Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện vũ văn thiệp

Việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly

Trang 1

Vũ Văn Thiệp- D4H3 Page 1

LỜI N I ẦU

Điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với cuộc sống con người Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Chính vì thế khi thiết kế hay vận hành bất cứ một hệ thống điện nào cũng cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc bình thường của chúng

Hệ thống điện là một mạng lưới phức tạp gồm rất nhiều phần tử cùng vận hành nên hiện tượng sự cố xảy ra rất khó có thể biết trước Vì vậy, để đảm bảo cho lưới điện vận hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ, tự động hoá Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống Việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và

xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ

- Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

- Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các rơle sử dụng

- Chương 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS.Vũ Thị Anh Thơ, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tuy nhiên, với khả năng

và trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo

Trang 2

Em xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Thị Anh Thơ và các thầy cô giáo trong

bộ môn Hệ thống điện đã trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành cần thiết trước khi tiếp nhận kiển thức thực tế khi trở thành một kỹ sư

Hà Nội, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Thiệp

Trang 3

THÔNG SỐ CHÍNH CỦA ỐI TƯỢNG

I.1 VỊ TRÍ, VAI TRÒ TRẠM BIẾN ÁP 110kV Vũ Thư - Thái Bình TRONG HỆ THỐNG

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 115/38,5/11 KV có hai máy biến áp ba cuộn dây vận hành song song,với công suất danh định là 25 MVA Hai máy này được cung cấp từ một nguồn của hệ thống điện, hệ thống điện cung cấp đến thanh cái110 KV , phía trung áp và hạ áp của trạm có cấp điện áp là 35 KV và 10

KV

HT

932 932

332

331 131

332

331 131

 Máy biến áp AT1, AT 2

- Công suất 25 MVA, có điều chỉnh điện áp dưới tải

- Cấp điện áp 115/38,5/11 KV

Trang 4

- 1 ngăn máy biến áp tự dùng TD41 cấp tự dùng cho trạm

- 2 ngăn biến điện áp TUC31

I.2.4 Phía 10kV

- 1 ngăn lộ tổng

- 3 ngăn lộ ra

- 1 ngăn máy biến áp tự dùng TD42 cấp tự dùng cho trạm

- 1 ngăn biến điện áp TUC42

Trang 5

PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

II.1 MỤC ÍCH TÍNH NGẮN MẠCH

Khi thiết kế bảo vệ rơle cho bất kỳ một phần tử hoặc một hệ thống điện nào, ta cần phải xem xét đến những sự cố nặng nề nhất, có ảnh hưởng lớn tới phần tử hoặc hệ thống đó Nguyên nhân gây hư hỏng, sự cố đối với các phần tử trong hệ thống rất đa dạng, trong đó, loại sự cố nguy hiểm nhất là ngắn mạch

Việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định được dòng điện ngắn mạch lớn nhất (INmax) và dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (IN min ) đi qua các bảo vệ để lựa chọn thiết bị bảo vệ rơ le, chỉnh định, cài đặt các thông số và kiểm tra độ nhạy của bảo vệ

II.2 NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NGẮN MẠCH

II.2.1 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

II.2.2 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…

Trang 6

- 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

II.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

II.3.2 Trình tự tiến hành tính toán ngắn mạch

Tiến hành tính toán ngắn mạch theo trình tự sau:

- 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

Trang 7

Khi tính toán ngắn mạch có thể dùng hệ đơn vị tương đối có tên hoặc hệ đơn vị tương đối cơ bản

N ), ngắn mạch 1 pha chạm đất (N ), ngắn mạch 2 pha  1chạm đất (   1,1

N ), các máy biến áp vận hành độc lập

Dòng ngắn mạch cực tiểu khi: Công suất ngắn mạch của hệ thống nhỏ nhất (điện kháng hệ thống lớn nhất) Ở chế độ này ta xét các dạng ngắn mạch: ngắn mạch 2 pha (   2

N ), ngắn mạch 1 pha chạm đất (N ), ngắn mạch 2 pha  1chạm đất (   1,1

N ), các máy biến áp vận hành độc lập

Các điểm ngắn mạch tính toán:

Ngắn mạch phía 110kV với các điểm ngắn mạch N1 và N1 ;

Ngắn mạch phía 35kV với các điểm ngắn mạch N2 và N2 ;

Ngắn mạch phía 10kV với các điểm ngắn mạch N3 và N3

Do thông số của hai MBA là giống nhau, nên chỉ cần xác định dòng điện chạy qua các máy biến dòng BI1, BI2, BI3, BI4 của MBA Dòng ngắn mạch qua các BI của MBA 2 có giá trị tương tự

II.4 IỆN KHÁNG CÁC PHẦN TỬ VÀ SƠ Ồ THAY THẾ

Đối với tính toán bảo vệ rơ le,chọn các đại lượng cơ bản sau:

Scb =Sdđ AT2= 25 MVA (Sdđ AT2= 25 MVA)

Điện áp cơ bản các phía bằng điện áp định mứcUcb =Uđm = 110 kV,35kV,10 kV

Cấp điện áp 110 kV có Ucb1= 110 kV

Trang 8

II.4.1 Th ng s hệ th ng

Theo số liệu của Trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Bắc A1 với Scb =

25 MVA,và Ucb = Uđm = 115 kV thì trong các chế độ phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu ta có điện kháng của hệ thống nhƣ sau:

Điện kháng của hệ thống đƣợc tính theo công thức:

 cb

1H

NH

I X

N

I = 14,010 kA

Trang 9

N

I = 12,73kA

(1) min 8, 08

II.4.2 Th ng s các máy biến áp

Điện áp ngắn mạch của MBA1, MBA 2

Trang 10

II.4.2.1 i m tr i u kiện h i má biến áp l m việc song song

Các máy biến áp làm việc song song phải thỏa mãn các điều kiện sau: Điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp lúc không tải phải bằng nhau

Tỷ số biến của hai máy biến áp phải bằng nhau

Hai máy biến áp phải cùng tổ đấu dây

Hai máy biến áp phải có cùng điện áp ngắn mạch Uk hoặc độ chênh điện áp ngắn mạch không quá 10 Điều này có ảnh hưởng đến việc phân bố công suất trên các M A khi mang tải trong chế độ vận hành bình thường

II.5 TÍNH TOÁN DÒNG IỆN NGẮN MẠCH

Việc tính toán ngắn mạch trong chế độ công suất ngắn mạch của hệ thống

cực đại S Nmax và Công suất ngắn mạch của hệ thống là cực tiểu cho phép xác định dòng điện ngắn mạch cực đại và cực tiểu đi qua các vị trí đặt bảo vệ (các BI) Việc tính toán được tiến hành trong hai trường hợp

Trường hợp I : HTĐ cung cấp cho 1 MBA làm việc độc lập

Trường hợp II :HTĐ cung cấp cho 2 MBA làm việc song song

Các dạng ngắn mạch tính toán trong chế độ vận hành này gồm có

Trang 11

Do thông số của hai MBA là giống nhau, nên chỉ cần xác định dòng điện chạy qua các máy biến dòng BI1, BI2, BI3, BI4 của MBA Dòng ngắn mạch qua các BI của MBA 2 có giá trị tương tự

Sơ đồ các điểm ngắn mạch đơn giản xem xét trong các trường hợp sau:

HT

932

331 131

BI2 BI1

H nh II- 1: Sơ đồ thay thế trạm v các điểm ngắn mạch tính toán

II.5.1 KHI TRẠM VẬN HÀNH 1 MÁY BIẾN ÁP AT1, I N =I NMAX

Tính toán với các dạng ngắn mạch: N(3), N(1,1), N(1) Các sơ đồ thay thế thứ

tự thuận, nghịch và không được xác định với các điểm ngắn mạch tính toán như sau

N3

N3' BI3

BI2 BI1

0 0,1089

Trang 12

N3 N3' BI3

BI2 BI1

U2N

X2H 0,0089

Xh 0,0718

0 0,1089

U0N

X0H 0,3327

Xh 0,0718

0 0,1089

IoB IoH

Trang 13

N1

BI1

U0N

X0H 0,3327

Xc

Xh 0,0718

0,1089

IoB IoH

H nh II- 6: Sơ đồ thứ tự không khi AT1 vận hành với In=Inmax phía 110kV

Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:

X  X  X  X  0, 0089Điện kháng thứ tự không:

Dòng qua BI1:IBI1 =112,359 (khi ngắn mạch N1)

Không có dòng qua các BI còn lại

II.5.1.1.2 Ngắn mạch h i ph chạm đất N (1,1) :

Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch

Trang 14

1N

0,0089.0,11710,0089

0,0089 0,1171

X X 2Σ 0Σ X

X X 0,0089 0,1171 2Σ 0Σ

Không có dòng ngắn mạch qua I2,BI3

Dòng qua BI4:IBI4 3.I0BI  7, 9956

Đi m ng n m ch N 1:

Các thành phần dòng điện đi qua I1:

Trang 15

54,1229

(1,1) BI1

Dòng qua I1: IBI1 97,36

Dòng qua I4: IBI4 3.I0B  7, 9956

Không có dòng ngắn mạch qua I2 ;BI3

Trang 16

Không có dòng ngắn mạch qua các I2; I3

BI4: IBI4 3.I0B 3.4,8035 14, 4105

Không có dòng ngắn mạch qua I2, I3

Trang 17

H nh II- 8: Sơ đồ thứ tự thuận khi AT1 vận hành với In=Inmax phía 35kV

Trang 18

Không có dòng ngắn mạch qua các BI còn lại

Đi m ng n m ch N 3 :

IBI1=5,2742 Không có dòng ngắn mạch qua các BI còn lại

II.5.2 KHI TRẠM VẬN HÀNH 2 MÁY BIẾN ÁP SONG SONG, I N =I NMAX

HT

932 932

332

331 131

332

331 131

N2 N2'

N1' N1

Trang 19

H nh II- 10: Sơ đồ thứ tự nghịch khi vận hành hai MBA với In=Inmax

0 max

0.3327

HT X

0.0718

H X

0.1089

c X

'

1

N

H nh II- 11: Sơ đồ thứ tự không khi vận hành hai MBA với In=Inmax

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản:

Dòng qua BI1:IBI1 =112,359 (khi ngắn mạch N1)

Không có dòng qua các BI còn lại

Trang 20

(1) 0N1 0H

(1)

0H

UX

BI4: IBI4 3.I0B 3.4, 4244 13, 2733

BI4: IBI4 3.I0B 3.4, 4244 13, 2732

0,0089 0,071

X X 2Σ 0Σ X

Trang 21

Dòng qua I4:IBI4 3.I0BI  7,8114

(1,1) BI1

I  a I  a I  I 

Trang 22

Dòng qua I4: IBI4 3.I0B  7,8114

Trang 23

Đi m ng n m ch N 3 :

IBI1=5,0037

Trang 24

II.5.3 KHI TRẠM VẬN HÀNH 1 MÁY BIẾN ÁP AT1, I N =I NMin

Tính toán với các dạng ngắn mạch: N(3), N(1,1), N(1) Các sơ đồ thay thế thứ

tự thuận, nghịch và không đƣợc xác định với các điểm ngắn mạch tính toán nhƣ sau

N3

N3' BI3

BI2 BI1

0 0,1089

BI2 BI1

U2N

X2H 0,0098

Xh 0,0718

0 0,1089

U0N

X0H 0,3517

Xh 0,0718

0 0,1089

IoB IoH

I

II

H nh II- 18: Sơ đồ thứ tự không khi AT1 vận hành với In=Inmax

Trang 25

Xc

Xh 0,0718

0,1089

IoB IoH

H nh II- 20: Sơ đồ thứ tự không khi AT1 vận hành với In=Inmax phía 110kV

Điện kháng thứ tự thuận và nghịch:

X  X  X  X  0, 0098Điện kháng thứ tự không:

0,3517.(0,1089 0,0718) 0,3517 0,1089 0, 0718

Trang 26

I2N =- I1N = - 51,0204

Đi m ng n m ch N 1

Không có dòng ngắn mạch tại I1

Dòng qua BI1:IBI1=51,0204.√3=86,370(khi ngắn mạch N1)

Không có dòng ngắn mạch qua các I còn lại

0,11940,0098 0,1194

Trang 27

Dòng qua I4:IBI4 3.I0BI  7, 9722

(1,1) BI1

Dòng qua I4: IBI4 3.I0B  7, 9722

Trang 28

BI4: IBI4 3.I0B 3.4, 7537 14, 2612

BI4: IBI4 3.I0B 3.4, 7537 14, 2605

II

Trang 29

E



10,1187.2=4,2123

I2N =- I1N = - 4,2123

Dòng ngắn mạch qua các BI:

-BI1,BI2: IBI1 =IBI2 = 3 IN = 3 .4,2123 =7,296

Các BI còn lại không có dòng ngắn mạch qua

Trang 30

X1 = X1H + XC + XH = 0,0098 + 0,1089 +0,0718 = 0,1905

Các thành phần dòng ngắn mạch N(2) tại điểm ngắn mạch:

I1N =

Σ2X1X

E



12.0,1905=2,6247

I2N =- I1N = - 2,6247

Dòng ngắn mạch qua các BI:

-BI1,BI3: IBI1 =IBI3 = 3 IN= 3 2,6247=4,546

Các BI còn lại không có dòng ngắn mạch qua

BI1: IBI1 =4,546

Trang 31

II.5.4 KHI TRẠM VẬN HÀNH 2 MÁY BIẾN ÁP SONG SONG, I N =I NMin

HT

932 932

332

331 131

332

331 131

N2 N2'

N1' N1

0.0718

H X

0.1089

c X

'

1

N

Trang 32

H nh II- 25: Sơ đồ thứ tự không khi vận hành hai MBA với In=Inmin

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản:

I2N =- I1N = - 51,0204

Không có dòng ngắn mạch tại I1

Dòng qua BI1:IBI1=51,0204.√3=86,370(khi ngắn mạch N1)

(1)

0H

UX

Trang 33

Đi m ngăn m ch N 1 :

Chỉ có thành phần dòng thứ tự không qua BI1:

BI1: IBI1  I0B  4, 3498

BI4: IBI4 3.I0B 3.4,3498 13, 0492

0,0098 0,072

X X 2Σ 0Σ X

2Σ 0Σ

Trang 34

Dòng qua I4:IBI4 3.I0BI  7, 7715

(1,1) BI1

Dòng qua I1: IBI1 87, 0939

Dòng qua I4: IBI4 3.I0B  7, 7715

Trang 35

Trang 36

E



12.0,1002=4,99

BI1: IBI1 =8,643

II.6 Kết quả tính toán ngắn mạch

Từ các kết quả tính toán ngắn mạch, ta có thể rút ra các bảng tổng kết về giá trị dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu đi qua các vị trí đặt bảo vệ

Trang 37

Bảng II-1: Kết quả tính toán ngắn mạch khi 1MBA vận h nh đ c lập, S Nmax Phía

ngắn

mạch

iểm ngắn mạch

Dạng ngắn mạch

Dạng ngắn mạch

DÒNG QUA CÁC BI

Trang 38

Dạng ngắn mạch

Trang 39

Dạng ngắn mạch

Trang 40

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ

III.1 CÁC LOẠI HƯ HỎNG VÀ CHẾ Ộ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIẾN ÁP

Những loại hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp:

+ Hư hỏng bên trong MBA bao gồm:

- Chạm chập giữa các vòng dây

- Ngắn mạch giữa các cuộn dây

- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp

- Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu

+ Hư hỏng bên ngoài cuộn dây MBA bao gồm:

- Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống

Chế độ làm việc không bình thường là chế độ làm việc của máy biến áp có một số chỉ tiêu vượt ra ngoài giới hạn cho phép Các chế độ điển hình là:

- Quá tải: dòng điện hoặc công suất vượt quá giá trị danh định Máy biến

áp chỉ cho phép làm việc trong 1 thời gian nhất định gọi là thời gian cho phép

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	1,9 MB