1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án: Xây dựng hệ thống cung cấp điện cho một khu

Đồ án: Xây dựng hệ thống cung cấp điện cho một khu

Đồ án: Xây dựng hệ thống cung cấp điện cho một khu gồm 7 phần với nội dung: xây dựng phương án cung cấp điện cho 1 khu vực gồm 1 đường dây kép và 1 trạm biến áp, tìm hiểu bảo vệ quá dòng, xây dựng sơ đồ khối thuật toán, sơ đồ thực hiện, tìm hiểu về Rơle quá dòng số Sel-551,... Mời tham khảo. Đồ án Xây dựng phương án cung cấp điện và tính toán bảo vệ rơle Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng MỤC LỤC PHẦN I XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO 1 KHU VỰC GỒM 1 ĐƯ

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 64

Ngày tạo 8/29/2018 6:44:05 PM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước

Tên tệp

Tải Đồ án: Xây dựng hệ thống cung cấp điện cho một khu (.docx) Tải Đồ án: Xây dựng hệ thống cung cấp điện cho một khu (.pdf)

Xem mẫu

  1. Đồ án Xây dựng phương án cung cấp điện và tính toán bảo vệ rơle
  2. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng MỤC LỤC PHẦN I XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO 1 KHU VỰC GỒM 1 ĐƯỜNG DÂY KÉP VÀ 1 TRẠM BIẾN ÁP I.Xây dựng phương án .................................................................................................1 1. Yêu cầu của phương án cung cấp điện ............................................................1 2. Sơ đồ cung cấp điện........................................................................................1 II.Chọn máy biến áp,dây dẫn và các khí cụ điện cho mạng điện.....................................1 1. Chọn máy biến áp ...........................................................................................1 2. Chọn dây dẫn..................................................................................................2 3. Chọn máy cắt và dao cách ly...........................................................................3 PHẦN II TÌM HIỂU BẢO VỆ QUÁ DÒNG, XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN, SƠ ĐỒ THỰC HIỆN I.Nguyên lý làm việc....................................................................................................5 II.Các bộ phận chính và sơ đồ nguyên lý .......................................................................5 1. Sơ đồ thực hiện...............................................................................................6 2. Hoạt động của sơ dồ khi ngắn mạch tại điểm N...............................................6 III.Bảo vệ quá dòng tác động có thời gian (51) ...............................................................6 1. Dòng khởi động của bảo vệ.............................................................................7 2. Thời gian làm việc của bảo vệ.........................................................................8 3. Độ nhạy của bảo vệ....................................................................................... 13 4. Đánh giá bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian ............................... 13 IV.Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) ...........................................................................14 1. Nguyên tắc làm việc ................................................................................... 14 2. Vùng tác động............................................................................................. 17 V.Bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp ...........................................................................17 PHẦN III TÌM HIỂU VỀ RƠLE QUÁ DÒNG SỐ SEL-551 I.Tổng quan về role SEL-551........................................................................... 20 1. Khái quát chung................................................................................... 20 2. Những đặc tính kỹ thuật ....................................................................... 21 a. Dòng điện xoay chiều đầu vào....................................................... 21 b. Tiếp điểm đầu ra............................................................................ 21 c. Các đầu vào quang định mức......................................................... 22 d. Cảm biến mức ............................................................................... 23 e. Phần tử qua dòng........................................................................... 24 f. Bảo vệ máy biến dòng bảo hòa...................................................... 25 g. Đặc tính bộ thời gian ..................................................................... 25 II.Các phần tử role và nguyên lý hoạt động ....................................................... 26 1. Mã nhị phân và SELogic điều khiển tính toán ...................................... 26 a. Mã nhị phân của rơle..................................................................... 26 b. SELogic điều khiển tính toán ........................................................ 26 c. Sự giới hạn .................................................................................... 26 d. Xử lý có thứ tự và khoảng thời gian xử lý ..................................... 27 2. Các đầu vào quang ............................................................................... 28 3. Chuyển mạch điều khiển vị trí.............................................................. 29 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 2/64
  3. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng 4. Chuyển mạch điều khiển từ xa ............................................................. 31 5. Phần tử quá dòng cắt nhanh.................................................................. 31 6. Phần tử quá dòng có thời gian .............................................................. 34 7. Logic cắt .............................................................................................. 37 8. Logic đóng........................................................................................... 38 PHẦN IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I.Sơ đồ thay thế, xác định các đại lượng tính toán.................................................... 40 1. Sơ đồ thay thế ............................................................................................ 40 2. Xác định các đại lượng cơ bản ..................................................................40 3. Điện kháng của các phần tử .........................................................................40 II.Tính toán ngắn mạch ............................................................................................. 40 1. Tính toán dòng ngắn mach 3 pha ở cuối đường dây ............................... 40 2. Tính toán ngắn mạch 2 pha cuối đường dây và sau máy biến áp ...........40 3. Tính toán dòng ngắn mạch 2 pha trên thanh góp TBA ........................... 42 4. Dòng ngắn mạch thứ tự không .................................................................42 PHẦN V TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH BẢO VỆ RƠLE CHO ĐƯỜNG DÂY I.Giới thiệu chung về bảo vệ đường dây ................................................................ 44 1. Phân loại các đường dây ...........................................................................44 2. Các dạng sự cố và bảo vệ để bảo vệ đường dây tải điện ......................... 44 II.Tính toán thông số cho rơle bảo vệ so lệch ngang có hướng ............................. 45 1... Nhiệm vụ của bảo vệ ................................................................................. 45 2. Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................ 45 3. Các bộ phận của bảo vệ .............................................................................45 4. Phân tích sự làm việc của bảo vệ khi N ................................................... 46 5. Tính toán dòng khởi động .........................................................................47 6. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ.....................................................................48 PHẦN VI THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐÓNG NGUỒN DỰ TRỮ (TĐD) I.Ý nghĩa của TĐD.....................................................................................................49 II.Yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD ...................................................................49 III.TĐD đường dây.....................................................................................................50 1. Sơ đồ ...........................................................................................................50 2. Tính toán tham số của các phần tử trong sơ đồ .......................................50 IV.TĐD ở trạm biến áp .............................................................................................. 53 V.Tủ chuyển nguồn tự động ATS...................................................................... 54 Tổng quan................................................................................................ 54 Quy cách chọn tủ ATS ............................................................................. 54 Chức năng hoạt động của tủ ATS54 Một số đèn báo và nút nhấn chức năng thường gặp .................................. 55 Lắp ráp và cài đặt..................................................................................... 55 PHẦN VII CÁC BẢN VẼ Sơ đồ thực hiện của 51 và bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp............................... 56 Sơ đồ thực hiện của bảo vệ so lệch ngang có hướng......................................... 57 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 3/64
  4. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng Sơ đồ TĐD máy cắt phân đoạn......................................................................... 58 Sơ đồ thiết bị TĐD đường dây ......................................................................... 59 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 4/64
  5. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng PHẦN I XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO 1 KHU VỰC GỒM 1 ĐƯỜNG DÂY KÉP VÀ 1 TRẠM BIẾN ÁP I. Xây dựng phương án: 1. Yêu cầu của phương án cung cấp điện: Xây dựng phương án cung cấp điện là 1 bước rất quan trọng trong qua trình thiết kế cung cấp điện, vì vậy cần nghiên cứu kỹ nhiệm vụ thiết kế, nắm vững các số liệu ban đầu. Một phương án cung cấp điện được coi là hợp lý nếu thỏa mãn các yêu cầu sau:  Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của phụ tải.  Thuận tiện trong việc lắp ráp, vận hành và sữa chữa.  Chất lượng điện.  Có tính an toàn cao, an toàn cho người vận hành, người sử dụng và an toàn cho chính các thiết bị điện và toàn bộ công trình. Từ các yêu cầu đó, kết hợp với đặc điểm của phụ tải, cấu trúc của lưới điện, công suất của phụ tải và của nguồn cung cấp ta vạch ra phương án cung cấp điện như sau: 2. Sơ đồ cung cấp điện TG 110KV TG ĐZ PT1 HT MBA ~ MC 60 Km PT2 II. Chọn máy biến áp, dây dẫn và các khí cụ điện cho mạng điện: 1. Chọn máy biến áp. Vì phụ tải yêu cầu cần cấp điện liên tục nên ta dùng 2 MBA cho trạm biến áp, do đó máy biến áp được chọn theo điều kiện sau: S 30 SđmMBA  pt max   21,42( MVA) 1,4 1,4 Chọn máy biến áp điều áp dưới tải: TH  25MVA Tra bảng phụ lục trong sách thiết kế nhà máy điện ta có các thông số kỹ thuật của MBA như trong bảng sau: Sđm UC UH P0  PN Loại UN% I0 % (MVA) (KV) (KV) (KW) (KW) SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 5/64
  6. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng TH 25 110 38,5 36 120 10,5 0,75 Từ các thông số trên của máy biến áp ta xác định được các tham số RB và XB theo công thức sau:(Tính cho mỗi máy) 2 P  U 120  1152 RB  N 2 đm  103  3 2  103  2,54() S đm ( 25  10 ) 2 U N %  U đm 10,5  1152 XB    0,06() 100 S đm 100  25 2. Chọn dây dẫn a. Chọn tiết diện dây dẫn. Ta chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế Jkt I max Fkt  J kt Nếu ta chọn dây AC và Tmax=5200h thì Jkt=1A/m2 Smax 30 Imax   103  78,7( A) 2 3Udm 2 3 110 Do đó: I max 78,7 Fkt    78,7(mm 2 ) J kt 1  Ta chọn dây AC-95 có Icp=335(A); r0 = 0,33 ( / km) ; x0 = 0,429 ( / km) R = r0  l = 0,33  60 = 19,8 ( / km) X = x0  l = 0,429  60 = 25,74 ( / km) b. Kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn khi sự cố Khi sự cố lộ kép bị đứt 1 dây thì dòng điện chạy trong mạch là lớn nhất. Ta kiểm tra điều kiện phát nóng của dây dẫn theo điều kiện sau: I SC  k .I cp Trong đó:  Isc : dòng điện lớn nhất lúc sự cố  Icp : dòng điện cho phép chạy qua dây dẫn  k : hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc khác nhiệt độ tiêu chuẩn.( nếu chọn nhiệt độ môi trường là 350C thì k = 0,82) Ta có: I SC  2 I max  2  78,7  157 ,4( A) I SC  k .I cp ( AC 95 )  0,82  335  274,7( A) Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo điều kiện phát nóng khi bị sự cố. c. Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp.  Tổn thất điện áp được tính theo công thức: SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 6/64
  7. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng ( Pi ri   Qi xi )li U % max  2  100 nU đm Trong đó:  Pi, Qi : là công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền tải trên li  ri, xi : là điện trở và điện kháng của đường dây đang xét  n ; số lộ đường dây Các trị số U tính được phải thỏa mãn điều kiện: + Lúc bình thường : U % max BT  10% + Lúc sự cố : U % max SC  20%  Lúc bình thường: (25,5  0,33  15,78  0,429)  60 U % max BT   100  3,76%  10% 2  110 2  Lúc sự cố: Khi đứt 1 đường dây lúc đó tổn thất điện áp tăng gấp đôi lúc bình thường. Do đó: U % max SC  2U % max BT  2  3,76  7,52%  20% Vậy dây dẫn đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. d. Bảng thông số của đường dây. Icp ro xo R X Isc Loại U %max BT U % max SC (A) ( / km) ( / km) () () (A) AC-95 335 0,33 0,429 19,8 25,74 157,4 3,76 7,52 3. Chọn máy cắt và dao cách ly a. Máy cắt được chọn theo điều kiện sau:  Loại máy cắt  Điện áp định mức : UđmMC  Uđmmạng  Ổn định lực điện động: iôđđ > ixk  Điều kiện cắt: IcắtMC  I N 0 b. Điều kiện chọn dao cách ly:  Loại dao cách ly  Điện áp định mức : UđmDCL  Uđmmạng  Ổn định lực điện động: iôđđ > ixk  Điều kiện cắt: IcắtDCL  I N0 c. Tính dòng điện làm việc cưỡng bức phía cao áp MBA  Dòng điện làm việc lúc bình thường S pt 30 I bt   10 3   10 3  0,078( KA) 2 3U C 2 3  110  Dòng điện làm việc lúc cưỡng bức Icb = 2.Ibt = 2  0,078 = 0,156(KA) d. Tính dòng điện làm việc cưỡng bức phía hạ áp MBA  Dòng điện làm việc lúc bình thường S pt 30 I bt   10 3   10 3  0,2474( KA) 2 3U T 2 3  35 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 7/64
  8. Đồ án tổng hợp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng  Dòng điện làm việc lúc cưỡng bức Icb = 2.Ibt = 2  0,2472 = 0,4948(KA)  Dòng điện do hệ thống cung cấp I cb110 KV 0,502 IH    1,792( KA) XH 0,28 Bảng tổng hợp chọn MC và DCL Thông số Máy cắt Dao cách ly tính Uđm Uđm Iđm ICđm Iôđđ Uđm Iđm Iôđđ Icb Loại Loại (K (KV (KA (KA (KA (KV (KA (KA (KA) MC DCL V) ) ) ) ) ) ) ) BBY- P  H  110 0,156 110- 110 2 40 102 110 / 1000 110 1 80 40/2000 BBY- P  H  0,494 35 35- 35 2 40 100 35 1 80 8 35 / 1000 40/2000 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 8/64
  9. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng PHẦN 2 TÌM HIỂU BẢO VỆ QUÁ DÒNG, XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN, SƠ ĐỒ THỰC HIỆN. I. Nguyên lý làm việc: Là bảo vệ phản ứng theo dòng điện chạy qua phần tử được bảo vệ, và bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện này vượt quá dòng chỉnh định (dòng khởi động). Ví dụ khảo sát tác động của các bảo vệ dòng điện cực đại đặt trong mạng hình tia có1 nguồn cung cấp (hình 2.1), các thiết bị bảo vệ được bố trí về phía nguồn cung cấp của tất cả các đường dây. Mỗi đường dây có 1 bảo vệ riêng để cắt hư hỏng trên chính nó và trên thanh góp của trạm ở cuối đường dây. Dòng khởi động của bảo vệ IKĐ, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo vệ mà có thể làm cho bảo vệ khởi động, cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng. Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng 2 phương pháp khác nhau về nguyên tắc:  Phương pháp thứ nhất - bảo vệ được thực hiện có thời gian làm việc càng lớn khi bảo vệ càng đặt gần về phía nguồn cung cấp. Bảo vệ được thực hiện như vậy được gọi là BV dòng điện cực đại làm việc có thời gian.  Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch đi qua chỗ nối bảo vệ sẽ giảm xuống khi hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp. Dòng khởi động của bảo vệ IKĐ được chọn lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ở đoạn kề (cách xa nguồn hơn). Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian. Chúng được gọi là bảo vệ dòng điện cắt nhanh. Các bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương ứng với đặc tính thời gian độc lập và đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn. Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập là loại bảo vệ có thời gian tác động không đổi, không phụ thuộc vào trị số của dòng điện qua bảo vệ. Thời gian tác động của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn, phụ thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng IKĐ tương đối nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn. II. Các bộ phận chính và sơ đồ nguyên lý. Có 2 bộ phận chính: SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 9/64
  10. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng  Bộ phận khởi động: Rơle RI  Bộ phận tạo thời gian: Rơle RT 1. Sơ đồ thực hiện: Hình 2.2 Sơ đồ thực hiện của 51 khi ngắn mạch 2. Hoạt động của sơ đồ khi ngắn mạch tại điểm N: Khi ngắn mạch tại điểm N thì dòng điện chạy qua bảo vệ là dòng điện ngắn mạch có trị số rất lớn. Dòng điện chạy qua rơle vượt quá giá trị khởi động của rơle. Rơle RI sẽ đóng tiếp điểm thường mở đưa điện đến cuộn RT, sau 1 khoảng thời gian tiếp điểm của RT đóng lại, và rơle tín hiệu đưa tín hiệu đi cắt máy cắt. III. Bảo vệ quá dòng tác động có thời gian (51) Bảo vệ quá dòng có thể làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (đường 1) hoặc phụ thuộc (đường 2) hoặc hỗn hợp (đường 3;4). Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn đối với bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động càng bé. Hình 2.3 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng độc lập (1), phụ thuộc (2) và hỗn hợp (3, 4) SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 10/64
  11. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng 1. Dòng khởi động của BV Theo nguyên tắc tác động, dòng khởi động IKĐ của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ tải cực đại (Ilvmax) qua chổ đặt bảo vệ, để bảo vệ không tác động cắt máy cắt trong trường hợp phụ tải cực đại. Tuy nhiên trong thực tế còn có các yêu cầu. Bảo vệ phía trước (gần nguồn) không được tác động sau khi bảo vệ 2 cắt 2MC (lúc này có dòng điện mở máy lớn chạy qua nhưng yêu cầu bảo vệ 1 không được tác động, nghĩa là yêu cầu bảo vệ 1 phải trở về). Để bảo vệ 1 trở về đối với Imm , nghĩa là: Imm < Itv  Itv > Imm Ta có I mm = k mm  I lvmax (2-1) Sai số của dòng trở về của bảo vệ và các tính toán không chính xác được kể đến bởi hệ số an toàn kat > 1 (vào khoảng 1,1 ÷1,2). Từ điều kiện đảm bảo sự trở về của bảo vệ có thể viết : I tv  k at  k mm  I lv max (2-2) Tỉ số giữa dòng trở về của rơle (hoặc của bảo vệ) đối với dòng khởi động của rơle (hoặc của bảo vệ) gọi là hệ số trở về ktv. I tv k tv  (2-3) I KĐ Như vậy dòng điện khởi động của bảo vệ là: I tv k at  k mm I KÐB    I lv max (2-4) ktv ktv Các rơle lí tưởng có hệ số trở về ktv = 1; thực tế luôn luôn có ktv < 1. Dòng khởi động IKĐR của rơle khác với dòng khởi động IKĐB của bảo vệ do hệ số biến đổi n I của BI và sơ đồ nối dây giữa các rơle dòng và BI. Trong một số sơ đồ nối rơle, dòng đi vào rơle không bằng dòng thứ cấp của các BI. Ví dụ như khi nối rơle vào hiệu dòng 2 pha, dòng vào rơle IR(3) trong tình trạng đối xứng bằng 3 lần dòng thứ cấp IT(3) của BI. Sự khác biệt của dòng trong rơle trong tình trạng đối xứng và dòng thứ cấp BI được đặc trưng bằng hệ số sơ đồ: I R3) ( k sđ  ( 3) (2-5) IT Đối với sơ đồ sao hoàn toàn hoặc sao khuyết thì Ksđ(3) =1, còn sơ đồ số 8 thì Ksđ(3) = 3. I KÐB Kể đến hệ sơ đồ, có thể viết: I KÐR   k sđ3) ( (2-6) nI Vậy dòng điện khởi động của rơle là: SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 11/64
  12. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng k at  k mm  k sđ3) ( I KÐR   I lv max (2-7) nI  ktv 2. Thời gian làm việc của bảo vệ: Bảo vệ 51 có 2 dạng đặc tính thời gian làm việc:  Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập.  Bảo vệ có đặc tính thời gian phu thuộc có giới hạn a. Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập: Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập (hình 2.4) được chọn theo nguyên tắc bậc thang (từng cấp) , bảo vệ đoạn sau Hình 2.4 Các dạng đặc tính (theo hướng về phía nguồn) thời gian của bảo vệ dòng cực đại chọn thời gian làm việc phải 1- độc lập; 2- phụ thuộc lớn hơn thời gian làm việc cực đại của các bảo vệ phân đoạn trước 1 khoảng thời gian ∆t. Ưu điểm của dạng bảo vệ này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn giản và dễ áp dụng. Thời gian đặt của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau sao cho có thể cắt ngắn mạch một cách nhanh nhất mà vẫn đảm bảo được tính chọn lọc của các bảo vệ Hiện nay thường dùng 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phương pháp theo thời gian, theo dòng điện và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng điện. a.1. Phối hợp các bảo vệ theo thời gian Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle 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). tn = t(n-1)max + Δt (2-8) 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 được xác định bởi công thức: Δt = ER .10 -2.[t(n-1)max + tn ] + tMC(n-1) + tdp ≈ 2.10-2.ER .t(n-1)max + t MC (n-1) + t qt + tdp Với: SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 12/64
  13. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng  ER: sai số thời gian tương đối của chức năng quá dòng cấp đang xét (có thể gây tác động sớm hơn) và cấp bảo vệ trước (kéo dài thời gian tác động của bảo vệ), đối với rơle số thường ER = ( 3 ÷ 5)% tuỳ từng rơle.  tMC (n-1): thời gian cắt của máy cắt cấp bảo vệ trước, thường có giá trị lấy bằng (0,1 ÷ 0,2) sec đối với MC không khí, (0,06 ÷ 0,08) sec với MC chân không và (0,04 ÷ 0,05) sec với MC khí SF6.  tqt: thời gian sai số do quán tính khiến cho rơle vẫn ở trạng thái tác động mặc dù ngắn mạch đã bị cắt, với rơle số tqt thường nhỏ hơn 0,05 sec.  tdp: thời gian dự phòng. Xét sơ đồ mạng như hình 2.5, việc chọn thời gian làm việc của các bảo vệ được bắt đầu từ bảo vệ của đoạn đường dây xa nguồn cung cấp nhất, tức là từ các bảo vệ 1’ và 1” ở trạm C. Giả thiết thời gian làm việc của các bảo vệ này đã biết, tương ứng là t1’ và t1”. Thông thường người ta cho sẵn thời gian làm việc của bảo vệ trên các nhánh có mũi tên t1”, t2”. Nhiệm vụ xác định thời gian làm việc của các bảo vệ còn lại. Nguyên tắc tính từ bảo vệ xa nguồn đến gần nguồn.  t2’= max (t1”, t1’) + ∆t.  t3 = max (t2’, t2”) + ∆t Nếu ∆t = 0 thì khi ngắn mạch ở bất cứ phân đoạn nào thì tất cả các rơle đều tác động đưa tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt. a.2 Phối hợp các bảo vệ theo dòng điện. Thông thường ngắn mạch càng gần nguồn thì dòng ngắn mạch càng lớn và dòng ngắn mạch này sẽ giảm dần khi vị trí điểm ngắn mạch càng xa nguồn. Yêu cầu đặt ra ở đây là phải phối hợp các bảo vệ tác động theo dòng ngắn mạch sao cho rơle ở gần điểm ngắn mạch nhất sẽ tác động cắt máy cắt mà thời gian tác động giữa các bảo vệ vẫn chọn theo đặc tính thời gian độc lập. Nhược điểm của phương pháp này là cần phải biết công suất ngắn mạch của nguồn và tổng trở ĐZ giữa hai đầu ĐZ đặt rơle mà ta cần phải phối hợp để đảm bảo SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 13/64
  14. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng tính chọn lọc, độ chính xác của bảo vệ có thể sẽ không đảm bảo đối với các ĐZ gần nguồn có công suất ngắn mạch biến động mạnh hoặc ngắn mạch qua tổng trở có giá trị lớn. Do những nhược điểm trên mà phương pháp phối hợp theo dòng điện thường sử dụng để bảo vệ các ĐZ có công suất nguồn ít biến động và cho một dạng ngắn mạch. Phương pháp này tính theo dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị đặt của bảo vệ sao cho rơle ở gần điểm sự cố nhất sẽ tác động. Giả sử xét ngắn mạch 3 pha N(3) tại điểm N2 trên hình 4.3, giá trị dòng ngắn mạch tại N2 được xác định theo công thức: c.U nguôn I N2  (2-9) 3 ( Z nguôn  Z AB ) Trong đó:  Unguồn: điện áp dây của nguồn.  c: hệ số thay đổi điện áp nguồn, có thể lấy c = 1,1.  Znguồn: tổng trở nguồn, được xác định bằng: 2 U nguôn Z nguôn  (2-10) S NM Với SNM là công suất ngắn mạch của nguồn. Hình 2.6 Đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới điện hình tia cho trường hợp phối hợp theo dòng điện Chúng ta nhận thấy các dòng ngắn mạch phía sau điểm N2 (tính về phía tải) sẽ có giá trị nhỏ hơn IN2(bỏ qua trường hợp ngắn mạch qua một tổng trở lớn) do đó giá trị đặt của dòng điện cho bảo vệ đặt tại A có thể chọn lớn hơn dòng IN2. Trong trường hợp tổng quát, giá trị của dòng điện ở cấp thứ n (tính về phía phụ tải) chọn theo phương pháp phối hợp dòng điện sẽ được tính theo công thức: k at .c.U nguôn I KÐn  m (2-11) 3 ( Z nguônmax   Z ( n1) ) n1 SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 14/64
  15. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng Trong đó: m  Z ( n 1) tổng trở ĐZ tính từ nguồn đến cấp bảo vệ thứ (n -1). n 1  m: số cấp bảo vệ của toàn ĐZ.  Kat = (1,1 ÷ 1,3): hệ số an toàn để đảm bảo không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động). Chúng ta thấy do có hệ số an toàn Kat > 1 nên bảo vệ sẽ tồn tại vùng chết khi xảy ra ngắn mạch tại các thanh góp. Ưu điểm của phương pháp này là ngắn mạch càng gần nguồn thì thời gian cắt ngắn mạch càng nhỏ b.Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn Khi chọn thời gian làm việc của các bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn có thể có 2 yêu cầu khác nhau do giá trị của bội số dòng ngắn mạch ở cuối đoạn được bảo vệ so với dòng khởi động :  Khi bội số dòng lớn, bảo vệ làm việc ở phần độc lập của đặc tính thời gian: lúc ấy thời gian làm việc của các bảo vệ được chọn giống như đối với bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập.  Khi bội số dòng nhỏ, bảo vệ làm việc ở phần phụ thuộc của đặc tính thời gian: trong trường hợp này, sau khi phối hợp thời gian làm việc của các bảo vệ kề nhau có thể giảm được thời gian cắt ngắn mạch. Hình 2.7 : Phối hợp các đặc tính của bảo vệ dòng cực đại có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn. N : Điểm ngắn mạch tính toán Xét sơ đồ mạng hình 2.7, đặc tính thời gian của bảo vệ thứ n trên đoạn AB được lựa chọn thế nào để nó có thời gian làm việc là tn lớn hơn thời gian t(n-1)max của bảo vệ thứ (n-1) trên đoạn BC một bậc ∆t khi ngắn mạch ở điểm tính toán - đầu đoạn kề BC - gây nên dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất có thể có I’N max. Từ thời gian làm việc tìm được khi ngắn mạch ở điểm tính toán có thể tiến hành chỉnh định bảo vệ và tính được thời gian làm việc đối với những vị trí và dòng ngắn mạch khác. SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 15/64
  16. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng Ngắn mạch càng gần nguồn dòng ngắn mạch càng tăng, vì vậy khi ngắn mạch gần thanh góp trạm A thời gian làm việc của bảo vệ đường dây AB giảm xuống và trong một số trường hợp có thể nhỏ hơn so với thời gian làm việc của bảo vệ đường dây BC. Khi lựa chọn các đặc tính thời gian phụ thuộc thường người ta tiến hành vẽ chúng trong hệ tọa độ vuông góc (hình 2.8), trục hoành biểu diễn dòng trên đường dây tính đổi về cùng một cấp điện áp của hệ thống Hình 2.8 : Phối hợp đặc tính thời gian làm việc phụ thuộc có giới hạn của các bảo vệ dòng cực được bảo vệ, còn trục tung là đại trong hệ tọa độ dòng - thời gian. thời gian. Dùng bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc có thể giảm thấp dòng khởi động so với bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập vi hệ số mở máy kmm có thể giảm nhỏ hơn. Điều này giải thích như sau: sau khi cắt ngắn mạch, dòng Imm đi qua các đường dây không hư hỏng sẽ giảm xuống rất nhanh và bảo vệ sẽ không kịp tác động vì thời gian làm việc tương ứng với trị số của dòng Imm (thường gần bằng IKĐ của bảo vệ) là tương đối lớn. Nhược điểm của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc là :  Thời gian cắt ngắn mạch tăng lên khi dòng ngắn mạch gần bằng dòng khởi động (ví dụ, khi ngắn mạch qua điện trở quá độ lớn hoặc ngắn mạch trong tình trạng làm việc cực tiểu hệ thống).  Đôi khi sự phôi hợp các đặc tính thời gian tương đối phức tạp. c. Bậc chọn lọc về thời gian: Bậc chọn lọc về thời gian ∆t trong biểu thức (2-8) xác định hiệu thời gian làm việc của các bảo vệ ở 2 đoạn kề nhau ∆t = tn - t(n-1)max. Khi chọn ∆t cần xét đến những yêu cầu sau :  ∆t cần phải bé nhất để giảm thời gian làm việc của các bảo vệ gần nguồn.  ∆t cần phải thế nào để hư hỏng ở đoạn thứ (n-1) được cắt ra trước khi bảo vệ của đoạn thứ n (gần nguồn hơn) tác động.  ∆t của bảo vệ đoạn thứ n cần phải bao gồm những thành phần sau :  Thời gian cắt tMC(n - 1) của máy cắt đoạn thứ (n-1).  Tổng giá trị tuyệt đối của sai số dương max tss(n-1) của bảo vệ đoạn thứ n và của sai số âm max tssn của bảo vệ đọan thứ n (có thể bảo vệ thứ n tác động sớm)  Thời gian sai số do quán tính tqtn của bảo vệ đoạn thứ n.  Thời gian dự trữ tdt. Tóm lại: ∆t = tMC(n - 1) + tss(n - 1) + tssn + tqtn + tdt (2-12) Thường ∆t vào khoảng 0,25 - 0,6sec. SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 16/64
  17. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng 3. Độ nhạy của bảo vệ: Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với những hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệ thống điện. Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số nhạy Kn. Đối với các bảo vệ làm việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch (ví dụ, theo dòng), hệ số độ nhạy được xác định bằng tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn mạch bé nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (tức dòng khởi động). Hay nói 1 cách rõ hơn độ nhạy được tính bằng tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch bé nhất khi ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ và dòng điện khởi động của bảo vệ (IKĐB). I K n  Nmin khi N truc tiêt trong vung bao vê (2-13) I KÐB Khi bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ chính thì độ nhạy yêu cầu Kn  1,5 Khi bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ dự trữ thì độ nhạy yêu cầu Kn  1,2 4. Đánh giá bảo vệ dòng cực đại làm việc có thời gian: a. Tính chọn lọc: Bảo vệ dòng cực đại chỉ đảm bảo được tính chọn lọc trong các mạng hình tia có một nguồn cung cấp bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc bậc thang tăng dần theo hướng từ xa đến gần nguồn. Khi có 2 nguồn cung cấp, yêu cầu chọn lọckhông được thỏa mãn cho dù máy cắt và bảo vệ được đặt ở cả 2 phía của đường dây. b. Tác động nhanh: Càng gần nguồn thời gian làm việc của bảo vệ càng lớn. Ở các đoạn gần nguồn cần phải cắt nhanh ngắn mạch để đảm bảo sự làm việc liên tục của phần còn lại của hệ thống điện, trong khi đó thời gian tác động của các bảo vệ ở các đoạn này lại lớn nhất. Thời gian tác động chọn theo nguyên tắc bậc thang có thể vượt quá giới hạn cho phép. c. Độ nhạy: Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do phải chọn dòng khởi động lớn hơn dòng làm việc cực đại Ilv max có kể đến hệ số mở máy kmm của các động cơ. Khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối đường dây được bảo vệ, độ nhạy yêu cầu là ≥ 1,5 (khi làm nhiệm vụ bảo vệ chính). Độ nhạy như vậy trong nhiều trường hợp được đảm bảo. Tuy nhiên khi công suất nguồn thay đổi nhiều, cũng như khi bảo vệ làm nhiệm vụ dự trữ trong trường hợp ngắn mạch ở đoạn kề , độ nhạy có thể không đạt yêu cầu. Độ nhạy yêu cầu của bảo vệ khi làm nhiệm vụ dự trữ là ≥ 1,2. d. Tính đảm bảo: Theo nguyên tắc tác động, cách thực hiện sơ đồ, số lượng tiếp điểm trong mạch thao tác và loại rơle sử dụng , bảo vệ dòng cực đại được xem là loại bảo vệ đơn giản nhất và làm việc khá đảm bảo. Do những phân tích trên, bảo vệ dòng cực đại được áp dụng rộng rãi trong các mạng phân phối hình tia điện áp từ 35KV trở xuống có một nguồn cung cấp nếu thời gian làm việc của nó nằm trong giới hạn cho phép. Đối với các đường dây có đặt kháng điện ở đầu đường dây, có thể áp dụng bảo vệ dòng cực đại được vì khi ngắn mạch dòng không lớn lắm, điện áp dư trên thanh góp còn khá cao nên bảo vệ có thể SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 17/64
  18. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng làm việc với một thời gian tương đối lớn vẫn không ảnh hưởng nhiều đến tình trạng làm việc chung của hệ thống điện. IV. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50): Chúng ta nhận thấy rằng 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 ĐZ 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 (hình 4.8) hay nhiều nguồn (hình 4.9) 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 ĐZ cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này. 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 rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ. Sau đây chúng ta sẽ đi tính toán giá trị đặt của bảo vệ cho một số mạng điện thường gặp. 1. Nguyên tắc làm việc: Bảo vệ dòng cắt nhanh (BVCN) là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chổ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ, BVCN thường làm việc không thời gian hoặc có thời gian rất bé để nâng cao nhạy và mở rộng vùng BV. a.Mạng điện hình tia một nguồn cung cấp: Hình 2.9 : Đồ thị tính toán bảo vệ dòng cắt nhanh không thời gian đối với đường dây có nguồn cung cấp một phía Xét sơ đồ mạng trên hình 2.9, BVCN đặt tại đầu đường dây AB về phía trạm A. Để bảo vệ không khởi động khi ngắn mạch ngoài (trên các phần tử nối vào thanh góp trạm B), dòng điện khởi động IKĐ của bảo vệ cần chọn lớn hơn dòng điện lớn nhất đi qua đoạn AB khi ngắn mạch ngoài. Điểm ngắn mạch tính toán là N nằm gần thanh góp trạm B phía sau máy cắt. IKĐ = kat. INngmax (2-14) Trong đó: SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 18/64
  19. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng  INngmax: Là dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (thường là dòng N(3) )  kat: hệ số an toàn; xét tới ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ, việc tính toán không chính xác dòng ngắn mạch và sai số của rơle. Thường kat= 1,2 ÷1,3. Không kể đến ktv vì khi ngắn mạch ngoài bảo vệ không khởi động. b.ĐZ có hai nguồn cung cấp: Hình 2.10: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ĐZ có hai nguồn cung cấp Xét ĐZ có hai nguồn cung cấp như hình 2.10, để đảm bảo cho bảo vệ 1 (đặt tại thanh góp A) và bảo vệ 2 (đặt tại thanh góp B) tác động đúng thì giá trị dòng điện khởi động của hai bảo vệ này ( IKĐ50A, IKĐ50B) phải được chọn theo điều kiện: IKĐ50A=IKĐ50B=Kat.Max{INngoàimaxA;INngoàimaxB } Trong đó:  INngoàimaxA: giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B do nguồn HT1 cung cấp.  INngoàimaxB: giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất khi ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp A do nguồn HT2 cung cấp. Hình 2.11: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh có hướng ĐZ có hai nguồn cung cấp SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 19/64
  20. Đồ án tốt nghiệp GVHD: PGS TS. Lê Kim Hùng Nhược điểm của cách chọn dòng điện đặt trong trường hợp này là khi có sự chênh lệch công suất khá lớn giữa hai nguồn A và B thì vùng tác động của bảo vệ đặt ở nguồn có công suất bé hơn sẽ bị thu hẹp lại rất bé thậm chí có thể tiến tới 0. Để khắc phục người ta có thể sử dụng rơle dòng cắt nhanh có hướng đặt ở phía nguồn có công suất bé hơn (hình 2.11). Khi đó chúng ta có thể chọn giá trị dòng điện đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh như sau: A A I KĐ50  k at  I Nng max (2-15) B B I KĐ50  kat  I Nng max Từ hình 2.11 chúng ta thấy chiều dài vùng cắt nhanh của bảo vệ đặt tại thanh góp B đã được mở rộng ra rất nhiều. Bảo vệ cắt nhanh là bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nghĩa là nó chỉ tác động khi xảy ra ngắn mạch trong vùng mà nó bảo vệ nên khi tính toán giá trị dòng điện khởi động, trong biểu thức không có mặt của hệ số trở về Ktv. Về lý thuyết, thời gian tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể bằng 0 sec. Tuy nhiên trên thực tế để ngăn chặn bảo vệ có thể làm việc sai khi có sét đánh vào ĐZ gây ngắn mạch tạm thời do van chống sét hoạt động hoặc khi đong MBA không tải (dòng từ hoá không tải của MBA có thể vượt quá trị số đặt của bảo vệ cắt nhanh) hoặc trong các chế độ nhiễu loạn thành phần sóng hài khác với sóng hài có tần số 50Hz lớn, thông thường người ta cho bảo vệ làm việc với thời gian trễ khoảng (0,05 ÷ 0,08) sec đối với rơle cơ và (0,03 ÷ 0,05) sec với rơle số. Do vùng tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh không bao trùm được hoàn toàn ĐZ cần bảo vệ nên nó không thể làm bảo vệ chính hoặc bảo vệ duy nhất. Trong một số trường hợp, ví dụ trong mạng hình tia cung cấp cho một MBA (hình 2.12a) làm việc hợp bộ (ĐZ-MBA), có thể dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh để bảo vệ toàn bộ chiều dài ĐZ nếu ta cho nó tác động khi có sự cố bên trong MBA. Dòng điện đặt của bảo vệ được chọn theo dòng ngắn mạch ba pha cực đại khi ngắn mạch sau MBA (hình 2.12a). Đối với rơle quá dòng cắt nhanh số có tích hợp cả chức năng của bảo vệ quá dòng thông thường (khi đó người ta gọi chức năng cắt nhanh là ngưỡng cao còn chức năng quá dòng thông thường là ngưỡng thấp) nên có thể phối hợp hai chức năng này để bảo vệ cho ĐZ như hình 2.12b Hình 2.12: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh cho sơ đồ hợp bộ ĐZ-MBA (a) và kết hợp với chức năng bảo vệ quá dòng thông thường theo thời gian phụ thuộc (b) trong rơle số Trên thực tế bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng lặp lại TĐL để vừa có thể cắt nhanh sự cố vừa tăng khả năng tự động hoá trong hệ thống điện, đảm bảo yêu cầu cung cấp điện. SVTH: Nguyễn Phan Thanh Lâm Trang 20/64
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược