Đồ án tốt nghiệp bảo vệ Rơle

Bằng việc ứng dụng các thành tựu khoa học đưa các thiết bị vào bảo vệ hệ thống điện, các thiết bị này có nhiều tính năng ưu việt cao trong số đó sử dụng Rơle kỹ thuật số để bảo vệ hệ th

Trang1

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay Trong bất kì lĩnh vực nào

như sản xuất, sinh hoạt, an ninh đều cần sử dụng điện năng Việc đảm bảo sản xuất

điện năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện

nay Bên cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo Chính vì vậy cần phải tăng cường các thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra

Để hạn chế sự thiệt hại do dòng ngắn mạch và quá tải gây ra cho hệ thống điện thì

người ta phải tìm cách cách ly nhanh nhất phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện Bằng việc ứng dụng các thành tựu khoa học đưa các thiết bị vào bảo vệ hệ thống điện, các thiết

bị này có nhiều tính năng ưu việt cao trong số đó sử dụng Rơle kỹ thuật số để bảo vệ hệ thống điện

Trong đồ án thiết kế bảo vệ cho trạm biến áp 220kV, Rơle là đối tượng chính bảo vệ

Qua đây, em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo Th.S Nguyễn Văn Đạt

đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án này Em

rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Bùi Thanh Liêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HỆ THỐNG ĐIÊN ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Bùi Thanh Liêm

Ngành: Hệ thống điện

1 TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 220kV

2 Các số liệu ban đầu

D

Trang3

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

- Phần 1

1 Mô tả đối tượng được bảo vệ, thông số chính

2 Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

3 Lựa chọn thiết bị biến dòng, biến điện áp, máy cắt điện

4 Lựa chọn phương thức bảo vệ phù hợp

5 Lựa chọn thiết bị bảo vệ cho máy biến áp và đường dây

6 Tính toán các thông số bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

4 Tính năng và thông số bảo vệ rơle

5 Kết quả tính toán các thông số bảo vệ

6 Kết quả kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

7 Các sơ đồ bảo vệ MBA TD10

5 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 10/10/2013

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/01/2014

Người hướng dẫn

Nguyễn Văn Đạt

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.2 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠLE 9

1.3 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ THÔNG SỐ CHÍNH 11

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 13

2.1 NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH 13

2.1.1 Nguyên nhân của ngắn mạch 13

2.1.2 H ậU QUả CủA NGắN MạCH 13

2.2 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 13

2.3 CÁC GIẢ THIẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH NGẮN MẠCH 14

2.3.1 Các đại lượng cơ bản sử dụng trong tính toán ngắn mạch 14

2.3.2 Tính toán thông số các phần tử 15

2.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 16

2.4.1 Tính toán ngắn mạch ở chế độ hai máy biến áp làm việc song song 16

2.4.2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH KHI MBA LÀM VIỆC ĐỘC LẬP 42

CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN BU, BI VÀ MÁY CẮT ĐIỆN 75

3.1 DÒNG LÀM VIỆC CƯỠNG BỨC 75

3.2 LỰA CHỌN MÁY BIẾN DÒNG (BI) 75

3.3 LỰA CHỌN MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU) 76

3.4 LỰA CHỌN MÁY CẮT ĐIỆN 76

CHƯƠNG 4 : LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 78

4.1 NHỮNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 78

4.1.1 Sự cố bên trong máy biến áp 78

4.1.2 Sự cố bên ngoài làm ảnh hưởng tới tình trạng làm việc của máy biến áp 78

4.1.3 Chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 79

4.2 SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LÝ CỦA CÁC BẢO VỆ CẦN ĐẶT 79

4.2.1 Bảo vệ so lệch có hãm 79

4.2.2 Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không 80

4.2.3 Bảo vệ quá dòng 81

4.2.4 Bảo vệ chống quá tải 82

4.2.5 Bảo vệ bằng role khí (BUCHHOLZ) 83

4.3 CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 84

CHƯƠNG 5 : GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ 86

CỦA CÁC RƠLE SỬ DỤNG 86

5.1 RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH 7UT613 86

Trang5

5.1.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7UT613 86

5.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của rơle 7UT613 88

5.1.3 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 90

5.1.4 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7UT613 92

5.1.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 93

5.1.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế (Restricted Earth Fault-REF) của 7UT613 97

5.1.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 100

5.1.8 Chức năng bảo vệ chống quá tải 100

5.2 RƠLE SỐ 7SJ621 101

5.2.1 Giới thiệu tổng quan về rơle số 7SJ621 101

5.2.2 Một số thông số kỹ thuật của rơle7SJ621 103

5.2.3 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7SJ621 105

5.2.4 Chức năng bảo vệ quá dòng trong rơle 7SJ621 105

5.2.5 Chức năng bảo vệ quá dòng có hướng trong rơle 7SJ621 107

5.2.6 Chức năng bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch trong rơle 7SJ621 108

5.2.7 Chức năng bảo vệ quá tải trong rơle 7SJ621 108

5.2.8 Chức năng chống hư hỏng máy cắt 50BF trong rơle 7SJ621 108

CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ, 110

KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 110

6.1 CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CHO TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE 110

6.2 NHỮNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ DÙNG RƠLE 7UT613 110

6.2.1 Khai báo thông số máy biến áp 110

6.2.2 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm 112

6.2.3 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF ∆ / 87N) 114 I0 6.3 NHỮNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ DÙNG RƠLE 7SJ621 116

6.3.1 Chức năng bảo vệ quá dòng pha có hướng (67) 116

6.3.2 Chức năng bảo vệ quá dòng TTK có hướng (67N) 117

6.4 KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 119

6.4.1 Bảo vệ so lệch có hãm( 87T ) 119

6.4.2 Bảo vệ so lệch dòng TTK( 87N ) 123

6.4.3 Bảo vệ dòng pha (chức năng 67) 124

6.4.4 Bảo vệ quá dòng TTK (chức năng 67N) 126

CHƯƠNG 7 : ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ RƠLE MBA TỰ DÙNGTD10 CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI 1 128

7.1 N HIệM Vụ , CÁC THÔNG Số Kỹ THUậT CủA MBA TD10 128

7.2 C ÁC DạNG HƯ HỏNG VÀ TÌNH TRạNG LÀM VIệC KHÔNG BÌNH THƯờNG CủA MBA TD10? N GUYÊN NHÂN VÀ BIệN PHÁP Xử LÝ ? 129

7.3 N HIệM Vụ , SƠ Đồ BảO Vệ , NGUYÊN LÝ LÀM VIệC , CÁC THÔNG Số CHỉNH ĐịNH , VÙNG TÁC ĐộNG CủA TừNG LOạI BảO Vệ CủA MBA TD10? 133

7.3.1 Bảo vệ so lệch dọc 133

7.3.2 Bảo vệ hơi 136

7.3.3 Bảo vệ dòng cực đại khởi động theo điện áp cực tiểu 137 7.3.4 Bảo vệ quá tải phía 6,3 kV 139 7.3.5 Bảo vệ hệ thống quạt mát 141

Trang7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả ngắn mạch điểm N1 - SNMax - 2MBA 20

Bảng 2.2 Kết quả ngắn mạch điểm N’1 – SNmax – 2MBA 21

Bảng 2.3 Kết quả ngắn mạch điểm N2 – SNmax – 2MBA 25

Bảng 2.4 Kết quả ngắn mạch điểm N’2 – SNmax – 2MBA 26

Bảng 2.5 Kết quả ngắn mạch điểm N3 và N’3 - SNmax-2MBA 27

Bảng 2.6 Kết quả ngắn mạch điểm N1 -SNmin-2MBA 32

Bảng 2.7 Kết quả ngắn mạch điểm N’1 SNmin - 2MBA 34

Bảng 2.8 Kết quả ngắn mạch điểm N2 -SNmin - 2MBA 38

Bảng 2.9 Kết quả ngắn mạch điểm N’2 - SNmin -2MBA 39

Bảng 2.10 Kết quả ngắn mạch điểm N3 và N’3 -SNmin - 2MBA 41

Bảng 2.11 Kết quả ngắn mạch điểm N1 - SNmax - 1MBA 46

Bảng 2.12 Kết quả ngắn mạch điểm N’1 -SNmax - 1MBA 47

Bảng 2.13 Kết quả ngắn mạch điểm N2 -SNmax - 1MBA 52

Bảng 2.14 Kết quả ngắn mạch điểm N’2 - SNmax -1MBA 53

Bảng 2.15 Kết quả ngắn mạch điểm N3 và N’3 - SNmax-1MBA 55

Bảng 2.16 Kết quả ngắn mạch điểm N1 -SNmin-1MBA 60

Bảng 2.17 Kết quả ngắn mạch điểm N’1 -SNmin - 1MBA 62

Bảng 2.18 Kết quả ngắn mạch điểm N2 -SNmin - 1MBA 67

Bảng 2.19 Kết quả ngắn mạch điểm N’2 -SNmin - 1MBA 68

Bảng 2.20 Kết quả ngắn mạch điểm N3 và N’3 -SNmin - 1MBA 70

Bảng 3.1 Thông số máy biến dòng 76

Bảng 3.2 Thông số máy biến điện áp 76

Bảng 3.3 Thông số máy cắt do hãng ALSTOM chế tạo 77

Bảng 5.1 Chỉnh định và cài đặt thông số role 7UT613 92

Bảng 5.2 Điện áp cung cấp một chiều 104

Bảng 5.3 Cách chỉnh định và cài đặt thông số cho rơle 7SJ621 105

Bảng 6.1Thông số kỹ thuật MBA tự ngẫu 110

Bảng 6.2 Thông số cài đặt cho MBA 111

Bảng 6.3 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế 114

Bảng 6.4 Các thông số cài đặt cho rơle 7SJ621 phía 220kV 117

Bảng 6.5 Các thông số cài đặt cho role 7SJ621 phía 110kV 118

Bảng 6.6 Các thông số cài đặt cho rơle 7SJ621 phía 35kV 119

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý các điểm ngắn mạch 16

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch 79

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm dùng cho MBATN 80

Hình 4.3 Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp tự ngẫu 81

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy biến áp bằng rơle khí 83

Hình 4.5 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 84

Hình 5.1 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT613 89

Hình 5.2 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 93

Hình 5.3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613 95

Hình 5.4 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613 98

Hình 5.5 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 100

Hình 5.6 Sơ đồ khối của bảo vệ quá dòng 7SJ621 103

Hình 6.1 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm 115

Hình 6.2 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm khi kiểm tra 123

DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

HTĐ : Hệ thống điện

MBA : Máy biến áp

BV : Bảo vệ

Max : Chế độ làm việc cực đại

Min : Chế độ làm việc cực tiểu

TTK : Thứ tự không

TTN : Thứ tự nghịch

MFĐ : Máy phát điện

Trang9

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Chất lượng của điện năng thương phẩm cung cấp cho toàn xã hội được đánh giá bởi hai yếu tố : tính ổn định và tính liên tục

Trong thực tế hai yếu tố trên không phải hoàn toàn do nơi sản xuất quyết định mà còn phụ thuộc vào những tác nhân như : hệ thống quản lý và phân phối điện thương phẩm; khách hàng sử dụng điện; thời tiết; khí hậu … Các tác nhân trên luôn luôn tác động vào

hệ thống điện có thể xảy ra nhiều sự cố Bởi vậy nhà quản lý phải có những biện pháp hữu hiệu để bảo vệ chất lượng điện Trong những biện pháp về kỹ thuật thì biện pháp

“bảo vệ rơle” là biện pháp hàng đầu

Trong hệ thống điện ngắn mạch là loại sự cố thường xảy ra và cũng là loại sự cố nguy hiểm nhất, vì khi có sự cố đương nhiên chất lượng điện suy giảm, nhưng nó còn nguy hiểm hơn ở chỗ phá hủy các thiết bị trong hệ thống mà có thể sau một thời gian mới khắc phục được Cụ thể khi có ngắn mạch dòng điện tăng lên rất lớn, gây cho hệ thống những tác dụng sau :

- Phát nóng cục bộ trong các thiết bị có thể dẫn đến cháy nổ

- Sinh ra lực cơ học lớn có thể làm biến dạng hoặc phá hủy từng bộ phận, thậm chí toàn bộ thiết bị (sứ, thanh dẫn …)

- Gây sụt áp lưới điện làm giảm chất lượng điện

- Gây mất ổn định toàn bộ hệ thống do các máy phát bị mất cân bằng công suất dẫn đên mất đồng bộ

- Tạo ra các dòng điện không đối xứng gây nhiễu đường dây ở gần

- Nhiều phần của mạng điện bị cắt để loại trừ điểm ngắn mạch làm gián đoạn cung cấp điện

Do những hậu quả xấu mà ngắn mạch gây ra cho hệ thống điện đòi hỏi phải cô lập phần tử bị sự cố, bảo bệ phần còn lại của hệ thống điện Các bảo vệ rơle sẽ đảm nhận nhiệm vụ này và phải phản ứng khi có sự cố hoặc tình trạng bất thường xảy ra ở phần tử

mà nó bảo vệ Để bảo vệ rơle thực hiện đúng nhiệm vụ của nó, cần thiết phải tính toán ngắn mạch nhằm phục vụ công tác chỉnh định và kiểm tra hoạt động của rơle bảo vệ

1.2 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠLE

+ Nhiệm vụ của bảo vệ rơle :

Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ 1 hệ thống điện nào cũng phải kể đến các khả năng phát sinh các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện

Hậu quả của ngắn mạch là :

- Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện

- Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện

- Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và

cơ

- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường như là quá tải Khi quá tải, dòng điện tăng cao làm nhiệt độ của các phần dẫn điện vượt quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng già cỗi và đôi khi bị phá hỏng

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện cần có các thiết bị phát ghi nhận sự phát sinh hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra các phần tử bị hư hỏng và cắt nó ra khỏi hệ thống điện Thiết bị này được thực hiện nhờ các khí cụ điện tự động gọi là rơle Thiết bị bảo vệ thực hiện nhờ những rowle gọi là thiết

bị bảo vệ rơle

Như vậy, nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động cắt nhanh phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện 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 thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt

+ Những yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle là :

- Bảo vệ có chọn lọc tương đối ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

3 Tác động nhanh

Phần tử bị ngắn mạch càng được cắt nhanh, càng hạn chế mức độ phá hủy các thiết

bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện và càng có khả năng duy trì sự ổn định làm việc của các máy phát điện và toàn bộ hệ thống điện

Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ rơ le Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thỏa mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng 2 yêu cầu này

Trang11

4 Độ nhạy

Độ đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo vệ Độ nhạy đặc trưng bằng hằng số độ nhạy Kn là tỷ số đại lượng vật lý đặt vào rơ le khi có sự cố và ngưỡng tác động của nó Hệ số nhạy :

k ≥ : đối với bảo vệ dự phòng

Độ nhạy thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố

5 Tính kinh tế

Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết

bị bảo vệ thường chỉ một vài phần trăm giá trị công trình Vì vậy yêu cầu về kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu trên đóng vai trò quyết định , nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện

Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu các thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp

1.3 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ VÀ THÔNG SỐ CHÍNH

Đối tượng được bảo vệ là TBA 220/110/35 kV có hai MBA B1 và B2 làm việc song song nhau, công suất danh định là 125 MVA Hai MBA này được cung cấp từ hai hệ thống điện (HTĐ) HTD1 và HTD2 HTD1 cung cấp đến thanh góp 220kV của TBA và HTD2 cung cấp đến thanh góp 110 kV của trạm biến áp Phía trung áp có điện áp là 35kV đưa đến các phụ tải

D

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA ĐỐI TƯỢNG

Trang13

2.1 NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH

2.1.1 Nguyên nhân của ngắn mạch

- Cách điện của thiết bị già cỗi, hư hỏng

- Quá điện áp

- Các ngẫu nhiên khác, thao tác nhầm hoặc do được dự tính từ trước …

2.1.2 Hậu quả của ngắn mạch

- Phát nóng : dòng ngắn mạch rất lớn so với dòng định mức làm cho các phần tử có dòng ngắn mạch đi qua nóng quá mức cho phép dù với một thời gian rất ngắn

- Tăng lực điện động : ứng lực điện từ giữa các dây dẫn có giá trị lớn ở thời gian đầu của ngắn mạch có thể phá hỏng thiết bị

- Điện áp giảm và mất đối xứng : làm ảnh hưởng đến phụ tải, điện áp giảm 30-40% trong vòng một giây làm động cơ có thể ngừng quay, sản xuất đình trệ, có thể làm hỏng sản phẩm

- Gây nhiễu đối với đường dây thông tin ở gần so dòng thứ tự không sinh ra khi ngắn mạch chạm đất

- Gây mất ổn định : khi không cách ly kịp thời thời phần tử bị ngắn mạch, hệ thống

có thể mất ổn định và tan rã, đây là hậu quả trầm trọng nhất

2.2 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Mục đích tính toán dòng ngắn mạch là để chọn lựa các khí cụ điện và các phần tử khi

có dòng điện chạy qua, những thiết bị đó phải thỏa mãn điều kiện làm việc bình thường

và có tính ổn định khi có dòng ngắn mạch Do vậy tính toán dòng ngắn mạch chính là

để chọn lựa các khí cụ điện và các phần tử có dòng điện chạy qua

Yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch là phải xác định dòng ngắn mạch lớn nhất (Imax) để phục vụ cho việc chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất (Imin) để kiểm tra độ nhạy cho rơ le đã được chỉnh định Trong hệ thống điện người ta thường xét các dạng ngắn mạch sau :

Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc 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

2.3 CÁC GIẢ THIẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH NGẮN MẠCH

Khi xảy ra ngắn mạch sự cân bằng công suất từ điện, cơ điện bị phá hoại, trong hệ thống điện xảy ra đồng thời nhiều yếu tố làm các thông số biến thiên mạnh và ảnh hưởng tương hỗ nhau Nếu kể đến tất cả những yếu tố ảnh hưởng, thì việc tính ngắn mạch sẽ rất khó khăn Do đó, trong thực tế người ta đưa ra những giả thiết nhằm đơn giản hóa vấn đề có thể tính toán

Mỗi phương pháp tính toán ngắn mạch đều có giả thiết riêng của nó Ở đây ta chỉ nêu ra các giả thiết cơ bản chung cho việc tính toán ngắn mạch

1 Mạch từ không bão hòa : giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình

2 Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp : ngoại trừ máy biến áp 3 pha 3 trụ nối Yo/Yo

3 Hệ thống điện 3 pha là đối xứng : sự mất đối xứng chỉ xảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng hoặc do cố ý có dự tính

4 Bỏ qua dung dẫn đường dây : giả thiết nảy gây sai số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì mới xét đến dung dẫn đường dây

5 Bỏ qua điện trở tác dụng : nghia là sơ đồ tính toán có tính chất thuần kháng Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao, ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn mạch hoặc tính toán ngăn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên không tiết diện bé Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng

6 Xét đến phụ tải một cách gần đúng : tùy thuộc giai đoạn cần xét trong quá trình quá độ có thể xem gần đúng tất cả phụ tải như là một tổng trở không đối tập trung tại một nút chung

7 Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất : nghĩa là góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắn mạch Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát tăng lên thì dòng trong nhánh sự

cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việc tính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại điểm ngắn mạch là lớn nhất Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ (0,1-0,2 sec)

2.3.1 Các đại lượng cơ bản sử dụng trong tính toán ngắn mạch

Chọn Scb = Stb = 125MVA, Ucb = 1,05.Utb các cấp điện áp 230/115/37 kV

Dòng điện cơ bản các cấp điện áp là :

cb cb1

Trang15

cb cb3

c Máy biến áp tự ngẫu MBA1, MBA2

- Điện áp ngắn mạch phần trăm của cuộn dây MBA

2.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý các điểm ngắn mạch

2.4.1 Tính toán ngắn mạch ở chế độ hai máy biến áp làm việc song song

2.4.1.1 Hai hệ thống điện HTD1 và HTD2 làm việc ở chế độ Max (S NMax – 2MBA)

* Ngắn mạch phía 220kV, điểm ngắn mạch N 1 :

X1HT10,042

XD0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X1HT20,083

X / 2H0,081

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

X2HT10,042

XD0,135

X / 2C

0, 043

X / 2 T 0,008

X 2HT2 0,083

X / 2 H 0,081

D

N'1

N1

N2 N'2

N3

N'3 BI1

BI1

BI2

BI2 BI3 BI3

Trang17

X0HT10,063

XD0,243

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X 0HT2 0,116

X / 2H0,081

Sơ đồ thay thế thứ tự không Biến đổi sơ đồ thứ tự không

Sơ đồ thay thế thứ tự không tương đương

Từ các sơ đồ trên ta tính được

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI :

f (BI1) 1(BI1) 2(BI1) 0(BI1)

++

Dòng điện chạy qua dây trung tính :

* Điểm ngắn mạch N’ 1 : Các sơ đồ thay thế giống như trường hợp ngắn mạch tại

điểm N1 nhưng vị trí của BI1 so với điểm ngắn mạch thay đổi nên dòng ngắn mạch qua

nó thay đổi Dòng điện ngắn mạch qua các BI còn lại giống trường hợp ngắn mạch tại N1

X D 0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X1HT20,083

X / 2 H 0,081

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

X2HT10,042

XD0,135

X / 2C

0, 043

X / 2 T 0,008

X 2HT2 0,083

X / 2H0,081

Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

X0HT10,063

XD0,243

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X 0HT2 0,116

X / 2H0,081

Sơ đồ thay thế thứ tự không

Điện kháng thay thế thứ tự thuận :

Điện kháng thứ tự nghịch theo sơ đồ thay thế trên X2∑ = X1∑ =0,088

Biến đổi sơ đồ thay thế thứ tự không, sơ đồ thay thế thứ tự không tương đương với sơ

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI :

f (BI1) 1(BI1) 2(BI1) 0(BI1)

++

Các sơ đồ thay thế giống như trường hợp ngắn mạch tại điểm N2 nhưng vị trí của BI2

so với điểm ngắn mạch thay đổi nên dòng điện ngắn mạch qua nó thay đổi Dòng điện ngắn mạch qua các BI còn lại giống như trường hợp ngắn mạch tại N2

Bảng 2.4Kết quả ngắn mạch điểm N ’ 2 – S Nmax – 2MBA

XD0,135

XC

0, 085

X T 0,0175

X 1HT2 0,083

XH0,1625

Biến đổi sơ đồ∆[(XC+X ),X ,X ]T C T thành Y[X ,X ,X ] : 1 2 3

X1HT10,042

XD0,135

X1

0, 043

X 2 0,008

X 1HT2 0,083

X H 0,1625

X30,0073

2.4.1.2 Hai hệ thống HTĐ1 và HTĐ2 làm việc ở chế độ Min(S NMIN - 2 MBA)

* Phía 220kV, điểm ngắn mạch N1:

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không:

X1HT10,069

XD0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X1HT20,114

X / 2H0,081

Sơ đồ thứ tự thuận

X 2HT1 0,069

X D 0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X2HT20,114

X / 2H0,081

Sơ đồ thứ tự nghịch

X0HT10,104

X D 0,243

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X0HT20,146

X / 2H0,081

Sơ đồ thứ tự không Điện kháng thứ tự thuận

Điện kháng thứ tự nghịch: theo sơ đồ thay thế trên X2∑ = X1∑ = 0,056

Biến đổi sơ đồ thay thế thứ tự không, sơ đồ thay thế thứ tự không tương đương với sơ

đồ sau, trong đó X01=(XT /2+ X0HT2)//(XH/2)

Dòng điện ngắn mạch thành phần đối xứng đi qua các BI:

- Dòng điện qua BI1

- Dòng điện qua BI3

1(BI3) 2(BI3) 0(BI3)

- Dòng điện qua BI0

(BI0)

İ =0 vì ngắn mạch hai pha không có thành phần thứ tự không

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI:

1N

XC0HT1

X

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI:

f (BI1) 1(BI1) 2(BI1) 0(BI1)

++

Trang33

* Điểm ngắn mạch N’1:

Các sơ đồ thay thế giống như trường hợp ngắn mạch tại điểm N1 nhưng vị trí của BI1

so với điểm ngắn mạch thay đổi nên dòng điện ngắn mạch qua nó thay đổi Dòng điện ngắn mạch qua các BI còn lại giống như trường hợp ngắn mạch tại N1

Bảng 2.7Kết quả ngắn mạch điểm N’ 1 S Nmin - 2MBA

X D 0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X1HT20,114

X / 2 H 0,081

Sơ đồ thứ tự thuận

X 2HT1 0,069

X D 0,135

X / 2C

0, 043

X / 2T0,008

X2HT20,114

X / 2H0,081

Sơ đồ thứ tự nghịch

X0HT10,104

XD0,243

X / 2C

0, 043

X / 2 T 0,008

X 0HT2 0,146

X / 2 H 0,081

Sơ đồ thứ tự không

Điện kháng thứ tự nghịch: theo sơ đồ thay thế trên X2∑ = X1∑ = 0,081

Biến đổi sơ đồ thay thế thứ tự không, sơ đồ thay thế thứ tự không tương đương với sơ

Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI:

f (BI1) 1(BI1) 2(BI1) 0(BI1)

++

* Điểm ngắn mạch N’2:Các sơ đồ thay thế giống như trường hợp ngắn mạch tại điểm

N2 nhưng vị trí của BI2 so với điểm ngắn mạch thay đổi nên dòng điện ngắn mạch qua nó thay đổi Dòng điện ngắn mạch qua các BI còn lại giống như trường hợp ngắn mạch tại

N2

İ0 0 0 0 0,719 3,954 0 -0,832 -3,064 0

|İf| 4,165 8,18 0 6,595 7,424 0 4,006 8,588 0

* Phía 35kV, điểm ngắn mạch N3:

Biến đổi tương tự như trường hợp ngắn mạch tại điểm N3, hai máy biến áp làm việc song song, công suất hệ thống cực đại ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận như sau:

X 1HT1 0,069

XD0,135

X1

0, 043

X 2 0,008

X 1HT2 0,114

XH0,1625

X 3 0,0073

Sơ đồ thứ tự thuận Điện kháng ngắn mạch