Đồ án Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống; cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ,thông tin ,đo lường ,điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện. Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v. . mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố ,tình trạng làm việc bất thường của hệ thống ,để từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời. Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn. Ở nước ta ngày nay, xu hướng sử dụng rơle không tiếp điểm để dần thay thế cho các rơle điện cơ dùng tiếp điểm đã quá cũ kỷ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác . Đề tài “ Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc “ nhằm mục đích tìm hiểu và giới thiệu một số thiết bị về rơle bảo vệ kỹ thuật số mà hiện nay đang sử dụng rộng rãi trong hệ thống cung cấp điện. Đề tài gồm có 2 phần : - Phần 1 : Tổng quan về rơle . Trong phần này gồm có 2 chương giới thiệu nguyên lý bảo vệ của một số loại rơle cơ bản và các chỉ danh vận hành của thiết bị bảo vệ rơle thông dụng hiện đang được sử dụng trong hệ thống điện ở Việt Nam. - Phần 2 : Khảo sát thực tế hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc. Phần này gồm 2 chương : + Chương I : Giới thiệu các thiết bị nhất thứ của trạm 110/15KV Thủ Đức Bắc. + Chương II : Hệ thống rơle bảo vệ của trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã được sự hướng dẫn tận tình của cô Vũ Thị Ngọc, nghiên cứu các tài liệu liên quan cũng như đi tìm hiểu thực tế tại trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có hạn cũng như kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều, nên tập đồ án tốt nghiệp này sẽ có những sai sót là điều không thể tránh được. Nhóm nghiên cứu rất mong được sự nhận xét và đóng góp của quí Thầy Cô. TP.Hồ Chí Minh , tháng 02 năm 2001 Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Thành Thọ Đỗ Tấn Kính LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn : - Ban Giám Hiệu trường Đại học SPKT Tp.HCM . - Ban Chủ Nhiệm Khoa Điện - Điện tử. - Quí Thầy Cô đang giảng dạy tại Khoa Điện . - Cô Vũ Thị Ngọc - Người đã tận tình hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện đđà án tốt nghiệp này . - Cha mẹ và những người thân đã nuôi dạy cho chúng con có được ngày hôm nay . - Ban Giám Đốc Công Ty Truyền Tải Địên 4 . - Tập thể CBCNV Trạm biến điện Thủ Đức Bắc . - Các bạn sinh viên cùng khóa , cùng lớp 97N-ĐKC . ** MỤC LỤC Lời nói đầu Trang Phần giới thiệu 1 Phần nội dung : Phần 1 : TỔNG QUAN VỀ RƠLE BẢO VỆ Chương 1 : Khái niệm về rơle bảo vệ 5 Chương 2 : Nguyên lý hoạt động của các loại rơle bảo vệ trong trạm biến áp 8 Phần 2 : KHẢO SÁT THỰC TẾ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ TRONG TRẠM 110/15KV THỦ ĐỨC BẮC Chương 1 : Giới thiệu trạm Thủ Đức Bắc 27 Chương 2 : Giới thiệu thiết bị nhất thứ Máy biến áp lực 28 Máy cắt 29 Cầu dao cách ly 31 Máy biến dòng điện 32 Máy biến điện áp 32 Chương 3 : Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm biến điện 110/15KV Thủ Đức Bắc Sơ đồ nhất thứ 33 Sơ đồ hệ thống rơle bảo vệ nhất thứ Sơ đồ và kết lưới hệ thống 33 Phân tích sơ đồ 35 Khảo sát rơle bảo vệ đường dây Bảo vệ đường dây phía 110KV 40 Bảo vệ đường dây phía 15KV 52 Khảo sát rơle bảo vệ máy biến thế Rơle tác động có dòng điện 55 Rơle tác động không có dòng điện 82 Các rơle bảo vệ khác Rơle sa thải phụ tải 86 Rơle khóa trung gian 90 Phần 3 : KẾT LUẬN 92 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 94 ** TRƯỜNG ĐHSPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA : ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN - Họ và tên : Nguyễn Thành Thọ Mã số sinh viên : 97202399 Đỗ Tấn Kính Mã số sinh viên : 97202315 - Lớp : 97N-ĐKC - Khóa : 1997 - 2000 - Ngành : Điện khí hóa và cung cấp điện Đề tài : KHẢO SÁT HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/15KV THỦ ĐỨC BẮC Số liệu ban đầu : Số liệu thực tế tại trạm Thủ Đức Bắc . 3. Nội dung phần thuyết minh : + Tổng quan về rơle. + Giới thiệu thiết bị nhất thứ của trạm. + Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm. 4. Phần bản vẽ : 5. Giáo viên hướng dẫn : (Ký và ghi rõ họ tên ) Vũ Thị Ngọc Ngày giao nhiệm vụ : 08/ 01/ 2001 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 28/ 02/ 2001 Cán bộ duyệt kí tên Thông qua bộ môn (Kí và ghi rõ họ tên ) Ngày tháng năm 2001 Chủ nhiệm bộ môn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT : DẪN NHẬP ĐẶT VẤN ĐỀ : Ngày nay, hầu như hoạt động của con người trong mọi lĩnh vực đều không thể tách khỏi nguồn năng lượng điện . Ở nước ta, điện năng hầu hết được sản xuất ở những nhà máy nhiệt điện , thủy điện có công suất lớn như : Thủy điện Hòa Bình , thủy điện Đa Nhim , thủy điện Trị An , nhiệt điện Phú Mỹ , nhiệt điện Phả Lại ... Các nhà máy thủy điện thì được xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thủy điện , còn các nhà máy nhiệt điện thì được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nhưng hộ tiêu thụ thì không chỉ là những hộ ở xung quanh nhà máy.Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải được điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh tế nhất. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu lực những phương tiện bảo vệ , thông tin , đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống. Trong số các phương tiện này rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự phát triển kỹ thuật điện nói chung và các hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đã có những biến đổi và tiến bộ rất to lớn. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có hư hỏng trong mạch điện áp hoặc khi có dao động điện , nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc . . . Hiện nay,người ta đã chế tạo được các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ ,hoạt động chính xác , tác động nhanh , độ an toàn cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “ Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ của trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc “. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI : Trong trạm biến áp , có hai hệ thống mạch điện cơ bản là mạch điện nhất thứ và mạch điện nhị thứ. Mạch điện nhất thứ là mạch điện tiếp nhận các nguồn điện cao áp đến trạm, biến đổi điện áp của nguồn điện nhận được, sau đó phân phối đi nguồn điện có điện áp đã biến đổi. Mạch điện nhất thứ gồm có các thiết bị như : máy cắt, dao cách ly, máy biến thế lực, thanh cái máy biến dòng điện, máy biến điện áp, máy biến thế tự dùng v.v… Mạch điện nhị thứ gồm các mạch điện có các chức năng kiểm soát sự vận hành của mạch điện nhất thứ như : điều khiển, chỉ thị trạng thái, đo đếm thông số điện và bảo vệ mạch điện nhất thứ. Mạch điện nhị thứ có các cáp điện kiểm soát, các dây dẫn điện, các thiết bị điện nhị thứ (như thiết bị đo đếm điện, thiết bị điều khiển, rơle bảo vệ v.v…). Trong phạm vi đề tài, nhóm thực hiện chủ yếu chỉ khảo sát và tìm hiểu hệ thống rơle bảo vệ của một trạm biến áp 110/15KV tiêu biểu. Với các vấn đề chính sau đây : Chỉ danh vận hành và nguyên lý hoạt động của một số loại rơle cơ bản trong trạm biến áp. Phân tích yêu cầu, chức năng bảo vệ của từng loại rơle trên sơ đồ hệ thống mạch điện nhất thứ cụ thể của trạm. Tìm hiểu các thông số kỹ thuật của rơle đang cài đặt vận hành thực tế tại trạm. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : Vận dụng những kiến thức đã được học ở trường để áp dụng nghiên cứu trên thực tế. Qua đó, bằng thực tiễn để học hỏi và tích lũy những kiến thức nhằm phục vụ cho công tác chuyên môn sau này. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU : Các bước tiến hành nghiên cứu: - Chọn đề tài . - Chính xác hoá đề tài. - Soạn đề cương . - Thu thập tài liệu. - Xử lý tài liệu. - Viết công trình nghiên cứu. * Đối tượng nghiên cứu : Đối tượng nghiên cứu là hệ thống rơle bảo vệ của trạm THỦ ĐỨC BẮC . * Phương pháp nghiên cứu : Sử dụng phương pháp quan sát và tham khảo tài liệu là chính. * Kế hoạch nghiên cứu: Đề tài được thực hiện trong thời gian 6 tuần . Kế hoạch nghiên cứu của nhóm như sau : - Tuần 1 và 2 : Soạn đề cương , thu thập tài liệu và đi thực tế tại trạm . - Tuần 3 đến 5: Viết công trình nghiên cứu . - Tuần 6 : Hoàn chỉnh và nộp đề tài. ** PHẦN 1 TỔNG QUÁT VỀ RƠLE BẢO VỆ CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ RƠLE 1. Khái niệm về rơle bảo vệ: Đối với các trạm biến điện áp cao thế, cũng như trong quá trình vận hành hệ thống điện nói chung; có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị,đường dây hoặc do chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống. Các sự cố này thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép. Nếu để tình trạng này kéo dài, thì có thể sẽ xuất hiện sự cố lan rộng. Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi phần tử bị hư hỏng. Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố. Làm được điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được. Các thiết bị này gọi chung là rơle bảo vệ. Trong hệ thống điện, rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố, rơle bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, rơle bảo vệ sẽ phát tín hiệu và tuỳ theo yêu cầu cài đặt, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vận hành. Tuỳ theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt rơle bảo vệ chính, rơle bảo vệ dự phòng : + Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ. + Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ. Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động đúng). 2. Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ : Rơle bảo vệ phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây : * Tính chọn lọc : Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô lập) các phần tử đó. Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để đảm bảo cung cấp điện an toàn liên tục. Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng. Cần phân biệt hai khái niệm cắt chọn lọc : + Chọn lọc tương đối : Theo nguyên tắc tác động của mình,bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận . + Chọn lọc tuyệt đối : Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ . * Tác động nhanh : Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch. Bảo vệ phải tác động nhanh để kịp thời cô lập các phần tử hư hỏng thuộc phạm vi bảo vệ nhằm : Đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị. Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải. Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1giây. * Độ nhạy : Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ. Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy : INmin : dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất. Ikđbv : giá trị dòng điện nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động. Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ như bảo vệ thiếu điện áp), hệ số nhạy được xác định ngược lại : trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu. * Độ tin cậy : Bảo vệ phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng được giao và không được tác động sai đối với các trường hợp mà nó không có nhiệm vụ tác động. Một bảo vệ không tác động hoặc tác động sai có thể sẽ dẫn đến hậu quả là một số lớn phụ tải bị mất điện hoặc sự cố lan rộng trong hệ thống. Xem sơ đồ minh họa sau : 3. Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện : 21,44 : Rơle khoảng cách. 25 : Rơle đồng bộ. 26 : Rơle nhiệt độ. 27 : Rơle điện áp thấp. 32 : Rơle định hướng công suất. 33 : Rơle mức dầu. 49 : Rơle quá tải. 50,51 : Rơle quá dòng tức thì, định thì. 55 : Rơle hệ số công suất. 59 : Rơle quá áp. 62 : Rơle thời gian. 63 : Rơle áp suất. 64 : Rơle chạm đất. 67 : Rơle quá dòng có hướng. 79 : Rơle tự đóng lại (máy cắt điện). 81 : Rơle tần số. 85 : Rơle so lệch cao tần. 87 : Rơle so lệch dọc. 96 : Rơle hơi (máy biến áp). Tuỳ theo phạm vi , mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh rơle có thể có phần mở rộng. Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng : 26.W : Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp. 26.O : Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp). 51P,51S : Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp MBA. 50REF : Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA). 67N : Rơle quá dòng chạm đất có hướng. 87B : Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái. 87T : Rơle so lệch dọc bảo vệ máy biến áp. 96-1 : Rơle hơi cấp 1(chỉ báo tín hiệu). 96-2 : Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện). ,, CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI RƠLE BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 1. RƠLE HƠI (R.96) : Rơle hơi được áp dụng cho các máy biến áp có công suất trung bình và lớn với kiểu máy có thùng giãn nở dầu. Rơle hơi được lắp trên đoạn ống liên thông dầu từ thùng chính máy biến áp đến thùng giãn nở dầu của máy theo một chiều nhất định của đầu mũi tên trên rơle hơi phải chỉ về phía thùng giãn nở (cùng với chiều dòng chảy của dầu từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở dầu khi có sự cố trong máy biến áp). Đoạn ống liên thông dầu có độ nâng cao về phía thùng giãn nở với góc nghiêng (so với mặt phẳng ngang) khoảng 1¸100. Đoạn ống liên thông không được có góc, phần cong của ống có bán kính càng lớn càng tốt. Rơle hơi hai phao có cấu tạo gồm : - Một phao trên (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ có thể tự nâng hạ theo mức dầu, trong phao có chứa một tiếp điểm thủy ngân được nối ra hộp nối dây tại mặt trên rơle. Khi sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra tập trung ở phía trên, đẩy phao 1 về vị trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân. Tiếp điểm này được nối vào mạch điện báo hiệu sự cố của máy biến áp (96-1). - Một phao dưới (phao 2) có cấu tạo tượng tự như phao 1 và được liên kết với một cánh chặn. Cánh chặn là một tấm kim loại mỏng được treo tại vị trí phía lỗ mặt bích của rơle hơi phía nối vào thùng chính máy biến áp. Do được treo để bề mặt tấm kim loại thẳng góc với hướng dòng chảy của dầu nên cánh chặn tác động theo lưu lượng của dòng chảy của dầu. Cánh chặn có thể điều chỉnh theo ba trị số lưu lượng dầu là 65, 100 và 150 cm/giây (rơle thường được nhà chế tạo đặt sẵn trị số 100cm/giây). Khi máy biến áp vận hành bình thường, dầu chuyển động do giãn nở theo nhiệt độ không đủ để tác động cánh chặn. Khi có sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi sinh ra phụt mạnh từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở. Lưu lượng dầu lớn hơn trị số đã điều chỉnh sẵn sẽ đẩy cho cánh chặn quay, làm cho phao 2 chìmï xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân, cắt máy cắt (96-2). Dựa vào thành phần và khối lượng hơi sinh ra người ta có thể xác định được tính chất và mức độ sự cố. Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra nhằm phục vụ cho việc phân tích sự cố. 2. RƠLE NHIỆT ĐỘ (26) : Rơle nhiệt độ đặt tại máy biến áp. a- Rơle nhiệt độ dầu (26 O) : Rơle nhiệt độ dầu gồm các tiếp điểm thường đóng, thường mở lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị nhiệt độ. Nhiệt kế gồm có cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt, một ống mao dẫn nối bộ phận cảm ứng nhiệt với cơ cấu