Quá trình bảo vệ lệch số máy biến áp trong nhà máy thủy điện p10 potx

§å ¸n tèt nghiƯp TrÇn V¨n Qnh - §iƯn 46
Khoa C¬ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi
118
2/ TÝnh to¸n ng¾n m¹ch
2.1/ Kh¸i niƯm chung
Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau và chạm đất, hay
nói cách khác đó là hiện tượng mạch điện bò nối tắt qua một
tổng trở suất nhỏ có thể xem như bằng không. Khi ngắn mạch tổng
trở của hệ thống bò giảm xuống và tùy theo vò trí điểm ngắn mạch
xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở hệ thống giảm nhiều hay ít.
Khi ngắn mạch dòng điện và điện áp trong thời gian quá độ đều
thay đổi, dòng điện tăng lên rất nhiều so với lúc làm việc bình
thường. Còn điện áp trong mạng điện cũng giảm xuống mức độ
giảm nhiều hay ít là tùy thuộc vào vò trí điểm ngắn mạch so với
nguồn cung cấp.
Để lựa chọn được tốt các phần của hệ thống cung cấp điện,
chúng ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch có thể xảy
ra và tính toán được các số liệu về tình trạng ngắn mạch như :
Dòng điện ngắn mạch và công suất ngắn mạch, các số liệu này
còn là căn cứ quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, đònh
phương thức vận hành của hệ thống cung cấp điện Vì vậy tính
toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được khi thiết kế hệ
thống cung cấp điện.
• Nguyên nhân gây ngắn mạch :
- Do tác động cơ học : cây đổ, gãy, giông bão
- Do tác động bên trong : cách điện hỏng bởi dùng quá nhiệt.
• Hậu quả :
- Làm phát nóng các bộ phận có dòng ngắn mạch (I
N
) đi qua
dây dẫn làm hư hỏng thiết bò

- Có thể sinh ra một lực điện động => có thể phá hủy khí cụ
và dây dẫn.
- Làm mất điện gây nên thiệt hại về kinh tế.
- Phá hủy tính đồng bộ của hệ thống vv…
2.2/ Ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n dßng ng¾n m¹ch
• Mục đích :
§å ¸n tèt nghiƯp TrÇn V¨n Qnh - §iƯn 46
Khoa C¬ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi
119
9)-(4
2
.

cb
U
cb
S
thì
tb
U
tb
đm
100.S
đm
2
%.U
x
U
=
(cb) BA *

X
:đối tương vò đơn hệtrong tính Khi -
8)-(4 )(,
đm
100.S
đm
2
%.U
x
U
=
BA
X
: tên có vò đơn trong áp biếnmáy của kháng Điện:áp
biếnMáy -
7)-(4
N
S
cb
S
=
(cb) HT*
X
:đó khi
cb
U chọn Nếu -
6)-(4
N
S
2

U
=)(
HT
X
Ω
=
Ω
Tính dòng ngắn mạch để chúng ta chọn thiết bò và khí cụ
bảo vệ cho hệ thống, tự động xác lập chế độ ổn đònh.
• Phương pháp xác đònh dòng ngắn mạch.
- Xác đònh vò trí điểm ngắn mạch.
- Xác lập sơ đồ thay thế tính toán của mạng điện (trong hệ đơn
vò có tên hoặc hệ đơn vò tương đối tùy chọn).
- Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản nhất. Trong bước này có
thể áp dụng các phương pháp biến đổi đẳng trò thông thường (ghép
song song, nối tiếp, biến đổi sao – tam giác, sao – lưới…)
- Tính các điện kháng tổng hợp.
- Tính toán dòng ngắn mạch trong hệ đơn vò tương đối và có
tên.
2.3/ TÝnh to¸n ng¾n m¹ch cho tr¹m biÕn ¸p
Tính ngắn mạch trong mạng điện trên 1000V thường là để
hiệu chỉnh thiết bò bảo vệ và tự động hóa nhằm loại trừ nhanh và
chọn lọc các phần tử sự cố ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện.
Để xác đònh dòng ngắn mạch ở mạng điện áp cao (U ≥ 1000V).
Thành lập sơ đồ đẳng trò đối với mạng điện áp cao thành
phần điện trở có giá trò không đáng kể nên được bỏ qua. Vậy
tổng trở ngắn mạch chỉ bao gồm thành phần điện kháng.
Các phần tử thay thế :

§å ¸n tèt nghiƯp TrÇn V¨n Qnh - §iƯn 46
Khoa C¬ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi
120

- Nguồn: Điện kháng hệ thống :
Trong đó :
S
cb
: C«ng st c¬ b¶n ®−ỵc chän, KVA
S
đm
: Công suất đònh mức MBA, KVA.
U
đm
: Điện áp đònh mức MBA, KV.
U
k
% : Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch
- Dây dẫn : Điện kháng dây dẫn trong đơn vò tương đối:

2

cb
cb
00dd(cb)*
U
S
).ljx(rZ +=
(4-10)
Trong đó : l : Chiều dài, Km.
r
0
, x
0
: Điện trở và cảm kháng trên một đơn vò chiều dài,
Ω/Km.
- Điện kháng của kháng điện:

đm
cb
cb
đm
K
cbK
I
I
U
U
X
Z
100
%

)(*
=
(4-11)
- Điện kháng của các thành phần khác như : cuộn dòng của
Aptomat, cuộn sơ cấp của máy biến dòng (BI), thanh góp ta có thể
tra bảng ở cẩm nang.
- Điện kháng tổng hợp:


+
+
+
=
Σ KddB
XXXZ
(4-12)
- Dòng điện ngắn mạch trong đơn vò tương đối :

Σ
=
X
E
I
cbN )(*
(4-13) Dòng
điện ngắn mạch trong đơn vò có tên :

cbcbNN
IIAI .)(
)(*

= (4-14)
Trong đó E: Điện áp hệ thống trong hệ đơn vò tương đối.
2.4/ TÝnh to¸n ng¾n m¹ch ë thanh c¸i m¸y biÕn ¸p
S¬ ®å nèi cđa tr¹m

Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
121

Hình 4 - 4: Sơ đồ nối lới a) và sơ đồ tính toán thay thế b)
Thông sồ lới:
MBA T1: 40 MVA; U = 115 9x1,78/22 Kv; u
k
= 10,5%
MBA T1: 16 MVA; U = 115 9x1,78/22 Kv; u
k
= 10,5%
D
1
: l = 25 Km; X
0
= 0,4 (W/Km)
D
2
: l = 20 Km; X
0
= 0,4 (W/Km)
Do không biết công suất của nguồn (Đông Anh và Phố Nối) nên ta giả
thiết rằng nguồn ở đây có công suất vô cùng lớn, do đó điện kháng của nguồn
coi X

nguồn
0, và sức điện động của nguồn E
*nguồn
1.
Chọn S
cb
= 100 MVA, U
cb
= Utb do đó:
U
cb1
= U
tb1
= 115 Kv
U
cb2
= U
tb2
= 23 Kv
Suy ra, các dòng điện cơ bản:
(KA) 2,5102
.233
10
.U3
S
I
(KA) 0,502
.1153
100
U3

S
I
cb2
cb
cb2
cb1
cb
cb1
===
===

- Điện kháng hệ thống: X
nguồn
0
- Điện kháng đờng dây D
1
:

0,0756
115
100 . 25 . 0,4
X
2
1
==

b)
a)
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

122
- Điện kháng đờng dây D
3
:

0,0605
115
100 . 20 . 0,4
X
2
2
==

- Điện kháng máy biến áp T
1
:

0,2625
40 100.
100 10,5.
X
T1
==

- Điện kháng máy biến áp T
2
:

0,6563
16 100.

100 10,5.
X
T2
==

Sơ đồ tính toán thay thế nh hình 4 - 4, b
- Thực hiện phép biến đổi sơ đồ ta có:

0,1875
0,65630,2625
5630,2625.0,6
XX
.XX
X
T2T1
T2T1
BA
=
+
=
+
=

- Ghép song song các nhánh có nguồn E
1
và E
2
ta có:

1

XX
.XE.XE
E
21
1221
td
=
+
+
= (do E
1
= E
2
= 1)

0,0336
XX
XX
X
21
21
td
=
+
=
.

- Điện kháng tổng hợp:

0,22110,18750,0336XXX

BAtd
=+=+=

- Dòng điện ngắn mạch trong đơn vị tơng đối:

4,5228
0,2211
1
X
E
I
HT
N(cb)*
===


- Dòng điện ngắn mạch trong đơn vị có tên:

(KA) .0,5020 4,5228I
(KA) 11,35322,5102 . 4,5228I . II
Kv) N(110
cb2N(cb)* N(22Kv)
2704,2==
=
=
=

2.5/ Chọn biến dòng cho bảo vệ
Giả sử trạm biến áp 2 máy làm việc song song có công suất mỗi máy lần
lợt là: 40 MVA và 16 MVA, U

đm
=110/22 Kv, tổ nối dây Y/Y
0
nh hình vẽ:
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
123


- Chọn máy biến dòng cao áp 110 Kv, do mạch thứ cấp BI nối hình sao nên
dòng điện cuộn dây bằng dòng điện pha. Do vậy dòng tính toán để chọn máy
biến dòng cao áp bằng:

(A) 294
110 .3
1000 16).(40
.U3
S
I
dm
ba
sc
=
+
==
Chọn máy biến dòng loại 300/5A
- Chọn máy biến dòng phía 22 Kv, mạch thứ cấp BI nối sao nên dòng điện
tính toán để chọn BI sẽ là:

(A) 1469

22 .3
1000 16).(40
.U3
S
I
dm
ba
sc
=
+
==
Chọn máy biến dòng loại 1500/5 A
2.6/ Cài đặt cho trạm biến áp 110/22 Kv Sài Đồng
Chức năng quá dòng dự phòng ngỡng thấp

- Giá trị đặt dòng I> xác định từ điều kiện làm việc cực đại của đối tợng
bảo vệ, tc là dòng duy trì cho phép cực đại mà đối tợng bảo vệ có thể làm việc
lâu dài.

tv
lvmaxhc
k
.Ik
I =
>
(4-15)
Trong đó:
K
hc
hệ số hiệu chỉnh thờng không quá 1,3 để giảm thiểu khả năng quá

tải cho đối tợng bảo vệ.
K
tv
hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng có thể đạt tới 0,98 đối
với rơle số.
I
lv max
thờng đợc xác định bằng 1,05 - 1,2 dòng định mức của đối tợng
bảo vệ, khi đó I
lv max
= 1,15 . 294 = 338 (A).
Vậy:
Hình 4 - 5: Sơ đồ nối dây mạch thứ cấp máy biến dòng
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
124

(A) 414
0,98
1,2.338
I ==
>

Biến dòng chọn có dòng sơ cấp định mức 300 (A), do đó giá trị đặt là
1,38(I/In) tại địa chỉ 2112.
- Thời gian tác động của bảo vệ: Để rơle phải phối hợp với cầu chì hạ áp
thì độ phân cấp thời gian phải chọn theo công thức (2 - 16) khi đó:

(s) 0,1540,150,01 0,4.0,150,4.tt
cc

=+=+=
(ở đây thời gian tác
động của cầu chì lấy bắng t
cc
= 0,01 giây)
Thời gian tác động của rơle khi xảy ra ngắn mạch sẽ là:

(s) 0,1640,1540,01ttt
cctd
=
+
=

+=

Sử dụng đờng cong dốc chuẩn (SIT) IEC 255-3A theo công thức (3-30) ta
xác định đợc thời gian đặt của bảo vệ là:

(s) 0,048
0,14
1)70/300)0,164.((22
0,14
1).(mt
t
0,02
0,02
td
=

=

=
>

Ta chọn thời gian đặt t
>
bằng 0,05 (s) đăt trong địa chỉ 2113
Chức năng quá dòng dự phòng ngỡng cao

- Giá trị đặt ngỡng cao của bảo vệ xác định bởi công thức:

max ngoai Nat
.IkI =
>>
(4-16)
k
at
- là hệ số an toàn đợc đa vào để tính đến ảnh hởng của sai số do tính
toán ngắn mạch, do cấu tạo rơle, do thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn
mạch và các biến dòng thờng lấy bằng 1,15 đối với rơle số và bằng 1,2 ữ1,3 đối
với rơle điện cơ.
Từ đó ta có:
(A) 2610 1,15.2270I
=
=
>>
, biến dòng có giá trị dòng định mức
sơ cấp và 300 (A), khi đó giá trị đặt của chức năng quá dòng ngỡng cao I
>>
=

8,7 (I/In) trong địa chỉ 2103.
- Thời gian đặt t
>>
của bảo vệ quá dòng ngỡng cao thờng bằng 0. Tuy
nhiên, trong một số trờng hợp để tránh rơle tác động nhầm trong các chế độ
nhiễu loạn khi thành phần khác với sóng hài 50 Hz vợt quá giá trị nào đó, đại
lợng này có thể đặt bằng một vài chu kỳ tần số công nghiệp để rơle có thời gian
lọc các tín hiệu nhiễu loạn ra khỏi thành phần dòng đầu vào. Thực tế, thời gian
của bảo vệ cắt nhanh t
>>
có giá trị trong khoảng 0,03 đến 0,05 (s) tùy từng rơle
số, ở đây ta chọn t
>>
= 0,04 (s) đặt trong địa chỉ 2104.
Vậy chơng trình cài đặt cho trạm biến áp nh sau:
a/ Cài đặt cho chức năng bảo vệ so lệch.

7801PROT.OBJ = 2WIND - TRANSF (cài đặt cấu hình cho bảo vệ so lệch)
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
125
7899FREQUENCY = IN 50 Hz (tần số hệ thống bằng 50 Hz)
1102UN WIND1 = 110 Kv (điện áp định mức cuộn 1)
1103PN WIND1 = 56 MVA (công suất định mức cuộn 1)
1104IN CT WIND1 = 300 A (dòng sơ cấp định mức của biến dòng cuộn 1)
1105CT1 STAR PT = TOWARDS TRANSF (hớng phần tử phát hiện sự cố
về phía máy biến áp)
1122UN WIND2 = 22 Kv (điện áp định mức cuộn 2)
1123PN WIND2 = 56 MVA (công suất định mức cuộn 2)
1124IN CT WIND2 = 1500 A (dòng sơ cấp định mức của biến dòng cuộn 2)

1125CT2 STAR PT = TOWARDS TRANSF (hớng phần tử phát hiện sự cố
về phía máy biến áp)
1601DIFF PROT = ON (kích hoạt chức năng bảo vệ so lệch)
1603I-DIFF> = 0.2 I/InTr (giá trị tác động của bảo vệ so lệch quy đổi theo
dòng định mức máy biến áp)
1604I-DIFF> =7.2 I/InTr (giá trị tác động ngỡng cao của bảo vệ so lệch quy
đổi theo dòng định mức máy biến áp)
1606SLOPE1 = 0.25 (độ rốc nhánh đầu tiên của đặc tính cắt)
1607BASE PT2 = 0.25 I/InTr (điểm bắt đầu của nhánh thứ 2 của đặc tính cắt)
1608SLOPE2 = 0.5 (độ rốc nhánh thứ 2 của đặc tính cắt)
16102
nd
HARMON = ON (chức năng khóa sóng hài bậc 2 đợc bật)
16112
nd
HARMON = 15% (khởi động việc khóa nếu thành phần hài bậc hai
vợt quá 15% thành phần sóng cơ bản).
b/ Cài đặt cho chức năng bảo vệ chạm đất giới hạn.
1901RESTR-EF = ON (bảo vệ chạm đất giới hạn máy biến áp đợc bật).
1903REF = 0,1 I/In (giá trị tác động của bảo vệ chạm đất giới hạn quy đổi
theo dòng định mức máy biến áp)
1904CREF-ANGLE = 130
0
(góc giới hạn gãy ứng với hệ số ổn định k = 1).
c /Cài đặt cho chức năng bảo vệ quá dòng dự phòng.
2101BACKUP O/C = ON (kích hoạt chức năng bảo vệ quá dòng dự phòng).
2103I >> = 8,7 I/In (giá trị tác động của bảo vệ quá dòng dự phòng).
2104T-I>> = 0,04 s (thời gian đặt của bảo vệ).
2111CHARACT = DEFINITE-TIME (đặc tính thời gian thực tập).
2112I> = 1,38 I/In (giá trị tác động ngỡng thấp của bảo vệ quá dòng dự

phòng).
2113T-I> = 0,05 (thời gian đặt cho cấp I>).
d/ Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 1
2401THERMAL OL = ON (bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 1 đợc bật).
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
126
2402K-FACTOR = 1.1 (giá trị đặt của bảo vệ quá tải, nó tính theo tỷ số dòng
quá tải so với dòng định mức của máy biến áp).
2403T-CONSTANT = 100 min (hằng số thời gian của bảo vệ quá tải).
2404-WARN = 90% (độ tăng nhiệt cho báo tín hiệu nguy hiểm tính theo %
của nhiệt độ cắt)
2405I-WARN = 1.00 I/In (cấp cảnh báo theo dòng tính theo dòng định mức
của MBA)
e/ Cài đặt cho bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 2

2401THERMAL OL = ON (bảo vệ quá tải theo nhiệt độ 2 đợc bật).
2402K-FACTOR = 1.1 (giá trị đặt của bảo vệ quá tải, nó tính theo tỷ số dòng
quá tải so với dòng định mức của máy biến áp).
2403T-CONSTANT = 100 min (hằng số thời gian của bảo vệ quá tải).
2404-WARN = 90% (độ tăng nhiệt cho báo tín hiệu nguy hiểm tính theo %
của nhiệt độ cắt)
2405I-WARN = 1.00 I/In (cấp cảnh báo theo dòng tính theo dòng định mức
của MBA)
f/ Cài đặt cho chức năng chạm vỏ.
2701TANK = ON (khởi động chức năng bảo vệ chạm vỏ)
2703I-TANK = 0.5 I/In (giá trị tác động của dòng chạm vỏ quy đổi theo dòng
định mức của MBA, sử dụng đầu vào dòng điện I
a
)

2704I> TANK = 500 mA (giá trị tác động cho đầu vào dòng I
b
)
2.7/ C ác sơ đồ nối dây của rơle 7UT512 và 7UT513

Hình 4 - 6: Sơ đồ nối 7UT512 dùng cho máy biến áp 2 cuộn dây
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
127

Hình 4 - 7: Sơ đồ nối 7UT513 dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây

Hình 4 - 8: Sơ đồ nối 7UT513 dùng cho máy biến áp 2 cuộn dây











§å ¸n tèt nghiƯp TrÇn V¨n Qnh - §iƯn 46
Khoa C¬ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi
128

KÕt ln

Trong giai đoạn hiện nay, các ngành kinh tế đang trên đà phát
triển mạnh mẽ hàng loạt các công ty, xí nghiệp cũng như các khu
dân cư đã và đang được hình thành. Vì vậy nhu cầu sử dụng điện
ngày càng cao, đòi hỏi ngành công nghiệp năng lượng điện phải
đáp ứng kòp thời theo sự phát triển đó. Chính vì những nguyên
nhân trên làm cho hệ thống điện ngày càng trở nên phức tạp.
§å ¸n tèt nghiƯp TrÇn V¨n Qnh - §iƯn 46

Khoa C¬ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi
129
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu cần thiết
và làm việc một cách nghiêm túc cùng sự hướng dẫn tận tình
của thầy Đỗ Văn Công. Đến nay, em thực hiện thành công đồ án
tốt nghiệp .
Quyển đồ án tốt nghiệp đã trình bày thứ tự các phần quan
trọng trong việc nghiên cứu bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng
rơle số 7UT51 V3
Với những vốn kiến thức tiếp thu được trong những năm học
tại trường, với sự nç lực của bản thân. Tuy nhiên do còn hạn chế
về kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, thời gian thực hiện. Nên
quyển đồ án này không sao tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong
thầy hướng dẫn cùng các quý thầy, cô trong hội đồng bộ môn
góp ý xây dựng để cho quyển “Đồ án tốt nghiệp” ngày càng hoàn
thiện hơn.

Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
130
Tài liệu tham khảo


1/ Ts. Nguyễn Hồng Thái
Phần tử tự động trong hệ thống điện.
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật, 2000

2/ Ts. Nguyễn Hồng Thái - Ks. Vũ Văn Tẩm
Rơle số lý thuyết và ứng dụng.
Nhà xuất bản Giáo dục, 2000

3/ Gs.Vs. Trần Đình Long
Bảo vệ các hệ thống điện.
Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ Thuật, 2005

4/ Vũ Đức Thọ - Đỗ Xuân Thụ
Cơ sở kỹ thuật điện tử số.
Nhà xuất bản Giáo dục, 1999

5/ Ts. Phạm Văn Hòa
Ngắn mạch trong hệ thống điện.
Nhà xuất bản Giáo dục, 2000

6/ Trơng Xuân Trờng
Rơle bảo vệ so lệch số 7UT51 V3 của SIEMENS