BTD ngắn mạch trong hệ thống điện

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản; 3.. Xác định áp va dòng tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch.. Xác định áp và dòng các pha tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch... Lập

Đề số 4

Cho sơ đồ HTD như sau:

Thônng số:

ND1, ND2: Sđm = 117.5 MVA; Uđm = 10.5 kV; cosφ = 0.85; X” = 0.1593 = X2; TDK

TD : Sđm = 176.5 MVA; Uđm = 15.75 kV; cosφ = 0.85; X” = 0.25 = X2; TDK

B1, B2 : Sđm = 125 MVA; Uđm = 10.5/115 kV; UN% = 10.5%;

B3 : Sđm = 200 MVA; Uđm = 15.75/242 kV; UN% = 11%;

TN : Sđm = 200 MVA; Uđm = 230/121/15.75 kV;

UCT

N% = 11%, UCH

N = 32%, UTH

N = 20%;

D1: 45km; D2: 23km; D3: 40km; D4: 120km cả 4 dây dẫn có x0=0.4Ω/km, Xkh=3.5Xth

A NGẮN MẠCH BA PHA N (3)

1 Chọn Scb=100 MVA, Ucb=Utb các cấp, lập sơ đồ thay thế;

2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản;

3 Tính dòng ngắn mạch tại t = 0.2 sec;

4 Xác định áp va dòng tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

B NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG N (1,1)

1 Chọn Scb=100 MVA, Ucb=Utb các cấp, lập sơ đồ thay thế thứ tự Thuận, Nghịch, Không;

2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản;

3.Tính dòng ngắn mạch siêu quá độ I’’;

4 Xác định áp và dòng các pha tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

Bài Làm

A NGẮN MẠCH BA PHA N (3)

1 Lập sơ đồ thay thế

Chọn Scb = 100 MVA, Ucb = Utb các cấp( 230, 115, 10.5 ) kV

Giá trị điện kháng được tính như sau:

X 1 =X 5 =X ND =X d } } { {S rSub { size 8{ ital cb} } } over {S rSub { size 8{ ital dmND} } } } =0,1593 { {100} over {117,5} } =0,1356} { ¿¿ ¿

X2= X4=X B 1=100U N%.S S cb

dmB 1 =10,5100 100125=0,084

X3= X D 2 =x0 L D 2.S cb

U tb2=0,4 23.100

1152=0,069

X6= X D 1 =x0 L D 1 S cb

U tb2 =0,4 45.1001152=0,1361

X7= X D 3 =x0 L D 3 S cb

U tb2 =0,4 40 100

1152=0 ,1209

X8= X TN T =U T N%

S cb

S dmB =12(U CT N +U TH N −U N CH)S cb

S đmB

=12(11%+20%−32 %)100200=−0 ,005≈0

X9= X TN C =U100C N% S S cb

dmB =12(U CT N +U N CH −U TH N )S S cb

dmB

=12(11%+32 %−20%)100200=0,0575

X10=X D 4 =x0 L2D 4 S cb

U tb2 =0,4 1202 100

2302=0,0454

X11=X B 3=100U N% S S cb

dmB 3=11100 100200=0,055

X 12 =X TD =X d } } { {S rSub { size 8{ ital cb} } } over {S rSub { size 8{ ital dmTD} } } } =0,25 { {100} over {176,5} } =0,1416} { ¿¿ ¿

2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản

Biến đổi ∆(3,6,7)→Y(13,14,15)

Trong đó: D = X3 + X6 + X7 = 0.326

X13= X3 X6

D = 0,069.0,1361 0,326 =0,0288

X14=X3 X7

D = 0,069.0,1209 0,326 =0,0256

X15=X6D X7= 0,1361.0,1209 0,326 =0,0504

X17=X15+X9+X10+X11+ X12

=0,0504+0,0575+0 ,0454+0,055+0,1416

=0,3499

X18=X4+X5+X14=0,084+0,1356+0,0256=0,2452

Biến đổi Y (13, 17, 18)→∆ thiếu ( 19, 20), Sơ đồ trở thành:

Trong đó:

X19=X13+X18+X13X18

X17 =0 ,0288+0,2452+ 0,0288.0,2452 0,3499 =0,2942

X20=X tdTD =X13+X17+X13+X17

X18 =0,0288+0,3499+ 0 ,0288.0 ,3499 0,2452 =0,4198

Ta có: X21 = X16 // X19 nên:

X21=X X16 X19

16+ X19= 0,2196 0 ,2942 0,2196+0,2942 =0,2157

Khi đó Sơ đồ thay thế đơn giản

3 Tính dòng ngắn mạch tại t = 0.2 sec

- Nhánh nhiệt điện:

I đmND= S đm Σ

√3.U tbND = 2.117,5√3.115≈1,1798kA

Từ đường cong tính toán:

IND¿ ( 0,2)=2,51

⇒IND(0,2)=I¿ND(0,2) IđmND=2,51.1,1798=2,9613kA

- Nhánh thủy điện:

X tt TD = X20.S S đmTD

cb =0,4198.176 ,5100 =0,7409

I đmTD= S đmTD

√3.U tbTD =176,5√3.230=0,4431

Từ đường cong tính toán:

I TĐ¿ (0,2)=1,4

X tt ND =X21.S S đm Σ

cb =0,1257 2.117,5100 ≈0,2954

⇒ITD(0,2)=ITD¿ (0,2).IđmTD=1,4.0,4431=0,6203kA

Vậy ta có dòng ngắn mạch tại t = 0,2 sec là:

I N (0,2)=I ND (0,2)+I TD (0,2)=2,9613+0,6203=3,5816 kA

4 Xác định điện áp và dòng điện tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

- Dòng điện đầu cực phía cao tại máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

I ND C =I C ND1 +I C ND2 =2,9613 kA

I ND1 C X16=I C ND.X X16.X19

16+X19

I ND1 C =I ND C X X19

16+ X19=2,9613. 0.2196+0,2942 0,2942 =1,6956 kA

- Dòng điện đầu cực phía hạ tại máy phát ND1khi xảy ra ngắn mạch là:

IND1 H =IND 1.K=1,6956.115 10,5 =18,5709 kA

- Điện áp đầu cực phía hạ tại máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

Ta có:

I ND1¿ =I I ND1

cb =I ND1.√3.U tbND1

S cb =1,6956 √3.115

U¿ND1=I¿ND1 X2=3,3774.0 ,084=0,2837

U ND1 H =U¿ND1 U cb.ND 1 H =0 ,2837.10,5=2,9789kV

3 NGẮN MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG N(1,1)

1 Lập sơ đồ thay thế

- Sơ đồ thay thế thứ tự Thuận: Giống như sơ đồ ngắn mạch 3 pha

- Sơ đồ thay thế thứ tự Nghịch:

Vì Xd” = X2 nên sơ đồ thay thế thứ tự Nghịch giống như sơ đồ thay thế thứ

tự Thuận nhưng không có suất điện động E

- Sơ đồ thay thế thứ tự Không:

Ta tính lại điện kháng đường dây và MBA TN phía hạ áp

X3 '=XD 2'=3,5 X3=3,5.0,069=0,2415

X6 '= XD 1'=3,5 X6=3,5.0,1361=0,4764

X7 '= XD 3'=3,5 X7=3,5.0,1209=0,4232

X10'=XD4 '=3,5 X10=3,5.0,0454=0,1589

X22= X TN H =U N

H%

100 .

S cb

S đmTN =20 ,5100 .100200=0,1025 Với

U N H%= 12(U N CH +U N TH −U CT N )= 12(32+20−11)=20 ,5

Sơ đồ trở thành

2 Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản

- Sơ đồ thay thế đơn giản thứ tự Thuận Biến đổi tính toán ngắn mạch 3 pha và có kết quả như phần A

Ta có sơ đồ

- Sơ đồ thay thế đơn giản thứ tự Nghịch

Biến đổi tương tự như ngắn mạch ba pha và có kết quả như phần A

Ta có sơ đồ

Do không có Suất điện động nên ta nhập 2 nhánh ND và TD lại

Khi đó sơ đồ dơn giản thứ tự Nghịch là:

Với

X23=X20// X21= X20 X21

X20+X21= 0 ,1257 0,4198 0,1257+0, 4198 =0 ,0967

- Sơ đồ thay thế đơn giản thứ tự Không

Biến đổi sơ đồ ∆(3’,6’,7’) →Y(24,25,26)

D=X3’+X6’+X7’=0,2415+0,4764+0,4232=1,1411

X24=X 3' D X 6 ' =0,2415.0,4764 1,1411 =0 ,1008

X25=X 3' X 7'

D =0,2415.0,4232 1,1411 =0,0896

X26=X 6' X 7 '

D =0,4764 0, 4232 1,1411 =0,1767

X27=X4+X25=0,084+0 ,0896=0,1736

X28=X26nt(( X23//( X9+X 10 ' +X11))=0,2511

X29=X24nt ( X27// X28)=0,2034

Như vậy sơ đồ thay thế có dạng

Do không có suất điện động nên ta có thể nhập song song 2 nhánh lại

Với

X30=X2// X29=X X2.X29

2+X29= 0,084 0,2034 0, 084+0,2034 =0,0595

Khi đó

Sơ đồ thay thế dạng đơn giản

3 Dòng ngắn mạch siêu quá độ I”

- Do ngắn mạch 2 pha chạm đất nên

X Δ= X2

Σ X0Σ

X2Σ + X0Σ=

X23 X30

X23+ X30= 0 ,0967 0 , 0595 0 ,0967 +0 , 0595 =0 , 0368

Trong đó:

X2Σ , X0Σ

lần lượt là điện kháng tổng thứ tự Nghịch và thứ tự Không

m(1,1)=√3 √1− X2

Σ X0Σ

( X2Σ +X0Σ)2=√3.√1− X23 X30

( X23+X30)2=1, 5141

Ta có sơ đồ phức hợp như sau:

Biến đổi sơ đồ phức hợp về dạng đơn giản

Trong đó:

X31= X21+ X Δ+X21X X Δ

20

=0,1257+0 ,0368+ 0,1257 0 ,368 0,4198 =0 ,1735

X32= X20+ X Δ+X20 X Δ

X21 =0,4198+0,0368+ 0,4198.0,0368 0,1257 =0,5795

Dòng điện pha A thành phần thứ tự Thuận dạng tương đối cơ bản tại điểm ngắn mạch là:

I a1*''≈ 1X

31

+ 1X 32

=7,4893

Vậy dòng ngắn mạch siêu quá độ là:

I N } } =m rSup { size 8{ \( 1,1 \) } } I rSub { size 8{a1} } rSup { size 8{∗ S cb

√3.U tb =1,5141.7,4893.100√3.115=5,6929kA

4 Điện áp và dòng điện các pha tại đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch

- Dòng các pha đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch:

I = 7,4893

I a2 =−I a 1 X0

Σ

X2Σ + X0Σ =−7 , 4893.

0,0595 0,0967 +0,0595 =−2 ,8528

I a1 ND =I a1 X20

X21+ X20=5 ,7635 I a2

ND =I a2 X20

X21+ X20=−2,1954

Nhánh ND1 và nhánh ND2 song song với nhau nên ta có:

 I a1 ND1 =I a 1 ND X X19

16+ X19=5,7635. 0,2196+0,2942 0,2942 =3,3002

 I a2 ND1 =I a 12 ND.X X19

16+ X19=−2,1954. 0,2196+0,2942 0,2942 =−1,2571

Dòng trên các pha A,B,C đầu cực máy phát ND1 có xét đến tổ đấu dây của MBA B1 (tổ đầu dây 11 giờ):

 Pha A:

IND1 A =IND 1 A .ej30+IA ND1.e−j 30=3,3002.( √ 3

=1,7694+ j2,2787

|IND 1 A |= √ 1,76942+2,27872=2,8850

I ND1 A =|I A ND1| S cb

√3.U =2,8850.100√3.10,5 =15,8634 kA

 Pha B:

IB ND1=IB ND 1.ej30.ej 240+IB ND1.e−j 30.ej 120=3,3002.(− j)+(−1,2571) j

=−j4 ,5573 kA

|IB ND 1|=4,5573

I B ND1 =|I B ND1| S cb

√3.U =4,5573.100√3.10,5 =25,0587 kA

 Pha C:

IC ND1=IC ND 1.ej30.ej 120+IC ND1.e− j 30.ej 240=3,3002.(− √ 3

2 +1 2 j)+1,2571( √ 3

=−1,7694+ j 2,2787 kA

|IC ND 1|=2,8850

I C ND1 =|I C ND1| S cb

√3.U =2,885.100√3.10,5 =15,8634 kA

 Điện áp các pha đầu cực máy phát ND1 khi xảy ra ngắn mạch:

Hình 1 Sơ đồ phân bố điện áp ngắn mạch

Ua 1=jIa1 XΔ=j 7,4893.0,0368=j 0,2756

Ua 2=Ua 1= j 0,2756

U a 1 ND1 =U a 1 + jI a 1 ND 1 X2= j 0,2756+ j.3,3002.0,084= j 0,5528

U a 2 ND1 =U a 2 + jI a 2 ND 1 X2= j 0,2756+ j(−2,1954).0,084= j0,0912

Điện áp trên các pha A,B,C đầu cực máy phát ND1 có xét đến tổ đấu dây của MBA

B1

(tổ đầu dây 11 giờ):

 Pha A:

UA ND1=Ua1 ND1.ej30+Ua2 ND1.e−j30=j 0,5528.( √ 3

=−0,2308+ j0,5577

|UND1 A |= √ (−0,2308)2+0,55772=0,6036

U A ND1 (kV )=|U A ND1|.U đm

√3 =0,6036.10,5√3 =3,5691 kV

 Pha B:

UB ND1=Ua1 ND1.ej30.ej240+Ua2 ND1.e−j 30.ej120=j 0,5528.(− j)+ j 0,0912 j

=0,4616

|UB ND1|=0,4616

U B ND1 (kV )=|U B ND1|.U đm

√3 =0,4616.10,5√3 =2,7983 kV

 Pha C:

UC ND1=Ua1 ND1.ej30.ej120+Ua 2 ND1.e−j 30.ej240=j0,5528.(− √ 3

=−0,2308−j0,5577

|UC ND1|= √ (−0,2308)2+(−0,5577)2=0,6036

U C ND1 (kV )=|U C ND1|.U đm

√3 =0,6036.10,5√3 =3,5691 kV

Tóm lại:

Ở chế độ bình thường:

I A =I B =I C= S ND1

√3.U đm =117,5√3.10,5 =6, 4608 kA

UA=UB=UC=10,5

√ 3 =6,0622 kV

Ở chế độ khi ngắn mạch:

IA=15,8634 kA , IB=25,0587 kA , IC=15,8634 kA

UA=3,5691 kV , UB=2,7983 kV , UC=3,5691 kV