Đồ án 2: Thiết kế trạm biến áp 110/22kV - Nguyễn Khánh Hòa

nút 1:
t51L= 13.56744480-1×0.18=0.186 (s)
Để đảm bảo phối hợp hoạt động của relay phía thứ cấp Máy Biến Áp và relay Đường dây, thứ tự tác động khi có ngắn mạch hai pha chạm đất tại thanh cái 22 kV (nút 1) là: relay 51N đường dây, relay 51 đường dây, relay 51N thứ cấp Máy Biến Áp và relay 51 thứ cấp Máy Biến Áp:
t51NL<t51L<t51NS<t51S
Chọn t51NS=0.5 (s)
Như vậy relay 51NS phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch hai pha chạm đất tại nút 1 sau khoảng thời gian là 0.5 s:
t51NS= 13.53×1388480-1×K=0.5 ⇒K=0.284 
Chọn K=0.28
Thời gian tác động sau khi cài đặt:
t51NS= 13.53×1388480-1×0.28=0.49 (s)
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không:
Relay ngay sát thanh cái không cài đặt chức năng cắt nhanh 50/50N.
Tổng kết: Thông số cài đặt cho relay phía thứ cấp Máy Biến Áp trong trường hợp vận hành bình thường (hai MBA làm việc song song) 	
Relay
51S
51NS
Thông số
I>=5.1
K=0.31
I0>=2.4
K=0.28
Relay phía sơ cấp MBA:
Bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá dòng thứ tự không (51P/51NP):
Chọn biến dòng:
Tương tự như chọn biến dòng cho relay phía thứ cấp, ta cũng chọn dựa trên dòng làm việc lớn nhất có thể đi qua relay:
Dòng làm việc lớn nhất qua relay: dòng ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 110kV:
INM_110(3)=1X1td-cao*×525=10.1872×525=2804(A)
Chọn biến dòng nBI=400:5 (vì 2804400=7.011<20)
Dòng khởi động 51: 	
Ilv_max=65000/21103=170 (A)
Ikđ51P=Kat××Ilv_max=1.2×170=204(A)
Ikđ51PR=204/400:5 =2.55
Chọn I> =2.6
 Dòng khởi động cài đặt: Ikd51P=2.6×400:5=208 (A)
Dòng khởi động 51N:
Ikcb,max=0.05×INM_22(3)110:22=0.05×7408110:22=74.08(A)
Ikđ51NS=kat×Ikcb,max=1.3×74.08=96.304(A)
Ikđ51NSR=Ikđ51NSnBI=96.304400:5=1.2038(A)
Chọn I0> = 1.2 (A)
Dòng khởi động sơ cấp:
Ikđ51NS=1.2×400:5=96(A)
Phối hợp thời gian: Relay phía sơ cấp cần phối hợp thời gian tác động với relay phía thứ cấp Máy Biến Áp.
Xét ngắn mạch ba pha (N3) ngay tại thanh cái 22kV (nút 1):
Thời gian tác động của relay 51 thứ cấp khi có sự cố ngắn mạch ba pha (N3) tại nút 1: t51S=0.668 (s)
t51P=t51S+∆t=0.668+0.5=1.168 (s)
Như vậy relay 51P phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch ba pha (N3) tại nút 1 (lúc này giá trị dòng đi qua relay là: 7408/110:22 = 1481.6 A) sau khoảng thời gian là 1.168 ( s)
t51P= 13.51481.6208-1×K=1.168 ⇒K=0.529
Chọn K=0.53
Thời gian tác động sau khi cài đặt: 
t51P= 13.51481.6208-1×0.53=1.169 (s)
Xét ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) ngay tại thanh cái 22kV (nút 1):
Thời gian tác động của relay 51NS thứ cấp, 51S thứ cấp, 51P sơ cấp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất tại nút 1 lần lượt là:
t51NS=0.49(s)t51S=0.746 (s)t51P=13.56744/5208-1×0.53=1.305 (s)
Để đảm bảo phối hợp: 
t51NS<t51S<t51NP<t51P
 Chọn t51NP=1 (s)
Như vậy relay 51NS phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch hai pha chạm đất tại nút 1 sau khoảng thời gian là 1 ( s)
t51NP= 13.53×1388:596-1×K=1 ⇒K=0.569
Chọn K=0.57
Thời gian tác động sau khi cài đặt:
t51NP= 13.53*1388:596-1×0.57=1.003 (s)
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (50P/50NP):
Tỷ số biến dòng: 400:5
Dòng khởi động 50: 
Ikđ=kat×INM_ max=1.2×1481.6=1778(A)
Dòng khởi động thứ cấp:
IkđR=1778400:5=22.225 
Chọn: IkđR=I≫=22.2 
Dòng khởi động sau khi cài đặt: Ikđ50P=22.2×400:5=1776 (A)
Thời gian tác động relay 50: t≫=0.04 (s)
Dòng khởi động 50N: 
Ikđ=kat×3I0 max=1.3×3×max1777110:22,1388110:22=1386(A)
Dòng khởi động thứ cấp:
IkđR=1386400:5=17.32 
Chọn: IkđR=I0≫ =17.3
Dòng khởi động sau khi cài đặt: Ikđ50NP=17.3×400:5=1384 (A)
Thời gian tác động relay 50N: t0≫=0.02 (s)
Tổng kết: Thông số cài đặt cho relay phía sơ cấp Máy Biến Áp trong trường hợp vận hành bình thường (hai MBA làm việc song song)
Relay
50P
51P
50NP
51NP
Thông số
I≫ =22.2
t≫ 0.04
I> =2.6
K=0.53
I0≫ =17.3
t0≫0.02
I0>=1.2
K=0.57
TRƯỜNG HỢP 2: MỘT MÁY BIẾN ÁP BỊ SỰ CỐ, HAI MÁY CẮT PHÂN ĐOẠN THANH CÁI Ở TRẠNG THÁI ĐÓNG:
Giá trị các dòng ngắn mạch là dòng tính toán ngắn mạch trong trường hợp 3 đã tính ở chương 1.
Relay phía thứ cấp MBA: 
Bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá dòng thứ tự không (51S/51NS):
Tỷ số biến dòng:
	nBI=3000:5	
Dòng khởi động 51: 	
Ilv_max=65000223=1705 (A)
Ikd51S=Kat*Ilv_max=1.2*1705=2045(A)
Ikd51SR=2045/1000:5 =10.23(A) 
Chọn I>=10.2(A)
Dòng khởi động cài đặt: Ikd51S=10.2*1000:5=2040 (A)
Dòng khởi động 51N:
Ikcb,max=0.05INM_22(3)=0.05×9655=482.7(A)
Ikđ51NS=kat×Ikcb,max=1.3×482.7=627.58(A)
Ikđ51NSR=Ikđ51NSnBI=627.581000:5=3.13(A)
Chọn I0> = 3.1 (A)
Dòng khởi động sơ cấp:
Ikđ51NS=3.1×1000:5=620(A)
Phối hợp thời gian: 
Xét ngắn mạch ba pha (N3) ngay sát thanh cái 22 kV, phía sau relay đường dây:
	Thời gian tác động của relay 51 đường dây: 	 
t51L=13.5IIkđ-1×0.2=13.59655480-1×0.2=0.141 (s)
Thời gian tác động của relay 51 thứ cấp: 
t51S=t51L+∆t=0.141+0.5=0.641(s)
Như vậy relay 51P phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch ba pha (N3) tại nút 1 sau khoảng thời gian là 0.641 s:
t51S=13.596552040-1×K=0.641 s⇒K=0.177
Chọn K=0.18
Thời gian tác động sau khi cài đặt: 
t51S=13.596552040-1×0.18=0.65 (s)
Xét ngắn mạch hai pha chạm đất ( N(1,1) ) tại thanh cái 22 kV ngay sát phía sau relay đường dây: 
Thời gian tác động của relay 51S khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đât (N(1,1)) tại nút 1:
t51S= 13.588832040-1×0.18=0.724 (s)
Thời gian tác động của relay 51NL đường dây khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) tại nút 1:
t51NL= 13.53*2000176-1×0.33=0.135 (s)
Thời gian tác động của relay 51 đường dây khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) tại nút 1:
t51L= 13.58883480-1×0.2=0.154(s)
Để đảm bảo phối hợp hoạt động của relay phía thứ cấp Máy Biến Áp và relay Đường dây, thứ tự tác động khi có ngắn mạch hai pha chạm đất tại thanh cái 22 kV (nút 1) là: relay 51N đường dây, relay 51 đường dây, relay 51N thứ cấp Máy Biến Áp và relay 51 thứ cấp Máy Biến Áp:
t51NL<t51L<t51NS<t51S
Chọn t51NS=0.5(s)
Như vậy relay 51NS phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) tại nút 1 sau khoảng thời gian là 0.5 s:
t51NS= 13.53×2000620-1×K=0.5 ⇒K=0.321 
Chọn K=0.32
Thời gian tác động sau khi cài đặt:
t51NS= 13.53×2000620-1×0.32=0.5 (s) 
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không:
Relay ngay sát thanh cái không cài đặt chức năng cắt nhanh 50/50N.
Tổng kết: Thông số cài đặt cho relay phía sơ cấp Máy Biến Áp trong trường hợp vận hành bình thường (hai MBA làm việc song song)	
Relay
51S
51NS
Thông số
I>= 10.2
K=0.18
I0>=3.1
K=0.32
Relay phía sơ cấp MBA:
Bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá dòng thứ tự không (51P/51NP):
Tỷ số biến dòng:	nBI=400:5	
Dòng khởi động 51: 	
Ilv_max=650001103=341 (A)
Ikd51P=Kat×Ilv_max=1.2×341=409(A)
Ikd51PR=409/400:5 =5.11
Ta chọn I> =5.1
 Dòng khởi động cài đặt: Ikd51P=5.1×400:5=408 (A)
Dòng khởi động 51N:
Ikcb,max=0.05×INM_22(3)110:22=0.05×9655110:22=96.55(A)
Ikđ51NS=kat×Ikcb,max=1.3×96.55=125.515(A)
Ikđ51NSR=Ikđ51NSnBI=125.515400:5=1.569(A)
Chọn I0> = 1.6 (A)
Dòng khởi động sơ cấp:
Ikđ51NS=1.6×400:5=128(A)
Phối hợp thời gian: Relay phía sơ cấp cần phối hợp thời gian tác động với relay phía thứ cấp Máy Biến Áp.
Xét ngắn mạch ba pha (N3) ngay tại thanh cái 22kV (nút 1):
Thời gian tác động của relay 51 thứ cấp khi có sự cố ngắn mạch ba pha (N3) tại nút 1: t51S=0.65 (s)
t51P=t51S+∆t=0.65+0.5=1.15 (s)
Như vậy relay 51P (sơ cấp) phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch ba pha tại nút 1 (giá trị dòng đi qua relay là: 1931 A) sau khoảng thời gian là 1.15s
t51P= 13.51931408-1×K=1.15 ⇒K=0.318
Chọn K=0.32
Thời gian tác động sau khi cài đặt: 
t51P= 13.51931408-1×0.32=1.157 (s)
Xét ngắn mạch hai pha chạm đất (N(1,1)) ngay tại thanh cái 22kV(nút 1):
Thời gian tác động của relay 51NS thứ cấp, 51S thứ cấp, 51P sơ cấp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất tại nút 1 lần lượt là:
t51NS=0.65 (s)t51S=0.88 (s)t51P=13.58883/5408-1×0.32=1.288 (s)
Để đảm bảo phối hợp: 
t51NS<t51S<t51NP<t51P
 Chọn t51NP=1 (s)
Như vậy relay 51NP phải tác động cắt MC khi có dòng ngắn mạch hai pha chạm đất tại nút 1 sau khoảng thời gian là 1 ( s)
t51NP= 13.53×2000:5128-1×K=1 ⇒K=0.62
Chọn K=0.62
Thời gian tác động sau khi cài đặt:
t51NP= 13.53×2000:5128-1×0.62=1 (s)
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không (50P/50NP):
Tỷ số biến dòng: 400:5
Dòng khởi động 50: 
Ikđ=kat×INM_ max=1.2×1931=2317(A)
Dòng khởi động thứ cấp:
IkđR=2317400:5=28.97(A) 
Chọn: I≫ =29(A)
Dòng khởi động sau khi cài đặt:
Ikđ50P=29×400:5=2320 (A)
Thời gian tác động relay 50: t≫=0.04 (s)
Dòng khởi động 50N: 
Ikđ=kat×3I0 max=1.2×3×2466/5=1775.5(A)
Dòng khởi động thứ cấp:
IkđR=1775.5400:5=22.19 
Chọn: I0≫ =22.2
Dòng khởi động sau khi cài đặt :	
Ikđ50NP=22.2×400:5=1776 (A)
Thời gian tác động relay 50N: t0≫=0.02 (s)
Tổng kết: Thông số cài đặt cho relay phía thứ cấp Máy Biến Áp trong trường hợp vận hành sự cố (một MBA bị sự cố, máy còn lại cung cấp công suất cho toàn bộ tải)
Relay
50P
51P
50NP
51NP
Thông số
I≫=29
t≫= 0.04
I>=5.1
K=0.32
I0≫=22.2
t0≫=0.02
I0>=1.6
K=0.62
TỔNG KẾT
Thông số cài đặt cho ba relay: relay đường dây, relay thứ cấp và sơ cấp Máy Biến Áp trong hai trạng thái vận hành là:
TTVH
Relay Đường dây (L)
Relay phía thứ cấp MBA (S)
Relay phía sơ cấp MBA (P)
Trạng thái 1: Hai MBA làm việc song song.
nBI=800:5
I>=3K=0.18
I0>=1K=0.34
I≫=19.1t≫= 0.04
I0≫= 13.1t0≫=0.02
nBI=1000:5
I>=5.1K=0.31
I0>=2.4K=0.28
nBI=400:5
I>=2.6K=0.53
I0>=1.2K=0.57
I≫=22.2t≫= 0.04
I0≫=17.3t0≫=0.02
Trạng thái 2: Một MBA bị sự cố.
nBI=800:5
I>=3K=0.2
I0>=1.1K=0.33
I≫=20.7t≫= 0.04
I0≫= 14.3t0≫=0.02
nBI=1000:5
I>=10.2K=0.17
I0>=3.1K=0.32
nBI=400:5
I>=5.1K=0.32
I0>=1.6K=0.62
I≫=29t≫= 0.04
I0≫= 22.2t0≫=0.02
Bảng 4.1:Thông số cài đặt relay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Hoàng Việt (2012). Bảo vệ rơle và tự động hóa trong hệ thống điện. Nhà xuất bản Đại học quốc gia TPHCM.
[2] Nguyễn Hoàng Việt (2011). Các bài toán tính ngắn mạch và bảo vệ rơle trong hệ thống điện. Nhà xuất bản Đại học quốc gia TPHCM.