Báo cáo thí nghiệm bảo vệ relay trong hệ thống điện

Báo cáo nghiên cứu thí nghiệm bảo vệ relay trong hệ thống điện, thống kê phân tích số liệu, đánh giá xu hướng phát triển trong lĩnh vực kỹ thuật hiện nay.

• Tác giả: Phạm Hoàng Minh Thư
• Người hướng dẫn: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện – Điện Tử
• Chuyên ngành: Hệ Thống Điện
• Đề tài: Thí nghiệm bảo vệ Relay trong hệ thống điện
• Loại tài liệu: Báo cáo thí nghiệm

Mục lục chi tiết

• 1. Bài 1 BẢO VỆ MẠNG PHÂN PHỐI
• 1.1. Vẽ sơ đồ một sợi bằng ETAP theo tiêu chuẩn IEC
• 1.2. Nhập các thông số vào các phần tử
• 1.2.1. Hệ thống điện (Power Grid)
• 1.2.2. Máy biến áp (Transformer)
• 1.2.3. Đường dây (Transmission Line)
• 1.2.4. Phụ tải (Lumped Load)
• 1.3. Phân bố công suất
• 1.4. Tính toán các dòng điện ngắn mạch tại các nút theo tiêu chuẩn IEC-60909
• 2. Bài 2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN
• 2.1. Chọn CT 5P20 và khai báo tỷ số CT 800:1 tại vị trí thanh cái 2
• 2.2. Chọn CB cao áp và khai báo cần thiết tại vị trí 2 theo chuẩn IEC
• 2.3. Chọn Relay quá dòng điện của nhà sản xuất Siemens mã hiệu 7SJ511 kết nối với CT, khai báo đầu ra tác động mở CB cao áp và khai báo các chức năng của Relay quá dòng điện
• 2.3.1. Chức năng 51
• 2.3.2. Chức năng 50
• 2.3.3. Chức năng 51N
• 2.3.4. Chức năng 50N
• 2.4. Xem các đặc tính bảo vệ pha hay đất
• 2.5. Tạo sự cố để kiểm tra trình tự tác động của các chức năng
• 2.5.1. Khi sự cố ba pha tại nút 6
• 2.5.2. Khi sự cố một pha tại nút 6
• 2.5.3. Khi sự cố hai pha tại nút 6
• 2.5.4. Khi sự cố hai pha chạm nhau chạm đất tại nút 6
• 3. Bài 3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG
• 3.1. Giải lại bài toán phân bố công suất
• 3.2. Phân bố công suất lúc nguồn 1 nghỉ, ghi nhận dòng điện L1
• 3.3. Phân bố công suất lúc nguồn 2 nghỉ, ghi nhận dòng điện L2
• 3.4. Chọn CB, CB1, CB2, CB3, CB4 và CB-13 cao áp và khai báo cần thiết tại vị trí 2 theo chuẩn IEC
• 3.5. Chọn 04 Relay quá dòng điện của nhà sản xuất Siemens mã hiệu 7SJ551 kết nối với CT, khai báo đầu ra tác động mở CB cao áp và khai báo các chức năng của Relay quá dòng điện có hướng
• 3.6. Tạo sự cố để kiểm tra trình tự tác động của các chức năng
• 3.6.1. Khi sự cố ba pha tại thanh cái
• 3.6.2. Khi sự cố ba pha trên L1
• 3.6.3. Khi sự cố một pha trên L2
• 3.7. Nhận xét tác động của các rơ le 67
• 4. Bài 4 BẢO VỆ SO LỆCH
• 4.1. Chọn CB-1, CB-2, CB-3, CB-4 cao áp và khai báo cần thiết tại vị trí 2 theo chuẩn IEC
• 4.2. Chọn Relay so lệch của nhà sản xuất Siemens mã hiệu 7UT51 kết nối với CT 300:1 cao áp và CT 1200:1 hạ áp, khai báo đầu ra tác động mở CB cao áp và hạ áp
• 4.3. Chỉnh định chức năng 51 cho rơ le phía hạ áp của MBA
• 4.4. Chỉnh định chức năng 50 và 51 cho rơ le phía cao áp của MBA
• 4.5. Tạo sự cố để kiểm tra trình tự tác động của các chức năng
• 4.5.1. Khi sự cố ba pha trên đường dây phân phối
• 4.5.2. Khi sự cố ba pha tại MBA
• 4.5.3. Khi sự cố ba pha trên đường dây truyền tải
• 4.6. Phối hợp để các rơ le tác động chọn lọc đối với các sự cố

Tóm tắt

I. Giới thiệu về thí nghiệm bảo vệ relay

Thí nghiệm bảo vệ relay trong hệ thống điện là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện. Relay bảo vệ được sử dụng để phát hiện và ngăn chặn các sự cố như ngắn mạch, quá tải, và các tình huống bất thường khác. Việc thực hiện thí nghiệm relay giúp đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện. Theo tiêu chuẩn IEC 61850, các thiết bị này cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo chúng hoạt động đúng chức năng khi có sự cố xảy ra. Thí nghiệm này không chỉ giúp phát hiện lỗi mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc bảo trì và nâng cấp hệ thống điện.

II. Phân tích hệ thống điện

Hệ thống điện được phân tích dựa trên sơ đồ một sợi và các thông số kỹ thuật của các phần tử trong mạng điện. Các thông số như công suất máy biến áp, dòng điện ngắn mạch, và các đặc tính của relay bảo vệ được nhập vào phần mềm ETAP để mô phỏng và tính toán. Việc phân tích này giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đề xuất các biện pháp cải thiện. Đặc biệt, việc tính toán dòng ngắn mạch tại các nút theo tiêu chuẩn IEC-60909 là rất quan trọng để đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ có thể hoạt động hiệu quả trong trường hợp xảy ra sự cố.

III. Thí nghiệm bảo vệ quá dòng điện

Thí nghiệm bảo vệ quá dòng điện được thực hiện để kiểm tra khả năng của relay bảo vệ trong việc phát hiện và ngăn chặn các sự cố quá tải. Các chức năng của relay như 51 và 50 được thiết lập và kiểm tra thông qua các tình huống giả lập. Kết quả cho thấy rằng các relay có thể phát hiện sự cố và tác động cắt điện trong thời gian ngắn, đảm bảo an toàn cho hệ thống. Việc sử dụng các thiết bị như CT và CB cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố nghiêm trọng.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả của các thí nghiệm cho thấy rằng các thiết bị bảo vệ hoạt động hiệu quả và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn. Thời gian tác động của các relay được ghi nhận và phân tích, cho thấy rằng các thiết bị này có khả năng phản ứng nhanh chóng với các sự cố. Việc sử dụng SCADA trong việc giám sát và điều khiển hệ thống điện cũng giúp nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống. Các kết quả này không chỉ có giá trị trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế và cải tiến các hệ thống bảo vệ trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GVHD: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn SVTH: Phạm Hoàng Minh Thư MSSV: 1915426 Nhóm: L03 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Bài 1 BẢO VỆ MẠNG PHÂN PHỐI Cho mạng điện phân phối như Hình 1. Phụ tải 3 Đường dây phân phối 7 HTĐ Máy biến áp 22 kV 110 kV 110/22 kV 2 1 3 9 ~ 6 Phụ tải 5 Phụ tải 1 4 Phụ tải 2 Phụ tải 4 5 8 Hình 1: Mạng điện phân phối 9 nút Thông số của các phần tử trong mạng điện phân phối như sau: HTĐ có  3 MVA và S 1  MVA, S  5200 1200 nm nm MBA có S MVA và UN %  10% , dm  40 Các đường dây: - Đường dây 23: có r0  0.188 Biết tổng trở thứ tự không của đường dây gấp 4 lần tổng trở thứ tự thuận của đường dây. Phụ tải: Phụ tải 1: 3.0 MVA và Cosφ = 0.0 MVA và Cosφ = 0.0 MVA và Cosφ = 0.0 MVA và Cosφ = 0.0 MVA và Cosφ = 0.9 Câu hỏi: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 1) Vẽ sơ đồ một sợi bằng ETAP theo tiêu chuẩn IEC, 2) Nhập các thông số vào các phần tử, 3) Phân bố công suất, 4) Tính toán các dòng điện ngắn mạch tại các nút theo tiêu chuẩn IEC-60909. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Tiến hành thí nghiệm 1) Vẽ sơ đồ một sợi bằng phần mềm Etap 2) Nhập thông số các phần tử 2.1) Hệ thống điện (Power Grid) TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 2.2) Máy biến áp (Transformer) TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 2.3) Đường dây (Transmission Line) Nhập thông số đường dây 2 – 3, các đường dây còn lại tiến hành nhập tương tự theo dữ liệu đề bài TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 2.4) Phụ tải (Lumped Load) Nhập thông số của phụ tải 1, các phụ tải còn lại tiến hành nhập tương tự theo dữ liệu đề bài TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 3) Phân bố công suất TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Dòng điện trên các đường dây Đường dây 23 248.7 4) Ngắn mạch Chỉnh load type của phụ tải 1 về 0%, các phụ tải còn lại chỉnh tương tự TIEU LUANa) MOI Ngắn mạch 3 pha download : [e-mail] moi nhat b) Ngắn mạch 1 pha chạm đất c) Ngắn mạch 2 pha chạm nhau TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat d) Ngắn mạch 2 pha chạm nhau chạm đất Kết quả tính dòng ngắn mạch tại các bus: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Bảng 4.1: Thống kê giá trị ngắn mạch tại các Bus Độ lớn dòng điện ngắn mạch (kA) Thanh cái N(3) N(2) N(1) N(1.1) (a-b-c) (b-c) (a-g) (b-c-g) sự cố Inm-a=Inm-b=Inm-c Inm-b=Inm-c Inm-a 3I0 Inm-b=Inm-c 3I0 1 27.55 Bài 2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN Cho mạng điện phân phối như Hình 1.

Phụ tải 3 Đường dây phân phối 7 HTĐ Máy biến áp 22 kV 110 kV 110/22 kV 2 1 CB CT 3 9 ~ 6 Phụ tải 5 Phụ tải 1 R 4 Phụ tải 2 Phụ tải 4 5 8 Hình 1: Mạng điện phân phối 9 nút Vận dụng kết quả thí nghiệm buổi 01, tiếp tục: Câu hỏi: 1) Chọn CT 5P20 và khai báo tỷ số CT 800:1 tại vị trí thanh cái 2 2) Chọn CB cao áp và khai báo cần thiết tại vị trí 2 theo chuẩn IEC 3) Chọn Relay quá dòng điện của nhà sản xuất Siemens mã hiệu 7SJ511 kết nối với CT, khai báo đầu ra tác động mở CB cao áp và khai báo các chức năng của Relay quá dòng điện: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Lưu ý nhớ tắt chức năng OverLoad của relay này để khảo sát các chức năng sau: a. Chức năng 51: - Chọn đặc tính very inverse, chọn trị đặt thời gian là 0.5 - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1. Chức năng 50: - Tính dòng khởi động biết Kat =1.2 - Chỉnh thời gian tác động là 0. Chức năng 51N - Chọn đặc tính very inverse, chọn trị đặt thời gian là 0.02 - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1.

Chức năng 50N: - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1.2 - Chọn thời gian tác động là 0.01 s 4) Xem các đặc tính bảo vệ pha hay đất bằng cách chọn Mode pha hay đất tại vị trí phía trên bên tay phải của màn hình. 5) Tạo sự cố để kiểm tra trình tự tác động của các chức năng trên a. Khi sự cố ba pha tại nút 6 b. Khi sự cố một pha tại nút 6 c.

Khi sự cố hai pha tạu nút 6 d. Khi sự cố hai pha chạm đất tại nút 6 Tiến hành thí nghiệm Bố trí các thiết bị bảo vệ trên hệ thống điện như hình sau: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 1) Chọn CT Trong Etap chọn CT 5P20 và khai báo tỷ số CT 800:1 tại vị trí thanh cái 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 2) Chọn CB Trong phần mềm Etap chọn CB của ABB mã số 25HKSA1000 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Định mức CB Dấu Tính toán Uđm (kV) 25 > 22 Iđm (A) 1200 > 248.487 3) Chọn và chỉnh định Relay Chọn Relay quá dòng điện của nhà sản xuất Siemens mã hiệu 7SJ511 kết nối với CT, khai báo đầu ra tác động mở CB cao áp và khai báo các chức năng của Relay quá dòng điện: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat a. Chức năng 51: - Chọn đặc tính very inverse, chọn trị đặt thời gian là 0.5 - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1.0 Dòng điện khởi động sơ cấp: Ikđ-sc = Kat Kmm = 1.284 A Ilvmax Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = I kd sc 388.485355 A  800 Ktv KCT Dòng điện chỉnh định vào Relay với độ phân giải 0.01 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat + Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = 0.48535 A + Dòng điện khởi động sơ cấp: Ikđ-sc = 388.3 A Chỉnh định thời gian tác động: Trị đặc thời gian Tp = 0. Chức năng 50: - Tính dòng khởi động biết Kat =1.2 - Chỉnh thời gian tác động là 0.05 s Dòng điện khởi động sơ cấp: Ikđ-sc = Kat .668 kA Trong đó: Inm – max – là dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại cuối vùng bảo vệ của chức năng 50 là dòng ngắn mạch 3 pha tại Bus3 Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = Ikd tc 7668 = 9.585 A  800 800 Dòng điện chỉnh định vào relay với độ phân giải 0.01 + Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = 9.585 A + Dòng điện khởi dộng sơ cấp: Ikđ-sc = 7668 A Thời gian tác động: t = 0.05 s TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat c.

Chức năng 51N - Chọn đặc tính very inverse, chọn trị đặt thời gian là 0.02 - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1.1 Dòng điện không cân bằng max: Ikcb-max = KđnKssInm-max = 0.8 A Dòng điện khởi động sơ cấp với Kat là 1.2: Ikđ-sc = KatIkcb-max = 1.36 Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc =  800 = 0.1917 A K Dòng điện chỉnh định vào Rơ le với độ phân giải là 0.01 A: + Dòng khởi động sơ cấp: Ikđ-sc = 153.4 A + Dòng khỏi đọng thứ cấp: Ikđ-tc = 0.1917 A Trị đặc thời gian: Tp = 0. Chức năng 50N: - Tính dòng điện khởi động biết Kat = 1.2 - Chọn thời gian tác động là 0.01 s Dòng điện khởi động sơ cấp với Kat là 1.2 Ikđ-sc = Kat3I0-max = 1.2 x 4020 = 4824 A Với dòng 3I0-max là dòng ngắn mạch 1 pha IN(1) tại thanh cái Bus3 Dòng điện khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = Ikd sc 4824 K  800 = 6.03 A Dòng điện chỉnh định vào Rơ le với độ phân giải là 0.01 A + Dòng khởi động thứ cấp: Ikđ-tc = 6.03 A + Dòng khởi động sơ cấp: Ikđ-sc = 4824 A TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Thời gian tác động cắt nhanh của chức năng 50N : t = 0.01 s CHỈNH ĐỊNH DÒNG ĐIỆN TÁC ĐỘNG DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG CHỨC NĂNG ĐẶC TÍNH THỜI GIAN SƠ CẤP THỨ CẤP 51 388.48535 Very Inverse – time dial= 0.1917 Very Inverse – time dial=0.01 s Chỉnh định các giá trị vào Relay theo bảng trên TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat 4) Tạo sự cố kiểm tra trình tự tác động của các chức năng trên a) Khi sự cố 3 pha tại nút 6 => Khi sự cố 3 pha tại nút 6 chức năng 51 tác động sau khoảng thời gian 605 ms TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat b) Khi sự cố 1 pha tại nút 6 => Khi sự cố 1 pha tại nút 6 chức năng 51N tác động sau 39.7 ms và chức năng 51 tác động sau 1105 ms TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat c) Khi sự cố 2 pha tại nút 6 => Khi sự cố 2 pha tại nút 6 chức năng 51 tác động sau khoảng thời gian 709 ms TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat d) Khi sự cố 2 pha chạm nhau chạm đất tại nút 6 => Khi sự cố 2 pha chạm nhau chạm đất tại nút 6 thì chức năng 51N tác động sau 57.7 ms và chức năng 51 tác động sau 670 ms TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat THỨ TỰ TÁC ĐỘNG ỨNG VỚI CÁC SỰ CỐ TẠI THANH CÁI 6 Thời gian hay thứ tự (ms) Chức năng Sự cố a Sự cố b Sự cố c Sự cố d 51 605 (1) 1105 (2) 709 (1) 670 (2) 50 x x x x 51N x 39.7 (1) 50N x x x x TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat Bài 3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG Cho mạng điện phân phối như Hình 1. ~ HTĐ-1 110 kV CB-2 67 Phụ tải 3 Máy biến áp Đường dây phân phối 7 L1 22 kV 80 km 110/22 kV 2 1 CB CT 3 9 r = 0.4 6 CB-1 (Ω/km) 67 Phụ tải 5 Phụ tải 1 Thứ tự R 4 không gấp ba thứ tự CB-13 Phụ tải 2 Phụ tải 4 Đóng CB Mở 8 thuận 5 Phụ tải 3 r = 0.01 Máy biến áp Đường dây phân phối 7 x0 = 0.