TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/35kV Giảng viên hướng dẫn : ThS. NGUYỄN THỊ THANH LOAN Sinh viên thực hiện : KHUẤT THANH TÙNG Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ4H1 Khoá : 2009 - 2014 Hà Nội, 01 - 2014 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là phần năng lượng vô cùng quan trọng đối với đời sống con người. Nó được sử dụng trong hầu hết các ngành của nền kinh tế quốc dân như: Nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, dịch vụ Điện năng được sản xuất, truyền tải, phân phối rộng khắp với nhiều cấp điện áp từ cấp hạ áp, trung áp, cao áp, siêu cao áp và cực siêu cao áp với số lượng thiết bị rất lớn. Tỷ lệ thuận với độ phức tạp của lưới điện là khả năng xảy ra các sự cố và hậu quả do các sự cố này gây ra. Chính vì vậy, hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng, nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư hệ thống điện. Chính vì những lý do quan trọng trên, em đã nhận đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/35 kV” làm nội dung cho đồ án thiết kế tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo ThS Nguyễn Thị Thanh Loan đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn của mình đến toàn bộ các thầy cô giáo trong khoa Hệ Thống Điện đã giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ của mình. Hà nội ngày tháng năm 2013 Sinh viên Khuất Thanh Tùng GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………… GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………… GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng MỤC LỤC Lời nói đầu Phần 1: Thiết kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/35kV 1 Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ - thông số chính 1 1.1. Mô tả đối tượng 1 1.2. Thông số chính 1 Chương 2: Tính ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le 3 2.1. Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch 3 2.2. Chọn các đại lượng cơ bản 5 2.3. Các sơ đồ tính toán 8 2.3.1. Sơ đồ 1 (MAX, 1 MBA) 9 2.3.2. Sơ đồ 2 (MAX, 2 MBA) 17 2.3.3. Sơ đồ 3 (MIN, 1 MBA) 28 2.3.2. Sơ đồ 4 (MIN, 2 MBA) 37 Chương 3: Chọn thiết bị điện cho trạm 49 3.1. Máy cắt điện 49 3.2. Máy biến dòng điện 50 3.3. Máy biến điện áp 50 Chương 4: Lựa chọn phương thức bảo vệ 52 4.1. Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA 52 4.2. Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 53 4.3. Các loại bảo vệ cần đặt cho MBA tự ngẫu 55 4.4. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62 Chương 5: Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle sử dụng 63 5.1. Rơ le bảo vệ so lệch 7UT613 63 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 5.2. Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 75 Chương 6: Chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của rơle 82 6.1. Tính toán các thông số của bảo vệ 82 6.2. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 85 Phần 2: Tìm hiểu về rơle SEL387 93 1. Tổng quan rơle SEL387 93 2. Các chức năng chính 94 I. Chức năng bảo vệ so lệch 95 II. Chức năng bảo vệ chạm đất hạn chế (REF): 97 III. Chức năng bảo vệ quá dòng 97 IV. Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt 100 3.Giao diện với rơle 101 4.Đo lường 108 5. Bản ghi sự cố 109 Bản vẽ 110 Tài liệu tham khảo GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng DANH MỤC CÁC HÌNH, BẢNG Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt bảo vệ của trạm biến áp 1 Hình 2.1.Sơ đồ thay thế TTT 7 Hình 2.2. Sơ đồ thay thế TTN 7 Hình 2.3. Sơ đồ thay thế TTK 7 Hình 2.4. Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch 8 Hình 2.5. Sơ đồ thay thế TTT 9 Hình 2.6. Sơ đồ thay thế TTN 9 Hình 2.7. Sơ đồ thay thế TTK 9 Hình 2.8. Sơ đồ thay thế TTT 12 Hình 2.9. Sơ đồ thay thế TTN 12 Hình 2.10. Sơ đồ thay thế TTK 12 Hình 2.11. Sơ đồ thay thế TTT 16 Hình 2.12. Sơ đồ thay thế TTN 16 Hình 2.13. Sơ đồ thay thế TTT 17 Hình 2.14. Sơ đồ thay thế TTN 18 Hình 2.15. Sơ đồ thay thế TTK 18 Hình 2.16. Sơ đồ thay thế TTT 21 Hình 2.17. Sơ đồ thay thế TTN 21 Hình 2.18. Sơ đồ thay thế TTK 22 Hình 2.19. Sơ đồ thay thế TTT 26 Hình 2.20. Sơ đồ thay thế TTT 26 Hình 2.21. Sơ đồ thay thế TTT 28 Hình 2.22. Sơ đồ thay thế TTN 28 Hình 2.23. Sơ đồ thay thế TTK 28 Hình 2.24.Sơ đồ thay thế TTT 31 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng Hình 2.25. Sơ đồ thay thế TTN 31 Hình 2.26. Sơ đồ thay thế TTK 32 Hình 2.27. Sơ đồ thay thế TTT 35 Hình 2.28. Sơ đồ thay thế TTN 35 Hình 2.29. Sơ đồ thay thế TTT 37 Hình 2.30. Sơ đồ thay thế TTN 37 Hình 2.31. Sơ đồ thay thế TTK 37 Hình 2.32. Sơ đồ thay thế TTT 40 Hình 2.33. Sơ đồ thay thế TTN 41 Hình 2.34. Sơ đồ thay thế TTK 41 Hình 2.35. Sơ đồ thay thế TTT 45 Hình 2.36. Sơ đồ thay thế TTN 46 Hình 2.37. Kết quả tính ngắn mạch dòng điện I Nmax , I Nmin qua các BI 48 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý bải vệ so lệch có hãm dùng cho MBA tự ngẫu ……….56 Hình 4.2. bảo vệ chống chạm đất hạn chế MBA tự ngẫu 57 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và vị trí đặt Rơ le khí trên MBA 58 Hình 4.4. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62 Hình 5.1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 66 Hình 5.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 68 Hình 5.3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613. 70 Hình 5.4 .Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 71 Hình 5.5. Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. 72 Hình 5.6. Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 74 Hình 5.7. Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621. 77 Hình 5.8.Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 79 Hình 6.1. Đặc tính làm việc của rơle 7UT613 83 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng Hình 6.2. Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 86 Hình 6.3 Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ 89 Hình 7.1. Hình ảnh mặt trước – mặt sau của rơle SEL387 93 Hình 7.2.Hình vẽ ví dụ các chức năng bảo vệ của rơle so lệch SEL387 94 Hình 7.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch 95 Hình 7.4.Thành phần sóng hài: bậc 2 và bậc 4 96 Hình 7.5.Các thành phần sóng hài bậc 5 và dc tính toán tương tự 96 Hình 7.6. Đặc tính của bảo vệ so lệch Trên đường đặc tính có 4 cài đặt : 97 Hình 7.7.Đồ thị đặc tính U5 và C1: 99 Hình 7.8. Các kiểu làm việc của bảo vệ quá tải nhiệt……………………… 100 Bảng 2.1. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 17 Bảng 2.2. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 27 Bảng 2.3. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3 36 Bảng 2.4. Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 4 47 Bảng 3.1.Thông số tính toán lựa chọn thiết bị 49 Bảng 3.2.Thông số máy cắt 50 Bảng 3.3.Thông số máy biến dòng điện 50 Bảng 3.4 Thông số máy biến điện áp 51 Bảng 4.1.Các loại hư hỏng và phương thức bảo vệ tương ứng 53 Hình 4.4. Sơ đồ phương thức bảo vệ cho trạm biến áp 62 Bảng 5.1 68 Bảng 5.2 81 Bảng 6.1.Thông số của máy biến áp 230/110/35kV 82 Bảng 6.2. Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ 86 Bảng 6.3. Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ…………………………… 89 1 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng PHẦN 1: THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠ LE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110/35kV CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ - THÔNG SỐ CHÍNH 1.1 . MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35kV có hai máy biến áp tự ngẫu B 1 và B 2 được mắc song song với nhau.Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của HTĐ.Hệ thống điện (HTĐ) cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây kép D. Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 110kV và 35kV để đưa đến các phụ tải. Hình 1.1.Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp 1.2. THÔNG SỐ CHÍNH 1.2.1. Hệ thống điện (có trung tính nối đất): Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S Nmax = 2450MVA Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S Nmin = 0,7. S Nmax =1715MVA X OH =1,1X 1H 1.2.2. Đường dây D: Chiều dài đường dây: L=150km; Điện kháng thứ tự thuận : X 1 = 0,301 Ω/km Điện kháng thứ tự không: X 0 = 2.X 1 [...]... TTK 2.2.3 Tính toán ngắn mạch của trạm GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 8 Hình 2.4 Sơ đồ nối điện chính của trạm và các điểm cần tính ngắn mạch 2.3 CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN Tính toán dòng ngắn mạch được thực hiện trong chế độ cực đại và chế độ cực tiểu bao gồm 4 sơ đồ: Sơ đồ 1: khi hệ thống ở chế độ cực đại và vận hành 1 MBA độc lập (MAX, 1 MBA); Sơ đồ 2 : khi hệ thống ở chế độ cực... 0,102 S N max 2450 Điện kháng thứ tự không: X0H max = 1,1.X1H max = 1,1.0,102 = 0,112 b) Ở chế độ cực tiểu Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch: X 1H min  X 2 H min  Scb 250   0,146 S N min 1715 Điện kháng thứ tự không: X0H min = 1,1X1H min = 1,1.0,146= 0,160 GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 6 2) Đường dây: Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch:... dùng phương pháp xếp chồng để tính toán - Bỏ qua điện trở: Với điện áp> 1000V thì bỏ qua điện trở vì R 1/3 X - Bỏ qua điện dung - Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp - Hệ thống điện 3 pha là đối xứng - Các tính toán được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 5 2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN... ngắn mạch đi qua dù là trong thời gian ngắn - Sinh ra lực động điện giữa các bộ phận do dòng xung kích, có thể làm hỏng các khí cụ điện và dây dẫn - Lúc ngắn mạch, điện áp tụt có thể làm cho các động cơ ngừng quay - Có thể phá hoại sự làm việc đồng bộ của máy phát điện trong hệ thống điện, gây mất ổn định hệ thống và dẫn đến tan rã hệ thống điện - Lúc ngắn mạch, một pha hay hai pha chạm đất sinh ra dòng... vận hành 2 MBA song song (MAX, 2 MBA); Sơ đồ 3: khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và vận hành 1 MBA độc lập (MIN, 1 MBA); Sơ đồ 4: khi hệ thống ở chế độ cực tiểu và trạm vận hành 2 MBA song song (MIN, 2 MBA); Ở sơ đồ 1 và sơ đồ 2 dạng ngắn mạch tính toán: N(3), N(1,1), N(1) Ở sơ đồ 3 và sơ đồ 4 dạng ngắn mạch tính toán: N(2), N(1,1), N(1) Điểm ngắn mạch tính toán Phía 220kV: N1 và N’1 ; Phía 110kV: N2... thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch như kháng điện, 2.1.4 Yêu cầu của tính toán ngắn mạch Yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch là phải xác định được dòng ngắn mạch lớn nhất (Imax) để phục vụ cho việc chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất (Imin) GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 4 để kiểm tra độ nhạy cho rơle đã được chỉnh định Trong hệ thống điện (HTĐ) người ta thường xét các dạng... tin ở gần - Cung cấp điện bị gián đoạn 2.1.3 Mục đích Tính toán dòng ngắn mạch nhằm những mục đích sau: - Lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế, đảm bảo an toàn dưới tác động nhiệt và cơ do dòng ngắn mạch gây ra - Phục vụ cho tính toán hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện - Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm... Ucb = Utb (điện áp trung bình của các cấp tương ứng) - Ucb1 = 220 kV; Ucb2 = 110 kV; Ucb3 = 35 kV Do đó dòng điện cơ bản tương ứng với các cấp điện áp là: I cb1  Scb 3.U cb1  250 3.220  0, 656kA I cb 2  S cb 250   1,312kA 3.U cb 2 3.110 I cb 3  Scb 250   4,124kA 3.U cb 3 3.35 2.2.1 Tính toán thông số các phần tử 1) Hệ thống điện a) Ở chế độ cực đại Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự... điện kháng của các cuộn dây C U N % S cb 11,5 250   0,115 100 S dm 100 250 Cuộn cao: XC  Cuộn trung: XT  T U N % S cb 0 100 S dm Cuộn hạ: XH  H U N % S cb 20,5 250   0, 41 100 S dm 100 125 GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 7 2.2.2 Sơ đồ thay thế 1) Thứ tự thuận: Hình 2.1.Sơ đồ thay thế TTT 2) Thứ tự nghịch: Hình 2.2 Sơ đồ thay thế TTN 3) Thứ tự không: Hình 2.3 Sơ đồ. .. dây 35kV của máy biến áp nối ∆ nên ta không có sơ đồ thay thế thứ tự không do vậy chỉ tính ngắn mạch 3 pha N(3) GVHD: ThS Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng 16 Sơ đồ thay thế: Hình 2.11 Sơ đồ thay thế TTT Hình 2.12 Sơ đồ thay thế TTN Trong đó: X1D  XC  XH 2 0, 233  0,102   0,115  0, 41  0, 743 2 X1  X1Hmax  Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch N3 I(3)  I1  N E 1   . THANH LOAN Sinh viên thực hiện : KHUẤT THANH TÙNG Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : Đ4H1 Khoá : 2009 - 2014 Hà Nội, 01 - 2014 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh. mình. Hà nội ngày tháng năm 2013 Sinh viên Khuất Thanh Tùng GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………… GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thanh Loan SVTH: Khuất Thanh Tùng NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………