Đồ án: Nghiên cứu bảo vệ rơle đường dây 110kV và MBA 110/22kV trạm Đông Nam Củ Chi

Tổng hợp nguyên lý, sơ đồ và các phương pháp bảo vệ rơle cho đường dây 110kV và MBA 110/22kV, đảm bảo vận hành an toàn và ổn định hệ thống.

• Tác giả: Nguyễn Phi Long
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Công Tráng
• Trường học: Trường Đại học Tôn Đức Thắng
• Chuyên ngành: Điện – Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu hệ thống bảo vệ rơle cho đường dây 110kV và máy biến áp 110/22kV của trạm Đông Nam – Củ Chi
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Vị trí và vai trò của trạm
• 1.3. Các thiết bị trong trạm
• 1.4. Kết luận
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
• 2.1. Khái niệm về ngắn mạch
• 2.2. Các công thức tính toán ngắn mạch
• 2.3. Tính toán thông số cơ bản ngắn mạch
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ VÀ HƯ HỎNG CỦA CÁC ĐỐI TƯỢNG CẦN BẢO VỆ
• 3.1. CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
• 3.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
• 3.3. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC VÀ CÁC SỰ CỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP
• 3.4. PHÂN LOẠI DƯỜNG DÂY
• 3.5. CÁC LOẠI SỰ CỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY
• 4. CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT BẢO VỆ RƠLE, CÁC LOẠI BẢO VỆ VÀ ỨNG DỤNG RƠ LE BẢO VỆ CHO ĐỀ TÀI
• 4.1. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE
• 4.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE
• 4.2.1. TÍNH CẮT NHANH
• 4.2.2. TÍNH CHỌN LỌC
• 4.3. CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE
• 4.3.2. PHẦN LÔGIC CỦA BẢO VỆ
• 4.4. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI (51)
• 4.4.1. NGUYÊN TÁC HOẠT ĐỘNG
• 4.4.2. DÒNG DIỆN KHỞI DỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.4.3. ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ
• 4.4.4. THỜI GIAN TÁC ĐỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.5. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH
• 4.5.1. NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG
• 4.5.2. DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.5.3. ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ
• 4.5.4. THỜI GIAN TÁC ĐỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.6. BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ( 87T)
• 4.6.1. NGUYÊN TẮC TÁC ĐỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.6.2. DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CỦA BẢO VỆ
• 4.6.3. ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ
• 4.6.4. NHỮNG BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ SO LỆCH
• 4.7. BẢO VỆ QUÁ NHIỆT (49)
• 4.8. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI (49)
• 4.9. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BẰNG RƠ LE KHÍ (63)
• 4.10. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP (59)
• 4.11. BẢO VỆ ĐIỆN ÁP THẤP (27)
• 4.12. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21)
• 4.13. BẢO VỆ CÓ HƯỚNG (67 & 67N)
• 4.13.1. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
• 4.13.2. DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG
• 4.13.3. ĐỘ NHẠY BẢO VỆ
• 4.13.4. THỜI GIAN TÁC ĐỘNG
• 4.14. BẢO VỆ SO LỆCH NGANG
• 4.15. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CHỐNG CHẠM ĐẤT
• 6. CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE
• 6.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
• 6.2. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
• 6.2.1. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI ( 51)
• 6.2.2. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỰC ĐẠI CHẠM ĐẤT (51N)
• 6.2.3. CHỨC NĂNG BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH (50)
• 6.2.4. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH CHỐNG CHẠM ĐẤT ( 50N)
• 6.2.5. CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH (87T)
• 6.2.6. BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT HẠN CHẾ (87N)
• 6.2.7. CHỨC NĂNG BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21)
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Rơle Bảo Vệ Đường Dây 110kV MBA 110 22kV

Hệ thống điện ngày nay đóng vai trò then chốt trong mọi lĩnh vực kinh tế, xã hội. Việc cung cấp điện năng liên tục, ổn định và tin cậy là vô cùng quan trọng. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, hệ thống điện phải đối mặt với các trạng thái bất thường như ngắn mạch và quá tải, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định và an toàn. Các trạng thái này có thể gây sụt áp, mất cân bằng tải, và thậm chí hư hỏng thiết bị do tác động nhiệt và cơ học của dòng điện ngắn mạch. Để đảm bảo an toàn và liên tục cung cấp điện, việc nghiên cứu, thiết kế và áp dụng hệ thống rơle bảo vệ cho các phần tử trong hệ thống điện là vô cùng cần thiết. Cần phải hiểu rõ về các hư hỏng, hiện tượng bất thường cũng như các phương pháp và thiết bị bảo vệ rơle. Đồ án này tập trung vào việc tinh chỉnh hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp 110kV. Mục tiêu là đảm bảo hệ thống bảo vệ có thể nhanh chóng phát hiện và cô lập các sự cố, giảm thiểu thiệt hại và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện. Các trạm biến áp như trạm Đông Nam 110/22kV đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho các khu công nghiệp, đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải. Việc cài đặt rơle bảo vệ và kiểm tra rơle thường xuyên rất quan trọng.

1.1. Vai Trò Quan Trọng Của Trạm Biến Áp 110 22kV

Trạm biến áp 110/22kV đóng vai trò trung tâm trong việc phân phối điện năng từ lưới điện cao thế xuống hạ thế, cung cấp điện cho các khu dân cư, khu công nghiệp và các phụ tải khác. Trạm biến áp Đông Nam là một ví dụ điển hình, đảm nhiệm chức năng cung cấp điện cho khu công nghiệp Đông Nam, huyện Củ Chi. Vị trí của trạm được lựa chọn kỹ lưỡng, thường là khu vực có diện tích rộng, ít khói bụi, đảm bảo điều kiện vận hành ổn định cho các thiết bị. Trạm biến áp giúp nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho các phụ tải trong khu vực. Trạm biến áp thường có nhiều cấp điện áp, bao gồm 110 kV, 22 kV và hệ thống tự dùng 0,4kV, cùng với hệ thống điện tự dùng một chiều. Việc cung cấp nguồn điện cho trạm thường được thực hiện từ hai nguồn chính, đảm bảo tính dự phòng và độ tin cậy cao.

1.2. Các Thiết Bị Quan Trọng Trong Trạm Biến Áp 110kV

Trạm biến áp 110kV bao gồm nhiều thiết bị quan trọng, mỗi thiết bị đóng vai trò riêng biệt trong quá trình vận hành. Các thiết bị chính bao gồm: Máy biến áp 110/22kV, máy cắt 110kV, dao cách ly 110KV, biến dòng điện (TI) 110kV, dao nối đất trung tính máy biến áp, biến điện áp (TU) 110kV. Các thiết bị này phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt, đảm bảo khả năng chịu đựng điện áp, dòng điện ngắn mạch và các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Ví dụ, máy biến áp thường là loại ba pha, ngâm trong dầu, lắp đặt ngoài trời, với nhiều cuộn dây và tỷ số biến khác nhau. Máy cắt sử dụng khí SF6 để dập hồ quang, đảm bảo khả năng cắt nhanh chóng và an toàn. Biến dòng điện và biến điện áp được sử dụng để đo lường dòng điện và điện áp, cung cấp thông tin cho hệ thống rơle bảo vệ. Dao cách ly và dao nối đất được sử dụng để cô lập và nối đất các thiết bị, đảm bảo an toàn trong quá trình bảo trì và sửa chữa.

II. Thách Thức Sự Cố Cần Bảo Vệ Rơle Cho Đường Dây 110kV

Việc vận hành đường dây 110kV và máy biến áp (MBA) tiềm ẩn nhiều nguy cơ sự cố, đòi hỏi hệ thống bảo vệ rơle phải hoạt động hiệu quả. Các sự cố thường gặp bao gồm ngắn mạch (chập pha, chạm đất), quá tải, quá áp, và các vấn đề liên quan đến cách điện. Ngắn mạch là một trong những sự cố nguy hiểm nhất, gây ra dòng điện tăng đột ngột, có thể dẫn đến cháy nổ và phá hủy thiết bị. Quá tải xảy ra khi dòng điện vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị, gây nóng và làm giảm tuổi thọ. Quá áp có thể gây hỏng cách điện và làm giảm độ tin cậy của hệ thống. Hệ thống bảo vệ rơle phải có khả năng phát hiện nhanh chóng các sự cố này và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời. Theo tài liệu, nguyên nhân chính của ngắn mạch thường là do cách điện bị hỏng, có thể do lão hóa, tác động cơ học, nhiệt độ cao, hoặc các yếu tố môi trường. Sét đánh cũng là một nguyên nhân đáng kể gây ra hiện tượng ngắn mạch. Việc hiểu rõ các nguyên nhân và hậu quả của các sự cố là rất quan trọng để thiết kế và cài đặt rơle bảo vệ phù hợp.

2.1. Khái Niệm Về Ngắn Mạch Trong Hệ Thống Điện 110kV

Ngắn mạch trong hệ thống điện 110kV là hiện tượng các dây dẫn pha chập nhau, chạm đất (trong hệ thống có trung điểm nối đất) hoặc chập dây trung tính. Khi xảy ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống giảm đi, làm cho dòng điện tăng lên đáng kể. Có nhiều dạng ngắn mạch, bao gồm ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch một pha chạm đất, và ngắn mạch hai pha nối đất. Hậu quả của ngắn mạch rất nghiêm trọng, bao gồm phát nóng cục bộ, sinh ra lực cơ khí lớn, gây sụt áp lưới điện, mất ổn định hệ thống điện, và gián đoạn cung cấp điện. Hệ thống bảo vệ rơle phải có khả năng phát hiện và cô lập điểm ngắn mạch một cách nhanh chóng và chính xác để giảm thiểu thiệt hại và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống.

2.2. Các Sự Cố Thường Gặp Của Máy Biến Áp 110 22kV

Máy biến áp 110/22kV là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống điện, và nó cũng rất dễ bị tổn thương do các sự cố khác nhau. Các sự cố thường gặp bao gồm: Quá tải, ngắn mạch trong cuộn dây, sự cố cách điện, quá nhiệt, và các vấn đề liên quan đến dầu biến áp. Quá tải xảy ra khi dòng điện vượt quá công suất định mức của máy biến áp, gây nóng và làm giảm tuổi thọ. Ngắn mạch trong cuộn dây có thể gây ra dòng điện rất lớn, dẫn đến cháy nổ. Sự cố cách điện có thể do lão hóa, nhiễm bẩn, hoặc quá áp. Quá nhiệt có thể do nhiều nguyên nhân, bao gồm quá tải, làm mát kém, hoặc sự cố bên trong. Các vấn đề liên quan đến dầu biến áp, như nhiễm bẩn hoặc rò rỉ, cũng có thể gây ra sự cố. Hệ thống bảo vệ rơle phải có khả năng phát hiện và xử lý các sự cố này một cách nhanh chóng và hiệu quả để bảo vệ máy biến áp và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện.

III. Phương Pháp Bảo Vệ Rơle Chống Quá Dòng Cho Đường Dây 110kV

Bảo vệ quá dòng là một trong những phương pháp bảo vệ rơle phổ biến nhất được sử dụng cho đường dây 110kV và máy biến áp. Phương pháp này dựa trên việc phát hiện dòng điện vượt quá một ngưỡng cài đặt trước, cho thấy có sự cố xảy ra. Có nhiều loại bảo vệ quá dòng khác nhau, bao gồm bảo vệ quá dòng cực đại (51), bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), và bảo vệ quá dòng có hướng (67). Bảo vệ quá dòng cực đại là loại bảo vệ có thời gian trễ, cho phép dòng điện quá tải tạm thời tồn tại mà không gây ra tác động. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh tác động ngay lập tức khi dòng điện vượt quá ngưỡng cài đặt, được sử dụng để bảo vệ chống lại các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng. Bảo vệ quá dòng có hướng sử dụng thông tin về hướng dòng điện để phân biệt giữa các sự cố bên trong và bên ngoài khu vực bảo vệ. Việc lựa chọn và cài đặt rơle bảo vệ quá dòng phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo bảo vệ hiệu quả và tin cậy.

3.1. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Bảo Vệ Quá Dòng Rơle 51

Bảo vệ quá dòng cực đại (51) hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh dòng điện đo được với một ngưỡng cài đặt trước. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng này, rơle sẽ bắt đầu đếm thời gian. Nếu dòng điện vẫn vượt quá ngưỡng sau một khoảng thời gian trễ cài đặt, rơle sẽ tác động, cắt mạch điện để cô lập phần tử bị sự cố. Thời gian trễ được cài đặt để cho phép dòng điện quá tải tạm thời, chẳng hạn như dòng khởi động của động cơ, tồn tại mà không gây ra tác động. Việc cài đặt ngưỡng dòng điện và thời gian trễ phải được thực hiện cẩn thận để đảm bảo bảo vệ hiệu quả và tránh tác động sai. Độ nhạy của bảo vệ phải được tính toán để đảm bảo rằng nó có thể phát hiện các sự cố ngắn mạch nhỏ nhất trong khu vực bảo vệ.

3.2. Ứng Dụng Bảo Vệ Quá Dòng Cắt Nhanh Rơle 50

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) là một loại bảo vệ quá dòng không có thời gian trễ. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng cài đặt, rơle sẽ tác động ngay lập tức, cắt mạch điện để cô lập phần tử bị sự cố. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh được sử dụng để bảo vệ chống lại các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng, nơi mà thời gian là yếu tố quan trọng. Ngưỡng dòng điện của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được cài đặt đủ cao để tránh tác động sai do dòng khởi động hoặc các dòng điện quá tải tạm thời khác. Độ nhạy của bảo vệ cũng phải được tính toán để đảm bảo rằng nó có thể phát hiện các sự cố ngắn mạch trong khu vực bảo vệ.

IV. Bảo Vệ So Lệch Rơle 87T Phương Pháp Tiên Tiến Cho MBA 110 22kV

Bảo vệ so lệch (Differential Protection) là một phương pháp bảo vệ rơle tiên tiến được sử dụng rộng rãi cho máy biến áp 110/22kV. Phương pháp này dựa trên việc so sánh dòng điện vào và ra khỏi phần tử được bảo vệ. Trong điều kiện bình thường, dòng điện vào và ra phải bằng nhau. Khi có sự cố xảy ra bên trong phần tử được bảo vệ, sẽ có sự khác biệt (so lệch) giữa dòng điện vào và ra, cho thấy có sự cố xảy ra. Rơle bảo vệ so lệch (87T) sẽ tác động khi phát hiện sự khác biệt này, cắt mạch điện để cô lập phần tử bị sự cố. Bảo vệ so lệch có ưu điểm là độ nhạy cao, thời gian tác động nhanh, và khả năng phân biệt giữa các sự cố bên trong và bên ngoài khu vực bảo vệ. Điều này làm cho nó trở thành một phương pháp bảo vệ hiệu quả và tin cậy cho máy biến áp.

4.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Rơle Bảo Vệ So Lệch 87T

Nguyên lý hoạt động của rơle bảo vệ so lệch (87T) dựa trên định luật Kirchhoff về dòng điện. Theo định luật này, tổng dòng điện vào một nút phải bằng tổng dòng điện ra khỏi nút đó. Trong máy biến áp, dòng điện vào cuộn sơ cấp phải bằng dòng điện ra khỏi cuộn thứ cấp, sau khi đã được điều chỉnh theo tỷ số biến áp. Rơle bảo vệ so lệch sử dụng các biến dòng điện (TI) để đo dòng điện vào và ra khỏi máy biến áp. Các dòng điện này được đưa vào một mạch so sánh. Nếu có sự khác biệt giữa các dòng điện, mạch so sánh sẽ tạo ra một tín hiệu tác động, kích hoạt rơle để cắt mạch điện. Việc cài đặt và bảo trì rơle phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình và tiêu chuẩn để đảm bảo hoạt động chính xác và tin cậy.

4.2. Các Biện Pháp Nâng Cao Độ Nhạy Cho Rơle So Lệch

Để nâng cao độ nhạy của rơle so lệch, cần thực hiện các biện pháp sau: Sử dụng các biến dòng điện (TI) có độ chính xác cao, bù trừ sai số do tỷ số biến áp và góc pha, sử dụng các bộ lọc để loại bỏ các thành phần sóng hài và dòng điện từ hóa, và điều chỉnh ngưỡng tác động của rơle một cách cẩn thận. Việc sử dụng các biến dòng điện có độ chính xác cao giúp giảm thiểu sai số trong quá trình đo lường dòng điện. Bù trừ sai số do tỷ số biến áp và góc pha đảm bảo rằng mạch so sánh nhận được các tín hiệu chính xác. Sử dụng các bộ lọc giúp loại bỏ các thành phần không mong muốn trong dòng điện, giúp rơle tập trung vào các tín hiệu quan trọng. Điều chỉnh ngưỡng tác động của rơle một cách cẩn thận giúp đảm bảo rằng rơle sẽ tác động khi có sự cố thực sự xảy ra, nhưng không tác động sai do các nhiễu hoặc sai số nhỏ.

V. Ứng Dụng Thực Tế Tính Toán Cài Đặt Rơle Bảo Vệ Cho MBA 110 22kV

Việc tính toán và cài đặt rơle bảo vệ cho máy biến áp 110/22kV đòi hỏi kiến thức sâu rộng về hệ thống điện, các loại sự cố, và các phương pháp bảo vệ rơle. Quá trình này bao gồm việc thu thập thông tin về máy biến áp, lưới điện, và các phụ tải, tính toán dòng điện ngắn mạch, lựa chọn các loại rơle bảo vệ phù hợp, và cài đặt các thông số tác động của rơle. Cần phải xem xét nhiều yếu tố, bao gồm độ nhạy, độ tin cậy, và khả năng phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác trong hệ thống. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống điện có thể giúp đơn giản hóa quá trình tính toán và kiểm tra hiệu quả của hệ thống bảo vệ.

5.1. Các Bước Tính Toán Dòng Điện Ngắn Mạch Để Cài Đặt Rơle

Việc tính toán dòng điện ngắn mạch là một bước quan trọng trong quá trình cài đặt rơle bảo vệ. Dòng điện ngắn mạch được sử dụng để xác định ngưỡng tác động của các rơle bảo vệ quá dòng và rơle bảo vệ so lệch. Quá trình tính toán bao gồm việc xác định các thông số của hệ thống điện, như điện kháng của các phần tử, điện áp nguồn, và cấu hình mạng. Sau đó, sử dụng các phương pháp tính toán ngắn mạch tiêu chuẩn để xác định dòng điện ngắn mạch tại các vị trí khác nhau trong hệ thống. Cần phải tính toán cho nhiều trường hợp ngắn mạch khác nhau, bao gồm ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha, và ngắn mạch một pha chạm đất. Các kết quả tính toán được sử dụng để lựa chọn và cài đặt rơle bảo vệ phù hợp.

5.2. Hướng Dẫn Cài Đặt Rơle Bảo Vệ So Lệch Cho MBA 110 22kV

Việc cài đặt rơle bảo vệ so lệch (87T) cho máy biến áp 110/22kV đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác. Các bước chính bao gồm: Lựa chọn các biến dòng điện (TI) phù hợp, kết nối các biến dòng điện với rơle, cài đặt tỷ số biến áp và góc pha, cài đặt ngưỡng tác động, và kiểm tra hoạt động của rơle. Việc lựa chọn các biến dòng điện phải đảm bảo rằng chúng có độ chính xác cao và đáp ứng các yêu cầu về dòng điện và điện áp. Kết nối các biến dòng điện phải được thực hiện theo đúng sơ đồ và tuân thủ các quy định an toàn. Cài đặt tỷ số biến áp và góc pha đảm bảo rằng mạch so sánh nhận được các tín hiệu chính xác. Cài đặt ngưỡng tác động phải được thực hiện cẩn thận để đảm bảo rằng rơle sẽ tác động khi có sự cố thực sự xảy ra, nhưng không tác động sai do các nhiễu hoặc sai số nhỏ. Cuối cùng, cần phải kiểm tra hoạt động của rơle để đảm bảo rằng nó hoạt động chính xác và tin cậy.

VI. Kết Luận Xu Hướng Phát Triển Rơle Bảo Vệ Đường Dây 110kV

Hệ thống bảo vệ rơle đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và tin cậy cho đường dây 110kV và máy biến áp. Việc lựa chọn, tính toán và cài đặt rơle bảo vệ phù hợp là vô cùng quan trọng để giảm thiểu thiệt hại do các sự cố gây ra. Các phương pháp bảo vệ như bảo vệ quá dòng và bảo vệ so lệch đã được chứng minh là hiệu quả và tin cậy. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ số, các hệ thống bảo vệ rơle sẽ ngày càng thông minh hơn, linh hoạt hơn và có khả năng tự động hóa cao hơn. Việc áp dụng các công nghệ mới như rơle số, truyền thông số, và phân tích dữ liệu lớn sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơle.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Bảo Trì Kiểm Tra Rơle Định Kỳ

Để đảm bảo rằng hệ thống bảo vệ rơle hoạt động chính xác và tin cậy, cần thực hiện bảo trì rơle và kiểm tra rơle định kỳ. Bảo trì rơle bao gồm việc vệ sinh, kiểm tra các kết nối, và thay thế các linh kiện bị hỏng. Kiểm tra rơle bao gồm việc thử nghiệm các chức năng của rơle, chẳng hạn như độ nhạy, thời gian tác động, và khả năng phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác. Việc bảo trì và kiểm tra định kỳ giúp phát hiện và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng gây ra sự cố, đảm bảo rằng hệ thống bảo vệ luôn ở trạng thái sẵn sàng hoạt động.

6.2. Xu Hướng Sử Dụng Rơle Số Trong Bảo Vệ Đường Dây 110kV

Rơle số đang dần thay thế các rơle cơ điện truyền thống trong hệ thống bảo vệ đường dây 110kV. Rơle số có nhiều ưu điểm, bao gồm độ chính xác cao, khả năng linh hoạt, khả năng tự động hóa, và khả năng giao tiếp với các hệ thống khác. Rơle số sử dụng các thuật toán số để xử lý các tín hiệu đo lường, cho phép thực hiện các chức năng bảo vệ phức tạp hơn. Chúng cũng có khả năng tự động điều chỉnh các thông số tác động dựa trên các điều kiện vận hành của hệ thống. Ngoài ra, rơle số có thể giao tiếp với các hệ thống điều khiển và giám sát, cho phép thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa. Việc sử dụng rơle số giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơle.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề - Ngày nay do nhu cầu sử dụng điện năng là rất cần thiết và rát quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống kinh tế xã hội. Do vậy hệ thống điện phải đáp ứng được nhu cầu đó , đảm bảo độ tin cậy làm việc ổn định và lâu dài. Nhưng trong thực tế khi vận hành xuất hiện các trạng thái không bình thường gây ảnh hưởng xấu đến hệ thống điện. Trạng thái không bình thường xảy ra là ngắn mạch và quá tải.

- Gây hậu quả nghiêm trọng là tụt điện áp , mất trạng thái cân bằng của các hộ tiêu thụ điện năng , làm hư hỏng các thiết bị điện do tác động nhiệt và cơ , khi đó dòng điện ngắn mạch đi qua. - Để nghiên cứu , thiết kế bảo vệ Rơ le cho các phần tử trong hệ thống điện, cần phải có những hiểu biết về những hư hỏng , hiện tượng không bình thường xảy ra trong hệ thống điện , cũng như các phương pháp và thiết bị bảo vệ - Nội dung cuốn đồ án này là : Tinh chỉnh hệ thống rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV 1.2 Vị trí và vai trò của trạm - Trạm biến áp 110/22kV Đông Nam là một trong những trạm đảm nhiệm chức năng cung cấp điện cho khu công nghiệp Đông Nam huyện Củ Chi - Vị trí của trạm biến áp 110 kV được xây lắp ngoài trời có diện tích rộng và ít khói bụi, cây cối thuộc xã Bình Mỹ , huyện Củ Chi , Tp.hcm - Trạm biến áp 110 kV giúp nâng cao chất lượng điện năng tốt hơn , đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải trong khu công nghiệp Đông Nam Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/124 - Trạm có các cấp điện áp 110 kV, 22 kV và hệ thống tự dùng 0,4kV. Ngoài ra còn có hệ thống điện tự dùng một chiều. - Nguồn cung cấp : Trạm lấy từ 2 nguồn chính 110kV:  Lấy nguồn 110kV qua đường dây Hóc Môn – Đông Nam (XT 176).

 Lấy nguồn 110kV qua đường dây Gò Đậu – Đông Nam (XT 171) - Trạm nhận điện 110kV từ 2 đường dây Hóc Môn – Đông Nam (XT 176) và Gò Đậu – Đông Nam (XT 172) qua MBA T1 và MBA T2 hạ áp xuống cấp điện áp 22kV cung cấp điện cho phụ tải khu vực - Hiện tại trạm đang cấp cho 5 tuyến ,trạm đi vào vận hành được 6 tháng. Hình trạm biến áp 110/22kV Đông Nam Sơ đồ nguyên lý của trạm 1.3 Các thiết bị trong trạm Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/124 Phía 110kV Phía 22kV Điện áp danh định hệ thống 110kV 22kV Điện áp làm việc lớn nhất 123kV 24kV Điện áp chịu đựng xung sét 550kV 125kV Điện áp chịu tần số công nghiệp 230kV 50kV Dòng điện ngắn mạch định mức 31,5kA/1s 25kA/1s Tần số 50Hz 50Hz Phương thức nối đất Trực tiếp Trực tiếp Tiêu chuẩn bảo vệ tủ IP-41 (Đối với thiết bị đặt trong nhà) IP-55 (Đối với thiết bị đặt ngoài trời) Nguồn điện tự dùng 380/220V - xoay chiều (AC) 220V - một chiều (DC) o Máy biến áp 110k Các thông số chính của các máy biến áp lực 110/22kV: Thông số kỹ thuật Đơn vị 03 pha, ngâm trong dầu, lắp Kiểu máy biến áp đặt ngoài trời. Số cuộn dây 03 cuộn dây Tần số Hz 50 Cao áp (HV) kV 115±9x1,78% Hạ áp (LV) kV 23 03 pha 220/380V, 50Hz, 01 AC pha 220V, 50Hz DC 220V Tỉ số biến kV 115±9x1,78%/23 Tổ đấu dây Ynyn0(d11) Đấu sao, Cuộn cao áp trung tính trực tiếp nối đất Đấu sao Cuộn hạ áp Trung tính trực tiếp nối đất Điện áp làm việc cao nhất 123kV, ở nấc làm việc cao Phía 115Kv kV nhất 130,3kV Phía 23Kv kV 24Kv Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/124 Khả năng chịu dòng ngắn mạch định mức Phía 115kV kVrms 31,5kA/1s Phía 23kV kVrms 25kA/1s Điện áp chịu đựng tần số 50Hz Phía 115kV kVrms 230 Phía 23kV kVrms 50 Trung tính phía 115kV kVrms 140 Điện áp chịu đựng xung sét1.2/50µs Phía 115kV kVp 550 Phía 23kV kVp 125 Trung tính phía 115kV kVp 350 Công suất MBA MVA 63 o Máy cắt 110kV Thông số kỹ thuật Đơn vị Tiêu chuẩn áp dụng IEC 62271-100 Chủng loại 3 pha, lắp đặt ngoài trời Kiểu dập hồ quang Khí SF6 Môi trường cách điện trung Khí SF6 gian (nếu có) Điện áp định mức kV > 123 Dòng điện định mức A >1250 Tần số định mức Hz 50 Khả năng chịu dòng ngắn kArms/1s ≥ 31,5 mạch định mức Khả năng chịu dòng đỉnh định kApeak ≥ 80 mức Chu trình đóng cắt định mức O-0,3s-CO-180s-CO Điện áp chịu đựng xung sét kVpeak >550 (1,2/50μs) o Dao cách ly 110KV Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/124 Thông số kỹ thuật Đơn vị Tiêu chuẩn áp dụng IEC 62271-102 Chủng loại 3 pha; lắp đặt ngoài trời Vật liệu làm tiếp điểm chính Đồng Bộ truyền động Động cơ và cần thao tác Dao cách ly bằng tay Cần thao tác bằng tay; Riêng dao tiếp địa phía Dao tiếp đất đường dây bằng Động cơ và cần thao tác bằng tay Điện áp định mức kV > 123 Dòng điện định mức A >1250 Tần số định mức Hz 50 o Biến dòng điện 110kV Thông số kỹ thuật Đơn vị Tiêu chuẩn áp dụng IEC 61869-2 1 pha, lắp đặt ngoài trời, ngâm trong dầu. (Không Chủng loại được dùng loại dầu có chất PCB) Màu nâu, liền thân, không Thân sứ cách điện khớp nối.

Điện áp định mức kV ≥ 123 Tần số định mức Hz 50 Điện áp chịu đựng xung sét kVpeak ≥ 550 (1,2/50μs) Điện áp chịu đựng tần số nguồn (50Hz/1 phút) - Cuộn sơ cấp kVrms ≥ 230 - Cuộn thứ cấp kVrms ≥3 Chiều dài đường rò mm/kV ≥ 31 Dòng điện sơ cấp định mức A 200-400-600 Khả năng chịu quá tải liên tục A 120% Ir định mức Tỷ số biến A 200-400-600/1/1/1/1/1A Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/124 Khả năng chịu dòng ngắn mạch kA/1s ≥ 31.5 Công suất - cấp chính xác ở tỷ Có số biến thấp nhất. o Dao nối đất trung tính máy biến áp Thống số kỹ thuật Đơn vị Loại 1 pha, ngoài trời, mở đứng Số pha 01 Chiều di chuyển của dao Mở đứng Thao tác Bằng tay Vật liệu cách điện Sứ gốm Điện áp định mức kV 72 Dòng điện định mức A 400 Điện áp chịu xung sét cao nhất (1.2/50µs) Giữa các pha với nhau và với kV 325 đất đất Giữa hàm tĩnh và hàm động khi kV 325 dao mở Điện áp chịu tần số công nghiệp kV 140 ngắn hạn trong 1 phút Chịu dòng điện ngắn mạch kA/1s 31,5 Chiều dài đường rò nhỏ nhất mm/kV 31 Số lượng tiếp điểm phụ cho dao chính Tiếp điểm thường mở 2 Tiếp điểm thường đóng 2 Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/124 o Biến điện áp 110kV Thông số kỹ thuật Đơn vị Tiêu chuẩn áp dụng IEC 61869-5 1 pha, kiểu tụ, lắp ngoài Chủng loại trời, ngâm trong dầu, không dùng loại dầu có PCB Màu nâu, liền thân, không Thân sứ cách điện khớp nối Điện áp định mức kV > 123 Điện áp chịu đựng xung sét kVpeak >550 (1,2/50μs) Điện áp chịu đựng tần số nguồn (50Hz/1 phút) kVpeak - Cuộn sơ cấp kVpeak >230 - Cuộn thứ cấp kVpeak >3 Điện dung của khối tụ phân áp pF 7.600 ± 10% Tần số định mức Hz 50 BVT (Biến điện áp thanh cái 110kV-TBA Đông Nam) Cuộn 1: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 10VA Cấp chính xác 0.2 Cuộn 2: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 10VA Cấp chính xác 0.5 Cuộn 3: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 25VA Cấp chính xác 3P Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/124 LVT2 (Biến điện áp ngăn đường dây 110kV - TBA Đông Nam) Cuộn 1: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 10VA Cấp chính xác 0,5 Cuộn 2: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 10VA Cấp chính xác 0,5 Cuộn 3: Tỉ số biến áp 115:(kV) Công suất 25VA Cấp chính xác 3P 1.4 Kết luận Chúng tôi vừa trình bày tổng quan về trạm biến áp 110/22kV Đông Nam , trong đó khái quát về vị trí và vai trò của trạm , sơ đồ nguyên lý của trạm và thông tin kỹ thuật cụ thể của các thiết bị vận hành trong trạm. Từ những thông số của thiết bị để có được các thông số ngắn mạch phục vụ cho việc tính toán lựa chọn rơle bảo vệ cho thiết bị , chúng ta sang chương 2 tìm hiểu các trường hợp ngắn mạch và tính toán ngắn mạch cụ thể cho từng trường hợp. Bảo vệ rơle SVTH:Nguyễn Phi Long TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/124 CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 2.1 Khái niệm về ngắn mạch ([1], trang 5) - Ngắn mạch trong hệ thống điện (HTĐ) chỉ hiện tượng các dây dẫn pha chập nhau , chạm đất ( trong HTĐ có trung điểm nối đất) hoặc chập dây trung tính.

Lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của hệ thống giảm đi ( giống như mạch điện bị ngắn lại ) , dòng điện tăng lên đáng kể gọi là dòng điện ngắn mạch. - Các dạng ngắn mạch gồm có: ([1], trang 6) + Ngắn mạch ba pha , tức 3 pha chập nhau , ký hiệu N(3) + Ngắn mạch hai pha , tức 2 pha chập nhau , ký hiệu N(2) + Ngắn mạch một pha , tức 1 pha chập đất hoặc chập dây trung tính , ký hiệu N(1) + Ngắn mạch hai pha nối đất. tức 2 pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiêu N(1,1)  Nguyên nhân của ngắn mạch và hậu quả ([1], trang 7) - Nguyên nhân chung và chủ yêu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Lý do cách điện bị hỏng có thể là: bị già cỗi khi làm việc lâu ngày , chịu tác động cơ khí gây vỡ nát, bị tác độngcủa nhiệt độ phá huỷ môi chất , xuất hiện điện trường mạnh làm phóng điện chọc thủng vỏ bọc…Những nguyên nhân tác động cơ khí có thể do con người( như đào đất , thả diều…), do loài vật ( rắn bò, chim đậu,…) hoặc gió bão làm gãy cây , đổ cột , dây dẫn chập nhau…Sét đánh gấy phóng điện cũng là 1 nguyên nhân đáng kể gây ra hiện tượng ngắn mạch ( tạo ra hồ quang điện giữa các dây dẫn ).