bài tập nhà máy điện, trạm biến áp và bảo vệ rơ le có lời giải

bài tập nhà máy điện, trạm biến áp và bảo vệ rơ le có lời giải Bài 2.1 : Vẽ công suất tổng của trạm biến áp cung cấp cấp cho hai phụ tải ở 2 cấp điện áp U1 và U2. Hình 2.4: Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ tij nhỏ đến lớn và trong thời gian đó cộng các phụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao. Thường lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q và tính S nếu cos khác nhau. Trường hợp nếu cos như nhau có thể chỉ vẽ cho P.

Bài 2.1 : Vẽ công suất tổng của trạm biến áp cung cấp cấp cho hai phụ tải ở 2cấp điện áp U1 và U2.

Hình 2.4: Đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ tij nhỏ đến lớn và trong thời gian đó cộng cácphụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao

Thường lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và

Q và tính S nếu cosϕ khác nhau Trường hợp nếu cosϕ như nhau có thể chỉ vẽcho P

Bài 2-2: Vẽ đồ thị phụ tải tổng hợp cho một trạm biến áp cung cấp cho 3 phụtải có đồ thị phụ tải ở U1, U2, U3(hình 2.5) với P1max = 50MW, P2max = 40MW, P3max

= 80MW

Hình 2.5: Đồ thị phụ tải Bảng 2.1: Bảng tổng hợp phụ tải của trạm biến áp.

3 12 ÷18(h) 50 40 64 0.5 154.5 97

Từ đây suy ra đồ thị phụ tải tổng hằng ngày của trạm biến áp

Hinh 2.6: Đồ thị phụ tải tổng hằng ngày của trạm biến áp.

Bài 2.3: Vẽ đồ thị phụ tải qua máy biến áp trong nhà máy điện dưới đây:

Hình 2.7: Đồ thị phụ tải của máy phát (bao gồm tự dùng)

Máy phát điện F: Sđm = 100MVA

Phụ tải ở UF: Smax = 60MVA

Với đồ thị phụ tải hình 2.7 gồm cả tự dùng Giả thuyết 2 máy phát điện luôn phát đầy tải

S = 200MVAPhụ tải ở UF:

Hình 2.8: Đồ thị phụ tải của máy biến áp

- 0 ÷ 6 giờ: S1 = 200 – 24 = 176MVA

- 6 ÷ 18 giờ: S2 = 200 – 48 = 152MVA

- 18 ÷ 21 giờ: S3 = 200 – 60 = 140MVA

- 21 ÷ 24 giờ: S4 = 200 – 36 = 164MVA

Bài 2.4: Vẽ đồ thị phụ tải qua các cuộn dây của MBA tự ngẫu trong nhà máyđiện hình 2.9a Đồ thị phụ tải ở cấp điện áp 110 kV cho trên hình 2.9b, và ở điện

áp 10,5 kV cho trên hình 2.9c Giả thiết các máy phát điện luôn vận hành địnhmức Toàn bộ công suất thừa phát về hệ thống

Hình 2.9:

Máy phát F1, F2, F3: Sđm = 100MVA

Phụ tải ở 110KV : Smax = 150MVA (hình 2-9.b)

Phụ tải ở 10.5KV : Smax = 50MVA (hình 2-9.c)

- Đồ thị phụ tải của cuộn trung của máy biến áp từ ngẫu thực hiện bằng cáchlấy công suất máy phát F3 (100MVA) trừ đi đồ thị phụ tải ở điện áp 110KV(hình 2.10a)

Từ 0 – 6 giờ là: 100-90 = 10 MVA

6 – 18 giờ là: 100-150 = -50 MVA

18 – 24 giờ là: 100-120 = -20 MVA

- Đồ thị phụ tải của cuộn hạ của máy biến áp thực hiện bằng cách lấy côngsuất 2 máy phát điện F1, F2 tức là 200MVA trừ đi đồ thị phụ tải ở điện áp10.5KV hình 2.10b.

Hình 2.11a: Đồ thị cuộn trung khi

quy đổi

Hình 2.11b : Đồ thị cuộn hạ khi quy đổi

- Đồ thị phụ tải qua cuộn cao:

Từ 0 ÷ 6 giờ : Sc1 = SH1 + ST1 = 180 + 10 = 190 (MVA) từ hạ và trung lên

cao

trung

trung

trung

6 ÷ 18 giờ: Sc2 = SH2 – ST2 = 160 - 50 = 110 (MVA) từ hạ lên cao và

18 ÷ 22 giờ: Sc3 = SH3 – ST3 = 150 – 20 = 130 (MVA) từ hạ lên cao và

22 ÷ 24 giờ: Sc4 = SH4 – ST3 = 170 – 20 = 150 (MVA) từ hạ lên cao và

Do đó phụ tải qua các cuộn cao, trung, hạ các MBA tự ngẫu như sau:

Bảng 2.2: Phụ tải qua các cuộn cao ,trung ,hạ các MBA tự ngẫu.

Bài 3.1: Một nhà máy điện có 4 máy phát công suất 100MVA có nhiệm vụ

cung cấp cho các phụ tải:

1100

1010

4444

Hình 3.2: Các phương án sơ đồ cấu trúc bài 4.1 Cho đồ thị phụ tải qua máy biến áp trên hình 4.5 Chọn công suất

máy biến áp theo khả năng quá tải bình thường Từ đồ thị phụ tải cóSmax=80MVA, Smin=30MVA, có các máy biến áp sau đây: 40, 60, 75MVA ChọnSđm =40MVA, và tiến hành kiểm tra khả năng quá tải bình thường có cho phépkhông? Các bước tính toán với Sđm =40MVA và kết quả thu được ghi trong bảng4.1

Phải tính lại T2

80

= 1,840

Kết quả tính toán với SđmB =60MVA

bài 4.2 Chọn công suất máy biến áp của trạm biến áp 110/22 KV có đồ thị

phụ tải hình 4.6

282 x3  24 2 x7 10

Hình 4.6: Đồ thị phụ tải

- Công suất MBA chọn theo điều kiện 1 MBA nghỉ, MBA còn lại với khả năng quá tải sự cố có khả năng cung cấp đủ Smax = 34 MVA

K qtscSđm> 34 MVAGiả sử MBA đặt ngoài trời K qtsc =1.4

Sđm> 34/1.4= 24,28 MVA

Từ số liệu chọn được máy biến áp có Sdm = 25MVA

Kiểm tra điều kiện quá tải

Từ đồ thị phụ tải với Sđm = 25 MVA thời gian quá tải từ 15 đến 23 giờ là 8 giờ lớn hơn 6 giờ cho nên MBA 25MVA không cho phép Nâng công suất MBA

lên 30 MVA thời gian quá tải từ 15 đến 23 giờ là 5 giờ < 6 giờ

Kiểm tra điều kiện K1đt

S1dt

SdmB = 25,26 30 = 0,842 < 0,93Vậy MBA có SBđm = 30 MVA thỏa mãn các điều kiện quá tải sự cố

Bài 4.3

Tính tổn thất điện năng qua 2 máy biến áp của trạm biến áp trên hình 4.11b

Hình 4.11: Đồ thị phụ tải qua 2 MBA ví dụ 4.3 Máy biến áp B: - Sđm = 40MVA

∆A năm=∆A ngàyđêm× 365 = 4061,3 × 365 = 1482374,5 KWh = 1482,4 MWh

bài 4.4

Tính tổn thất điện năng ∆A qua các máy biến áp của nhà máy điện cho trênhình 4.12a, biết đồ thị phụ tải của các máy phát điện F1, F2 và đồ thị phụ tải củaphụ tải ở UF (Hình 4.12b và 4.12c) Máy phát điện F3 phát hết công suất

Đồ thị phụ tải của máy phát điện F1, F2 tính theo phần trăm công suất địnhmức của máy phát điện cho trên hình 4.12b, 4.12c

Hình 4.12: Ví dụ 4.4

Từ đồ thị phụ tải của 2 máy phát điện F1 và F2 và đồ thị phụ tải ở UF, suy ra đồthị phụ tải qua 2 máy biến áp B1 như sau:

U110 : Smax = 140MVA

Về mùa khô, máy phát F3 chỉ chạy 50%, mùa mưa chạy 100%; hai máy phát điện F1, F2 vận hành cả năm theo đồ thị phụ tải hình 4.14c

b) Phụ tải U=100kV

Hình 4.14: Đồ thị ví dụ 4.5

Đồ thị phụ tải của B2:

- Về mùa mưa S = const = 100MVA

- Về mùa khô S = const = 50MVA

Đồ thị phụ tải của cuộn hạ của máybiến áp tự ngẫu (hình 4.14c trừ đi hình 4.14a).

- 0 ÷ 4 giờ: 60%.200 – 60%.60 = 120 – 36 = 84MVA

- 0 ÷ 4 giờ: 100 – 60%.140 = 100 – 84 = +16MVA Từ trung sang cao

- 4 ÷ 20 giờ: 100 –140 = – 40 MVA Từ hạ sang trung

- 20 ÷ 24 giờ: 100 – 80%.140 = 100 – 112 = -12MVA Từ hạ sang trung

Đồ thị phụ tải qua cuộn trung của máy biến áp tự ngẫu về mùa khô(đồ thị phụ tải ở 110kV trừ đi 50MVA)

- 0 ÷ 4 giờ: 50 – 84 = -34MVA Từ hạ sang trung

- 4 ÷ 20 giờ: 50 –140 = -90 MVA Từ hạ sang trung

- 20 ÷ 24 giờ: 50 –112 = -62 MVA Từ hạ sang trung

Đồ thị phụ tải của cuộn cao của máy biến áp tự ngẫu về mùa mưa(Cộng đồ thị phụ tải của cuộn hạ và cuộn trung theo đại số)

N C

C

C ñ m

N T T T

=

∆

P

N H

=0,5

2).185 +

(7459, 3 +

4396,8).180

=

4578156 +1896976

=11053288

N11. 110k

N2

N310,5kV

3Ucb

3Ucb

10003.230

10003.115

10003.10,5

Với hệ cơ bản này theo các biểu thức trong bảng 5.1 tính được x*(cb)i như

I cb

I ñmK

=10010

55,3

= 1,843

0.5 11



b Biến đổi sơ đồ để tính xΣ i với các điểm ngắn mạch.

S

- Với điểm N1 tính xΣ 1:

Vì xT = 0 và kháng điện xk không có tác dụng và có thể bỏ qua nên sơ đồ

theo hình 5.21a và kí hiệu các trị số xi như trên hình 5.21a và 5.21b.

Hình 5.22: Biến đổi sơ đồ ngắn mạch điểm N 1

Từ hình 5.22.b biến thành hình 5.22.c→5.22.d →5.22.e và cuối cùng có xΣ 1

- Với điểm ngắn mạch N2: Tính xΣ 2 Từ hình 5.21 nhận thấy với N2 có thể bắt

đầu từ hình 5.22.b với N2 tại điện áp 110kV và có hình 5.23a bắt đầu từ hình

5.22.b (hay 5.23a) biến đổi thành 5.23b →5.23c →5.23d.

x∑ =

x // x = x18

x19 = 1 , 65 1 , 7 2= 0,84

1 8

1

8 +

x

1 9

1,65 + 1,7

Với điểm ngắn mạch N3: không thể bỏ qua

xk và tính đối xứng không còn nên phải giữ

nguyên sơ đồ hình 5.21, rút gọn thành hình

5.24a

Hình 5.24: Biến đổi sơ đồ ngắn mạch điểm N 3

Biến tam giác x7, x7, x8 thành hình sao thành hình 5.24b

7

7

7

Hình 5.24: Biến đổi tam giác thành hình sao

Dòng ngắn mạch xung kích ixk tại các điểm ngắn mạch.

i xk1 = I N1

i xk 2 = I N 2

2.kxk =2.kxk =

2.1,8.3,72 = 9,47kA2.1,8.6,01 = 15,32kA

2 đường dây dài 60km.

- Máy biến áp B1: Sđm = 30MVA

UN% = 13

- MáybiếnápB2:

Sđm

= 56

UN

%

=

5,5

;

∆PN

=

9400

2 đường dây dài 60km.

- Máy biến áp B1: Sđm = 30MVA

UN% = 13

- Máy biến áp B2: Sđm= 560KVA

UN% = 5,5; ∆PN = 9400WCần tính ngắn mạch tại N1, N2, N3

a Sơ đồ thay thế của trạm biến áp cho điểm N1, N2 vẽ

trên hình 5.26

Tính các trị số điện kháng trong hệ cơ bản

1003.6,3

1003.15.115

3.I N .U cb

Với: Scb = 100MVA

Ucb1=115kV Ucb2=6,3kV

∑ 1 0,124

Hình 5.26: a,b,c

c Tính IN2:sơ đồ chỉ cần cộng thêm điện kháng 2 MBA B1

x

5

=27,06

K A

0,339

d Tính IN3: Vì SHT > 50SB (200MVA > 50

×1,6MVA) nên có thể xem U = 22kV là hằng số

- Tính với U = 0,4kV < 1kV nên phải tính cả R và X

2.

k xc I

ck =2.1,8.31,68 = 58,36KA

Kết quả tính toán ngắn mạch ghi trong bảng 5.5

bài 6.1: xác định dòng điện làm việc

bình thường cực đại Ibt.max và dòng điện cưỡng bức cực đại Icb.max trong các mạch điệnsau:

Mạch máy phát điện:

việc

với

công

suất

định

mức

- Mạchđường dây đơn (hình 6.1.a):

II

a)

S max

S

(tương

ứng

khi

phụ

tải

cực

đại)

Mạch

đường

dây

(hình

6.1.b):

Trong đó: kqtsc -khả năng quá tải sự cố của các máy biến áp

(1,4 với MBA đặt ngoài trời;

1,3 với MBA đặt trong nhà)

Trong sơ đồ nhà máy điện (hình 6.1.e)

Cưỡng bức khi một máy biến áp nghỉ

Trong đó: m - số máy phát điện

SF - công suất định mức của máy phát điện

∑Smin -tổng công suất phụ tải trên thanh góp điện áp máy phát khi bé nhất

- Mạch phân đoạn trên thanh góp máy phát khi chỉ có hai phân đoạn (hình

6.1.f)

Khi bình thường, có hai chế độ cưỡng bức:

• Khi một máy phát nghỉ:

{

- Khi có ba phân đoạn (hình 6.1.g):

Khi bình thường: Sbt.max = SF − Smin 2

qtsc S B + Smax 3 −S F

⇒Scb.max =max(Scb1, Scb2, Scb3)bài 9.1: Cho một hệ thống như hình 9.4 Xác định đặc tính thời gian bảo vệ.

Hình 9.4: 9.1

Cách chọn đặc tính phụ thuộc:

- Chọn đặc tính của bảo vệB Vẽđặc tính

- Xác định dòng Ngắn mạchlớn nhất ngay sát bảo vệB (N2) IN2max

- Ứng với đặc tính bảo vệ B suy ra thời gian tác động của bảo vệB (tB1) Vậy tB1

là thời gian tác động của bảo vệ B khi ngắn mạchtại N2

- Để đảm bảo tính chọn lọc thì thời gian bảo vệA khi có ngắn mạchtại N2 phải lớn hơn tB1: t A1 ≥ Δt + t B1

- Xác định được điểm A1 trên đặc tuyến của bảo vệ A

Chọn đặc tính trong cataloge sao cho thảo mãn tA1 ≥ Δt + tB1với mọi dòng ngắn mạchbé hơn IN2max

Lưu ý:vẽ các đặc tính phải cùng cấp điện áp.

U1/U2 = 115/23 KvàUk%= 12,5%

Bảng 9.1: thông số đường dây

Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng điện BI 1 ,BI 2 dùng cho bảo

vệ đường dây D1 và D2

Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức:

n = I sdd I

tdd

Chọn Itdd = 1 A

Dòng Isdd được chọn theo công thức

Isdd = Ilvàmax = kqt*Ipt

3 *U

* cos ϕ1

2 1 0

3

= 173,34

A

Vậy Ilvmax1 = 1,4*173,34=242,68 A

Ta chọn Isdd1 = 250 AVậy tỷ số biến của BI1 là : nI1

= 250

Tính ngắn mạch phục vụ bảo vệ Rơ le

a Thông sốChọn hệ đơn vị tương đối cơ bản

- Scb = 10 MVA

- Uc b i

=

Ut b i

Hệ

2

song

Ta

có

:

S

X1HT* = Scb

SN max = 1500 10 = 0,0067

X2 ht* = X1 ht * = 0,0067X0ht* =0,9 * 0,0067=0,00603

- Tính trong chế độ phụ tải min

= 0,0083

X2 ht* = X1 ht * = 0,0083X0ht* =0,9 * 0,0083=0,00747Máy biến áp

S

d m

đoạn

bằng

nhau.Ta

cần

tính

dò

n g ngắn mạch tại 9 điểm như hình vẽ sau:

Dòng điện ngắn mạchcủa mọi dạng ngắn mạch đều có tính theo công thức:

*

* (n)I Na1 = aEΣ

j( X 1Σ

+ X (n) )Trong đó X(n)∆ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch

Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo công thức:

∆

3 * 24

10

3 * 24

1 0,0692 * 0,0685 (0,0692  0,0685)2

0,0692 0,0692 + 0,0685

3 * 24

Ta có thành phần dòng điện thứ tự không:

Tính trong hệ đơn vị có tên

3 * 24

I N (1,1) = 4,338* 10 = 1,044kA

5

Tính trong hệ đơn vị có tên

3 * 24

1 0,3132 * 0,6775 (0,3132  0,6775) 2

∆

m

( 1 , 1 )

= 0,3132 *

0,6775 0,3132 +

I N a1*

=

1 (0,3132 +

N

9 0

( 1 , 1 )

N

9 1

0,6775

= 0,6

Trong hệ đơn vị có tên:

(1 ,1 )

N

9 0

= 0,6 *

10 = 0,144kA

Dòng điện ngắn mạch tổng hợp

(1, 1)

bảng

số

liệu

trên

ta có xác định được trị số dòng điện ngắn mạchlớn nhất tại các điểm ngắn mạchđang xét.Các giá trị đó được tổng kết trong bảng sau:

Bảng 9.4: Giá trị dòng ngắn mạch max

INmax(kA) 3,488 2,298 1,716 1,369 1,139 1,016 0,917IN0max(kA) 1,167 0,657 0,457 0,351 0,285 0,251 0,2243*IN0max(kA) 3,501 1,971 1,371 1,053 0,855 0,753 0,672

N

9

Dòng điện ngắn mạch trong chế độ max

Để tính toán dòng điện ngắn mạch bé nhất tại các điểm ngắn mạch,ta chọn các thông số của hệ thống như sau:

Hệ thống

- SN = SNmin = 1200 MVA

X1HT = 10/1200=0,0083

X0HT = 0,9 *0,00833=0,00747

- Chỉ có một máy biến áp làm việc

Vị trí các điểm tính ngắn mạchđược chọn giống như trong chế độ max

IN

(k

A)

3 * 24

Tính dạng ngắn mạch2 pha

N1

a Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn

Ikđ = Kat * INngmax

Trong đó :

Kat : Hệ số an toàn.Thường chọn Kat = 1,2

INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạchlớn nhất thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạchtrên thanh cái cuối đường dây

Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dâyD2

Ikđ2 = kat * IN9max = 1,2* 0,768 = 0,921 kA

Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đườngdây 1 đuợc chọn như sau:

Ikđ1 = kat *IN5max = 1,2*1,139=1,3668 kA

b Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh

Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được chọn tương tự như trên

Ta có công thức tính :

I0kđ = kat * 3I0Nmax

Với bảo vệ trên đường dây D1

I0kđ1 = kat * 3I0N5max = 1,2* 0,855=1,026 kA I0kđ2

= kat * 3I0N9max= 1,2*0,552=0,6624 kA

c Bảo vệ quá dòng có thời gian

- Lựa chọn trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được lựa chọn theo công thức :

Ikđ = K*Ilvàmax

Trong đó :

K:hệ số chỉnh định Chọn K=1,6 Ilvàmax: dòng điện làm việc lớn nhất

Theo tính toán ởphần trên ta có:

- Thời gian làm việc của bảo vệ

Từ đặc tính thời gian của Rơ le

=0,608+0,3

=0,90

n là m vi ệ

c c

ủa Rơ le ứng với vị trí các điểm ngắn mạch trên đoạn đường dây D1

Bảng 9.9: Thời gian làm việc

của bảo vệ Rơ

le trên đoạn đường dây D1 ứng với dòng ngắn mạch min

Bảng 9.10: Thời gian làm việc của bảo

vệ Rơ le trên đoạn đường dây D2 trong chế độ min

Từ các kết quả tính toán

ở phần trên ta có đặc tínhthời gian làm việc của cácbảo vệ trong chế độ max

và min như sau:

Đặc tính thời gian làm việc

3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75

2.3602 2.0073

1.05 0.925

0.5 0.25 0

0.5796 0.22

0.812 0.608

L(km)

Hình 9.19: Đặc tuyến thời gian làm việc

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập

t02 = tpt2 + ∆t = 0,75 +0,3 =1,05 s

t01 = max(tpt1,t02) + ∆t = 1,05+0,3=1,35 s

4. Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Kiểm tra vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh và quá dòng thứ tự không cắt nhanh

Từ đồ thị đã xác định ở trên ta có vùng bảo vệ của bảo vệ đặt trên đường dây 1 là:

Vùng bảo vệcủa bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Đối với bảo vệ đặt trên đoạn đường dây D1

K0n1 = I0 N 9

min

I0kd1 = 0,3875 = 6,46

0,06