thiết kế bảo vệ rơ le trạm 110 kv
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (716.53 KB, 93 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con
người. Nó được sử dụng trong hầu hết các lónh vực của nền kinh tế quốc dân
như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dòch vụ ... Chính
vì thế nên việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có
thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bò bảo vệ
nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống,
cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức rất
quan trọng trong ngành hệ thống điện.
Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp :“Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm
biến áp 110 kV”. Đồ án gồm 5 chương:
Chương 1 : Mô tả đối tượng được bảo vệ, các thông số chính.
Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle.
Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ.
Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các rơle sử dụng.
Chương 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ.
Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của GS.VS -TSKH Trần
Đình Long, em đã hoàn thành bản đồ án này. Tuy nhiên, với khả năng và trình
độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em
rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo.
Sinh Viên
Bùi Minh Hải
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
1
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
CHƯƠNG 1
MÔ TẢ ĐỐI TƯNG ĐƯC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH
1.1. MÔ TẢ ĐỐI TƯNG
Trạm biến áp được bảo vệ gồm hai máy biến áp ba dây quấn B1 và B2
được mắc song song với nhau. Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai nguồn
của HTĐ1 và HTĐ2. Hệ thống điện HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 110kV của
trạm biến áp qua đường dây D1, hệ thống điện HTĐ2 cung cấp đến thanh góp
110kV của trạm biến áp qua đường dây D2. Phía trung và hạ áp của trạm có
điện áp 35kV và 22kV để đưa đến các phụ tải.
110kV
HTĐ1
D1
N1
HTĐ2
BI4
BI5
BI1 N1’
N3’
BI3
22kV
N3
B1
D2
N2’
B2
BI2
35kV
N2
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vò trí dặt máy biến dòng
dùng cho bảo vệ của trạm biến áp
1.2. THÔNG SỐ CHÍNH
1.2.1. Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2: có trung tính nối đất
1. Hệ thống điện HTĐ1:
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax = 2250 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 0,7S1Nmax
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
2
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2X1H1
2. Hệ thống điện HTĐ2:
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S2Nmax = 1700 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S2Nmin = 0,75S2Nmax
Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,35X1H2
1.2.2 Đường dây D1, D2:
1.Đường dây D1:
Chiều dài đường dây: L1 = 40 km
Điện kháng trên một kilômét đường dây: X11 = 0,409 Ω/km
Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 2X1D1
2. Đường dây D2:
Chiều dài đường dây: L2 = 55 km
Điện kháng trên một kilômét đường dây: X12 = 0,401 Ω/km
Điện kháng thứ tự không: X0D2 = 2X1D2
1.2.3. Máy biến áp
Công suất danh đònh của mỗi máy biến áp:Sdđ = Sdđ1 = Sdđ2 = 31,5 MVA
Cấp điện áp 121/38,5/24 kV
Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây
I – II = 10,5
Uk% :
I – III = 17
II – III = 6
Tổ đấu dây YN – d11 – yn12
Giới hạn điều chỉnh điện áp: ∆ c = ± 15%
1.3. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
1.3.1. Máy cắt điện:
- Điện áp đònh mức (mMC): Điện áp đònh mức của máy cắt được chọn
phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: mMC ≥ mlưới
- Dòng điện đònh mức (I đmMC): Dòng điện đònh mức của máy cắt được
chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: I đmMC ≥
Ilvcb
- Điều kiện cắt: Dòng điện cắt đònh mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc
bằng dòng điện ngắn mạch của mạch: ICđm ≥ I”N
- Điều kiện ổn đònh lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn đònh lực
động điện của máy cắt phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: i đđmMC
≥ ixk
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
3
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
-Điều kiện ổn đònh nhiệt: Các máy cắt nói chung thỏa mãn điều kiện ổn
đònh nhiệt, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng đònh mức lớn hơn 1000A.
Do đó với các máy cắt có dòng đònh mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra
điều kiện này:
I2nhđm.tnhđm ≥ BN
(BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các
mạch kết hợp với các giá trò dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta
chọn máy cắt của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.1.
1. Phía điện áp 110kV:
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.
SđmB
3.U đmB
= 1.4.
31,5
= 0,221 kA = 221 A
3.115
I”N = IBI1maxIcb1 = 35,5871 . 0,1503 = 5,3487 kA (Bảng 2.4.1, trang)
Ixk = 2 .1,8.I”N = 2 .1,8. 5,3487 = 13,6156 kA
Chọn máy cắt có thông số:
+ Điện áp đònh mức: mMC ≥ 110kV
+ Dòng điện đònh mức: IđmMC ≥ Ilvcb = 221A
+ Dòng cắt đònh mức: ICđm ≥ 5,3487 kA
+ Điều kiện ổn đònh lực động điện: iđđmMC ≥ 13,6156 kA
2. Phía điện áp 35kV:
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.
SđmB
3.U đmB
= 1.4.
31,5
3.37,5
= 0,678 kA = 678 A
I”N = IBI2maxIcb2=7,3746 . 0,4723 = 3,483 kA (Bảng 2.4.1, trang)
Ixk = 2 .1,8.I”N = 2 .1,8. 3,483 = 8,866 kA
Chọn máy cắt có thông số:
+ Điện áp đònh mức: mMC ≥ 35kV
+ Dòng điện đònh mức: IđmMC ≥ Ilvcb = 678 A
+ Dòng cắt đònh mức: ICđm ≥ 3,483 kA
+ Điều kiện ổn đònh lực động điện: iđđmMC ≥ 8,866 kA
3. Phía điện áp 22kV:
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.
SđmB
3.U đmB
= 1.4.
31,5
3.24
= 1,0608kA = 1060,8 A
I”N = IBI3maxIcb3 =6,54 . 0,7577 = 4,9553 kA (Bảng 2.4.1, trang)
Ixk = 2 .1,8.I”N = 2 .1,8. 4,9553 = 12,6142 kA
Chọn máy cắt có thông số:
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
4
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
+ Điện áp đònh mức: mMC ≥ 22kV
+ Dòng điện đònh mức: IđmMC ≥ Ilvcb = 1060,8 A
+ Dòng cắt đònh mức: ICđm ≥ 4,9553 kA
+ Điều kiện ổn đònh lực động điện: iđđmMC ≥ 12,6142 kA
Bảng 1.1.
Điện áp
Loại máy
Cắt
mMC
kV
IđmMC
A
ICđmMC
kA
iđđmMC
kA
110kV
3AQ1-FE
123
3150
31,5
80
35kV
8DB10
36
2500
31,5
80
22kV
8DB10
24
2500
31,5
80
Ghi chú
MC SF6
Siemens
MC SF6
Siemens
MC SF6
Siemens
1.3.2. Máy biến dòng điện:
- Điện áp đònh mức (mBI): Điện áp đònh mức của máy biến dòng được
chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp đònh mức của lưới điện: mBI ≥ mlưới
- Dòng điện đònh mức (IđmBI): Dòng điện đònh mức của máy biến dòng
được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI: I 1đmBI
≥ Ilvcb
- Phụ tải đònh mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp đònh mức của máy biến dòng
phải lớn hơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBI ≥ Z2
-Điều kiện ổn đònh lực động điện: dòng điện ổn đònh lực động điện của
máy biến dòng phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó:
2 kđđmI1đm ≥ ixk
- Điều kiện ổn đònh nhiệt: Dòng ổn đònh nhiệt của máy biến dòng phải
thỏa mãn điều kiện: (I1đmknh)2 ≥ BN
(BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn
mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch
đã được xác đònh ở phần trên, kết hợp với các giá trò dòng điện ngắn mạch đã
tính được ở chương II ta chọn máy biến dòng của từøng mạch cho từng cấp điện
áp như ở bảng 1.2.
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
5
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
Bảng 1.2
Thông số
Kiểu
mBI, kV
Tỷ số biến
Số cuộn thứ cấp
Công suất, VA
Cấp chính xác
Nhà chế tạo
Phía 110kV
IBM 123
123
100-200/1/1/1/1
4
30/30/30/30
0,5/5P20/5P20/5P20
ABB
Phía 35kV
ASS 36-01
38,5
300-600/1/1/1
3
15/15/15
0,5/5P20/5P20
WANLER-UND
Phía 22kV
IWR20W1
24
500-1000/1/1/1
3
20/20/20
0,5/5P20/5P20
ABB
1.3.3. Máy biến điện áp:
- Điện áp đònh mức (mBU): Điện áp đònh mức của máy biến điện áp
được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: mBU ≥ mlưới
- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo.
- Công suất đònh mức (S2đmBU): Công suất đònh mức của máy biến điện áp
phải lớn hơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBU ≥ S2
Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch cho
từng cấp điện áp như ở bảng 1.3.
Bảng 1.3
Thông số
Kiểu
mBU, kV
Phía 110kV
CPA 123
123
110000: 3 /110:
Tỷ số biến
Số cuộn thứ
cấp
Công suất, VA
Cấp chính xác
Nhà chế tạo
3
Phía 35kV
VEN 36-14
36
35000: 3 /110:
Phía 22kV
EPR20F
24
22000: 3 /110:
3
3
/110: 3
/110:3
/110: 3
2
2
2
200/100
0,5/3P
ABB
100/100
0,5/6P
GERMANY
50/50
0,5/3P
WATTSUD
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
6
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
CHƯƠNG 2
TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE
Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây
trung tính). Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác đònh
các trò số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để cài
đặt và chỉnh đònh các thông số của bảo vệ, trò số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để
kiểm tra độ nhạy của chúng.
Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của
hệ thống, vò trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch.
Trong chế độ cực đại, xét các dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn
mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất. Chế độ cực tiểu xét ngắn mạch
hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha.
2.1. CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN.
+ Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghóa là góc
lệch pha giữa sức từ động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong
quá trình ngắn mạch. Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát
điện tăng lên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ
làm cho việc tính toán đơn giản hơn và trò số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là
lớn nhất. Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai
đoạn đầu của quá trình quá độ (0,1 ÷ 0,2 sec).
+ Bỏ qua các phụ tải.
+ Mạch từ không bão hòa, nghóa là mạch có quan hệ tuyến tính: giả thiết
này sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rất
nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng
để phân tích quá trình.
+ Bỏ qua điện trở tác dụng: nghóa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần
kháng. Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp
cao, ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ
ngắn mạch hoặc khi tính toán ngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường
dây trên không tiết diện bé. Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của
dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng.
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
7
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
+ Bỏ qua thành phần điện dung dây dẫn – đất: giả thiết này không gây
sai số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì
mới xét đến dung dẫn của đường dây.
+ Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp.
+ Hệ thống điện ba pha lúc bình thường là đối xứng: sự mất đối xứng chỉ
xảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bò hư hỏng.
Việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vò tương đối.
2.2.CHỌN CÁC ĐẠI LƯNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN
TỬ
Chọn Scb = SdđB = 31,5 MVA
Ucb= Utb(121/38,5/24) kV
Cấp điện áp 110 kV có Utb1= 121 kV
Scb
31,5
Icb1 =
=
= 0,1503kA
3.U cb1
3.121
Cấp điện áp 35 kV có Utb2= 38,5 kV
Scb
31,5
=
= 0, 4723kA
3.U cb2
3.38,5
Icb2 =
Cấp điện áp 22 kV có Utb3= 24 kV
Scb
31,5
I cb3 =
=
= 0, 7577 kA
3.U cb3
3.24
Thông số các phần tử:
• Hệ thống điện1:
Chế độ Max:
S
1Nmax
= 2250 MVA
X 0 H 1max = 1, 2 X 1H 1max
Scb
31,5
= 0,014
S1N max 2250
= 1, 2.0,014 = 0,0168
X 1H 1max = X 2 H 1max
=
Chế độ Min:
S
1Nmin
= 0,7S
1Nmax
X 1H 1min = X 2 H 1min =
= 0,7.2250 = 1575 MVA
Scb
S1N min
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
=
31,5
= 0,02
1575
8
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X 0 H 1min = 1, 2. X 1H 1min = 1, 2.0,02 = 0,024
• Hệ thống điện2:
Chế độ Max:
S
2Nmax
= 1700 MVA
Scb
31,5
= 0,0185
S 2 N max 1700
= 1,35.0,0185 = 0,025
X 1H 2max = X 2 H 2max
X 0 H 2max = 1,35 X 1H 2max
=
Chế độ Min:
S
= 0,75S
2Nmin
2Nmax
X 1H 2min = X 2 H 2min =
= 0,75.1700 = 1275 MVA
Scb
S2 N min
=
31,5
= 0,0247
1275
X 0 H 2min = 1,35. X 1H 2min = 1,35.0,0247 = 0,0333
• Đường dây D1
X 1D1 = X 2 D1 = X 1.L1.
Scb
31,5
=
0,
409.40.
= 0,0351
U cb2
1212
X 0 D1 = 2. X 1D1 = 2.0,0351 = 0,0703
• Đường dây D2
X 1D 2 = X 2 D 2 = X 2 .L2 .
Scb
31,5
=
0,
401.55.
= 0,0474
U cb2
1212
X 0 D 2 = 2. X 1D 2 = 2.0,0474 = 0,0949
• Máy biến áp
U
U
U
=10,5%
NC-T
NC-H
=17%
=6%
NT-H
Điện kháng các cuộn dây máy biến áp:
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
9
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
S
1
1
31,5
(U NC −T + U NC − H − U NT − H ) cb =
(10,5 + 17 − 6)
= 0,1075
200
Sdm 200
31,5
S
1
1
31,5
XT =
(U NC −T + U NT − H − U NC − H ) cb =
(10,5 + 6 − 17)
=0
200
Sdm 200
31,5
S
1
1
31,5
XH =
(U NC − H + U NT − H − U NC −T ) cb =
(17 + 6 − 10,5)
= 0,0625
200
Sdm 200
31,5
Xc =
2.3. SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH.
1. Sơ đồ thứ tự thuận (nghòch E = 0):
E
E
XC
X1H1max X1D1
0,014 0,0351 0,1075
X1H1min
XT
÷
0,02
0
XC
X1H2 max X1D2
0,0185 0,0474 0,1075
X1H2 min
XT
110kV
÷
0,0247
0
XH
0,0625
22kV
XH
0,0625
35kV
2. Sơ đồ thứ tự không:
X0H1max X 0D1
XC
0,0168 0,0703 0,1075
X0H1min
XT
÷
0,024
0
X0H2 max X 0D2
XC
0,025 0,0949 0,1075
X 0H2 min
XT
110kV
÷
0,0597
0
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
XH
0,0625
22kV
XH
0,0625
10
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
2.4. CÁC PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.
•
Sơ đồ 1 : SNmax; 1 máy biến áp làm việc
•
Sơ đồ 2 : SNmax; 2 máy biến áp làm việc
Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1); N(1)
•
Sơ đồ 3 : SNmin; 1 máy biến áp làm việc
•
Sơ đồ 4 : SNmin; 2 máy biến áp làm việc
Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2), N(1,1); N(1)
2.4.1. Sơ đồ 1: SNmax, 1 máy biến áp làm việc.
Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1); N(1)
1. Ngắn mạch phía 110kV (điểm ngắn mạch N1)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghòch E=0)
E
E
X1H1max
0,014
N1
X1D1
0,0351
N1’
BI1
X1H2 max
0,0185
X1D2
0,0474
110kV
X1∑
E
N1
0,0281
I1∑
U1N
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
11
Đồ án tốt nghiệp
X 1∑ = X 2 ∑ =
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
( X 1H 1max + X 1D1 )( X 1H 2max + X 1D 2 ) (0, 014 + 0, 0351)(0, 0185 + 0, 0474)
=
X 1H 1max + X 1D1 + X 1H 2max + X 1D 2
0, 014 + 0, 0351 + 0, 0185 + 0, 0474
X 1∑ = X 2 ∑ = 0, 0281
Sơ đồ thay thế thứ tự không:
X0H1max
0,0168
X 0D1
0,0703
N1’
N1
XC
0,1075
BI
X0H2 max
0,025
X 0D2
0,0949
XT
0
∆
U0N
110kV
XOH
0,0504
XOB
0,1075
BI
IOH
110kV
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
N1’
N1
IOB
U0N
12
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X0 ∑
0,0343
N1
I0∑
X 0H =
U0N
( X 0 H 1max + X 0 D1 )( X 0 H 2max + X 0 D 2 ) 0, 0871.0,1199
=
= 0, 0504
X 0 H 1max + X 0 D1 + X 0 H 2max + X 0 D 2 0, 0871 + 0,1199
X0B = XC+XT = 0,1075
X 0∑ =
X 0H . X 0B
0, 0504.0,1075
=
= 0, 0343
X 0 H + X 0 B 0, 0504 + 0,1075
a. Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1∑ = I N =
E
1
=
= 35,5871
X 1∑ 0, 0281
• Điểm N1: không có dòng qua các BI.
• Điểm N1’: IBI1=IN = 35,5871
Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
X .X
0, 0281.0, 0343
2∑
0∑
Điện kháng phụ: X ∆ = X + X = 0, 0281 + 0, 0343 = 0, 0154
2∑
0∑
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ =
E
1
=
= 22,9885
X 1∑ + X ∆ 0, 0281 + 0, 0154
I 2 ∑ = − I1∑ .
X 0∑
0, 0343
= −22,9885.
= −12, 6363
X 2∑ + X 0∑
0, 0281 + 0, 0343
I 0 ∑ = − I1∑ .
X 2∑
0, 0281
= −22,9885.
= −10,3521
X 2∑ + X 0∑
0, 0281 + 0, 0343
Điện áp thứ thự không tại chỗ ngắn mạch:
U0N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = -(-10,3521).0,0343 = 0,3550
Phân bố dòng I0:
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
13
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
U0N
0,3550
=−
= −7, 0436
X 0H
0, 0504
U
0,3550
= − 0N = −
= −3,3023
X 0B
0,1075
I0H = −
I0B
• Điểm N1:
IBI1= I0B=-3,3023
IBI4= 3.I0B = 3.( -3,3023) = -9,9069
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N1’:
&
&
I&BI 1 = a 2 .I&
1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1
1
1
3
3
I&BI 1 = − − j
.
I
+
−
+
j
÷
÷.I 2 ∑ + I 0 H
1
∑
2
2 ÷
2 ÷
2
1
1
3
3
I&BI 1 = − − j
.22,9885
+
−
+
j
÷
÷. ( −12, 6363) + ( −7, 0436 )
2
2 ÷
2 ÷
2
I&BI 1 = −12, 2197 − j 30,8519
I BI 1 = 12, 2197 2 + 30,85192 = 33,1837
IBI4 = 3I0B = 3.(-3,3023) = -9,9069
Dòng qua các BI khác bằng không.
c. Ngắn mạch 1 pha N(1):
Điện kháng phụ : X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0, 0281 + 0, 0343 = 0,0624
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ = I 2 ∑ = I 0 ∑ =
E
1
=
X 1∑ + X ∆ 0, 0281 + 0, 0624 = 11,0497
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
U 0 N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = −11, 0497.0, 0343 = −0,3790
Phân bố dòng I0:
( −0,3790 ) = 7,5198
U0N
=−
X 0H
0, 0504
( −0,3790 ) = 3,5255
U
= − 0N = −
X 0B
0,1075
I0H = −
I0B
• Điểm N1:
IBI1= I0B=3,5255
IBI4= 3.I0B = 3.(3,5255) = 10,5767
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N1’:
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
14
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
IBI1= I1BI1+ I2BI1+ I0BI1= 2I1∑ +I0H =2.11,0497+7,5198 = 29,6192
IBI4= 10,5767
Dòng qua các BI khác bằng không.
2. Ngắn mạch phía 35kV:
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghòch E=0)
X1∑ (N1)
N1
0,0281
E
XC
0,1075
BI1
XT
0
BI2
N2
N2
X1∑
E
N2’
0,1356
I1∑
U1N
X 1∑ = X 1∑ ( N 1) + X C + X T = 0, 0281 + 0,1075 + 0 = 0,1356
• Điểm N2:
I BI 1 = I BI 2 =
E
1
=
= 7,3746
X 1∑ 0,1356
Dòng qua BI khác bằng không.
• Điểm N2’:
IBI1=7,3746
Dòng qua BI khác bằng không.
3. Ngắn mạch phía 22kV:
Sơ đồ thay thê thứ tự thuận (nghòch E=0)
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
15
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X1∑ (N1)
N1
0,0281
E
XC
0,1075
XH
0,0625
22kV
N3
X 1∑ = X 1∑ ( N 1) + X C + X H = 0, 0281 + 0,1075 + 0, 0625 = 0,1981
N3
X1∑
0,1981
E
I1∑
U1N
Sơ đô thay thế thứ tự không:
XH
0,0625
XT
∆
0
X0 ∑
N3
I0∑
N3
0,0625
U0N
I0∑
U0N
X 2 ∑ = X 1∑ = 0,1981
X 0 ∑ = X H = 0, 0625
a. Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1∑ = I N =
E
1
=
= 5, 0479
X 1∑ 0,1981
• Điểm N3:
IBI1=IBI3 = IN = 5,0479
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N3’:
IBI1 = IN = 5,0479
Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
16
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X .X
0,1981.0, 0625
2∑
0∑
Điện kháng phụ: X ∆ = X + X = 0,1981 + 0, 0625 = 0, 0475
2∑
0∑
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ =
E
1
=
= 4, 0716
X 1∑ + X ∆ 0,1981 + 0, 0475
I 2 ∑ = − I1∑ .
X 0∑
0, 0625
= −4, 0716.
= −0,9764
X 2∑ + X 0∑
0,1981 + 0, 0625
I 0 ∑ = − I1∑ .
X 2∑
0,1981
= −4, 0716.
= −3, 0951
X 2∑ + X 0∑
0,1981 + 0, 0625
Điện áp thứ thự không tại chỗ ngắn mạch:
U0N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = -(-3,0951).0,0625 = 0,1934
• Điểm N3:
•
•
•
•
I BI1 = a2 .I1(BI1) + a.I 2(BI1) + I 0(BI1)
1
1
3 &
3 &
I BI1 = − − j
.I
+
−
+
j
÷ 1∑
÷.I2 ∑ + I&OH
2
2
2
2
1
1
3
3
I BI 1 = − − j
.4,
0716
+
−
+
j
÷
÷. ( −0,9764 )
2
2 ÷
2 ÷
2
I BI 1 = −1,5476 − j 4,3716
I BI 1 = 1,54762 + 4,37162 = 4, 6374
I& = a 2 .I& + a.I& + I&
BI 3
1BI 1
2 BI 1
0 BI 1
1
3 & 1
3 & &
I BI 3 = − − j
.
I
+
−
+
j
÷
÷.I 2 ∑ + I 0 ∑
1
∑
2
2 ÷
2 ÷
2
1
1
3
3
I BI 3 = − − j
.4,
0716
+
−
+
j
÷
÷. ( −0,9764 ) − 3, 0951
2
2 ÷
2 ÷
2
I BI 3 = −4, 6427 − j 4,3716
I BI 3 = 4, 6427 2 + 4,37162 = 6,3769
IBI4= 0
I BI 5 = 3I 0 ∑ = 3. ( −3, 0951) = −9, 2853
IBI2 = 0
• Điểm N3’:
IBI1=4,6374
IBI4= 0
I BI 5 = −9, 2853
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
17
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
IBI2 = 0
IBI3 = 0
c. Ngắn mạch 1 pha N(1):
Điện kháng phụ : X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0,1981 + 0, 0625 = 0,2606
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ = I 2 ∑ = I 0 ∑ =
E
1
=
= 2,1800
X 1∑ + X ∆ 0,1981 + 0, 2606
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
U 0 N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = −2,1800.0, 0625 = −0,1362
• Điểm N3:
IBI1= I1BI1 + I2BI1+ I0BI1= I&1∑ + I&2 ∑ + 0
I BI 1 = 2 I1∑ = 2.2,18 = 4,36
IBI3= 3. I1∑ =3.2,18 = 6,54
IBI4=0
IBI5= 3. I 0 ∑ =3.2,18 = 6,54
IBI2=0
• Điểm N3’:
IBI1= 4,36
IBI4=0
IBI5= 6,54
IBI2=0 ; IBI3=0
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
18
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
Bảng tổng kết sơ đồ2.4.1: SNmax,1 Máy biến áp làm việc
Dòng điện ngắn mạch qua các BI
Phía
ngắn
mạch
Điểm
ngắn
mạch
Dạng
ngắn
mạch
BI1
BI2
BI3
BI4
BI5
N(3)
0
0
0
0
0
N(1,1)
-3,3023
0
0
-9,9069
0
N(1)
3,5255
0
0
10,5767
0
N(3)
35,5871
0
0
0
0
N(1,1)
33,1837
0
0
-9,9069
0
N(1)
29,6192
0
0
10,5767
0
N2
N(3)
7,3746
7,3746
0
0
0
N2’
N(3)
7,3746
0
0
0
0
N(3)
5,0479
0
5,0479
0
0
N(1,1)
4,6374
0
6,3769
0
-9,2853
N(1)
4,36
0
6,54
0
6,54
N(3)
5,0479
0
0
0
0
N(1,1)
4,6374
0
0
0
-9,2853
N1
110kV
N1’
35kV
22kV
N3
N3’
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
Dòng qua các BI
19
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
N(1)
4,36
0
0
0
6,54
2.4.2. Sơ đồ 2: SNmax ,2 máy biến áp làm việc song song.
Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1); N(1)
1. Ngắn mạch phía 110kV (điểm ngắn mạch N1)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghòch E=0)
E
E
X1H1max
0,014
X1D1
0,0351
X1H2 max
0,0185
X1D2
0,0474
N1
110kV
X1∑
0,0281
E
X 1∑ = X 2 ∑ =
N1
I1∑
U1N
( X 1H 1max + X 1D1 )( X 1H 2 max + X 1D 2 ) (0, 014 + 0, 0351)(0, 0185 + 0, 0474)
=
X 1H 1max + X 1D1 + X 1H 2 max + X 1D 2
0, 014 + 0, 0351 + 0, 0185 + 0, 0474
X 1∑ = X 2 ∑ = 0, 0281
Sơ đồ thay thế thứ tự không:
X0H1max
0,0168
X 0D1
0,0703
X 0H2 max
0,025
X 0D2
0,0949
N1
BI1
XC
0,1075
XT
0
XC
0,1075
XT
0
BI1
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
20
Đồ án tốt nghiệp
X 0H =
X0B =
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
( X 0 H 1max + X 0 D1 )( X 0 H 2max + X 0 D 2 ) 0, 0871.0,1199
=
= 0, 0504
X 0 H 1max + X 0 D1 + X 0 H 2max + X 0 D 2
0, 0871 + 0,1199
1
X = 0,0537
2 C
XOH
0,0504
XOB
0,0537
N1
IOB
IOH
U0N
X0 ∑
0,0259
N1
I0∑
X 0∑ =
U0N
X 0H . X 0B
0, 0504.0, 0537
=
= 0, 0259
X 0 H + X 0 B 0, 0504 + 0, 0537
a. Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1∑ = I N =
E
1
=
= 35,5871
X 1∑ 0, 0281
• Điểm N1: không có dòng qua các BI.
• Điểm N1’: IBI1=IN = 35,5871
Dòng qua các BI khác bằng không.
b.Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
X .X
0, 0281.0, 0259
2∑
0∑
Điện kháng phụ: X ∆ = X + X = 0, 0281 + 0, 0259 = 0, 0134
2∑
0∑
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ =
E
1
=
= 24, 0963
X 1∑ + X ∆ 0, 0281 + 0, 0134
I 2 ∑ = − I1∑ .
X 0∑
0, 0259
= −24, 0963.
= −11,5572
X 2∑ + X 0∑
0, 0281 + 0, 0259
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
21
Đồ án tốt nghiệp
I 0 ∑ = − I1∑ .
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X 2∑
0, 0281
= −24, 0963.
= −12,5390
X 2∑ + X 0∑
0, 0281 + 0, 0259
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
U0N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = -(-12,5390).0,0259 = 0,3247
Phân bố dòng I0:
U0N
0,3247
=−
= −6, 4424
X 0H
0, 0504
U
0,3247
= − 0N = −
= −6, 0465
X 0B
0, 0537
I0H = −
I0 B
• Điểm N1:
1
1
IBI1= 2 I0B= 2 .(-6,0465) = -3,0232
3
3
IBI4= 2 I0B = 2 .(-6,0465) = -9,0697
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N1’:
&
&
I&BI 1 = a 2 .I&
1BI 1 + a.I 2 BI 1 + I 0 BI 1
1
3 & 1
3 & & I&
I BI 1 = − − j
.
I
+
−
+
j
.I 2 ∑ + I 0 H + 0 B ÷
÷
÷
1
∑
÷
÷
2
2
2
2
2
1
1
3
3
6, 0465
I BI 1 = − − j
.24,
0963
+
−
+
j
.
−
11,5572
+
−
6,
4424
−
(
)
÷
÷
÷
2
2 ÷
2 ÷
2
2
I BI 1 = −15, 7352 − j 30,8768
I BI 1 = 15, 73522 + 30,87682 = 34, 6550
3
3
IBI4 = 2 I0B = 2 .(-6,0465) = -9,0697
Dòng qua các BI khác bằng không.
c. Ngắn mạch 1 pha N(1):
Điện kháng phụ : X ∆ = X 2 ∑ + X 0 ∑ = 0, 0281 + 0, 0259 = 0, 054
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ = I 2 ∑ = I 0 ∑ =
E
1
=
= 12,1802
X 1∑ + X ∆ 0, 0281 + 0, 054
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
U 0 N = − I 0 ∑ . X 0 ∑ = −12,1802.0, 0259 = −0,3154
Phân bố dòng I0:
I0H = −
( −0,3154 ) = 6, 2579
U0N
=−
X 0H
0, 0504
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
22
Đồ án tốt nghiệp
I0B = −
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
( −0,3154 ) = 5,8733
U0N
=−
X 0B
0, 0537
• Điểm N1:
1
1
IBI1= 2 I0B= 2 .5,8733 =2,9366
3
3
IBI4= 2 .I0B = 2 .5,8733= 8,8099
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N1’:
1
1
IBI1= I1BI1+ I2BI1 + 2 I0BI1= 2I1∑ +I0H+ 2 I0B
1
IBI1=2.12,1802+6,2579+ 2 .5,8733 = 33,5549
IBI4= 8,8099
Dòng qua các BI khác bằng không.
2. Ngắn mạch phía 35kV: Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghòch E=0)
X1H1max X1D1
0,014 0,0351
E
N1
XC
0,1075
X1H2 max X1D2
0,0185 0,0474
E
BI1
X1∑
E
BI1
XC
0,1075
XT
0
XT
0
N2
N2
0,0818
I1∑
U1N
X 1∑ ( N 1) = 0, 0281
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
23
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
1
X C = 0, 0537
2
= X 1∑ ( N 1) + X 0 B = 0, 0281 + 0, 0537 = 0, 0818
X 0B =
X 1∑
• Điểm N2:
1 E
1
I BI 1 = I BI 2 = .
=
= 6,1124
2 X 1∑ 2.0, 0818
Dòng qua BI khác bằng không.
• Điểm N2’:
IBI1=6,1124
IBI2= -IBI1= -6,1124
Dòng qua BI khác bằng không.
3. Ngắn mạch phía 22kV:
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghòch E=0)
E
E
X1H1max
X1D1
0,014 0,0351
XC
0,1075
XH
0,0625
X1H2 max X1D2
0,0185 0,0474
XC
0,1075
XH
0,0625
N3
N3
X1∑
0,1131
E
I1∑
U1N
X 1∑ ( N 1) = 0, 0281
1
1
( X C + X H ) = (0,1075 + 0, 0625) = 0, 085
2
2
= X 1∑ ( N 1) + X 0 B = 0, 0281 + 0, 085 = 0,1131
X 0B =
X 1∑
X 2 ∑ = X 1∑ = 0,1131
Sơ đồ thay thế
Xthứ tự không:
H
0,0625
XT ∆
XH
0
0,0625
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
XT
∆
0
N3
U0N
24
Đồ án tốt nghiệp
Thiết Kế bảo vệ rơ le cho trạm biến áp
X0 ∑
0,0312
N3
I0∑
X 0∑ =
U0N
1
1
X H = .0, 0625 = 0, 0312
2
2
a. Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1∑ = I N =
E
1
=
= 8,8417
X 1∑ 0,1131
• Điểm N3:
1
1
IBI1=IBI3 = 2 IN = 2 .8,8417 = 4,4208
Dòng qua các BI khác bằng không.
• Điểm N3’:
1
1
IBI1 = 2 IN = 2 .8,8417 = 4,4208
IBI3= -IBI1 = -4,4208
Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
X .X
0,1131.0, 0312
2∑
0∑
Điện kháng phụ: X ∆ = X + X = 0,1131 + 0, 0312 = 0, 0244
2∑
0∑
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1∑ =
E
1
=
= 7, 2727
X 1∑ + X ∆ 0,1131 + 0, 0244
Bùi Minh Hải - ĐKT-K27
25
