Đồ án tốt nghiệp kim van truong

Đồ án tốt nghiệp

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

LỜI NÓI ĐẦU
Trạm biến áp là một mắt xích quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liên kết các
hệ thống điện với nhau, liên kết các đường dây truyền tải và đường dây phân phối điện
năng tới các phụ tải.
Các thiết bị lắp đặt trong trạm biến áp đắt tiền, so với đường dây tải điện thì xác suất
xảy ra sự cố ở trạm biến áp thấp hơn, tuy nhiên sự cố ở trạm sẽ gây nên những hậu quả
nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác.
Ngoài những loại sự cố thường xảy ra trong hệ thống điện như quá tải, ngắn mạch, đứt
dây, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra với máy biến áp như: Rò dầu, bão hòa
mạch từ….
Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với các phần tử trong trạm, cũng như trong hệ
thống điện rất đa dạng, do thiên tai, bão lụt, hao mòn cách điện, tai nạn ngẫu nhiên, do thao
tác nhầm…
Sự cố thường xảy ra bất ngờ và bất kì lúc nào do đó yêu cầu hệ thống bảo vệ phải làm
việc chính xác, loại trừ đúng phần tử sự cố càng nhanh càng tốt.
Để nghiên cứu, thiết kế hệ thống bảo vệ Rơle cho các phần tử trong hệ thống điện cần
phải có những hiểu biết về những hư hỏng, hiện tượng không bình thường xảy ra trong hệ
thống điện, cũng như các phương pháp và thiết bị bảo vệ.
Nội dung cuốn đồ án tốt nghiệp của em là: Tính toán bảo vệ Rơle cho trạm biến áp
110kV, gồm tám chương như sau:
Chương I: Giới thiệu chung
Chương II: Tính toán ngắn mạch
Chương III: Lựa chọn BU,BI và máy cắt điện
Chương IV: Lựa chọn phương thức bảo vệ
Chương V : Giới thiệu tính năng làm việc của RơLe
Chương VI : Chình định và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ
Ngoài ra còn có các bản vẽ thuyết minh các tính toán và lựa chọn trong đồ án.

Hà Nội, ngày......tháng 01 năm 2015
Sinh viên

Kim Văn Trường

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn hệ thống điện
trường Đại học Điện Lực, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo T.S Vũ Thị Thu
Nga đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Do thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên bài làm của em không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong sẽ nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để
bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày......tháng 01 năm 2015
Sinh viên

Kim Văn Trường

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường

Đồ án tốt nghiệp

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

NHẬN XÉT
(Của giảng viên hƣớng dẫn)

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

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)

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

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

MỤC LỤC
CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................. 1

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG .............................................................................................. 1
1.2. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ E ................................................. 1
1.2.1. Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle .................................................................................... 1
1.2.2. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ Rơle ......................................................... 2
1.3. MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG BẢO VỆ VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH ......................... 5
1.3.1. Mô tả đối tượng bảo vệ ......................................................................................... 5
1.3.2. Thông số chính của trạm....................................................................................... 5
1.3.3. Đường dây D1, D2 ................................................................................................ 6
1.3.4. Máy biến áp .......................................................................................................... 6
CHƢƠNG II. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ..................................................................... 7
2.1. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH ........................................ 7
2.1.1. Nguyên nhân của ngắn mạch ................................................................................ 7
2.1.2. Hậu quả của ngắn mạch ........................................................................................ 7
2.2. MỤC ĐÍCH CỦA TÍNH NGẮN MẠCH ................................................................ 7
2.3. CÁC GIẢ THIẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH NGẮN MẠCH .......................... 8
2.3.1. Những giả thiết cơ bản để tính toán ngắn mạch ................................................... 8
2.3.2. Trình tự tiến hành tính toán ngắn mạch ................................................................ 8
2.4. CHỌN CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN VÀ THÔNG SỐ CHÍNH CÁC PHẦN TỬ . 9
2.5. SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH. .......................................................... 11
2.6. CÁC SƠ ĐỒ (PHƢƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH. ............................. 12
2.6.1. Sơ đồ 1: SNmax; 1 máy biến áp làm việc. ............................................................. 12
2.6.2. Sơ đồ 2: SNmax, 2 máy biến áp làm việc song song. ............................................ 24
2.6.3. Sơ đồ 3: SNmin, 1 máy biến áp làm việc. ............................................................. 36
2.6.4. Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc song song. ............................................ 48
CHƢƠNG III. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÕNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP. ..61
3.1. MÁY CẮT ĐIỆN ..................................................................................................... 61
3.2. MÁY BIẾN DÕNG ĐIỆN ...................................................................................... 62
3.3. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP ............................................................................................. 63
CHƢƠNG IV. LỰA CHỌN PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ.............................................. 64
4.1. CÁC DẠNG HƢ HỎNG VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƢỜNG

CỦA MÁY BIẾN ÁP

..................................................................................................... 64

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

4.2. CÁC LOẠI BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP.

.............................................. 65

4.2.1. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ hệ thống điện. ........................................ 65
4.2.2. Bảo vệ chính máy biến áp B1 và B2................................................................... 68
4.2.3. Bảo vệ dự phòng ................................................................................................. 69
CHƢƠNG V. GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ
DỤNG ................................................................................................................................. 73
5.1. HỢP BỘ BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 .................................................................. 73
5.1.1. Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613. ................................................................ 73
5.1.2. Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7 UT613. .................................................. 75
5.1.3. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 ........................................................ 77
5.1.4. Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613....................................... 78
5.1.5.Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 ................................... 80
5.1.6. Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) của 7UT613 ........................ 84
5.1.7. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613. .................................................. 87

5.1.8. Chức năng bảo vệ chống quá tải. ........................................................................ 87
5.2. HỢP BỘ BẢO VỆ QUÁ DÒNG 7SJ621 ............................................................... 88
5.2.1. Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621. ................................................................. 88
5.2.2. Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621. ..................................................... 89
5.2.3. Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621........................................................ 91
CHƢƠNG VI. CHỈNH ĐỊNH VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE ............ 94
6.1.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ ................................................... 94
6.1.1. Các số liệu cần thiết cho việc tính toán bảo vệ rơle. .......................................... 94
6.1.2 .Tính toán các thông số của bảo vệ ...................................................................... 94
6.2. KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ ........................................................ 99
6.2.1. Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm ....................................................................... 99
6.2.2. Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không ............................................................ 105
6.2.3. Bảo vệ quá dòng có thời gian ........................................................................... 106
6.2.4. Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian ...................................................... 108
6.3. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 112

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Thí dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle ............................................. 2
Hình 1.2. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch............................................ 5
Hình 2.2. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận ................................................................. 11

Hình 2.3. Sơ đồ thay thế thứ tự không................................................................ 11
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm sử dụng rơle điện cơ............ 66
Hình 4.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của máy biến áp ba cuộn dây .......... 68
Hình 4.3. Vị trí đặt rơ le khí ở máy biến áp........................................................ 69
Hình 4.4. Bảo vệ cảnh báo chạm đất .................................................................. 72
Hình 5.1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 ................................ 76
Hình 5.2. Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 .................... 80
Hình 5.3. Đặc tính tác động của rơle 7UT613.................................................... 82
Hình 5.4.Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 ........... 83
Hình 5.5. Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613. ................ 85
Hình 5.6. Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. ..................... 87
Hình 5.7. Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621. ................................................. 90
Hình 5.8. Đặc tính thời gian tác động của 7SJ621 ............................................. 92
Hình 6.1. Đặc tính làm việc của rơle 7UT613.................................................... 95
Hình 6.2. Đặc tính an toàn hãm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ................... 101
Hình 6.3. Đặc tính độ nhạy khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ .......................... 104

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.6.1.a. Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm
việc trong chế độ SNmax ............................................................................................ 22
Bảng 2.6.1.b Dòng điện ngắn mạch qua các BI, dạng đơn vị có tên, trường hợp một

máy biến áp làm việc trong chế độ SNmax ................................................................ 23
Bảng 2.6.2.a Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy biến áp làm việc
song song trong chế độ SNmax................................................................................... 34
Bảng 2.6.2.b Dòng điện ngắn mạch qua các BI,dạng đơn vị có tên, trường hợp hai
máy biến áp làm việc song song trong chế độ SNmax: .............................................. 35
Bảng 2.6.3.a Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm
việc trong chế độ SNmin ............................................................................................ 46
Bảng 2.6.3.b Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm
việc trong chế độ SNmin ............................................................................................... 47
Bảng 2.6.4.a Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy biến áp làm việc
trong chế độ SNmin .................................................................................................... 59
Bảng 2.6.4.b Dòng điện ngắn mạch qua các BI,dạng đơn vị có tên, trường hợp hai
máy biến áp làm việc trong chế độ SNmin ................................................................. 60
Bảng 3.1 : Thông số máy cắt chọn .......................................................................... 62
Bảng 3.2: Thông số máy biến dòng điện chọn ........................................................ 63
Bảng 3.3:Thông số máy biến điện áp chọn ............................................................. 63
Bảng 4.1: Những loại hư hỏng thường gặp và các loại bảo vệ cần đặt ................... 65
Bảng 5.1 Cách chỉnh định và cài đặt thông số role 7UT613 ................................... 79
Bảng 6.1.Thông số của máy biến áp 110/35/22 kV ............................................... 94
Bảng 6.2.Kết qủa kiểm tra hệ số an toàn hãm của bảo vệ ....................................... 101
Bảng 6.3. Kết quả kiểm tra hệ số độ nhạy của bảo vệ ............................................. 105

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

HTĐ

Hệ thống điện

MC

Máy cắt

MBA

Máy biến áp

DCL

Dao cách ly

DNĐ

Dao nối đất

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

CHƢƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Khi thiết kế hoặc khi vận hành một hệ thống điện bất kì cần xét đến khả năng phát sinh
các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường, tìm cách ngăn chặn hư hỏng lan tràn,
giữ gìn thiết bị, cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, thủ tiêu tình trạng làm việc
không bình thường nguy hiểm. Tất cả các nhiệm vụ trên được đảm bảo thực hiện tốt bằng một
loại bảo vệ có tên gọi là bảo vệ Rơle.
Rơle là phần tử cơ bản của mọi sơ đồ bảo vệ Rơle. Nhiệm vụ và yêu cầu của bảo vệ Rơle
được xem xét cụ thể ở mục 1.2.
1.2. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ E
1.2.1. Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle
Khi vận hành hệ thống điện thường xảy ra hư hỏng và tình trạng làm việc không bình
thường. Loại hư hỏng xảy ra và nguy hiểm nhất là ngắn mạch, ngắn mạch do cách điện bị
hỏng, hoặc do sét đánh. Cách điện bị hỏng có thể do làm việc lâu ngày, chịu tác động cơ khí
gây vỡ, nát, bị tác động của nhiệt độ phá hủy môi chất, xuất hiện điện trường mạnh làm
phóng điện chọc thủng vỏ bọc..
Ngắn mạch gây hậu quả nghiêm trọng:
- Gây sụt áp lưới điện làm động cơ ngừng quay, ảnh hưởng tới năng suất làm việc của
máy móc thiết bị, phá hủy tình trạng làm việc bình thường của các hộ dùng điện.
- Gây mất ổn định HTĐ do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những
vận tốc khác nhau dẫn đến mất đồng bộ
- Phát nóng cục bộ nhanh, nhiệt độ lên cao gây cháy nổ
- Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần của thiết bị điện, làm biến dạng hoặc gây vỡ các
bộ phận: sứ đỡ, thanh dẫn..
- Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng, gây nhiễu các đường dây thông tin
ở gần
- Nhiều phần của mạng điện bị cắt ra để loại trừ ngắn mạch, làm gián đoạn cung cấp
điện.

Để ngăn ngừa sự cố phát sinh và sự phát triển của chúng ta cần thực hiện các biện pháp để
cắt nhanh các phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, loại trừ tình trạng làm việc không bình
thường có khả năng gây nguy hiểm cho thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong HTĐ cần có các
thiết bị ghi nhận sự phát sinh hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra những phần tử bị hư
hỏng và cắt nó ra khỏi HTĐ. Thiết bị này được thực hiện nhờ những khí cụ tự động gọi là
Rơle. Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle gọi là thiết bị bảo vệ Rơle.

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

1

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi
HTĐ. Ngoài ra còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của
các phần tử trong hệ thống điện. Tùy mức độ mà bảo vệ Rơle có tác động đi báo tín hiệu hoặc
đi cắt máy cắt.
1.2.2. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ Rơle
Để thực hiện các chức năng nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn
những yêu cầu cơ bản sau: Tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, đảm bảo độ nhạy và tính kinh
tế.
1.2.2.1. Độ tin cậy
Là khả năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng, chắc chắn, cần phân biệt:
- Độ tin cậy tác động là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác động đúng. Nói cách

khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi xảy ra sự cố trong phạm vi
đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ Rơle.
- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc hệ thống Rơle sẽ không làm
việc sai. Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ
vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng Rơle và hệ thống bảo vệ Rơle có kết cấu đơn giản,
chắc chắn được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng
trong hệ thống bảo vệ. Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các
HTĐ hiện đại có xác suất làm việc tin cậy là (95÷99)%.
1.2.2.2. Tính chọn lọc
Khả năng của bảo vệ chỉ cắt các phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống gọi là tác động chọn
lọc.
Ví dụ về chọn lọc của bảo vệ Rơle:

A

B
MC2

MC1

D1

MC6

MC5

N1

N2

N3

MC7

D2
MC3

MC4

Hình 1.1: Thí dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle
Yêu cầu về chọn lọc được thực hiện như sau:
GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

2

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

- Khi ngắn mạch tại N3 thì MC6 gần chỗ ngắn mạch nhất được cắt ra, nhờ vậy các phầ tử
nối vào đường dây hư hỏng không bị mất điện.
- Khi ngắn mạch tại điểm N1 , đường dây D1 được cắt ra từ hai phía nhờ MC1 và MC2,
còn đường dây D2 vẫn làm việc bình thường. Vì vậy toàn bộ các hộ tiêu thụ vẫn được
dùng điện.
Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ được phân ra làm:
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối
1.2.2.3.Tác động nhanh
- Yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tùy thuộc vào những yêu cầu cụ thể của mạng điện và tình
trạng làm việc của các phần tử được bảo vệ trong HTĐ.
Rơle được coi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms( tức là 2,5
chu kì của dòng điện tần số 50Hz). Rơle gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu
tạo thời gian trong Rơle.
Thời gian cắt sự cố tc gồm hai phần:
- Thời gian tác động của bảo vệ tBV
- Thời gian tác động của máy cắt tMC
tC = tBV + tMC
Đối với các MC có tốc độ cao, hiện đại tMC =(20÷60)ms (tương đương 1÷3 chu kỳ 50Hz).
Những MC thông thường có tMC ≤5 chu kỳ ( khoảng 100ms ở 50Hz). Vậy thời gian loại trừ
sự cố tC =(2÷8) chu kỳ ở tần số 50Hz tương đương với (40÷160)ms đối với bảo vệ tác động
nhanh.
Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ
chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,2÷1,5)s, bảo vệ dự phòng có thời gian
cắt sự cố khoảng (1,5÷2)s.
1.2.2.4.Độ nhạy
Độ nhạy là khả năng bảo vệ “cảm nhận” được chế độ làm việc bình thường, không bình
thường và sự cố ngắn mạch.
- Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số nhạy Kn

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

3

SV: Kim Văn Trường

Đồ án tốt nghiệp

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

- Đối với bảo vệ cực đại tác động, đại lượng theo dõi tăng khi có hư hỏng thì Kn được xác
định theo biểu thức:

Kn 

I Nnn
I kđ

Trong đó:
- INmin : là dòng ngắn mạch nhỏ nhất có thể qua bảo vệ (ngắn mạch cuối bảo vệ)
- Ikđ : là dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động
- Đối với bảo vệ tác động theo đại lượng áp, khi đại lượng theo dõi giảm, hệ số Kn được xác
định theo công thức:

Kn 

U kđ
U N max

Trong đó:
- Ukđ: Là điện áp nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động.
- UNmax: Là điện áp dư còn lại lớn nhất khi hư hỏng.
Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số nhạy từ 1,5÷2 còn bảo vệ dự
phòng có hệ số nhạy từ 1,2÷1,5
1.2.2.5. Tính kinh tế

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

4

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

1.3. MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG BẢO VỆ VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH
1.3.1. Mô tả đối tƣợng bảo vệ
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 va 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 có điện áp 35kV và 22 kV để đưa đến phụ tải.

110kV
HTĐ1

D1

BI4

BI5

BI1 N1’

22kV
N3’

BI3
N3

B1

N1
D2

HTĐ2

N2’

B2

BI2

35kV
N2

Hình 1.2: Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch
1.3.2. Thông số chính của trạm
Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2: có trung tính nối đất
a) Hệ thống điện HTĐ1:
Công suât ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax =2050 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin =0,75 S1Nmax
Điện kháng thứ tự không : X0H1 =1,2.X1H1
b) Hệ thống điện HTĐ2

Công suât ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax =1800 MVA
Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin =0,7 S1Nmax
GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

5

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

Điện kháng thứ tự không : X0H1 =1,2.X1H1
1.3.3. Đƣờng dây D1, D2
a) Đường dây D1
Chiều dài đường dây : L1 =80km
Điện kháng thứ tự thuận :XL1=0,309 Ω/km
Điện kháng thứ tự không : X0L1 =2.XL1
b) Đường dây D2
Chiều dài đường dây : L2 =75km
Điện kháng thứ tự thuận :XL2=0,401 Ω/km
Điện kháng thứ tự không : X0L2 =2.XL2
1.3.4. Máy biến áp
Công suât danh định của mỗi máy biến áp : Sdđ =63 MVA
Cấp điện áp 121/38,5/24 kV
Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây
U N(C-T) %=10,5 %
U N(C-H)% =17%
U N(T-H)% =6%

Giới hạn điều chỉnh điện áp ∆ Uđc = ± 15%

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

6

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22 kV
CHƢƠNG II
TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

2.1. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH
2.1.1. Nguyên nhân của ngắn mạch
Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách điện bị hỏng. Lý do cách điện
bị hỏng có thể là: Bị già cỗi khi làm việc lâu ngày, chịu tác động cơ khí gây vỡ nát, bị tác
động của nhiệt độ gây phá hoại môi chất, xuất hiện điện trường mạnh làm phóng điện chọc
thủng vỏ bọc….Những nguyên nhân tác động cơ khí có thể do con người (như đào đất, thả
diều…), do loài vật(rắn bò, chim đậu…), hoặc gió bão làm cây gãy, đổ cột, dây dẫn chập
nhau… Sét đánh gây phóng điện cũng là một nguyên nhân đáng kể gây ra hiện tượng ngắn
mạch (tạo ra hồ quang dẫn điện giữa các dây dẫn). Ngắn mạch có thể do thao tác nhầm, ví dụ
như đóng điện sau sửa chữa mà quên tháo dây nối đất...
2.1.2. Hậu quả của ngắn mạch
Ngắn mạch là một loại sự cố nguy hiểm, vì khi ngắn mạch dòng điện đột ngột tăng lên
rất lớn, chạy trong các phần tử của HTĐ. Tác dụng của dòng điện ngắn mạch có thể gây ra là:
- Phát nóng rất nhanh, nhiệt độ tăng cao, có thể gây cháy nổ.
- Sinh ra lực cơ khí rất lớn giữa các phần của thiết bị điện, làm biến dạng hoặc gây vỡ các

bộ phận như sứ đỡ, thanh dẫn…
- Gây sụt áp lưới điện khiến động cơ ngừng quay, ảnh hưởng đến năng suất của máy móc
thiết bị.
- Gây ra mất ổn định hệ thống do các máy phát mất cân bằng công suất, quay theo những
vận tốc khác nhau dẫn đến mất đồng bộ.
- Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng, gây nhiễu các đường dây thông tin ở
gần.
- Nhiều phần của mạng điện bị cắt ra để loại trừ điểm ngắn mạch, làm gián đoạn cung cấp
điện.
2.2. MỤC ĐÍCH CỦA TÍNH NGẮN MẠCH
Tính toán dòng ngắn mạch nhằm những mục đích sau:
- Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng điện trong thời gian tồn tại ngắn
mạch
- Tính toán, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ rơle, tự động cắt phần tử sự cố ra khỏi HTĐ.
GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

7

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

- Lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng điện ngắn mạch.
- Lựa chọn thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch như kháng điện, máy biến áp nhiều cuộn
dây…
- Nghiên cứu các hiện tượng khác về chế độ hệ thống như quá trình quá độ (QTQĐ) điện
cơ (phân tích ổn định), QTQĐ điện từ (phân tích hiện tượng cộng hưởng, quá

điện áp…)
Những bài toán liên quan đến tính toán dòng điện ngắn mạch:
- Lựa chọn sơ đồ mạng cung cấp điện, nhà máy điện.
- Lựa chọn thiết bị điện và dây dẫn.
- Thiết kế chỉnh định bảo vệ rơle.
- Tính toán quá điện áp trong hệ thống điện.
- Tính toán nối đất.
- Tính toán ảnh hưởng nhiễu các đường dây thông tin.
- Nghiên cứu ổn định hệ thống.
2.3. CÁC GIẢ THIẾT VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH NGẮN MẠCH
2.3.1. Những giả thiết cơ bản để tính toán ngắn mạch
Khi tính toán ngắn mạch bằng phương pháp thủ công người ta sử dụng một số giả thiết
đơn giản hóa sau:
- Các máy phát điện không có dao động công suất
- Xét phụ tải gần đúng
- Mạch từ không bão hòa
- Bỏ qua điện trở
- Bỏ qua điện dung
- Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp
- Hệ thống điện ba pha là đối xứng
2.3.2. Trình tự tiến hành tính toán ngắn mạch
Tiến hành tính toán ngắn mạch theo trình tự sau:
GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

8

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

- Xác định sơ đồ thay thế( còn gọi là sơ đồ đẳng trị hay sơ đồ một sợi).
- Xác định loại ngắn mạch
- Xác định vị trí của điểm ngắn mạch
- Xác định thời điểm cần xét của quá trình ngắn mạch
Khi tính toán ngắn mạch có thể dùng hệ đơn vị tương đối có tên hoặc hệ đơn vị
tương đối cơ bản.
2.4. CHỌN CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN VÀ THÔNG SỐ CHÍNH CÁC PHẦN TỬ
Chọn Scb = SdđB = 63 MVA
Ucb = Utb (121/38,5/24) kV
Cấp điện áp 110kV có Utb1 = 121 kV
Icb1 =

Scb
63
=
=0,3006kA
3.Ucb1
3.121

Cấp điện áp 35kV có Utb2 = 38,5 kV
Icb2 =

Scb
63
=
=0,9447 kA
3.Ucb2

3.38,5

Cấp điện áp 22kV có Utb3 = 24 kV
Icb3 =

Scb
63
=
=1,5155 kA
3.Ucb3
3.24

Thông số các phần tử
 Hệ thống điện 1:
Chế độ Max
S1Nmax = 2050 MVA
X1H1max =X 2H1max =

Scb
63
=
=0,0307
S1Nmax 2050

X0H1max =1,2.X2H1max =1,2.0,0307 = 0,0368

Chế độ Min :
X1Nmin =0,75.X1Nmax =0,75.2050 = 1537,5 MVA
X1H1min =X 2H1min =

Scb
63
=
=0,0409
S1Nmin 1537,5

X0H1min =1,2.X2H1min =1,2.0,0409 = 0,0491

 Hệ thống điện 2 :
GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

9

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

Chế độ Max :
S2Nmax = 1800 MVA
X1H2max =X 2H2max =

Scb
S2Nmax

=

63

=0,035
1800

X0H2max =1,2.X2H2max =1,2.0,035 = 0,042

Chế độ Min :
X2Nmin =0,7.X2Nmax =0,7.1800 = 1260 MVA
X1H2min =X 2H2min =

Scb
63
=
=0,05
S2Nmin 1260

X0H2min =1,2.X2H2min =1,2.0,05 = 0,06

 Đường dây D1 :
X1D1 =X 2D1 =X1.L1.

Scb
63
= 0,309 .80 .
=0,1177
2
Ucb
1152

X0D1 =2.X1D1 =2.0,1177=0,2354

 Đường dây D2 :
X1D2 =X 2D2 =X 2 .L2 .

Scb
63
= 0,401 .75 .
=0,1433
2
U cb
1152

X 0D2 =2.X1D2 =2.0,1433=0,2866



Máy biến áp
U N(C-T) %=10,5 %
U N(C-H)% =17%
U N(T-H)% =6%
Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp

Xc 

1
S
1
63
.(10,5  17  6).
 0,1075
 U NCT %  U NCH %  U NTH %. cb 

200
Sdm 200
63

XT 

1
S
1
63
 U NCT %  U NCH %  U NTH %. cb  .(10,5  17  6).  0
200
Sdm 200
63

XH 

1
S
1
63
 U NCT %  U NCH %  U NTH %. cb  .(10,5  17  6).  0,0625
200
Sdm 200
63

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

10

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

2.5. SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH.
1) Sơ đồ thứ tự thuận ( nghịch E=0)

X1H1max
0,0307
E

X1H1min
0,0409

XH
0,0625

22kV

XT
0

X1H2max
0,035
E

XC

0,1075

X1D1
0,1177

X1D2

XH
0,0625

XC

0,1433 0,1075
XT
0

X1H2min
110kV

0,05

35kV

Hình 2.3. Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

2) Sơ đồ thứ tự không .
X0H1max
0,0368

XC

0,1075

X0D1
0,2354

X0H1min
0,0491
X0H2max
0,042

22kV

XT
0
X0D2

XC

0,2688

0,1075

X0H2min
0,06

XH
0,0625

110kV

XH
0,0625

XT
0
35kV

Hình 2.3. Sơ đồ thay thế thứ tự không

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

11

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

2.6. CÁC SƠ ĐỒ (PHƢƠNG 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 viêc.
2.6.1. 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 110kV ( điểm ngắn mạch N1)
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0)

N1

N1’

E
BI1

E
110kV

Sơ đồ rút gọn.

N1

E

U1N

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

12

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

X 1  X 2  


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

 X 1H 1max  X1D1  X1H 2 max  X1D 2 
X 1H 1max  X 1D1  X 1H 2 max  X 1D 2

(0,0307  0,1177).(0,035  0,1433)
 0,0809
(0,0307  0,1177  0,035  0,1433)

Sơ đồ thay thế thứ tự không :
N1

N1’

BI1

U0
N

110kV

Sơ đồ rút gọn
N1

N1’

BI1

U0
N

110kV

X OH 


 X 0 H 1max  X 0 D1  X 0 H 2 max  X 0 D 2 
X 0 H 1max  X 0 D1  X 0 H 2 max  X 0 D 2

(0,0368  0,2354).(0,042  0,2688)
 0,1451
(0,0368  0,2354  0,042  0,2688)

X0B =XC +XT =0,1075+0=0,1075

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

13

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

N1

U0N

X0  

XOH  XOB 0,1451  0,1075
= 0,0617
XOH  XOB 0,1451  0,1075

a) Ngắn mạch 3 pha N(3):

I1  I N 

E
1

 16,2074
X 1
0,0617

Điểm N1: Không có dòng qua các BI.
Điểm N1’: IBI1 = IN =16,2074
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
0,0809  0,0617

 0,035
X 2  X 0
0,0809  0,0617

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

I1 

E
1

 8,6281
X 1  X  0,0809  0,035

I 2    I1 .

X 0
0,0617
 8,6281.
 3,7332
X 2  X 0
0,0809  0,0617

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

14

SV: Kim Văn Trường


Đồ án tốt nghiệp

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

I0   I0 .

X 2
0,0809
 8,6281.
 4,8949
X 2  X 0
0,0809  0,0617

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

UON  I 0  .X0  = - (- 4,8949).0,0617 = 0,302
Phân bố dòng I0:

I OH  

I OB  

U ON
0,302

 2,0813
X OH
0,1451

U ON
0,302

 2,8093
X OB

0,1075

Điểm N1:
IBI1 = IOB = -2,8093
IBI4 = 3.IOB = 3.(-2,8093) = -8,4279
Dòng qua các BI khác bằng không.
Điểm N1’:
•

•

•

•

IBI1 = a 2 .I1(BI1) +a.I2(BI1) +I0(BI1)
 1
 1
3
3
IBI1 =  - -j  .I1 +  - +j  .I 2  +IOH
 2 2 
 2 2 

 1
 1
3
3
I BI 1     j
 .8,6281     j

 . 3,7332    2,0813
 2
 2
2 
2 
 4,5287  j12,7865
IBI1 =

4,52872  12,78652 = 13,5647

IBI4 = 3.IOB = 3.(-2,8093) = -8,4279
Dòng qua các BI khác bằng không.

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

15

SV: Kim Văn Trường


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  = 0,0809 + 0,0617= 0,1426
Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch:

I1  I 2   I 0  

E
1

 4,4727
X 1  X  0,0809  0,1426

Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch:

UON  I 0  .X0  = -4,47271. 0,0617 = -0,2759
Phân bố dòng I0:

I OH  
I OB  

U ON 0,2759

 1,9018
X OH 0,1451

U ON 0,2759

 2,5665
X OB 0,1075

Điểm N1:
IBI1 = IOB = 2,5665
IBI4 = 3.IOB = 3 . 2,5665 = 7,6995
Dòng qua các BI khác bằng không.

Điểm N1’:
IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 = 2.I1  I OH = 2.4,4727 + 1,9018=10,8472
IBI4 = 3 . IOB = 3 . 2,5665 = 7,6995
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:

GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

16

SV: Kim Văn Trường