Đồ án tốt nghiệp: Tính toán bảo vệ rơ le cho lưới điện 110kV - Đại học Điện Lực

Đồ án nghiên cứu 12 28 16 đồ án bảo vệ lưới nguyễn tấn linh, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Nguyễn Tấn Linh
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Sỹ Chương
• Trường học: Trường Đại học Điện lực
• Chuyên ngành: Hệ thống điện
• Đề tài: Đánh giá sự làm việc của bảo vệ quá dòng điện cho lưới điện 110kV
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH
• 1.1. Giới thiệu về đối tượng được bảo vệ
• 1.1.1. Mô tả chung
• 1.1.2. Thông số của hệ thống
• 1.1.3. Thông số phụ tải
• 1.1.4. Thông số Máy biến áp (AT1, AT2, AT3 và AT4)
• 1.1.5. Thông số của đường dây
• 1.1.6. Thông số rơ le bảo vệ
• 1.1.6.1. Máy biến áp
• 1.1.6.2. Thanh cái
• 1.1.6.3. Đường dây
• 1.1.7. Thông số của các TI
• 1.1.7.1. TI phía 220 kV
• 1.1.7.2. TI phía 110 kV
• 1.1.8. Thông số của các TU
• 1.1.8.1. TU phía 220 kV
• 1.1.8.2. TUphía 110 kV
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LƯỚI BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD
• 2.1. Mục đích của việc mô phỏng lưới điện
• 2.2. Giới thiệu phần mềm được sử dụng
• 2.3. Tính toán trào lưu công suất bằng phần mềm PowerWorld
• 2.3.1. Nhập các thông số của lưới điện
• 2.3.2. Nhập thông số Hệ thống 1 và TBA_A
• 2.3.3. Nhập thông số Hệ thống 2 và TBA_B
• 2.3.4. Nhập thông số đường dây
• 2.4. Kết quả tính toán trào lưu công suất bằng phần mềm PowerWorld
• 3. CHƯƠNG 3: LẬP PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO LƯỚI ĐIỆN
• 3.1. Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đường dây
• 3.2. Các dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của đường dây
• 3.3. Các bảo vệ rơ le được sử dụng cho đường dây
• 3.4. Phương thức bảo vệ cho đường dây
• 3.5. Nguyên lý làm việc của các loại bảo vệ quá dòng điện được sử dụng cho đường dây
• 3.5.1. Bảo vệ quá dòng điện không hướng (50, 51)
• 3.5.2. Bảo vệ quá dòng điện cực đại không hướng (51)
• 3.5.3. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh không hướng (50)
• 3.5.4. Bảo vệ quá dòng kém áp (51/27)
• 3.5.5. Bộ phận định hướng công suất
• 3.5.6. Bảo vệ quá dòng điện có hướng (67)
• 3.5.7. Bảo vệ quá dòng điện cực đại có hướng
• 3.5.8. Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh có hướng
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
• 4.1. Phương pháp và các bước tính toán ngắn mạch
• 4.1.1. Ngắn mạch đối xứng: N(3)
• 4.1.2. Ngắn mạch không đối xứng: N(1), N(1,1), N(2)
• 4.2. Các điểm ngắn mạch cần tính toán
• 4.3. Kiểm tra kết quả tính toán ngắn mạch bằng tay và bằng phần mềm PowerWorld
• 4.3.1. Tính toán ngắn mạch bằng tay điểm N3
• 4.3.1.1. Tính toán điện kháng của các phần tử hệ thống và sơ đồ thay thế đầy đủ
• 4.3.1.2. Tính toán sơ đồ thay thế rút gọn
• 4.3.1.3. Tính toán dòng điện ngắn mạch
• 4.3.1.4. Tính toán dòng điện ngắn mạch 3 pha trên các nhánh của lưới
• 4.3.2. Tính toán ngắn mạch bằng phần mềm PowerWorld cho điểm N3
• 4.3.2.1. Nhập dữ liệu tính toán ngắn mạch
• 4.3.2.2. Tính toán ngắn mạch tại điểm N3
• 4.3.3. Tính toán ngắn mạch bằng phần mềm Power World
• 5. CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU VÀ CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CHO RƠ LE
• 5.1. Giới thiệu rơ le GRD140
• 5.2. Chức năng bảo vệ
• 5.3. Vận hành rơ le
• 5.4. Giao diện vận hành
• 5.5. Phím vận hành
• 5.6. Bảo vệ quá dòng có hướng
• 5.6.1. Ứng dụng của bảo vệ quá dòng có hướng
• 5.6.2. Đặc tính có hướng
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ CHỈNH ĐỊNH
• 6.1. Chọn BI dùng cho bảo vệ của đường dây
• 6.2. Tính toán thông số chỉnh định cho BVQDĐ cho đường dây
• 6.2.1. Bảo vệ quá dòng cực đại có hướng
• 6.2.2. Bảo vệ quá dòng pha cực đại (51)
• 6.2.3. Bảo vệ quá dòng TTK cực đại (51N)
• 6.2.4. Bảo vệ quá dòng TTN cực đại (46)
• 6.2.5. Thời gian khởi động bảo vệ quá dòng có thời gian cực đại có hướng
• 6.3. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
• 6.3.1. Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh (50)
• 6.3.2. Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh
• 6.4. Cài đặt thông số cho rơ le GRD140
• 6.4.1. Cài đặt cho chức năng quá dòng pha cực đại và quá dòng pha cắt nhanh
• 6.4.2. Cài đặt cho chức năng quá dòng TTK cực đại
• 6.5. Cài đặt cho chức năng quá dòng TTN cực đại

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính toán bảo vệ rơ le lưới điện 110kV

Hệ thống bảo vệ rơ le là một bộ phận không thể thiếu trong vận hành lưới điện. Đối với cấp điện áp 110kV, vai trò này càng trở nên quan trọng. Việc tính toán chính xác các thông số cài đặt giúp đảm bảo an toàn cho thiết bị, duy trì sự ổn định cung cấp điện và giảm thiểu thiệt hại khi có sự cố. Quá trình này đòi hỏi sự phân tích kỹ lưỡng các thông số của lưới và tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của một hệ thống bảo vệ.

1.1. Vai trò của hệ thống bảo vệ rơ le trong lưới điện 110kV

Hệ thống bảo vệ rơ le đóng vai trò giám sát liên tục trạng thái làm việc của các phần tử trong lưới điện 110kV. Nhiệm vụ chính của nó là phát hiện nhanh chóng các sự cố và các chế độ làm việc không bình thường. Khi phát hiện sự cố, hệ thống sẽ tự động cách ly phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống chung. Điều này giúp ngăn chặn sự cố lan rộng, hạn chế hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn cho nhân viên vận hành. Một hệ thống bảo vệ rơ le lưới điện 110kV hiệu quả giúp duy trì tính liên tục và ổn định của việc cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện và thiệt hại kinh tế. Nó hoạt động như một hệ thống phòng thủ tự động, bảo vệ các tài sản có giá trị lớn như máy biến áp, đường dây và thanh cái.

1.2. Các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống bảo vệ rơ le

Một hệ thống bảo vệ rơ le hiệu quả phải đáp ứng bốn yêu cầu cơ bản. Thứ nhất là tính chọn lọc: bảo vệ phải xác định đúng phần tử bị sự cố và chỉ tác động để cách ly phần tử đó. Thứ hai là tác động nhanh: thời gian loại trừ sự cố phải càng ngắn càng tốt để hạn chế hậu quả. Thứ ba là độ nhạy: bảo vệ phải phát hiện được tất cả các dạng sự cố trong vùng được giao bảo vệ, ngay cả trong các trường hợp sự cố có dòng điện nhỏ nhất. Cuối cùng là độ tin cậy: hệ thống phải làm việc chắc chắn khi cần thiết và không tác động sai trong các chế độ vận hành bình thường. Việc tính toán bảo vệ rơ le phải cân bằng và tối ưu hóa đồng thời cả bốn yếu tố này.

1.3. Giới thiệu đối tượng bảo vệ Lưới điện 110kV cụ thể

Đối tượng nghiên cứu là một lưới điện khu vực 110kV, nhận nguồn từ hai trạm biến áp 220/110kV. Theo tài liệu gốc, lưới điện bao gồm các đường dây trên không với các chủng loại dây dẫn khác nhau như AC-185 và AC-240, kết nối nhiều nút phụ tải quan trọng. Các phần tử chính cần bảo vệ bao gồm máy biến áp tự ngẫu 125MVA, hệ thống thanh cái và các đường dây truyền tải. Việc tính toán bảo vệ rơ le lưới điện 110kV cho đối tượng này yêu cầu thu thập và phân tích chính xác các thông số như điện kháng hệ thống, công suất phụ tải, chiều dài và đặc tính đường dây. Các rơ le kỹ thuật số của Toshiba, như rơ le GRD140, được lựa chọn để thực hiện các chức năng bảo vệ.

II. Thách thức chính trong việc tính toán bảo vệ rơ le 110kV

Việc thiết kế một phương thức bảo vệ hoàn hảo cho lưới 110kV đối mặt với nhiều thách thức. Các dạng sự cố đa dạng, sự thay đổi liên tục của chế độ vận hành và yêu cầu khắt khe về tính chọn lọc-độ nhạy tạo ra một bài toán phức tạp. Kỹ sư cần phân tích sâu sắc các tình huống vận hành và sự cố có thể xảy ra để đưa ra các giá trị cài đặt tối ưu, đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác trong mọi điều kiện.

2.1. Phân loại các dạng sự cố và chế độ làm việc bất thường

Lưới điện 110kV có thể gặp nhiều dạng hư hỏng. Sự cố lưới điện phổ biến nhất là ngắn mạch, bao gồm ngắn mạch ba pha, hai pha, hai pha chạm đất và một pha chạm đất. Mỗi dạng ngắn mạch tạo ra các giá trị dòng điện và điện áp khác nhau, đòi hỏi các chức năng bảo vệ riêng biệt. Ngoài ra, còn có các chế độ làm việc không bình thường khác như quá tải, đứt dây. Tình trạng quá tải kéo dài gây phát nóng, lão hóa cách điện. Đứt dây gây mất đối xứng, tạo ra thành phần dòng thứ tự nghịch có hại cho các máy điện quay. Việc tính toán bảo vệ rơ le phải nhận diện và xử lý được tất cả các tình huống này.

2.2. Khó khăn khi đảm bảo tính chọn lọc và độ nhạy của bảo vệ

Độ nhạy của bảo vệ và tính chọn lọc là hai yêu cầu thường mâu thuẫn với nhau. Tăng độ nhạy để phát hiện các sự cố nhỏ nhất có thể dẫn đến nguy cơ tác động nhầm khi có sự cố ngoài vùng bảo vệ, làm mất tính chọn lọc. Ngược lại, cài đặt quá cao để đảm bảo tính chọn lọc có thể khiến bảo vệ không đủ nhạy để cảm nhận các sự cố cuối đường dây hoặc sự cố qua tổng trở lớn. Việc chỉnh định rơ le là quá trình tìm kiếm điểm cân bằng tối ưu. Kỹ sư phải kiểm tra độ nhạy của bảo vệ ở chế độ vận hành cực tiểu và kiểm tra tính chọn lọc ở chế độ vận hành cực đại để đảm bảo hệ thống hoạt động đúng trong mọi kịch bản.

2.3. Ảnh hưởng của chế độ vận hành max min đến tính toán

Trị số dòng ngắn mạch phụ thuộc rất lớn vào cấu trúc lưới và số lượng nguồn phát đang vận hành. Do đó, cần xét hai chế độ vận hành biên: cực đại (max) và cực tiểu (min). Chế độ max tương ứng với cấu hình hệ thống mạnh nhất, cho dòng ngắn mạch lớn nhất (INmax). Chế độ min tương ứng với cấu hình yếu nhất, cho dòng ngắn mạch nhỏ nhất (INmin). Giá trị INmax được dùng để chỉnh định rơ le cắt nhanh và kiểm tra tính ổn định của thiết bị. Giá trị INmin được dùng để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ. Thách thức của việc tính toán bảo vệ rơ le lưới điện 110kV là phải tìm ra một bộ thông số cài đặt duy nhất có thể làm việc hiệu quả và an toàn trong cả hai chế độ vận hành này.

III. Hướng dẫn tính toán ngắn mạch cho bảo vệ rơ le 110kV

Tính toán ngắn mạch là bước nền tảng và quan trọng nhất trong toàn bộ quy trình thiết kế bảo vệ rơ le. Kết quả tính toán chính xác dòng điện ngắn mạch tại các điểm khác nhau trên lưới là cơ sở để lựa chọn thiết bị, cài đặt thông số cho rơ le và kiểm tra sự phối hợp của hệ thống. Phương pháp các thành phần đối xứng là công cụ toán học chủ đạo được sử dụng để giải quyết bài toán này cho các sự cố không đối xứng.

3.1. Nguyên tắc tính toán ngắn mạch đối xứng và bất đối xứng

Phương pháp tính toán ngắn mạch dựa trên nguyên lý các thành phần đối xứng. Mọi hệ thống ba pha không đối xứng đều có thể được phân tích thành tổng của ba hệ thống đối xứng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không. Ngắn mạch ba pha là sự cố đối xứng, chỉ cần sử dụng sơ đồ thay thế thứ tự thuận để tính toán. Các sự cố không đối xứng như ngắn mạch một pha, hai pha yêu cầu tính toán trên cả ba sơ đồ thứ tự. Dòng điện tại điểm sự cố được xác định bằng cách kết nối các mạng thứ tự với nhau theo quy luật tương ứng với từng dạng sự cố. Đây là bước cốt lõi trong quy trình tính toán bảo vệ rơ le.

3.2. Lập sơ đồ thay thế các thành phần thứ tự của lưới điện

Để tính toán, lưới điện thực tế được chuyển đổi thành các sơ đồ thay thế cho mỗi thành phần thứ tự. Sơ đồ thứ tự thuận (TTT) chứa các nguồn điện và thể hiện chế độ làm việc bình thường. Sơ đồ thứ tự nghịch (TTN) không có nguồn và điện kháng của nó thường bằng điện kháng TTT đối với các phần tử tĩnh. Sơ đồ thứ tự không (TTK) phụ thuộc vào cách nối đất của các máy biến áp và cấu trúc đường dây. Trong tài liệu gốc, điện kháng của hệ thống, máy biến áp, đường dây được quy đổi về hệ đơn vị tương đối và biểu diễn trên các sơ đồ này. Việc lập sơ đồ chính xác là tiền đề cho kết quả tính toán ngắn mạch tin cậy.

3.3. So sánh kết quả tính toán ngắn mạch thủ công và phần mềm

Việc tính toán thủ công các thông số ngắn mạch rất phức tạp và tốn thời gian, đặc biệt với lưới điện có cấu trúc mạch vòng. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng như PowerWorld cung cấp một công cụ mạnh mẽ để tự động hóa quá trình này. Tài liệu gốc đã thực hiện so sánh kết quả tính toán bằng tay và bằng PowerWorld (Bảng 4-15). Kết quả cho thấy sự sai khác nhỏ, chứng tỏ mô hình tính toán thủ công là đáng tin cậy. Tuy nhiên, sử dụng phần mềm giúp giảm đáng kể thời gian, cho phép phân tích nhiều kịch bản sự cố một cách nhanh chóng và trực quan, nâng cao hiệu quả của việc tính toán bảo vệ rơ le lưới điện 110kV.

IV. Phương pháp chỉnh định thông số rơ le quá dòng 110kV

Sau khi có kết quả tính toán ngắn mạch, bước tiếp theo là chỉnh định thông số cho các chức năng bảo vệ. Bảo vệ quá dòng điện là chức năng phổ biến nhất, bao gồm bảo vệ quá dòng cực đại có thời gian (chức năng 51) và bảo vệ quá dòng cắt nhanh (chức năng 50). Mỗi chức năng có một nguyên tắc cài đặt riêng nhằm đảm bảo các yêu cầu cơ bản của hệ thống bảo vệ, đặc biệt là tính chọn lọc và độ nhạy.

4.1. Lựa chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cực đại 51

Chức năng bảo vệ quá dòng điện cực đại (51) cần được cài đặt để không tác động với dòng làm việc lớn nhất nhưng phải đủ nhạy với dòng ngắn mạch nhỏ nhất. Dòng khởi động (Ikđ) được tính toán dựa trên dòng làm việc cực đại (ILvmax) qua các hệ số. Công thức cơ bản là: Ikđ = (kat * kmm / ktrv) * ILvmax. Trong đó, kat là hệ số an toàn, kmm là hệ số mở máy của phụ tải động cơ, và ktrv là hệ số trở về của rơ le. Việc xác định chính xác ILvmax thông qua tính toán trào lưu công suất là rất quan trọng để có một thông số cài đặt rơ le phù hợp, tránh tác động nhầm khi phụ tải tăng cao.

4.2. Nguyên tắc cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50

Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) tác động tức thời với các sự cố có dòng điện lớn trong phạm vi bảo vệ chính của nó. Để đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối, dòng khởi động của chức năng này phải được chọn lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại khi sự cố xảy ra ở cuối vùng bảo vệ (INng.max). Công thức là: Ikđ ≥ kat * INng.max, với kat là hệ số an toàn (thường từ 1.2 đến 1.3). Điều này đảm bảo bảo vệ cắt nhanh của một đường dây sẽ không tác động khi có sự cố trên đường dây kế tiếp. Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh thường không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây.

4.3. Phối hợp thời gian tác động để đảm bảo tính chọn lọc

Đối với các bảo vệ quá dòng có thời gian (51), tính chọn lọc được đảm bảo bằng nguyên tắc phối hợp thời gian theo từng cấp. Các rơ le được bố trí nối tiếp từ phụ tải về nguồn. Rơ le gần phụ tải nhất sẽ có thời gian tác động ngắn nhất. Thời gian tác động của rơ le liền kề phía nguồn sẽ được đặt lớn hơn một khoảng thời gian gọi là cấp chọn lọc (Δt), thường có giá trị 0.3-0.5 giây. Quá trình chỉnh định rơ le này đảm bảo rằng khi có sự cố, chỉ có máy cắt gần nhất phía nguồn so với điểm sự cố tác động, cô lập vùng nhỏ nhất có thể. Sơ đồ phối hợp thời gian-dòng điện (đặc tuyến) là công cụ trực quan để kiểm tra sự phối hợp này.

V. Ứng dụng PowerWorld trong mô phỏng bảo vệ lưới 110kV

Các công cụ mô phỏng hiện đại như phần mềm PowerWorld đã trở thành một phần không thể thiếu trong công tác nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện. Việc ứng dụng phần mềm cho phép mô phỏng chính xác các chế độ vận hành, tính toán nhanh chóng các thông số sự cố và kiểm tra lại toàn bộ phương án bảo vệ trước khi đưa vào vận hành thực tế, giúp tăng độ tin cậy và tiết kiệm thời gian.

5.1. Mô phỏng trào lưu công suất để xác định dòng làm việc

Bước đầu tiên khi sử dụng PowerWorld là xây dựng mô hình chi tiết của lưới điện 110kV, bao gồm thông số của nguồn, máy biến áp, đường dây và phụ tải. Sau đó, tiến hành chạy tính toán trào lưu công suất. Kết quả mô phỏng cung cấp thông tin về sự phân bố công suất, điện áp tại các nút và quan trọng nhất là dòng điện chạy trên các nhánh ở chế độ tải cực đại (ILvmax). Theo tài liệu gốc (Bảng 2-1), các giá trị ILvmax này là dữ liệu đầu vào không thể thiếu để tính toán dòng khởi động cho các chức năng bảo vệ quá dòng điện, đảm bảo rơ le không tác động sai khi lưới vận hành bình thường.

5.2. Chạy mô phỏng các dạng ngắn mạch tại nhiều điểm trên lưới

Sau khi có mô hình lưới, PowerWorld cho phép thực hiện tính toán ngắn mạch một cách nhanh chóng và chính xác. Người dùng có thể giả lập nhiều loại sự cố (3 pha, 1 pha chạm đất,...) tại bất kỳ vị trí nào trên lưới (thanh cái, giữa đường dây). Phần mềm sẽ tự động tính toán và xuất ra các giá trị dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu. Các kết quả này (ví dụ Bảng 4-16 trong tài liệu) là cơ sở dữ liệu quan trọng để kỹ sư thực hiện chỉnh định rơ le, đặc biệt là cài đặt cho bảo vệ cắt nhanh và kiểm tra độ nhạy của bảo vệ dự phòng. Quá trình này hiệu quả hơn rất nhiều so với tính toán thủ công.

5.3. Kiểm tra độ nhạy và sự phối hợp của các chức năng bảo vệ

Một trong những ưu điểm lớn nhất của mô phỏng là khả năng kiểm tra và xác thực. Sau khi các thông số cài đặt rơ le đã được tính toán, chúng có thể được nhập vào mô hình bảo vệ trong phần mềm. Bằng cách giả lập lại các sự cố, kỹ sư có thể quan sát trình tự tác động của các rơ le, kiểm tra xem chúng có đảm bảo tính chọn lọc (đúng rơ le tác động với thời gian phù hợp) và độ nhạy (phát hiện được sự cố nhỏ nhất) hay không. Quá trình này giúp phát hiện sớm các sai sót trong tính toán hoặc phối hợp, cho phép tinh chỉnh lại các giá trị cài đặt để tối ưu hóa hiệu suất của toàn bộ hệ thống bảo vệ rơ le lưới điện 110kV.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 1. Giới thiệu về đối tượng được bảo vệ Đối tượng được bảo vệ trong phạm vi đồ án này là lưới điện khu vực 110kV như sau: Hình 1-1 Sơ đồ kết dây lưới điện khu vực 110kV Lưới điện này nhận điện từ HTĐ thông qua hai TBA 220kV. Công suất mà HTĐ cung cấp cho hai TBA này được mô tả là hai nguồn HT1 và HT2…. Các đối tượng được bảo vệ Trạm biến áp 220 kV Thanh cái 220 kV và 110 kV Đường dây 110kV BT – DE Lưới điện 110kV SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 13 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV 1.

Mô tả chung 1. Thông số của hệ thống Scb = 100 MVA; Ucb = Utb các cấp Hệ thống 1 X1_HT1 X2_HT1 X0_HT1 + Chế độ Max 0,026 0,026 0,052 + Chế độ Min 0,03 0,03 0,06 Hệ thống 2 X1_HT2 X2_HT2 X0_HT2 + Chế độ Max 0,021 0,021 0,042 + Chế độ Min 0,025 0,025 0,05 1. Thông số phụ tải Phụ tải Nút A Nút C Nút D Nút E Pmax 30 82 130 78 Qmax 14,5 39,1 62,4 37,3 Cos 0,900 0,903 0,902 0,902 1. Thông số Máy biến áp (AT1, AT2, AT3 và AT4) + Loại máy: MBA tự ngẫu 3 pha, có bộ điều áp dưới tải; + Công suất định mức: 125MVA; + Tỷ số biến áp: 230  81,25 / 115 / 23 kV; + Điện áp định mức: UCđm = 242kV, UTđm = 145kV, UHđm = 24kV;  Điện áp ngắn mạch phần trăm: UN(C-T) = 11%, UN(C-H) = 20%, UN(T-H) = 6,5%; + Tổ đấu dây: Y0/Y0/ Y0 _12_12 1.

Thông số của đường dây SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 14 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV  Chủng loại: AC-185;  Điện áp danh định: Udđ = 110kV  Dòng cho phép: Icp = 470A;  Điện trở đơn vị TTT và TTK: r1 = 0.162 [/km]; r0= 2 r1 [/km];  Điện kháng đơn vị TTT và TTK: x1 = 0.413 [/km]; x0= 2 x1 [/km];  Dung dẫn đơn vị: b1-0 = 2.75 [S/km];  Chiều dài: Cho trong hình vẽ;  Chủng loại: AC-240;  Điện áp danh định: Udđ = 110kV;  Dòng cho phép: Icp = 560A;  Điện trở đơn vị TTT và TTK: r1-0 = 0.12 [/km]; r0= 2 r1 [/km];  Điện kháng đơn vị TTT và TTK: x1-0 = 0.405 [/km]; x0= 2 x1 [/km];  Dung dẫn đơn vị: b1-0 = 2.81 [S/km];  Chiều dài: Cho trong hình vẽ; 1. Thông số rơ le bảo vệ Theo yêu cầu của đồ án, các loại rơ le được sử dụng để bảo vệ cho các phần tử của lưới điện trên là rơ le của hãng TOSHIBA, do vậy chúng ta chọn ra các loại rơ le cụ thể như sau: 1. Máy biến áp Chủng loại: GRT100 Tên hãng: TOSHIBA Loại bảo vệ: Bảo vệ quá dòng điện Chức năng bảo vệ: 1. Thanh cái Chủng loại: GRB100 Tên hãng: TOSHIBA SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 15 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Loại bảo vệ: Bảo vệ so lệch Chức năng bảo vệ: 87 Loại bảo vệ: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có thời gian 1.

Đường dây Chủng loại: GRZ100 Tên hãng: TOSHIBA Loại bảo vệ: Bảo vệ Khoảng cách Chức năng bảo vệ: 21/21N Chủng loại: GRD140 Tên hãng: TOSHIBA Loại bảo vệ: Bảo vệ quá dòng điện có hướng Chức năng bảo vệ: 67/67N 1. Thông số của các TI 1. TI phía 220 kV Chủng loại: Loại một pha Tần số định mức: 50Hz Điện áp sơ cấp danh định: 220 kV Điện áp vận hành lớn nhất cho 252 kV phép: Điện áp thử nghiệm tăng cao: 400kV Dòng điện sơ cấp định mức: 1200A Dòng điện thứ cấp danh định: 1A SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 16 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV 1. TI phía 110 kV Điện áp định mức 245 kV Tỉ số biến dòng 150-1200/1A 1.

Thông số của các TU 1. TU phía 220 kV Chủng loại: Loại một pha Tần số định mức: 50Hz Công suất định mức: 2000VA Điện áp sơ cấp danh định: 220 kV/√3 Điện áp thứ cấp danh định: 110V/√3 Tổ đấu dây: Y0/Y0/ Δ hở_12_11 1. TUphía 110 kV Tỷ số biến 225 / 0,1 / 0,1 3 3 Tổ đấu dây Y0/Y0/_12_11 SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 17 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LƯỚI BẰNG PHẦN MỀM POWERWORLD 2. Mục đích của việc mô phỏng lưới điện Nhiệm vụ đặt ra đối với một HTĐ bất kỳ là phải đảm bảo vận hành an toàn tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải trong HTĐ.

Đối với một HTĐ đã được thiết kế, xây dựng và lắp đặt xong, thì chúng ta phải thiết kế đưa ra phương thức bảo vệ và tính toán các thông số cài đặt cho các chức năng bảo vệ trong sơ đồ. Trước khi đóng điện để đưa lưới điện vào vận hành nhằm cung cấp điện cho các phụ tải đã biết, thì chúng ta phải đưa ra sơ đồ kết dây cho lưới điện đó dựa trên các thiết bị hiện có. Tuy nhiên, để khẳng định lưới điện đó có đủ khả năng cung cấp điện cho các phụ tải hay không, thì chúng ta cân phải tiến hành các bước sau:  Đưa ra sơ đồ kết dây của lưới điện;  Tính toán trào lưu công suất => ILvmax chạy qua các phần tử của lưới điện để nhằm kiểm tra điều kiện quá tải của các phần tử.  Tính toán ngắn mạch => INmax chạy qua các phần tử để kiểm tra điều kiện chịu đựng ngắn mạch của các phần tử.

 Tính toán ILvmax qua các phần tử để phục vụ việc lựa chọn các BI có tỷ số biến phù hợp cho các BVRL.  Tính toán ILvmax, INmax và INmin để phục vụ việc tính toán các giá trị khởi động và kiểm tra sự làm việc của các chức năng bảo vệ rơ le.  … Theo yêu cầu của đồ án, chúng ta phải thiết kế hệ thống bảo vệ cho lưới điện Hình 1-1, và tính toán các thông số chỉnh định cho các chức năng bảo vệ. Do vậy, đòi hỏi số lượng tính toán rất lớn, nếu tính toán bằng tay thì rất khó có thể thực hiện trong khoảng thời gian giới hạn của đồ án tốt nghiệp.

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng HTĐ sẽ giúp chúng ta giảm được thời gian tính toán trào lưu công suất lưới điện, phân bố điện áp…, và dòng điện ngắn mạch tương ứng với các điểm sự cố giả tưởng theo yêu cầu của đề bài. Giới thiệu phần mềm được sử dụng  Phần mềm Power World là một trong những phần mềm mô phỏng hệ thộng điện của hãng PTI.  Phần mềm cung cấp các công cụ mô phỏng hiệu quả và quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật giúp người kỹ sư giảm được thời gian và giảm được chi phi nghiên cứu.  Điều quan trọng nhất của phần mềm này là khá đơn giản, phổ biến tất cả mọi người SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 18 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV tìm hiểu và sử dụng nó.

 Nó là công cụ hữu ích trong việc thiết kế tính toán thiết kế, mô phỏng chạy trào lưu công suất …  Sơ lược các đối tượng trên sơ đồ:  Thanh cái/nút (Bus): Có 3 loại nút: Slack bus, PV, PQ. Là thiết bị để kết nối các MPĐ, MBA, đường dây, MBA, phụ tải.  MBA: Là thiết bị truyền tải công suất giữa BUS và nguồn.  Biểu đồ hình tròn: biểu hiện mức độ mang tải của đường dây MBA.

Tính toán trào lưu công suất bằng phần mềm PowerWorld 2. Nhập các thông số của lưới điện 2. Nhập thông số Hệ thống 1 và TBA_A Để đơn giản hóa việc lập sơ đồ mô phỏng cho lưới điện, thì chúng ta gộp TBA và HT1 thành nguồn cung cấp cho thanh cái 110kV (nút 3) Vẽ sơ đồ điện kháng tương đương X= XHT + XTBA_A = 0.026 Để đơn giản hóa việc lập sơ đồ mô phỏng cho lưới điện, thì chúng ta gộp TBA và HT1 thành nguồn cung cấp cho thanh cái 110kV (nút 3) HT1 HT1 0,026 XH 0.1154 0,0894 Biến đổi X XMBA_A Tổng trở tương đương X1 = X2 = XH+XMBA_A =0.1154 X0 = 0,052+0,0894 = 0,1414 Ta nhập thông số vào trong phần mềm PowerWorld như sau: SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 19 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Hình 2-1 Nhập số liệu điện kháng tương đương SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 20 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Hình 2-2 Nhập các thông số của HT1 2. Nhập thông số Hệ thống 2 và TBA_B Hoàn toàn tương tự thì chúng ta gộp TBA_B và HT2 thành nguồn cung cấp cho thanh cái 110kV (nút 4) Vẽ sơ đồ điện kháng tương đương SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 21 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV HT2 HT1 XHT2 0.021 X Biến đổi XMBA_B 0.089 Tổng trở tương đương: X = XHT2+XMBA_B = 0,11 SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 22 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 23 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Hình 2-3 Nhập số liệu kháng tương đương SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 24 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Hình 2-4 Nhập các thông số của HT2 2.

Nhập thông số đường dây Nhận thấy rằng các cặp đường dây 3-4, 3-5, 5-6 có cùng loại đường dây AC-185 nên chúng ta sẽ nhập thông số cho đường dây 3-4, và tương tự cho các cặp đường dây 3-5, 5-6. SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 25 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV Hình 2-5 Nhập các thông số đường dây AC 185 Hoàn toàn tương tự các cặp đường dây 4-5, 4-6 có cùng loại đường dây AC-240 nên chúng ta sẽ nhập thông số cho đường dây 4-5 tương tự cho cặp 4-6 Hình 2-6 Nhập các thông số đường dây AC 240 SVTH: Nguyễn Tấn Linh – Đ7H1 26 GVHD: Th.S Nguyễn Sỹ Chương Đồ án tốt nghiệp Tính toán bảo vệ rơle lưới 110 kV 2.