Đồ án hệ thống điện bùi văn MẠNH

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, điện năng trở thành dạng năng lượng thiết yếu nhất, phổ biến nhất
trong đời sống xã hội cũng như hoạt động lao động sản xuất của con người, công
nghiệp điện luôn là ngành công nghiệp cơ bản, mũi nhọn của nền kình tế quốc gia.
Cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, điện năng được sử dụng
trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp,
giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ… nhu cầu về điện năng luôn tăng trưởng không
ngừng. Điều này đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cung cấp điện rất cao.
Vì vậy, việc tìm hiểu 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 bị bảo vệ cần thiết để
phát hiện đúng, nhanh chóng cách ly phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống là một mảng
kiến thức quan trọng của kỹ sư điện nói chung và kỹ sư hệ thống điện nói riêng. Để
tìm hiểu sâu hơn về vấn đề đó, em chọn đồ án tốt nghiệp với nội dung “Thiết kế bảo vệ
rơle cho trạm biến áp 110/35/10 kV-2×40 MVA”
Đồ án bao gồm 5 chương:
- Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp
- Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle
- Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ và rơle được sử dụng
- Chương 4: Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
- Chương 5: Chuyên đề trạm biến áp không người trực và trung tâm điều khiển
xa cho trạm biến áp không người trực
Đồ án tốt nghiệp này nhằm áp dụng những kiến thức đã học để thiết kế bảo vệ cho
trạm biến áp, đồng thời tìm hiểu một số rơle sử dụng trong thực tế. Do khả năng và
kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Em rất
mong được sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Vũ Thị Anh Thơ đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Bùi Văn Mạnh

SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
==========***=========

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên:
Lớp:

Bùi Văn Mạnh

Đ7H4

Hệ Đại học chính quy

Ngành: Hệ thống điện
TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV
HÀ TRUNG - THANH HÓA VÀ CHUYÊN ĐỀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG
NGƢỜI TRỰC, TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP
KHÔNG NGƢỜI TRỰC.
I. Các số liệu ban đầu.
Từ thực tế
II. Nội dung phần thuyết minh tính toán
- Phần 1: Tình toán bảo vệ rơ le
1. Mô tả đối tượng bảo vệ, thông số chính
2. Tính toán ngắn mạch phục vụ chỉnh định rơle
3. Phương thức bảo vệ của trạm
4. Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơle được sử dụng
5. Tính toán các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
-

Phần 2: Chuyên đề trạm biến áp không ngƣời trực và trung tâm điều
khiển xa cho trạm biến áp không ngƣời trực

III. Các bản vẽ A0
-

Sơ đồ nối dây

-

Kết quả tính toán ngắn mạch

-

Tính năng và thông số của rơle

-

Phương thức bảo vệ

-

Kết quả tính toán bảo vệ

-

Kết quả kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Ngày giao nhiệm vụ : ngày 1 tháng 10 năm 2016
SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Ngày hoàn thành nhiệm vụ : ngày 31 tháng 12 năm 2016
Hà nội, Ngày 1 tháng 10 năm 2016
Trƣởng khoa

Ngƣời hƣớng dẫn

TS Vũ Thị Anh Thơ

SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: TS VŨ THỊ ANH THƠ
Họ và tên sinh viên:

BÙI VĂN MẠNH

Tên đề tài: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV HÀ
TRUNG - THANH HÓA VÀ CHUYÊN ĐỀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI
TRỰC, TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG
NGƢỜI TRỰC.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
1.

Kết cấu và hình thức trình bày

-

Kết cấu đồ án:

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
-

Hình thức trình bày:

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2.

Cơ sở lý luận

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
3. Tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án
- Tính thực tiễn:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
- Khả năng ứng dụng:
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
5. Các hƣớng nghiên cứu của đề tài có thể tiếp tục phát triển cao hơn
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
6. Kết quả
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày……tháng 12 năm 2016
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên giảng viên phản biện:
Họ và tên sinh viên:

BÙI VĂN MẠNH

Tên đề tài: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV HÀ
TRUNG - THANH HÓA VÀ CHUYÊN ĐỀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG

NGƢỜI TRỰC, TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP
KHÔNG NGƢỜI TRỰC.
Tính chất đề tài
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
1. Nội dung đồ án
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

SV: BÙI VĂN MẠNH-D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

2. Hình thức đồ án
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
3. Những nhận xét khác
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày….. tháng 12 năm 2016
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
MỤC LỤC

PHẦN 1: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠ LE .................................................................... 1
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 110KV HÀ TRUNG, THANH HÓA .. 1

1.1 Giới thiệu, chức năng, nhiệm vụ của trạm ............................................................... 1
1.2 Các thiết bị chính của trạm ........................................................................................ 1
1.2.1 Máy biến áp (MBA) ............................................................................................... 1
1.2.2 Máy cắt điện (MCĐ) .............................................................................................. 1
1.2.3 Hệ thống đường dây ............................................................................................... 1
1.2.4 Các thông số chính của máy biến áp T1 và T2..................................................... 1
1.2.5 Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 và T2 ................................................................... 2
CHƢƠNG 2 Tính toán ngắn mạch .............................................................................. 4
2.1 Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch ................................................................... 4
2.2 Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch.................................................................. 5
2.3 Chọn các đại lƣợng cơ bản ................................................................................. 5
2.4 Tính toán thông số các phần tử .................................................................................. 6
2.4.1 Điện kháng của máy biến áp B1 và B2 ................................................................. 6
2.5.1 Ngắn mạch phía 110kV ( Điểm ngắn mạch N1) .................................................. 8
2.5.2 Ngắn mạch phía 35kV.......................................................................................... 10
2.5.3 Ngắn mạch phía 10kV.......................................................................................... 11
2.6 Xét trƣờng hợp SNmax , 2 máy biến áp làm việc. .................................................... 12
2.6.1 Ngắn mạch phía 110kV ( Điểm ngắn mạch N1). ............................................... 14
2.6.2 Ngắn mạch phía 35kV.......................................................................................... 15
2.6.3 Ngắn mạch phía 10kV.......................................................................................... 17
2.7 Xét trƣờng hợp SNmin , 1 máy biến áp làm việc...................................................... 18
2.7.1 Ngắn mạch phía 110kV ( Điểm ngắn mạch N1) ................................................ 18
2.8.2 Ngắn mạch phía 35kV.......................................................................................... 26
2.8.3 Ngắn mạch phía 10kV.......................................................................................... 28
CHƢƠNG 3 LỰA CHỌN PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ ........................................... 30
3.1 Các dạng hƣ hỏng và chế độ làm việc không bình thƣờng của máy biến áp ... 30
3.2 Các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp ............................................................... 31
3.2.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện......................................... 31
3.2.2 Nguyên lý bảo vệ và các thông số chính của từng loại bảo vệ .................... 32
SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

3.2.3 Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng thứ tự không ............................................................. 35
3.2.3 Bảo vệ dự phòng................................................................................................... 36
3.3 Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơ le sử dụng ....................................... 39
3.3.1 Rơ le bảo vệ so lệch 7UT613............................................................................... 39
3.3.2 Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ622 ......................................................................... 53
CHƢƠNG 4 Chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của rơ le ..................................... 62
4.1 Tính toán các thông số của bảo vệ…………………………………………………64
4.2.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm (87)…………………………………....…..64
4.1.2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế: (87N) .............................................................. 64
4.1.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh: (50) ......................................................................... 65
4.1.4 Bảo vệ quá dòng có thời gian: (51) ..................................................................... 65
4.1.5 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian: (51N)............................................ 66
4.2 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ .............................................................................. 66
4.2.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ........................................................................ 66
PHẦN 2: CHUYÊN ĐỀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI TRỰC VÀ TRUNG
TÂM ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI TRỰC. ............ 75
CHƢƠNG 5 CHUYÊN ĐỀ TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI TRỰC VÀ
TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA CHO TRẠMBIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI
TRỰC............................................................................................................................ 75
5.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................. 75
5.2 TRẠM BIẾN ÁP KHÔNG NGƢỜI TRỰC .......................................................... 75
5.2.1 Các tiêu chí xây dựng trạm biến áp không người trực ....................................... 75
5.2.2 Mô hình kết nối mạng LAN tại các trạm biến áp không người trực ................. 76
5.3 VAI TRÕ CỦA TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA VÀ TRẠM BIẾN ÁP

KHÔNG NGƢỜI TRỰC ................................................................................................ 77
5.4 TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN XA ........................................................................... 77
5.4.1 Các tiêu chí xây dựng trung tâm điều khiển xa .................................................. 77
5.4.2 Cấu trúc trung tâm điều khiển xa ........................................................................ 78
5.4.3 Xử lý thông tin của trung tâm điều khiển xa ...................................................... 80
5.5 HỆ THỐNG THÔNG TIN VIỄN THÔNG .......................................................... 83
5.5.1 Hệ thống thông tin cho kết nối giữa trạm biến áp và trung tâm điều khiển xa. 83
5.6 GIẢI PHÁP VỀ QUẢN LÝ VẬN HÀNH .............................................................. 84
5.7 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 85
SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

MBA

Máy biến áp

MCĐ

Máy cắt điện

HT

Hệ thống

BI

Máy biến dòng

NM

Ngắn mạch

SL

So lệch

DCL
H

SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4

Dao cách ly
Hãm


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.5 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp SNmax , 1 máy
biến áp làm việc ...................................................................................................................... 12
Bảng 2.6 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp SNmax , 2 máy
biến áp làm việc ...................................................................................................................... 18
Bảng 2.7 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp SNmin , 1 máy

biến áp làm việc ...................................................................................................................... 23
Bảng 2.8 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trường hợp SNmin , 2 máy
biến áp làm việc ...................................................................................................................... 29
Bảng 3.1 Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặt ............................ 31
Bảng 3.3.2.4 ............................................................................................................................ 61
Bảng 4 Thông số của máy biến áp 115/38,5/11 .................................................................. 62
Bảng 4.2.1.1 Kết quả kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ ......................................... 68
Bảng 4.2.1.2 Kết quả kiểm tra đặc tính độ nhạy của bảo vệ ............................................. 71

SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.2.5 Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 T2 ...................................................................... 3
Hình 2.2 Sơ đồ đặt bảo vệ và các vị trí ngắn mạch .............................................................. 5
Hình 2.5.1 Sơ đồ thứ tự thuận ................................................................................................ 7
Hình 2.5.2 Sơ đồ thứ tự nghịch .............................................................................................. 7
Hình 2.5.3 Sơ đồ thứ tự không ............................................................................................... 7
Hình 2.5.4 Sơ đồ rút gọn thứ tự không ................................................................................. 8
Hình 2.5.5 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 10
Hình 2.5.6 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn ............................................................................... 10
Hình 2.5.7 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 11
Hình 2.5.8 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn ................................................................................ 11
Hình 2.6.1 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 12
Hình 2.6.2 Sơ đồ thứ tự nghịch ........................................................................................... 12
Hình 2.6.3 Sơ đồ thứ tự nghịch ........................................................................................... 13

Hình 2.6.4 Sơ đồ rút gọn thứ tự không .............................................................................. 13
Hình 2.6.5 Sơ đồ rút gọn thứ tự không ............................................................................... 13
Hình 2.6.6 Sơ đồ thứ tự thuận ............................................................................................. 16
Hình 2.6.7 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn ............................................................................... 16
Hình 2.6.8 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 17
Hình 2.6.9 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn ............................................................................... 17
Hình 2.7.1 Sơ đồ thứ tự thuận Hình .................................................................................... 18
Hình 2.7.2 Sơ đồ thứ tự nghịch ............................................................................................ 18
Hình 2.7.3 Sơ đồ thứ tự không ............................................................................................. 19
Hình 2.8.4 Sơ đồ rút gọn thứ tự không ............................................................................... 24
Hình 2.8.5 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 27
Hình 2.8.6 Sơ đồ rút gọn thứ tự thuận ................................................................................ 27
Hình 2.8.7 Sơ đồ thứ tự thuận .............................................................................................. 28
Hình 2.8.8 Sơ đồ rút gọn thứ tự thuận ................................................................................ 28
Hình 3.3.1.6.1 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613 ...................... 51
Hình 3.3.1.6.2 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế........................... 52
SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Hình 3.3.2.2 Cấu trúc phần cứng của rơ le 7SJ622 .......................................................... 56
Hình 3.3.2.3 Đặc tính thời gian tác động của 7SJ622 ....................................................... 58
Hình 5.2.2 Sơ đồ kết nối mạng LAN đơn vị ........................................................................ 76
Hình 5.4.2 Kiến trúc trao đổi thông tin Trung tâm điều khiển xa.................................... 78
Hình 5.4.3 Kết cấu hệt thống ............................................................................................... 79
Hình 5.6 Mô hình phân cấp điều khiển TTĐKX và các TBAKNT .................................. 84

SV : Bùi Văn Mạnh – D7H4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
PHẦN 1: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠ LE
CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 110KV HÀ TRUNG, THANH HÓA
1.1 Giới thiệu, chức năng, nhiệm vụ của trạm
Trạm biến áp 110kV Hà Trung được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm
1994 do Công ty lưới điện cao thế miền Bắc quản lý. Trạm nhận điện từ 2
nguồn: từ Thanh Hóa và Từ Ninh Bình. Trạm cung cấp điện cho các khu vực
Vĩnh Lợi, Bỉm Sơn, Thuận Lộc, Nga Sơn, Hà Lĩnh, Hà Trung.
1.2 Các thiết bị chính của trạm
1.2.1 Máy biến áp (MBA)
Trạm có 2 MBA 3pha3 cuộn dây T1 và T2 có công suất định mức của
T1và T2 là 40MVA.
-

Điện áp định mức T1: 115/38,5/11kV.

-

Điện áp định mức T2: 115/38,5/11kV.

1.2.2 Máy cắt điện (MCĐ)
Trong trạm hiện nay đang sử dụng các loại máy cắt:
-

MCĐ loại GL-312F1/4031D dùng cho phía điện áp 110kV

-

8 MCĐ loại 3AFO143

-

7 MCĐ loại HVX -24-25-20 dùng cho phía điện áp 10kV

dùng cho phía điện áp 35kV

1.2.3 Hệ thống đường dây
-

Trạm có 2 đường dây 110kV đi ra đó là :
 Lộ 171 đi Hoằng Hóa.
 Lộ 172 đi Bỉm Sơn.

-

Trạm có 5 đường dây 35kV gồm :

Lộ 371, lộ 373, lộ 372, lộ 374, lộ 376.
-

Ngoài ra còn có 2 đường dây TD 91 và TD 92 lấy từ phía cuộn hạ
của 2 máy biến áp.

-

Đường dây TD 31 lấy từ cuộn trung của máy biến áp T1.

1.2.4 Các thông số chính của máy biến áp T1 và T2
Tổ đấu dây : Y0/Y0/Δ - 0 -11
SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Công suất định mức các cuộn
dây:

Điện áp định mức các cuộn dây:
Cao

: 115kV

Cao

: 40000kVA

Trung

: 38,5kV

Trung

: 40000kVA

Hạ

: 11kV

Hạ

: 20000kVA

Dòng điện định mức:

Điện áp ngắn mạch UN%:

Cao

: 201A

Cao-Trung

: 10,5 %

Trung

: 600A

Trung-Hạ

:6%

Hạ

: 1050A

Cao-Hạ

: 17,5%

Tổn hao ngắn mạch:
Cao-Trung

: 148,5kW

Trung-Hạ

: 128,39kW

Cao-Hạ

: 148,5kW

Nấc điều chỉnh điện áp : ± 9 . 1,78%
1.2.5 Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 và T2

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 2

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

C31
LO 172

LO 171

110kV

LO 372

35kV
CS1T2

CS1T1

T1

T2

CS3T1
CS0T2

CS0T1

CC

CS3T2

TD31

CS9T2

CS9T1

C32
C91

C92

10kV

Hình 1.2.5 Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 T2

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ
CHƢƠNG 2
Tính toán ngắn mạch

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.
Trạm biến áp chỉ làm việc an toàn, tin cậy với hệ thống bảo vệ rơle tác động
nhanh, nhạy và đảm bảo tính chọn lọc để lựa chọn và chỉnh định các thiết bị này, phải
dựa trên kết quả tính toán ngắn mạch, cụ thể là dòng ngắn mạch đi qua BI khi xảy ra
các dạng ngắn mạch.
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 hệ thống điện người ta thường xét các dạng ngắn mạch sau:
-

Ngắn mạch 3 pha I(3)

-

Ngắn mạch 2 pha I(2)

-

Ngắn mạch 2 pha chạm đất I(1,1)

-

Ngắn mạch 1 pha I(1)

2.1 Các giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch
Giả thiết cơ bản để tính ngắn mạch:
- Các máy phát điện không có hiện tượng giao động công suất nghía là góc

lệch pha giữa các vecto sức điện động của máy phát là không thay đổi sấp
sỉ bằng không.
- Tính toán thực tế cho thấy phụ tải hầu như không tham gia vào dòng ngắn
mạch quá độ ban đầu, do vậy ta bỏ qua phụ tải khi tính toán ngắn mạch quá
độ ban đầu .
- Hệ thống từ không bão hòa: giả thiết này làm phép tính đơn giản đi rất
nhiều bởi vì ta xem mạch là tuyến tính.
- Bỏ qua điện dung.
- Bỏ qua dòng điện từ hòa của máy biến áp.
- Hệ thống điện 3 pha là đối xứng.
SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

- Các tính toán được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối.
2.2 Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch

Hình 2.2 Sơ đồ đặt bảo vệ và các vị trí ngắn mạch
2.3 Chọn các đại lượng cơ bản
-

Ta chọn:
Scb = SdmMBA = 40 MVA
Ucb = U tb
Ucb1 = 115 kV

Ucb2 = 38.5 kV
Ucb3 = 11 kV
EHT = 1

-

Dòng điện cơ bản ứng với cấp điện áp là :
Icb1 =
Icb2 =
Icb3 =

√
√
√

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

=
=
=

√
√
√

= 0,201
= 0,6
= 2,1

Page 5

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

2.4 Tính toán thông số các phần tử
2.4.1 Điện kháng của máy biến áp B1 và B2
UNC% = (UNC-T% + UNC-H% - UNT-H%) = (10.5% + 17.5% - 6%) = 11%
UNT% = (UNC-T% + UNT-H% - UNC-H%) = (10.5% + 6% - 17.5%) ≈ 0
UNH% = (UNC-H% + UNT-H% - UNC-T%) = (17.5% + 6% - 10.5%) =
6,5%
Điện kháng các cuộn dây
XB1(*cb)C =

(

)

=

XB1(*cb)T =

(

)

XB1(*cb)H =

(

)

= 0,11

=

=0

=

= 0,065

Vì đề cho dòng ngắn mạch 3 pha 1pha min max trên thanh cái :
Chế độ công suất ngắn mạch

Ngắn mạch 3 pha

Ngắn mạch 1 pha

(A)
Cực đại

7928,3

6436,5

Cực tiểu

6542,4

4890,9

Từ đó ta có:
Dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ:
IHT(3) = 7928,3A = 7,928kA
IHT(1) = 6436,5A = 6,436kA
Dòng ngắn mạch bé nhất qua bảo vệ:
IHT(3) = 6542,4A = 6,542kA
IHT(1) = 4890,9A = 4,891kA
a

Dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ
Tìm điện kháng thứ tự thuận, nghịch bên hệ thống
X1HTmax = X2HTmax =

( )

=

Công suất hệ thống lớn nhất:

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

= 0,026
=

=

= 1538,46

Page 6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Tìm điện kháng thứ tự không bên hệ thống
I(1) = m .

trong đó EHT = 1

Vì là dòng ngắn mạch 1 pha nên m=3 ; X1HT = X2HT nên ta có
X0HTmax =
b

- 2. X1HTmax =

( )

- 2.0,026 = 0,414

Dòng ngắn mạch bé nhất qua bảo vệ
Tìm điện kháng thứ tự thuận, nghịch bên hệ thống
X1HTmin = X2HTmin =

=

( )

= 0,031

Công suất hệ thống lớn nhất:

=

=

= 1290,323

Tìm điện kháng thứ tự không bên hệ thống
X0HTmin =

- 2. X1HTmin=

( )

- 2.0,031 = 0,551

2.5 Xét trường hợp SNmax , 1 máy biến áp làm việc.
Tại điểm ngắn mạch N1 do trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp nên
cần tính các dạng ngắn mạch: N(1) , N(3) , N(1,1)
Sơ đồ thay thế:

X 1HTmax

X 2HTmax

0,026

0,026

N1

Hình 2.5.1 Sơ đồ thứ tự thuận
X

E

Hình 2.5.2 Sơ đồ thứ tự nghịch

X

0HTmax

C1

N1

0,414

N1

0,11

X

H1

0,065

Hình 2.5.3 Sơ đồ thứ tự không
= 0,11 + 0,065 = 0,175
Với X0∑ =

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

=

= 0,123

Page 7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

X
0,123

N1
1

U 0N

Hình 2.5.4 Sơ đồ rút gọn thứ tự không
2.5.1 Ngắn mạch phía 110kV ( Điểm ngắn mạch N1)
1 Ngắn mạch 3 pha N(3)

Dòng ngắn mạch 3pha trong hệ đơn vị tương đối
IN1(3) = 7,928.

√

= 37,762

IN1(3) = IN = 37,762
Điểm N1 : không có dòng ngắn mạch đi qua BI
Điểm N1’ : IBI1 = IN = 37,762
Dòng ngắn mạch qua các BI khác bằng 0
2 Ngắn mạch 1 pha N(1)
Với X1∑ = X2∑ = X1HTmax = X2HTmax = 0,026
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại điểm ngắn mạch
I1∑ = I2∑ = I0∑ =

=

= 5,714

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch
U0N = - I0∑ . X0∑ = - 5,714 . 0,123 = -0,703
Dòng thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch
I0H =
I0B =

=
=

= 1,7

= 4,017

Điểm N1:
IBI1 = IOB = 4,017
IBI4 = 3 . IOB = 3 . 4,017 = 12,051

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
Điểm N1’:
IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1
IBI1 = 2.I1∑ + IOH = 2 . 5,714+1,7 = 13,128
IBI4 = 3. IOB = 3. 4,017 = 12,051
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
3 Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1)
Điện kháng phụ: X∆ =

=

= 0,021

Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch
I1∑ =

=

= 21,277

I2∑ = - I1∑ .

= -21,277 .

= -17,564

I0∑ = - I1∑ .

= -21,277 .

= -3,713

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:
U0N = - I0∑ . X0∑ = -3,713 . 0,123 = 0,457
Phân bố dòng I0 phía hệ thống và phía máy biến áp:
I0H =

=

= -1,104

I0B =

=

= -2,611

Phân bố dòng điện đi qua các BI:
Điểm N1:
IBI1 = IOB = -2,611
IBI4 = 3. IOB = 3. (-2,611) = -7,833
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
Điểm N1’:
IBI1 = |a2 .İ1BI1
1

√3

2

2

a.İ2BI1

= |(- - j ) . 21,217
IBI1 = √

İ0BI1 |
(-

1
2

√3

j ) . (-17,564)
2

(-1,104)| = |-2,931 - j33,585|

= 33,713

IBI4 = 3. IOB = 3. (- 2,611) = -7,833
SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
2.5.2 Ngắn mạch phía 35kV
Tại điểm N2 trên thanh cái 35kV phía trung của máy biến áp có trung tính
cách điện với đất vì vậy chỉ cần tính cho trường hợp ngắn mạch 3 pha.
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

X1HTmax

XC1

XT1

0,026

0,11

0

E

N2
`

Hình 2.5.5 Sơ đồ thứ tự thuận
X1∑ = X2∑ =

+ XC1 + XT1 = 0,026 + 0,11 + 0 = 0,136

X
0,136

N'2

U
N2
Hình 2.5.6 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn
Ngắn mạch 3 pha N(3)
IN = I1∑ =

=

= 7,353

Điểm N2:
IBI1 = IBI2 = IN = 7,353
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
Điểm N2’:
IBI1 = 7,353
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 10


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

2.5.3 Ngắn mạch phía 10kV
Phía hạ máy biến áp cuộn dây đấu ∆ nên chỉ tính ngắn mạch 3 pha.
Sơ đồ thay thế:

E

X1HTmax

XC1

XH1

0,026

0,11

0,065

N3

Hình 2.5.7 Sơ đồ thứ tự thuận
X1∑ = X2∑ =

+ XC1 + XH1 = 0,026 + 0,11 + 0,065= 0,201

X
0,201

N'3

U
N3
Hình 2.5.8 Sơ đồ thứ tự thuận rút gọn
Ngắn mạch 3 pha N3
IN = I1∑ =

=

= 4,975

Điểm N3:
IBI1 = IBI3 = IN = 4,975 = 4,975
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
Điểm N3’:

IBI1 = 4,975
Không có dòng ngắn mạch đi qua các BI còn lại.
Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI khi ngắn mạch tại N1 N1’
N2 N2’ N3 N3’ ở chế độ SNmax , 1 máy biến áp làm việc

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

Page 11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS Vũ Thị Anh Thơ

Phía ngắn

Điểm ngắn

Dạng ngắn

mạch

mạch

mạch

BI1

BI2

BI3

BI4

N(3)

-

-

-

-

N(1,1)

-2,611

-

-

-7,833

N(1)

4,017

-

-

12,051

N(3)

37,762

-

-

-

N(1,1)

33,713

-

-

-7,833

N(1)

13,128

-

-

12,051

N2

N(3)

7,353

7,353

-

-

N2’

N(3)

7,353

-

-

-

N3

N(3)

4,975

-

4,975

-

N3’

N(3)

4,975

-

-

-

N1
110kV
N1’

35kV

10kV

Dòng qua các BI

Bảng 2.5 Bảng tổng kết dòng điện ngắn mạch qua các BI trƣờng hợp SNmax , 1
máy biến áp làm việc
2.6 Xét trường hợp SNmax , 2 máy biến áp làm việc.
Tại điểm ngắn mạch N1 do trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp nên
cần tính các dạng ngắn mạch: N(1) , N(3) , N(1,1)
Sơ đồ thay thế:

X 2HTmax

X1HTmax

0,026

Hình 2.6.1 Sơ đồ thứ tự thuận

SV: Bùi Văn Mạnh – D7H4

N1

0,026

N1

Hình 2.6.2 Sơ đồ thứ tự nghịch

Page 12