Tính toán ngắn mạch phục vụ thiết kế hệ thống bảo vệ máy biến áp 220kv

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

PHẦN THỨ NHẤT

TÍNH TỐN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
220/110/22 kV

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Chương I: Tính tốn ngắn mạch phục vụ thiết kế hệ thống
bảo vệ máy biến áp 220kV
1.1.

Mục đích, các trường hợp, giả thiết tính tốn ngắn mạch và thơng số
các phần tử

Để thiết kế bảo vệ cho bất kì một phần tử hay một hệ thống nào ta cần phải xem xét
đến sự cố nặng nề nhất, đó là sự cố ngắn mạch. Với sơ đồ hệ thống đang xét ta phải
chú ý đến các dạng ngắn mạch như sau:
-

Ngắn mạch ba pha đối xứng N(3)

-

Ngắn mạch hai pha N(2)

-

Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

-

Ngắn mạch một pha N(1)

Kết quả tính tốn ngắn mạch trên đối tượng được bảo vệ được dùng để tính tốn
các thơng số cài đặt cho các rơle.
Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ làm việc của hệ thống thể hiện qua
công suất ngắn mạch trên thanh cái, cấu hình hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và các
dạng ngắn mạch.
Các điểm cần xét tới ngắn mạch trong sơ đồ bảo vệ:
Đối với ngắn mạch ngồi ta tính tốn tại các điểm N 1, N2, N3 và ngắn mạch trong tại
các điểm ngắn mạch N1’, N2’, N3’ như trên sơ đồ hình vẽ sau:
BI0
BI2

BI1
N1'
HTÐ1

N2'

D1
D2

HTÐ2
N2
N1

N3'
BI3
22kV
N3

Hình 1.1: Sơ đồ các điểm cần tính ngắn mạch.

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

2


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

- N1, N2, N3 là các điểm nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp.
- N1’, N2’, N3’ là các điểm nằm trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp.
Các trạng thái vận hành của máy biến áp:
- Vận hành 2 máy biến áp làm việc song song.
- Vận hành 1 máy biến áp làm việc độc lập.
Mục đích và các trường hợp tính tốn ngắn mạch:
Mục đích:

- Kiểm tra sự làm việc của hệ thống điện (bảo vệ so lệch).
+ An toàn đối với ngắn mạch ngoài.
+ Độ nhạy đối với ngắn mạch trong.
- Tính tốn thơng số cài đặt cho các chức năng bảo vệ quá dòng.
- Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ dự phịng.
Các trường hợp tính tốn ngắn mạch:
Dịng điện ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ làm việc thể hiện qua công suất ngắn
mạch trên thanh cái, cấu trúc hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và các dạng ngắn mạch.
- Chế độ max:
Điều kiện: hệ thống điện ở chế độ max thì điện kháng của cả hệ thống min. Từ
điều kiện đó ta xét hai trường hợp với một máy biến áp vận hành độc lập và hai máy
biến áp vận hàn song song với mục đích: kiểm tra độ an tồn của bảo vệ so lệch và
tính tốn thơng số đặt của bảo vệ quá dòng dự phòng.
- Chế độ min:
Điều kiện: hệ thống điện chế độ min thì điện kháng của cả hệ thống là max.
Trong chế độ min ta xét:
- Hai máy biến áp vận hành song song.
Mục đích: kiểm tra độ nhậy của bảo vệ quá dòng.
- Một máy biến áp vận hành độc lập.
Mục đích: kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch.
Các dạng ngắn mạch phải tính tốn:
- Trong chế độ max phải tính các dạng:
+ Ngắn mạch ba pha đối xứng N(3).
+ Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) .
+ Ngắn mạch một pha N(1) .
- Trong chế độ min phải tính các dạng:
+ Ngắn mạch hai pha N(3) .

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

3


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

+ Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) .
+ Ngắn mạch một pha N(1) .
Dòng điện ngắn mạch hai pha bé hơn dòng điện ngắn mạch ba pha đối xứng
(I

N

(2)



3
I ( 3) do X1 X 2 ) nên trong các chế độ cực đại ta khơng cần tính đến
2 N

dịng ngắn mạch hai pha, trong các chế độ cực tiểu ta khơng cần tính đến dịng ngắn
mạch ba pha.
Vì cuộn hạ áp đấu tam giác nên khơng cần tính tốn các chế độ sự cố ngắn mạch
chạm đất tại điểm N3.
Các giả thiết tính tốn ngắn mạch:
Để thiết lập sơ đồ và tiến hành tính tốn ngắn mạch cần có những giả thiết đơn
giản hóa, những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tính tốn trong khi vẫn
đảm bảo độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng thực tế. Sau đây là những giả thiết

cơ bản liên quan đến các bước thiết lập sơ đồ thay thế khi tính tốn ngắn mạch.
-

Tần số hệ thống khơng thay đổi:

Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch công suất của các máy phát thay đổi đột ngột,
dẫn đến mất cân bằng giữa mômen phát động của tuabin và mômen hãm điện từ của
máy phát, tốc độ quay bị thay đổi trong q trình q độ. Tuy nhiên ngắn mạch được
tính toán ở giai đoạn đầu nên sự biến thiên tốc độ còn chưa đáng kể.
-

Bỏ qua bão hòa từ:

Trong trạng thái ngắn mạch mức độ bão hòa từ ở một số phần tử có thể tăng cao
hơn, tuy nhiên do số phần tử mang lõi thép chỉ chiếm số lượng ít trong hệ thống điện
nên để đơn giản có thể coi mạch từ khơng bão hịa.
-

Thay phụ tải bằng tổng trở hằng.

-

Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của một số phần tử.

Trong các bài tốn thiết kế có thể bỏ qua dung dẫn của các đường dây điện áp
thấp, mạch không tải của các máy biến áp, điện trở cuộn dây máy phát điện, máy biến
áp…
-

Hệ thống sức điện động ba pha của nguồn là đối xứng.

Thông số các phần tử của sơ đồ:
 Thông số ban đầu:
-

Thông số hệ thống:

+ HTĐ đã tách ra quy về thanh góp 110kV trạm biến áp:
Chế độ NM max: SNmax110kV = 2219 MVA; X1 = X2; X0 = 1,189X1

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

4


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Chế độ NM min: SNmin110kV = 1722 MVA; X1 = X2; X0 = 1,219X1
+ HTĐ đã tách ra quy về thanh góp 220kV trạm biến áp:
Chế độ NM max: SNmax220kV = 3122 MVA; X1 = X2; X0 = 1,022X1
Chế độ NM min: SNmin220kV = 2173 MVA; X1 = X2; X0 = 1,067X1
+ Đường dây 220kV (dài 65 km):
x1(1km) = 0,38 Ω; x0(1km) = 1,2 Ω
-

Thông số máy biến áp:

Hãng sản xuất: AEG

Kiểu: SDN 6444

Điện áp định mức: 225/115/23kV-250MVA
Tần số: 50HZ

Tổ đấu dây: Y 0Y0∆11

Tổn thất khơng tải: ∆Po = 94,000W

Dịng điện không tải: I0% = 0,16%

Điện áp ngắn mạch phần trăm:
UN%

C-T
11

C-H
32

T-H
20

 Tính tốn điện kháng của các phần tử:
Để thuận tiện trong việc tính tốn thơng số cài đặt cho máy biến áp, do vậy ta tính tốn
điện kháng trong hệ đơn vị tương đối định mức của máy biến áp.
Điện áp cơ bản: U cb  U dmMBA  225 kV
Công suất cơ bản: Scb  SdmMBA  250 MVA
Nguồn sức điện động đẳng trị của hệ thống: E*HT= 1

-

Điện kháng hệ thống điện 1 (hệ thống điện nối với thanh cái 220kV)

Trong chế độ cực đại:
Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của HTĐ1:
X1HT1max X 2HT1max 

S dmBA
250

0, 0801
max
S NHT 1 3122

Điện kháng thứ tự không của HTĐ1:
X 0HT1 max =1,022.X1HT1 max =1,022.0,0801=0,0819

Trong chế độ cực tiểu:
Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của HTĐ1:
X1HT1min X 2HT1 min 

S dmBA 250

0,115
max
S NHT
2173
1

Điện kháng thứ tự không của HTĐ1:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

X 0HT1 min 1,067.X1HT1 min 1,067.0,115 0,1227
-

Điện kháng hệ thống điện 2 hệ thống điện nối với thanh cái 110kV)

Trong chế độ cực đại:
Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của HTĐ2:

X1HT2max X 2HT2max 

SdmBA
250

0,1127
max
S NHT 2 2219

Điện kháng thứ tự không của HTĐ2:

X 0HT1 max 1,189.X1HT2 max 1,189.0,1127 0,134
Trong chế độ cực tiểu:
Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của HTĐ2:

X1HT2min X 2HT2 min 

SdmBA
250

0,145
max
S NHT 2 1722

Điện kháng thứ tự không của HTĐ1:

X 0HT2 min 1, 219.X1HT2 min 1,219.0,145 0,177
-

Điện kháng của đường dây:

Đường dây truyền tải là phần tử tĩnh, do vậy điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng
thứ tự nghịch X1Dd= X2Dd
Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:

X1Dd X 2Dd x l0 .l.
X 0Dd x l0 .l.

Điện kháng thứ tự không:

250

0,122
2252

Scb
250
1, 2.65.
0,3852
2
U cb
2252

Do đường dây là đường dây lộ kép, vì vậy điện kháng của đường dây là:
Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch: X1D  X 2D 
Điện kháng thứ tự không: X 0D 
-

X 1Dd 0,122

0, 061
2
2

X 0 Dd 0,3852

0,1926
2
2

Điện kháng các cuộn dây máy biến áp:

Máy biến áp là phần tử không quay, do vậy do vậy điện kháng thứ tự thuận bằng
điện kháng thứ tự nghịch: X1mba= X2mba
Điện kháng cuộn cao của máy biến áp là:
XC 

1
.  U NC T %  U NC H %  U NT  H %  0.115
2.100

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

6


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Điện kháng cuộn cao của máy biến áp là:
XT 

1
.  U NC T %  U NT  H %  U NC  H %  0
2.100

Điện kháng cuộn cao của máy biến áp là:
XH 

1.2.

1
.  U NT  H %  U NC H %  U NC  T %  0, 205
2.100

Tính tốn ngắn mạch

1.2.1. Chế độ cực đại với 1 máy biến áp làm việc độc lập và đường dây lộ kép
Điện kháng tổng tính từ HTĐ1 đến thanh góp 220kV của trạm biến áp:
X1  HT1 X1HT1  X1D 0,0801  0,061 0,1411
X 0  HT1 X0HT1  X 0D 0,0819  0,1926 0, 2745
1.2.1.1.

Điểm ngắn mạch N1 và N1’

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Điện kháng thay thế thứ tự thuận:

X1 

X 1 HT 1.( X C  X 1HT 2 ) 0,1411.(0,115  0,1127)

0,0871
X 1  HT 1  ( X C  X 1HT 2 ) 0,1411  0,115  0,1127

Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: hoàn toàn tương tự thứ tự thuận.
Điện kháng thay thế thứ tự nghịch bằng điện kháng thay thế thứ tự thuận:
X1 X 2  0,0871

Sức điện động đẳng trị của 2 nguồn: coi 2 nguồn có cơng suất vơ cùng lớn

E E HT1 E HT2 1
Sơ đồ thay thế thứ tự không:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Điện kháng thứ tự không:
X’ 

X H . X 0 HT 2
0,134.0, 205

0,081
X H  X 0 HT 2 0,134  0,205

Điện kháng thay thế thứ tự không:
X0 

X 0  HT 1.( X C  X ')
0, 2745.(0,115  0,081)

0,1144
X 0  HT 1  ( X C  X ') 0, 2745  0,115  0,081

 Ngắn mạch ba pha N(3)
Dòng điện ngắn mạch chạy qua điểm ngắn mạch:
.

E
1
I 

11, 4789
X 1  0,0871
.

Dòng điện ngắn mạch đến từ phía trung áp 110kV:
.

.

I 1(110 kV ) I  .

X 1  HT 1
0,1411
11, 4789.
4,3917
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dòng điện ngắn mạch đến từ phía cao áp 220kV:
.

.

.

I 1(220 kV ) I   I 110 kV  11, 4789  4,3917  7,0872

-

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N1:
.

.

I f ( BI 1) I 1(110 kV ) 4, 3917

.

.

I f ( BI 2) I f ( BI 1) 4, 3917

Khơng có dòng chạy qua BI0 và BI3:
.

I BI 0( kA) 0

-

.

I f ( BI 3) 0

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N1’:
.

.

.

Dòng điện qua BI2, BI3, BI0 là không đổi: I f ( BI 2) 4,3921 , I BI 0( kA) 0 , I f ( BI 3) 0

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

8


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Dòng điện qua BI1:
.

.

I f ( BI 1) I 1(220 kV ) 7,0872

 Ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1)
Dòng điện các thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

.

.

.

I 1   I 2  I 0 

E
1


3, 4652
X 1   X 2   X 0  0,0871  0,0871  0,1144

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

.

I 1(110 kV ) I 2(110 kV ) I 1  .

X 1  HT 1
0,1411
3, 4652.
1, 4466
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

.

I 1(220 kV ) I 1   I 1(110 kV ) I 2(110 kV ) 3, 4652  1, 4466 2, 0186

Dịng điện thứ tự khơng đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 0(110 kV ) I 0  .

X 0 HT 1
0,819
3, 4652.
2,0217
'
X 0 HT 1  X C  X
0,0819  0,115  0,081

Dòng điện thứ tụ không đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 0(220 kV ) I 0   I 0(110 kV ) 3, 4652  2, 0217  1, 4435

-

Dòng điện chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N1:

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch qua BI1 và BI2:
.

.

.

I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(110 kV ) 1, 4466

Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI1:
.

.

I 0( BI 1) I 0(110 kV ) 2,0217

Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI2:
.

.

I 0( BI 2) I 0( BI 1) .

XH
0, 205
2,0217.
1, 2226
X H  X 0 HT 2
0,134  0, 205

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) I 1( BI 1)  I 2( BI 1)  I 0( BI 1) 1, 4466  1, 4466  2,0217 4,9149

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI2:
.

.

.

.

I f ( BI 2) I 1( BI 2)  I 2( BI 2)  I 0( BI 2) 1,4466  1, 4466  1, 2226 4,1158
.

Khơng có dịng điện chạy qua BI3: I f ( BI 3) 0

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Để tránh tác động nhầm thì chức năng bảo vệ so lệch 87T phải loại bỏ thành phần thứ
tự không khỏi dòng pha để mang ra so sánh.
Dòng điện chạy qua các BI1, BI2, BI3 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 4,9149  2, 0217 2,8932

I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 4,1158  1, 2226 2,8932
.

I BI 3(  0) 0

Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb(110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb(220 kV )
3.1,2226.0,6172  3.2,0217.1,0207

0,7127 kA

-

Dòng điện chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N1’:

Khi có ngắn mạch tại điểm N1’, dịng điện chạy qua BI2 và BI3 là khơng đổi:

.

.

.

I 1( BI 2) I 2( BI 2) 1, 4466

I 0( BI 2) 1, 2226

.

.

I f ( BI 2) 4,1158

I BI 2(  0) 2,8932

.

I f ( BI 3) 0
Dòng điện thứ tự thuận và nghịch qua BI1:
.

.

.

I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(220 kV ) 2, 0186

Dòng điện thứ tự không đi qua BI1:
.

.

I 0( BI 1) I 0( 220 kV ) 1, 4435

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) I 1( BI 1)  I 2( BI 1)  I 0( BI 1) 2,0186  2, 0186  1, 4435 5, 4807

Dòng điện chạy qua BI1 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 5, 4807  1, 4435 4, 0372

Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb(110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb (220 kV )
3.1,2226.0,6172  3.1, 4435.1,0207
1,8254 kA

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

10


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất
Dòng điện thành phần thứ tự thuận tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

I 1

.

E
1


7,3265
X 2  .X 0 
0,0871.0,1144
0,0871 
X 1 
0,0871  0,1144
X 2  X0

Dòng điện thành phần thứ tự nghịch tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

X0
0,1144
7,3265.
 4,1563
X 0  X 2
0,1144  0,0871

.

I 2   I 1  .

Dịng điện thành phần thứ tự khơng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:

.

.

.

I 0  I 1   I 2  7,3265  (  4,1563)  3,1664

Dòng điện thứ tự thuận đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 1(110 kV ) I 1  .

X 1  HT 1
0,1411
7,3265.
3,0568
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dòng điện thứ tự nghịch đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 2(110 kV ) I 2  .

X 1  HT 1

0,1411
 4,1563.
 1,7351
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dịng điện thứ tự khơng đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 0(110 kV ) I 0  .

X 0 HT 1
0,0819
 3,1664.
 1,8473
'
X 0 HT 1  X C  X
0,0819  0,115  0,081

Dòng điện thứ tự thuận đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 1(220 kV ) I 1   I 1(110 kV ) 7,3265  3, 0568 4, 2697

Dòng điện thứ tự nghịch đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 2(220 kV ) I 2   I 2(110 kV )  4,1563  (1,7351)  2, 4212

Dịng điện thứ tự khơng đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 0(220 kV ) I 0   I 0(110 kV )  3,1664  ( 1,8473)  1,3191

-

Dòng điện đi qua các BI khi ngắn mạch tại điểm N1:

Dòng điện thứ tự thuận qua BI1 và BI2:

.

.

.

I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(110 kV ) 3, 0568
.

.

.

Dòng điện thứ tự nghịch qua BI1 và BI2: I 2( BI 1) I 2( BI 2) I 2(110 kV )  1, 7351
Dòng điện thứ tự không qua BI1:
.

.

I 0( BI 1) I 0(110 kV )  1,8473

Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI2:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

11


Đồ án tốt nghiệp
.

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
XH
0, 205
 1,8473.
 1,1171

X H  X 0 HT 2
0,134  0, 205

.

I 0( BI 2) I 0( BI 1) .

Dòng điện pha sự cố đi qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) a 2 . I 1( BI 1)  a. I 2( BI 1)  I 0( BI 1)

 1
 1
3
3
   j.
 .3,0568     j.
 .( 1,7351)  ( 1,8473)
2 
2 
 2
 2
4,849  121,1480

Dòng điện pha sự cố đi qua BI2:
.

.

.

.

I f ( BI 2) a 2 . I 1( BI 2)  a. I 2( BI 2)  I 0( BI 2)

 1
 1
3
3
   j.
 .3,0568     j.
 .( 1,7351)  ( 1,1171)
2 
2 
 2
 2
4,515  113,1920
Khơng có dịng qua BI3.
Dịng điện chạy qua các BI1, BI2, BI3 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 4,849  121,1480  1,8473 4, 202  99, 050
.

.

.

I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 4,515  113,1920  1,1171 4, 202  99,050
.

I BI 3(  0) 0

Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb(110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb(220 kV )
3.   1,1171 .1,2551  3.   1,8473 .0,6415

 0,6511 kA

-

Dòng điện đi qua các BI khi ngắn mạch tại điểm N1’:

Khi ngắn mạch tại điểm N1’, dòng điện sự cố chạy qua BI2, BI3 là không đổi.
.

.

I 1( BI 2) 3,0568

I 2( BI 2)  1,7351

.

.

I f ( BI 2) 4,515  113,1920

I 0( BI 2)  1,1171
.

.

I BI 2(  0) 4, 202  99, 050

Dòng điện thứ tự thuận qua BI1:

I fBI 3 0
.

.

.

.

I 1( BI 1) I 1(220 kV ) 4, 2657

Dòng điện thứ tự nghịch qua BI1: I 2( BI 1) I 2(220 kV )  2, 4212

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

12


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
.

.

Dòng điện thứ tự không qua BI1: I 0( BI 1) I 0(220 kV )  1,3191
Dòng điện pha sự cố đi qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) a 2 . I 1( BI 1)  a. I 2( BI 1)  I 0( BI 1)

 1
 1
3
3
=    j.
 .4, 2657     j.
 .(  2, 4212)  ( 1,3191)
2
2
2
2




6, 2097  111,1580
Dòng điện chạy qua các BI1 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 6, 2097  111,1580 +1,3191=5,864-99,050

Dòng điện thứ tự khơng chạy qua BI0( dây trung tính của MBA):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb(110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb(220 kV )
3.  1,1171 .1,2551  3.   1,3191 .0,6415
 1,6676 kA

Bảng tổng hợp kết quả cho trường hợp ngắn mạch tại N1:
Qui ước chiều cho dòng ngắn mạch các thành phần đối xứng khi tính tốn ngắn mạch:
Đi ra khỏi điểm ngắn mạch: chiều âm (+)
Đi vào điểm ngắn mạch: chiều dương (-)
Qui ước chiều cho dòng ngắn mạch các thành phần đối xứng chạy trong máy biến áp:
Đi vào MBA: chiều dương (+)
Đi ra khỏi MBA: chiều âm (-)
Bảng 1.1 điểm N1

N1
.

BI3

BI1

N(1)
BI2

BI3

BI1

N(1,1)
BI2

BI3

If

4,3917

4,3917

0

4,9149

4,1158

0

4,8491

4,5148

0

I0

.

0

0

0

-2,0217

1,2226

0

-1,8473

1,1171

0

I f (  0)

-4,3917

4,3917

0

-2,8932

2,8932

0

-4,2023

4,2023

0

.

.

BI1

N(3)
BI2

I BI 0( kA )

0

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

0,7127

0,6511

13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
Bảng 1.2 điểm N1’

N1’

BI1

.

N(3)
BI2

BI3

BI1

N(1)
BI2

BI3

BI1

N(1,1)
BI2

BI3

If

7,0872

4,3917

0

5,4807

4,1158

0

6,2097

4,5148

0

I0

.

0

0

0

1,4435

1,2226

0

-1,3191

-1,1171

0

I f (  0)

7,0872

4,3917

0

4,0372

2,8932

0

5,864

4,2023

0

.

.

0

I BI 0( kA )

1.2.1.2.

1,8254

1,6676

Điểm ngắn mạch N2 và N2’

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Điện kháng thay thế thứ tự thuận:
X1 

( X 1  HT 1  X C ). X 1HT 2 (0,1411  0,115).0,1127

0,0783
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2 0,1411  0,115  0,1127

Điện kháng thay thế thứ tự nghịch bằng điện kháng thay thế thứ tự thuận:
X1 X 2  0,0783

Sức điện động đẳng trị của 2 nguồn: coi 2 nguồn có cơng suất vô cùng lớn:
E* E*HT1  E*HT2 1

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

14


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

Điện kháng thay thế thứ tự không:
X’ 

X0

( X 0  HT 1  X C ). X H (0, 2745+0,115).0, 205

0,1343
X 0  HT 1  X C  X H 0, 2745  0,115  0, 205

X ' . X 0 HT 2
0,1343.0,134
 '

0,0671
X  X 0 HT 2 0,1343  0,134

 Ngắn mạch ba pha N(3)
Dòng điện ngắn mạch chạy qua điểm ngắn mạch:
.

E
1
I 

12,7714
X 1  0,0783
.

Dòng điện ngắn mạch đến từ phía trung áp 110kV:

.

.

I 1(110 kV ) I  .

X 1HT 2
0,1127
12,7714.
3,9028
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dịng điện ngắn mạch đến từ phía cao áp 220kV:
.

.

.

I 1(220 kV ) I   I 110 kV 12,7714  3,9028 8,8686

-

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N2:
.

.

.

.

I f ( BI 1) I 1(110 kV ) 3,9028
I f ( BI 2) I f ( BI 1) 3,9028

Khơng có dịng chạy qua BI0 và BI3:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

15


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

.

.

I BI 0( kA) 0

-

I f ( BI 3) 0

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N2’:
.

.

.

Dịng điện qua BI1, BI3, BI0 là khơng đổi: I f ( BI 1) 3,9028 , I BI 0( kA ) 0 , I f ( BI 3) 0
Dòng điện qua BI2:
.

.

I f ( BI 2) I 1(220 kV )  8,8686

 Ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1)
Dòng điện các thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

.

.

E
1


4, 4703
X 1   X 2   X 0  0,0783  0,0783  0,0671

.

I 1  I 2  I 0 

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch đến từ bên trung áp 110kV:

.

.

I 1(110 kV ) I 1  .

X 1HT 2
0,1127
4, 4703.
1,3661
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 1(220 kV ) I 1   I 1(110 kV ) 4, 4703  1,3661 3,1042

Dịng điện thứ tự khơng đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 0(110 kV ) I 0  .

X 0 HT 2

0,134
4, 4703.
2, 2326
'
X 0 HT 2  X
0,1343  0,134

Dịng điện thứ tụ khơng đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 0(220 kV )  I 0   I 0(110 kV )  4, 4703  2, 2326 2, 2377

-

Dòng điện chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N2:

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch qua BI1 và BI2:
.

.

.

I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(110 kV ) 1,3661

Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI2:

.

.

I 0( BI 2) I 0(110 kV ) 2, 2326

Dòng điện thứ tự không đi qua BI1:
.

XH

.

I 0( BI 1) I 0( BI 2) .

X H  X 0  HT 1  X C

2, 2326.

0, 205
0, 7699
0, 2745  0, 205  0,115

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) I 1( BI 1)  I 2( BI 1)  I 0( BI 1) 1,3661  1,3661  0,7699 3,5021

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI2:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

16


Đồ án tốt nghiệp
.

.

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
.

.

I f ( BI 2) I 1( BI 2)  I 2( BI 2)  I 0( BI 2) 1,3661  1,3661  2, 2326 4,9648
.

Khơng có dịng điện chạy qua BI3: I f ( BI 3) 0
Để tránh tác động nhầm thì chức năng bảo vệ so lệch 87T phải loại bỏ dịng thứ tự
khơng để so sánh.
Dịng điện chạy qua các BI1, BI2, BI3 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 3,5021  0, 7699 2,7322
I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 4,9648  2, 2326 2, 7322
.

I BI 3(  0) 0

Dòng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb (110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb (220 kV )
3.2, 7322.1, 2551  3.0,7699.0,6415

6,9247 kA
-

Dòng điện chạy qua các BI khi ngắn mạch tại N2’:

Khi có ngắn mạch tại điểm N1’, dịng điện chạy qua BI1 và BI3 là không đổi:
.

.

.

I 1( BI 1) I 2( BI 1) 1,3661

I 0( BI 1) 0, 7699

.

.

I f ( BI 1) 3,5021

I BI 1(  0) 2, 7334

.

I f ( BI 3) 0
.

.

.

Dòng điện thứ tự thuận và nghịch qua BI2: I 1( BI 2) I 2( BI 2) I 1(220 kV ) 3,1041
.

.

Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI2: I 0( BI 2) I 0(220 kV ) 2, 2377
Dòng điện pha sự cố chạy qua BI2:
.

.

.

.

I f ( BI 2) I 1( BI 2)  I 2( BI 2)  I 0( BI 2) 3,1041  3,1041  2, 2377 8, 446

Dòng điện chạy qua các BI2 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0(220 kV ) 8, 446  2, 2377 6, 2083

Dòng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb (110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb (220 kV )
3. 2, 2377.1, 2551  3. 0, 7699.0, 6415

6,9439 kA

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện

 Ngắn mạch 2 pha chạm đất
Dòng điện thành phần thứ tự thuận tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

I 1

.

E
1


8,7386
X 2  .X 0 
0,0783.0,0671
0,0783 
X1 
0,0783  0,0671
X2  X0

Dòng điện thành phần thứ tự nghịch tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

.

I 2   I 2  .

X 0

0, 0671
8,7386.
 4, 0328
X 0  X 2
0, 0671  0, 0783

Dòng điện thành phần thứ tự không tại điểm ngắn mạch của pha sự cố:
.

.

.

I 0   I 1   I 2   8,7386    4, 0328   4,7059

Dòng điện thứ tự thuận đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 1(110 kV ) I 1  .

X 1HT 2
0,1127
8,7386.
2, 6704
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dòng điện thứ tự nghịch đến từ bên trung áp 110kV:

.

.

I 2(110 kV ) I 1  .

X 1HT 2
0,1127
 4,0328.
 1, 2324
X 1  HT 1  X C  X 1HT 2
0,1411  0,115  0,1127

Dịng điện thứ tự khơng đến từ bên trung áp 110kV:
.

.

I 0(110 kV ) I 0  .

X 0 HT 2
0,134
 4,7059.
 2,3503
'
X 0 HT 2  X
0,1343  0,134

Dòng điện thứ tự thuận đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 1(220 kV ) I 1   I 1(110 kV ) 8, 7386  2,6704 6,0682

Dòng điện thứ tự nghịch đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 2(220 kV ) I 2   I 2(110 kV )  4,0328    1, 2324   2,8004

Dòng điện thứ tự không đến từ bên cao áp 220kV:
.

.

.

I 0(220 kV ) I 0   I 0(110 kV )  4,7059  2,3503  2,3556

-

Dòng điện đi qua các BI khi ngắn mạch tại điểm N1:

Dòng điện thứ tự thuận qua BI1 và BI2:

.

.

.

.

.

.

I 1( BI 1) I 1( BI 2) I 1(110 kV ) 2, 6704

Dòng điện thứ tự nghịch qua BI1 và BI2: I 2( BI 1) I 2( BI 2) I 1(110 kV )  1, 2324
.

.

Dòng điện thứ tự không qua BI2: I 0( BI 2) I 0(110 kV )  2,3503
Dịng điện thứ tự khơng đi qua BI1:

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

18


Đồ án tốt nghiệp
.

.

I 0( BI 1) I 0( BI 2) .

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
XH
0, 205
 2,3503.
 0,8104
X H  X 0 HT 2
0,134  0, 205

Dòng điện pha sự cố đi qua BI1:
.

.

.

.

I f ( BI 1) a 2 . I 1( BI 1)  a. I 1( BI 1)  I 0( BI 1)

 1
 1
3
3
   j.
 .2,6704     j.

 .( 1, 2324)  ( 0,8104)
2
2
2
2




3,7098  114,347 0
Dòng điện pha sự cố đi qua BI2:
.

.

.

.

I f ( BI 2) = a 2 . I 1( BI 2)  a. I 1( BI 2) . I 0( BI 2)

 1
 1
3
3
   j.
 .2,6704     j.
 .( 1, 2324)  ( 2,3503)
2
2

2
2




4,5656  132, 240
Khơng có dòng qua BI3
Dòng điện chạy qua các BI1, BI2, BI3 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

.

.

.

I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 3,7098  114,347 0 +0,8104 3, 4555  1020

I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 4,5656  132, 240 +2,3534 3, 4555  1020
.

I BI 3(  0) 0

Dòng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb (110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb (220 kV )
3.   2,3534  .0,6172  3.   0,8104  .1,0207
 7, 29 kA
-

Dòng điện đi qua các BI khi ngắn mạch tại điểm N2’:

Khi ngắn mạch tại điểm N1’, dòng điện sự cố chạy qua BI1, BI3 là không đổi.
.

.

I 1( BI 1) 2, 6704

I 2( BI 1)  1, 2324
.

.

I f ( BI 1) 3,7098  114,3470

I 0( BI 1) 0,8104
.

.

I BI 1(  0) 3, 4555  1020

I fBI 3 0
.

.

Dòng điện thứ tự thuận qua BI2: I 1( BI 2) I 1(220 kV ) 6, 0682

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

19


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ hệ thống điện
.

.

.

.

Dòng điện thứ tự nghịch qua BI2: I 2( BI 1) I 2(220 kV )  2,8004
Dịng điện thứ tự khơng qua BI2: I 0( BI 1) I 0(220 kV )  2,3556
Dòng điện ngắn mạch trên pha sự cố đi qua BI2:
.

.

.

.

I f ( BI 2) a 2 . I 1( BI 2)  a. I 1( BI 2)  I 0( BI 2)

 1
 1
3
3
   j.  .6, 0682     j.  .( 2,8004)  ( 2,3556)
2 
2 
 2
 2
8, 655  117, 450

Dòng điện chạy qua các BI2 đã loại bỏ thành phần thứ tự không:
.

.

.

I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 8, 655  117, 450  2,3556=7,8523-102,010

Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính của máy biến áp):
.

.

.

.

.

.

.

I BI 0 I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3. I 0( BI 2) . I cb (110 kV )  3. I 0( BI 1) . I cb (220 kV )
3.   2,3556  .1, 2551  3.   0,8004  .0, 6415
 7,3099 kA

Bảng tổng hợp kết quả cho trường hợp ngắn mạch tại N2
Bảng 1.3 điểm N2

N2

N
BI1

BI2

BI3

BI1

If

3,9028

3,9028

0

3,5021

I0

.

0

0

0

I f (  0)

3,9028

-3,9028

0

.

.

.

0

I BI 0( kA)

N2’
.

BI1

N(1)
BI2

BI3

BI1

4,9648

0

3,7098

4,5656

0

0,7699

-2,2326

0

0,8104

-2,3503

0

2,7322

-2,7322

0

3,4556

-3,4556

0

6,9247
Bảng 1.4 điểm N2’

N(3)
BI2

N(1,1)
BI2

BI3

BI1

N(1)
BI2

BI3

7,29

BI3

BI1

N(1,1)
BI2

BI3

If

3,9028

8,8686

0

3,5021

8,446

0

3,7098

8,6548

0

I0

.

0

0

0

0,7699

2,2377

0

-0,8104

-2,3556

0

I f (  0)

3,9028

8,8686

0

2,7322

6,2083

0

3,4556

7,8523

0

.

.

(3)

I BI 0( kA)

0

Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50

6,9439

7,3099

20