Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

CHƯƠNG 1
MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ, CÁC THÔNG SỐ
CHÍNH
1.1.

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG

Trạm biến áp (TBA) được bảo vệ là trạm biến áp giảm áp gồm hai máy biến áp
(MBA) ba dây quấn B1 và B2 được mắc song song với nhau. Máy biến áp có cuộn
dây cao áp và hạ áp đấu sao trung điểm nối đất; cuộn dây trung áp đấu tam giác. Hai
máy biến áp này được cấp điện từ hai nguồn của HTĐ1(hệ thống điện) và HTĐ2 đưa
đến thanh cái 110kV qua đường dây D1 và D2.
Hệ thống điện HTĐ1 và hệ thống điện HTĐ2 có trung tính nối đất và làm việc
độc lập với nhau. Phía cao áp 110kV cả hai máy biến áp đều lấy điện từ thanh cái
110kV. Phía trung áp 35kV hai máy biến áp đều đưa điện trực tiếp đến thanh cái 35kV
để cấp cho phụ tải. Phía hạ áp của trạm đưa điện đến thanh cái 22kV để đưa đến các
phụ tải.

Hình 1.1. Sơ đồ đấu dây trạm biến áp

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

1


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

1.2.

THÔNG SỐ CHÍNH

1.2.1. Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2
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 = 1750 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 0,7S1Nmax
Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2X1H
2) Hệ thống điện HTĐ2
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S2Nmax = 2100 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S2Nmin = 0,75S2Nmax
Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,35X2H
1.2.2. Đường dây D1, D2
1) Đường dây D1
Chiều dài đường dây: L1 = 60 km
Điện kháng trên một kilômét đường dây: X1 = 0,401 Ω /km
Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 2X1D1
2) Đường dây D2
Chiều dài đường dây: L2 = 65 km
Điện kháng trên một kilômét đường dây: X12 = 0.392 Ω/km
Điện kháng thứ tự không: X0D2 = 2X1D2
1.2.3. Máy biến áp
Công suất danh định của mỗi máy biến áp: Sdđ = Sdđ1 = Sdđ2 = 80 MVA
Cấp điện áp 121/38,5/24 kV
Điện áp ngắn mạch của các cuộn dây:

UCN-T = 10,5%, UCN-H = 17%, UTN-H = 6%.
Tổ đấu dây YN – d11 – yn12

Giới hạn điều chỉnh điện áp: D Uđc = ± 15%
1.3.

CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

1.3.1. Máy cắt điện
Máy cắt điện (MC) là thiết bị đóng cắt mạch điện cao áp (trên 1000V)
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

2


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Yêu cầu đối với chúng là phải cắt nhanh, khi đóng cắt không gây nổ hoặc cháy,
kích thước gọn nhẹ, giá thành hạ .
Máy cắt được chọn theo các điều kiện sau:
- Điện áp định mức (UđmMC): UđmMC ³ Uđmlưới
- Dòng điện định mức (IđmMC): IđmMC ³ Ilvcb
- Dòng điện cắt định mức: ICđm ³ I”N
"
- Công suất cắt định mức: đ
- Dòng điện ổn định động: iđđmMC ³ ixk
- Dòng điện ổn định nhiệt: Các máy cắt nói chung thỏa mãn điều kiện ổn
định nhiệt, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A.
Do đó với các máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra
điều kiện này:
I2nhđm.tnhđm ³ 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 trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương 2 ta chọn máy cắt
của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.1.
·

Phía điện áp 110 kV
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.

80
SdmB
= 1,4.
= 0,5344kA = 534, 4A
3.121
3.U dmB

I”N = IBI1maxIcb1 = 11,2867 . 0,3817 = 4,3081 kA
IBI1max = 11,2867 (bảng 2.2.1)
Ixk =
·

2 .1,8.I”N =

2 .1,8.4,3081 = 10,9666 kA

Phía điện áp 35 kV
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.

SdmB
80
= 1, 4.
= 1,6796kA = 1679,6A
3.U dmB
3.38,5

I”N = IBI2maxIcb2 =5,0994 . 1,1997 = 6,1178 kA
IBI2max = 5,0994 (bảng 2.2.1)
Ixk =

2 .1,8.I”N =

2 .1,8.6,1178 = 15,5734 kA

· Phía điện áp 22 kV
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.

SñmB
3.UñmB

= 1,4.

80
3.24

= 2,6943kA = 2694,3A

I”N = IBI3maxIcb3 = 5,1750 . 1,9245 = 9,9593 kA
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

3


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

IBI3max = 5,1750 (bảng 2.2.1)
Ixk =

2 .1,8.I”N =

2 .1,8.9,9593 = 25,3522 kA

Bảng 1.1. Thông số tính toán giá trị các cấp điện áp
Thông số tính toán
Cấp điện
áp (kV)
110
35
22

Uđm
(kA)

SBđm
(MVA)

Ilvcb (kA)

I'' Nmax

Icb

I''
(kA)

Ixk
(kA)

121
38,5
24

80
80
80

0,534
1,6796
2,6943

11,2867
5,0994
5,175

0,3817
1,1997
1,9245

4,3081
6,1178
9,9593

10,9666
15,5734
25,3522

Từ bảng 1.1 trên ta chọn máy cắt có các thông số sau:
Chọn máy cắt cấp 110kV l máy cắt 3AQ1-FE có thông số:
- Điện áp định mức: UđmMC =123 ³ 110kV
- Dòng điện định mức: IđmMC = 3150 ³ Ilvcb = 534,4A
- Dòng cắt định mức: ICđm = 31,5kA ³ 4,3081kA
- Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC = 80kA ³ 10,9666 kA
Chọn tương tự cho cấp 35kV, 22kV ta có bảng thông số các loại máy cắt sau:
Bảng 1.2. Thông số máy cắt
Điện áp

Loại máy
cắt

UđmMC
kV

IđmMC
A

ICđmMC
kA

iđđmMC
Ka

110 kV

3AQ1-FE

123

3150

31,5

80

35 kV

8DB10

36

2500

31,5

80

22 kV

24GI-E31

24

3150

31,5

80

Ghi chú
MC SF6
Siemens
MC SF6
Siemens
MC SF6
Schneider

1.3.2. Máy biến dòng điện
Biến dòng điện (BI) dùng để biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số thích
hợp (thường là 1A hoặc 5A ) phù hợp với các dụng cụ đo và rơ-le, tự động hoá.
Cuộn dây sơ cấp của biến dòng có số vòng rất nhỏ, có khi chỉ một vài vòng,
còn cuộn dây thứ cấp có số vòng nhiều hơn và luôn được nối đất để đề phòng khi cách
điện giữa sơ và thứ cấp bị chọc thủng thì không nguy hiểm cho dụng cụ phía thứ cấp
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

4

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

và người phục vụ. Phụ tải thứ cấp của biến dòng điện rất nhỏ. Vì vậy, có thể coi biến
dòng làm việc ở gần trạng thái ngắn mạch.
Máy biến dòng điện được chọn theo điều kiện sau:
- Điện áp định mức (UđmBI): UđmBI ³ Uđmlưới
- Dòng điện định mức (IđmBI): IđmBI ³ Ilvcb
- Phụ tải thứ cấp (Z2đmBI): Z2đmBI ³ Z2
- Ổn định động :

2 kđđmI1đm ³ ixk

- Ổn định nhiệt: (Iđmknh)2 ³ BN
mạch).

(BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn

Dựa vào bảng 1.1 và kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở
chương 2 ta chọn máy biến dòng của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.3.
Bảng 1.3. Thông số máy biến dòng điện
Dòng điện định mức

Loại BI

Nhà sản xuất

Uđm (kV)

IBM 123

CT35-3C15O 1C0
CT22-3C15O 1C0

ABB
EMIC
EMIC

145
38,5
24

Cấp
chính
Sơ cấp (A) Thứ cấp (A)
xác
800
1
5P20
2000
1
5P20
3000
1
5P20

1.3.3. Máy biến điện áp
Nhiệm vụ của máy biến điện áp:
- Biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp để cung cấp cho các dụng
cụ đo lường, rơ-le và tự động hoá.
- Cách ly các dụng cụ thứ cấp khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người

và thiết bị. Cũng vì mục đích an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp
phải được nối đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn, nên có thể coi
BU làm việc ở chế độ không tải.
Máy biến điện áp được chọn theo điều kiện sau:
- Điện áp định mức (UđmBU): UđmBU ³ Uđmlưới
- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo.
- Công suất định mức (S2đmBU): S2đmBU ³ S2
Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch cho từng
cấp điện áp như ở bảng 1.4.

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

5


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Bảng 1.4. Thông số máy biến điện áp
Cấp
điện
áp(kV)

Thông số BU,Uđm (kV)
Cuộn thứ
cấp phụ

Công
suất

VA

Mã hiệu

Nhà sản xuất

Cuộn sơ cấp

Cuộn thứ
cấp

110

CPA 123

ABB

110000: 3

110:

3

110: 3

100

35

VEN 36-14

GERMANY

35000:

3

110:

3

110: 3

100

22

EPR20F

WATTSUD

22000:

3

110:

3

110: 3

50

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

6


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN 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 định các trị số
dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để cài đặt và chỉnh định
các thông số của bảo vệ, trị 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, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch.

2.1. MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Mục đích tính toán dòng điện ngắn mạch là để lựa chọn các khí cụ điện và các
phần tử khi có dòng điện chạy qua, những thiết bị đó phải thoả mãn điều kiện làm việc
bình thường và có tính ổn định khi có dòng điện ngắn mạch. Do vậy việc tính toán
ngắn mạch chính là để lựa chọn các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy
qua.Trong chương này, ta phải tính toán ngắn mạch tại các vị trí trên sơ đồ nhằm tìm
ra dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu đi qua các vị trí đặt bảo vệ. Để phục vụ việc
chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của các bảo vệ.

Để tính được dòng điện ngắn mạch trước hết phải thành lập sơ đồ thay thế, chọn
các đại lượng cơ bản như: Công suất cơ bản và điện áp cơ bản, tính điện kháng các
phần tử.
Để tìm ra dòng ngắn mạch chạy qua các BI phục vụ cho bảo vệ ta xét hai chế độ:
· Chế độ max: Tính toán ngắn mạch trong hai trường hợp sau:
- Sơ đồ 1: Hệ thống điện max với hai đường dây song song và một máy biến áp
vận hành độc lập.
- Sơ đồ 2: Hệ thống điện max với cả hai đường dây và hai máy biến áp làm việc
song song.
Tại chế độ này, ta tính toán các dạng ngắn mạch sau: N(3), N(1,1), N(1)
· Chế độ min: Tính toán ngắn mạch trong hai trường hợp sau:
- Sơ đồ 3: HTĐ min với một đường dây và hai MBA làm việc song song.
- Sơ đồ 4: HTĐ min với một đường dây và một MBA vận hành độc lập.
Tại chế độ này, ta xét các dạng ngắn mạch sau: N(2), N(1,1), N(1)
2.2. CÁC GIẢ THIẾT TRONG TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH
Khi xảy ra ngắn mạch (NM) sự cân bằng công suất từ điện, cơ điện bị phá hoại,
trong hệ thống điện đồng thời xảy ra nhiều yếu tố làm các thông số biến thiên mạnh và
ảnh hưởng tương hỗ nhau. Nếu kể đến tất cả những yếu tố ảnh hưởng, thì việc tính
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

7


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

toán ngắn mạch sẽ rất khó khăn. Do đó, trong thực tế người ta đưa ra những giả thiết
nhằm đơn giản hóa vấn đề để có thể tính toán.
Mỗi phương pháp tính toán ngắn mạch đều có những giả thiết riêng của nó. Ở

đây ta chỉ nêu ra các giả thiết cơ bản chung cho việc tính toán ngắn mạch.
1. Mạch từ không bão hòa: Giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích và
tính toán ngắn mạch đơn giản rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể
dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình.
2. Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp: Ngoại trừ trường hợp máy biến áp
3 pha 3 trụ nối Yo/Yo.
3. Hệ thống điện 3 pha là đối xứng: Sự mất đối xứng chỉ xảy ra đối với từng
phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng hoặc do cố ý có dự tính.
4. Bỏ qua dung dẫn của đường dây: 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.
5. Bỏ qua điện trở tác dụng: Nghĩa 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.
6. Xét đến phụ tải một cách gần đúng: Tùy thuộc giai đoạn cần xét trong quá
trình quá độ có thể xem gần đúng tất cả phụ tải như là một tổng trở không đổi tập
trung tại một nút chung.
7. Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: Nghĩa là góc lệch
pha giữa sức điện 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 trị 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).
2.3. CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN
Chọn Scb = SdđB = 80 MVA
Ucb = Utb(121/38,5/24) kV

Cấp điện áp 110 kV có Utb1 = 121 kV
80
Scb
Icb1 =
=
= 0,3817kA
3 ´ 121
3 ´ U cb1
Cấp điện áp 35 kV có Utb2 = 38,5 kV
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

8


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Icb2 =

Scb
=
3 ´ U cb2

80
= 1,1997 kA
3 ´ 38,5

Cấp điện áp 22 kV có Utb3 = 24 kV
80

Scb
Icb3 =
=
= 1,9245 kA
3 ´ U cb3
3 ´ 24
Thông số các phần tử:
- Hệ thống điện 1:
+ Chế độ MAX:
S1Nmax = 1750 MVA
X1H1max = X2H1max =

Scb
S1N max

=

80
= 0,0457
1750

X0H1max = 1,2X1H1max = 1,2.0,0457 = 0,0548
+ Chế độ MIN:
S1Nmin = 0,7S1Nmax = 0,7.1750 = 1225 MVA
80
Scb
X1H1min = X2H1min =
=
= 0,0653
S1N min

1225
X0H1min = 1,2X1H1min = 1,2.0,0653 = 0,07836
- Hệ thống điện 2:
+ Chế độ MAX:
S2Nmax = 2100 MVA
80
Scb
X1H2max = X2H2max =
=
= 0,0381
S2 N max
2100
X0H2max = 1,35X1H2max = 1,35.0,0381 = 0,0514
+ Chế độ MIN:
S2Nmin = 0,75S2Nmax = 0,75.2100 = 1575 MVA
80
Scb
X1H2min = X2H2min =
=
= 0,0508
S2 N min
1575
X0H2min = 1,35X1H2min = 1,35.0.0508 = 0,0686
- Đường dây D1:
S
80
X1D1 = X2D1 = X1.L1. cb2 = 0,401 . 60 .
= 0,1315
1212
U cb

X0D1 = 2X1D1 = 2 . 0,1315 = 0,263
- Đường dây D2:
80
S
X1D2 = X2D2 = X2.L2. cb2 = 0,392 . 65 .
= 0,1392
1212
U cb
X0D2 = 2X1D2 = 2 . 0,1392 = 0,2784
- Máy biến áp:

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

9


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

UNC-T = 10,5%
UNC-H = 17%
UNT-H = 6%
- Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp
1
Scb
1
80
XC = ´ U CN-T + UCN- H - UTN- H ´
= ´ (10,5 + 17 – 6) ´

2
100.Sdm
2
80.100

(

)

XC = 0,1075
XT =

Scb
1
80
1
´ U CN-T + U NT- H - U CN-H ´
= ´ (10,5 + 6 – 17) ´
2
100.Sñm
80.100
2

(

)

XT = -0,0025 ≈ 0
XH =

Scb
1
1
80
= ´ (17 + 6 – 10,5) ´
´ U CN- H + U TN-H - U NC- T ´
80.100
2
100.Sñm
2

(

)

XH = 0,0625

2.4. SƠ ĐỒ CÁC ĐIỂM TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MÁY BIẾN ÁP
BI4

110kV
BI1
HTĐ1

BI5

N1’

22kV
N3’

BI3

D1
N3
N1

HTĐ2

D2
N2’
BI2

35kV
N2

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng điện dùng cho bảo vệ của
trạm biến áp
Sơ đồ thay thế:

1) Sơ đồ thứ tự thuận (nghịch E = 0)

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

10


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

E

E

X1H1max
0,0457

XC
0,1075

X1D1
0,1315

æ X1H1min ö
ç
÷
è 0,0653 ø

X1H2 max
0,0381

XT
0

X1D2
0,1392

æ X1H2min ö
ç

÷
è 0,0508 ø

XC
0,1075

XH
0,0625

22kV

XH
0,0625

XT
0

110kV

35kV

2) Sơ đồ thứ tự không.
X0H1max
0,0548
æ X0H1min ö
ç
÷
è 0,07836 ø

X 0H2 max

0,0514
æ X0H2 min ö
ç
÷
è 0,0686 ø

XC
0,1075

X 0D1
0, 263

X0D2
0,2784

XT
0

XC
0,1075

110kV

XH
0, 0625

22kV

XH
0,0625

XT
0

2.5. SƠ ĐỒ 1: SNmax, MỘT MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC, HAI ĐƯỜNG DÂY
SONG SONG
Các dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)
2.5.1.Ngắn mạch phía 110 kV (điểm ngắn mạch N1)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E=0)

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

11


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

X1H1max
0, 0457

X1D1
0,1315

X1H 2max
0, 0381

X1D2
0,1392

X1

å
0,0886

I1

å

X1å = X 2 å =
=

( X1H1max + X1D1 )( X1H2 max + X1D2 )
X1H1max + X1D1 + X1H 2 max + X1D2

( 0,0457 + 0,1315 )( 0, 0381 + 0,1392 )

0, 0457 + 0,1315 + 0, 0381 + 0,1392
Sơ đồ thay thế thứ tự không:

X0H1max
0,0548

X0D1
0,263

= 0,0886

N 1’

N1

XC
0,1075

BI

X 0H2 max
0, 0514

X0D2
0,2784

XT
0

D

U0N
110kV

X OH
0,1618

N1’

N1

XOB

0,1075

BI

110kV

SVTH: Phạm Thanh Huyền

U0N

Lớp Đ3H1

12


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

X OH =

( X0H1max + X0D1 )( X0H 2 max + X0D2 ) = (0,0548 + 0, 263).(0,0514 + 0, 2784)
X0H1max + X 0D2 + X 0H 2 max + X 0D2

0, 0548 + 0, 263 + 0,0514 + 0, 2784

= 0,1618
XOB = XC + XT = 0,1075 + 0 = 0,1075

N1

X0 å

0,0646

I0å

U0N

X0å =

X OH ´ X OB
0,1618 ´ 0,1075
=
= 0,0646
X OH + X OB 0,1618 + 0,1075

a. Ngắn mạch 3 pha N(3)
I1å = I N =

E
1
=
= 11, 2867
X1å
0, 0886

Điểm N1: Không có dòng qua các BI.
Điểm N1’:
IBI1 = IN = 11,2867
Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)
Điện kháng phụ:

X ´ X0å
0, 0886 ´ 0,0646
X D = 2å
=
= 0,0374
X 2 å + X 0å
0, 0886 + 0, 0646
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
E
1
I1å =
=
= 7,9365
X1å + X D 0,0886 + 0, 0374

I 2å = -I1å .

X0å
0,0646
= -7,9365.
= -3,3466
X 2 å + X 0å
0,0886 + 0,0646

I0 å = - I1å .

X2å
0, 0886
= -7,9365.
= -4,5899

X 2å + X0 å
0,0886 + 0,0646

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
UON = -I0 å .X0 å = - (- 4,5899).0,0646 = 0,2965
Phân bố dòng I0:

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

13


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

IOH = -

U ON
0,2965
== -1,8325
XOH
0,1618

I OB = -

U ON
0, 2965
== - 2,7581
X OB

0,1075

Điểm N1:
IBI1 = IOB = -2,7581
IBI4 = 3.IOB = 3.(-2,7581) = -8,2743
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
·

·

·

·

I BI1 = a2 .I1(BI1) + a.I 2(BI1) + I 0(BI1)
æ 1
è 2

I BI1 = ç - - j

·
æ 1
3ö ·
3ö ·
÷ . I1å + ç - + j
÷ .I 2å + IOH
2 ø
è 2
2 ø

æ 1
æ 1
3ö
3ö
I BI1 = ç - - j
÷ .7,9365 + ç - + j
÷ .( -3,3466 ) + ( -1,8325 )
è 2
2 ø
è 2
2 ø
= -4,1274 - j.9,7715

IBI1 =

4,12742 + 9, 77152 = 10,6074

IBI4 = 3.IOB = 3.(-2,7581) = -8,2743
Dòng qua các BI khác bằng không.
c. Ngắn mạch 1 pha N(1)
Điện kháng phụ:

X D = X 2 å + X 0 å = 0,0886 + 0,0646 = 0,1532
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
E
1
I1å = I2 å = I0 å =
=
= 4,1356

X1å + XD 0,0886 + 0,01532
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

U ON = - I 0 å .X 0 å = -4,1356 . 0,0646 = -0,2672
Phân bố dòng I0:
U
0,2965
IOH = - ON =
= 1,8325
XOH 0,1618

IOB = -

UON 0,2965
=
= 2,7581
XOB 0,1075

Điểm N1:
IBI1 = IOB = 2,7581
IBI4 = 3.IOB = 3.2,7581 = 8,2743
Dòng qua các BI khác bằng không.
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

14


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Điểm N1’:
IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 = 2.I1å + I OH = 2.4,1356 + 1,8325
IBI1 = 10,1037
IBI4 = 3 . IOB = 3 . 2,7581 = 8,2743
Dòng qua các BI khác bằng không.
2.5.2. Ngắn mạch phía 35 kV
Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:
X1 ( N1)
å
0, 0886

XC
0,1075
XT
0

X1

å
0,1961

I1
å

X1å = X1å (N1) + X C + X T = 0,0886 + 0,1075 + 0 = 0,1961
Điểm N2:

I BI1 = I BI2 =

E
1
=
= 5,0994
X1å
0,1961

Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N2’:
IBI1 = 5,0994
Dòng qua các BI khác bằng không.
2.5.3. Ngắn mạch phía 22 kV
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

15


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

X1 ( N1)
å
0, 0886

XC
0,1075

XH
0, 0625

X1å = X1å (N1) + X C + X H = 0,0886 + 0,1075 + 0,0625 =0,2586
X1å = X 2 å = 0,2586

N3

X1å
0,2586

E

I1å

U 1N

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

XH
0,0625
XT
0

X0 å

N3

0,0625

I0å

N3

I0å

D

U0N

U 0N

X 0 å = X H = 0,0625
a. Ngắn mạch 3 pha

I N = I1å =

1
1
=
= 3,867
X1å
0,2586

Điểm N3:
IBI1 = IBI3 = IN = 3,867
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N3’:
IBI1 = IN = 3,867

Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)
Điện kháng phụ:

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

16


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

XD =

X2 å ´ X0 å

=

X2 å + X0 å

0,2586 ´ 0,0625
= 0,0503
0,2586 + 0,0625

Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
E
1
I1å =
=

= 3,2373
X1å + X D 0,2586 + 0,0503

I2 å = -I1å .

I0 å = -I0 å .

X0 å

X2 å + X0 å

X2 å

= -3,2373.

= -3,2373.

X2 å + X0 å

0,0625
= -0,6301
0,2586 + 0,0625

0,2586
= -2,6074
0,2586 + 0,0625

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

U ON = - I 0 å .X 0 å = 2,6074 . 0,0625 = 0,16296

IOH = 0
Điểm N3:
·

·

·

·

I BI1 = a2 .I1(BI1) + a. I2(BI1) + I 0(BI1)
·
æ 1
æ 1
3ö ·
3ö ·
I BI1 = ç - - j
÷ .I1å + ç - + j
÷ .I2 å + IOH
è 2
2 ø
è 2
2 ø

æ 1
æ 1
3ö
3ö
I BI1 = ç - - j
÷ .3,2373 + ç - + j

÷ . ( -0,6301) + 0
è 2
2 ø
è 2
2 ø
= -1,3036 - j3,3493

IBI1 = 1,3036 2 + 3,34932 = 3,5940
·

·

·

·

I BI3 = a2 .I1(BI3) + a.I2(BI3) + I 0(BI3)
æ 1
æ 1
3ö ·
3ö ·
I BI3 = ç - - j
÷ .I1å + ç - + j
÷ .I 2 å + I 0 å
è 2
2 ø
è 2
2 ø
æ 1
æ 1

3ö
3ö
I BI3 = ç - - j ÷ .3,2373 + ç - + j ÷ .( -0,6301) + ( -2,6074)
è 2
2 ø
è 2
2 ø
= -3,911 - j.3,3493
IBI3 = 3,9112 + 3,34932 = 5,1491
IBI4 = 0
IBI5 = 3.I 0 å = 3 . (-2,6074) = -7,8222
IBI2 = 0

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

17


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Điểm N3’:
IBI1 = 3,5940
IBI4 = 0
IBI5 = -7,8222
IBI3 = 0
IBI2 = 0
c. Ngắn mạch 1 pha N(1)
Điện kháng phụ:

X D = X 2 å + X 0 å = 0,2586 + 0,0625 = 0,3211
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:

E
1
=
= 1,7250
X1å + X D 0,2586 + 0,3211

I1å = I2 å = I 0 å =

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

U ON = - I 0 å .X 0 å = -1,7250 . 0,0625 = -0,1078
IOH = 0
Điểm N3:
·

·

·

I BI1 = I1BI1 + I 2BI1 + I 0 BI1 = I1å + I2 å + I OH = 2 . 1,7250 = 3,45
I BI3 = 3.I1å = 3 . 1,7250 = 5,175
IBI4 = 0

I BI5 = 3.I 0å = 3 . 1,7250 = 5,175
Điểm N3’:
·

·

·

I BI1 = I1BI1 + I 2BI1 + I 0BI1 = I1å + I 2 å + IOH =2 . 1,725 = 3,45
IBI3 = 0
IBI4 = 0

I BI5 = 3.I 0å = 3 . 1,7250 = 5,175
IBI2 = 0
Ta có, bảng tổng kết dòng ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm
việc trong chế độ SNmax.

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

18


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Bảng 2.1. Dòng ngắn mạch qua các BI, khi 1MBA làm việc SNmax
Phía
ngắn
mạch

Điểm
ngắn

mạch
N1

110 kV
N1’
35 kV

N2
N2’
N3

22 kV
N3’

Dạng
ngắn
mạch
N(3)
N(1,1)
N(1)
N(3)
N(1,1)
N(1)
N(3)
N(3)
N(3)
N(1,1)
N(1)
N(3)
N(1,1)

N(1)

Dòng qua các BI
BI1

BI2

BI3

BI4

BI5

0
-2,7581
2,7581
11,2867
10,6074
10,1037
5,0994
5,0994
3,8670
3,5940
3,45
3,8670
3,5940
3,45

0
0

0
0
0
0
5,0994
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0
0
3,911
5,175
0
0
0

0
-8,2743

8,2743
0
-8,2743
8,2743
0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0
0
-7,8222
5,175
0
-7,8222
5,175

2.6. SƠ ĐỒ 2: SNmax, HAI MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG
Các dạng ngắn mạch tính toán: N(3), N(1,1), N(1).

2.6.1. Ngắn mạch phía 110 kV (Điểm ngắn mạch N1)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

X1H1max
0, 0457

X1D1
0,1315

X1H2max
0,0381

X1D2
0,1392

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

19


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

X1å

N1

0,0886

E

I1å
U1N

X1å = X2å =
=

(X

1H1max

+ X1D1 )( X1H2 max + X1D2 )

X1H1max + X1D1 + X1H2 max + X1D2

( 0,0457 + 0,1315)( 0,0381 + 0,1392 ) = 0,0886
0,0457 + 0,1315 + 0,0381 + 0,1392

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

X0H1max
0,0548
X 0H2 max
0, 0514

X0D1
0,263

N1

BI1

X0D2
0,2784

XC
0,1075

XT
0

XC
0,1075

XT
0

BI1

XOH
0,1618

N1

XOB
0,0538

IOB

IOH

U 0N

X OH =

(X

0H1max

+ X 0D1 )( X 0H2 max + X 0 D2 )

X 0 H1max + X 0D2 + X 0H2 max + X 0D2

=

(0,0548 + 0,263).(0,0514 + 0,2784)
0,0548 + 0,263 + 0,0514 + 0,2784

= 0,1618

XOB =

1
1
(XC + XT) = (0,1075 + 0) = 0,0538
2
2

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

20


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

N1

X0å

0, 0404

I0å

U 0N

X0å =

0,1618 ´ 0, 0538
X OH ´ X OB
=
= 0,0404
X OH + X OB
0,1618 + 0,0538

a. Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1å = I N =

E
1

=
= 11, 2867
X1å
0,0886

Điểm N1: Không có dòng qua các BI.
Điểm N1’:
IBI1 = IN = 11,2867
Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
Điện kháng phụ:

XD =

X 2å ´ X0å
0, 0886 ´ 0,0404
=
= 0,0277
X 2å + X0å
0,0886 + 0,0404

Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1å =

E
1
=
= 8,5984
X1å + X D 0, 0886 + 0,0277

I 2å = -I1å .

X0å
0, 0404
= -8,5984.
= -2, 6928
X 2 å + X 0å
0,0886 + 0,0404

I0 å = - I0 å .

X2å
0,0886
= -8,5984.
= -5,9056
X2å + X0å
0, 0886 + 0, 0404

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
UON = I0 å .X 0 å = - (- 5,9056) . 0,0404 = 0,2386
Phân bố dòng I0:
IOH = -

U ON
0, 2386
== -1, 4747
X OH
0,1618

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

21


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

IOB = -

U ON
0, 2386
== -4, 4349
X OB
0, 0538

Điểm N1:

1
1
IOB = .(-4,4349) = -2,2174
2
2
1
1
IBI4 = 3. .IOB = 3. . ( -4, 4349 ) = -6, 6524
2
2
IBI1 =

Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
·

·

·

·

I BI1 = a 2 .I1(BI1) + a. I 2(BI1) + I0(BI1)
·
æ·
æ 1
æ 1
3ö ·
3ö ·
IOB ö
÷
I BI1 = ç - - j ÷ .I1å + ç - + j ÷ .I 2 å + ç IOH +
è 2
2 ø
è 2
2 ø
è
2 ø

æ 1
æ 1
3ö

3ö
4, 4349 ö
æ
I BI1 = ç - - j
÷ .8,5984 + ç - + j
÷ .( -2,6928) + ç -1, 4747 ÷
è 2
2 ø
è 2
2 ø
è
2 ø

= -6,64495 - j.9,7785
IBI1 =

6, 644952 + 9,77852 = 11,8226

IBI4 = 3.

1
1
.IOB = 3. .(-4,4349) = -6,6524
2
2

Dòng qua các BI khác bằng không.
c. Ngắn mạch 1 pha N(1)
Điện kháng phụ:

X D = X 2 å + X 0 å = 0,0886 + 0,0404 = 0,129
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1å = I 2 å = I0 å =

E
1
=
= 4,5956
X1å + X D 0, 0886 + 0,129

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

U ON = - I 0 å .X 0 å = -4,5956 . 0,0404 = -0,1857
Phân bố dòng I0:
I OH = -

U ON 0,1857
=
= 1,1477
X OH 0,1618

IOB = -

U ON 0,1857
=
= 3, 4517
X OB 0, 0538

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

22


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

Điểm N1:

1
1
. IOB = .3,4517 = 1,7258
2
2
1
1
IBI4 = 3. .IOB = 3. 3. .3, 4517 = 5,1775
2
2
IBI1 =

Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1
1
1
I BI1 = 2.I1å + IOH + .IOB = 2.4,5956 + 1,1477 + .3,4517 = 12,0647
2
2
IBI1 = 12,0647

IBI4 = 3.

1
1
. IOB = 3. . 3,4517 = 5,1775
2
2

Dòng qua các BI khác bằng không.
2.6.2. Ngắn mạch phía 35 kV
Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3);
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

E

E

X1H1max
0,0457

X1D1
0,1315

X1H2max
0,0381

X1D2
0,1392

BI1

XC
0,1075

XC
0,1075
BI1

X1å

E

N1

XT
0
XT
0

N2

N2

0,1423

I1å

UN1

1

1
X1å = X1å ( N1) + .( XC + XT ) = 0,0886 + .(0,1075 + 0) = 0,1423
2
2
Điểm N2:
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

23


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

1 E
1
1
I BI1 = IBI2 = .
= .
= 3,5137
2 X1å
2 0,1423

Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N2’:
IBI1 = 3,5137
IBI2 = - IBI1 = -3,5137
Dòng qua các BI khác bằng không.
2.6.3. Ngắn mạch phía 22 kV
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0)

X1H1max
0,0457

X1D1
0,1315

XC
0,1075

XH
0,0625

X1H2max
0,0381

X1D2
0,1392

XC
0,1075

XH
0,0625

E

E

N3

X1å

E

N3

0,1736

I1å

U 1N

1
1
X1å = X1å ( N1) + .( X C + X H ) = 0,0886 + .( 0,1075 + 0,0625) = 0,1736
2
2

X1å = X 2 å = 0,1736
Sơ đồ thay thế thứ tự không:

SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

24


Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV

XH
0,0625
XT
0
XT
0

N3
D X
H
0,0625

U0N
D

X0 å

0,0313

N3

I0å

U0N

X0å =

X H 0,0625
=

= 0,0313
2
2

a. Ngắn mạch 3 pha N(3)

I N = I1å =

1
1
=
= 5,7604
X1å
0,1736

Điểm N3:

1
1
IN = .5,7604 = 2,8802
2
2
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N3’:
1
1
IBI1 = IN = .5,7604 = 2,8802
2
2
IBI3 = -IBI1 = -2,8802

Dòng qua các BI khác bằng không.
b. Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)
Điện kháng phụ:
X ´ X0å
0,1736 ´ 0,0313
XD = 2å
=
= 0, 0265
X 2å + X 0å
0,1736 + 0, 0313
IBI1 = IBI3 =

Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
E
1
I1å =
=
= 4,9975
X1å + X D 0,1736 + 0,0265
SVTH: Phạm Thanh Huyền

Lớp Đ3H1

25