Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện nguyễn trung hiếu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.71 MB, 101 trang )
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
==========***=========
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Nguyễn Trung Hiếu
Lớp: Đ4H1 Hệ Đại học chính quy
Ngành: Hệ thống điện
TÊN ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP
220kV Hà Đông – Hà Nội
I. Các số liệu ban đầu.
Từ thực tế
II. Nội dung phần thuyết minh tính toán
- Phần 1
1. Mô tả đối tƣợng bảo vệ, thông số chính
2. Tính toán ngắn mạch phục vụ chỉnh định rơle
3. Phƣơng thức bảo vệ của trạm
4. Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle đƣợc sử dụng
5. Tính toán các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
- Phần 2: Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện 220kV Hà Đông.
III. Các bản vẽ A
- Sơ đồ nối dây
- Kết quả tính toán ngắn mạch
- Tính năng và thông số của rơle
- Phƣơng thức bảo vệ
- Kết quả tính toán bảo vệ
- Kết quả kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
Ngày giao nhiệm vụ : ngày 07 tháng 10 năm 2013
Ngày hoàn thành nhiệm vụ : ngày 31 tháng 12 năm 2013
Hà nội, Ngày 07 tháng 10 năm 2013
Trƣởng khoa
Ngƣời hƣớng dẫn
TS Vũ Thị Anh Thơ
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 2
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lƣợng rất quan trọng đối với cuộc sống con ngƣời. Nó đƣợc sử
dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Chính vì thế khi thiết kế hay vận hành bất cứ một hệ thống
điện nào cũng cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh hƣ hỏng và tình trạng làm việc bình
thƣờng của chúng. Hệ thống điện là một mạng lƣới phức tạp gồm rất nhiều phần tử cùng vận
hành nên hiện tƣợng sự cố xảy ra rất khó có thể biết trƣớc. Vì vậy, để đảm bảo cho lƣới điện vận
hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ, tự động hoá. Hệ thống bảo vệ rơle
có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng
làm việc liên tục của hệ thống. Việc hiểu biết về những hƣ hỏng và hiện tƣợng không bình
thƣờng có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phƣơng pháp và thiết bị bảo vệ nhằm
phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hƣ hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và xử lý khắc
phục chế độ không bình thƣờng là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sƣ ngành hệ thống điện.
Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kV Hà
Đông”. Đồ án gồm 6 chƣơng:
Chƣơng 1 : Mô tả đối tƣợng đƣợc bảo vệ, các thông số chính.
Chƣơng 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle.
Chƣơng 3 : Lựa chọn phƣơng thức bảo vệ.
Chƣơng 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các rơle sử dụng.
Chƣơng 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ.
Chƣơng 6: Tìm hiểu hệ thống SCADA quản lý trạm điện 220kV Hà Đông.
Trong thời gian qua, nhờ sự hƣớng dẫn tận tình của cô giáo Vũ Thị Anh Thơ, em đã hoàn
thành đồ án tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Thị Anh Thơ và các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống
điện đã trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành cần thiết trƣớc khi tiếp nhận kiển thức
thực tế khi trở thành một kỹ sƣ.
Hà Nội, ngày 7 tháng 10 năm 2013
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 3
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 : Mô tả đối tƣợng đƣợc bảo vệ, các thông số chính
1.1. Vị trí,vai trò trạm biến áp Hà Đông trong hệ thống
1.2. Sơ đồ đấu dây
1.3. Các thông số của thiết bị chính trong trạm
1.1.1. Máy biến áp
1.1.2. Các thiết bị phân phối phía 220 kV
1.1.3.Các thiết bị phân phối phía 110 kV
1.1.4. Các thiết bị phân phối phía 22 kV
CHƢƠNG 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ Rơle
2.1. Điện kháng các phần tử và sơ đồ thay thế
2.1.1. Hệ thống
2.1.2. Máy biến áp
2.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch
2.2.1. Chế độ 1: Trạm vận hành 1 MBA, S
N
= S
Nmax
2.2.2. Chế độ 2: Trạm vận hành 2 MBA, S
N
= S
Nmin
CHƢƠNG 3 : Lựa chọn phƣơng thức bảo vệ
3.1. Các loại hƣ hỏng và chế độ làm việc không bình thƣờng
3.2. Các loại bảo vệ cần đặt
3.2.1. Bảo vệ so lệch dòng điện
3.2.2. Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không
3.2.3. Bảovệ quá dòng điện có thời gian
3.2.4. Bảovệ quá dòng cắt nhanh
3.2.5. Bảovệ chống quá tải
3.2.6. Bảovệ máy biến áp bằng rơle khí
3.3. Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ cho trạm biến áp
CHƢƠNG 4 : Giới thiệu tính năng và thông số các loại Rơle sử dụng
4.1. Rơle bảo vệ so lệch
4.1.1. Giới thiệu tổng quan về Rơle 7UT613
4.1.2. Nguyên lý hoạt động chung của Rơle 7UT613
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 4
4.1.3. Một số thông số kỹ thuật của Rơle 7UT613
4.1.4. Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613
4.1.5. Chức năng bảo vệ so lệch MBA của Rơle 7UT613
4.1.6. Các chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế của Rơle 7UT613
4.1.7. Chức năng bảo vệ quá dòng của Rơle 7UT613
4.1.8. Chức năng bảo vệ chống quá tải của Rơle 7UT613
4.2. Rơle số 7SJ64
4.2.1.Giới thiệu tổng quan về Rơle 7SJ64
4.2.2. Các chức năng của Rơle 7SJ64
4.2.3. Đặc điểm cấu trúc của Rơle 7SJ64
4.2.4. Chức năng bảo vệ quá dòng có thời gian
CHƢƠNG 5:Tính toán các thông số của Rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
5.1. Các số liệu cần thiết phục vụ trong tính toán bảo vệ
5.2. Những chức năng bảo vệ dùng Rơle 7UT613
5.2.1. Khai báo thông số máy biến áp
5.2.2. Chức năng bảo vệ so lệch có hãm
5.2.3. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế
5.3. Những chức năng bảo vệ dùng Rơle 7SJ64
5.3.1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
5.3.2. Bảo vệ quá dòng
5.3.3. Bảo vệ quá dòng thứ tự không
5.4. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
5.4.1. Bảo vệ so lệch có hãm
5.4.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế
5.4.3. Bảo vệ quá dòng điện
5.4.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không
Tài liệu tham khảo
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 5
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220kV HÀ ĐÔNG
1.1.Những chặng đƣờng phát triển, đặc điểm, vai trò trạm
1.1.1 Những chặng đƣờng phát triển
- 1965 Trạm đƣợc đƣa vào vận hành với cấp điện áp 35 kV.
- 1968 Trạm đƣợc xây dựng lên cấp điện áp 110 kV.
- 1982 Khởi công xây dựng mở rộng trạm lên cấp điện áp 220 kV và là trạm
biến áp 220 kV đầu tiên của lƣới điện miền Bắc.
- 1983 Đón nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy nhiệt điện Phả Lại hoà vào
lƣới điện miền Bắc. Sau đó trạm tiếp tục đƣợc mở rộng lắp đặt thiết bị đủ để đón
nhận công suất của cả 4 tổ máy nhiệt điện Phả Lại phát lên cho lƣới điện miền Bắc,
đồng thời cung cấp điện ngƣợc lên phục vụ thi công nhà máy thủy điện Hòa Bình.
- 1988 nhận điện từ tổ máy số 1 nhà máy thuỷ điện Hòa Bình phát lên.
- 1998 Nâng công suất các MBA trạm và tiến hành thay đổi các thiết bị mới
theo công nghệ sản xuất mới, theo hƣớng hiện đại hoá-tự động hoá.
Sản lƣợng điện truyền qua trạm hàng năm hơn 1,3 tỷ kWh, tổn thất điện
năng qua trạm dƣới 0,8%. Hiện nay trạm đã đảm đƣơng đƣợc các công việc đại tu
các thiết bị máy cắt, TU, dao cách ly và các thiết bị khác đến cấp điện áp 35 kV, xử
lý sự cố từ xa, đảm nhiệm việc xử lý các hƣ hỏng mạch điều khiển của các thiết bị
trong trạm, cùng các trung tâm điều độ: A0, A1, B1, B10 xử lý nhanh, chính xác an
toàn các sự cố trên lƣới, đảm bảo việc cung cấp điện ổn định, liên tục, an toàn cho
các phụ tải Hà Nội, Hà Tây và trên lƣới điện miền Bắc.
1.1.2 Vai trò của trạm biến áp Hà Đông
Trạm Biến áp 220 kV Hà Đông nằm trên địa bàn phố Ba La-phƣờng Quang
Trung-thị xã Hà Đông-tỉnh Hà Tây, trạm trực thuộc Công ty Truyền Tải Điện 1-
Tổng Công ty Điện lực Việt Nam. Trạm là một điểm nút quan trọng nhất nằm giữa
hai nhà máy điện lớn: nhà máy Nhiệt điện Phả Lại và nhà máy thuỷ điện Hoà Bình,
giữ vai trò điều phối cung cấp điện cho Hệ thống điện miền Bắc, trực tiếp cung cấp
điện cho thủ đô Hà Nội, tỉnh Hà Tây và vào các tỉnh miền Trung. Khi đƣờng dây
500 kV đƣa vào vận hành, sự làm việc ổn định của trạm có ảnh hƣởng trực tiếp tới
sự ổn định của Hệ thống điện toàn quốc.
1.2.Tìm hiểu chung về cấu trúc trạm
Cấp 220kV
Các lộ vào ra
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 6
Trên cấp điện áp 220kV có 11 ngăn lộ trong đó có 07 lộ vào ra. Đó là các lộ:
271- Chèm 275 - Phả Lại
272 - Hoà Bình-I 276 - Ninh Bình
273 - Hoà Bình-II 277 - Hoà Bình-III
274 - Mai Động
Các thanh cái
Trạm có 03 thanh cái 220 kV: Đó là các thanh cái: C21-thanh cái 1,
C22-thanh cái 2, C29-thanh cái vòng. Hai thanh cái C21 và C22 đƣợc nối
với nhau bởi máy cắt liên lạc 212, thanh cái vòng C29 đƣợc nối với máy cắt
vòng 200.
Thanh cái 220 kV đƣợc cấp điện từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình (qua
3 lộ: 272, 273, 277), từ nhà máy nhiệt điện Phả Lại (qua lộ 275) và từ
đƣờng dây 500 kV. Từ đây điện áp đƣợc cấp đến hai máy biến áp 3AT và
4AT của trạm.
Hệ thống máy cắt
Tại cấp 220 kV có tất cả 11 máy cắt, cụ thể:
07 máy cắt lộ là các máy cắt: 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277.
01 máy cắt liên lạc 212.
01 máy cắt vòng 200.
02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 233, 234.
Hệ thống dao cách ly
Tổng số có 47 dao cách ly ở phía 220 kV. Chúng đƣợc đặt trong nhà
hay ngoài trời, là loại một pha hay ba pha. Có một hay hai dao tiếp địa cho
từng pha dùng để nối đất khi tiến hành sửa chữa, bảo dƣỡng.
Ngoài ra tại từng cấp điện áp trong trạm còn đƣợc trang bị thêm các
máy biến áp đo lƣờng: máy biến điện áp TU, máy biến dòng điện TI sử dụng
cho mục đích đo lƣờng, bảo vệ, tự động hoá.
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 7
Cấp 110kV
Các lộ vào ra
Trên cấp điện áp 110 kV có 15 ngăn lộ trong đó có 08 lộ vào ra. Đó là các
lộ:
171 - Ninh Bình 172 - Thƣợng Đình-I
173 - Sơn Tây 174 - Chèm-I
175 - Chèm-II 176 - Thƣợng Đình-II
177 - Mai Động-I 178 - Mai Động-II
Các thanh cái
Trạm có 03 thanh cái 110 kV. Đó là các thanh cái: C11- thanh cái 1,
C12- thanh cái 2, C19- thanh cái vòng. Hai thanh cái C11 và C12 đƣợc nối
với nhau bởi máy cắt liên lạc 112, thanh cái vòng C19 đƣợc nối với máy cắt
vòng 100.
Thanh cái 110 kV đƣợc cấp điện từ hai máy biến áp 3AT và 4AT phía
220 kV. Từ đây điện áp đƣợc cấp đến hai máy biến áp 1T và 2T của trạm.
Hệ thống máy cắt
Tại cấp 110 kV có tất cả 14 máy cắt, cụ thể:
08 máy cắt lộ là các máy cắt: 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178.
01 máy cắt liên lạc 112.
01 máy cắt vòng 100.
02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 3AT và 4AT là 133, 134.
02 máy cắt bảo vệ cho các máy biến áp 1T và 2T là 131, 132.
Hệ thống dao cách ly
Tổng số có 56 dao cách ly ở phía 110 kV. Chúng đƣợc đặt trong nhà
hay ngoài trời, là loại một pha hay ba pha. Có một hay hai dao tiếp địa cho
từng pha dùng để nối đất khi tiến hành sửa chữa, bảo dƣỡng.
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 8
Cấp 22kV
Cấp điện áp 22 kV có cả ở phía mạch 220 kV và phía mạch 110 kV của
trạm.
- Phía 110 kV:
+ Điện áp 22 kV đƣợc cấp từ máy biến áp 1T.
+ Có 7 ngăn lộ trong đó có 6 lộ ra cung cấp cho các phụ tải.
+ Hệ thống máy cắt: ở cấp 22 kV dùng các máy cắt hợp bộ, có tất cả 7
máy cắt hợp bộ. Máy cắt 441 đóng cắt các lộ nối từ thanh cái 22 kV tới đầu
ra của MBA 1T.
Hiện nay cấp điện áp này đang đƣợc dự phòng chƣa đƣa vào sử dụng.
- Phía 220kV:
+ Điện áp 22kV đƣợc lấy từ hai máy biến áp 3AT và 4AT sau đó
đƣợc đƣa tới hai máy biến áp tự dùng 43T và 44T.
+ Hệ thống các máy cắt: có hai máy cắt hợp bộ là 443 và 444.
+ Hệ thống dao cách ly: có 4 dao cách ly.
1.3.Các thông số của thiết bị chính trong trạm
1.3.1. Máy biến áp.
.Máy biến áp tự ngẫu nhãn hiệu AEG , kiểu SDN 6444 ngâm trong dầu, làm việc
ngoài trời, công suất danh định 250 MVA.
. Điện áp danh định cuộn dây U
Cdđ
= 225 kV.
U
Tdđ
= 115 kV.
U
Hdđ
= 23 kV.
. Tần số 50 Hz.
. Bộ điều chỉnh dƣới tải: 225 kV 8 1,25%/115 kV /23 kV
. Kiểu làm mát ONAN/ONAF.
. Tổ đấu dây Y
na
/D-0-11 .
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 9
. Điện áp ngắn mạch U
K
( C-H ) = 32%.
U
K
( C-T ) = 11%.
U
K
( T-H ) = 20%.
. Tổn hao không tải ∆P0 = 94W ; I0% = 0,16%
1.3.2.Các thiết bị phân phối phía 220 kV
1. Máy cắt FXT-14F.
_ Máy cắt FXT-14F là loại tự nén và sử dụng khí SF6 để cách điện và dập hồ
quang, là máy cắt ba pha làm việc ngoài trời, có một bộ truyền động dùng cho
cả ba pha do đó phù hợp với việc tự động đóng lại ba pha.
_ Tiêu chuẩn sử dụng :
.Điện áp định mức kV 245
.Tần số định mức Hz 50
.Dòng điện định mức A 3150
.Dòng cắt ngắn mạch định mức kA 40
.Dòng đóng sự cố định mức kA 100
.Khối lƣợng khí SF6 kg 33
.Khối lƣợng 1 trụ kg 725
2. Biến dòng điện AT5-245-EMEK
- Tiêu chuẩn : IEC – 185
- Điện áp cao nhất của thiết bị : 245 kV
- Tần số danh định : 50 Hz
- Tỉ số biến dòng : 400-600-800-1200/5 A
+ Cấp chính xác lõi 1 : 0,5; 30 VA
+ Cấp chính xác lõi 2, 3, 4 : 5P20; 30 VA
- Tỉ số biến đang sử dụng : 1200/5A
3. Biến điện áp kiểu DKF–245-ARTECHE.
Máy biến điện áp sử dụng ngoài trời, theo tiêu chuẩn IEC – 186.
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 10
. Điện áp sơ cấp định mức của lƣới kV 230
. Điện áp lớn nhất của lƣới cho phép làm việc kV 245
. Điện áp pha định mức cuộn sơ cấp kV 220/
3
. Thông số các cuộn thứ cấp
Cuộn 1a – 1n
Điện áp định mức V 110/
3
Cấp chính xác 0,5
Công suất định mức VA 100
Công suất làm việc lớn nhất VA 200
Cuộn 2a – 2n
Điện áp định mức V 110
Cấp chính xác 3P
Công suất định mức VA 100
.Tỉ số biến áp kV 220/
3
:0,1/
3
:0,1
1.3.2. Thiết bị phân phối phía 110 kV
1.Máy cắt S1-145-F1
_ Là loại tự nén và sử dụng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang, là máy cắt
ba pha làm việc ngoài trời, có một bộ truyền động dùng cho cả ba pha do đó phù
hợp với việc tự động đóng lại ba pha.
_ Tiêu chuẩn sử dụng :
Điện áp định mức kV 145
Tần số định mức Hz 50
Dòng điện định mức A 3150
Dòng cắt ngắn mạch định mức kA 31,5
Dòng đóng sự cố định mức kA 100
Khối lƣợng khí SF6 kg 9
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 11
Khối lƣợng 1 trụ kg 300
2.Biến dòng điện AT5-145-EMEK.
- Tiêu chuẩn : IEC – 185
- Điện áp cao nhất của thiết bị : 125 kV
- Tần số danh định : 50 Hz
- Tỉ số biến dòng : 600-1200-1500-2000/5 A
+ Cấp chính xác lõi 1 : 0,5; 30 VA
+ Cấp chính xác lõi 2, 3, 4 : 5P20; 30 VA
- Tỉ số biến đang sử dụng : 800-1200/5A
3. Biến điện áp kiểu DDB-123-ARTECHE
Máy biến điện áp sử dụng ngoài trời, theo tiêu chuẩn IEC – 186.
. Điện áp sơ cấp định mức của lƣới kV 110
. Điện áp lớn nhất của lƣới cho phép làm việc kV 123
. Điện áp pha định mức cuộn sơ cấp kV 110/
3
. Thông số các cuộn thứ cấp
Cuộn 1a – 1n
Điện áp định mức V 110/
3
Cấp chính xác 0,5
Công suất định mức VA 100
Công suất làm việc lớn nhất VA 200
Cuộn 2a – 2n
Điện áp định mức V 110
Cấp chính xác 3P
Công suất định mức VA 100
.Tỉ số biến áp kV 110/
3
:0,1/
3
:0,1
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 12
1.3.3. Thiết bị phân phối phía 22 kV
1. Tủ máy cắt VB-25/20.
Máy cắt chân không loại VB-25/20 nằm trong tủ máy cắt, có thể kéo ra ngoài, bộ
truyền động lò xo tích năng bằng động cơ hoặc bằng tay. Thao tác từ xa, tại chỗ
bằng lệnh tại bộ rơ le số trên cửa tủ ngăn hạ áp hoặc nút ấn cơ khí trên cửa tủ ngăn
cao áp.
Điện áp định mức kV 24
Tần số định mức Hz 50
Dòng điện định mức A 2000
Dòng cắt ngắn mạch định mức kA 25
Dòng đóng sự cố định mức kA 63
Thời gian chịu ngắn mạch sec 3
2. Máy biến dòng điện
- Tỉ số biến dòng 2000/5A
+ Cấp chính xác lõi 1 : 0,5; 15 VA
+ Cấp chính xác lõi 2, 3 : 5P20; 15 VA
- Điện áp định mức : 24 kV
3. Máy biến điện áp EGG20-RICHTER.
. Điện áp định mức cuộn sơ cấp : 23kV
. Thông số các cuộn thứ cấp :
Cuộn dây 1
3
11,0
kV
Cuộn dây 2
3
11,0
kV
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 13
1.3.5. Các thiết bị bảo vệ trạm
Thiết bị bảo vệ chính cho MBA của trạm là : bảo vệ so lệch 7UT613 và bảo
vệ quá dòng 7SJ64.
Ngoài ra để bảo vệ đƣờng dây,thanh cái và MC trong trạm còn sử dụng một
số loại bảo vệ khác nhƣ:
- Bảo vệ quá dòng phía 22kV :7SJ531
- Bảo vệ khảng cách : 7SA513, 7SA511,REL511
- Bảo vệ so lệch thanh cái trở kháng thấp: 7SS52
- Bảo vệ chống từ chối tác động của MC: 7SV512
CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE
Ngắn mạch trong hệ thống điện là hiện tƣợng các pha chập nhau, pha chập đất
(hay chập dây trung tính), lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của hệ thống giảm đi,
dòng điện tăng lên đáng kể gọi là dòng điện ngắn mạch. Trong thiết kế bảo vệ rơle,
việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất
(I
Nmax
) và dòng điện ngắn mạch bé nhất (I
Nmin
) đi qua đối tƣợng bảo vệ để lựa
chọn thiết bị bảo vệ rơ le,cài đặt,chỉnh định các thông số và kiểm tra độ nhạy của
rơ le.
Việc tính toán ngắn mạch dựa trên các giả thiết:
- Các máy phát điện không có dao động công suất , nghĩa là góc lệch pha giữa
các vecto suất điện động của máy phát là không đổi và gần bằng 0. Tính toán
thực tế cho thấy phụ tải (pt) hầu nhƣ không tham gia vào ngắn mạch (NM)
ban đầu, do vậy ta có thể bỏ qua pt khi tính NM ban đầu
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 14
- Có thể dùng phƣơng pháp xếp chồng để tính toán
- Bỏ qua điện trở:
+ Với điện áp >1kv thì bỏ qua R vì R<<X
+ Với điện áp <1kv thì R>1/3X
- Bỏ qua điện dung và dòng từ hóa máy biến áp
- Các tính toán thực hiện ở dạng tƣơng đối cơ bản
2.1.ĐIỆN KHÁNG CÁC PHẦN TỬ VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ
Đối với tính toán bảo vệ rơ le,chọn các đại lƣợng cơ bản sau:
+S
cb
=S
dđ B
= 250 MVA
+U
cb
=1,05 Utb các cấp
Cấp điện áp 220 kV có U
cb1
= 230 kV
1
1
250
0,628
3 3.230
cb
cb
cb
S
I
U
kA
Cấp điện áp 110 kV có U
cb2
= 115 kV
2
2
250
1,255
3 3.115
cb
cb
cb
S
I
U
kA
Cấp điện áp 22 kV có U
cb3
= 23 kV
3
3
250
6,276
3 3.23
cb
cb
cb
S
I
U
kA
2.1.1.Hệ thống
Theo số liệu của Trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Bắc A1 với S
cb
= 100
MVA,và U
cb
= U
đm
= 220 kV thì trong các chế độ phụ tải cực đại và phụ tải cực
tiểu ta có điện kháng của hệ thống nhƣ sau:
*Chế độ max:X
0H
= 0,04
X
1H
= X
2H
= 0,025
*Chế độ min: X
0H
= 0,04
X
1H
= X
2H
= 0,035
Qui sang hệ đơn vị tƣơng đối cơ bản đã chọn :
*Chế độ max: X
0H
= 0,04.
250
100
=0,1
X
1H
= X
2H
= 0,025.
250
100
=0,0625
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 15
*Chế độ min: X
0H
= 0,04.
250
100
=0,1
X
1H
= X
2H
= 0,035.
250
100
=0,0875
2.1.2.Máy biến áp
Điện áp ngắn mạch U
K
% của máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 nhƣ sau:
U
N
C-T
= 11 % ; U
N
C-H
= 32 % ; U
N
T-H
= 20 %
C C-T C-H T-H
N N N N
T T-H C-T C-H
N N N N
H C-H T-H C-T
N N N N
11
U (U U U ) (11 32 20) 11,5%
22
11
U (U U U ) (20 11 32) 0,5%
22
11
U (U U U ) (32 20 11) 20,5%
22
Điện kháng các cuộn dây:
%
11,5
0,115
100 100
0
%
20,5
0,205
100 100
C
N
C
T
H
N
H
U
X
X
U
X
2.2.TÍNH TOÁN DÕNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
Xác định dòng điện ngắn mạch qua các vị trí đặt BI trong các chế độ:
- Trạm vận hành 1 máy biến áp, S
N
=S
Nmax
- Trạm vận hành 2 máy biến áp, S
N
=S
Nmin
Các điểm ngắn mạch tính toán:
-Phía 220kV (cao áp): N1 và N1’
-Phía 110kV (trung áp): N2 và N2’
-Phía 22kV (hạ áp): N3 và N3’
*Chế độ cực đại:
.Công suất ngắn mạch trên thanh góp là lớn nhất.
.Tính ngắn mạch tại ba điểm N
1
, N
2
, N
3
.
.Tính các dạng ngắn mạch N
(3)
, N
(1,1)
, N
(1)
*Chế độ cực tiểu:
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 16
.Công suất ngắn mạch trên thanh góp là nhỏ nhất.
.Tính ngắn mạch tại ba điểm N
1
, N
2
, N
3
.
.Tính các dạng ngắn mạch N
(2)
, N
(1,1)
, N
(1)
2.2.1 .KHI TRẠM VẬN HÀNH 1 MÁY BIẾN ÁP, S
N
=S
NMAX
HTĐ
220 kV
110 kV
22 kV
N1
N’1
N2
N’2
N3
N’3
MC BI1
BI2
BI3
BI4
MC
MC
Hình 2.1: Sơ đồ các điểm ngắn mạch khi trạm vh 1 mba, S
N
=S
NMAX
Tính toán với các dạng ngắn mạch: N
(3)
, N
(1,1)
, N
(1)
1,Ngắn mạch phía 220kV: các dạng ngắn mạch N
(3)
, N
(1,1)
, N
(1)
Điểm ngắn mạch N1 và N’1
BI1
1
0,0625
H
X
N1
N’1
Hình 2.2: Sơ đồ thuận ngắn mạch phía 220kV, vh 1 mba, S
N
=S
NMAX
N’1
BI1
2
0,0625
H
X
N1
Hình 2.3: Sơ đồ nghịch ngắn mạch phía 220kV, vh 1 mba, S
N
=S
NMAX
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 17
N’1
BI1
N1
0
0,1
H
X
0,115
C
X
0,205
H
X
Hình 2.4: Sơ đồ không ngắn mạch phía 220kV, vh 1 mba, S
N
=S
NMAX
- Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:
X
1
= X
2
= X
1H
= X
2H
= 0,0625
-Điện kháng thứ tự không:
X
0
= X
OH
// (X
C
+X
H
)
=
0,1.(0,115 0,205)
0,1 0,115 0,205
=0,076
a,Xét dạng ngắn mạch N
(3)
:
1Σ
1
16
0,0625
N
E
I
X
1. Điểm ngắn mạch N1
0
16
BI N
II
2. Điểm ngắn mạch N1’
Dòng điện qua các vị trí đặt bảo vệ
1
16
BI N
II
b,Xét dạng ngắn mạch N
(1,1)
:
-Dòng thứ tự thuận:
1
20
1Σ
20
1
10,331
. 0,0625.0,076
0,0625
0,0625 0,076
N
E
I
XX
X
XX
-Dòng thứ tự nghịch:
0
21
2Σ0
0,076
10,331 5,669
0,0625 0,076
NN
X
II
XX
-Dòng thứ tự không:
01
2Σ0
0,0625
10,331 4,662
0,0625 0,076
NN
X
II
XX
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 18
N’1
BI1
N1
0
0,1
H
X
0,115
C
X
0,205
H
X
0H
I
0C
I
0
4,662
N
I
Hình 2.5: Phân bố dòng TTK khi ngắn mạch N
(1,1)
, vh 1 mba, S
NMAX
Dòng thứ tự không chạy từ hệ thống về điểm ngắn mạch:
0
00
0
0,1
. 4,662. 1,11
0,1 0,115 0,205
H
CN
H H C
X
II
X X X
0 0 0
4,662 ( 1,11) 3,552
H N C
I I I
Dòng qua dây trung tính mba:
0
3 3.1,11 3,33
TT C
II
*Dòng điện N
(1,1)
đi qua các BI:
*Điểm N1:
-1BI: I
BI1
= I
0C
= -1,11
-2BI,3BI:không có dòng
-4BI: I
4BI
= I
TT
=-3,33
*Điểm N1’:
-1BI: I
1BI1
= I
1N
= 10,331
I
2BI1
=I
2N
= -5,669
I
0BI1
=I
0H
= -3,552
2
1 1 1 2 1 0 1
BI BI BI BI
I a I a I I
=
1 3 1 3
.10,331 . 5,669 3,552 15,053
2 2 2 2
ii
-2BI,3BI:không có dòng.
-4BI: I
4BI
= I
TT
= -3,33
c,Xét dạng ngắn mạch N
(1)
:
1N 2N 0N
1
1
I = I = I 4,975
0,0625 0,0625 0,076
E
X X X
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 19
N’1
BI1
N1
0
0,1
H
X
0,115
C
X
0,205
H
X
0H
I
0C
I
0
4,975
N
I
Hình 2.6: Phân bố dòng TTK khi ngắn mạch N
(1)
phía 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
Dòng thứ tự không chạy từ hệ thống về điểm ngắn mạch:
0
00
0
0,1
. 4,975. 1,185
0,1 0,115 0,205
H
CN
H H C
X
II
X X X
0 0 0
4,975 1,185 3,790
H N C
I I I
Dòng qua dây trung tính mba:
0
3 3.1,185 3,555
TT C
II
*Dòng điện N
(1)
đi qua các BI:
*Điểm N1:
-1BI: I
BI1
= I
0C
= 1,185
-2BI,3BI:không có dòng
-4BI: I
4BI
= I
TT
= 3,555
*Điểm N1’:
-1BI: I
1BI1
= I
1N
= 4,975
I
2BI1
= I
2N
= 4,975
I
0BI1
= I
0H
= 3,790
1 1 1 2 1 0 1
4,975 4,975 3,790 13,74
BI BI BI BI
I I I I
-2BI,3BI:không có dòng.
-4BI: I
4BI
= I
TT
= 3,555
2,Ngắn mạch phía 110kV: các dạng ngắn mạch N
(3)
, N
(1,1)
, N
(1)
Điểm ngắn mạch:N2 và N2’
BI2
1
0,0625
H
X
N’2
N2
0,115
C
X
Hình 2.7: Sơ đồ thuận ngắn mạch 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 20
BI2
2
0,0625
H
X
N’2
N2
0,115
C
X
Hình 2.8: Sơ đồ nghịch ngắn mạch 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
BI2
0
0,1
H
X
N’2
0,115
C
X
0,205
H
X
Hình 2.9: Sơ đồ không ngắn mạch phía 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
-Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:
X
1
= X
2
= X
1H
+ X
C
= 0,0625+0,115 =0,1775
-Điện kháng thứ tự không:
X
0
=X
H
//(X
0H
+X
C
)=0,205//(0,1+0,115)=0,105
a,Xét dạng ngắn mạch N
(3)
:
1Σ
1
5,634
0,1775
N
E
I
X
*Điểm N2
I
BI1
=I
BI2
=I
N
=5,634
*Điểm N’2
I
BI1
=5,634
b,Xét dạng ngắn mạch N
(1,1)
:
-Dòng thứ tự thuận:
1
20
1Σ
20
1
4,107
. 0,1775.0,105
0,1775
0,1775 0,105
N
E
I
XX
X
XX
-Dòng thứ tự nghịch:
0
21
2Σ0
0,105
4,107 1,526
0,1775 0,105
NN
X
II
XX
-Dòng thứ tự không:
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 21
01
2Σ0
0,1775
4,107 2,581
0,1775 0,105
NN
X
II
XX
BI2
0
0,1
H
X
N’2
N2
0,115
C
X
0,205
H
X
0
2,581
N
I
Hình 2.10: Phân bố dòng TTK khi ngắn mạch N
(1,1)
phía 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
Dòng qua dây trung tính mba:
0
2,581
TT N
II
*Dòng điện N
(1,1)
đi qua các BI:
*Điểm N2:
-1BI: I
11BI
= I
1N
= 4,107
I
21BI
=I
2N
= -1,526
I
01BI
= I
0C
= -0,615
I
(1,1)
1BI
=a
2
. I
1H
+a. I
2H
+ I
0H
=
1 3 1 3
.4,107 . 1,526 0,615
2 2 2 2
jj
= - 1,9055 – j 4,878=5,237
-2BI: I
12BI
= I
1N
= 4,107
I
22BI
= I
2N
= -1,526
I
02BI
=I0N = -2,581
I
(1,1)
2BI
=a
2
. I
1N
+a. I
2N
+ I
0H
=
1 3 1 3
.4,107 . 1,526 2,581
2 2 2 2
jj
= -3,872 – j 4,878= 6,228
-3BI: không có dòng qua
-4BI: I
4BI
=I
TT
= -2,581
*Điểm N2’:
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 22
-1BI:giống nhƣ điểm N2
I
BI1
=5,237
-2BI: không có dòng qua 2BI
-3BI: không có dòng qua 3BI
-4BI: giống nhƣ điểm N2
I
4BI
=-2,581
c,Xét dạng ngắn mạch N
(1)
:
1N 2N 0N
1
1
I = I = I 2,174
0,1775 0,1775 0,105
E
X X X
BI2
0
0,1
H
X
N’2
N2
0,115
C
X
0,205
H
X
0
2,714
N
I
Hình 2.11: Phân bố dòng TTK khi ngắn mạch N
(1)
phía 110kV, vh 1 mba, S
NMAX
Dòng qua dây trung tính mba:
0
2,714
TT N
II
*Dòng điện N
(1)
đi qua các BI:
*Điểm N2:
-1BI: I
01BI
= I
0C
= 0,518
I
11BI
= I
1N
= 2,174
I
21BI
= I
2N
= 2,174
Dòng pha lớn nhất:
I
(1)
1BI
=I
1N
+ I
2N
+ I
0H
=2,174+2,174+0,518 = 4,866
-2BI: I
2BI
=3.I
1N
=3.2,174= 6,522
-3BI: Không có dòng qua
-4BI: I
4BI
=I
TT
=2,714
*Điểm N2’:
-1BI:giống nhƣ điểm N2
I
(1)
1BI
=4,866
-2BI: không có dòng qua 2BI
-3BI: không có dòng qua 3BI
-4BI: giống nhƣ điểm N2
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 23
I
4BI
=2,714
3,Ngắn mạch phía 22kV:
Cuộn dây hạ áp của máy biến áp nối tam giác nên ở chế độ công suất ngắn mạch
cực đại chỉ cần tính toán với dạng ngắn mạch ba pha đối xứng N
(3)
.
N’3
BI1
N3
0
0,1
H
X
0,115
C
X
0,205
H
X
BI3
Hình 2.12: Sơ đồ thuận ngắn mạch phía 22kV, vh 1 mba, S
NMAX
X
1
= X
2
= X
1H
+ X
C
+ X
H
= 0,0625 + 0,115 +0,205 = 0,3825
Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng N
(3)
tại điểm ngắn mạch:
(3)
3
1
11
2,614
0,3825
N
I
X
*Điểm N3: I
BI1
=I
BI3
=I
N
=2,614
*Điểm N3’: I
BI1
=2,614
Không có dòng qua các BI còn lại.
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 24
2.2.2.KHI TRẠM VẬN HÀNH 2 MÁY BIẾN ÁP SONG SONG, S
N
=S
NMIN
HTĐ
220 kV
110 kV
22 kV
N1
N’1
N2
N’2
N3
N’3
MC BI1
BI2
BI3
BI4
MC
MC
MC BI1
MCBI2
Hình 2.13: Sơ đồ các điểm ngắn mạch khi trạm vh 2 mba, S
N
=S
NMIN
Tính toán với các dạng ngắn mạch: N
(2)
, N
(1,1)
, N
(1)
1,Ngắn mạch phía 220kV: điểm N1 và N1’
1
0,0875
X
N1
BI1
N’1
Hình 2.14: Sơ đồ thuận ngắn mạch phía 220kV, vh 2 mba, S
NMIN
N’1
2
0,0875
X
N1
BI1
Hình 2.15: Sơ đồ nghịch ngắn mạch phía 220kV, vh 2 mba, S
NMIN
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220kV Hà Đông
Nguyễn Trung Hiếu – Đ4H1 Page 25
X
1
=X
1H
=0,0875
X
2
=X
2H
=0,0875
N’1
BI1
N1
0
0,1
X
0,115
C
X
0,205
H
X
0,115
C
X
0,205
H
X
Hình 2.16: Sơ đồ không ngắn mạch phía 220kV, vh 2 mba, S
NMIN
0,115 0,205
/ /( ) 0,1/ /( ) 0,062
2 2 2 2
C
H
X
X
XX
a,Xét dạng ngắn mạch N
(2)
:
Dòng ngắn mạch N
(3)
chạy qua điểm ngắn mạch:
(3)
1
11
11,428
0,0875
N
I
X
Dòng ngắn mạch N
(2)
chạy qua điểm ngắn mạch:
(2) (3)
33
. .11,428 9,897
22
N
N
II
*Điểm N1:
Không có dòng qua các BI
*Điểm N’1:
(2)
1
9,897
BI N
II
b, Xét dạng ngắn mạch N
(1)
:
Các thành phần đối xứng của dòng ngắn mạch tại điểm ngắn mạch:
