Đồ án hệ thống điện VUONGQUOCHUNG d7h4
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.47 MB, 106 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO
TRẠM BIẾN ÁP 110/35/22KV
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH ...... 1
1.1. MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG .................................................................................... 1
1.2. THÔNG SỐ CHÍNH ......................................................................................... 1
1.2.1. Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2: có trung tính nối đất ..................................... 1
1.2.2 Đường dây D1, D2: ...................................................................................... 2
1.2.3. Máy biến áp ................................................................................................. 2
1.3. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÕNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ...... 2
1.3.1. Máy cắt điện: ............................................................................................... 2
1.3.2. Máy biến dòng điện: .................................................................................... 5
1.3.3. Máy biến điện áp: ........................................................................................ 6
CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE ............................. 7
2.1. CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN. ............................................................................ 7
2.2. CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN
TỬ. ............................................................................................................................. 8
2.3. SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH. ................................................. 10
2.4. CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH. ..................... 11
2.4.1. Sơ đồ 1: SNmax, 1 máy biến áp làm việc. ..................................................... 11
2.4.3. Sơ đồ 3: SNmin, 1 máy biến áp làm việc. ..................................................... 29
2.4.4. Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc song song. .................................... 39
CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ......................................... 50
3.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH
THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP. ......................................................................... 50
3.2 CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP. .......................................... 51
3.2.1. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện. ............................... 51
3.2.2 Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2. .......................................................... 52
3.3 SƠ ĐỒ PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ ................................................................. 58
4.1. HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 ......................................................... 60
4.1.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613. ........................................................ 60
4.1.2.Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613. .......................................... 63
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
4.1.3. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 ............................................... 65
4.1.4.Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 .............................. 66
4.1.5.Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 .......................... 67
4.1.6.Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 ............... 72
4.1.8.Chức năng bảo vệ chống quá tải. ............................................................... 76
4.2. HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÕNG 7SJ621....................................................... 76
4.2.1.Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621. ......................................................... 76
4.2.2.Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621. ............................................. 78
4.2.3. Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 ................................................. 80
CHƯƠNG 5 CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE ........ 86
5.1.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ ........................................... 86
5.1.1. Các số liệu cần thiết cho việc tính toán bảo vệ rơle. ................................. 86
5.1.2 .Tính toán các thông số của bảo vệ ............................................................ 86
5.2 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ ................................................. 91
5.2.1.Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm................................................................ 91
5.2.2.Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không ....................................................... 96
5.2.3.Bảo vệ quá dòng có thời gian ..................................................................... 97
5.2.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian ............................................... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................100
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 ......................................................................................................................... 4
Bảng 1.2 ......................................................................................................................... 5
Bảng 1.3 ......................................................................................................................... 6
Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.1. Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy
biến áp làm việc trong chế độ SNmax: ........................................................................... 20
Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.2. Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy
biến áp làm việc song song trong chế độ SNmax: .......................................................... 29
Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.3. Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy
biến áp làm việc trong chế độ SNmin: ............................................................................ 38
Bảng tổng kết sơ đồ 2.4.4. Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy
biến áp làm việc trong chế độ SNmin: ............................................................................ 49
Bảng 3.1: Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặt. ...................... 51
Bảng 4.1 ....................................................................................................................... 67
Bảng 4-2 ....................................................................................................................... 85
Bảng 5.1.Thông số của máy biến áp 110/35/22 kV .................................................... 86
Bảng 5.2.Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ ........................................... 92
Bảng 5.3. Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ ................................................. 96
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ của trạm
biến áp ....................................................................................................................... 1
Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ ..................... 52
Hình 3.2.Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây .................. 54
Hình 3.3 Vị trí đặt rơ le khí ở máy biến áp .............................................................. 55
Hình 3.4.Bảo vệ cảnh báo chạm đất ......................................................................... 58
Hình 4-1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 ...................................... 64
Hình 4.2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 ............................ 67
Hình 4-3. Đặc tính tác động của rơle 7UT613. ........................................................ 69
Hình 4.4.Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 ................... 71
Hình 4-5. Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. ........................ 73
Hình 4-7. Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621........................................................ 79
Hình 4.8.Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 .................................................... 81
Hình 5.1. Đặc tính làm việc của rơle 7UT613 .......................................................... 86
Hình 5.2 Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ........................... 92
Hinh5.3.Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ ................................... 95
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong mọi hoạt động sản xuất
cũng như trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người. Để đảm bảo sản
lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện
cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong
toàn hệ thống; cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những
phương tiện bảo vệ,thông tin ,đo lường ,điều khiển và điều chỉnh tự động trong
hệ thống điện.
Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng một
vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải
lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng
làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v. . mà
nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống Rơle sẽ phát hiện
và tự động loại trừ các sự cố, xử lý tình trạng làm việc bất thường của hệ thống.
Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle
ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn. Ở nước ta
ngày nay, xu hướng sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay thế cho các rơle điện
cơ đang được xúc tiến mạnh mẽ.
Bản “ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22kV” gồm có 5
chương :
- Chương 1 : Mô tả đối tượng được bảo vệ và các thông số chính.
- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
- Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ
- Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn
- Chương 5 : Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có hạn cũng như kiến thức kinh
nghiệm về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều, nên tập đề án
tốt nghiệp này còn có những sai sót là điều không thể tránh được. Em rất mong
được sự nhận xét và đóng góp của quí Thầy Cô.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của TS. Vũ Thị Thu Nga
đã giúp em hoàn thành đồ án này
Vương Quốc Hùng-D7H4
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
CHƯƠNG 1
MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH
1.1.
MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG
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
BI4
BI5
BI1 N1’
22kV
N3’
BI3
N3
B1
N1
D2
HTĐ2
N2’
B2
BI2
35kV
N2
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt 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
Vương Quốc Hùng-D7H4
1
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
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 Đƣờng 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 định 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: Uđc = 15%
1.3. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
1.3.1. Máy cắt điện:
- Điện áp định mức (UđmMC): Điện áp định mức của máy cắt được chọn
phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmMC Uđmlưới
Vương Quốc Hùng-D7H4
2
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
- Dòng điện định mức (IđmMC): Dòng điện định mức của máy cắt được
chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch:
IđmMC Ilvcb
- Điều kiện cắt: Dòng điện cắt định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc
bằng dòng điện ngắn mạch của mạch: ICđm I”N
- Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực
động điện của máy cắt phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó:
iđđmMC ixk
- Điều kiện 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 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 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.
31,5
SB
= 1,4 Ilvcb =1,4.
= 0,158kA = 158A
3.115
3.U tbB
I”N = IBI1maxIcb1 = 15,8913 . 0,3163 = 5,0264 kA
Ixk =
2 .1,8.I”N =
( trang 28 )
2 .1,8.5,0264 = 12,7951 kA
Chọn máy cắt có thông số:
+ Điện áp định mức: UđmMC 110kV
+ Dòng điện định mức: IđmMC Ilvcb = 443A
+ Dòng cắt định mức: ICđm 5,0264kA
+ Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC 12,7951kA
2) Phía điện áp 35kV:
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.
Vương Quốc Hùng-D7H4
SñmB
3.U ñmB
= 1,4.
3
63
3.37,5
= 1,358kA = 1358A
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
I”N = IBI2maxIcb2=5,7971 . 0,9699 = 5,6226kA (trang 19 )
Ixk =
2 .1,8.I”N =
2 .1,8.5,6226 = 14,3128kA
Chọn máy cắt có thông số:
+ Điện áp định mức: UđmMC 35kV
+ Dòng điện định mức: IđmMC Ilvcb = 1358A
+ Dòng cắt định mức: ICđm 5,6226 kA
+ Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC 14,3128kA
3) Phía điện áp 22kV:
Ilvcb = kqtsc.IđmB = kqtsc.
SñmB
3.U ñmB
= 1,4.
63
= 2,122kA = 2122A
3.24
I”N = IBI3maxIcb3 =5,6337 . 1,5155 = 8,5379kA
Ixk =
2 .1,8.I”N =
(trang 19)
2 .1,8.8,5379 = 21,7339kA
Chọn máy cắt có thông số:
+ Điện áp định mức: UđmMC 22kV
+ Dòng điện định mức: IđmMC Ilvcb = 2122A
+ Dòng cắt định mức: ICđm 8,5379kA
+ Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC 21,7339kA
Bảng 1.1
Loại máy
UđmMC
IđmMC
ICđmMC
iđđmMC
cắt
kV
A
kA
kA
110kV
3AQ1-FE
123
3150
31,5
80
35kV
8DB10
36
2500
31,5
80
Điện áp
22kV
8DB10
Vương Quốc Hùng-D7H4
24
2500
4
31,5
80
Ghi chú
MC SF6
Siemens
MC SF6
Siemens
MC SF6
Siemens
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
1.3.2. Máy biến dòng điện:
- Điện áp định mức (UđmBI): Điện áp định mức của máy biến dòng được
chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của lưới điện: UđmBI Uđmlưới
- Dòng điện định mức (IđmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng
được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI:
I1đmBI Ilvcb
- Phụ tải định mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp định mức của máy biến dòng
phải lớn hơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBI Z2
-Điều kiện ổn định lực động điện: dòng điện ổn định lực động điện của
máy biến dòng phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó:
2 kđđmI1đm ixk
- Điều kiện ổn định nhiệt: Dòng ổn định 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 định ở phần trên, kết hợp với các giá trị 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.
Bảng 1.2
Thông số
Phía 110kV
Phía 35kV
Phía 22kV
Kiểu
IBM 123
ASS 36-01
IWR20W1
UđmBI, kV
123
38,5
24
Tỷ số biến
300-600/1/1/1/1
1000-2000/1/1/1
1000-2000/1/1/1
Số cuộn thứ cấp
4
3
3
Công suất, VA
30/30/30/30
15/15/15
20/20/20
Cấp chính xác
0,5/5P20/5P20/5P20
0,5/5P20/5P20
0,5/5P20/5P20
Nhà chế tạo
ABB
WANLER-UND
ABB
Vương Quốc Hùng-D7H4
5
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
1.3.3. Máy biến điện áp:
- Điện áp định mức (UđmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp
được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmBU Uđmlưới
- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo.
- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định 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
Phía 110kV
Phía 35kV
Phía 22kV
Kiểu
CPA 123
VEN 36-14
EPR20F
UđmBU, kV
123
36
24
110000: 3 /110: 3
35000: 3 /110: 3
22000: 3 /110: 3
/110
/110:3
/110
2
2
2
200/100
100/100
50/50
0,5/3P
0,5/6P
0,5/3P
ABB
GERMANY
WATTSUD
Tỷ số biến
Số cuộn thứ
cấp
Công suất,
VA
Cấp chính
xác
Nhà chế tạo
Vương Quốc Hùng-D7H4
6
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
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 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.
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: nghĩa 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 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).
+ Bỏ qua các phụ tải.
+ Mạch từ không bão hòa, nghĩa 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: 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
Vương Quốc Hùng-D7H4
7
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
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.
+ 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 bị hư hỏng.Việc tính toán ngắn
mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối.
2.2. CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC
PHẦN TỬ.
Chọn Scb = SdđB = 31,5 MVA
Ucb = Utb(115/37,5/24) kV
Cấp điện áp 110 kV có Utb1 = 115 kV
Icb1 =
Scb
=
3 U cb1
31,5
= 0,158 kA
3 115
Cấp điện áp 35 kV có Utb2 = 37,5 kV
Icb2 =
Scb
=
3 U cb2
31,5
= 0,485 kA
3 37,5
Cấp điện áp 22 kV có Utb3 = 24 kV
Icb3 =
Scb
=
3 U cb3
31,5
= 0,758 kA
3 24
Thông số các phần tử:
Hệ thống điện 1:
Chế độ MAX:
S1Nmax = 2250 MVA
X1H1max = X2H1max =
Vương Quốc Hùng-D7H4
Scb
S1N max
=
31,5
= 0,014
2250
8
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
X0H1max = 1,2X1H1max = 1,2.0,014= 0,017
Chế độ MIN:
S1Nmin = 0,7S1Nmax = 0,7.2250 = 1575 MVA
X1H1min = X2H1min =
Scb
S1N min
=
31,5
= 0,02
1575
X0H1min = 1,2X1H1min = 1,2.0,02= 0,024
Hệ thống điện 2:
Chế độ MAX:
S2Nmax = 1700 MVA
X1H2max = X2H2max =
Scb
S2N max
=
31,5
= 0,019
1700
X0H2max = 1,35X1H2max = 1,35.0,019= 0,026
Chế độ MIN:
S2Nmin = 0,75S2Nmax = 0,75.1700 = 1275 MVA
X1H2min = X2H2min =
Scb
S2N min
=
31,5
= 0,025
1275
X0H2min = 1,35X1H2min = 1,35.0.025 = 0,034
Đường dây D1:
X1D1 = X2D1 = X1.L1.
31,5
Scb
= 0,409 . 40 .
= 0,039
2
U cb
1152
X0D1 = 2X1D1 = 2 . 0,039 = 0,078
Đường dây D2:
X1D2 = X2D2 = X2.L2.
31,5
Scb
= 0,401 . 55.
= 0,053
2
U cb
1152
X0D2 = 2X1D2 = 2 . 0,053 = 0,106
Máy biến áp:
UNC-T = 10,5%
UNC-H = 17%
UNT-H = 6%
Vương Quốc Hùng-D7H4
9
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp
XC
6)
=
1
1
S
(10,5+17
UCNT UCNH UTNH cb =
200
Smax 200
–
31,5
=0,1075
31,5
XT =
31,5
1
1
S
=0
(10,5 + 6 – 17)
UCNT UTNH UCNH cb =
31,5
200
200
Smax
XH=
1
S
UCNH UTNH UCNT cb
200
Smax
10,5)
=
1
(17
200
+
6
–
31,5
=0,0625
31,5
2.3. SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH.
1) Sơ đồ thứ tự thuận (nghịch E = 0)
X 1D1
0,039
XC
0,1075
X 1H 1min
0,02
X 1D 2
X 1H 2 max
0,053
0,019
XT
0
X 1H 1max
0,014
E
E
X 1H 2 min
0,025
XC
0,1075
XH
22kV
0,0625
XH
0,0625
XT
0
110kV
35kV
2) Sơ đồ thứ tự không.
Vương Quốc Hùng-D7H4
10
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
X 0 D1
0,078
XC
0,1075
X 0 H 1min
0,024
X 0 H 2 max X 0 D 2
0,026 0,106
XT
0
X 0 H 1max
0,017
X 0 H 2 min
0,034
XH
22kV
0,0625
XC
0,1075
110kV
XH
0,0625
XT
0
2.4. CÁC SƠ ĐỒ (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: SMmin; 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.
Các dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)
1)Ngắn mạch phía 110 kV (điểm ngắn mạch N1):
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E=0)
X 1H 1max
0,014
N1
X 1D1
0,039
N1 ’
E
BI1
E
X 1H 2 max
0,019
X 1D 2
0,053
110kV
Vương Quốc Hùng-D7H4
11
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
N1
X 1
0,031
E
I1
U1N
X1 X2
=
X
1H1max
X1D1 X1H2 max X1D2
X1H1max X1D1 X1H2 max X1D2
0,014 0,039 0,019 0,053
0,014 0,039 0,019 0,053
Sơ đồ thay thế thứ tự không:
X 0 D1
X 0 H 1max
0,078
0,017
= 0,031
N1 ’
N1
XC
0,1075
BI
X 0 H 2 max
0,026
X 0D2
0,106
XT
0
U0N
110kV
X OH
0,055
N1 ’
N1
BI
IOH
110kV
Vương Quốc Hùng-D7H4
XOB
0,1075
IOB
U0N
12
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
XOH
X
0H1max
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
X0D1 X0H2 max X0D2
X0H1max X0D1 X0H2 max X0D2
=
0,017 0,078 0,026 0,106 0,055
0,017 0,078 0,026 0,106
XOB = XC + XT = 0,1075 + 0 = 0,1075
X 0
0,036
N1
I0
U0N
X0
XOH XOB
0,055 0,1075
=
= 0,036
0,055 0,1075
XOH XOB
a) Ngắn mạch 3 pha N(3):
I1 I N
E
1
32,258
X 1
0,031
Điểm N1: Không có dòng qua các BI.
Điểm N1’: IBI1 = IN =32,258
Dòng qua các BI khác bằng không.
b) Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
Điện kháng phụ: X
X 2 X 0
0,031 0,036
0,017
X 2 X 0
0,031 0,036
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1
E
1
20,833
X 1 X 0,031 0,017
I 2 I1 .
X 0
0,036
20,833.
11,194
X 2 X 0
0,031 0,036
Vương Quốc Hùng-D7H4
13
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
I 0 I1 .
X 2
0,031
20,833.
9,639
X 2 X 0
0,031 0,036
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
UON I0 .X0 = - (- 9,639).0,036 = 0,347
Phân bố dòng I0:
I OH
I OB
U ON
0,347
6,309
X OH
0,055
U ON
0,347
3,228
X OB
0,1075
Điểm N1:
IBI1 = IOB = -3,228
IBI4 = 3.IOB = 3.(-3,228) = -9,684
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
IBI1 a2 .I1(BI1) a.I2(BI1) I 0(BI1)
1
1
3
3
I BI1 j
.I
j
.I IOH
2
2 1 2
2 2
1
1
3
3
I BI 1 j
.20,833 j
. 11,194 6,309
2
2
2
2
11,129 j 27,736
IBI1 = 11,1292 27,7362 = 29,885
IBI4 = 3.IOB = 3.(-3,228) = -9,684
Dòng qua các BI khác bằng không.
c)Ngắn mạch 1 pha N( 1)
Điện kháng phụ:
X X2 X0 = 0,031 + 0,036= 0,067
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
Vương Quốc Hùng-D7H4
14
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
I1 I 2 I 0
E
1
= 10,204
X 1 X 0,031 0,067
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
UON I0 .X0 = -10,204. 0,036 = -0,367
Phân bố dòng I0:
I OH
I OB
U ON 0,367
= 6,673
X OH 0,055
U ON 0,368
= 3,423
X OB 0,1075
Điểm N1:
IBI1 = IOB = 3,423
IBI4 = 3.IOB = 3 . 3,423 = 10,269
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 = 2.I1 IOH = 2.10,204 + 6,673 = 27,081
IBI4 = 3 . IOB = 3 . 3,423 = 10,269
Dòng qua các BI khác bằng không.
2) Ngắn mạch phía 35 kV
Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3):
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:
X 1 ( N 1)
E
0,031
XC
0,1075
N1
BI1
XT
0
N2 ’
BI2
N2
Vương Quốc Hùng-D7H4
15
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
N2
X 1
0,1385
E
I1
U1N
X1 X1 (N1) XC XT = 0,031+ 0,1075 + 0 = 0,1385
Điểm N2:
I BI 1 I BI 2
E
1
= 7,22
X 1
0,1385
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N2’:
IBI1 = 7,22
Dòng qua các BI khác bằng không.
3)Ngắn mạch phía 22 kV:
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):
N3
X 1 ( N 1)
E
0,031
N1
XC
0,1075
XH
0,0625
22kV
X1 X2 X1 (N1) XC XH = 0,031 + 0,1075 + 0,0625 =0,201
N3
X 1
0,201
E
I1
Vương Quốc Hùng-D7H4
U1N
16
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
Sơ đồ thay thế thứ tự không:
XH
0,0625
X0
N3
0,0625
I0
I0
XT
0
N3
U0N
U0N
X0 XH 0,0625
a) Ngắn mạch 3 pha N(3):
I N I1
E
1
4,975
X 1
0,201
Điểm N3:
IBI1 = IBI3 = IN = 4,975
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N3’: IBI1 = IN = 4,975
Dòng qua các BI khác bằng không.
b) Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1):
Điện kháng phụ: X
X 2 X 0
0,201 0,0625
0,15
X 2 X 0
0,201 0,0625
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1
E
1
2,849
X 1 X 0,201 0,15
I 2 I1 .
X 0
0,0625
2,849.
0,678
X 2 X 0
0,0625 0,201
I 0 I1 .
X 2
0,201
2,849.
2,173
X 2 X 0
0,201 0,0625
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
Vương Quốc Hùng-D7H4
17
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
UON I0 .X0 = 2,173. 0,0625 = 0,136
IOH = 0
Điểm N3:
IBI1 a2 .I1(BI1) a.I2(BI1) I 0(BI1)
1
1
3
3
I BI1 j
.I
j
.I IOH
2
2 1 2
2 2
1
1
3
3
I BI 1 j
.2,849 j
. 0,678 0
2
2
2
2
1,086 j3,054
IBI1 = 1,0862 3,0542 = 3,242
IBI3 a .I1(BI3) a.I2(BI3) I0(BI3)
2
1
1
3
3
I BI3 j
.I1 j
.I I 0
2
2
2
2 2
1
1
3
3
I BI 3 j
.2,849 j
. 0,678 2,17
2
2
2
2
3,256 j3,054
IBI3 =
3,2562 3,0542 = 4,464
IBI4 = 0
IBI5 = 3.I 0 = 3 . (-2,17) = -6,51
IBI2 = 0
Điểm N3’:
IBI1 = 3,242
IBI4 = 0
IBI5 = -6,51
IBI3 = 0
IBI2 = 0
Vương Quốc Hùng-D7H4
18
Đại học Điện Lực
Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
c) Ngắn mạch 1 pha N( 1)
Điện kháng phụ:
X X2 X0 = 0,201 + 0,0625 = 0,3635
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:
I1 I 2 I 0
E
1
= 2,153
X 1 X 0,201 0,2635
Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
UON I0 .X0 = -2,153 . 0,0625 = -0,135
IOH = 0
Điểm N3:
IBI1 I1BI1 I2BI1 I0BI1 = I1 I2 IOH =2 . 2,153 = 4,306
IBI3 3.I1 = 3 . 2,153= 6,459
IBI4 =IBI2= 0
IBI5 3.I0 = 3 . 2,153= 6,459
Điểm N3’:
IBI1=IBI1(N3)=6,459
IBI3 = 0
IBI4 = 0
IBI5 3.I0 = 3 . 2,153= 6,459
IBI2 = 0
Vương Quốc Hùng-D7H4
19
Đại học Điện Lực
