toán với các loại ngắn mạch......................................16
Bảng 2.1) Bảng tổng hợp dòng điện ngắn mạch tại các pha của mạng điện ở chế độ
cực tiểu................................................................................................................17
Bảng 2.2) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất tại các pha ở chế độ cực
đại........................................................................................................................18
Bảng 2.3) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp nhỏ nhất tại các pha ở chế độ cực 6
tiểu.......................................................................................................................19
Bảng 2.4) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất, nhỏ nhất tại các pha ở
chế độ cực đại và chế độ cực tiểu........................................................................19
Bảng 2.1) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N5 - N9 ở chế độ cực đại..................................................................23
Bảng 2.2) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N1 - N5 ở chế độ cực đại..................................................................24
Bảng 2.3) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N5 - N9 ở chế độ cực tiểu.................................................................24
Bảng 2.4) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N1 - N5 ở chế độ cực tiểu.................................................................24
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.2) Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới điện hình tia
cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập.................................5 Hình
1.3) Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp..............6
Hình 2.2) Vị trí các điểm ngắn mạch..................................................................10
Hình 2.3) Giá trị điện kháng tại các điểm ngắn mạch.........................................11 Hình
2.4) Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực đại.18
Hình 2.5) Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực tiểu19
Hình 2.6) Quan hệ dòng ngắn mạch cực đại, cực tiểu với chiều dài đường dây.20
Hình 2.7) Quan hệ dòng ngắn mạch thứ tự không với chiều dài đường dây......20
Hình 2.2) Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh........................................................21
Hình 2.3) Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh TTK...............................................22
Hình 2.4) Đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ trong chế độ cực đại, cực tiểu
.............................................................................................................................25 8 lOMoAR cPSD| 35884202
PHẦN 1: PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1) NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU BẢO VỆ RƠ LE
1.1) Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le
Khi thiết kế hoặc vận hành bất kì 1 hệ thống điện nào cũng phải kể đến các khả năng
phát sinh các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Hậu quả của ngắn mạch là:
+ Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện
+ Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.
+ Phá hủy các phần tử có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ.
+ Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình
thường như là quá tải. Khi quá tải, dòng điện tăng cao làm nhiệt độ của các phần dẫn điện
vượt quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện
cần có các thiết bị phát ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện
ra các phần tử bị hư hỏng và cắt nó ra khỏi hệ thống điện. Thiết bị này được thực hiện nhờ
các khí cụ tự động gọi là rơ le. Thiết bị bảo vệ thực hiện nhờ những rơ le gọi là thiết bị bảo vệ rơ le.
Như vậy, nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơ le là tự động cắt phần tử hư hỏng ra
khỏi hệ thống điện. Ngoài ra, còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không
bình thường của các phần tử trong hệ thống điện. Tùy mức độ mà bảo vệ rơ le có thể tác
động hoặc báo tín hiệu đi cắt máy cắt.
1.2) Các yêu cầu đối với bảo vệ rơ le a) Tác động nhanh:
Càng cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết
bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ tiêu thụ, giảm xác suất dẫn đên hư hỏng nặng
hơn và càng nâng cao khả năng duy trì sự ổn định sự làm việc của các máy phát điện và
toàn bộ HTĐ. Tuy nhiên để đảm bảo được yêu cầu tác động nhanh thì lại không đáp ứng
được yêu cầu về tính chọn lọc.
+ Bảo vệ rơ le được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá
50ms (2,5 chu kì của dòng điện tần số 50Hz). Bảo vệ rơ le được gọi là tác động tức thời
nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơ le.
+ Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo
vệ chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,2 ÷ 1,5s), bảo vệ dự phòng khoảng (1,5 ÷ 2,0s).
b) Tính chọn lọc: là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự
cố ra khỏi hệ thống. Theo nguyên lý làm việc có thể phân ra:
+ Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi có 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. lOMoAR cPSD| 35884202
+ Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được
bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
c) Độ nhạy: Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo
vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy
Yêu cầu: kn = 1,5 ÷ 2 đối với bảo vệ chính
kn = 1,2 ÷ 1,5 đối với bảo vệ dự phòng
kn > 2 đối với bảo vệ so lệch
d) Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn.
+ Độ tin cậy tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong
phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
+ Độ tin cậy không tác động: là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình
thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định e) Tính kinh tế:
Đối với các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị
bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình,vì vậy thông thường giá cả
thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cung
cấp cho thiết bị bảo vệ.Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định,vì nếu
không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện.
Đối với lưới trung, hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn,và yêu cầu bảo
vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy điện lớn hoặc
lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế trong chọn thiết
bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất.
CHƯƠNG 2) CÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1) Bảo vệ quá dòng điện:
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 trước. Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc chia thành 2 loại:
+ Bảo vệ quá dòng có thời gian: 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 cắt nhanh: 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 max.
2.2) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:
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 thứ tự không
vào rơ le. Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máy cắt.
2.3) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:
Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha. Khi
có ngắn mạch 1 pha dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành
phần dòng không cân bằng. Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơn dòng không 2 lOMoAR cPSD| 35884202
cân bằng tính toán nhân với 1 hệ số kat nào đó. Nên khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất thì
dòng vào rơ le lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máy cắt. Khi xảy ra các
loại ngắn mạch khác thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ le không tác động.
2.4) Bảo vệ so lệch dòng điện:
Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp
biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch vượt quá trị số cho
trước thì bảo vệ sẽ tác động.
2.5) Bảo vệ khoảng cách:
Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc
vào quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đưa vào rơ le và góc pha giữa chúng.
Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ đặt bảo vệ
tăng lên. Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất.
2.6) Bảo vệ dòng điện có hướng:
Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữa dòng
điện ấy vơi điện áp trên thanh góp có đặt bảo vệ cung cấp cho rơ le. Bảo vệ sẽ tác động
khi dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợp với trường
hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.
→ Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đại
cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và áp vào rơ le.
CHƯƠNG 3) NHIỆM VỤ, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, THÔNG
SỐ KHỞI ĐỘNG VÀ VÙNG TÁC ĐỘNG CỦA TỪNG BẢO VỆ ĐẶT CHO ĐƯỜNG DÂY
Đường dây cần bảo vệ là đường dây 110kV, là đường dây cao áp, để bảo vệ ta dùng các loại bảo vệ:
- Quá dòng điện cắt nhanh hoặc quá thời gian
- Quá dòng điện có hướng
- So lệch dùng cấp thứ cấp chuyên dùng - Khoảng cách.
Trong nhiệm vụ thiết kế bảo vệ của đồ án ta xét bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh và
quá dòng điện có thời gian.
3.1) Bảo vệ quá dòng có thời gian:
Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi có dòng điện đi qua phần tử được
bảo vệ vượt quá một giá trị trước. Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá
dòng điện được chia làm 2 loại:
- Bảo vệ quá dòng có thời gian
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đường dây tính từ vị
trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự phòng cho bảo vệ đặt
phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là Δt. lOMoAR cPSD| 35884202
a) Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập
Theo nguyên lý của bảo vệ, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện
làm việc lớn nhất của đường dây được bảo vệ. Tính chọn lọc của bảo vệ được đảm bảo
bằng nguyên tắc phân cấp việc chọn thời gian tác động. Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp
thời gian tác động càng lớn.
Giá trị dòng khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xác định bởi: Trong đó:
+ Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất.
+ kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch, ta
thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2
+ kmm: hệ số mở máy, có thể lấy kmm = (1.5 + 2,5).
+ kv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, phụ thuộc tính chất cơ và điện
của cấu tạo rơ le, có thể lấy trong khoảng (0,85 + 0,95). Trong rơ le lí tưởng kv = 1, nhưng thực tế kv < 1
Phối hợp các bảo vệ theo thời gian: là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập
trong các tài liệu bảo vệ rơ le hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang,
nghĩa là chọn thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với
thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn). Trong đó:
+ tn: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.
+ t(n-1) max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó (thứ n).
+ Δt: bậc chọn lọc về thời gian.
b) Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc.
Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó thực
hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được tính tác động
nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng bảo vệ
quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các phương thức tính toán chỉnh
định rơ le quá dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu
chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa được thống nhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn
cho việc thẩm kế và kiểm định các giá trị đặt. 4 lOMoAR cPSD| 35884202
Hình 1.1.1.1.2) Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới điện hình tia cho
trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập
Rơ le quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường dây có
dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong trường hợp này nếu sử
dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đảm bảo các điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt
sự cố, ổn định của hệ thống... Hiện nay người ta có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ
quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các
rơ le có đặc tuyến độc lập.
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức: Ikđ-51 = k. Ilvmax
Với k: hệ số chỉnh định (k = 1,6)
Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức:
3.2) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch
càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy hiểm cao hơn và
cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này người ta
dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc
trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là
có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo
vệ không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn
nhất của loại bảo vệ này. lOMoAR cPSD| 35884202
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được chọn
sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp) đi qua
chỗ đặt rơ le khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ. Sau đây chúng ta sẽ đi tính toán giá
trị đặt của bảo vệ cho mạng điện trong đồ án.
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp giá trị dòng điện khởi động của bảo
vệ đặt tại thanh góp A được xác định theo công thức: Ikđ = kat. INngmax Trong đó:
+ kat: hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn mạch, do
cấu tạo của rơ le, thành phần không chu kì trong dòng ngắn mạch và của các biến
dòng. Với rơ le điện cơ kat = (1,2 + 1,3), còn với rơ le số kat = 1,15.
+ INngmax: dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn ngoài vùng
bảo vệ. Ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B. -
Ưu điểm: Thời gian tác động động nhanh (thường xấp xỉ 0 giây), sơ đồ đơn giản, tin cậy -
Nhược điểm: Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng cần bảo vệ, không đảm bảo
tính chọn lọc của bảo vệ trong lưới phức tạp có nhiều nguồn cung cấp. Chính vì vậy bảo
vệ quá dòng cắt nhanh thường không được sử dụng làm bảo vệ chính mà hay được dùng
kết hợp với bảo vệ khác.
Hình 1.1.1.1.3) Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp
3.3) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:
Những mạng 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 cắt máy cắt khi có ngắn mạch 1 pha.
- Sơ đồ nguyên lý:
Ta thấy bảo vệ dùng ba biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 rơ le. Dòng vào rơ le bằng: IR = Ia+ Ib + Ic Ta có: Ia = (IA - IAμ). 6 lOMoAR cPSD| 35884202 Nên:
IR = Ia + Ib + Ic = (IA + IB + IC). - (IAμ. + IBμ. + Icμ). Hay là IR = Với:
Ikcb = (IAμ. + IBμ. + ICμ).
Ikcb: là thành phần dòng không cân bằng, sinh ra do sự không đồng nhất của các BI.
Sơ đồ chỉ làm việc khi xảy ra ngắn mạch 1 pha. Còn khi ngắn mạch giữa các pha thì
bảo vệ không tác động do thành phần 3I0 bằng 0.
- Dòng khởi động:
Dòng khởi động được chọn như sau: Ikđ ≥ IkcbttO Tức là:
IkđR = kat. với ni là tỉ số biến của BI -
Thời gian tác động:
Thời gian làm việc của bảo vệ cũng được chọn theo nguyên tắc từng cấp để đảm bảo
tính chọn lọc nhưng chỉ áp dụng trong mạng trung tính nối đất trực tiếp.
Bảo vệ chống ngắn mạch 1 pha có thời gian làm việc bé hơn so với bảo vệ quá dòng
chống ngắn mạch giữa các pha và có độ nhạy cao hơn.
- Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp.
3.4) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:
- 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 đất bé nên những bảo vệ nối pha rơ le toàn phần không thể làm
việc với những dòng chạm đất nhỏ như vậy. Nên thực tế người ta phải dùng các bộ lọc
thành phần thú tự không như hình vẽ sau:
Ở điều kiện bình thường, ta có: IA + IB + IC = 0, từ thông trong lõi thép bằng 0 và mạch
thứ cấp không có dòng điện nên I2 = 0, rơ le không làm viêc.
Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3 I0 chạy vào rơ le nên rơ le tác động.
3.5) 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:
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có dạng như sau:
Dòng vào rơ le: IR = Isl = ∆I = IT1 - IT2 , gọi là 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: IS1 = IS2; IT1 = IT2 và IR = 0 (trường hợp lý tưởng). Rơ le không tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ N2. Ta có: IS1 ≠ IS2, IT1 ≠ IT2, IR = IT1 - IT2≠ 0. Nếu
> IKĐ thì rơ le tác động.
- Dòng khởi động: lOMoAR cPSD| 35884202
Để bảo vệ so lệch làm việc đúng ta phải chỉnh định dòng khởi động của bảo vệ lớn
hơn dòng không cân bằng lớn nhất khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ. Tức là: Ikđ = k. Ikcbttmax Trong đó:
Ikcbttmax = kđn. kkck. fimax. INMNmax Với:
+ kđn: hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng loại, và có cùng
đặc tính từ hóa, hoàn toàn giống nhau, có dòng ISC như nhau.
+ kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không.
+ kkck: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài.
+ INMNmax: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất.
+ fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định. - Vùng tác động:
Bảo vệ so lệch có vùng tác động được 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 tác động chọn lọc tuyệt đối, không có
khả năng làm dự phòng cho các bảo vệ khác.
3.6) Bảo vệ khoảng cách:
Trong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính sau:
+ Bộ phận khởi động: có nhiệm vụ khởi động bảo vệ vào thời điểm phát sinh sự cố,
kết hợp với các bảo vệ khác làm bậc bảo vệ cuối cùng. Bộ phận khởi động thường được
thực hiện nhờ rơ le dòng cực đại hoặc rơ le tổng trở cực tiểu.
+ Bộ phận khoảng cách: đo khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực
hiện nhờ rơ 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 1 số rơ le thời gian khi bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp.
+ Bộ phận 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
rơ le định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận khởi động và khoảng cách.
PHẦN 2: PHẦN TÍNH TOÁN
CHƯƠNG 1) CHỌN CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI)
Chọn tỷ số biến đổi của các BI: Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng điện BI1, BI2
và BI3 dùng cho bảo vệ đường dây L1, L2. Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo
quy chuẩn lấy theo giá trị lớn. Dòng thứ cấp lấy bằng 5A. Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:
+ Chọn IddBI Ilvmax = Icb: dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI. + Chọn ITdd = 5A.
1) Dòng điện làm việc trên đường dây 3:
I3lvmax = Ipt3 = = = 145,79 (A) Ta chọn ISdd3 = 150 (A) 8 lOMoAR cPSD| 35884202
Vì vậy, hệ số biến dòng của
2) Dòng điện làm việc trên đường dây 2:
I2lvmax = Ipt2 + Ipt3 = + Ipt3 = + 145,79 = 262,43 (A) Ta chọn ISdd2 = 300 (A)
Vì vậy, hệ số biến dòng của
3) Dòng điện làm việc trên đường dây 1:
I1lvmax = Ipt1 + Ipt2 = + Ipt2 = + 262,43 = 349,90 (A) Ta chọn ISdd = 350 (A)
Vì vậy, hệ số biến dòng của
CHƯƠNG 2) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ LỰA CHỌN
THÔNG SỐ CÀI ĐẶT VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC BẢO VỆ 1 &2
Ngắn mạch là một trong các sự cố nghiêm trọng nhất của hệ thống. Là hiện tượng các
pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính). Lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của
hệ thống giảm đi, dòng điện tăng cao có thể gây ra phá hủy thiết bị dẫn tới thiệt hại lớn về
tài sản hệ thống và có thể đe dọa tính mạng người vận hành.
Trong thiết kế bảo vệ rơ le, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng
điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lựa chọn thiết bị lực (nhị thứ)
trong phương thức nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp dòng sự cố, và xác định trị số dòng ngắn
mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng. Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công
suất ngắn mạch, cấu hình của hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch.
2.1) Vị trí các điểm ngắn mạch
Hình 1.1.1.1.4) Vị trí các điểm ngắn mạch
Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch, ta bỏ qua: - Bão hòa từ.
- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây.
- Ảnh hưởng của phụ tải.
2.2) Các đại lượng cơ bản
- Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng:
- Công suất cơ bản: Scb = SddB = 25 MVA
- Điện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp= (110kV; 22kV)
- Cấp điện áp 22kV ta lấy Ucb = Udđ. 1,05 = 22. 1,05 = 23kV EHT = 1 lOMoAR cPSD| 35884202
2.2.1) Điện kháng các phần tử
- Hệ thống: S1NHTmax = 2000 MVA; S1NHTmin = 1500 MVA; X0HT = X1HT + Giá trị điện kháng
thứ tự thuận: Chế độ cực đại: X1HTmax = = = 0,013
Chế độ cực tiểu: X1HTmin = = = 0,017 +
Giá trị điện kháng thứ tự không:
Chế độ cực đại: X0HTmax = 0,9. X1HTmax = 0,012
Chế độ cực tiểu: X0HTmin = 0,9. X1HTmin = 0,015 - Máy biến áp B1 và B2:
Chế độ cực tiểu (1 máy biến áp): XB12 = XB1 = XB2 = = = 0,1
Chế độ cực đại (2 máy biến áp vận hành song song): XB12max = = 0,05 - Đường dây:
Chia đường dây L1 và L2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau, ta có: +
Giá trị điện kháng thứ tự thuận:
X1D11 = X1D12 = X1D13 = X1D14 = x1. L1. = . 0,4.25. = 0,118
X1D21 = X1D22 = 0X1D23 = X1D24 = x2. L2. = . 0,4.20. = 0,095 +
Giá trị điện kháng thứ tự không:
X0D11 = X0D12 = X0D13 = X0D14 = x0. L1. = .1.25. = 0,295
X0D21 = X0D22 = X0D23 = X0D24 = x0. L2. = .1.20. = 0,236
2.3) Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại
Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành
phần đối xứng. Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần: thành phần thứ tự
thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.
Hình 1.1.1.1.5) Giá trị điện kháng tại các điểm ngắn mạch
Ta tiến hành tính các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1 - N9 =>
Tính X1Σ; X2Σ; X3Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ max:
N1: X1Σ = X1HTmax + 0,5XB12 = 0,0125 + 0,1 = 0,063
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 = 0,011 + 0,5. = 0,062 Tương
tự với các điểm còn lại ta có công thức tính:
N2: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+X1D11;
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + X0D11
N3: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+2X1D11; X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 2X0D11
N4: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+3X1D11; X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 3X0D11
N5: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+4X1D11; X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 4X0D11
N6: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+4X1D11 + X1D21;
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 4X0D11 + X0D21 10 lOMoAR cPSD| 35884202
N7: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+4X1D11 + 2X1D21;
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 4X0D11 + 2X0D21;
N8: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,5XB12+4X1D11 + 3X1D21;
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 4X0D11 + 3X0D21
N9: X1Σ = X2Σ = X1HTmax + 0,50,5XB12+4X1D11 + 4X1D21;
X0Σ = X0HTmax + 0,5XB12 + 4X0D11 + 4X0D21 Kết quả tính cho bảng sau:
Bảng 2.2.3.1.2.1) Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không ở chế độ cực đại.
ơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát:
S ơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:
=> Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công
thức: (vì EΣ = 1) với là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.
=> Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức: Ta có bảng tóm tắt sau: Dạng ngắn mạch n X'
m ( n ) N (1) 1 3
N (1 , 1) 1, 1 N(3) 3 0 1 lOMoAR cPSD| 35884202
Sơ đồ tại điểm N1 dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không. Với:
- Ngắn mạch 3 pha đối xứng (N(3)) (kA) (kA)
Trong hệ đơn vị có tên: (kA)
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N(1)) Ta có:
X∆ = X2Σ + X0Σ = 0,125 Sơ
đồ phức hợp rút gọn như sau: Với:
Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,063 + 0,125 = 0,188 Ta có: (kA)
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là: (kA)
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là: (kA)
- Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) Ta có:
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau: 12 lOMoAR cPSD| 35884202 Với:
Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,063 + 0,031 = 0,094 Ta có: 10,610 (kA) (kA) 5,263 (kA) (kA)
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là: (kA)
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là: (kA)
Khi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng qua các BI
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được bảng:
Bảng 2.2.3.1.2.2) Bảng tổng hợp dòng điện ngắn mạch tại các pha của mạng điện ở chế độ cực đại. Điểm N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
0,063 0,181 0,299 0,417 0,535 0,630 0,725 0,820 0,915
0,062 0,357 0,652 0,947 1,242 1,478 1,714 1,95 2,186
0,125 0,538 0,951 1,364 1,777 2,108 2,439 2,770 3,101
0,031 0,120 0,205 0,290 0,374 0,442 0,509 0,577 0,645
9,961 3,467 2,099 1,505 1,173 0,996 0,866 0,765 0,686
10,014 2,618 1,883 1,057 0,814 0,688 0,595 0,524 0,469
10,014 2,618 1,883 1,057 0,814 0,688 0,595 0,524 0,469
9,988 3,182 1,910 1,365 1,063 0,902 0,783 0,692 0,620
10,068 2,104 1,174 0,815 0,624 0,525 0,453 0,399 0,356
10,014 3,467 2,099 1,505 1,173 0,996 0,866 0,765 0,686
10,068 2,618 1,883 1,057 0,814 0,688 0,595 0,524 0,469 lOMoAR cPSD| 35884202
2.4) Tính X1Σ; X2Σ; X0Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min:
Ta tiến hành tính các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1 - N9 => Tính
X1Σ; X2Σ; X3Σ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min: N1: X1Σ = X2Σ =
XHTmin + XB1 = 0,017 + 0,1 = 0,117
X0Σ = X0HTmin + XB1= 0,015 + 0,1 = 0,115 Tương
tự với các điểm còn lại ta có công thức tính:
N2: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + X1D11; X0Σ = X0HTmin + XB12 + X0D11
N3: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 2X1D11;
X0Σ = X0HTmin + XB12 + 2X0D11 N4:
X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 3X1D11; X0Σ = X0HTmin + XB12 + 3X0D11 N5: X1Σ =
X2Σ = XHTmin + XB12 + 4X1D11; X0Σ = X0HTmin + XB12 + 4X0D11
N6: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 4X1D11 + X1D21;
X0Σ = X0HTmin + XB12 + 4X0D11 + X0D21
N7: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 4X1D11 + 2X1D21;
X0Σ = X0HTmin + XB12 + 4X0D11 + 2X0D21
N8: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 4X1D11 + 3X1D21;
X0Σ = X0HTmin + XB12 + 4X0D11 + 3X0D21
N9: X1Σ = X2Σ = XHTmin + XB12 + 4X1D11 + 4X1D21;
X0Σ = X0HTmin + XB12 + 4X0D11 + 4X0D21 Kết quả tính cho bảng sau:
Bảng 2.2.4.1.2.1) Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không ở chế độ cực tiểu. Điểm N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 X1Σmin 0,117
0,235 0,353 0,471 0,589 0,684 0,779 0,874 0,969 X2Σmin 0,117
0,235 0,353 0,471 0,589 0,684 0,779 0,874 0,969 X0Σmin 0,115
0,410 0,705 1,000 1,295 1,531 1,767 2,003 2,239
Sơ đồ thứ tự thuận dạng tổng quát: S
ơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát: 14 lOMoAR cPSD| 35884202
Sơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:
=> Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công
thức: (vì EΣ = 1) với là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.=> Trị số dòng điện ngắn
mạch tổng tại các pha được tính theo công thức : Ta có bảng tóm tắt công thức sau:
Bảng 2.2.4.1.2.2) Công thức tính toán với các loại ngắn mạch Dạng ngắn mạch n
m ( n ) N (1) 1 X 2∑ + X ∑ 0 3 N (1 ,1) 1 , 1 X 2 ∑ // X 0 ∑ N (2) 2 X 2 ∑
Sơ đồ ngắn mạch tại điểm N1 dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không. Với:
X1Σ = X2Σ = XHT + XB1 = 0,117 X0Σ = X0HT + XB1 = 0,115
- Ngắn mạch 2 pha (N(2)) Dòng ngắn
mạch thứ tự thuận: Ta có: X∆ = X2Σ = 0,117
Trong hệ đơn vị tương đối (kA)
Trong hệ đơn vị có tên (kA)
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N(1)) Ta có:
X∆ = X2Σ + X0Σ = 0,117 + 0,115 = 0,232 Sơ
đồ phức hợp rút gọn như sau: lOMoAR cPSD| 35884202
Với: Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,117 + 0,232 = 0,349 Ta có: (kA)
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là: (kA)
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là: (kA)
- Ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) Ta có:
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:
Với: Xtđ = X1Σ + X∆ = 0,117 + 0,058 = 0,175 Ta có: (kA) (kA) (kA) (kA)
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là: (kA)
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là: (kA)
Khi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng qua các BI
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được bảng: Bảng 1.1.1.1.2.1)
Bảng tổng hợp dòng điện ngắn mạch tại các pha của mạng điện ở chế độ cực tiểu. Điểm N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
0,117 0,235 0,353 0,471 0,589 0,684 0,779 0,874 0,969 0,115
0,41 0,705 1,000 1,295 1,531 1,767 2,003 2,239 16 lOMoAR cPSD| 35884202
0,232 0,645 1,058 1,471 1,884 2,215 2,546 2,877 3,208
0,058 0,149 0,235 0,320 0,405 0,473 0,541 0,608 0,676
4,645 2,313 1,540 1,154 0,923 0,795 0,698 0,622 0,561
5,394 2,139 1,334 0,969 0,761 0,649 0,566 0,502 0,451
5,394 2,139 1,334 0,969 0,761 0,649 0,566 0,502 0,451
5,379 2,479 1,630 1,215 0,969 0,833 0,731 0,651 0,587
5,426 1,785 1,068 0,762 0,592 0,503 0,437 0,386 0,346
4,645 2,139 1,334 0,969 0,761 0,649 0,566 0,502 0,451
5,394 1,785 1,068 0,762 0,592 0,503 0,437 0,386 0,346
2.5) Xây dựng quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây
2.5.1) Chế độ cực đại
Bảng 2.2.5.1.2.1) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất tại các pha ở chế độ cực đại. Điểm N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 N 6 N 7 N 8 N 9
10,014 3,467 2,099 1,505 1,173 0,996 0,866 0,765 0,686
10,068 2,618 1,883 1,057 0,814 0,688 0,595 0,524 0,469
Hình 1.1.1.1.6) Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực đại I (kA) 10 8 6 4 2 L(km) 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 lOMoAR cPSD| 35884202
2.4.2. Chế độ cực tiểu
Bảng 2.2.5.1.2.2) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp nhỏ nhất tại các pha ở chế độ cực tiểu. Điểm N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 N 6 N 7 N 8 N 9
4,645 2,139 1,334 0,969 0,761 0,649 0,566 0,502 0,451
5,394 1,785 1,068 0,762 0,592 0,503 0,437 0,386 0,346
Hình 1.1.1.1.7) Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực tiểu I (kA) 6 5 4 3 2 1 L(km) 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
Bảng 2.2.5.1.2.3) Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất, nhỏ nhất tại các pha ở chế
độ cực đại và chế độ cực tiểu
Hình 1.1.1.1.8) Quan hệ dòng ngắn mạch cực đại, cực tiểu với chiều dài đường dây I (kA) 18 lOMoAR cPSD| 35884202 10 8 I MAX N 6 4 I MIN N 2 0 L(km) N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
Hình 1.1.1.1.9) Quan hệ dòng ngắn mạch thứ tự không với chiều dài đường dây I (kA) 10 8 6 4 2 0 L(km) N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
CHƯƠNG 3) TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT CÁC CHỨC NĂNG
BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỦA BV1&BV2
Khi tính các thông số đặt của các chức năng trên, ta chỉ cần tính ở chế độ max vì đặt ở chế
độ max ta đã đảm bảo bảo vệ cả chế độ min. lOMoAR cPSD| 35884202
3.1) Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh I>> (50) - Thời gian tác động: t50/BV1 = 0 (s) t50/BV2 = 0 (s) - Dòng khởi động:
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn theo công thức: Ikđ = kat. INngmax Trong đó:
+ kat: Hệ số an toàn, thường chọn kat = 1,2
+ INngmax: Dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất, thường lấy
bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây.
- Để đảm bảo chọn lọc thì bảo vệ 2 sẽ tác động trước bảo vệ 1: + Với đoạn đường dây L2:
Ikđ50/BV2 = kat. IN9max = 1,2. 0,686 = 0,823 (kA) +
Với đoạn đường dây L1:
Ikd50/BV1 = kat. IN5max = 1,2. 1,173 = 1,408 (kA)
3.2) Xác định vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh: I (kA)
Hình 1.1.1.1.10) Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh 10 8 6 4 2 L(km) 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 L cắt nhanh min L cắt nhanh max
3.3) Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không I0>> (50N) - Thời gian tác động: t50/BV1 = 0 (s) t50/BV2 = 0 (s)
- Dòng khởi động: Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không
cắtnhanh được lựa chọn theo công thức 20 lOMoAR cPSD| 35884202 Ikđ = kat. 3I0ngmax
Trong đó: I0ngmax: Dòng điện ngắn mạch thứ tự không ngoài lớn nhất khi có sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ.
+ Với đoạn đường dây L2
Ikđ50N/BV2 = Kat. 3.I0N9max = 1,2. 3. 0,469 = 1,688 (kA)
+ Với đoạn đường dây L1
Ikđ50N/BV1 = Kat. 3.I0N5max = 1,2. 3. 0,814 = 2,931 (kA)
3.4) Xác định vùng bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh: I (kA)
Hình 1.1.1.1.11) Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh TTK 10 8 6 4 2 0 L(km) N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 L cắt nhanh min L cắt nhanh max
3.5) Chỉnh định bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian I0> (51N)
Dòng điện khởi động được chọn theo công thức: Ikđ51N = k0. IddBI
Trong đó: IddBI là dòng danh định của BI k0 = 0,3
Với bảo vệ trên đoạn đường dây L1, L2:
Ikd51N/BV2 = 0,3. 300 = 90 (A)
Ikd51N/BV1 = 0,3. 350 = 105 (A)
Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập.
t51N/BV2 = tpt2 + ∆t = 1 + 0,5 = 1,5 (s) t51N/BV1 = max
(tpt1; t51N/BV2) + ∆t = 1,5 + 0,5 = 2 (s)
3.6) Chỉnh định bảo vệ quá dòng có thời gian I> (51) - Dòng khởi động:
Lựa chọn trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian. Dòng khởi
động của bảo vệ quá dòng có thời gian được chọn theo công thức:
Trong đó: k: hệ số chỉnh định, chọn k = 1,6
: dòng điện làm việc lớn nhất. lOMoAR cPSD| 35884202
Theo tính toán trên ta có: IBV1 = 0,349 (kA); IBV2 = 0,262 (kA) Vậy ta có:
Ikd51/BV2 = = 1,6. 0,262 = 0,419 (kA)
Ikd51/BV1 = = 1,6. 0,349 = 0,558 (kA)
- Chọn thời gian làm việc của rơ le: Đặc tính thời gian của rơ le: Trong đó:
+ t: thời gian làm việc của bảo vệ khi sự cố xảy ra tại một điểm
+ với I là dòng ngắn mạch tại thời điểm đang tính
+ Ikd: giá trị khởi động của bảo vệ
+ Tp: bội số thời gian của bảo vệ
3.6.1) Chế độ cực đại - Với đường dây L2:
+ Xét điểm ngắn mạch N9: IN9max = 0,686 (kA) (kA) (s) Vậy, ta có: (s)
+ Xét điểm ngắn mạch N8: IN8max = 0,765 (kA) (kA) (s)
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây L2:
Bảng 2.3.6.1.2.1) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N5 - N9 ở chế độ cực đại Điểm N 5 N 6 N 7 N 8 N 9 1,173 0,996 0,866 0,765 0,686 0,530 0,692 0,895 1,155 1,500 - Với đường dây L1:
+ Xét điểm ngắn mạch N5: IN5max = 1,173 (kA) (kA)
t1(N5) = max(t2(N5); tpt1) + ∆t = 1,5 + 0,5 = 2 (s) Vậy, ta có: (s)
+ Xét điểm ngắn mạch tại N4: IN4max = 1,505 (kA) (kA) (s)
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây L1:
Bảng 2.3.6.1.2.2) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N1 - N5 ở chế độ cực đại 22 lOMoAR cPSD| 35884202 Điểm N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 10,014 3,467 2,099 1,505 1,173 0,130 0,422 0,797 1,298 2,000
3.6.2) Chế độ cực tiểu
Tính toán tương tự như ở chế độ cực đại. Ta có bảng tương tự:
Bảng 2.3.6.2.2.1) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N5 - N9 ở chế độ cực tiểu Điểm N 5 N 6 N 7 N 8 N 9 0,761 0,649 0,566 0,502 0,451 0,135 0,201 0,316 0,564 1,500
Bảng 2.3.6.2.2.2) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại
một điểm từ N1 - N5 ở chế độ cực tiểu Điểm N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 4,645 2,139 1,334 0,969 0,761 0,099 0,255 0,520 0,984 2,000
Từ các kết quả tính toán ở phần trên ta có đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ trong
chế độ cực đại và cực tiểu như sau:
Hình 1.1.1.1.12) Đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ trong chế độ cực đại, cực tiểu t (s) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 L(km) 0 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 lOMoAR cPSD| 35884202
CHƯƠNG 4) KHẢO SÁT VÙNG TÁC ĐỘNG CHỨC NĂNG CỦA BẢO
VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC
CHỨC NĂNG BẢO VỆ 1&2
4.1) Xác định vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Vùng bảo vệ được xác định dựa vào sự cân bằng giữa dòng kích khởi động rơ le với dòng
ngắn mạch ở từng chế độ của rơ le với dòng ngắn mạch ở từng chế độ. Ta có:
Xác định vùng bảo vệ của quá dòng cắt nhanh 50 * Chế độ max
+ Với đoạn đường dây D2
Ikd50/BV2 = Kat. IN9max = 1,2. 0,686 = 0,823 (kA) +
Với đoạn đường dây D1
Ikd50/BV1 = Kat. IN5max = 1,2. 1,173 = 1,408 (kA) - Với bảo vệ 1: => lcn1max = 34,238 (km)
Vậy vùng bảo vệ của BV1 là: lcn1max = 34,238 km - Với bảo vệ 2: => lcn2max = 35,97 km
Vậy vùng bảo vệ của BV2 là: lcn2max = 35,97 km * Chế độ min: - Với bảo vệ 1: Trong đó: => lcn1min = 12,59 km
Vậy vùng bảo vệ của BV1 là: lcn1min = 12,59 km - Với bảo vệ 2: Trong đó: => lcn2min = 0,98 km
Vậy vùng bảo vệ của BV1 là: lcn2min = 0,98 km
4.2) Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ 1&2 Ta có:
Ikd51N/BV2 = 0,3. 300 = 90 (A) 24 lOMoAR cPSD| 35884202
Ikd51N/BV1 = 0,3. 350 = 105 (A) Và:
Ikd51/BV2 = = 1,6. 0,262 = 0,419 (kA)
Ikd51/BV1 = = 1,6. 0,349 = 0,558 (kA) Đối
với bảo vệ đặt trên đường dây D1:
Đối với bảo vệ đặt trên đường dây D2:
Như vậy, bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không (51N) đảm bảo độ nhạy và bảo vệ
quá dòng có thời gian (51) không đảm độ nhạy. PHẦN 3: KẾT LUẬN
Qua bốn chương của đồ án, ta đã có thêm kiến thức về các loại rơ le bảo vệ đường dây
trong hệ thống điện; tính toán, cài đặt, khảo sát các bảo vệ của đường dây L1 và L2. Đồ án
môn học bảo vệ rơ le này cung cấp thêm kinh nghiệm, tài liệu về các loại bảo vệ rơ le.
Đồng thời đây cũng là cuốn cẩm nang bỏ túi cho sinh viên kỹ thuật điện để củng cố lại tay
nghề, kỹ năng tính toán, thiết kế bảo vệ cho hệ thống điện.
PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn A (2015). Chất lượng điện năng, Sách chất lượng điện năng, Đặng
Văn B, NXB KHKT, Hà Nội, 15-40.
[2] Ngô Hồng Quang – Sổ tay tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[3] Nguyễn Văn Đạm – Thiết kế các mạng và hệ thống điện – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[4] Thiết kế các mạng và hệ thống điện (Nguyễn Văn Đạm)
[5] Trần Đình Long (1990). Bảo vệ rơ le trong hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[6] VS.GS. Trần Đình Long (2007). Bảo vệ các hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[7] TS. Nguyễn Đăng Toản. ThS Nguyễn Văn Đạt (2010). Giáo trình đại học bảo vệ rơ
le trong hệ thống điện……….