Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ==========***========= NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Trung Hiếu Lớp: Đ4H1 Hệ Đại học chính quy Ngành: Hệ thống điện TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV Hà Đông – Hà Nội I. Các số liệu ban đầu. Từ thực tế II. Nội dung phần thuyết minh tính toán - Phần 1 1. Mô tả đối tƣợng bảo vệ, thông số chính 2. Tính toán ngắn mạch phục vụ chỉnh định rơle 3. Phƣơng thức bảo vệ của trạm 4. Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle đƣợc sử dụng 5. Tính toán các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ - Phần 2: Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện 220kV Hà Đông. III. Các bản vẽ A - Sơ đồ nối dây - Kết quả tính toán ngắn mạch - Tính năng và thông số của rơle - Phƣơng thức bảo vệ - Kết quả tính toán bảo vệ - Kết quả kiểm tra sự làm việc của bảo vệ Ngày giao nhiệm vụ : ngày 07 tháng 10 năm 2013 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : ngày 31 tháng 12 năm 2013 Hà nội, Ngày 07 tháng 10 năm 2013 Trƣởng khoa Ngƣời hƣớng dẫn TS Vũ Thị Anh Thơ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 2 LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lƣợng rất quan trọng đối với cuộc sống con ngƣời. Nó đƣợc sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Chính vì thế khi thiết kế hay vận hành bất cứ một hệ thống điện nào cũng cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh hƣ hỏng và tình trạng làm việc bình thƣờng của chúng. Hệ thống điện là một mạng lƣới phức tạp gồm rất nhiều phần tử cùng vận hành nên hiện tƣợng sự cố xảy ra rất khó có thể biết trƣớc. Vì vậy, để đảm bảo cho lƣới điện vận hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ, tự động hoá. Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống. Việc hiểu biết về những hƣ hỏng và hiện tƣợng không bình thƣờng có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phƣơng pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hƣ hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thƣờng là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sƣ ngành hệ thống điện. Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV Hà Đông”. Đồ án gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1 : Mô tả đối tƣợng đƣợc bảo vệ, các thông số chính. Chƣơng 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle. Chƣơng 3 : Lựa chọn phƣơng thức bảo vệ. Chƣơng 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các rơle sử dụng. Chƣơng 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Chƣơng 6: Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện 220kV Hà Đông. Trong thời gian qua, nhờ sự hƣớng dẫn tận tình của cô giáo Vũ Thị Anh Thơ, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Thị Anh Thơ và các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện đã trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành cần thiết trƣớc khi tiếp nhận kiển thức thực tế khi trở thành một kỹ sƣ. Hà Nội, ngày 7 tháng 10 năm 2013 Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 3 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : Mô tả đối tƣợng đƣợc bảo vệ, các thông số chính 1.1. Vị trí,vai trò trạm biến áp Hà Đông trong hệ thống 1.2. Sơ đồ đấu dây 1.3. Các thông số của thiết bị chính trong trạm 1.1.1. Máy biến áp 1.1.2. Các thiết bị phân phối phía 220 kV 1.1.3.Các thiết bị phân phối phía 110 kV 1.1.4. Các thiết bị phân phối phía 22 kV CHƢƠNG 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ Rơle 2.1. Điện kháng các phần tử và sơ đồ thay thế 2.1.1. Hệ thống 2.1.2. Máy biến áp 2.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch 2.2.1. Chế độ 1: Trạm vận hành 1 MBA, S N = S Nmax 2.2.2. Chế độ 2: Trạm vận hành 2 MBA, S N = S Nmin CHƢƠNG 3 : Lựa chọn phƣơng thức bảo vệ 3.1. Các loại hƣ hỏng và chế độ làm việc không bình thƣờng 3.2. Các loại bảo vệ cần đặt 3.2.1. Bảo vệ so lệch dòng điện 3.2.2. Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không 3.2.3. Bảovệ quá dòng điện có thời gian 3.2.4. Bảovệ quá dòng cắt nhanh 3.2.5. Bảovệ chống quá tải 3.2.6. Bảovệ máy biến áp bằng rơle khí 3.3. Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ cho trạm biến áp CHƢƠNG 4 : Giới thiệu tính năng và thông số các loại Rơle sử dụng 4.1. Rơle bảo vệ so lệch 4.1.1. Giới thiệu tổng quan về Rơle 7UT613 4.1.2. Nguyên lý hoạt động chung của Rơle 7UT613 Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 4 4.1.3. Một số thông số kỹ thuật của Rơle 7UT613 4.1.4. Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 4.1.5. Chức năng bảo vệ so lệch MBA của Rơle 7UT613 4.1.6. Các chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế của Rơle 7UT613 4.1.7. Chức năng bảo vệ quá dòng của Rơle 7UT613 4.1.8. Chức năng bảo vệ chống quá tải của Rơle 7UT613 4.2. Rơle số 7SJ64 4.2.1.Giới thiệu tổng quan về Rơle 7SJ64 4.2.2. Các chức năng của Rơle 7SJ64 4.2.3. Đặc điểm cấu trúc của Rơle 7SJ64 4.2.4. Chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian CHƢƠNG 5:Tính toán các thông số của Rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 5.1. Các số liệu cần thiết phục vụ trong tính toán bảo vệ 5.2. Những chức năng bảo vệ dùng Rơle 7UT613 5.2.1. Khai báo thông số máy biến áp 5.2.2. Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 5.2.3. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 5.3. Những chức năng bảo vệ dùng Rơle 7SJ64 5.3.1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 5.3.2. Bảo vệ quá dòng 5.3.3. Bảo vệ quá dòng thứ tự không 5.4. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 5.4.1. Bảo vệ so lệch có hãm 5.4.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 5.4.3. Bảo vệ quá dòng điện 5.4.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không Tài liệu tham khảo Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 5 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220kV HÀ ĐÔNG 1.1.Những chặng đƣờng phát triển, đặc điểm, vai trò trạm 1.1.1 Những chặng đƣờng phát triển - 1965 Trạm đƣợc đƣa vào vận hành với cấp điện áp 35 kV. - 1968 Trạm đƣợc xây dựng lên cấp điện áp 110 kV. - 1982 Khởi công xây dựng mở rộng trạm lên cấp điện áp 220 kV và là trạm biến áp 220 kV đầu tiên của lƣới điện miền Bắc. - 1983 Đón nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại hoà vào lƣới điện miền Bắc. Sau đó trạm tiếp tục đƣợc mở rộng lắp đặt thiết bị đủ để đón nhận công suất của cả 4 tổ máy nhiệt điện Phả Lại phát lên cho lƣới điện miền Bắc, đồng thời cung cấp điện ngƣợc lên phục vụ thi công nhà máy thủy điện Hòa Bình. - 1988 nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy thuỷ điện Hòa Bình phát lên. - 1998 Nâng công suất các MBA trạm và tiến hành thay đổi các thiết bị mới theo công nghệ sản xuất mới, theo hƣớng hiện đại hoá-tự động hoá. Sản lƣợng điện truyền qua trạm hàng năm hơn 1,3 tỷ kWh, tổn thất điện năng qua trạm dƣới 0,8%. Hiện nay trạm đã đảm đƣơng đƣợc các công việc đại tu các thiết bị máy cắt, TU, dao cách ly và các thiết bị khác đến cấp điện áp 35 kV, xử lý sự cố từ xa, đảm nhiệm việc xử lý các hƣ hỏng mạch điều khiển của các thiết bị trong trạm, cùng các trung tâm điều độ: A0, A1, B1, B10 xử lý nhanh, chính xác an toàn các sự cố trên lƣới, đảm bảo việc cung cấp điện ổn định, liên tục, an toàn cho các phụ tải Hà Nội, Hà Tây và trên lƣới điện miền Bắc. 1.1.2 Vai trò của trạm biến áp Hà Đông Trạm Biến áp 220 kV Hà Đông nằm trên địa bàn phố Ba La-phƣờng Quang Trung-thị xã Hà Đông-tỉnh Hà Tây, trạm trực thuộc Công ty Truyền Tải Điện 1- Tổng Công ty Điện lực Việt Nam. Trạm là một điểm nút quan trọng nhất nằm giữa hai nhà máy điện lớn: nhà máy Nhiệt điện Phả Lại và nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, giữ vai trò điều phối cung cấp điện cho Hệ thống điện miền Bắc, trực tiếp cung cấp điện cho thủ đô Hà Nội, tỉnh Hà Tây và vào các tỉnh miền Trung. Khi đƣờng dây 500 kV đƣa vào vận hành, sự làm việc ổn định của trạm có ảnh hƣởng trực tiếp tới sự ổn định của Hệ thống điện toàn quốc. 1.2.Tìm hiểu chung về cấu trúc trạm  Cấp 220kV Các lộ vào ra Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 6 Trên cấp điện áp 220kV có 11 ngăn lộ trong đó có 07 lộ vào ra. Đó là các lộ: 271- Chèm 275 - Phả Lại 272 - Hoà Bình-I 276 - Ninh Bình 273 - Hoà Bình-II 277 - Hoà Bình-III 274 - Mai Động Các thanh cái Trạm có 03 thanh cái 220 kV: Đó là các thanh cái: C21-thanh cái 1, C22-thanh cái 2, C29-thanh cái vòng. Hai thanh cái C21 và C22 đƣợc nối với nhau bởi máy cắt liên lạc 212, thanh cái vòng C29 đƣợc nối với máy cắt vòng 200. Thanh cái 220 kV đƣợc cấp điện từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (qua 3 lộ: 272, 273, 277), từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại (qua lộ 275) và từ đƣờng dây 500 kV. Từ đây điện áp đƣợc cấp đến hai máy biến áp 3AT và 4AT của trạm. Hệ thống máy cắt Tại cấp 220 kV có tất cả 11 máy cắt, cụ thể: 07 máy cắt lộ là các máy cắt: 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277. 01 máy cắt liên lạc 212. 01 máy cắt vòng 200. 02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 233, 234. Hệ thống dao cách ly Tổng số có 47 dao cách ly ở phía 220 kV. Chúng đƣợc đặt trong nhà hay ngoài trời, là loại một pha hay ba pha. Có một hay hai dao tiếp địa cho từng pha dùng để nối đất khi tiến hành sửa chữa, bảo dƣỡng. Ngoài ra tại từng cấp điện áp trong trạm còn đƣợc trang bị thêm các máy biến áp đo lƣờng: máy biến điện áp TU, máy biến dòng điện TI sử dụng cho mục đích đo lƣờng, bảo vệ, tự động hoá. Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 7  Cấp 110kV Các lộ vào ra Trên cấp điện áp 110 kV có 15 ngăn lộ trong đó có 08 lộ vào ra. Đó là các lộ: 171 - Ninh Bình 172 - Thƣợng Đình-I 173 - Sơn Tây 174 - Chèm-I 175 - Chèm-II 176 - Thƣợng Đình-II 177 - Mai Động-I 178 - Mai Động-II Các thanh cái Trạm có 03 thanh cái 110 kV. Đó là các thanh cái: C11- thanh cái 1, C12- thanh cái 2, C19- thanh cái vòng. Hai thanh cái C11 và C12 đƣợc nối với nhau bởi máy cắt liên lạc 112, thanh cái vòng C19 đƣợc nối với máy cắt vòng 100. Thanh cái 110 kV đƣợc cấp điện từ hai máy biến áp 3AT và 4AT phía 220 kV. Từ đây điện áp đƣợc cấp đến hai máy biến áp 1T và 2T của trạm. Hệ thống máy cắt Tại cấp 110 kV có tất cả 14 máy cắt, cụ thể: 08 máy cắt lộ là các máy cắt: 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178. 01 máy cắt liên lạc 112. 01 máy cắt vòng 100. 02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 133, 134. 02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 1T và 2T là 131, 132. Hệ thống dao cách ly Tổng số có 56 dao cách ly ở phía 110 kV. Chúng đƣợc đặt trong nhà hay ngoài trời, là loại một pha hay ba pha. Có một hay hai dao tiếp địa cho từng pha dùng để nối đất khi tiến hành sửa chữa, bảo dƣỡng. Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 8  Cấp 22kV Cấp điện áp 22 kV có cả ở phía mạch 220 kV và phía mạch 110 kV của trạm. - Phía 110 kV: + Điện áp 22 kV đƣợc cấp từ máy biến áp 1T. + Có 7 ngăn lộ trong đó có 6 lộ ra cung cấp cho các phụ tải. + Hệ thống máy cắt: ở cấp 22 kV dùng các máy cắt hợp bộ, có tất cả 7 máy cắt hợp bộ. Máy cắt 441 đóng cắt các lộ nối từ thanh cái 22 kV tới đầu ra của MBA 1T. Hiện nay cấp điện áp này đang đƣợc dự phòng chƣa đƣa vào sử dụng. - Phía 220kV: + Điện áp 22kV đƣợc lấy từ hai máy biến áp 3AT và 4AT sau đó đƣợc đƣa tới hai máy biến áp tự dùng 43T và 44T. + Hệ thống các máy cắt: có hai máy cắt hợp bộ là 443 và 444. + Hệ thống dao cách ly: có 4 dao cách ly. 1.3.Các thông số của thiết bị chính trong trạm 1.3.1. Máy biến áp. .Máy biến áp tự ngẫu nhãn hiệu AEG , kiểu SDN 6444 ngâm trong dầu, làm việc ngoài trời, công suất danh định 250 MVA. . Điện áp danh định cuộn dây U Cdđ = 225 kV. U Tdđ = 115 kV. U Hdđ = 23 kV. . Tần số 50 Hz. . Bộ điều chỉnh dƣới tải: 225 kV  8  1,25%/115 kV /23 kV . Kiểu làm mát ONAN/ONAF. . Tổ đấu dây Y na /D-0-11 . Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 9 . Điện áp ngắn mạch U K ( C-H ) = 32%. U K ( C-T ) = 11%. U K ( T-H ) = 20%. . Tổn hao không tải ∆P0 = 94W ; I0% = 0,16% 1.3.2.Các thiết bị phân phối phía 220 kV 1. Máy cắt FXT-14F. _ Máy cắt FXT-14F là loại tự nén và sử dụng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang, là máy cắt ba pha làm việc ngoài trời, có một bộ truyền động dùng cho cả ba pha do đó phù hợp với việc tự động đóng lại ba pha. _ Tiêu chuẩn sử dụng : .Điện áp định mức kV 245 .Tần số định mức Hz 50 .Dòng điện định mức A 3150 .Dòng cắt ngắn mạch định mức kA 40 .Dòng đóng sự cố định mức kA 100 .Khối lƣợng khí SF6 kg 33 .Khối lƣợng 1 trụ kg 725 2. Biến dòng điện AT5-245-EMEK - Tiêu chuẩn : IEC – 185 - Điện áp cao nhất của thiết bị : 245 kV - Tần số danh định : 50 Hz - Tỉ số biến dòng : 400-600-800-1200/5 A + Cấp chính xác lõi 1 : 0,5; 30 VA + Cấp chính xác lõi 2, 3, 4 : 5P20; 30 VA - Tỉ số biến đang sử dụng : 1200/5A 3. Biến điện áp kiểu DKF–245-ARTECHE. Máy biến điện áp sử dụng ngoài trời, theo tiêu chuẩn IEC – 186. Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 10 . Điện áp sơ cấp định mức của lƣới kV 230 . Điện áp lớn nhất của lƣới cho phép làm việc kV 245 . Điện áp pha định mức cuộn sơ cấp kV 220/ 3 . Thông số các cuộn thứ cấp Cuộn 1a – 1n Điện áp định mức V 110/ 3 Cấp chính xác 0,5 Công suất định mức VA 100 Công suất làm việc lớn nhất VA 200 Cuộn 2a – 2n Điện áp định mức V 110 Cấp chính xác 3P Công suất định mức VA 100 .Tỉ số biến áp kV 220/ 3 :0,1/ 3 :0,1 1.3.2. Thiết bị phân phối phía 110 kV 1.Máy cắt S1-145-F1 _ Là loại tự nén và sử dụng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang, là máy cắt ba pha làm việc ngoài trời, có một bộ truyền động dùng cho cả ba pha do đó phù hợp với việc tự động đóng lại ba pha. _ Tiêu chuẩn sử dụng : Điện áp định mức kV 145 Tần số định mức Hz 50 Dòng điện định mức A 3150 Dòng cắt ngắn mạch định mức kA 31,5 Dòng đóng sự cố định mức kA 100 Khối lƣợng khí SF6 kg 9 [...]... NM ban đầu Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 13 Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông - Có thể dùng phƣơng pháp xếp chồng để tính toán - Bỏ qua điện trở: + Với điện áp >1kv thì bỏ qua R vì R . Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA. Tự do - Hạnh phúc ==========***========= NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Trung Hiếu Lớp: Đ4H1 Hệ Đại học chính quy Ngành: Hệ thống điện TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE. hƣớng dẫn TS Vũ Thị Anh Thơ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 2 LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lƣợng rất quan trọng đối với cuộc