Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ phần 7

Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
chơng 2.
tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle
2.1. Số liệu tính toán.
Ngắn mạch là hiện tợng 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 tợng đợc 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, hai pha
chạm đất và ngắn mạch một pha.
Việc tính toán ngắn mạch đợc thực hiện trong hệ đơn vị tơng đối.
Chọn S
cb
=100 MVA
U
cb
= U
tb
Cấp điện áp 110 kV có U
tb1
= 115 kV

cb
cb1
cb1
S
100

I = =
3.U 3.115
= 0,502 kA
Cấp điện áp 35 kV có U
tb2
= 37 kV

cb
cb2
cb2
S
100
I = =
3.U 3.37
= 1,5604 kA
Cấp điện áp 22 kV có U
tb3
= 23 kV

cb
cb3
cb3
S
100
I = =
3.U 3.23
= 2,5102 kA
8
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

2.1.1.Điện kháng của hệ thống
Theo số liệu của Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền Bắc (A1), giá trị các
dòng điện ngắn mạch tính đến thanh cái 110kV của trạm nh sau:
Dòng điện ngắn mạch ba pha lớn nhất 6252A
Dòng điện ngắn mạch ba pha nhỏ nhất 5384A
Dòng điện ngắn mạch một pha lớn nhất 5069A
Dòng điện ngắn mạch một pha nhỏ nhất 4690A
Điện kháng tính trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản đợc xác định theo công thức:

cb
HT*cb
N
I
X =
I
Điện kháng thứ tự không tính từ công thức dòng ngắn mạch một pha.

( )
( )
1
1
N
1 2 0
m .E
I
X X X

=
+ +

( )
0 1 2
1
N
3.E
X (X X )
I

= +
với
1
X

=
2
X

và
( )
N
N *cb
cb1
I (kA)
I =
I
Vậy điện kháng hệ thống tính đến thanh cái 110kV trong chế độ cực đại

min
cb
1H

max
N3pha
I
0,502
X = = =0,0803
I 6,252

min min
0 cb1 1H
max
N1pha
3.E 3.0,502
X I -2.X 2.0, 0803 0,1365
I 5,069

= = =
Chế độ cực tiểu:

max
cb
1H
min
N3pha
I
0,502
X = = =0,0932
I 5,384

max max
0 cb1 1H

min
N1pha
3.E 3.0,502
X I -2.X 2.0,0932 0,1347
I 4,69

= = =
9
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
Từ sơ đồ thứ tự không ta có:

oH C H
0
0H C H
X .(X +X )
X
X +X +X

=

o C H
0
C H o
X .(X +X )
X +X -X
H
X

=

min
0H
0,1365.(0, 454 0, 298)
X 0,16677
0, 454 0, 298 0,1365
+
= =
+
max
0H
0,1347.(0, 454 0, 298)
X 0,1641
0, 454 0, 298 0,1347
+
= =
+
2.1.2.Điện kháng của máy biến áp
U
N
C-T
= 10,7% ; U
N
C-H
= 18,8% ; U
N
T-H
= 6,8%

( )
( )
C C-T C-H T-H
N N N N
1 1
U = U +U -U = 10,7+18,8-6,8 =11,35%
2 2

( )
( )
T C-T C-H T-H
N N N N
1 1
U = . U -U +U = . 10,7-18,8+6,8 = - 0,65%
2 2

( )
( )
H C-T C-H T-H
N N N N
1 1
U = . -U +U +U = . -10,7+18,8+6,8 = 7,45%
2 2
10
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
X
oH
X
C
0,454

X
H
0,298
U
oN1
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
Điện kháng các cuộn dây

C
N cb
C
dm
U S
11,35 100
X = ì 0,454
100 S 100 25
= ì =
X
T
= 0

H
N cb
H
dm
U S
7, 45 100
X = ì 0,298
100 S 100 25
= ì =

2.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch
Chế độ cực đại:
.Công suất ngắn mạch trên thanh góp là lớn nhất.
.Tính ngắn mạch tại ba điểm N
1
, N
2
, N
3
.
.Tính các dạng ngắn mạch N
(3)
, N
(1,1)
, N
(1)

Chế độ cực tiểu:
.Công suất ngắn mạch trên thanh góp là nhỏ nhất.
.Tính ngắn mạch tại ba điểm N
1
, N
2
, N
3
.
.Tính các dạng ngắn mạch N
(2)
, N
(1,1)

, N
(1)



2.2.1.Điểm ngắn mạch N
1
.
1.Chế độ cực đại.
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch
11
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
1BI
N
1
2BI
4BI
N
2
3BI
N
3
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
E N
1

0803,0
1H
X
Sơ đồ thay thế thứ tự không

Máy biến áp X
o
=X
1


a)Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng N
(3)

(3)
N1
1H
1 1
I = 12,4533
X 0,0803
= =
Trong hệ đơn vị có tên:
I
N1
(3)
(kA) = I
N1
(3)
. I
cb1
= 12,4533.0,502 = 6,252 kA
b)Dòng ngắn mạch hai pha chạm đất N
(1,1)
Điện kháng thứ tự không tổng X
o

= 0,1365
Điện kháng phụ

(1,1)
2 0
0,0803.0,1365
X X // X 0, 05056
0, 0803 0,1365

= = =
+
Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch.
Dòng điện thứ tự thuận

(1,1)
1A
(1,1)
1
1 1
I 7,64175
X X 0,0803 0, 05056

= = =
+ +
Dòng điện thứ tự nghịch
12
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
X
oH

0,16677
X
C
0,454
X
H
0,298
U
oN1
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

(1,1) (1,1)
0
2A 1A
0 2
X
0,1365
I I 7,64175. 4,8113
X X 0,1365 0,0803


= = =
+ +
Dòng điện thứ tự không:

(1,1) (1,1)
2
0A 1A
0 2
X

0,0803
I = - I 7,64175. 2,83041
X X 0,1365 0,0803


= =
+ +
Dòng điện tổng tại chỗ ngắn mạch.

(1,1) (1,1)
2 0
N1 1A
2
2 0
X .X
I 3. 1 .I
(X X )


=
+

64175,7.
)1365,00803,0(
1365,0.0803,0
1.3
2
+
=
= 11,5903

Điện áp chỗ ngắn mạch

(1,1) (1,1)
2 0
1N1 1A
2 0
X .X
0,0803.0,1365
U = I 7,64175. 0,38635
X X 0,0803 0,1365


= =
+ +

(1,1) (1,1) (1,1)
1N1 2N1 0N1
U = U = U
Phân bố dòng điện trên các nhánh.
Giá trị dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống.
(1,1)
(1,1)
0N1
0H
0H
U
0,38635
I = - 2,31666
X 0,16677
= =

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp.
(1,1)
(1,1)
0N1
0B
C H
U
0,38635
I = 0,51376
X +X 0, 454 0, 298
= =
+
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống
(1,1) 2 (1,1) (1,1) (1,1)
HB 1A 2A 0H
I = a .I + aI + I
13
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

( )
31666,28113,4.
2
3
2
1
64175,7.
2
3
2

1









++








=
jj
= - 3,73188 j10,78434
(1,1) (1,1) 2 2
HB HC
I = I 3,73188 10,78434 11, 41179
= + =
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không tính đến thành phần dòng
điện thứ tự không:
(1,1) 2 (1,1) (1,1)
HB(-0) 1A 2A

I = a .I + a.I

( )
1 3 1 3
.7,64175 . 4,8113
2 2 2 2
j j

= + +



= - 1,41522 j10,78434

2 2
1, 41522 10, 78434 10,8768
= + =
Dòng điện ngắn mạch qua máy biến áp chỉ có thành phần thứ tự không

(1,1) (1,1)
NB 0B
I = I 0,51376
=
Trong đơn vị có tên, dòng phân bố trên các nhánh có trị số:
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống:

(1,1) (1,1)
H HB cb1
I = I .I 11, 41179.0,502 5,7287kA
= =

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không tính đến thành phần dòng
điện thứ tự không:

(1,1) (1,1)
H(-0) HB(-0) cb1
I = I . I
= 10,8768 . 0,502
= 5,46 kA
Dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống:

(1,1)
0H
I =
2,31666 . 0,502
= 1,1629 kA
Dòng điện ngắn mạch qua cuộn cao áp máy biến áp:
14
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

(1,1) (1,1)
NC 0B cb1
I = I .I = 0,51376.0,502 = 0,2579 kA
Dòng điện thứ tự không đi vào trung tính máy biến áp:

(1,1) (1,1)
TT 0B
I = 3.I = 3.0,51376.0,502 = 0,7737 kA
c)Dòng điện ngắn mạch một pha N
(1)

Điện kháng phụ:
X

(1)
= X
2

+ X
0

= 0,0803 + 0,1365 = 0,2168
Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch
Dòng điện thứ tự thuận

(1)
1A
(1)
1
1 1
I 3,36587
X X 0, 0803 0, 2168

= = =
+ +

(1) (1) (1)
1A 2A 0A
I = I = I
Dòng điện tổng tại chỗ ngắn mạch.

(1) (1) (1)
N1 1A
I = m .I = 3.3,36587 = 10,0976
Điện áp chỗ ngắn mạch

(1) (1)
1N1 1A 2 0
U = I .(X X ) 3,36587.(0,0803 0,1365)

+ = +
= 0,72972

(1) (1)
2N1 2A 2
U = - I .X 3,36587.0,0803

=
= - 0,27028

(1) (1)
0N1 0A 0
U = - I .X 3,36587.0,1365

=
= - 0,45944
Phân bố dòng điện trên các nhánh.
Giá trị dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống.

(1)
(1)

0N1
0H
0H
U
0,45944
I = - 2,75493
X 0,16677

= =
15
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44
Chơng 2.Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le
Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp.
(1)
(1)
0N1
0B
C H
U
0, 45944
I = - 0,61095
X +X 0, 454 0, 298

= =
+
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống
(1) (1) (1) (1)
H 1H 2H 0H
I = I + I + I
= 3,36587 + 3,36587 + 2,75493

= 9,4867
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự
không:
(1) (1) (1)
H(-0) 1H 2H
I = I + I
= 3,36587 + 3,36587 = 6,7317
Dòng điện ngắn mạch qua máy biến áp chỉ có thành phần thứ tự không

(1) (1)
B 0B
I = I = 0,61095
Trong đơn vị có tên, dòng phân bố trên các nhánh có trị số:
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống:

(1) (1)
H H cb1
I = I .I 9, 4867.0,502
=
=4,7623 kA
Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự
không:
(1)
H(-0)
I =
6,7317 . 0,502 = 3,3793 kA
Giá trị dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống.
(1)
0H
I =

2,75493. 0,502 = 1,383 kA
Dòng điện ngắn mạch qua cuộn cao áp máy biến áp:

(1) (1)
CB 0B cb1
I = I .I 0,61095.0,502
=
= 0,3067 kA
Dòng điện thứ tự không đi vào trung tính máy biến áp:
16
Trần Thị Hồng Hà-HTĐ2-K44