Nguyen Van Vuong Ga`

Đồ án tốt nghiệp HTĐ 2014

LỜI MỞ ĐẦU

Trạm biến áp là một khâu 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 rất

đắt tiền, so với đường dây tải điện thì xác suất xảy ra sự cố ở trạm biến áp thấp

hơn, tuy nhiên sự cố ở trạm sẽ gây lên những hậu quả nghiêm trọng nếu không

được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác. Vì vậy cần phải có một hệ

thống bảo vệ cho trạm biến áp có độ tin cậy cao, hoạt động chính xác, kịp thời

cách ly thiết bị bị sự cố đảm bảo an toàn cho trạm biến áp.

Đề tài tốt nghiệp em được giao có tên: “Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ

rơle cho các phần tử chính của trạm biến áp 220kV ”.

Trong thời gian làm đồ án, được sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn

Xuân Hoàng Việt, em đã hoàn thành bản đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế

nên không tránh khỏi những sai sót khi làm đồ án, rất mong nhận được sự góp ý

của các thầy cô trong bộ môn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Vương

Page | 1


LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................1

PHẦN I: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH..............................................................51.1 Mô tả đối tượng được bảo vệ................................................................................5

1.2 Tính điện kháng của các phần tử..........................................................................5

1.2.1 Điện kháng của hệ thống điện........................................................................5

1.2.2 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp....................................................6

1.3 Chế độ làm việc của hệ thống...............................................................................7

1.3.1 Tính ngắn mạch sơ đồ 1 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, hai máy biến áp làm việc song song.)............................................................8

1.3.1.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’)............................................8

1.3.1.2. Ngắn mạch phía 110kV (điểm N2 và N2’)..........................................17

1.3.1.3. Ngắn mạch phía 35kV (điểm N3 và N3’)............................................25

1.3.2 Tính ngắn mạch sơ đồ 2 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, một máy biến áp được vận hành song song.)...............................................28

1.3.2.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’)...........................................28

1.3.2.2. Ngắn mạch phía 110kV (điểm N2 và N2’)..........................................34

1.3.2.3. Ngắn mạch phía 35kV (điểm N3 và N3’)............................................40

1.3.3 Tính ngắn mạch sơ đồ 3 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, hai máy biến áp làm việc song song)...................................................42

1.3.4 Tính ngắn mạch sơ đồ 4 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, một máy biến áp được vận hành song song)........................................43

PHẦN II: PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP VÀ GIỚI THIỆU VỀ RƠLE.............................................................................................44

2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ.................................................................44

2.1.1 Tin cậy...........................................................................................................44

2.1.2 Chọn lọc........................................................................................................44

2.1.3 Tác động nhanh............................................................................................45

2.1.4 Tính kinh tế...................................................................................................45

2.2 Bảo vệ máy biến áp.............................................................................................45

2.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng.................................45

2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp................................................46

2.3 Các thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 và 7SJ64..............................................47

2.3.1. Rơle bảo vệ so lệch 7UT613........................................................................47Page | 2


2.3.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613...................................................47

2.3.1.2 Đặc điểm chính của rơle 7UT613.........................................................47

2.3.1.3. Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613............................................................................................................................47

2.3.1.4. Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT613.................................49

2.3.1.5. Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613 :....................................49

2.3.1.6. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613...........................................51

2.3.1.7. Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613.........................52

2.3.1.8. Chức năng bảo vệ so lệch MBA:..........................................................53

2.3.1.9. Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613..........57

2.3.1.10. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613....................................59

2.3.1.11. Chức năng bảo vệ chống quá tải: Sử dụng các phương pháp sau............................................................................................................................59

2.3.2. Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ64..................................................................59

2.3.2.1. Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64.......................................................59

2.3.2.2 Các chức năng của 7SJ64......................................................................60

PHẦN III: CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN - TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẶT VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ.......................................................................................................................62

3.1 Lựa chọn BI, BU.................................................................................................62

3.1.1 Lựa chọn BI..................................................................................................62

3.1.2 Lựa chọn BU...............................................................................................63

3.2 Thông số cài đặt cho bảo vệ so lệch MBA 7UT613...........................................63

3.2.1 Khai báo các thông số của MBA..................................................................63

3.2.2 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm................................................................64

3.2.3 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF (87N)...............................65

3.2.4 Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt (49).............................................................66

3.2.5 Chức năng phát hiện sự cố chạm đất phía 35 kV(59, 59N)..........................67

3.3. Thông số cài đặt cho bảo vệ quá dòng có hướng 7SJ64 cho máy biến áp..........67

3.3.1. Chức năng cắt nhanh có hướng (I >>)..........................................................67

3.3.2. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (I0>>)...........................................68

3.3.3. Bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian (I>)................................................69

3.3.4 Bảo vệ quá dòng TTK (I0>)..........................................................................70

Page | 3


3.3.5. Bảo vệ chống từ chối máy cắt 50BF.............................................................71

3.4 Kiểm tra độ nhạy của hệ thống bảo vệ.................................................................71

3.4.1 Bảo vệ so lệch có hãm 87T............................................................................71

3.4.1.1 Kiểm tra độ an toàn................................................................................71

3.4.1.2 Kiểm tra độ nhạy....................................................................................73

3.4.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N).........................................................75

3.4.3 Bảo vệ quá dòng có hướng............................................................................75

3.4.3.1 Bảo vệ quá dòng đặt phía 220kV...........................................................76

3.4.3.1 Bảo vệ quá dòng đặt phía 110kV...........................................................76

3.4.3.1 Bảo vệ quá dòng đặt phía 35kV.............................................................77

3.4.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không......................................................................77

3.4.4.1 Phía 220kV MBA...................................................................................77

3.4.4.2 Phía 110kV MBA...................................................................................77

3.4.5 Các bảo vệ quá dòng 67 phía đường dây.......................................................77

3.4.5.1 Bảo vệ BV11..........................................................................................77

3.4.5.2 Bảo vệ BV12..........................................................................................78

3.4.5.3 Bảo vệ BV13 ( cài đặt thông số tương tự BV11)...................................78

3.4.6 Bảo vệ quá dòng thứ tự không 67N..............................................................79

3.4.6.1 Bảo vệ BV11..........................................................................................79

3.4.6.2 Bảo vệ BV12..........................................................................................79

Tài liệu tham khảo.............................................................................................80

Page | 4


PHẦN I: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 1.1 Mô tả đối tượng được bảo vệ

Đối tượng được bảo vệ là trạm biến áp 220kV gồm 2 máy biến áp tự ngẫu giống nhau, được cấp điện từ hai hệ thống. Cuộn cao 230kV, cuộn hạ 38,5kV, cuộn trung 121kV.

Các thông số chính của máy biến áp như sau:

Công suất máy biến áp: 125 MVAĐiện áp cao: 230kVĐiện áp trung: 121kVĐiện áp hạ: 38,5kV

Điện áp ngắn mạch % của cuộn cao-trung:

Điện áp ngắn mạch % của cuộn cao-hạ:

Điện áp ngắn mạch % của cuộn trung-hạ:

Tổ đấu dây: YoTN/Δ-111.2 Tính điện kháng của các phần tử

Chọn đơn vị cơ bản

Công suất cơ bản: chọn bằng công suất danh định của MBA:

Scb =

Điện áp cơ bản: chọn bằng điện áp danh định các cấp:

U cb = Udđ

Dòng điện cơ bản: dòng điện cơ bản được tính toán cho từng cấp điện áp tương ứng.

Phía điện áp có = =

= =

Phía điện áp có = =

= =

Phía điện áp 35 kV

có U cb(35 )

= Udđ (35 )

=

Page | 5


= = 1.2.1 Điện kháng của hệ thống điện

Các thông số của hệ thống điện phía cao áp:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại và cực tiểu:

Điện kháng thứ tự không:

Các thông số của hệ thống điện phía trung áp:

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại và cực tiểu:


Hệ thống (xét cả hai hệ thống phía cao áp và trung áp)

Áp dụng công thức: X H =

Scb

SN

Trong chế độ cực đại:

Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

= = = =

= = = = Điện kháng thứ tự không:

= =

= =

Trong chế độ cực tiểu: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

= = = =

= = = = Điện kháng thứ tự không:

Page | 6


= =

= =1.2.2 Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp

Điện áp ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp:

; ;

Điện kháng của các cuộn dây: Cuộn cao:

XC =

UN %C

100.

Scb

SddB = Cuộn trung:

XT =

UT %C

100.

Scb

SddB = Cuộn hạ:

X H =

UH %C

100.

Scb

SddB = 1.3 Chế độ làm việc của hệ thống

Chế độ làm việc: Công suất ngắn mạch lớn nhất (SN max ) hoặc công suất

ngắn mạch bé nhất (SN min ).

Cấu hình của lưới điện: đặc trưng bằng số phần tử làm việc song song.

SN max : Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, một máy biến áp được vận hành hoặc hai máy biến áp làm việc song song.

SN min : Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, một máy biến áp được vận hành hoặc hai máy biến áp làm việc song song.

Vị trí điểm ngắn mạch:

Phía 220kV: Vị trí điểm ngắn mạch N1 ,

N1'


N2'


N3'

Page | 7


Dạng ngắn mạch:

Để xác định dòng điện ngắn mạch cực đại (I NM max ) ta xét các dạng

ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất.

Để xác định dòng điện ngắn mạch cực tiểu (I NM min ) ta xét các dạng

ngắn mạch hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha.

Sơ đồ 1: SN max ,2 MBA làm việc

Từ đó ta có các sơ đồ tính toán như sau:

Sơ đồ 2: SN max ,1 MBA làm việc

Sơ đồ 3: ,2 MBA làm việc

Sơ đồ 4: ,1 MBA làm việc

1.3.1 Tính ngắn mạch sơ đồ 1 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, hai máy biến áp làm việc song song.)

1.3.1.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’) Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)

Page | 8



Sơ đồ thứ tự không:Điện kháng thứ tự không:

Page | 9


a. Ngắn mạch ba phaDòng ngắn mạch ba pha tổng tại điểm ngắn mạch:

= = Dòng ngắn mạch ba pha từ phía cao áp:

Dòng ngắn mạch ba pha từ phía trung áp:

Phân bố dòng điện qua các BI Ngắn mạch tại N1

Dòng điện chạy qua các BI là:

Ngắn mạch tại N1’Dòng điện chạy qua các BI là:

Page | 10


b. Ngắn mạch hai pha chạm đấtĐiện kháng phụ:

Các thành phần dòng điện:

Dòng điện thứ tự thuận phía cao áp:

Dòng điện thứ tự thuận từ phía trung áp:

Dòng điện thứ tự nghịch từ phía cao áp:

Dòng điện thứ tự nghịch từ phía trung áp:

Điện áp thứ tự không:

Dòng thứ tự không phía cao áp:

Page | 11


Dòng thứ tự không tổng phía trung áp và từ cuộn tam giác của máy biến

áp:

Dòng thứ tự không phía trung áp:

Dòng thứ tự không chạy qua cuộn cao và cuộn trung của máy biến áp:

Phân bố dòng điện qua các BI

Khi ngắn mạch tại N1

o Phân bố dòng điện qua BI1

Các thành phần dòng điện qua BI1:

Dòng điện tổng qua BI1:

Để tránh tác động nhầm, rơ le tự tính toán và loại bỏ thành phần thứ tự không.

Dòng đem so sánh là dòng điện pha đã loại trừ thành phần thứ tự không.

If(-0) = |I¿

f -I¿

0 |

Page | 12


IfBI1(-0) = | - |




Dòng điện pha đã loại trừ thành phần thứ tự không:

IfBI2(-0) = | - |

o Phân bố dòng điện qua BI4:

Dòng thứ tự không qua cuộn chung của máy biến áp là:


o Dòng điện qua BI3:

Khi ngắn mạch tại N1’




Page | 13



IfBI1(-0) = | - |

o Dòng điện tổng qua BI2:



c. Ngắn mạch một phaĐiện kháng phụ:








Page | 14



áp:



Phân bố dòng điện qua các BI Khi ngắn mạch tại N1o Phân bố dòng điện qua BI1




IfBI1(-0) = | - | =

o Phân bố dòng điện qua BI2Các thành phần dòng điện qua BI2:


Page | 15



IfBI2(-0) = | - |





Khi ngắn mạch tại N1’:





IfBI1(-0) = | - |




Page | 16


1.3.1.2. Ngắn mạch phía 110kV (điểm N2 và N2’) Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)


Sơ đồ thứ tự không:


Page | 17


a. Ngắn mạch ba pha

Dòng ngắn mạch ba pha tổng tại điểm ngắn mạch:

= =

Dòng ngắn mạch ba pha từ phía cao áp:



Ngắn mạch tại N2


Ngắn mạch tại N2’

Dòng điện chạy qua các BI là:Page | 18


b. Ngắn mạch hai pha chạm đất

Điện kháng phụ:







Dòng thứ tự không tổng phía cao áp và từ cuộn tam giác của máy biến áp:

Page | 19











IfBI1(-0) = | - |


Page | 20




IfBI2(-0) = | - |

o Phân bố dòng điện qua BI4:Dòng thứ tự không qua cuộn chung của máy biến áp là:



Khi ngắn mạch tại N2’o Dòng điện tổng qua BI1:




IfBI2(-0) = | - |Page | 21




c. Ngắn mạch một pha










Page | 22








IfBI1(-0) = | - |




IfBI2(-0) = | - |

o Phân bố dòng điện qua BI4:Page | 23









IfBI2(-0) = | - |



Page | 24


1.3.1.3. Ngắn mạch phía 35kV (điểm N3 và N3’)Cuộn dây phía 35 được đấu tam giác, nên chỉ xét trường hợp ngắn mạch ba

pha Sơ đồ ngắn mạch điểm N3 và N3’

Điện kháng tổng:


Dòng ngắn mạch ba pha phía cao áp:

Dòng ngắn mạch ba pha phía trung áp:

Page | 25


Phân bố dòng điện qua các BI Khi ngắn mạch tại N3:


Page | 26


Kết quả tính ngắn mạch cho phương án 1 được tổng hợp trong bảng 1.1.

Bảng 1.1: kết quả tính ngắn mạch cho phương án 1

BI1 BI2 BI3 BI4

N13 4,116 4,116 0 0

1,1 3,603 3,603 0 -0,1401 2,393 2,393 0 0,158

N1'3 25,556 4,116 0 0

1,1 22,375 3,603 0 -0,1401 14,857 2,393 0 0,158

N23 4,919 4,919 0 0

1,1 4,351 4,351 0 -4,4451 3,404 3,404 0 4,277

N2'3 4,919 19,959 0 0

1,1 4,351 17,654 0 -4,4451 3,404 13,810 0 4,277

N3 3 1,187 2,059 3,247 0N3' 3 1,187 2,059 3,247 0

Page | 27


1.3.2 Tính ngắn mạch sơ đồ 2 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực đại, một máy biến áp được vận hành song song.)

1.3.2.1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm N1 và N1’) Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)







Page | 28



Phân bố dòng điện qua các BI Ngắn mạch tại N1


Ngắn mạch tại N1’Dòng điện chạy qua các BI là:








Page | 29




Dòng thứ tự không tổng phía trung áp và từ cuộn tam giác của máy biến áp:







IfBI1(-0) = | - |



Page | 30



IfBI2(-0) = | - |




Khi ngắn mạch tại N1’o Phân bố dòng điện qua BI1




IfBI1(-0) = | - |








Page | 31








áp:







Page | 32


IfBI1(-0) = | - |




IfBI2(-0) = | - |




Khi ngắn mạch tại N1’o Phân bố dòng điện qua BI1




IfBI1(-0) = | - |



Dòng điện qua BI3:

Page | 33


1.3.2.2. Ngắn mạch phía 110kV (điểm N2 và N2’) Sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch ( E=0)







Page | 34




Ngắn mạch tại N1


Ngắn mạch tại N1’









Page | 35













IfBI1(-0) = | - |



Page | 36




IfBI2(-0) = | - |





Khi ngắn mạch tại N2’






IfBI2(-0) = | - |


o Dòng điện qua BI3: Page | 37














Phân bố dòng điện qua các BI Khi ngắn mạch tại N2

Page | 38





IfBI1(-0) = | - |




IfBI2(-0) = | - |








Page | 39


IfBI2(-0) = | - |



Page | 40


1.3.2.3. Ngắn mạch phía 35kV (điểm N3 và N3’)Cuộn dây phía 35 được đấu tam giác, nên chỉ xét trường hợp ngắn mạch ba

pha Sơ đồ ngắn mạch điểm N3 và N3’

Điện kháng tổng:


Dòng ngắn mạch ba pha phía cao áp:

Dòng ngắn mạch ba pha phía trung áp:

Phân bố dòng điện qua các BI Khi ngắn mạch tại N3:

Page | 41



Kết quả tính ngắn mạch cho phương án 2 được tổng hợp trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: kết quả tính ngắn mạch cho phương án 2

BI1 BI2 BI3 BI4

N13 5,666 5,666 0 0

1,1 4,954 4,954 0 -0,8661 3,161 3,161 0 1,008

N1'3 21,440 5,666 0 0

1,1 18,745 4,954 0 -0,8661 11,962 3,161 0 1,008

N23 6,384 6,384 0 0

1,1 5,625 5,625 0 -5,2611 4,199 4,199 0 5,331

N2'3 6,384 15,040 0 0

1,1 5,625 13,252 0 -5,2611 4,199 9,892 0 5,331

N3 3 0,930 2,744 3,674 0N3' 3 0,930 2,744 3,674 0

Page | 42


1.3.3 Tính ngắn mạch sơ đồ 3 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, hai máy biến áp làm việc song song)

Trong chế độ min việc tính toán dòng ngắn mạch và xác định dòng sự cố chạy qua các BI được tiến hành hoàn toàn tương tự như chế độ max, chỉ khác ở là trong chế độ min ta xét các dạng ngắn mạch :

Hai pha N(2)

Một pha chạm đất N(1)

Hai pha chạm đất N(1,1).

Với trường hợp trạm vận hành hai máy và ở chế độ min ta cũng sẽ tính toán giống như trong trường hợp trạm vận hành hai máy ở chế độ max.

BI1 BI2 BI3 BI4

N12 3,090 3,090 0 0

1,1 3,126 3,126 0 0,0641 3,813 2,924 0 -0,072

N1'2 18,803 3,090 0 0

1,1 19,022 3,126 0 0,0641 12,828 2,924 0 -0,072

N22 3,008 3,008 0 0

1,1 4,022 4,022 0 -4,1401 3,189 3,189 0 3,918

N2'2 3,008 15,027 0 0

1,1 4,022 14,423 0 -4,1401 3,189 11,439 0 3,918

N3 2 1,095 1,573 2,669 0N3' 2 1,095 1,573 2,669 0

Page | 43


1.3.4 Tính ngắn mạch sơ đồ 4 (Hai hệ thống điện ở chế độ công suất cực tiểu, một máy biến áp được vận hành song song)

Với trường hợp trạm vận hành một máy và ở chế độ min ta cũng sẽ tính toán

giống như trong trường hợp trạm vận hành một máy ở chế độ max.

BI1 BI2 BI3 BI4

N12 4,438 4,438 0 0

1,1 4,481 4,481 0 -0,5861 2,881 2,881 0 0,678

N1'2 15,713 4,438 0 0

1,1 15,867 4,481 0 -0,5861 10,201 2,881 0 0,678

N22 5,245 5,245 0 0

1,1 5,341 5,341 0 -4,9621 4,040 4,040 0 4,959

N2'2 5,245 10,171 0 0

1,1 5,341 10,358 0 -4,9621 4,040 7,834 0 4,959

N3 2 1,552 3,616 5,168 0N3' 2 1,552 3,616 5,168 0

Page | 44


PHẦN II: PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ TRẠM BIẾN

ÁP VÀ GIỚI THIỆU VỀ RƠLE

2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ nhanh nhất có thể sự cố ra khỏi hệ thống điện, nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố. Trong lưới điện hiện đại bao gồm nhiều phần tử quan trọng như máy phát điện, máy biến áp công suất lớn, các thanh góp và đường dây tải điện cao áp và siêu cao áp. Để đảm bảo cho hệ thống vận hành một cách an toàn và liên tục, đòi hỏi thiết bị phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản như độ tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy và đảm bảo tính kinh tế.

2.1.1 Tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn. Khái niệm tin cậy bao hàm 2 ý nghĩa:

Độ tin cậy khi tác động (dependability) là khả năng chắc chắn Rơle tác động đúng, khi có sự cố xảy ra trong phạm vi xác định đã được bảo vệ.

Độ tin cậy không tác động (security) là khả năng Rơle sẽ không làm việc sai khi không xảy ra sự cố hoặc sự cố xảy ra ngoài vùng bảo vệ đã được quy định.

2.1.2 Chọn lọc

Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Theo nguyên lý làm việc của bảo vệ được phân ra làm hai loại:

Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: Chỉ làm việc khi xảy ra sự cố trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không có nhiệm vụ dự phòng cho các bảo vệ lân cận.

Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: Ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.

Page | 45


2.1.3 Tác động nhanh

Bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh thì càng giảm được thiệt hại cho hệ thống. Bảo vệ được coi là tác động nhanh (tức thời) nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ dòng điện công nghiệp ).

2.1.4 Tính kinh tế

Đối với lưới trung áp, hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ lớn, yêu cầu bảo vệ không cao bằng lưới truyền tải cao áp, nên cần cân nhắc về tính kinh tế sao cho chi phí cho thiết bị bảo vệ là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu.

2.2 Bảo vệ máy biến áp 2.2.1 Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng

Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra làm 2 nhóm: Hư hỏng bên trong Chạm chập giữa các vòng dây Ngắn mạch giữa các cuộn dây Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp Thùng dầu bị thủng hoặc dò dầu

Hư hỏng bên ngoài Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống Quá tải Quá bão hoà mạch từ Tuỳ theo công suất, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà lựa

chọn phương thức bảo vệ thích hợp. Những loại bảo vệ thường dùng để chống lại loại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được giới thiệu trong bảng sau:

Loại hư hỏng Loại bảo vệ

Ngắn mạch một pha, ngắn mạch

nhiều pha, hoặc ngắn mạch nhiều

pha chạm đất.

So lệch có hãm ( bảo vệ chính)

Khoảng cách ( bảo vệ dự phòng)

Quá dòng có thời gian ( chính hoặc

dự phòng tuỳ vào công suất của máy

biến áp )

Quá dòng thứ tự không

Chạm chập các vòng dây, thùng

dầu thủng hoặc bị rò dầu.

Rơ le khí (Buchholz)

Page | 46


Quá tải Quá dòng điện

Hình ảnh nhiệt

Quá bão hoà mạch từ Chống quá bão hoà

2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp

Dùng 2 bộ rơle bảo vệ so lệch có hãm là 7UT613 của SIEMENS. Rơle

7UT613 được lấy tín hiệu từ BI ngay đầu chân sứ máy biến áp. Các

chức năng bảo vệ đề xuất sử dụng: chức năng bảo vệ so lệch có hãm

(87T), bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N) và bảo vệ chống quá tải

nhiệt (49). Rơ le còn lại lấy tín hiệu dòng điện từ các BI phía thanh góp.

Rơle 7SJ64 là rơle đa chức năng của hãng SIEMENS với các chức năng

cơ bản: 67, 67N và 50BF.

o Chức năng chống hư hỏng máy cắt (50BF) tác động khi có sự cố

hỏng ở máy cắt nhận được lệnh cắt.

o Chức năng bảo vệ quá dòng có hướng (67) và bảo vệ quá dòng điện

thứ tự không có hướng (67N) là chức năng bảo vệ dự phòng đường

dây có hướng về phía đường dây.

Page | 47


Rơle khí (Buchholz) 2 cấp tác động có tác dụng cảnh báo hoặc tác động

máy cắt khi có sự cố hoặc tụt dầu quá giới hạn cho phép bên trong máy

biến áp.

Bảo vệ chống chạm đất phía 35kV: dùng bảo vệ tác động với thành phần

3U0, tín hiệu điện áp 3U0 do cuộn tam giác hở của biến điện áp loại 3

pha 5 trụ cung cấp. Khi có sự cố chạm đất, nếu trị số 3U0 vượt quá

ngưỡng Uđặt thì sau thời gian tlv (thời gian làm việc đặt trước) bảo vệ sẽ

tác động, gửi tín hiệu cảnh báo có sự cố chạm đất phía 35kV. Và

2.3 Các thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 và 7SJ642.3.1. Rơle bảo vệ so lệch 7UT613

2.3.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613Rơle số 7UT613 do tập đoàn Siemens AG chế tạo, được sử dụng để bảo vệ chính cho MBA 3 cuộn dây hoặc MBA tự ngẫu ở tất cả các cấp điện áp. Rơle này cũng có thể dùng để bảo vệ cho các loại máy điện quay như máy phát điện, động cơ, các đường dây ngắn hoặc các thanh cái cỡ nhỏ (có từ 3-5 lộ ra). Các chức năng khác được tích hợp trong rơle 7UT613 làm nhiệm vụ dự phòng như bảo vệ quá dòng, quá tải nhiệt, bảo vệ quá kích thích, chống hư hỏng máy cắt. Bằng cách phối hợp các chức năng tích hợp trong 7UT613 ta có thể đưa ra phương thức bảo vệ phù hợp và kinh tế cho đối tượng cần bảo vệ chỉ cần sử dụng một rơle. Đây là quan điểm chung để chế tạo các rơle số hiên đại ngày nay.

2.3.1.2 Đặc điểm chính của rơle 7UT613

Rơle 7UT613 được trang bị hệ thống vi xử lý 32 bít.

Thực hiện xử lý hoàn toàn tín hiệu số .

Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch xử lý bên trong của 7UT613 với các mạch đo lường, điều khiển và nguồn điện .

Sử dụng panel điều khiển tích hợp hoặc máy tính cá nhân được trang bị phần mềm DIGSI .

2.3.1.3. Giới thiệu các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT613

Các chức năng chính

Chức năng bảo vệ so lệch MBA: Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle 7UT613.

Page | 48


Bảo vệ so lệch cho máy phát điện, động cơ điện, đường dây ngắn hoặc thanh góp cỡ nhỏ.

Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF).

Bảo vệ so lệch trở kháng cao.

Bảo vệ chống chạm vỏ cho MBA.

Bảo vệ chống mất cân bằng tải.

Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất.

Bảo vệ quá dòng pha.

Bảo vệ quá tải theo nguyên lí hình ảnh nhiệt.

Bảo vệ quá kích thích.

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt.

Ngoài ra rơle 7UT613 còn có các chức năng sau

Đóng cắt trực tiếp từ bên ngoài.

Cung cấp các công cụ thuận lợi cho việc kiểm tra, thử nghiệm rơle.

Cho phép người dùng xác định các hàm logic phục vụ cho các phương thức bảo vệ.

Liên tục tự giám sát các mạch đo lường bên trong, nguồn điện của rơle, các phần cứng, phần mềm tính toán của rơle với độ tin cậy cao.

Liên tục đo lường, tính toán và hiển thị các đại lượng vận hành lên màn hình hiển thị (LCD) mặt trước rơle.

Ghi lại, lưu giữ các số liệu các sự cố và hiển thị chúng lên màn hình hoặc truyền dữ liệu đến các trung tâm điều khiển thông qua các cổng giao tiếp.

Giám sát mạch tác động ngắt.

Có khả năng ổn định đối với quá trình quá độ gây ra bởi các hiện tượng quá kích thích MBA bằng cách sử dụng các sóng hài bậc cao, chủ yếu là bậc 3 và bậc 5.

Có khả năng ổn định đối với các dòng xung kích dựa vào các sóng hài bậc hai.

Không phản ứng với thành phần một chiều và bão hoà máy biến dòng.

Ngắt với tốc độ cao và tức thời đối với dòng sự cố lớn.

Page | 49


2.3.1.4. Khả năng truyền thông, kết nối của rơle 7UT613

Có các cổng giao tiếp sau:

Cổng giao tiếp với máy tính tại trạm (Local PC): Cổng giao tiếp này được đặt ở mặt trước của rơle, hỗ trợ chuẩn truyền tin công nghiệp RS232. Kết nối qua cổng giao tiếp này cho phép ta truy cập nhanh tới rơle thông qua phần mềm điều khiển DIGSI 4 cài đặt trên máy tính, do đó ta có thể dễ dàng chỉnh định các thông số, chức năng cũng như các dữ liệu có trong rơle.

Cổng giao tiếp dịch vụ: Cổng kết nối này được đặt phía sau của rơle, sử dụng chuẩn truyền tin công nghiệp RS 485, do đó có thể điều khiển tập trung một số bộ bảo vệ rơle bằng phần mềm DIGSI 4. Với chuẩn RS 485, việc điều khiển vận hành rơle từ xa có thể thực hiện thông qua MODEM cho phép nhanh chóng phát hiện xử lí sự cố từ xa. Với phương án kết nối bằng cáp quang theo cấu trúc hình sao có thể thực hiện việc thao tác tập trung. Đối với mạng kết nối quay số, rơle hoạt động như một Web-server nhỏ và gửi thông tin đi dưới dạng các trang siêu liên kết văn bản đến các trình duyệt chuẩn có trên máy tính.

Cổng giao tiếp hệ thống: Cổng này cũng được đặt phía sau của rơle, hỗ trợ chuẩn giao tiếp hệ thống của IEC: 60870-5-103. Đây là chuẩn giao thức truyền tin quốc tế có hiệu quả tốt trong lĩnh vực truyền thông bảo vệ hệ thống điện. Giao thức này được hỗ trợ bởi nhiều nhà sản xuất và được ứng dụng trên toàn thế giới. Thiết bị được nối qua cáp điện hoặc cáp quang đến hệ thống bảo vệ và điều khiển trạm như SINAULT LAS hoặc SICAM qua giao diện này. Cổng kết nối này cũng hỗ trợ các giao thức khác như PROFIBUS cho hệ thống SICAM, PROFIBUS-DP, MOSBUS, DNP3.0

2.3.1.5. Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613 :Đầu vào tương tự AI truyền tín hiệu dòng và áp nhận được từ các thiết bị BI, BU sau đó lọc, tạo ngưỡng tín hiệu cung cấp cho quá trình xử lý tiếp theo. Rơle 7UT613 có 12 đầu vào dòng điện và 4 đầu vào điện áp. Tín hiệu tương tự sẽ được đưa đến khối khuếch đại đầu vào IA.

Khối IA làm nhiệm vụ khuếch đại, lọc tín hiệu để phù hợp với tốc độ và băng thông của khối chuyển đổi số tương tự AD.

Page | 50

I L1M1

L2M1I

L3M1I

L1M2I

I L2M2

L3M2I

I L1M3

L2M3I

I L3M3

X2I

I X1

µ C

µ CAI IA OA

#

Error

Run

Output relays userprogrammable

LEDs on the front panel, user-programmable

Display on the front panel

Timesynchronization

Serial service interface

Front serialOperating interface

Additional serial interface

Serial System interface

7 8 954 6

31 20. +/

- ENTER ESC

Operatorcontrol panel

Power supply

PSU

aux

To PC

PC/Modem/RTD-box

To PC

To SCADA

e.g.radio clock

eg.RTD-box

Binary inputs, programmable

AD


Hình 2-1: Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613

Khối AD gồm 1 bộ dồn kênh, 1 bộ chuyển đổi số tương tự và các modul nhớ dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số sau đó truyền tín hiệu sang khối vi xử lý( mC)

Khối vi xử lý chính là bộ vi xử lý 32 bít thực hiện các thao tác sau:

Lọc và chuẩn hoá các đại lượng đo. Ví dụ: xử lý các đại lượng sao cho phù hợp với tổ đấu dây của MBA, phù hợp với tỷ số biến đổi của máy biến dòng.

Liên tục giám sát các đại lượng đo, các giá trị đặt cho từng bảo vệ.

Hình thành các đại lượng so lệch và hãm.

Phân tích tần số của các dòng điện pha và dòng điện hãm.

Tính toán các dòng điện hiệu dụng phục vụ cho bảo vệ, quá tải, liên tục theo dõi sự tăng nhiệt độ của đối tượng bảo vệ.

Kiểm soát các giá trị giới hạn và thứ tự thời gian.

Page | 51


Xử lý tín hiệu cho các chức năng logic và các chức năng logic do người sử dụng xác định.

Quyết định và đưa ra lệnh cắt.

Lưu giữ và đưa ra các thông số sự cố phục vụ cho việc tính toán và phân tích sự cố.

Thực hiện các chức năng quản lý khác như ghi dữ liệu, đồng hồ thời gian thực, giao tiếp truyền thông.

Tiếp đó thông tin sẽ được đưa đến khối khuếch đại tín hiệu đầu ra OA và truyền đến các thiết bị bên ngoài.

2.3.1.6. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613

Mạch đầu vào:

Dòng điện danh định: 1A, 5A hoặc 0,1A .

Tần số danh định: 50 Hz, 60 Hz, 16,7 Hz .

Công suất tiêu thụ đối với các đầu vào:

Với Iđm= 1A » 0,3 VA

Với Iđm= 5A » 0,55 VA

Với Iđm= 0.1A » 1 mVA

Đầu vào nhạy » 0,55 VA

Khả năng quá tải về dòng:

Theo nhiệt độ ( trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 4.Iđm

Dòng trong 10s : 30.Iđm

Dòng trong 1s : 100.Iđm

Theo giá trị dòng xung kích: 250 Iđmtrong 1/2 chu kì

Khả năng quá tải về dòng điện cho đầu vào chống chạm đất có độ nhạy cao

Theo nhiệt độ ( trị hiệu dụng): Dòng lâu dài cho phép : 15A

Dòng trong 10s : 100A

Dòng trong 1s : 300A

Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong 1/2 chu kì

Điện áp cung cấp định mức:

Điện áp một chiều: 24 đến 48V

Page | 52


60 đến 125V

110 đến 250V

Điện áp xoay chiều: 115V ( f=50/60Hz)

230V

Khoảng cho phép: - 20% ¸ +20% (DC)

£ 15% (AC)

Công suất tiêu thụ : 5 ¸ 7 W

Đầu vào nhị phân:

Số lượng : 5

Điện áp danh định : 24 ¸ 250V (DC)

Dòng tiêu thụ : 1,8 mA

Điện áp lớn nhất cho phép: 300V (DC)

Đầu ra nhị phân:

Số lượng: 8 tiếp điểm và 1 tiếp điểm cảnh báo

Khả năng đóng cắt: Đóng: 1000W/VA

Cắt: 30 W/VA

Cắt với tải là điện trở: 40W

Cắt với tải là L/R £ 50ms: 25W

Điện áp đóng cắt: 250V

Dòng đóng cắt cho phép: 30A cho 0,5s

5A không hạn chế thời gian

Đèn tín hiệu LED:

1 đèn màu xanh báo rơle đã sẵn sàng làm việc

1 đèn màu đỏ báo sự cố xảy ra trong rơle

14 đèn màu đỏ khác phân định tình trạng làm việc của rơle

2.3.1.7. Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613

Việc cài đặt và chỉnh định các thông số, các chức năng bảo vệ trong rơle 7UT613 được thực hiện theo hai cách sau:

Bằng bàn phím ở mặt trước của rơle.

Bằng phần mềm điều khiển rơle DIGSI 4 cài đặt trên máy tính thông qua các cổng giao tiếp.

Page | 53


Rơle của hãng Siemens thường tổ chức các thông số trạng thái và chức năng bảo vệ theo các địa chỉ, tức là đối với mỗi chức năng, thông số cụ thể sẽ ứng với một địa chỉ nhất định. Mỗi địa chỉ lại có những lựa chọn để cài đặt.

2.3.1.8. Chức năng bảo vệ so lệch MBA:

Phối hợp các đại lượng đo lường

Các phía của MBA đều đặt BI, dòng điện thứ cấp của các BI này không hoàn toàn bằng nhau. Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tỉ số biến đổi, tổ nối dây, sự điều chỉnh điện áp của MBA, dòng điện định mức, sai số, sự bão hoà của máy biến dòng. Do vậy để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy biến dòng ở các phía MBA thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn phía sơ cấp.

Việc phối hợp giữa các đại lượng đo lường ở các phía được thực hiện một cách thuần tuý toán học như sau:

[Im] = k.[K].[In]Trong đó:

[Im]: ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC)k: hệ số[K]: ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây MBA.[In] : ma trận dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3)

So sánh các đại lượng đo lường và đặc tính tác động

Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng điện thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số:

Trong đó: I1 ,I2 , I3 là dòng điện cuộn cao áp, trung áp và hạ áp MBA.

Xét các trường hợp sau:

Trường hợp máy biến áp làm việc bình thường

Có hai khả năng xảy ra:

Dòng công suất được truyền từ phía cao áp sang phía trung và hạ áp:

ISL = I1 – I2 – I3 = 0; IH = I1 + I2 + I3.

Dòng công suất được truyền từ phía trung áp sang phía cao và hạ áp:

Page | 54

I DIFFI

NI

I DIFF

I N

DIFFI

Vùng tác động Vùng hãm

Vùng hãm bổ sung


ISL = I2 – I1 – I3 = 0; IH = I1 + I2 + I3.

Trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (các điểm ngắn mạch N1, N2, N3 – đã trình bày trong chương I), do nguồn cung cấp từ hai phía nên:

ISL = I1 – I2 = 0; IH = I1 + I2 =2I1 (khi ngắn mạch tại N1)

ISL = I2 – I1 = 0; IH = I1 + I2 =2I1 (khi ngắn mạch tại N2)

ISL = I3 – I1 – I2 = 0; IH = I1 + I2 =2I1 (khi ngắn mạch tại N3)

Trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ (các điểm ngắn mạch N1’, N2’, N3’ – đã trình bày trong chương I), do nguồn cung cấp từ hai phía cao áp và trung áp, nên:

ISL = IH = I1 + I2 = I3 (sơ đồ có 1MBA)

ISL = IH = I1 + I2 + I3 = 2I3 (ngắn mạch tại N3’, sơ đồ có 2MBA)

Các kết quả trên cho thấy khi có sự cố (ngắn mạch) xảy ra trong vùng bảo vệ thì ISL= IH, do vậy đường đặc tính sự cố có độ dốc bằng 1.

Để đảm bảo bảo vệ so lệch tác động chắc chắn khi có sự cố bên trong vùng bảo vệ ta cần chỉnh các trị số tác động cho phù hợp với định yêu cầu cụ thể. Rơle 7UT613 được sử dụng có đường đặc tính tác động cho chức năng bảo vệ so lệch thoả mãn các yêu cầu bảo vệ .

Đặc tính tác động của rơle 7UT613

Hình 2.2.Đặc tính tác động của rơle 7UT613 Đặc tính tác động gồm các đoạn

Page | 55


Đoạn a: Biểu thị giá trị dòng điện khởi động ngưỡng thấp ISL> của bảo vệ (địa chỉ 1221), với mỗi MBA xem như hằng số. Dòng điện này phụ thuộc dòng điện từ hoá MBA.Thông thường ISL>=(0,1÷0,4),ta lấy ISL>=0,3.

Đoạn b: Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng và sự thay đổi đầu phân áp của MBA. Đoạn b có độ dốc SLOPE 1 với điểm bắt đầu là BASE POINT 1.

SLOPE1=tgα1=0,25BASE POINT 1=0

Đoạn c: Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khoá bảo vệ khi xuất hiện hiện tượng bão hoà không giống nhau ở các máy biến dòng. Đoạn c có độ dốc SLOPE 2 với điểm bắt đầu BASE POINT 2 .

SLOPE2=tgα2=0,5BASE POINT 2=2,5

Đoạn d: Là giá trị dòng điện khởi động ngưỡng cao IDIFF>> của bảo vệ. Khi dòng điện so lệch ISL vượt quá ngưỡng cao này bảo vệ sẽ tác động không có thời gian mà không quan tâm đến dòng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ. Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính sự cố luôn nằm trong vùng tác động. Các dòng điện ISL và IH được biểu diễn trên trục toạ độ theo hệ tương đối định mức. Nếu toạ độ điểm hoạt động ( ISL, IH) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác động.

Idiff ≥ với UKmin%=min(UI-II%, UI-III%)=10,5%

Idiff ≥ ≈ 9,5 Vùng hãm bổ sung

Đây là vùng hãm khi BI bão hoà. Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu dòng điện ngắn mạch lớn làm cho BI bão hoà mạnh. Hằng số thời gian của hệ thống dài, hiện tượng này không xuất hiện khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ. Các giá trị đo được bị biến dạng được nhận ra trong cả thành phần so lệch cũng như thành phần hãm. Hiện tượng bão hoà BI dẫn đến dòng điện so lệch đạt trị số khá lớn, đặc biệt khi mức độ bão hoà của các BI là khác nhau. Trong thời gian đó nếu điểm hoạt động (IH, ISL) rơi vào vùng tác động thì bảo vệ sẽ tác động nhầm. Rơle 7UT613 cung cấp chức năng tự động phát hiện hiện tượng bão hoà và sẽ tạo ra vùng hãm bổ sung. Sự bão hoà của máy biến dòng trong suốt thời

Page | 56

I REST

NI

I DIFF

I N

DIFF

Vùng tác động Vùng hãm

Vùng hãm bổ sung

I


gian xảy ra ngắn mạch ngoài được phát hiện bởi trị số dòng hãm có giá trị lớn hơn. Trị số này sẽ di chuyển điểm hoạt động đến vùng hãm bổ sung giới hạn bởi đoạn đặc tính b và trục IH (khác với 7UT513).

Hình 2-3.Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch với vùng hãm bổ sung

Tại điểm bắt đầu xảy ra sự cố A, dòng sự cố tăng nhanh sẽ tạo nên thành phần hãm lớn. BI lập tức bị bão hoà (B). Thành phần so lệch được tạo thành và thành phần hãm giảm xuống kết quả là điểm hoạt động (ISL, IH) có thể chuyển dịch sang vùng tác động (C).

Ngược lại, khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, dòng điện so lệch đủ lớn, điểm hoạt động ngay lập tức dịch chuyển dọc theo đường đặc tính sự cố. Hiện tượng bão hoà BI được phát hiện ngay trong 1/4 chu kỳ đầu xảy ra sự cố, khi sự cố ngoài vùng bảo vệ được xác định. Bảo vệ so lệch sẽ bị khoá với lượng thời gian có thể điều chỉnh được. Lệnh khoá được giải trừ ngay khi điểm hoạt động chuyển sang đường đặc tính sự cố. Điều này cho phép phân tích chính xác các sự cố liên quan đến MBA. Bảo vệ so lệch làm việc chính xác và tin cậy ngay cả khi BI bão hoà.

Vùng hãm bổ sung có thể hoạt động độc lập cho mỗi pha được xác định bằng việc chỉnh định các thông số, chúng được sử dụng để hãm pha bị sự cố hoặc các pha khác hay còn gọi là chức năng khoá chéo.

Chức năng hãm theo các sóng hài: Khi đóng cắt MBA không tải hoặc kháng bù ngang trên thanh cái đang có điện có thể xuất hiện dòng điện từ hoá đột biến. Dòng đột biến này có thể lớn gấp nhiều lần Iđm và có thể

Page | 57


tạo thành dòng điện so lệch. Dòng điện này cũng xuất hiện khi đóng MBA làm việc song song với MBA đang vận hành hoặc quá kích thích MBA. Phân tích thành phần đột biến này, ta thấy có một thành phần đáng kể sóng hài bậc hai, thành phần này không xuất hiện trong dòng ngắn mạch. Do đó người ta tách thành phần hài bậc hai ra để phục vụ cho mục đích hãm bảo vệ so lệch. Nếu thành phần hài bậc hai vượt quá ngưỡng đã chọn, thiết bị bảo vệ sẽ bị khoá lại.

Bên cạnh sóng hài bậc hài, các thành phần sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để phục vụ cho mục đích hãm như: thành phần hài bậc bốn thường được phát hiện khi có sự cố không đồng bộ, thành phần hài bậc ba và năm thường xuất hiện khi MBA quá kích thích. Hài bậc ba thường bị triệt tiêu trong MBA có cuộn tam giác nên hài bậc năm thường được sử dụng hơn. Bộ lọc kĩ thuật số phân tích các sóng vào thành chuỗi Fourier và khi thành phần nào đó vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ gửi tín hiệu tới các khối chức năng để khoá hay trễ.

Tuy nhiên bảo vệ so lệch vẫn làm việc đúng khi MBA đóng vào một pha bị sự cố, dòng đột biến có thể xuất hiện trong pha bình thường. Đây gọi là chức năng khoá chéo.

2.3.1.9. Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613

Đây chính là bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không. Chức năng REF dùng phát hiện sự cố trong MBA lực có trung điểm nối đất. Vùng bảo vệ là vùng giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính và tổ máy biến dòng nối theo sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của MBA.

Nguyên lí làm việc của REF trong rơle 7UT613 là so sánh dạng sóng cơ bản của dòng điện trong dây trung tính ( ISP) và dạng sóng cơ bản của dòng điện thứ tự không tổng ba pha.

Page | 58


Hình 2-4 Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613

3 I 0' =I SP (Dòng chạy trong dây trung tính)

3 I 0''=I L1+ IL2+ I L3 ( Dòng điện tổng từ các BI đặt ở các pha)

Trị số dòng điện cắt IREF và dòng điện hãm IH được tính như sau:

IREF=|3 I 0' |

IH=k (|3 I 0' −3 I0

''|−|3 I 0' +3 I 0

''|)k là hệ số, trong trường hợp chung giả thiết k =1

Xét các trường hợp sự cố sauSự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ

3I”0 và 3I’0 sẽ ngược pha và cùng biên độ, 3 I 0' =−3 I 0

''

Suy ra : IREF=|3 I 0' |

IH=k (|3 I0' −3 I0

''|−|3 I 0' +3 I 0

''|)=2×|3 I 0'|

Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 2 lần dòng cắt.

Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ của cuộn dây nối sao mà không có nguồn ở phía cuộn dây nối sao đó:

Trong trường hợp này 3 I 0''=0 .


I H=k (|3 I0' −0|−|3 I 0

' +0|)=0

Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm bằng 0.

Page | 59

7UT613


Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây hình sao có nguồn đi đến


I H=(|3 I 0' −3 I 0

''|−|3 I0' +3 I 0

''|)=−2×|3 I 0''|

3 I 0' ≠3 I0

''

Dòng tác động cắt (IREF) bằng dòng chạy qua điểm đấu sao, dòng hãm âm.Từ kết quả trên ta thấy:

Khi sự cố trong vùng bảo vệ, dòng hãm luôn có giá trị âm hoặc bằng không (IH £ 0) và dòng cắt luôn tồn tại (IREF > 0) do đó bảo vệ luôn tác động. Ngược lại với sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ thì dòng hãm rất lớn, bảo vệ không tác động.

Khi sự cố ở ngoài vùng bảo vệ không phải là sự cố chạm đất sẽ xuất hiện dòng điện không cân bằng do sự bão hoà khác nhau giữa các BI đặt ở các pha, bảo vệ sẽ phản ứng như trong trường hợp chạm đất một điểm trong vùng bảo vệ. Để tránh bảo vệ tác động sai, chức năng REF trong 7UT613 được trang bị chức năng hãm theo góc pha.

2.3.1.10. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613

Rơle 7UT613 cung cấp đầy đủ các loại bảo vệ quá dòng như: 50, 50N, 51, 51N…hoạt động theo các chuẩn đường cong của IEC, ANSI và IEEE hoặc theo đường cong do người dùng tự thiết lập.

2.3.1.11. Chức năng bảo vệ chống quá tải: Sử dụng các phương pháp sau

Phương pháp sử dụng nguyên lí hình ảnh nhiệt theo tiêu chuẩn IEC 60255-8.

Phương pháp tính toán theo nhiệt độ điểm nóng và tỉ lệ già hoá theo tiêu chuẩn IEC 60354.

2.3.2. Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ64

2.3.2.1. Gi i thi u t ng quan v r le 7SJ64ớ ệ ổ ề ơ

Page | 60


Hình 4.1: Rơle 7SJ64

SIPROTEC4 7SJ64 là loại rơ le được dùng bảo vệ và kiểm soát các lộ đường dây phân phối và đường dây truyền tải với mọi cấp điện áp, mạng trung tính nối đất, nối đất qua điện trở thấp, nối đất bù điện dung. Rơ le cũng phù hợp dùng cho mạch vòng kín, mạng hình tia, đường dây một hoặc nhiều nguồn cung cấp. 7SJ64 là loại rơ le duy nhất của họ rơ le 7SJ6 có đặc điểm chức năng bảo vệ linh hoạt, có thể lên tới 20 chức năng bảo vệ tương ứng với các yêu cầu riêng. Các chức năng dễ sử dụng, tự động hoá.

Rơle này có những chức năng điều khiển đơn giản cho máy cắt và các thiết

bị tự động. Logic tích hợp lập trình được (CFC) cho phép người dùng thực

hiện được tất cả các chức năng sẵn có, ví dụ như chuyển mạch tự động

(khoá liên động).

2.3.2.2 Các chức năng của 7SJ64

Bảo vệ quá dòng có thời gian (51, 51N)

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50, 50N)

Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng (67, 67N)

Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao

Bảo vệ thay đổi điện áp (59N/64)

Bảo vệ chống chạm đất chập chờn

Bảo vệ chống chạm đất tổng trở cao (87N)

Hãm dòng xung kích

Bảo vệ động cơ (14)

Bảo vệ quá tải (49)

Kiểm soát nhiệt độ (38)

Bảo vệ tần số (81O/U)

Page | 61


Bảo vệ công suất (32)

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF

Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46)

Kiểm soát thành phần pha

Đồng bộ hoá (25)

Tự động đóng lại

Định vị sự cố (21FL)

Lockout (86).

Chức năng điều khiển / logic lập trình được.

Điều khiển máy cắt và dao cách li.

Điều khiển qua bàn phím, đầu vào nhị phân, hệ thống DIGSI 4 hoặc SCADA.

Người sử dụng cài đặt logic tích hợp lập trình được (cài đặt khoá liên động).

Chức năng giám sát.

Đo giá trị dòng làm việc

Chỉ thị liên tục.

Đồng hồ thời gian.

Giám sát đóng ngắt mạch.

8 biểu đồ dao động ghi lỗi.

Các cổng giao tiếp

Giao diện hệ thống.

o Giao thức IEC 60870 – 5 – 103.

o PROFIBUS – FMS/ - DP.

o DNP 3.0 / MODBUS RTU

Cung cấp giao diện cho DIGSI 4 ( modem) / Đo nhiệt độ (RTD – box)

Giao diện ở mặt trước rơle cho DIGSI 4.

Đồng bộ thời gian thông qua IRIG B / DCF 77.

Biểu đồ các chức năng của rơ le được chỉ ra như sau:Hình 4.2: Biểu đồ chức năng của 7SJ64

Page | 62


Page | 63


PHẦN III: CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN - TÍNH

TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐẶT VÀ KIỂM TRA ĐỘ

NHẠY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ3.1 Lựa chọn BI, BU

3.1.1 Lựa chọn BIĐiều kiện chọn:

Dòng điện: IdđBI≥Ilvcp

Điện áp: UdđBI≥Udđl.

Trong đó:

IdđBI: Dòng điện danh định của máy biến dòng điện.

Ilvcp : Dòng điện phụ tải làm việc lâu dài cho phép.

UdđBI: Điện áp danh định của máy biến dòng.

Udđl: Điện áp lưới điện.

Với máy biến áp:

Ilvcp = 1,4×

Lựa chọn hệ số giới hạn dòng điện:

Phía 220kV:

Iđm = 0,314 (kA)

INM max = 3,194 (tra bảng 2.2) Vậy INM max = 3,194× 2,510 =

8,017 (kA)

Tỷ số INM max/Iđm = 25,53

Nên ta chọn cấp chính xác là 5P40 Page | 64


Tương tự với các cấp 110kV và 35kV.

Dựa vào các điều kiện ta chọn máy biến dòng với các thông số như sau:Bảng 3.1 : Thông số của BI

Cấp điện áp, kV 220 110(MBA) 35Tỷ số máy biến dòng 600/1 800/1 2000/1

Điện áp danh định, kV 230 121 36,5Cấp chính xác 5P40 5P20 5P10

3.1.2 Lựa chọn BUĐiều kiện chọn: Điện áp: UđmBU ≥ Uđm

Cấp chính xác của BU phù hợp với yêu cầu của bảo vệBảng 3.2 : Thông số của BU

BU các phía điện áp, kV 220 110 35Điện áp danh định, kV 230 121 37

Cấp chính xác 3P 3P 3P

3.2 Thông số cài đặt cho bảo vệ so lệch MBA 7UT613

3.2.1 Khai báo các thông số của MBA

Việc chỉnh định các thông số cài đặt cho từng chức năng được thực hiện trong các khối chức năng tương ứng. Trong mỗi khối, các thông số có thể chỉnh định bằng cách bấm các phím trên bề mặt rơle.

Từ những thông số danh định của máy biến áp, rơle tự động tính toán để thích ứng với tổ đấu dây và dòng danh định của các cuộn dây theo công thức đã lập sẵn. rơle cần những thông số sau cho mỗi cuộn dây:

Công suất danh định Sdđ (MVA).

Điện áp danh định Udđ (kV).

Dòng điện danh định Idđ (A).

Tổ đấu dây.

Máy biến áp có điều chỉnh dưới tải thì không khai báo điện áp danh định

mà khai báo điện áp Uđ theo công thức sau:

Trong đó Umax ,Umin là giá trị điện áp cực đại và cực tiểu có thể đạt được

khi thay đổi đầu phân áp.Page | 65


3.2.2 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm

Hình 3.1: Đặc tính làm việc của Rơle 7UT613

Đoạn đặc tính a: Dòng khởi động ngưỡng thấp IDIFF>=0,2÷0,5

Chọn IDIFF>=0,3.

Đoạn đặc tính b: Đoạn đặc tính qua gốc với độ dốc α1.

Chọn KHb=SLOPE1=tgα1 =0,25 (KHb là hệ số hãm đoạn b). Vậy

α1=14,040.

Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ nhất:

Đoạn đặc tính c:

Đoạn thẳng có độ dốc α2, đi qua điểm IHCS2 (dòng điện hãm cơ sở 2).

Độ dốc α2: tgα2 = SLOPE2 = 0,25÷0,95.

Ta chọn tgα2 = 0,5, suy ra α2 = 26,570.

IHCS2 = 2÷2,5. Ta chọn IHCS2 = 2,5.

Đoạn đặc tính d:

Page | 66


Dòng điện so lệch ngưỡng IDIFF>>. Đoạn đặc tính này phụ thuộc vào giá trị

dòng điện ngắn mạch trong nội bộ của máy biến áp. Khi ngắn mạch trong

vùng bảo vệ, dòng điện so lệch lớn hơn IDIFF>> thì rơle tác động tức thời mà

không hãm, ngưỡng này được chỉnh định lớn hơn một chút so với dòng

sự cố lớn nhất khi ngắn mạch tại đầu cực máy biến áp.

Dòng sự cố lớn nhất có thể xuất hiện tại đầu cực máy biến áp có thể tính

theo lần dòng điện danh định của máy biến áp.

Vậy dòng IDIFF>>có thể đặt với giá trị:

Ngưỡng thay đổi của hệ số hãm thứ hai:

Dòng điện so lệch tương ứng với ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ hai:

Ngưỡng thay đổi hệ số hãm thứ ba:

Phạm vi bổ sung nhằm tránh cho rơ le tác động nhầm trong trường hợp

BI bão hòa mạch khi ngắn mạch ngoài lấy bằng 7.

Tỷ lệ thành phần hài bậc hai đạt đến ngưỡng chỉnh định, tín hiệu cắt sẽ bị

khóa, tránh cho rơle tác động nhầm (15%)

Tỷ lệ thành phần hài bậc năm hãm trong dòng so lệch 30%

Thời gian trễ của các cấp IDIFF>và IDIFF>> là 0s.

3.2.3 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF (87N) Dòng khởi động của bảo vệ được xác định theo công thức:

Ikđ87N = k0×IdđBI1

Trong đó: k0 là hệ số chỉnh định. Chọn k0 = 0,3

Vậy ta có: Ikđ87N 220kV = k0×IdđBI1 =0,3×600=120 (A)

Ikđ87N 110kV = k0×IdđBI2 =0,3×800=240 (A) Page | 67


Góc giới hạn: φREF = 1100

Thời gian trễ: tREF = 0s

Độ dốc của đặc tính tác động: SLOPE= 0.

3.2.4 Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt (49)

Hệ số

Hệ số này biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện phát nóng liên tục cho

phép với dòng điện danh định của máy biến áp. Nhà sản xuất máy biến áp

thường đưa ra thông số dòng điện liên tục cho phép. Trong trường hợp

không cho, dòng liên tục cho phép thường bằng 1,1 lần dòng danh định.

Như vậy hệ số k=1,1.

Hằng số thời gian τ

Hằng số τ được tính trong đơn vị phút. Công thức tính như sau:

Trong đó:

I1s: Dòng lớn nhất cho phép trong 1s.

Imax: Dòng liên tục cho phép.

Do không có đủ tham số nên giả thiết hằng số thời gian tăng nhiệt độ là

=100 phút.

Ngưỡng cảnh báo θalarm

Cài đặt ngưỡng cảnh báo nằm dưới ngưỡng tác động cắt máy cắt giúp tránh phải cắt máy cắt thông qua việc sớm giảm tải cho máy biến áp. Ngưỡng phần trăm cài đặt có thể lên đến độ tăng nhiệt tới hạn ở dòng điện lớn nhất cho phép.

Hệ số k=1,1. Tín hiệu cảnh báo nên được đưa ra khi độ tăng nhiệt độ đạt đến độ tăng nhiệt tới hạn ở dòng điện danh định máy biến áp.

Vậy cài đặt giá trị θalarm=82%

Phía 220kV: Dòng điện cảnh báo là:

Page | 68




3.2.5 Chức năng phát hiện sự cố chạm đất phía 35 kV(59, 59N)Điện áp đặt cho bảo vệ: Uđat=30V.

Khi bảo vệ làm việc thì chỉ báo tín hiệu.

3.3. Thông số cài đặt cho bảo vệ quá dòng có hướng 7SJ64 cho

máy biến áp.

3.3.1. Chức năng cắt nhanh có hướng (I >>) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh phía 220 kV

INngmax= max {IN2max ; IN3max} là dòng điện ngắn mạch lớn nhất qua

BI1 khi ngắn mạch ở phía bên kia máy biến áp

INng.max = 7,051 (tham khảo bảng 2.1 và 2.2)

INng.max (kA)= INng.max .Icb1 = 7,051 . 0,314 = 2,214 ( kA)

Ikđ220>> = 1,2 . 2,214 = 2,657( kA)

Quy đổi về hệ đơn vị tương đối so với dòng định mức BI

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh phía 110 kV.

INngmax= max {IN1max ; IN3max} là dòng điện ngắn mạch lớn nhất qua

BI2 khi ngắn mạch ở phía bên kia máy biến áp

INng.max = 3,724 (tham khảo bảng 2.1 và 2.2)

INng.max (kA)= INng.max .Icb2= 3,724 . 0,628 = 2,339( kA)

Ikđ110>> = 1,2 . 2,339 = 2,806( kA)

Quy đổi về hệ đơn vị tương đối so với dòng định mức BI.

Page | 69


3.3.2. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (I0>>)Thời gian làm việc: 0 giây

Dòng khởi động của bảo vệ:

Trong đó:

Kat: Hệ số an toàn, Kat=1,2.

I0Nng.max: Dòng ngắn mạch ngoài thứ tự không lớn nhất qua bảo vệ.

Dòng khởi động phía thứ cấp của BI được xác định theo điều kiện:

Bảo vệ quá dòng TTK phía 220kV:

I0Nng.max=max (I0N2) qua BI1=2,304

Từ đó ta tính được:

I0Nng.max (kA)= I0Nng.max .Icb1

Qui đổi về hệ đơn vị tương đối so với dòng định mức BI

Bảo vệ quá dòng TTK phía 110kV:

I0Nng.max=max (I0N1) qua BI2=0,416.

Từ đó ta tính được:

Qui đổi về hệ đơn vị tương đối so với dòng định mức BI

Page | 70


3.3.3. Bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian (I>)

HT220 kV

110 kV

35 kV

BI1 BI2

BI3

I 220 I 110

I 35

BV Thanh gop

BI11

I 110

BI12

I 110

HT2 110 kV

+ t+ t

+ t

HT220 kV

110 kV

35 kV

BI1 BI2

BI3

I 220 I 110

I 35

BV Thanh gop

BI11

I 110

BI12

I 110

HT2 110 kV

+ t

+ t

+ t

Hình 5.2: Hình minh họa mối quan hệ thời gian giữa các cấp bảo vệ

Hai thông số cần chọn là: Ikđ và t (chọn đặc tính thời gian độc lập)

Ikđ=K×Ilvmax

Trong đó:

K: Hệ số chỉnh định, lấy K=1,6 (đã bao gồm cả mức quá tải cho phép)

Ilvmax: Dòng điện làm việc lớn nhất của MBA

Bảo vệ quá dòng đặt phía 220kV:

Ikđ220>=1,6 . 313,8 = 502,08(A)

Dòng khởi động phía thứ cấp BI được xác định theo điều kiện:

(Qui đổi về hệ đơn vị tương đối so với dòng định mức BI)


Ikđ110>=1,6 . 627,6 = 1004,2 (A)

Dòng khởi động phía thứ cấp BI được xác định theo điều kiện:Page | 71




Ikđ35>=1,6 . 996,522 = 1594,435(A)

Dòng khởi động phía thứ cấp BI được xác định theo điều kiện:


Bảo vệ quá dòng sử dụng đặc tính thời gian quá dòng độc lập:

Phía 35 kV:

Phía 35 kV có thời gian cắt của bảo vệ đường dây là 1s, Δt=0,5s

t35=tdd+ Δt=1+0,5=1,5s

Phía 110kV:

Phía 110kV có thời gian cắt của bảo vệ thanh góp 220kV là 1s, Δt=0,5s

t110=max{tBVTG 220; t35} + Δt =1,5+0,5=2s

Phía 220kV:

Phía 220kV có thời gian cắt của bảo vệ đường dây là tBV11=tHT2+ Δt ,

Δt=0,5s

tHT2=1(s) ; tBV11=1+ 0,5=1,5 (s).

t220=max{t110BV11; t35 }+Δt= 1,5+0,5=2s

3.3.4 Bảo vệ quá dòng TTK (I0>)Dòng điện khởi động của bảo vệ này được chọn theo điều kiện sau:

I0kđ=(0,2÷0,3)IdđBI

Trong đó: IdđBI là dòng danh định của BI.

Bảo vệ này chỉ đặt cho 2 phía 220kV và 110kV

Ikđ220>=0,2 . 400=80 (A)

Ikđ110>=0,2 . 800=160 (A)

Bảo vệ quá dòng TTK sử dụng đặc tính thời gian độc lập. Thời gian làm việc

phối hợp với các bảo vệ phía đường dây tương ứng và giả thiết thời gian tác

động tính ra là t=1s.

Page | 72


3.3.5. Bảo vệ chống từ chối máy cắt 50BF.Chức năng chống máy cắt từ chối tác động sử dụng chức năng kém dòng để

giám sát mạch máy cắt và tác động gửi tín hiệu đi cắt các máy cắt cấp cao

hơn khi máy cắt từ chối tác động. Mỗi bảo vệ tác động đều gửi tín hiệu đến

các máy cắt tương ứng, bộ đếm thời gian của chức năng 50BF đếm thời

gian.Nếu hết thời gian đặt mà vẫn còn dòng điện lúc đó máy cắt từ chối tác

động chức năng 50BF sẽ gửi tín hiệu cắt tới các máy cắt cấp trên ở lân cận.

Thông số cài đặt cho 50BF:

Dòng đặt: I = 0,1In

Thời gian trễ: tBF = 0 sec

3.4 Kiểm tra độ nhạy của hệ thống bảo vệ

3.4.1 Bảo vệ so lệch có hãm 87T

Để kiểm tra sự làm việc của bảo vệ máy biến áp, ta kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của bảo vệ được đặc trưng bởi hệ số an toàn k at và hệ số nhạy knh. Như vậy ta cần tính:

Hệ số an toàn kat đối với những điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp (N1, N2, N3) ở chế độ max.

Hệ số nhạy knh đối với những điểm ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp (N’1, N’2, N’3) ở chế độ min.

Để đảm bảo bảo vệ không tác động nhầm khi ngắn mạch bên ngoài ta phải loại thành phần thứ tự không của dòng điện.

3.4.1.1 Kiểm tra độ an toàn

Đặc tính làm việc của rơ le 7UT613

Đoạn a: Dải 0 ≤IREST ≤ 1,2 ; phương trình: IDIFF=0,3.

Đoạn b: Dải 1,2 ≤ IREST ≤ 5 ; phương trình: IDIFF=0,25× IREST

Đoạn c: Dải 5 ≤ IREST ≤ 24,32 ; phương trình: IDIFF=0, 5× (IREST - 2,5).

Đoạn d: Dải IREST ≥ 24,32 ; phương trình: IDIFF=10,91.

Chế độ max và một máy biến áp làm việc.

Xét điểm ngắn mạch N1

Dạng ngắn mạch 3 pha N(3)

Page | 73


Dạng ngắn mạch 3 pha cho dòng điện ngắn mạch ngoài (đã loại thành

phần thứ tự không) lớn nhất:

Vì 1,25 < IDIFF < 10,91 nên dòng điện hãm được xác định theo công

thức:

IDIFF=0,5× (IREST,ng−¿2,5)

Suy ra:

Hệ số an toàn:

Đối với các dạng ngắn mạch còn lại như dạng ngắn mạch 1 pha và

ngắn mạch 2 pha chạm đất, dòng điện hãm 0,3 < IDIFF < 1,25 nên dòng

điện hãm được tính theo công thức: IDIFF=0,25× IREST,ng

Hệ số an toàn là:

Tính toán tương tự đối với các điểm ngắn mạch N2 và N3 ta có bảng:

Bảng 6.1: Bảng kiểm tra kết quả độ an toàn hãm của bảo vệ so lệch 7UT633

Điểm ngắn mạchINngmax IDIFF IREST IREST,ng kat

N1

N(3) 5,666 1,473 11,332 5,446 2,08

N(1) 4,953 1,287 9,907 5,075 1,95N(1,1) 3,161 0,821 6,322 3,287 1,92

N2

N(3) 6,383 1,659 12,767 5,819 2,19N(1) 5,624 1,462 11,249 5,424 2,07N(1,1) 4,198 1,091 8,397 4,366 1,92

N3 0,930 0,241 1,860 0,3 6,20

Làm tương tự ở chế độ max, 2 máy biến áp làm việc song song ta có bảng:

Bảng 6.2: Bảng kiểm tra kết quả độ an toàn hãm của bảo vệ so lệch 7UT633

Điểm ngắn mạchINngmax IDIFF IREST IREST,ng kat

N1 N(3) 4,115 1,070 8,231 4,280 1,92

Page | 74


N(1) 3,603 0,936 7,206 3,747 1,92N(1,1) 2,392 0,622 4,785 2,488 1,92

N2

N(3) 4,919 1,279 9,838 5,116 1,92N(1) 4,351 1,131 8,702 4,525 1,92N(1,1) 3,403 0,884 6,807 3,539 1,92

N3 1,187 0,308 2,374 1,234 1,92

3.4.1.2 Kiểm tra độ nhạy

Bảo vệ so lệch cần tác động khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ. Để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ ta cần tính toán hệ số nhạy knh đối với những điểm ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ so lệch (N’1, N’2, N’3) khi máy biến áp làm việc ở chế độ min.

Hệ số nhạy được xác định từ:

Trong đó: Id: Dòng điện so lệch.

Id,kđ: Dòng so lệch ngưỡng, tùy thuộc vào giá trị dòng điện

hãm.

Xét chế độ min, một máy biến áp làm việc:

Điểm ngắn mạch N’1


Dòng điện so lệch:

Dòng điện hãm:

Do 5 ≤ IREST ≤ 24,32 nên dòng điện so lệch ngưỡng được theo công

thức:

IDIFF,kđ = 0,5× (IREST−¿ 2,5) = 8,825

Hệ sô nhạy:

Page | 75


Các dạng ngắn mạch còn lại như ngắn mạch 1 pha hoặc 2 pha chạm

đất có 5≤IREST≤24,764. Ta có thể tính tương tự như dạng ngắn mạch

2 pha.

Tính toán tương tự cho điểm ngắn mạch N’2 .

Điểm ngắn mạch N’3


Dòng điện so lệch:

Dòng điện hãm:

Do 5 ≤ IREST ≤ 24,32 nên dòng điện so lệch ngưỡng được theo công

thức:

IDIFF,kđ = 0,5× (IREST−¿ 2,5) = 3,917

Hệ sô nhạy:

Tính toán tương tự cho điểm ngắn mạch N’2 và N’3 ta có bảng:

Bảng 6.3: Bảng kiểm tra kết quả độ nhạy của bảo vệ so lệch 7UT633

Điểm ngắn mạchISL IH ISL,kđ

knh

N’1

N(2) 20,15 20,15 8,825 2,28N(1) 20,348 20,348 8,924 2,28N(1,1) 13,081 13,08 5,290 2,47

N’2N(2) 15,415 15,415 6,457 2,38N(1) 15,699 15,699 6,599 2,37

Page | 76


N(1,1) 11,874 11,874 4,687 2,53

N’3 10,335 10,335 3,917 2,63

Làm tương tự ở chế độ min, 2 máy biến áp làm việc song song ta có bảng:

Bảng 6.4: Bảng kiểm tra kết quả độ nhạy của bảo vệ so lệch 7UT633

Điểm ngắn mạch ISL IH ISL,kđ knh

N’1

N(2) 21,89 21,892 9,696 2,25N(1) 22,147 22,147 9,823 2,25N(1,1) 15,751 15,751 6,625 2,37

N’2

N(2) 18,035 18,035 7,767 2,32N(1) 18,444 18,444 7,972 2,31N(1,1) 14,628 14,628 6,064 2,41

N’3 5,337 5,337 1,418 3,76

Kết luận: từ các kết quả trên cho thấy bảo vệ hoạt động đủ nhạy khi xảy ra

sự cố:

N1(0,745; 7,45) N2(1,41; 14,1) N3(0,403; 4,03)

N1’(21,81;21,81) N2

’(6,137; 6,137) N3’(2,436; 2,436)

3.4.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (87N). Độ nhạy được xác định theo biểu thức:

Kn0 =

Trong đó:

I0Nmin: trị số dòng ngắn mạch thứ tự không tổng nhỏ nhất tại chỗ ngắn

mạch trong vùng bảo vệ.

I0kđ : trị số dòng khởi động phía sơ cấp

Điểm N’1: I0kđ 220 =120 (A )

Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua bảo vệ: (có tên)

I0Nmin = 3042 A

Độ nhạy của bảo vệ :

Kn0= 76,05

Page | 77


Điểm N’2: I0kđ 110 =240(A )

Dòng thứ tự không nhỏ nhất qua bảo vệ:

I0Nmin = 4525 A

Độ nhạy của bảo vệ :

Kn0 = 56,562

3.4.3 Bảo vệ quá dòng có hướng. Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức:

INmin: là dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ khi có sự cố

ở một trong các phía còn lại của máy biến áp.

Ikđ: Dòng khởi động của bảo vệ.

3.4.3.1 Bảo vệ quá dòng đặt phía 220kVTa có: IN1min= min IN2min , IN3min= min 4,013 ; 1,824=1,8235

Đổi sang hệ có tên:

IN1min=0,3138×1,824 =0,5722 kA

Ikđ1>= 502,08 A

Kn1 = =1,14 ¿ 1

Page | 78


Bảo vệ quá dòng có thời gian đặt phía 220kV đủ độ nhạy đảm bảo yêu

cầu.

3.4.3.2 Bảo vệ quá dòng đặt phía 110kV

Ta có: IN2min= min IN1min , IN3min=0.597

Đổi sang hệ có tên:

IN2min=0,597×0,6276 = 0,375 kA

Ikđ2>= 954,24A

Kn2 = = 0,393 < 1

Bảo vệ quá dòng có thời gian đặt phía 110kV không đủ độ nhạy, vì thế ta

đặt thêm bảo vệ quá dòng TTN (46) phía 110kV:

Độ nhạy của bảo vệ:

K2n110 =

Trong đó:

I2BI2min: Dòng thứ tự nghịch nhỏ nhất qua BI2 khi ngắn mạch ở phía

bên kia máy biến áp (theo bảng 2.5).

I2BI2min = = 0, 397(kA)

I2kđ2 : dòng điện khởi động phía sơ cấp

I2kđ110 = 0,3×800 = 240(A) = 0,24 (kA)

Vậy K2n2 = (Đạt yêu cầu)

Page | 79


3.4.3.3 Bảo vệ quá dòng phía 35 kV

IN3min=2,43×1,951=4,741 kA

Ikđ3>= 1594,24 A

Kn3 = = 3,06 >1 (Đạt yêu cầu)

3.4.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không

Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức:

Kn0 =

Trong đó: I0Nmin là dòng TTK cực tiểu khi ngắn mạch trên thanh góp phía

bên kia MBA.

3.4.4.1 Phía 220kV MBA

I0Nmin=0,876

(Đạt yêu cầu)

3.4.4.2 Phía 110kV MBA

I0Nmin=0,17

Page | 80


(Đạt yêu cầu)

3.4.5 Các bảo vệ quá dòng 67 phía đường dây3.4.5.1 Bảo vệ BV11

Dòng điện khởi động: Ikđ = 762,3 A.

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất: ( tra bảng 2.7 và 2.11)

INmin=

Độ nhạy của bảo vệ BV11:

Khởi động chức năng 46 TTN

K2n110 =

I2BI11 min: Dòng thứ tự nghịch nhỏ nhất qua BI11 (bảng 2.12 và 2.13)

I2BI11min = = 0, 41(kA)


I2kđ110 =3×800= 240(A) = 0,24(kA)


3.4.5.2 Bảo vệ BV12



INmin=


Bảo vệ đạt yêu cầuPage | 81


3.4.5.3 Bảo vệ BV13 ( cài đặt thông số tương tự BV11).



INmin=


Khởi động chức năng 46 TTN

K2n110 =

I2BI11 min: Dòng thứ tự nghịch nhỏ nhất qua BI11 (bảng 2.12 và 2.13)

I2BI11min = = 0, 41(kA)


I2kđ110 = 240 (A) = 0,24(kA)


3.4.6 Bảo vệ quá dòng thứ tự không 67N

Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo biểu thức:

Kn0 =

Trong đó: I0Nmin là dòng TTK cực tiểu khi ngắn mạch trên đường dây

3.4.6.1 Bảo Vệ BV11.

I0Nmin=0,223

(Đạt yêu cầu)Page | 82


Bảo vệ BV11 đạt yêu cầu về độ nhạy

3.4.6.2 Bảo vệ BV12.

I0Nmin=0,32

(Đạt yêu cầu)

Page | 83


Tài liệu tham khảo

1. GS. TS. Lã Văn Út, “Ngắn mạch trong hệ thống điện”, NXB Khoa học và kỹ

thuật – 2005.

2. VS. GS. Trần Đình Long, “Bảo vệ rơle trong hệ thống điện”, NXB Khoa học

kỹ thuật – 1993.

3. VS. GS. Trần Đình Long, “Bảo vệ các hệ thống điện”, NXB Khoa học kỹ thuật

– 2000.

4. Siemens, Applications for SIPROTEC Protection Relays – 2005.

5. Tài liệu về các loại rơ le, 7SJ64, 7UT613 của SIEMENS.

6. Siemens, SINPROTEC4-7SA6 Distance Protection Relay.

7. Siemens, SIPROTEC - Differention Protection 7UT613/33X.

8.Siemens, SIPROTEC - Multi Functional Protective Relay with Local Control

7SJ62/63/64.

Page | 84

Documents

Nguyen Van Vuong Ga`