Đề tài Bảo vệ so lệnh máy biến áp sử dụng rơle so lệnh số 7UT51

TRƯỜNG …………………. KHOA………………………. -----[\ [\----- Đồ ỏn tốt nghiệp Đề tài: Bảo vệ so lệnh mỏy biến ỏp sử dụng rơle so lệnh số 7UT51 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 1 Lời cảm ơn Trong suốt khóa học (2001-2006) tại tr−ờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, với sự giúp đỡ của qúy thầy cô và giáo viên h- −ớng dẫn về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong thời gian thực hiện đề tài, nên đề tài đã đ−ợc hoàn thành đúng thời gian quy định. Em xin chân thành cảm ơn đến: Bộ môn Cung cấp & Sử dụng điện cùng bộ môn Điện kỹ thuật và tất cả qúy thầy cô trong khoa Cơ Điện đã giảng dạy những kiến thức làm cơ sở để thực hiện đồ án tốt nghiệp và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học. Đặc biệt, thầy Đỗ Văn Công - giáo viên h−ớng dẫn đề tài đã tận tình giúp đỡ và cho em những lời chỉ dạy qúy báu, giúp em định h−ớng tốt trong quá trình thực hiện đồ án này. Tất cả bạn bè, gia đình đã giúp đỡ động viên trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót, mong đ−ợc sự thông cảm và đóng góp ý kiến của qúy thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 3 năm 2006 Sinh viên Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 2 Trần Văn Quỳnh Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 3 Mục lục mở đầu 7 1/ Đặt vấn đề................................................................................................ 7 2/ Giới hạn của đề tài:.................................................................................. 8 3/ Mục đích nghiên cứu:.............................................................................. 8 4/ Hình thức nghiên cứu: ............................................................................. 8 5/ Đối t−ợng nghiên cứu:............................................................................. 8 6/ Ph−ơng pháp nghiên cứu: ........................................................................ 8 Ch−ơng 1: tổng quan về rơle thuật số ................................................................... 9 1/ Khái niệm về rơle bảo vệ......................................................................... 9 1.1/ Khái niệm ................................................................................................ 9 1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ............................................................ 10 1.3/ Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện. .................... 11 2/ Cấu tạo chung của rơle số sử dụng bộ vi xử lý..................................... 12 2.1/ S  khi ca rle s s dng b vi x lý............................................ 12 2.2/ Dựng chng trỡnh phn mm iu khin phn cng. ........................ 13 2.2.1/ Chng trỡnh phn mm h thng. ...................................................... 13 2.2.1.1/ Chng trỡnh t kim tra khi úng ngun............................................ 13 2.2.1.2/ Chng trỡnh h thng vào/ra c s (BIOS) ......................................... 13 2.2.1.3/ Chng trỡnh a nhim......................................................................... 14 2.2.1.4/ Cỏc chng trỡnh phc v cho lp trỡnh ng dng .............................. 14 2.2.2/ Chng trỡnh phn mm ng dng....................................................... 14 2.2.2.1/ Phn mm ng dng ca b vi x lý trong ch  khi ng .............. 15 2.2.2.2/ X lý d liu tng t ........................................................................... 15 2.2.2.3/ X lý tớn hiu s. .................................................................................. 15 2.2.2.4/ Thụng tin liờn lc. ................................................................................. 16 2.2.2.5/ Chc nng bo v.................................................................................. 16 2.2.2.6/ o lng và bn ghi s kin. ................................................................. 16 3/ Các tín hiệu đầu vào và đầu ra............................................................... 17 3.1/ Đầu vào t−ơng tự .................................................................................. 17 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 4 3.2/ Đầu vào số. ............................................................................................ 18 3.3/ Đầu ra số................................................................................................ 20 4/ Xử lý tín hiệu t−ơng tự. ......................................................................... 21 4.1/ Các bộ biến đổi đầu vào. ....................................................................... 21 4.2/ Các bộ lọc sơ bộ và khuếch đại. ............................................................ 22 4.3/ Bộ chuyển đổi t−ơng tự-số (ADC)......................................................... 22 5/ Các bộ lọc số. ........................................................................................ 23 6/ Bộ nguồn dùng cho rơle số.................................................................... 24 7/ Cổng vào ra thông tin tuần tự. ............................................................... 25 8/ Ph−ơng pháp so sánh trong rơle số........................................................ 28 8.1/ Ph−ơng pháp so sánh 2 đại l−ợng điện ở dạng cơ số 2 nhiều bít bằng sơ đồ phần cứng ............................................................................ 28 8.2/ Ph−ơng pháp so sánh 2 đại l−ợng điện theo giá trị góc pha bằng ph−ơng pháp phần mềm ........................................................................ 29 9/ Các bộ phận khác của rơle số ................................................................ 31 9.1/ Các bộ nhớ............................................................................................. 31 9.2/ Giao diện với ng−ời sử dụng.................................................................. 31 9.3/ Kết cấu lắp giáp..................................................................................... 32 Ch−ơng 2: Bảo vệ máy biến áp động lực.............................................................. 33 1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp. ....................................................... 33 1.1/ Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây MBA......................................... 33 1.2/ Ngắn mạch một pha chạm đất. .............................................................. 33 1.3/ Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một cuộn dây MBA. ............. 35 1.4/ Những h− hỏng và chế độ làm việc không bình th−ờng bên ngoài máy biến áp. .......................................................................................... 35 2/ Các ph−ơng án bảo vệ máy biến áp....................................................... 36 2.1/ Bảo vệ ngắn mạch.................................................................................. 36 2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch có hãm.................................................................. 36 2.1.2/ Sử dụng cầu chì. .................................................................................... 38 2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng........................................................................... 39 2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách............................................................................... 40 2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất.......................................................................... 41 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 5 2. 2/ Bảo vệ quá tải. ....................................................................................... 43 2.2.1/ Bảo vệ bằng rơle hơi. ............................................................................. 44 2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu...................................................................... 45 2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây. ............................................................ 46 2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu. ........................................................................... 47 Ch−ơng 3: Nguyên lý hoạt động của rơle so lệch số 7ut1* ................................... 50 1/ Các thông số kỹ thuật ............................................................................ 50 2/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle 7UT51* ................................ 52 3/ Nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp ........................................... 54 3.1/ Nguyên lý đo ......................................................................................... 54 3.2/ Làm phù hợp các giá trị đo đ−ợc. .......................................................... 54 3.3/ Đánh giá các giá trị đo đ−ợc.................................................................. 57 3.4/ Hãm cộng thêm khi máy biến dòng bị bão hòa. ................................... 60 3.5/ Hãm hài. ................................................................................................ 60 3.6/ Tác động cắt. ......................................................................................... 61 3.7/ Sử dụng ở máy biến áp đơn pha. ........................................................... 61 4/ Bảo vệ chạm đất có giới hạn máy biến áp. ............................................ 63 4.1/ Nguyên lý của bảo vệ. ........................................................................... 63 4.2/ Đánh giá các đại l−ợng đo đ−ợc. ........................................................... 64 5/ Một số chức năng khác trong 7UT51*.................................................. 67 5.1/ Bảo vệ quá dòng có thời gian. ............................................................... 67 5.2/ Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ. ................................................................. 68 5.3/ Bảo vệ chạm vỏ...................................................................................... 68 5.4/ Xử lý các tín hiệu cắt từ bên ngoài và các tín hiệu định nghĩa bởi ng−ời xử dụng.................................................................................. 69 5.5/ Ma trận cắt............................................................................................. 69 5.6/ Các chức năng phụ thuộc. ..................................................................... 69 Ch−ơng 4: Tính toán chọn thông số đặt cho trạm biến áp 110/22 kv sài đồng 2 máy s =2x40 mva. sử dụng rơle số 7ut51* ........................................................................... 75 1/ Cách cài đặt cho rơle 7UT51*............................................................... 75 1.1/ Giới thiệu bàn phím và bảng chỉ thị. ..................................................... 75 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 6 1.2/ Làm việc với máy tính cá nhân. ............................................................ 77 1.3/ Các điều kiện tr−ớc khi vận hành rơle 7UT51*. ................................... 77 1.4/ Cách cài đặt các thông số chức năng..................................................... 77 1.5/ Cài đặt cấu hình các chức năng bảo vệ.................................................. 80 1.6/ Xếp đặt các đầu vào, ra nhị phân và các chỉ thị LED............................ 83 1.6.1/ Xếp đặt các đầu vào nhị phân – khối địa chỉ 61.................................... 83 1.6.2/ Xếp đặt các rơle tín hiệu đầu ra-khối địa chỉ 62 ................................... 86 1.6.3/ Xếp đặt các chỉ thị LED – khối địa chỉ 63 ............................................ 92 1.6.4/ Xếp đặt các rơle cắt – khối địa chỉ 64 ................................................... 94 1.7/ Cài đặt thông số máy biến áp – khối địa chỉ 11 .................................... 98 1.8/ Các chỉnh định cho bảo vệ so lệch máy biến áp – khối địa chỉ 16...... 101 1.9/ Cách cài đặt cho bảo vệ chạm đất giới hạn-khối địa chỉ 19................ 106 1.10/ Cài đặt cho bảo vệ quá dòng dự phòng – khối địa chỉ 21. ................. 108 1.11/ Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ – khối địa chỉ 24 và 25........ 111 1.12/ Các chỉnh định cho bảo vệ dòng chạm vỏ – khối dịa chỉ 27............... 114 1.13/ Các tín hiệu.......................................................................................... 116 1.13.1/ Các tín hiệu vận hành – khối địa chỉ 51 .............................................. 116 1.13.2/ Đọc giá trị vận hành – các khối địa chỉ 57 và 59 ................................ 117 2/ Tính toán ngắn mạch ........................................................................... 118 2.1/ Khái niệm chung ................................................................................. 118 2.2/ Ph−ơng pháp tính toán dòng ngắn mạch ............................................. 118 2.3/ Tính toán ngắn mạch cho trạm biến áp ............................................... 119 2.4/ Tính toán ngắn mạch ở thanh cái máy biến áp.................................... 120 2.5/ Chọn biến dòng cho bảo vệ ................................................................. 121 2.6/ Cài đặt cho trạm biến áp 110/22 Kv Sài Đồng .................................... 122 2.7/ Các sơ đồ nối dây của rơle 7UT512 và 7UT513 ................................. 125 kết luận 128 Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 128 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 7 Mở đầu 1/ Đặt vấn đề Ngày nay, hầu nh− hoạt động của con ng−ời trong mọi lĩnh vực đều không thể tách khỏi nguồn năng l−ợng điện, ở n−ớc ta điện năng hầu hết đ−ợc sản xuất ở những nhà máy nhiệt điện, thủy điện có công suất lớn nh−: Thủy điện Hòa Bình, thủy điện Đa Nhim, thủy điện Trị An, nhiệt điện Phú Mỹ, nhiệt điện Phả Lại vv… Các nhà máy thủy điện thì đ−ợc xây dựng ở những vùng có vị trí địa lý thuận lợi cho viêc xây dựng nhà máy thủy điện, còn các nhà máy nhiệt điện thì đ−ợc xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nh−ng hộ tiêu thụ thì không chỉ những hộ ở xung quanh nhà máy. Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải đ−ợc điện năng từ các nhà máy đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục, an toàn và kinh tế nhất. Để đảm bảo sản l−ợng và chất l−ợng điện năng cần thiết, tăng c−ờng 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 có hiệu quả các ph−ơng tiện bảo vệ, thông tin đo l−ờng, điều chỉnh và điều khiển tự động trong hệ thống điện. Trong số các ph−ơng tiện này rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện nói chung và hệ thống điện lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy m−ơi 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 pháp 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 những h− hỏng trong mạch điện hoặc khi có dao động điện, nhằm hoàn thiện các ph−ơng pháp dự phòng trong các hệ thống khi có h− hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng nh− khi bản thân máy cắt điện bị trục trặc vv…hiện nay ng−ời ta đã chế tạo đ−ợc các thiết bị bảo vệ rơle ngày càng gọn nhẹ, hoạt động chính xác, tác động nhanh, độ an toàn và tin cậy rất cao. Vì vậy, để đáp ứng một phần yêu cầu này tôi quyết định nghiên cứu đề tài: “Bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle so lệch số 7UT51*” Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 8 2/ Giới hạn của đề tài: Đề tài chỉ tập chung nghiên cứu về lý thuyết, ch−a đ−a ra đ−ợc mô hình cụ thể cho trạm biến áp, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong đ−ợc sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô và các bạn để đề tài hoàn chỉnh hơn. 3/ Mục đích nghiên cứu: Vận dụng những kiến thức đã đ−ợc học ở tr−ờng 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. 4/ Hình thức nghiên cứu: • Các b−ớc tiến hành nghiên cứu. • Chọn đề tài. • Chính xác hóa đề tài. • Lập đề c−ơng. • Thu thập tài liệu. • Xử lý tài liệu. • Xây dựng mô hình thí nghiệm. • Viết công trình nghiên cứu. 5/ Đối t−ợng nghiên cứu: Đối t−ợng nghiên cứu là dựa trên cơ sở của việc xây mô hình bàn thí nghiệm bảo vệ so lệch máy biến áp. 6/ Ph−ơng pháp nghiên cứu: Sử dụng ph−ơng pháp xây dựng mô hình thí nghiệm và tham khảo tài liệu là chính. Việc tham khảo tài liệu giúp ng−ời thực hiện bổ xung thêm kiến thức, lý luận cũng nh− ph−ơng pháp mà những công trình nghiên cứu tr−ớc đó đã thực hiện. Nhờ đó ng−ời nghiên cứu tập chung giải quyết những vấn đề còn tồn tại. Tuy nhiên việc nghiên cứu tham khảo tài liệu luôn đảm bảo tính kế thừa và phát triển có chọn lọc Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 9 Ch−ơng 1 Tổng quan về rơle thuật số 1/ Khái niệm về rơle bảo vệ. 1.1/ Khái niệm Đối với các trạm biến áp cao thế, cũng nh− trong quá trình vận hành hệ thống điện nói chung, có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị đ−ờng dây hoặc do chế độ làm việc bất th−ờng của các phần tử trong hệ thống. Các sự cố này th−ờng kèm theo các hiện t−ợng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây h− hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. Các chế độ làm việc không bình th−ờng làm cho điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép. Nếu tình trạng làm việc kéo dài thì có thể sẽ xuất hiện sự cố lan rộng. Muốn duy trì hoạt động bình th−ờng của hệ thống và các hộ tiêu thụ điện khi xuất hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi phần bị h− hỏng. Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì đ−ợc hoạt động bình th−ờng, đồng thời cũng giảm mức độ h− hại của phần tử bị sự cố. Làm đ−ợc điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện đ−ợc. 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 th−ờng rơle bảo vệ sẽ phát tín hiệu và tùy theo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình th−ờng hoặc báo động cho nhân viên vân hành. Tùy 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 đ−ợc bảo vệ. • Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính trong tr−ờng 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 tr−ớc tiên (khi bảo vệ này tác động đúng). Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện – Tr−ờng ĐHNNI-Hà Nội 10 1.2/ Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ. Rơle bảo vệ phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây: • Tính chọn lọc. Là khả năng phân biệt các phần tử h− 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 bảo vệ để cung cấp điện an toàn