Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220 kv

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 1

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế nƣớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân
dân cũng đƣợc nâng cao nhanh chóng. Bên cạnh đó, quá trình công nghiệp hóa –
hiện đại hóa cũng kéo theo nhu cầu về cung cấp năng lƣợng, đặc biệt là điện
năng. Nhu cầu sử dụng điện trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch
vụ và sinh hoạt tăng trƣởng không ngừng. Điều đó đòi hỏi một hệ thống cung cấp
điện an toàn và đáng tin cậy.
Trạm biến áp là một mắt xích rất quan trọng trong hệ thống điện, là đầu
mối liên kết các đƣờng dây, các hệ thống điện. Các thiết bị trong trạm biến áp có
giá thành lớn, thƣờng ít gặp sự cố hơn các phần tử khác của hệ thống điện, tuy
nhiên nếu xảy ra sự cố thì có thể gây ra thiệt hại nặng nề nếu không đƣợc xử lý
kịp thời. Vì lẽ đó, việc thiết kế một hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp hoạt động
chính xác, tin cậy trƣớc các sự cố là một công đoạn hết sức cần thiết.
Đề tài tốt nghiệp em đƣợc giao có tên: “ Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le cho
trạm biến áp 220 kV”. Trong thời gian làm đồ án, em đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn
nhiệt tình của các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là TS. Nguyễn
Xuân Tùng. Do những hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn nên đồ án
có thể còn những sai sót, rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô
giáo trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 13 tháng 06 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Tuấn

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 2

LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 5
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRÒ CỦA TRẠM BIẾN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ĐƢỢC THIẾT KẾ 5
1.1. Vai trò của trạm biến áp trong hệ thống điện 5
1.2. Tổng quan chung về trạm biến áp cần thiết kế 5
1.2.1. Sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp 5
1.2.2. Các thông số chính của trạm 6
CHƢƠNG 2 8
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH HỆ THỐNG BẢO VỆ
RƠ-LE 8
2.1. Giới thiệu chung 8
2.1.1. Lý do cần thiết 8
2.1.2. Các giả thiết tính ngắn mạch 8
2.2. Các chế độ tính ngắn mạch và các điểm ngắn mạch cần tính toán 8
2.2.1. Các chế độ tính ngắn mạch 8
2.2.2. Các điểm ngắn mạch cần tính toán 9
2.3. Quy đổi các thông số phần tử 10
2.3.1. Hệ thống 11
2.3.2. Đƣờng dây 110 kV 11
2.3.3. Máy biến áp tự ngẫu 12
2.4. Tính toán dòng điện ngắn mạch 13
2.4.1. Khi trạm vận hành 1 MBA trong chế độ max 13
2.4.2. Khi trạm vận hành 2 MBA trong chế độ max 26

2.4.3. Khi trạm vận hành 1 MBA trong chế độ min 42
2.4.4. Khi trạm vận hành 2 MBA trong chế độ min 42
CHƢƠNG 3 51
LỰA CHỌN PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ 51
3.1. Các dạng hƣ hỏng đối với máy biến áp 51
3.2. Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ máy biến áp 52
CHƢƠNG 4 56
GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC RƠLE SỬ DỤNG 56
4.1. Rơ le bảo vệ so lệch P633 56
4.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle P633 56
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 3

4.1.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle P633 57
4.2. Rơ le hợp bộ quá dòng số 7SJ64 63
4.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ64 63
4.2.2 Các chức năng của 7SJ64 63
4.3. Rơ le 7RW60 65
4.3.1. Giới thiệu chung 65
4.3.2. Một số thông số kỹ thuật chính 66
CHƢƠNG 5 67
TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ CHỈNH ĐỊNH VÀ CÀI ĐẶT CHO RƠLE 67
5.1. Các chức năng sử dụng và thông số cài đặt cho máy biến áp của rơ le P633 67
5.1.1. Chọn máy biến dòng điện và máy biến điện áp 67
5.1.2. Các thông số kỹ thuật của máy biến áp tự ngẫu trong trạm 69
5.2. Tính toán chỉnh định các chức năng bảo vệ trong rơ le P633 69
5.2.1. Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 69
5.2.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 71

5.2.3. Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt 71
5.3. Những chức năng bảo vệ dùng rơ le 7SJ64 72
5.3.1. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hƣớng 72
5.3.2. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không có hƣớng 73
5.3.3. Bảo vệ quá dòng có hƣớng thời gian trễ 74
5.3.4. Bảo vệ quá dòng TTK có hƣớng có thời gian trễ 75
5.3.5. Bảo vệ chống máy cắt từ chối tác động 50BF 75
5.4. Bảo vệ quá điện áp thứ tự không phía 35 kV (59N, U
0>
) 80
CHƢƠNG 6 81
KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ 81
6.1. Bảo vệ so lệch có hãm (87T) 81
6.1.1. Kiểm tra sự làm việc an toàn khi có ngắn mạch ngoài 81
6.1.2. Kiểm tra độ nhạy của rơ le khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ 84
6.2. Bảo vệ quá dòng có hƣớng có thời gian trễ 86
6.3. Bảo vệ quá dòng TTK có hƣớng có thời gian trễ 88
CHUYÊN ĐỀ 90
SỬ DỤNG MÁY TÍNH GIAO TIẾP, CHỈNH ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH 90
BẢN GHI SỰ CỐ CỦA RƠLE 90
1. Giới thiệu chung 90
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 4

2. Xây dựng dữ liệu chỉnh định các chức năng bảo vệ 91
2.1. Giới thiệu phần mềm MiCom S1 Studio 91
2.2. Quy trình tạo bộ dữ liệu chỉnh định 93
2.3. Kết quả chỉnh định 94

3. Giao tiếp với rơ le truy xuất dữ liệu 94
3.1. Giới thiệu bộ mô phỏng hệ thống điện NE9171 94
3.2. Quy trình thực hiện giao tiếp giữa bộ mô phỏng và rơ le 94
4. Bản ghi sự cố và áp dụng thực tế phân tích bản ghi sự cố 98
4.1. Giới thiệu chung về bản ghi sự cố 99
4.2. Áp dụng thực tế phân tích bản ghi sự cố Nha Trang – Krông Buk 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO 105
PHỤ LỤC 106














Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 5

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VAI TRÒ CỦA TRẠM BIẾN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ĐƢỢC THIẾT KẾ

1.1. Vai trò của trạm biến áp trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện, trạm biến áp đƣợc sử dụng rộng rãi để phục vụ cho
việc truyền tải điện năng từ các lƣới điện ở cấp điện áp khác nhau trong quá trính
truyền tải và phân phối năng lƣợng điên. Thƣờng điện năng nhà máy khi đến các
hộ tiêu thụ điện thì phải qua 3 đến 4 lần biến áp, vì vậy công suất tổng của các
trạm biến áp cũng lớn hơn tổng công suất của các máy phát từ 3 đến 4 lần.
Trạm biến áp cần thiết kế bảo vệ là trạm biến áp cấp điện áp 220 kV đóng
vai trò quan trọng trong việc liên kết hệ thống điện, truyền tải một lƣợng công
suất rất lớn, là một nút quan trọng trong hệ thống. Vì vậy, mọi sự cố xảy ra ở
trạm biến áp 220 kV có thể gây hậu quả nghiêm trọng đến các thiết bị ở trong
trạm, gây thiệt hại kinh tế lớn do ngừng cung cấp điện và thậm chí nếu không
đƣợc thiết kế bảo vệ chính xác có thể gây mất ổn định hệ thống và rã lƣới.

1.2. Tổng quan chung về trạm biến áp cần thiết kế
Đối tƣợng cần thiết kế ở đây là trạm biến áp 220 kV gồm 2 máy biến áp tự
ngẫu làm việc song song. Trạm đƣợc liên kết với hệ thống điện ở phía 220 kV và
110 kV.
1.2.1. Sơ đồ nối điện chính của trạm biến áp




Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 6


1.2.2. Các thông số chính của trạm
 Hệ thống:

Thông số về hệ thống (giả thiết) dựa trên S
cb
= 100 MVA; U
cb
= U
tb

Tại thanh cái hệ thống phía 220kV:
Chế độ max: X
1
= 0.052 X
0
= 0.023
Chế độ min: X
1
= 0.061 X
0
= 0.03
Tại thanh cái hệ thống phía 110kV :
Chế độ max: X
1
= 0.15 X
0
= 0.07
Chế độ min: X
1
= 0.19 X
0
= 0.13
 Máy biến áp:

 Máy biến áp tự ngẫu 125/125/63 MVA
 Tỷ số biến áp:
230 8 1,25%/121/36,5 kV

 Sơ đồ đấu dây: Y
0 auto
/ -11
 Điện áp ngắn mạch (đã qui đổi về theo công suất định
mức của máy biến áp):
U
N
C-T
= 10,78% ; U
N
C-H
= 32,72% ; U
N
T-H
= 20,35%
 Dòng điện định mức các phía: 314/596/997 A

HTÐ2
BI
0
230 kV
121 kV
36,5 kV
BI
2
HTÐ1

BI
3
BI
1
Sơ đồ nối điện chính trạm biến áp
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 7

 Đƣờng dây 110 kV
 Loại dây AC 240, chiều dài 55km
 Thông số x
0
=2,9x
1

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 8

CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ CHỈNH ĐỊNH HỆ THỐNG BẢO
VỆ RƠ-LE
2.1. Giới thiệu chung
2.1.1. Lý do cần thiết
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.
2.1.2. Các giả thiết tính ngắn mạch
 Tần số của hệ thống không thay đổi.
 Bỏ qua bão hòa từ.

 Bỏ qua các lƣợng nhỏ trong thông số của một số phần tử.
 Hệ thống sức điện động ba pha của nguồn là đối xứng.
2.2. Các chế độ tính ngắn mạch và các điểm ngắn mạch cần tính toán
2.2.1. Các chế độ tính ngắn mạch
Để tính đƣợc 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 trƣớc tiên ta cần phân tích:
- Để có dòng I
Nmax
thì khi đó công suất của nguồn là lớn nhất, và trị số của
dòng ngắn mạch 3 pha luôn lớn hơn dòng điện ngắn mạch 2 pha nên để tìm I
Nmax

ta sẽ tính các dạng ngắn mạch N
(3)
, N
(1)
, N
(1,1)
trong chế độ max. Từ nhận xét này
ta có thể thấy để tìm I
Nmin
ta sẽ tính các dạng ngắn mạch N
(2)
, N
(1)
, N

(1,1)
trong chế
độ min.
- Đối với cấu hình của trạm:
 Khi trạm vận hành một máy thì dòng điện tổng tại điểm ngắn mạch
tổng tại điểm ngắn mạch sẽ nhỏ hơn so với trƣờng hợp 2 máy vận hành song
song. Tuy nhiên toàn bộ dòng điện này sẽ đi qua bảo vệ.
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 9

 Khi trạm vận hành 2 máy biến áp song song thì dòng điện ngắn mạch
tổng tại điểm ngắn mạch sẽ lớn hơn trƣờng hợp vận hành 1 máy biến áp độc lập
nhƣng dòng qua bảo vệ chỉ bằng một nửa dòng điện ngắn mạch tổng.
Từ nhận xét trên ta thấy để tìm giá trị dòng dòng điện ngắn mạch lớn nhất
(I
Nmax
) và dòng điện ngắn mạch bé nhất (I
Nmin
) ta phải tính cho cả 2 trƣờng hợp:
vận hành độc lập 1 MBA và vận hành song song 2 MBA.
 Đối với các dạng ngắn mạch không đối xứng, dòng điện ở các pha
không giống nhau, dòng điện mà ta tính ra là của pha đặc biệt (pha không bị sự
cố đối với ngắn mạch 2 pha và 2 pha chạm đất, còn đối với sự cố ngắn mạch 1
pha thì đó là pha sự cố), vì vậy khi tìm dòng chạy qua các BI ta phải chú ý đến
vấn đề này.
2.2.2. Các điểm ngắn mạch cần tính toán
Đối với trạm biến áp, vị trí của các điểm ngắn mạch cần tính toán phụ
thuộc vào vị trí đặt BI, nếu sự cố xảy ra trƣớc BI thì sẽ không có dòng điện qua

BI nên bảo vệ sẽ không cảm nhận đƣợc sự cố và ngƣợc lại. Ngoài ra đối với bảo
vệ so lệch có khái niệm vùng bảo vệ đƣợc giới hạn bằng các BI, cho nên hai điểm
ngắn mạch có thể có cùng trị số dòng điện ngắn mạch nhƣ N
1
và N
1
’
nhƣng bảo
vệ so lệch chỉ tác động khi xảy ra ngắn mạch ở N
1
’
.
Đối với máy biến áp tự ngẫu ta cần phải tính toán đƣợc cho trên hình vẽ
dƣới đây. Tổng cộng có 6 điểm ngắn mạch cần tính toán (gồm 3 điểm ngắn mạch
trong vùng {N
1
’
, N
2
’
, N
3
’
} và 3 điểm ngắn mạch ngoài vùng {N
1
, N
2
, N
3
}).

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 10


Sơ đồ các điểm cần tính toán ngắn mạch
2.3. Quy đổi các thông số phần tử
Chọn các đại lƣợng cơ bản:
 S
cb
= S
đm BA
= 125 MVA
 U
cb
= U
tb các cấp

Từ hai thông số trên ta tính đƣợc I
cb
ở các cấp điện áp:
 Cấp điện áp 220 kV có U
cb1
= 230 kV
cb
cb1
cb1
S

125
I = = = 0,314
3U 3.230
kA
 Cấp điện áp 110 kV có U
cb2
= 115 kV
cb
cb2
cb2
S
125
I 0,628
3U 3.115
  

kA
 Cấp điện áp 35 kV có U
cb3
= 36,5 kV
cb
cb3
cb3
S
125
I 1,977
3U 3.36,5
  

kA

HTÐ 1
36.5kV
230 kV
121kV
BI
1
BI
2
BI
3
BI
0
N1
N1'
N2
N2'
AT1
AT2
N3
N3'
HTÐ 2
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 11

2.3.1. Hệ thống
 Phía 220 kV:
Điện kháng của hệ thống phía 220kV đã cho (với S
cb

=100MVA, U
cb
=
U
tb
):
 Chế độ max: X
1
= 0,052; X
0
= 0,023
 Chế độ min : X
1
= 0,061; X
0
= 0,03
Qui đổi sang hệ đơn vị tƣơng đối cơ bản đã chọn :
o Chế độ max: X
0HT1
= 0,023.
125
100
= 0,029
X
1HT1
= X
2HT1
= 0,052.
125
100

= 0,065
o Chế độ min: X
0HT1
= 0,03.
125
100
= 0,038
X
1HT1
= X
2HT1
= 0,061.
125
100
= 0,076
 Phía 110 kV:
Điện kháng của hệ thống phía 110kV đã cho (với S
cb
=100MVA, U
cb
=
U
tb
):
 Chế độ max: X
1
= 0,15; X
0
= 0,07
 Chế độ min : X

1
= 0,19; X
0
= 0,13
Qui đổi sang hệ đơn vị tƣơng đối cơ bản đã chọn :
o Chế độ max: X
0H2
= 0,07.
125
100
= 0,088
X
1H2
= X
2H2
= 0,15.
125
100
= 0,188
o Chế độ min: X
0H2
= 0,13.
125
100
= 0,163
X
1H2
= X
2H2
= 0,19.

125
100
= 0,238
2.3.2. Đƣờng dây 110 kV
Đƣờng dây 110 kV là loại dây AC – 240, chiều dài 55 km, thông số X
0
=
2,9 X
1
. Trong chế độ min để tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất ta sẽ tính khi vận
hành 1 đƣờng dây.
Tra bảng ta đƣợc thông số của đƣờng dây nhƣ sau:
r
o
= 0,12 (Ω/km), x
o
= 0,401 (Ω/km), b
o
= 2,84 (10
-6
/Ωkm)

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 12

Từ đó ta tính đƣợc:

cb

1D 0
22
cb
S
1 1 125
X .x .l .0,401.55. 0,104
2 U 2 115
  

X
0D
= 2,9. X
1D
= 2,9 . 0,104 = 0,302
Để đơn giản cho việc tính toán và trình bày, ta sẽ gộp điện kháng của
đƣờng dây với điện kháng của hệ thống phía thanh cái 110 kV (chế độ min sẽ
tính trƣờng hợp 2 đƣờng dây vận hành song song và trƣờng hợp một đƣờng dây
vận hành độc lập), ta có:
 Chế độ max:
X
1HD
= X
2HD
= X
1H2
+ X
1D
= 0,188 + 0,104 = 0,292
X
0HD

= X
0H2
+ X
0D
= 0,088 + 0,302 = 0,39
 Chế độ min:
- Trƣờng hợp 1 đƣờng dây vận hành độc lập:
X
1HD
= X
2HD
= X
1H2
+ 2.X
1D
= 0,238 + 2.0,104 = 0,446
X
0HD
= X
0H2
+2.X
0D
= 0,163 + 2.0,302 = 0,767
- Trƣờng hợp 2 đƣờng dây vận hành song song:
X
1HD
= X
2HD
= X
1H2

+ X
1D
= 0,238 + 0,104 = 0,342
X
0HD
= X
0H2
+ X
0D
= 0,163 + 0,302 = 0,465
2.3.3. Máy biến áp tự ngẫu
Điện áp ngắn mạch U
N
% của máy biến áp tự ngẫu AT1, AT2 nhƣ sau:
C-T C-H T-H
N N N
10,78%; 32,72%; 20,35%;
U U U
  

Từ đó ta rút ra:
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 ) (10,78 32,72 20,35) 11,575%
22

11
U (U U U ) (20,35 10,78 32,72) 0,795%
22
11
U (U U U ) (32,72 20,35 10,78) 21,145%
22
      
       
      

Điện kháng thay thế của máy biến áp tự ngẫu:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 13

N
N
C
cb
C
dmBA
T
H
cb
H
dmBA
U%
S
11,575 125

X . . 0,116
100 S 100 125
X0
U%
S
21,145 125
X . . 0,211
100 S 100 125
  

  

2.4. Tính toán dòng điện ngắn mạch
2.4.1. Khi trạm vận hành 1 MBA trong chế độ max
a. Ngắn mạch ở phía 220 kV: N
1
và N
1
’

Ta có các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại
điểm ngắn mạch nhƣ sau:


Sơ đồ thay thế thứ tự thuận


Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

E

HT1
X
1HT1
0,065
X
C
0,116
X
1HD
0,292
E
HT
X
0,056
E
HT2
N
1
N
1
'
X
T
0
BI
1
BI
2
X
2HT1

0,065
X
C
0,116
X
2HD
0,292
X
0,056
N
1
N
1
'
X
T
0
BI
1
BI
2
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 14


Sơ đồ thay thế thứ tự không
Tính toán các điện kháng tƣơng đƣơng:
X

1
= X
2
=
1HT1 C 1HD
1HT1 C 1HD
X .(X X )
0,065.(0,116 0,292)
0,056
X X X 0,065 0,116 0,292



   

X
0
=
0HD H
0HT1 C
0HD H
0HD H
0HT1 C
0HD H
X .X
0,39.0,211
X .(X )
0,029.(0,116 )
XX
0,39 0,211

0,026
X .X 0,39.0,211
0,029 0,116
XX
0,39 0,211
XX










 Ngắn mạch 3 pha
Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số:
I
1∑
=
HT
1
1
17,836
0,056
E
X



Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 1 cung cấp:
I
NHT1
= I
1∑
.
C 1HD
1HT1 C 1HD
XX
X X X


= 17,836.
0,116 0,292
15,385
0,065 0,116 0,292




Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 2 cung cấp:
I
NHT2
= I
1∑
- I
NHT1
= 17,836 -15,385 = 2,451
 Xác định trị số dòng điện ngắn mạch qua các BI

Từ đây ta tìm đƣợc dòng đi qua các BI trong 2 trƣờng hợp ngắn mạch ở N
1

và N
1
’
:
o Ngắn mạch tại N
1
:
I
BI1
= I
BI2
= I
HT2
= 2,451
X
0HT1
0,029
X
C
0,116
X
0HD
0,39
X
0
0,026
N

1
N
1
'
X
T
0
BI
1
BI
2
X
H
0,211
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 15

I
BI3
= I
BI0
= 0
o Ngắn mạch tại N
1
’
:

I

BI1
= I
HT1
= 15,386 ; I
BI2
= I
HT2
= 2,451
I
BI3
= I
BI0
= 0
 Ngắn mạch 1 pha
Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố là:
HT
1 2 0
1 2 0
I I I
E
X X X
  
  
  

1
7,238
0,056 0,056 0,026



Phân bố thành phần dòng điện thứ tự thuận và thứ tự nghịch:
I
1N HT2
= I
2N HT2
=
1HT1
1
1HT1 C 1HD
X
I.
X X X


=
0,065
7,238. 0,995
0,065 0,116 0,292



I
1N HT1
= I
2N HT1
=
1
I


- I
1N HT2
= 7,238 – 0,995 = 6,244

Phân bố thành phần dòng điện thứ tự không:
Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao MBA:
I
0C
= I
0∑
0HT1
0HD H
0HT1 C
0HD H
X
X .X
X
XX
X 


=
0,029
7,238. 0,745
0,39.0,211
0,029 0,116
0,39 0,211




I
0N HT1
= I
0

- I
0C
= 7,238 – 0,745 = 6,494
Dòng TTK chạy qua phía trung của MBA (cũng là dòng chạy qua điện
kháng hệ thống 2):
I
0N HT2
=I
0T
= I
0C
.

H
0HD H
X
X X
0,211
0,745. 0,261
0,39 0,211



Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệ đơn vị có tên):

I
0tt
= 3.(I
0T
.I
cb(110)
- I
0C
.I
cb(220)
) = 3.(0,261.0,628 – 0,745.0,314) = 0,209(kA)
 Xác định trị dòng điện ngắn mạch chạy qua BI
o Ngắn mạch tại N
1
:
- BI
1
:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 16

I
f(BI1)
= I
1N HT2
+ I
2N HT2
+ I

0C
= 0,995 + 0,995 + 0,745 = 2,735
I
0(BI1)
= I
0C
= 0,745
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 2,735 – 0,745 = 1,99
- BI
2
:
I
f(BI2)
= I
1N HT2
+ I
2N HT2
+ I
0N HT2
= 0,995 + 0,995 + 0,261 = 2,251
I
0(BI2)
= 0,261

Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 2,251– 0,261 = 1,99
- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 0,209 kA.
o Ngắn mạch tại N
1
’
:
- BI
1
:
I
f(BI1)
= I
1N HT1
+ I
2N HT1
+ I
0N HT1
= 6,244+ 6,244 + 6,494 = 18,982

I
0(BI1)
= I
0C
= 6,494
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 18,982 – 6,494 = 12,488
- BI
2
: Tƣơng tự nhƣ ngắn mạch tại N
1
- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 0,209 kA.
 Ngắn mạch 2 pha chạm đất
Các giá trị dòng điện thành phần đối xứng tại pha không sự cố (giả sử là
pha A):
- Thành phần thứ tự thuận:
I
1Na
=

20
1
20
X .X
X
XX
E





=
1
13,543
0,056.0,026
0,056
0,056 0,026




- Thành phần thứ tự nghịch:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 17

I
2Na

= - I
1Na

0
20
X
XX



= -13,543
0,026
4,293
0,056 0,026



- Thành phần thứ tự không:
I
0Na
= - I
1∑

2
20
X
XX




= -13,543
0,056
9,251
0,056 0,026



- Phân bố dòng điện thứ tự thuận:
I
1Na HT2
= I
1Na

1HT1
1HT1 C 1HD
X
.
X X X
=
0,065
13,543. 1,861
0,065 0,116 0,292



I
1Na HT1
= I
1Na
- I

1Na HT2
= 13,543 – 1,861 = 11,682
- Phân bố dòng điện thứ tự nghịch:
I
2Na HT2
= I
2Na

1HT1
1HT1 C 1HD
X
.
X X X
=
0,065
4,293. 0,59
0,065 0,116 0,292
  


I
2Na HT1
= I
2Na
– I
2Na HT2
= -4,293 – (-0,59) = -3,703
- Phân bố dòng điện thứ tự không
Dòng điện thứ tự không chạy qua phía cao MBA:
I

0aC
= I
0Na
0HT1
0HD H
0HT1 C
0HD H
X
X .X
X
XX
X 


=
0,029
9,251. 0,952
0,39.0,211
0,029 0,116
0,39 0,211
  



I
0N HT1
= I
0

- I

0C
= (-9,251) – (-0,952) = -8,299
Dòng TTK chạy qua phía trung của MBA (cũng là dòng chạy qua điện
kháng hệ thống 2):
I
0Na HT2
= I
0aT
= I
0aC
.

H
0HD H
X
X X
0,211
0,952. 0,334
0,39 0,211
   


Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệ đơn vị có tên):
I
0tt
= 3.(I
0aT
.I
cb(110)
- I

0aC
.I
cb(220)
) = 3.((-0,334).0,628 – (-0,952).0,314) = 0,267(kA)
 Xác định trị dòng điện ngắn mạch chạy qua BI
o Ngắn mạch tại N
1
:
Dòng ngắn mạch mà ta tính là của pha đặc biệt tức pha không bị sự cố, để
tính dòng ngắn mạch qua BI ta phải sử dụng toán tử quay, giả sử viết với dòng
điện pha B, và chỉ quan tâm đến trị số:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 18

I
Nb
= | a
2
. I
1Na
+ a . I
2Na
+ I
0Na
|
- BI
1
:

I
f(BI1)
= | a
2
. I
1Na HT2
+ a.I
2Na HT2
+ I
0C
|


2
1 3 1 3
( j ) .1,861 ( j ).( 0,59) ( 0,952) 1,588 j2,122 2,651
2 2 2 2

          

I
0(BI1)
= I
0C
= -0,952
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
2
BI1( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .1,861 ( j ).( 0,59) 2,216

2 2 2 2


     

- BI
2
:
I
f(BI2)
= | a
2
. I
1Na HT2
+ a.I
2Na HT2
+ I
0T
|


2
1 3 1 3
( j ) .1,861 ( j ).( 0,59) ( 0,334) 2,333
2 2 2 2

       

I
0(BI2)

= -0,334
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
2
BI2( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .1,861 ( j ).( 0,59) 2,216
2 2 2 2


     

- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 0,267 kA.
o Ngắn mạch tại N
1
’
:
- BI
1
:
I
f(BI1)
= | a
2
. I
1Na HT1

+ a.I
2Na HT1
+ I
0NaHT1
|


2
1 3 1 3
( j ) .11,682 ( j ).( 3,703) ( 8,299) 18,125
2 2 2 2

       

I
0(BI1)
= I
0C
= -8,299
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 19

2
BI1( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .11,682 ( j ).( 3,703) 13,908
2 2 2 2



     

- BI
2
: Tƣơng tự nhƣ ngắn mạch tại N
1
I
f(BI2)
= 2,333
I
0(BI2)
= - 0,334
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
fBI2(-0)
= 2,216
- Dòng qua BI
3
bằng 0

- Dòng qua BI
0
là 0,267 kA.
b. Ngắn mạch ở phía 110 kV: N
2
và N
2
’

Ta có các sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không tại
điểm ngắn mạch nhƣ sau:

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận


Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch
E
HT1
X
1HT1
0,065
X
C
0,116
X
1HD
0,292
E
HT
X
0,112
E
HT2
N
2
N
2
'

X
T
0
BI
1
BI
2
X
2HT1
0,065
X
C
0,116
X
2HD
0,292
X
0,112
X
T
0
BI
1
BI
2
N
2
N
2
'

Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 20


Sơ đồ thay thế thứ tự không
Tính toán các điện kháng tƣơng đƣơng:
X
1
= X
2
=
1HT1 C 1HD
1HT1 C 1HD
(X X ).X
(0,065 0,116).0,292
0,112
X X X 0,065 0,116 0,292



   

X
0
=
0HT1 C H
0HD
0HT1 H C

0HT1 C H
0HD
0HT1 H C
(X X ).X
(0,029 0,116).0,211
X.
0,39.
X X X
0,029 0,211 0,116
0,070
(X X ).X (0,029 0,116).0,211
0,39
X
0,029 0,211 0,116
X X X











 Ngắn mạch 3 pha
Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số:
I
1∑

=
HT
1
1
8,95
0,112
E
X



Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 1 cung cấp:
I
NHT1
= I
1∑
.
1HD
1HT1 C 1HD
X
X X X
= 8,95.
0,292
5,525
0,065 0,116 0,292



Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 2 cung cấp:
I

NHT2
= I
1∑
- I
NHT1
= 8,95 -5,525 = 3,425
 Xác định trị số dòng điện ngắn mạch qua các BI
Từ đây ta tìm đƣợc dòng đi qua các BI trong 2 trƣờng hợp ngắn mạch ở N
2

và N
2
’
:
o Ngắn mạch tại N
2
:
X
0HT1
0,029
X
C
0,116
X
0HD
0,39
X
0,070
X
T

0
BI
1
BI
2
X
H
0,211
N
2
N
2
'
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 21

I
BI1
= I
BI2
= I
NHT1
= 5,525
I
BI3
= I
BI0
= 0

o Ngắn mạch tại N
2
’
:

I
BI1
= I
NHT1
= 5,525 ; I
BI2
= I
NHT2
= 3,425
I
BI3
= I
BI0
= 0
 Ngắn mạch 1 pha
Các dòng điện thành phần đối xứng tại điểm ngắn mạch của pha sự cố là:
HT
1 2 0
1 2 0
I I I
E
X X X
  
  
  


1
3,403
0,112 0,112 0,07



Phân bố thành phần dòng điện thứ tự thuận và thứ tự nghịch:
I
1N HT1
= I
2N HT1
=
1HD
1
1HT1 C 1HD
X
I.
X X X


=
0,292
3,403. 2,101
0,065 0,116 0,292



I
1N HT2

= I
2N HT2
=
1
I

- I
1N HT2
= 3,403 – 2,101 = 1,302

Phân bố thành phần dòng điện thứ tự không:
Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:
I
0T
= I
0∑
0HD
0HT1 C H
0HD
0HT1 H C
X
(X X ).X
X
X X X



=
0,39
3,403. 2,788

(0,116 0,029).0,211
0,39
0,116 0,029 0,211





I
0N HT2
= I
0∑
- I
0T
= 0,613
Dòng TTK chạy qua phía cao của MBA (cũng là dòng chạy qua điện
kháng hệ thống 1):
I
0N HT1
= I
0C
= I
0T
.

H
0H1 C H
X
X XX
0,211

2,788. 1,653
0,029 0,116 0,211



Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệ đơn vị có tên):
I
0tt
= 3.(I
0T
.I
cb(110)
- I
0C
.I
cb(220)
) = 3.(2,788.0,628 – 1,653.0,314) = 3,696(kA)
 Xác định trị dòng điện ngắn mạch chạy qua BI
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 22

o Ngắn mạch tại N
2
:
- BI
1
:
I

f(BI1)
= I
1N HT1
+ I
2N HT1
+ I
0C
= 2,101 + 2,101 + 1,653 = 5,855
I
0(BI1)
= I
0C
= 1,653
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 5,855 – 1,653 = 4,202
- BI
2
:
I
f(BI2)
= I
1N HT1
+ I
2N HT1

+ I
0T
= 2,101 + 2,101 + 2,788 = 6,99
I
0(BI2)
= 2,788
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 6,99 – 2,788 = 4,202
- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 3,696 kA.
o Ngắn mạch tại N
2
’
:
- BI
1
: Tƣơng tự nhƣ ngắn mạch tại N
2
- BI
2

:
I
f(BI2)
= I
1N HT2
+ I
2N HT2
+ I
0N HT2
= 1,302 + 1,302 + 0,613 = 3,217
I
0(BI2)
= 0,613
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
I
BI1(-0)
= I
f(BI1)
- I
0(BI1)
= 3,217 – 0,613 = 2,604
- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 3,696 kA.
 Ngắn mạch 2 pha chạm đất
Các giá trị dòng điện thành phần đối xứng tại pha không sự cố (giả sử là
pha A):

- Thành phần thứ tự thuận:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 23

I
1Na
=
20
1
20
X .X
X
XX
E





=
1
6,454
0,112.0,07
0,112
0,112 0,07




- Thành phần thứ tự nghịch:
I
2Na
= - I
1Na

0
20
X
XX



= - 6,454
0,07
2,495
0,112 0,07



- Thành phần thứ tự không:
I
0Na
= - I
1∑

2
20
X

XX



= - 6,454
0,112
3,959
0,112 0,07



- Phân bố dòng điện thứ tự thuận:
I
1Na HT1
= I
1Na

1HD
1HT1 C 1HD
X
.
X X X
=
0,292
6,454. 3,984
0,065 0,116 0,292



I

1Na HT2
= I
1Na
- I
1Na HT1
= 6,454 – 3,984 = 2,47
- Phân bố dòng điện thứ tự nghịch:
I
2Na HT1
= I
2Na

1HD
1HT1 C 1HD
X
.
X X X
=
0,292
2,495. 1,54
0,065 0,116 0,292
  


I
2Na HT2
= I
2Na
– I
2Na HT2

= -2,495 – (-1,54) = -0,955
- Phân bố dòng điện thứ tự không
Dòng điện thứ tự không chạy qua phía trung MBA:
I
0T
= I
0Na
0HD
0HT1 C H
0HD
0HT1 H C
X
(X X ).X
X
X X X



=
0,39
3,959. 3,244
(0,116 0,029).0,211
0,39
0,116 0,029 0,211
  




I

0N HT2
= I
0∑
- I
0T
= - 0,715
Dòng TTK chạy qua phía cao của MBA (cũng là dòng chạy qua điện
kháng hệ thống 1):
I
0N HT1
= I
0C
= I
0T
.

H
0H1 H C
X
X XX
0,211
3,244. 1,923
0,029 0,211 0,116
   


Dòng TTK chạy qua dây trung tính của MBA (trong hệ đơn vị có tên):
I
0tt
= 3.(I

0T
.I
cb(110)
- I
0C
.I
cb(220)
) = 3.(-3,244.0,628 – (-1,923).0,314) = 4,301(kA)

Xác định trị dòng điện ngắn mạch chạy qua BI
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 24

o Ngắn mạch tại N
2
:
- BI
1
:
I
f(BI1)
= | a
2
. I
1Na HT1
+ a.I
2Na HT1
+ I

0C
|


2
1 3 1 3
( j ) .3,984 ( j ).( 1,54) ( 1,923) 5,725
2 2 2 2

       

I
0(BI1)
= I
0C
= -1,923
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
2
BI1( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .3,984 ( j ).( 1,54) 4,938
2 2 2 2


     

- BI
2
:
I

f(BI2)
= | a
2
. I
1Na HT1
+ a.I
2Na HT1
+ I
0T
|


2
1 3 1 3
( j ) .3,984 ( j ).( 1,54) ( 3,244) 6,545
2 2 2 2

       

I
0(BI2)
= -3,244
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
2
BI2( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .3,984 ( j ).( 1,54) 4,938
2 2 2 2



     

- Dòng qua BI
3
bằng 0
- Dòng qua BI
0
là 4,301 kA.
o Ngắn mạch tại N
2
’
:
- BI
1
: Tƣơng tự nhƣ ngắn mạch tại N
2
- BI
2
:
I
f(BI2)
= | a
2
. I
1Na HT2
+ a.I
2Na HT2
+ I
0T
|

2
1 3 1 3
( j ) .2,47 ( j ).( 0,955) ( 0,715) 3,312
2 2 2 2

       

I
0(BI2)
= -0,715
Loại bỏ thành phần thứ tự không ta đƣợc:
Thiết kế hệ thống bảo vệ rơle cho TBA


NGUYỄN ANH TUẤN – KTĐ2 – K54 25

2
BI2( 0)
1 3 1 3
I ( j ) .2,47 ( j ).( 0,955) 3,061
2 2 2 2


     

- Dòng qua BI
3
bằng 0

- Dòng qua BI
0
là 4,301 kA.
c. Ngắn mạch ở phía 35 kV: N
3
và N
3
’

Phía 35 kV cuộn đấu tam giác nên không xét sự cố chạm đất, chỉ xét ngắn
mạch ba pha.

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận
 Ngắn mạch 3 pha
1HT1 C 1HD
1H
HT1 C 1HD
(X X ).X
(0,065 0,116).0,292
X X 0,211 0,323
X X X 0,065 0,116 0,292



    
   

Dòng điện ngắn mạch tại điểm ngắn mạch có trị số:
I
1∑

=
1
1
3,098
X 0,323
E




Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 1 cung cấp:
I
NHT1
= I
1∑
.
1HD
1HT1 C 1HD
X
X X X
= 3,098.
0,292
1,913
0,065 0,116 0,292



Dòng điện ngắn mạch do hệ thống 2 cung cấp:
I
NHT2

= I
1∑
- I
NHT1
= 3,098 -1,913 = 1,186
E
HT1
X
1HT1
0,065
X
C
0,116
X
1HD
0,292
E
HT2
X
T
0
BI
1
BI
2
X
H
0,211
BI
3

N
3
N
3
'
E
HT
X
0,323