Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện

MỤC LỤC Chương 1:TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MẠNG ĐIỆN 1 1.1. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 1 1.2.Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 4 1.3. Tính toán ngắn mạch 4 1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch về phía cao áp (110 kV) của máy biến áp 9 Chương 2:LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 10 2.1. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt 10 2.2. Kiểm tra thiết bị đóng cắt 10 Chương 3:TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP 12 3.1. Giới thiệu về rơle được chọn để bảo vệ cho máy biến áp 12 a) Rơle bảo vệ so lệch dọc:7UT612.........................................................................12 b) Rơle bảo vệ quá dòng:7SJ612............................................................................15 3.2.Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp 18 1) Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp 19 2)Tính toán chỉ định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp 19 3)Tính toán chỉ định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 20

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng cần thiết cho toàn bộ nền kinh tế và đời sống xã hội trong mỗi quốc gia Do nhu cầu kinh tế và đời sống xã hội ngày một nâng cao , phụ tảingày càng phát triển , nhất là trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước , mức độ tiêu thụ điện ngày càng tăng cao Bởi vậy hệ thống điện phải không ngừng phát triển và lớn mạnh

Ngành Điện Khí Hoá của chúng ta trong những năm vừa qua cũng đang trên đà phát triển mạnh mẽ để đáp ứng những nhu cầu to lớn ấy Để đạt được điều đó chúng ta đang đặc biệt chú trọng đến công tác truyền tải, phân phối điện năng

Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện là bước đầu trong việc làm quen với tính toán, chỉnh định, bảo vệ và các thiết bị bảo vệ cho các đối tượng trong sơ đồ truyền tải điện năng

Dưới sự hướng dẫn chi tiết của thầy Nguyễn Xuân Nhỉ , cùng sự tìm tòi học hỏi em

đã hoàn thành đồ án này

Nội dung của đồ án bao gồm 3 chương:

Chương 1 : Tính toán dòng ngắn mạchChương 2 : Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắtChương 3 : Tính toán bảo vệ rơle cho trạm biến áp

Do thời gian thực hiện có hạn cũng như kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực chuyên môn còn hạn chế, nên đồ án vẫn còn những sai sót là điều không thể trách khỏi được

Em rất mong được sự nhận xét và góp ý của Thầy

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của GV Nguyễn Xuân Nhỉ

MỤC LỤC

Chương 1: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MẠNG ĐIỆN 1

1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 1

1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 4

1.3 Tính toán ngắn mạch 4

1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch về phía cao áp (110 kV) của máy biến áp 9

Chương 2: LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 10

2.1 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt 10

2.2 Kiểm tra thiết bị đóng cắt 10

Chương 3: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP 12

3.1 Giới thiệu về rơle được chọn để bảo vệ cho máy biến áp 12

a) Rơle bảo vệ so lệch dọc:7UT612 12

b) Rơle bảo vệ quá dòng: 7SJ612 15

3.2 Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp 18

1) Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp 19

2) Tính toán chỉ định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp 19

3) Tính toán chỉ định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 20

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

1 Danh mục bảng:

Bảng 1.1 Các phương án thiết kế 1

Bảng 1.2 Các thông số MFĐ 1

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của MBA 3 & 2 cuộn dây 2

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật dây dẫn 2

Bảng 1.5 Kết quả tính toán ngắn mạch được quy đổi về phía cao áp 110 kV 9

Bảng 2.1 Thông số máy cắt được chọn 10

2 Danh mục hình ảnh: Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của trạm 3

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 4

Hình 1.3 Sơ đồ đơn giản hóa 1 6

Hình 1.4 Sơ đồ đơn giản hóa 2 7

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản hóa 3 .8

Hình 1.6 Đường đặc tính dốc chuẩn 17

Hình 1.7 Đường đặc tính rất dốc 17

Hình 1.8 Đường đặc tính cực dốc 17

Hình 3.1 Đặc tính bảo vệ rơ le so lệch dọc cho máy biến áp T7 22

Chương I TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MẠNG ĐIỆN1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện

Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của trạm được thể hiện trên hình 1.1, với các thông

số kỹ thuật của thiết bị được cho bên dưới các bảng từ 1.1 đến 1.4

Bảng 1.1 Các phương án thiết kế

Phương án Số hiệu MC ở trạng thái

hở mạch

Số hiệu thiết bịđóng cắt cần lựachọn

Số hiệu MBAcần tính toánchỉnh đinh

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của MBA 3 & 2 cuộn dây

Máy

biến áp

Sđm

(MVA)

Un% U1

(kv)

U2

(kv)

U3

(kv)

UnC-T

%

UnC-H

%

UnT-H

%

T1 269 2,7 - - -

-T2 343 3,2 - - -

-T7 35 3,05 - - -

-T8 25 3,55 - - -

-Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật dây dẫn

Tên đường dây Chiều dài (km) Điện kháng đơn vị (Xo) (Ω/

km)

 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của trạm

1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 1.3 Tính toán ngắn mạch

 Chọn các đại lượng cơ bản:

Scb = 100 MVA ; Ucb1 = 10,5 kV ; Ucb2 = 22 kV

Ucb3 = 37 Kv ; Ucb4 = 115 kV ; Ucb5 = 6,3 kV

 Tính toán điện kháng các phần tử:

SN = 500 + 5.4 = 520 MVA

Hình 1.3 Sơ đồ đơn giản hóa 1

Hình 1.4 Sơ đồ đơn giản hóa 2

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản hóa 3

1

√3 37 8,1

= 0,52 kA

 Với X = 4,916 (ngắn mạch xa nguồn)

1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch về phía cao áp (110kV) của máy biến áp

- Xác định hệ số biến đổi điện áp:

KU max = U dmCA U(1+ ΔUU )

- Kết quả tính toán như bảng 1.5

Bảng 1.5 Kết quả tính toán ngắn mạch được quy đổi về phía cao áp 110 kV Dòng ngắn

Chương II LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT

2.1 Lựa chọn các thiết bị đóng cắt

Thiết bị đóng cắt cần lựa chọn trong đồ án này mà máy cắt số 27, được lắt đặt ngay sau phía hạ áp của máy biến áp Có nhiêm vụ đóng cắt và bảo vệ cho mạch điện phía sau ngay đầu cực ra của máy cắt

 Điều kiện lựa chọn máy cắt:

Uđm.MC ≥ Uđm.mạng

Iđm.MC ≥ Ilv.max

Trong đó:

Udm.MC – điện áp định mức của máy cắt điện cao áp, kV

Uđm.mạng – điện áp định mức của mạng điện, kV

Idm.MC – dòng điện định mức của máy cắt, A

Ilv.max – dòng làm việc lớn nhất có thể đi qua máy cắt, A Với mạng điện ở đây có: Uđm,mạng = 35kV

Ilv max = Iđm.T7

Do không biết chính xác phụ tải tính toán lớn nhất đi qua máy cắt cần lựa chọn nên có thể coi như là dòng lớn nhất có thể đi qua máy cắt là dòng định mức của máy biến áp T7

Bảng 2.1 Thông số của máy cắt được chọn

Mã hiệu Uđm, kV Iđm, A Fđm, Hz Icđm.MC, kA Imax, kA Iođn, kA (3s)

2.2 Kiểm tra thiết bị đóng cắt

Máy cắt đã chọn được kiểm tra theo các điều kiện sau:

1/ Kiểm tra điều kiện ổn định động

=> Máy cắt được chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

2/ Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt:

Iodn.MC ≥ I N 1( 3 )(∞)

.√ t¿

t odn MC

Trong đó:

t¿ – thời gian tương đương (Ttđ) hay thời gian giả tưởng cắt dòng ngắn mạch

Iodn.MC – thời gian ổn định nhiệt của máy cắt, s

todn = (1; 5; 10) s

25 kA ≥ 2,06.√0,253 = 0,594 kA

=> Vậy máy cắt đẵ chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

3/ Kiểm tra khả năng cắt của máy cắt:

Icdm.MC ≥ I(3)N maxTrong đó: I(3)N max – dòng ngắn mạch lớn nhất có thể đi qua máy cắt, kA

Icdm.MC = 25 kA > IN max(3) = 2,06 kA

=> Vậy máy cắt đã chọn thỏa mãn điều kiện khả năng cắt dòng ngắn mạch

*/ Kết luân: Máy cắt đã chọn thỏa mãn tất cả các điều kiện cần kiểm tra.

Chương III

TÍNH TOÁN BẢO VỀ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP3.1 Giới thiệu về rơ le được chọn để bảo vệ cho máy biến áp.

a) Rơle bảo vệ so lệch dọc: 7UT612

Là loại bảo vệ so lệch được dùng để bảo vệ nhanh và chọn lọc các loại ngắn mạch trong máy biến áp với mọi cấp điện áp cũng như với các máy điện quay như động cơ và máy phát, đường dây ngắn và thanh góp

Bảo vệ có thể dùng cho máy biến áp 3 pha hay 1 pha Các chức năng đặc biệt

có thể lựa chọn bằng cách thay đổi các thông số, nhằm đạt được các ứng dụng tối ưu của hệ thống bảo vệ Để dự phong cho chức năng so lệch dugf chức năng bảo vệ quá dòng cho quận dây đấu sao hay đấu sao nối đất được tích hợp sắn trong rơle Có thể tùy chọn bảo vệ chống chạm đất hạn chế loại tổng trở thấp hay cap, bảo vệ thành phần thứ tự thuận, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt Loại 7UT612 có 4 đầu vào điện áp, vì vậy có thể lựa chọn bảo vệ quá áp hay sụt áp, cũng như bảo tần số, công suất

thuận/nghịch, bảo vệ chống quá bão hòa Với bộ đo nhiệt độ, rơle có thể đo lường và kiểm soát nhiệt độ máy biến áp, cũng như nhiệt độ dầu bằng tính toán hình ảnh nhiệt

*) Các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT612

- Bảo vệ so lệch máy biến (87T)

Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle

Bảo vệ chống chảm vỏ trong máy biến áp

Bảo vệ chống mất cân bằng tải

Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất

Bảo vệ quá dòng một pha

Bảo vệ theo nguyên lý hình ảnh nhiệt

Bảo vệ quá kích thích

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

*) Thông số kĩ thuật của rơle

- Đầu vào tương tự

+ Tần số danh định 50 hoặc 60 Hz (tùy chọn)+ Dòng điện danh định 0,1 hoặc 1 hoặc 5 A+ Công suất tiêu thụ trong BI:

Với IN = 0,1 A là 0,001 VA

+ Khả năng qua tải trong BI

 Theo nhiêt độ: 100IN trong 1s

30IN trong 10s

4 IN trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích:

250 IN trong ½ chu kỳ+ Khả năng quá tải trong mạch BI với dòng điện vào độ nạy cao IEE:

 Theo nhiệt độ: 300A trong 1s

100A trong 10s15A trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích:

750A trong ½ chu kỳ+ Điện áp danh định: 80 đến 125 V

+ Công suất tiêu thụ trên mỗi pha tại 100 V là: ≤ 0,1 VA+ Khả năng quá tải nhiêt lâu dài: 230V

Nguồn điện thao tác

+ Điện áp cung cấp

 Điện áp xoay chiều: ≤ 15%

+ Công suất tiêu thụ (DC/AC)

Gồm có 16 đèn tín hiêu LED, trong đó:

 01 đèn màu xanh báo rơle sẵn sàng làm việc

 01 đèn báo sự cố xảy ra trong rơle

 14 đèn màu đỏ còn lại chọn lựa các tình trạng làm việc của rơle

b) Rơle bảo vệ quá dòng: 7SJ612

Rơle số 7SJ612 do hãng Siemens chế tạo, dùng để bảo vệ đường dây trong mạng cao áp va trung áp có điểm trung tính nối đất, trung tính cách ly Bảo vệ các loại động cơ không đồng bộ Nó có đầy đủ chức năng để làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp với chức năng chính là bảo vệ quá dòng

*) Các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7SJ612:

- Bảo vệ quá dòng có thời gian (đặc tính thời gian độc lập/ đặc tính phụ thuộc/ đặc tính do người sử dụng cài đặt)

- Phát hiện chạm đất với độ nhạy cao

- Bảo vệ chống hư hỏng cách điện

- Bảo vệ quá tải

+ Dòng điện danh định: 1A hoặc 5A

+ Điện áp danh định: 115V hoặc 230V

+ Tần số danh định: 50Hz/60Hz

+ Công suất tiêu thụ

 Theo giá trị dòng xung kích: 250.Iđm trong 1/2 chu kỳ+ Khả năng quá tải về dòng cho chống chạm đất có độ nhạy cao

 Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 300A trong 1s

100A trong 10s15A trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong 1/2 chu kỳ

- Điện áp cung cấp một chiều

+ Điện áp định mức: 24/48V khoảng cho phép 19 ÷ 58V

60/125V khoảng cho phép 48 ÷ 150V110/250V khoảng cho phép 88 ÷ 330V+ Công suất tiêu thụ:

+ Dòng đóng cắt cho phép: 30A trong 0,5s

6A với thời gian không hạn chế

- Đầu vào nhị phân

+ Điện áp làm việc: 24 ÷ 250V

+ Dòng điện tiêu thụ: 1,8 mA (độc lập với dòng điều khiển)

*) Các họ đường đặc tính thời gian cắt

Hình 1.6 Đường đặc tính dốc chuẩn Hình 1.7 Đường đặc tính rất dốc

Hình 1.8 Đường đặc tính cực dốc

*) Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên:

- Đặc tính dốc bình thường:

t: Thời gian tác động của bảo vệ (s)

tp: Bội số thời gian đặt (s)

I: Dòng điện sự cố (kA)

Ip: Dòng điện khởi động của bảo vệ (kA)

3.2 Tính toán chỉnh định bảo về rơ le cho máy biến áp

 Kết quả tính toán ngắn mạch phía hạ áp ( 35 kV) của máy biến áp:

Tổ đấu dây: Y/Y

1 Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

*/ Tính toán cho phía hạ áp:

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

- Thời gian tác động của bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía hạ áp lấy t1 = 0,2s

*/ Tính toán cho phía cao áp

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

Với rơle số thường lấy E R = (3 ÷ 5)%

tMC(n-1) – thời gian tác động của máy cắt cấp bảo vệ phía trước (tính từ phía tải), s

 Δt = t = 1002.4 t(n-1)max + tMC(n-1) + tqt + tdp

= 1002.4 0,2 + 0,04 + 0,04 + 0,07 = 0,17

 Thời gian tác động bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía cao áp t2 = 0,2 + 0,17 =0,37 s

3 Tính toán chỉ định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp

*/ Xác định các thông số trên đường đặc tính của bảo vệ:

- Giá trị dòng so lệch ngưỡng thấp:

Isl> = 0,3 Idb

I = 0,3

- Giá trị dòng so lệch ngưỡng cao:

I sl≫¿¿ ¿ = U1

n% = 3,051 100 = 32,8Chọn I sl≫¿¿ ¿ = 7,2 (mức nhà sản xuất khuyên dùng và cài đặt sẵn)

- Theo mặc định của nhà sản xuất một số giá trị sau:

tan α1 = 0,25; tan α2 = 0,5; I HCS¿

= 2,5

I H 1¿ = I sl>¿ ¿

tan α1¿ = 0,250,3 = 1,2

I H 2¿ = I HCS

¿ tan α2

tan α2−tan α1 = 0,5−0,252,5.0,5 = 5

I H 3¿ = I HCS¿

+ I sl≫¿¿

tan α2¿ = 2,5 + 7,20,5 = 16,9

*/ Xác định khả năng hãm của bảo vệ khi ngắn mạch ngoài vùng:

I sl¿ = (k dn k kck f i+ΔUU) I N max (CA)

(3)

I db(CA) = (1.1.0,1+0,1) 736192 = 0,72

I H¿ = 2 I N max ⁡(CA)

(3)

I db (CA) =2.736192 = 7,7

I nguong¿ = (I H¿

(3)

I db(CA) = 610192 = 3,2

- Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

I sl(tt)¿ = I sl¿ tan α1 = 3,2 0,25 = 0,8

Kn = I sl

¿

I¿sl(tt ) = 3,20,8 = 4 > 2 (thỏa mãn)

- Đặc tính bảo vệ của rơle như hình 3.1

Hình 3.1 Đặc tính bảo vệ rơ le so lệch dọc cho máy biến áp T7