protection relay 1

Bài tập dài môn Bảo vệ các Hệ thống điện-Nguyên lý quá dòng điện

A.ĐỀ BÀI:

I.Cho Hệ thống điện với các thông số như sau:

1.Thông số của hệ thống điện tính tới thanh góp 110kV TBA:

2.Thông số MBA: 115/23,5/10,5 kV

Tổ đấu dây:

1


3.Thông số của đường dây 22 kV:

II.Nhiệm vụ:1.Lựa chọn dòng điện định mức sơ cấp các BI1, BI2, BI3.

2.Tính toán dòng điện Ngắn mạch chạy qua các BI1, BI2 phục vụ các chức năng

bảo vệ:

50, 50N, 51, 51N.

3.Tính toán lựa chọn thông số cài đặt các chức năng bảo vệ:

50, 50N, 51, 51N với điều kiện:

Thời gian tác động max của BV3 là 1,5sec.

Chức năng 51, 51N của BV2 có đặc tính NI.

Chức năng 51, 51N của BV1 có đặc tính VI.

4.Khảo sát vùng tác động các chức năng 50, 50N của BV1, BV2.

5.Khảo sát vùng thời gian tác động chức năng 51, 51N của BV1, BV2.

6.Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ.

2


B.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THEO YÊU CẦU:

I.Tính toán thông số cơ bản của hệ thống đã cho:

1.Thông số của hệ thống điện tính tới thanh góp 110 kV TBA:

Công suất ngắn mạch trong chế độ phụ tải cực đại:

Công suất ngắn mạch trong chế độ phụ tải cực tiểu:

Điện kháng hệ thống đã qui đổi về cấp 22 kV:

2.Thông số MBA:

Điện kháng máy biến áp đã qui đổi về cấp điện áp 22 kV:

3


3.Thông số của đường dây 22kV:

4.Công suất phụ tải cực đại:

4


II.Chọn dòng điện định mức sơ cấp các BI1, BI2, BI3:Ta tính dòng điện làm việc lớn nhất chạy qua các bảo vệ:

Vậy ta có thể chọn dòng điện định mức sơ cấp cho các BI như sau:

BI1 BI2 BI3

IlvBV (kA) 0,373 0,249 0,095

IS(Amps) 400 300 100

Bảng 1: Dòng điện định mức sơ cấp cho các BI

III.Tính toán dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI1, BI2:Vì sự sai khác giữa X1 và X2 là không đáng kể, tức là có thể coi X1= X2, ta có thể

nhận thấy:

Do đó trong khi tính toán dòng điện ngắn mạch trong chế độ max, ta có thể bỏ qua

việc tính dòng điện ngắn mạch 2 pha; Và khi tính toán dòng điện ngắn mạch trong

chế độ min, ta có thể bỏ qua việc tính dòng điện ngắn mạch 3 pha.

5


1.Tính toán ngắn mạch trong chế độ max:Để có thể khảo sát một cách chính xác đặc tính của các bảo vệ, ta tính dòng ngắn

mạch tại một số điểm chọn trước dọc theo chiều dài đường dây như hình vẽ:

Sơ đồ hệ thống điện làm việc trong chế độ max

Khoảng cách và điện kháng tại đường dây các điểm tính ngắn mạch trên các đường

dây D1, D2 như sau:

Đường dây D1 Đường dây D2Điểm NM N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7LNi(km) 0 5 10 15 4 7 10X1Ni(Ω) 0 2 4 6 1,6 2,8 4X0Ni(Ω) 0 5 10 15 4 7 10

Bảng 2: Thông số đường dây tại các điểm xét ngắn mạch

a.Tính dòng điện ngắn mạch 3 pha:

Ta có sơ đồ thay thế chung:

Ta bỏ qua XT trong sơ đồ vì XT=0;

6


Ngắn mạch tại N1:






7



b.Tính dòng điện ngắn mạch 1 pha:

Sơ đồ thay thế chung:

Công thức tính toán:

8




9




10




11



12


c.Tính ngắn mạch 2 pha chạm đất:




13



14




15



16


17



18



Từ các kết quả tính toán trên ta có bảng tổng hợp trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ max tại các điểm xét như sau:

Điểm NM N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7X1(Ω) 1,2705 3,2705 5,2705 7,2705 8,85 10,008 11,144X2(Ω) 1,2705 3,2705 5,2705 7,2705 8,8166 9,9096 10,9501X0(Ω) 1,5265 1,9088 1,924 1,9294 1,9317 1,9328 1,9338

I(3) (kA) 10,679 4,148 2,574 1,866 1,533 1,356 1,218I(1) (kA) 14,199 3,43 1,95 1,363 1,1 0,964 0,858I(1,1) (kA) 14,059 3,879 2,365 1,703 1,397 1,236 1,1113I0

(1) (kA) 14,199 3,43 1,95 1,363 1,1 0,964 0,8583I0

(1,1) (kA) 21,179 2,925 1,572 1,074 0,774 0,742 0,654Bảng 3.Trị số dòng điện ngắn mạch tại các điểm xét trong chế độ max

19


2.Tính ngắn mạch trong chế độ min:Trong chế độ min, hệ thống đã cho làm việc với một máy biến áp và công suất

ngắn mạch hệ thống là SNmin = 0,7Snmax = 756 (MVA).

Ta vẫn xét giá trị dòng điện ngắn mạch tại các điểm trên đường dây như hình vẽ:

Sơ đồ hệ thống điện làm việc trong chế độ min

a.Tính dòng điện ngắn mạch 2 pha:

Ta có sơ đồ thay thế chung:

Ta bỏ qua XT trong sơ đồ vì XT=0;


20






21





22


b.Tính dòng điện ngắn mạch 1 pha:


Ta bỏ qua XT trong sơ đồ vì XT=0



23






24




25


c.Tính dòng điện ngắn mạch 2 pha chạm đất:Sơ đồ thay thế chung:

Ta bỏ qua XT trong sơ đồ vì XT=0

26





27




28




29



30


Từ các kết quả tính toán trên ta có bảng tổng hợp trị số dòng điện ngắn mạch

trong chế độ min tại các điểm xét như sau:

Điểm NM N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7X1(Ω) 2,249 4,249 6,249 8,249 9,8284 10,9864 12,1225X2(Ω) 2,249 4,249 6,249 8,249 9,7951 10,8881 11,9286X0(Ω) 2,614 2,9963 3,0115 3,0169 3,0192 3,0204 3,0213

I(2) (kA) 5,225 2,765 1,88 1,424 1,198 1,074 0,977I(1) (kA) 7,938 2,88 1,761 1,267 1,038 0,915 0,819I(1,1) (kA) 7,809 3,061 2,02 1,515 1,266 1,132 1,0273I0

(1) (kA) 7,938 2,88 1,761 1,267 1,038 0,915 0,8193I0

(1,1) (kA) 11,607 2,625 1,479 1,029 0,828 0,72 0,639Bảng 4.Trị số dòng điện ngắn mạch tại các điểm xét trong chế độ min

31


Từ các số liệu tổng hợp trong bảng 3 và bảng 4, ta có thể xây dựng đồ thị dòng

điện ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong cả 2 chế độ làm việc của hệ thống

như sau:

32


IV.Tính toán các thông số cài đặt các chức năng bảo vệ 50, 51, 50N, 51N

33


của BV1 và BV2:Ta tính toán các thông số cài đặt cho các chức năng 50, 51, 50N, 51N của BV1 và

BV2 với các điều kiện đặt ra như sau:

Thời gian tác động lớn nhất của BV3 là tmax = 1,5sec.

Chức năng 51, 51N của BV2 sử dụng đặc tính NI (Normal Inverse).

Chức năng 51, 51N của BV1 sử dụng đặc tính VI (Very Inverse).

1. Tính toán thông số cài đặt cho chức năng 50, 50N của BV1, BV2:

Chức năng 50, 50N là các chức năng bảo vệ quá dòng điện pha cắt nhanh và bảo

vệ quá dòng điện chạm đất cắt nhanh. Thông số yêu cầu của hai chức năng này là

dòng điện khởi động (ngưỡng khởi động) được xác định theo công thức thực nghiệm

sau:

Trong đó:

Kat = 1,2 là hệ số an toàn.

INmax (kA), 3I0max (kA) là trị số dòng điện ngắn mạch pha và dòng thứ tự

không trong chế độ cực đại. Để tính ngưỡng khởi động cho BV2 ta

chọn dòng ngắn mạch pha và dòng thứ tự không tại điểm N7; để tính

ngưỡng khởi động cho BV1 ta chọn dòng ngắn mạch pha và dòng thứ

tự không tại điểm N4.

Ikd50 (kA), Ikd

50N (kA) là dòng điện khởi động của chức năng 50 và 50N

Với

Từ các thông số đã có ta có bảng kết quả tính toán sau:

Bảng 5. Dòng điện khởi động của chức năng 50, 50N

34


2.Tính toán thông số cài đặt cho chức năng 51, 51N của các BV1 và BV2: Chức năng 51, 51N là chức năng bảo vệ quá dòng điện pha thời gian phụ thuộc

và bảo vệ quá dòng điện chạm đất thời gian phụ thuộc. Thông số yêu cầu của 2

chức năng này là dòng điện khởi động (ngưỡng khởi động) và bội số thời gian tác

động, được xác định như sau:

Trong đó:

Ikd51 (kA), Ikd

51N (kA): Dòng điện khởi động của chức năng 51 và 51N.

Ilvmax (kA): Dòng điện làm việc trong chế độ cực đại trên đoạn đường dây

bảo vệ.

INmax (kA); 3I0max (kA): Trị số dòng điện ngắn mạch pha và dòng thứ tự không

trong chế độ cực đại.

Kat = 1,2 là hệ số an toàn.

Kmm = 1,2 là hệ số mở máy.

Ktv = 0,95 là hệ số trở về của rơle số.

ttd51; ttd

51N thời gian tác động của chức năng 51, 51N của các bảo vệ tại điểm

ngắn mạch xét.

Td51, Td

51N : Bội số thời gian tác động.

a, b: các hệ số phụ thuộc vào họ các đường cong:

Normal Inverse: a = 0,14; b = 0,02.

Very Inverse: a = 13,5; b = 1.

Từ kết quả tính toán trong bảng 1 ta có trị số dòng điện làm việc lớn nhất qua các

bảo vệ như sau:

IlvmaxBV1 = 0,373 (kA); IlvmaxBV2 = 0,249 (kA).

35


Kết hợp với kết quả tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ max được tổng hợp ở

bảng3. Ta có bảng kết quả tính toán các thông số cài đặt cho chức năng bảo vệ 51,

51N như sau:

Bảng 6. Dòng điện khởi động của chức năng 51, 51N

Để xác định thời gian tác động cho các bảo vệ 1 và 2, ta phải xem xét sự phối hợp

thời gian bảo vệ giữa BV3, BV2 và BV1. Khi ngắn mạch ở xa nguồn, dòng điện ngắn

mạch nhỏ nên thời gian tác động của bảo vệ tăng. Các bảo vệ phải được phối hợp

trong vùng giới hạn của dòng điện mà có thể cả 2 bảo vệ cùng tác động, tức là phải

tạo ra một cấp chọn lọc về thời gian ∆t giữa các đặc tính ở giá trị dòng ngắn mạch

cực đại khi cả 2 bảo vệ cùng có thể tác động.

Sự phối hợp giữa bảo vệ 3 và bảo vệ 2 được thực hiện tại điểm ngắn mạch N7,

tức là nơi đặt bảo vệ 3, nơi cả 2 bảo vệ 3 và 2 có thể cùng tác động khi có sự cố

ngắn mạch. Còn sự phối hợp giữa bảo vệ 1 và bảo vệ 2 thực hiện tại điểm ngắn

mạch N4.

Nếu ở giá trị cực đại của dòng ngắn mạch INmaxN7 đối với bảo vệ 3 (ngắn mạch tại

đầu đường dây của BV3) ta chỉnh định hiệu số thời gian tác động của BV3 và BV2

về thời gian ∆t thì ở chế độ cực tiểu hiệu số thời gian sẽ lớn hơn ∆t, BV2 sẽ tác động

chậm hơn và tính chọn lọc càng được đảm bảo. Tương tự ta cũng có thể phối hợp

thời gian tác động của BV1 va BV2 tại giá trị dòng ngắn mạch cực đại tại điểm N4.

Như vậy, nếu chọn thời gian tác động nhỏ nhất của bảo vệ BV3 là tBV3 = 1,5sec

(thời gian tác động của bảo vệ BV3 khi có ngắn mạch tại điểm N7); cấp chọn lọc về

thời gian là ∆t = 0,5sec, khi đó thời gian tác động lớn nhất của bảo vệ BV2 là:

Mặt khác lại có:

36


Bội số thời gian đặt của chức năng 51, 51N của BV2 được xác định như sau:

Từ đó ta tính được thời gian tác động của BV2 khi có ngắn mạch tại điểm N4:

Phối hợp thời gian tác động giữa BV1 và BV2 với cấp thời gian chọn lọc là

∆t=0,5sec, ta có thời gian tác động của BV1 khi có ngắn mạch tại điểm N4 là:

37


Tương tự ta xác định được bội số thời gian tác động của BV1:

Ta có bảng kết quả tính toán kiểm nghiệm bằng chương trình Exel:

Bảng 7. Kết quả tính toán bội số thời gian đặt cho chức năng 51, 51N

38


V.Khảo sát vùng tác động của chức năng 50, 50N của bảo vệ BV1, BV2:Theo kết quả tính toán ở bảng 5, dòng điện khởi động tính toán của chức năng 50 là:

Từ đó ta có thể khảo sát phạm vi tác động của các bảo vệ như dưới đây:

Ta kí hiệu: Lcn: Vùng cắt nhanh (km)Lch: Vùng chết (km)Bằng phần mềm Auto Cad ta có thể vẽ và đo chính xác khoảng cách vùng cắt

nhanh và vùng chết của các bảo vệ, với dòng điện khởi động đã tính toán được, như trên hình vẽ:

39

Khảo sát Vùng tác động của chức năng 50

5 10 15 19 22 25L(km)

Inmax(kA)

Lcn Lch

Lcn Lch12.06 2.94

5.11 4.89

Phạm vi bảo vệ BV1



Theo kết quả tính toán ở bảng 5, dòng điện khởi động tính toán của chức năng 50N là

Từ đó ta có thể khảo sát phạm vi tác động của các bảo vệ như dưới đây:

Khảo sát vùng tác động của chức năng 50N

Ta kí hiệu: Lcn: Vùng cắt nhanh (km)Lch: Vùng chết (km)Bằng phần mềm Auto Cad ta có thể vẽ và đo chính xác khoảng cách vùng cắt

nhanh và vùng chết của các bảo vệ, với dòng điện khởi động đã tính toán được, như trên hình vẽ:

40

5 10 15 25 L(km)

Inmax(kA)

Lcn Lch

19 22

12.22 2.78

5.43 4.57

Lcn Lch




VI.Khảo sát thời gian tác động của chức năng 51, 51N:Ta xác định thời gian tác động của BV1 và BV2 tương tự như đã tính toán trong phần IV. Dưới đây là bảng kết quả tính toán (thực hiện bằng Exel):

Bảng 8. Thời gian tác động của các bảo vệ tại các điểm ngắn mạch đã xét trong chế độ max

Bảng 9. Thời gian tác động của các bảo vệ tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min với Td đã tính toán trong chế độ max

Từ giá trị tính toán ở trên, ta có thể khảo sát thời gian tác động của chức năng 51,51N bằng đồ thị dưới đây:

Nhận xét:

Chức năng 51:Từ đồ thị ta nhận thấy, bảo vệ BV2 sẽ tác động với đặc tính thời gian độc lập(tdlBV2) khi xảy ra ngắn mạch trong chế độ min và tác động với đặc tính thời gian phụ thuộc nếu ngắn mạch xảy ra trong chế độ max. Bảo vệ BV1 sẽ tác động với đặc tính thời gian độc lập nếu ngắn mạch xảy ra ở chế độ min trong khoảng từ điểm ngắn mạch N3 đến cuối đường dây D1 và tác động với đặc tính thời gian phụ thuộc trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trên các vùng còn lạiChức năng 51N:Từ đồ thị ta nhận thấy, bảo vệ BV2 sẽ tác động với đặc tính thời gian độc lập(tdlBV2) khi xảy ra ngắn mạch trong chế độ min trong kho ảng từ đầu đ ờng dây D2 đến đi ểm

41


ngắn mạch N5 và tác động với đặc tính thời gian phụ thuộc nếu ngắn mạch xảy ra trong chế độ max và chế độ min ở kh ảng còn lại của đường dây D2 . Bảo vệ BV1 sẽ tác động với đặc tính thời gian độc lập nếu ngắn mạch xảy ra ở chế độ min trong khoảng từ điểm ngắn mạch N3 đến cuối đường dây D1 và tác động với đặc tính thời gian phụ thuộc trong tất cả các trường hợp ngắn mạch tr ên các vùng còn lại

VII. Kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ BV1, BV2:

1. Độ nhạy của bảo vệ BV1:

Ta chỉ kiểm tra độ nhạy của các chức năng 51, 51N

2. Độ nhạy của bảo vệ BV2:

Ta chỉ kiểm tra độ nhạy của các chức năng 51, 51N

Như vậy các bảo vệ đạt độ nhạy cần thiết.

42

protection relay 1

Documents