Đồ án ngành hệ thống điện nguyễn văn nam

GVHD: TS.Nguyễn Trường Giang SVTH: Nguyễn Văn Nam 15 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE Trong chương này, ta đi tính toán dòng điện ngắn mạch được thực hiện đố

Trang 1

GVHD: TS.Nguyễn Trường Giang SVTH: Nguyễn Văn Nam

và quản lý

Trong dây chuyền sản xuất điện, Trạm biến áp (TBA) đóng vai trò "vận chuyển" điện năng từ nơi sản xuất (nhà máy điện/công ty phát điện) tới nơi tiêu thụ (hộ tiêu thụ) Chính vì vậy, việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng bất thường có thể xảy ra tại TBA; và theo đó là các phương thức và thiết bị bảo vệ phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự làm việc an toàn, hiệu quả và tin cậy cho TBA Xuất

phát từ lí do đó,em đã chọn đề tài tốt nghiệp : “THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV” làm đề tài thiết kế tốt nghiệp của mình

Nội dung chính của Đồ án thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220kV được tổ chức thành 5 chương Cụ thể:

Chương 1: Mô tả đối tượng bảo vệ,thông số chính

Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ thiết kế bảo vệ rơle

Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ

Chương 4: Giới thiệu tính năng và thông số các loại bảo vệ sử dụng

Chương 5: Tính toán các thông số cài đặt và kiểm tra sự làm việc cho các bảo

vệ

Trang 2

hộ và giúp đỡ quý báu đó

Ở đây, em xin được gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn đặc biệt tới một vài tổ chức, cá nhân Trước hết là, cho em gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Điện lực nói chung, Khoa

Kỹ thuật Điện nói riêng- nơi học tập và rèn luyện của em và các bạn trong suốt hơn bốn năm qua Tại nơi đây, em đã được học tập và rèn luyện trong một môi trường chuyên nghiệp, sáng tạo và năng động Tại nơi đây, em đã trưởng thành về mọi mặt: cả về kiến thức chuyên môn, lẫn tu dưỡng về đạo đức, lối sống Đóng góp cho sự trưởng thành về mọi mặt của cá nhân em, có sự giúp đỡ của các quý thầy cô - những người lái đò thầm lặng - đã giúp đỡ chúng em tu dưỡng và rèn luyện Các thầy, các cô là người cha, người

mẹ thứ hai của chúng em Tiếp đến, cho em được cảm ơn và lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Trường Giang - người thầy, người trực tiếp hướng dẫn chúng em trong học tập, cũng như thực hiện và hoàn thành Đồ án thiết kế tốt nghiệp này

Sau cùng, cho phép em gửi lời cảm ơn và tình yêu tới bố mẹ và gia đình đã dành cho

em những tình yêu thương, sự cổ vũ, động viên, và ủng hộ vô điều kiện trong suốt thời gian qua cũng như hành trình sống Cảm ơn bạn bè lớp D7-H4 đã luôn bên em trong học tập, nghiên cứu và trong cuộc sống

Trang 3

3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

4

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Trang 5

5

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 4

DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT 11

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ 12

1.1 Mô tả đối tượng bảo vệ 12

1.1.1 Giới thiệu chung 12

1.2 Các thông số chính 13

1.2.1 Hệ thống điện 13

1.2.2 Đường dây 13

1.2.3 Máy biến áp 14

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE 15

2.1 Khái niệm,nguyên nhân và hậu quả tính toán ngắn mạch 15

2.1.1 Khái niệm ngắn mạch 15

2.1.2 Nguyên nhân của ngắn mạch 15

2.1.3 Hậu quả của ngắn mạch 15

2.2 Mục đích tính toán ngắn mạch 16

2.3 Phương pháp thực hiện 17

2.3.1 Chọn đại lượng cơ bản và tính thông số các phần tử trong hệ đợn vị tương đối cơ bản 19

2.3.2 Sơ đồ và vị trí ngắn mạch tính toán 21

2.3.3 Lập sơ đồ thay thếthứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không tại điểm ngắn mạch 22

2.3.4 Thu gọn sơ đồ về điểm ngắn mạch 22

2.3.5 Tính các thành phần dòng ngắn mạch và tìm dòng điện qua BI 23

2.4 Chọn đơn vị cơ bản và tính các thông số các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 25

2.4.1 Công suất cơ bản 25

2.4.2 Điện áp cơ bản 25

2.4.3 Dòng điện cơ bản 25

2.4.4 Hệ thống điện 26

2.5 Sơ đồ 1 28

2.5.1 Tính toán ngắn mạch phía 220kV 28

2.5.2 Tính toán ngắn mạch phía 110kV 36

2.5.3 Ngắn mạch phía 35kV 43

Trang 6

6

2.6 Sơ đồ 2 44

2.6.1.Tính toán ngắn mạch phía 220kV 44

2.6.2.Tính toán ngắn mạch phía 110kV 52

2.6.3 Ngắn mạch phía 35kV 60

2.7 Kết luận 63

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 64

3.1 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ 64

3.1.1 Tác động nhanh 64

3.1.2 Tính chọn lọc 64

3.1.3 Yêu cầu độ nhạy 65

3.1.4 Độ tinh cậy 65

3.1.5 Tính kinh tế 65

3.2 Hư hỏng và các chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp 66

3.3 Nguyên lý bảo vệ và các thông số chính của từng loại bảo vệ 67

3.3.1 Bảo vệ so lệch có hãm 67

3.3.2 Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không 69

3.3.3 Bảo vệ rơ le khí 70

3.3.5 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng 72

3.3.6 Bảo vệ quá dòng thứ tự không 74

3.3.7 Bảo vệ cảnh báo chạm đất 75

3.3.8 Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 75

3.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 76

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG VÀ THÔNG SỐ CÁC LOẠI RƠLE SỬ DỤNG 77

4.1 Tóm lược lịch sử phát triển của các thiết bị bảo vệ 77

4.2 Hợp bộ bảo vệ so lệch 7UT613 78

4.2.1 Rơ le bảo vệ so lệch 7UT613 78

4.2.2 Đặc điểm của rơ le7UT613 78

4.2.3 Nguyên lý hoạt động chung của rơ le 7UT613 81

4.2.4 Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT613 83

4.2.5 Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơle 7UT613 87

4.2.6 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế của 7UT613 92

4.2.7 Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT613 95

4.2.8 Chức năng bảo vệ chống quá tải 95

4.3 Hợp bộ bảo vệ quá dòng 7SJ621 96

Trang 7

7

4.3.1 Giới thiệu tổng quan về rơle 7SJ621 96

4.3.2 Các chức năng bảo vệ 97

4.3.3 Nguyên lí hoạt động chung của rơle 7SJ621 98

4.3.4 Các chức năng bảo vệ trong rơle 7SJ621 100

4.3.5 Một số thông số kĩ thuật của rơle 7SJ621 103

4.4 Kết luận 106

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÁC RƠLE VÀ KIỂM TRA SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ 108

5.1 Chọn máy cắt, máy biến dòng, máy biến điện áp 108

5.1.1 Máy cắt điện 108

5.1.2 Máy biến dòng 110

5.1.3 Máy biến điện áp 111

5.2 Tính toán thông số của bảo vệ 112

5.3 Cài đặt và chỉnh định thông số cho Rơ le 7UT613 và 7SJ64 113

5.3.1 Bảo vệ so lệch dùng rơ le 7UT613 113

5.2.2 Bảo vệ hợp bộ quá dòng dùng rơ le 7SJ64 117

5.4 Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 118

5.4.1 Bảo vệ so lệch có hãm 118

5.4.2 Bảo vệ so lệch thứ tự không 123

5.4.3 Bảo vệ quá dòng có thời gian có hướng 124

5.5 Kết luận 125

Trang 8

8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Chương 2

Hình 2- 1 Lưu đồ thực hiện tính toán ngắn mạch 18

Hình 2- 2 Sơ đồ thay thế HTĐ 19

Hình 2- 3 Hình 2-3 Sơ đồ thay thế đường dây 20

Hình 2- 4 Sơ đồ thay thế MBA tự ngẫu 20

Hình 2- 5 Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 22

Hình 2- 6 Tính toán cho 2 điện kháng nối tiếp 23

Hình 2- 7 Tính toán cho 2 điện kháng song song 23

Hình 2- 8 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại phía 110kV, sơ đồ 1 36

Hình 2- 10 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại phía 35 kV, sơ đồ 1 43

Hình 2- 12 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại phía 220kV, sơ đồ 2 45

Hình 2- 13 Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại phía 110kV, sơ đồ 2 53

Hình 2- 14 Sơ đồ thay thế khi ngắn mạch tại phía 35kV, sơ đồ 2 60

Chương 3 Hình 3- 1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm dùng cho máy biến áp tự ngẫu 68

Hình 3- 2 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế cho máy biến áp tự ngẫu 69

Hình 3- 3 Sơ đồ cấu tạo Rơle khí 71

Hình 3- 4 Vị trí lắp đặt rơ le khí tại máy biến áp 71

Hình 3- 5 Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt cho máy biến áp 72

Hình 3- 6 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 76

Chương 4 Hình 4- 1 Cấu trúc phần cứng của rơ le 7UT613 82

Hình 4- 2 Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện trong rơle 7UT613 87

Hình 4- 3 Đặc tính tác động của rơle 7UT613 89

Hình 4- 4 Nguyên tắc hãm của chức năng bảo vệ so lệch trong 7UT613 91

Hình 4- 5 Nguyên lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT613 93

Hình 4- 6 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế 95

Trang 9

Trang 10

10

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Chương 1

Bảng 2- 1 Bảng giá trị các đại lượng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản 26

Bảng 2- 2 Giá trị dòng điện qua các BI khi ngắn mạch phía 220kV 62

Bảng 2- 3 Giá trị các dòng điện qua các BI khi ngắn mạch phía 110kV 62

Bảng 2- 4 Giá trị các dòng điện qua các BI khi ngắn mạch phía 35kV 63

Bảng 2- 5 Bảng tổng kết dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu qua các BI 63

Chương 3 Bảng 3- 1 Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp 67

Chương 5 Bảng 5- 1 Thông số tính toán 109

Bảng 5- 2 Thông số máy cắt lựa chọn 110

Bảng 5- 3 Thông số máy biến dòng lựa chọn 111

Bảng 5- 4 Thông số máy biến điện áp lựa chọn 112

Bảng 5- 5 Khai báo thông số MBA AT21 và AT22 113

Bảng 5- 6 Các thông số cài đặt cho 7UT613 116

Bảng 5- 7 Hệ số an toàn hãm của bảo vệ so lệch 121

Bảng 5- 8 Hệ số độ nhạy của bảo vệ so lệch 123

Trang 11

Trang 12

12

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ

Trong dây chuyền sản xuất điện, Trạm biến áp (TBA) đóng vai trò “vận chuyển” từ nơi sản xuất (Nhà máy điện/Công ty phát điện) đến nơi tiêu thụ (Hộ tiêu thụ) Bởi vậy, vai trò của Trạm biến áp là đặc biệt quan trọng Do đó, việc xây dựng và thiết kế phương thức bảo vệ cho Trạm biến áp cần được chú trọng nhằm đảm bảo Trạm biến áp được vận hành

và làm việc an toàn, tin cậy Trong chương này, đối tượng bảo vệ và các thông chính phục

vụ thiết kế được mô tả

1.1 Mô tả đối tượng bảo vệ

1.1.1 Giới thiệu chung

1) Định nghĩa

Máy biến áp [4] là thiết bị từ tĩnh, nguyên lí làm việc dựa trên nguyên lí cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác nhưng tần số không đổi

2) Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện

Để dẫn điện từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây truyền tải:

Hình1-1 Sơ đồ truyền tải điện năng trong hệ thống điện

Để truyền tải điện năng đi xa phải dùng các đường dây tải điện có điện áp cao để giảm tổn thất điện năng trên đường dây Để tăng điện áp lên cao ta phải dùng MBA

Như vậy, MBA được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật và góp phần vô cùng quan trọng trong 1 HTĐ để làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35 kV có :

Trang 13

+ Hệ thống điện 2 (HTĐ2) cung cấp đến thanh góp 110kV của trạm biến áp

+Phía hạ của trạm có điện áp 35kV để đưa đến các phụ tải

Đường dây 271 và 272 là loài dây ACO-400 , có chiều dài là L=38km

Căn cứ vào trang 198 [3] ta chọn thông số đường dây như sau:

Điện kháng thứ tự thuận : X1D = 0,405 Ω/km

Trang 14

14

Điện kháng thứ tự không : X0D = X1D

1.2.3 Máy biến áp

Loại máy biến áp: Máy biến áo tự ngẫu, có 3 cấp điện áp: 220/110/35 kV

Công suất danh định của mỗi máy biến áp là: Sdđ =Sdđ1 =Sdđ2 = 175MVA

+ Công suất danh định của máy biến áp[1]: là công suất mang tải của máy biến áp vận hành liên tục trong điều kiện điện áp, tần số định mức

+ Điện áp danh định máy biến áp: 231±8×1.25%/121/38.5 kV

+ Qui định với máy biến áp [ 2]: điện áp danh định lấy theo điện áp dây danh định là điện áp đo giữa 2 pha Các trị số điện áp danh định trên các đầu phân áp được ghi gồm

số nấc phân áp và điện áp danh định của từng đầu phân nấc

KẾT LUẬN

Đối tượng bảo vệ là Trạm biến áp 220kV liên kết với 2 hệ thống điện (HTĐ1, HTĐ2): HTĐ1 cấp nguồn tới Trạm biến áp qua lộ kép (đường dây 271, 272), còn HTĐ2 được liên kết với Trạm biến áp qua thanh góp C11 Trạm biến áp có 2 máy biến áp tự ngẫu AT21, AT22 có công suất 250MVA

Vì Trạm biến áp có 2 máy biến áp giống nhau nên chúng ta chỉ cần thực hiện xây dựng phương thức bảo vệ cho một máy biến áp Trong Đồ án này thực hiện xây dựng phương thức bảo vệ cho máy biến áp AT21

Trang 15

15

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE

Trong chương này, ta đi tính toán dòng điện ngắn mạch được thực hiện đối với các chế độ lựa chọn nhằm xác định dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất đi qua các vị trí đặt bảo vệ

2.1 Khái niệm,nguyên nhân và hậu quả tính toán ngắn mạch

2.1.1 Khái niệm ngắn mạch

Ngắn mạch[4] là sự cố xảy ra trong hệ thống điện (HTĐ) do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường

Trong hệ thống điện có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập 1 pha hay nhiều pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch

Trong hệ thống điện có trung tính cách điện hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng chạm chập 1 pha với đất gọi là chạm đất Dòng chạm đất chủ yếu là do điện dung các pha với đất

2.1.2 Nguyên nhân của ngắn mạch

Nguyên nhân [4] chủ yếu là do cách điện bị hỏng

+ Bị già cỗi khi làm việc lâu ngày,chịu tác động cơ khí gây vỡ nát,bị tác động của nhiệt độ phá hủy môi chất,xuất hiện điện trường mạnh làm phóng điện chọc thủng vỏ bọc…

+ Nguyên nhân cơ khí có thể do con người,do loài vật,do sét đánh…

+ Ngắn mạch còn có thể do thao tác nhầm,ví dụ :đóng điện sau sửa chữa quên tháo dây nối đất…

2.1.3 Hậu quả của ngắn mạch

Trang 16

16

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 HTĐ Tác dụng của dòng điện ngắn mạch có thể gây

ra [4]:

- Dòng điện tăng mạnh gây nóng cục bộ gây hỏng thiết bị;

- Sinh ra lực điện động giữa các phần của thiết bị điện,làm biến dạng hoặc gây vỡ các bộ phận (sứ đỡ,thanh dẫn );

- Gây sụt áp lưới điện,làm động cơ ngừng quay,ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc,thiết bị;

- Gây ra mất ổn định HTĐ,do các máy phát bị mất cân bằng công suất,quay theo những vận tốc khác nhau dẫn đến mất đồng bộ;

- Lúc ngắn mạch chạm đất, N(1), N(1,1) sinh ra dòng thứ tự không làm nhiễu các thiết

- Việc tính toán dòng ngắn mạch, bao gồm việc xác định dòng ngắn mạch lớn nhất (INmax) và dòng ngắn mạch nhỏ nhất ( INmin) đi qua các phần tử cần tính toán bảo vệ rơ

le để chọn thiết bị bảo vệ rơ le, chỉnh định cài đặt thông số và kiểm tra độ nhạy Đối với những nút có dòng ngắn mạch lớn ta có thể lựa chọn được kháng điện,MBA nhiều cuộn dây phân chia… nhằm mục đích giảm dòng ngắn mạch

Các giả thiết cơ bản để tính toán ngắn mạch [2]:

Trang 17

17

1) Tần số của hệ thống không đổi

Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch công suất của các máy phát thay đổi đột ngột, dẫn đến mất cân bằng mô men quay, tốc độ quay bị thay đổi trong quá trình quá độ Tuy nhiên ngắn mạch được tính toán ở giai đoạn đầu nên sự biến thiên tốc độ còn chưa đáng kể Giả thiết tần số hệ thống không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm đơn giản đáng kể phép tính

2) Bỏ qua bão hòa từ

Để đơn giản ta coi mạch từ của các thiết bị điện không bão hòa, khi đó điện cảm của phần tử là hằng số và mạch điện là tuyến tính Thực tế cho thấy sai số mắc phải là không nhiều

3) Bỏ qua phụ tải trong tính toán ngắn mạch

Khi bỏ qua phụ tải trong tính toán ngắn mạch thì kết quả tính toán cho ta trị số dòng ngắn mạch lớn hơn, chấp nhận được để lựa chọn thiết bị

4) Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của các phần tử

Nói chung trong bài toán thiết kế đòi hỏi độ chính xác không cao ta có thể:

+ Bỏ qua dung dẫn đường dây

+ Bỏ qua mạch không tải của MBA

+ Bỏ qua điện trở MBA, đường dây

5) Hệ thống sức điện động 3 pha của nguồn là đối xứng

Khi ngắn mạch không đối xứng, phản ứng phần ứng các pha lên từ trường quay không hoàn toàn giống nhau Tuy nhiên, từ trường vẫn được giả thiết quay đều với tốc

độ không đổi Khi đó sức điện động 3 pha luôn đối xứng Thực tế hệ số không đối xứng của các sức điện động không đáng kể

2.3 Phương pháp thực hiện

Trang 18

18

Chọn đại lượng cơ bản và tính các thông số phần tử trong hệ đơn vị tương đối

Xác định sơ đồ và vị trí ngắn mạch cần tính

Lập sơ đồ thay thế (TTT,TTN,TTK) tại điểm ngắn mạch

Thu gọn sơ đồ về điểm ngắn mạch , tính các điện kháng tổng X1∑ ; X2∑ ; X0∑.

Tính các thành phần dòng ngắn mạch đi qua BI tương ứng với các dạng ngắn mạch

Hình 2- 1 Lưu đồ thực hiện tính toán ngắn mạch

Trang 19

2 Điện áp cơ bản

Chọn điện áp cơ bản trung bình các cấp là:

{

Vcb1= 231 kV;

Vcb2 =121 kV;

Vcb3= 38.5 kV;

3 Dòng điện cơ bản

Dòng điện cơ bản được tính toán cho từng cấp điện áp tương ứng

Dòng điện cơ bản phía i:

HTÐ

Trang 20

20

EHT =1 trong các chế độ cực tiểu (min) và các chế độ cực đại (max):

5 X1HT =X2HT =

cb N

Trang 21

2.3.2 Sơ đồ và vị trí ngắn mạch tính toán

Dòng ngắn mạch phụ thuộc vào công suất nguồn, cấu trúc hệ thống, vị trí ngắn mạch và dạng ngắn mạch; hơn nữa 2 máy biến áp lại có cùng thông số Vì vậy, việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hai chế độ là cực đại và cực tiểu Cụ thể: Chế độ 1 : S1Nmax,S2Nmax vận hành1 MBA độc lập (AT21)

Chế độ 2 : S1Nmin, S2Nminvận hành 2 MBA song song

Vị trí điểm ngắn mạch:

Phía 220kV: Vị trí điểm ngắn mạch N1 và N1 ’

Trang 22

22

Hình 2- 5 Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch

2.3.3 Lập sơ đồ thay thếthứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không tại điểm ngắn mạch

Sơ đồ thay thế TTN tương tự như sơ đồ TTT,tuy nhiên không có nguồn

Sơ đồ thứ tự không được xây dựng với một số nguyên tắc sau:

+Dòng thứ tự không đi qua cuộn Y0 nên điện kháng cuộn Y0 có trong sơ đồ

+ Dòng TTK không đi qua cuộn đấu Y nên sơ đồ hở mạch tại cuộn Y

+ Dòng TTK quẩn trong cuộn  và không đi ra ngoài, vậy khi dòng TTK gặp cuộn tam giác thì sơ đồ nối qua điện kháng cuộn tam giác xuống trung tính

2.3.4 Thu gọn sơ đồ về điểm ngắn mạch

Bằng các phép biến đổi ghép nối tiếp và song song các điện kháng trong các sơ đồ thay thế , ta thu được các giá trị điện kháng tổng (X1∑,X2∑,X0∑)

Trang 23

23

Hình 2- 6 Tính toán cho 2 điện kháng nối tiếp

Hình 2- 7 Tính toán cho 2 điện kháng song song

2.3.5 Tính các thành phần dòng ngắn mạch và tìm dòng điện qua BI

Đối với trạm biến áp, phục vụ cho việc thiết kế bảo vệ cần tính toán các dạng ngắn mạch như sau:

+ Tính toán ở chế độ cực đại: Để tìm dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ cần tính ngắn mạch ba pha N(3), ngắn mạch một pha N(1) và ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1).

+ Tính toán ở chế độ cực tiểu: Để tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ cần tính ngắn mạch hai pha N(2), hai pha chạm đất N(1,1) và ngắn mạch một pha N(1) (dễ thấy giá trị dòng ngắn mạch IN(2) < IN(3) )

Vì cuộn hạ áp máy biến áp 35kV nối tam giác là lưới trung tính cách đất nên dòng chạm đất có trị số rất nhỏ,nhỏ hơn cả dòng làm việc rất nhiều Do đó không cần tính toán các chế độ sự cố ngắn mạch chạm đất tại điểm N3 Vì vậy, ta chỉ tìm dòng ngắn mạch ba pha N(3)

Sau khi biến đổi sơ đồ thay thế về dạng đơn giản và tính được các giá trị điện kháng

X1∑, X2∑, X0∑ ta tiến hành bước tiếp theo là tính toán các dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch tương ứng với các dạng ngắn mạch khác nhau

X1

N

X2

Trang 24

24

(3) N

1

E I

Trang 25

25

Căn cứ vào vị trí ngắn mạch trước hoặc sau BI để tính toán các thành phần dòng ngắn mạch TTT, TTN, TTK từ đó kết hợp với các kiến thức đã học và tài liệu [2] để tính toán dòng ngắn mạch đi qua các BI tương ứng với các phía

2.4 Chọn đơn vị cơ bản và tính các thông số các phần tử trong hệ đơn vị tương đối

cơ bản

Sử dụng các công thức ở 2.3.1

2.4.1 Công suất cơ bản

Ta chọn công suất cơ bản: Scb=100MVA

2.4.2 Điện áp cơ bản

2.4.3 Dòng điện cơ bản

Dòng điện cơ bản tương ứng với các cấp điện áp là:

Cấp điện áp 220kV có Vcb =231 (kV)

Icb1 = Scb

√3 × Vcb1 = 100

√3 × 231 = 0.250 (kA) Cấp điện áp 110kV có Vcb =121 (kV)

Icb2 = Scb

√3 × Vcb2 = 100

√3 × 121 = 0.477 (kA) Cấp điện áp 35kV có Vcb =38.5 (kV)

Trang 26

V cb (kV)

I cb (kA)

X0HTĐ1max = 0.8 × X1HTĐ1max = 0.8 × 0.087 = 0.069 Chế độ cực tiểu:

+ Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch:

X1HTĐ1min = X2HTĐ1min = Scb

S1Nmin =

100747.5 = 0.134 + Điện kháng thứ tự không:

X0HTĐ1min = 0.6 × X1HTĐ1min = 0.6 × 0.134 = 0.08

Trang 27

- Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch:

Đường dây 271 và 272: Loại dây ACO-400,có chiều dài L=35 km

Lấy khoảng cách trung bình giữa các dây là 8m thì:

Điện kháng trên một kilomet đường dây: X0=0.405 /km

Đường dây 271 và 272:

X1-271 = X2-271 = X1-272 = X2-272 = X0 × L × Scb

Vcb2 = 0.405 × 35 × 100

2312 = 0.027

Trang 28

Máy biến áp có Sdđ1 = 175 MVA

Điện kháng các cuộn dây:

2.5 Sơ đồ 1 (S 1Nmax , S 2Nmax , AT 1 làm việc )

2.5.1 Tính toán ngắn mạch phía 220kV (Ngắn mạch tại N 1 và N 1 ’ )

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

Trang 29

29

Hình 2 1 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại phía 220kV, sơ đồ 1

Sơ đồ thứ tự không:

Hình 2 2: Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại phía 220kV, sơ đồ 1

Sơ đồ TTK trường hợp SNmax , 1 MBA làm việc

X1∑ = (X1HTĐ1max +

X1-271

2 ) × (XC + XT + X1HTĐ2max )(X1HTĐ1max + X1-271

2 ) + ( XC + XT + X1HĐT2max )

= ( 0.087 +

0.027

2 ) × (0.063 + 0.043)(0.087 + 0.0272 ) + ( 0.063 + 0.043) = 0.052 Điện kháng thay thế thứ tự nghịch:

Trang 30

30

X2∑ = X1∑ = 0.052 Tính toán điện kháng thứ tự không:

X0∑ = X01 × (XC + X02)

X01 + (XC + X02) =

0.083 × (0.063 + 0.02)0.083 + (0.063 + 0.02) = 0.04

a, Tính toán ngắn mạch tại điểm N 1

IfN1(BI1)=I∑× X1HTĐ1max+

X1-2712(X1HTĐ1max+X1-271

2 ) +(XC+XT+X1HTĐ2max)

0.0272(0.087+0.0272 ) +(0.063+0.043)=9.36 + Khi ngắn mạch tại N1 ’ :

Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 là:

IfN1 ’(BI1) = I∑- I1N1(BI1) =19.23 – 9.36 = 9.87

Trang 31

XΔ1=X2∑+X0∑=0.052+0.04 = 0.092 Các thành phần đối xứng chạy qua các điểm ngắn mạch của pha sự cố là:

Phân bố dòng TTT, TTN phía MBA và phía HTĐ1 :

I0N1(BI1) = I0∑× X01

X01+ (XC + X02) = 6.944 ×

0.0820.082 + (0.063 + 0.02) = 3.45

I0N1(BI2) = I0N1(BI1) × XH

X0HTĐ2max + XH)= 3.45 ×

0.1080.026 + 0.108) = 2.78

I0N1(BI3) = 0 Phân bố dòng qua các BI :

Ngắn mạch tại N1 :

Trang 32

If(-0)N1 (BI1) = IfN1(BI1)–I0N1(BI1) = 10.208 – 3.45 = 6.758

IfN1 ’(BI1) = |I1N1 ’(BI1) +I0N1 ’(BI1) + I2N1 ’(BI1)| = |3.565 + 3.565+ 3.494| = 10.624

Dòng điện chạy qua BI1 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

If(-0)N1 ’(BI1) = IfN1 ’(BI1)– I0N1 ’(BI1) = 10.624 – 3.494 = 7.13

Trang 33

I1∑ = E

X1∑ + XΔ(1,1) =

10.052 + 0.022 = 13.514

I2∑ = -I1∑ × X0∑

X2∑ + X0∑ = -13.514 ×

0.040.052 + 0.04 = -5.875

I0∑ = -I1∑ × X2∑

X2∑ + X0∑ = -13.514 ×

0.0520.052 + 0.04 = -7.638 Phân bố dòng TTT, TTN phía HTĐ1 và phía MBA:

I2N1(BI1) = I2∑ × X2HTĐ1max+ XD12

(X2HTĐ1max+ XD12)+(XC + X2HTĐ2max)

Trang 34

I0N1(BI1) = I0∑ × X01

X01+(XC+X02) = -7.638 ×

0.0820.082 + (0.063 + 0.02) = -7.546

I0N1(BI2) = I0N1(BI1) × XH

X0HTĐ2max +XH = -7.546×

0.1080.026 +0.108 = -6.082

I0N1(BI3)=0 Phân bố dòng qua các BI :

I220kVN(1,1) = 3 × I0N1(BI1) × Icb1 = 3 × 7.546 × 0.250 = 5.659

Trang 35

35

I110kVN(1) = 3 × I0N1(BI2) × Icb2 =3 × 6.082 × 0.477 = 8.703

IBI0 = 8.703 – 5.659 = 3.044 Dòng điện pha sự cố chạy qua các BI đã loại trừ thành phần dòng điện thứ tự không:

I1N1 ’(BI1) = I1∑ - I1N1(BI1) =13.514 -6.577 = 7.037

I2N1 ’(BI2) = I2∑ - I2N1(BI1) = -5.875 - (-2.859) = -3.016

I0N1 ’(BI1) = I0∑ - I0N1(BI1)= -7.638 - (-7.546) = -0.092 Dòng điện của pha sự cố chạy qua BI1 là:

If(-0)N1 ’(BI1) = IfN1 ’(BI1)–I0N1 ’(BI1)= -1.416 + j0.435 + 0.092

= -1.508+ j0.435 = 1.569∠163.909

Trang 36

36

2.5.2 Tính toán ngắn mạch phía 110kV (Ngắn mạch tại N 2 và N 2 ’ )

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch (TTN có E1HTĐ = 0 và E2HTĐ = 0 )

Hình 2- 8 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại phía 110kV, sơ đồ 1

Sơ đồ thay thế thứ tự không:

Hình 2- 9 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại phía 110kV, sơ đồ 1

Điện kháng thay thế thứ tự thuận:

X1∑ = (X1HTĐ1max + XD12 + XC ) × X1HTĐ2max

X1HTĐ1max + XD12 + XC+ X1HTĐ2max)

= (0.087 + 0.0135 + 0.063 ) × 0.043(0.087 + 0.0135)+ 0.063 + 0.043 = 0.034 Điện kháng thay thế thứ tự nghịch:

X2∑ = X1∑ = 0.034 Tính toán điện kháng thứ tự không:

Trang 37

37

X01 = XH × (XC + X0HTĐ1max + XD12)

XH + (XC + X0HTĐ1max + XD12)

= 0.108 × (0.063 + 0.069 + 0.0135)0.108 + 0.063+ 0.069 + 0.0135 = 0.062 Điện kháng thứ tự không là:

X0∑ = X0HTĐ2max × X01

X0HTĐ2max + X01 =

0.026 × 0.062 0.026 + 0.062 = 0.018

IfN2 ’(BI2) = I∑ - I1N2(BI2) = 29.412 – 12.39 = 17.022

I1N2(BI1)= 17.022

Trang 38

I1∑ = I2∑ = I0∑ = E

X1∑ + XΔ1 =

10.034 + 0.052 = 11.628 Phân bố dòng TTT, TTN phía MBA và phía HTĐ2 :

I0N2(BI2) = I0∑ × X0HTĐ2max

X0HTĐ2max + X01 = 11.628×

0.026 0.026 + 0.082 = 2.8

Ngắn mạch tại N2:

Trang 39

39

IfN2(BI1) = |I1N2(BI1) + I0N2(BI1) + I2N2(BI1)| = |2.421 + 2.421 + 1.192| = 6.034

IfN2(BI2) = |I1N2(BI2) + I0N2(BI2) + I2N2(BI2)| = |2.421 + 2.421 + 2.8| = 7.642

IfN2(BI3) = 0 Dòng điện chạy qua dây trung tính:

I220kVN(2) = 3 × I0N2(BI1) × Icb1 = 3 × 1.192 × 0.250 = 0.894

I110kV N(2) = 3 × I0N2(BI2) × Icb2 = 3 × 2.8× 0.477 = 4

IBI0 =4 – 0.894 =3.106 Dòng điện chạy qua BI1, BI2, BI3 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

If(-0)N2 (BI1) = IfN2(BI1) – I0N2(BI1) = 6.034 – 1.192 = 4.842

If(-0)N2 (BI2) = IfN2(BI2) – I0N2(BI2) = 7.642 – 2.8 = 4.842

If(-0)N2 (BI3) = IfN2(BI3)–I2N2(BI3) = 0 Ngắn mạch tại N2 ’:

I1N2 ’(BI2) = I2N2’(BI2) = I1∑ - I1N2(BI2) = 11.628 – 2.421 = 9.207

I0N2 ’(BI2) = I0∑- I0N2(BI2) = 11.628 – 2.8= 8.828 Dòng điện của pha sự cố chạy qua BI2 là:

IfN2 ’(BI2) = I1N2 ’(BI2) + I2N2’(BI2) + I0N2 ’(BI2) = 9.207 + 9.207 + 8.828 = 27.242

Dòng điện chạy qua BI2 đã loại trừ thành phần thứ tự không là:

If(-0)N2 ’(BI2) = IfN2 ’(BI2)–I0N2 ’(BI2) = 27.242 – 8.828= 18.414 Các dòng qua cácBI còn lại đều không thay đỏi, giống như ngắn mạch N2

Trang 40

I1∑ = E

X1∑ + XΔ(1,1) =

10.034 + 0.012 = 21.739

I2∑ = -I1∑ × X0∑

X2∑ + X0∑= -21.739 ×

0.0180.034 + 0.018 = -7.525

I0∑ = -I1∑ × X2∑

X2∑ + X0∑= -21.739 ×

0.0340.034 + 0.018 = -14.214 Phân bố dòng thứ tự thuận, nghịch phía hệ thống 2 và phía MBA:

I2N2(BI2) = I2∑ × X2HTĐ2max

(X2HTĐ1max + XD12)+ (XC + X2HTĐ2max)

(0.087 + 0.0135) + (0.063 + 0.043) = -1.567

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	2,26 MB