Đồ án tốt nghiệp tran thi ngoc anh

GVHD: TS.Vũ Thị Thu Nga 3 Sinh viên: Trần Thị Ngọc Anh CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE Mục đích của việc tính toán ngắn mạch: Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán

Trang 1

GVHD: TS.Vũ Thị Thu Nga 1 Sinh viên: Trần Thị Ngọc Anh

CHƯƠNG 1

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

1.1 Mô tả đối tượng được bảo vệ

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 220/110/35 kV có 2 máy biến áp (MBA) B1 và B2 mắc

song song với nhau Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai nguồn của HTĐ1 và HTĐ2

Hệ thống điện HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây D1,

hệ thống điện HTĐ2 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây D2

Phía trung áp 110kV và hạ áp 35kV cấp điện cho phụ tải

N1'

N2 N2'

N3'

N3 BI4

Hình 1.1.Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ của trạm biến áp

1.2 Các thông số chính

Hệ thống điện: Hệ thống điện có trung tính nối đất

HT1: Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SN1 max = 1800 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu:

SN2 min = 0,75.SN2 max= 0,751800 = 1350 MVA

Điện kháng thứ tự không: X0H1 = 1,2.X1H1

Trang 2

HT2: Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SN2 max = 1500 MVA

Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu:

SN2 min = 0,75.SN2 max= 0,751500 = 1125 MVA

Điện kháng thứ tự không: X0H2 = 1,5.X1H1

Đường dây:

Đường dây D1: Chiều dài đường dây: L1 = 60 km

Loại dây AC_240 Z1=0,131 + j0,401 Ω/km Z0=0,131 + j0,8 Ω/km

Đường dây D2: Chiều dài đường dây: L2 = 70 km

Loại dây ACO_300 Z1=0,108 + j0,392 Ω/km Z0=0,108 + j0,784 Ω/km

Máy biến áp:

Loại máy biến áp 3 cuộn dây

Có 3 cấp điện áp: 230/121/38,5 kV Công suất: 125/125/62,5 MVA

Sơ đồ đấu dây: YN-Auto-d11 (Y0-∆-11) Điện áp ngắn mạch phần trăm các cuộn dây:

Trang 3

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Mục đích của việc tính toán ngắn mạch: Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn

mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất (INM max) đi qua đối tượng

được bảo vệ để cài đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ

nhất (INM min) để kiểm tra độ nhạy của chúng

Phương pháp thực hiện: Ta xét tất cả các phương án ngắn mạch của hệ thống điện

 Chế độ làm việc: Công suất ngắn mạch lớn nhất (SN max) hoặc công suất ngắn mạch

bé nhất (SN min)

 Cấu hình của lưới điện: đặc trưng bằng số phần tử làm việc song song

SN max: 2 máy biến áp (MBA), 2 đường dây làm việc song song

SN min: 1 MBA, 1 đường dây làm việc

- Vị trí điểm ngắn mạch:

Phía I: Vị trí điểm ngắn mạch N , 1 N 1'

Phía II: Vị trí điểm ngắn mạch N , 2 N '2

Phía III: Vị trí điểm ngắn mạch N , 3 N '3

N3'

N3

BI 4

Trang 4

- Dạng ngắn mạch:

- Để xác định dòng điện ngắn mạch cực đại (INM max) ta xét các dạng ngắn mạch ba

pha đối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất

- Để xác định dòng điện ngắn mạch cực tiểu (INM min) ta xét các dạng ngắn mạch

hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

Từ đó ta có các sơ đồ tính toán như sau:

Sơ đồ 1: SN max (2 đường dây song song), 1 MBA làm việc

Sơ đồ 2: SN max(2 đường dây song song), 2 MBA làm việc

Sơ đồ 3: SN min (1 đường dây), 1 MBA làm việc

Sơ đồ 4: SN min (1 đường dây), 2 MBA làm việc

Giả thiết cơ bản để tính toán ngắn mạch

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 một số 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 các MBA

- Bỏ qua điện trở MBA, đường dây

Trang 5

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]

Để cho việc tính toán đơn giản ta dùng hệ đơn vị tương đối cơ bản

- Hệ thống

Áp dụng công thức: cb

H N

SXS



``

Trang 6

S

U = 0,8 60 2

100

230 = 0,0907

Trang 7

 Đường dây D2:

X1D2 = X2D2 = X2.L2 cb

2 cb

Trang 8

SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH NGẮN MẠCH

- Sơ đồ thứ tự thuận (nghịch E = 0)

X1D10,0455

X1H1max0,0556

X1H2max0,0667

X1D20,0519

XC0,086

XT=0

XH0,05

XC0,086

XT=0

XH0,05

E

X1H2min0,0889

X1H1min0,0741

- Sơ đồ thay thế thứ tự không

X0D10,0907

XC0,086

XT=0

XH0,05

XC0,086

XT=0

XH0,05

X0H1max

0,0667

X0D20,1037

Trang 9

2.1 Sơ đồ 1: S N max (2 đường dây song song), 1 MBA làm việc

2.1.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1 ,N 1 ’)

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0)

X1D10,0455

X1H1max0,0556

X1H2max0,0667

X1D20,0519

Trang 10

Đổi sang hệ đơn vị có tên: I(3)IN I*(3)IN Icb1=18,315 0, 251 4,5971 kA

Phân bố dòng điện đi qua BI:

Trang 11

Trang 12

Trang 13

Trang 14

- Sơ đồ thay thế thứ tự không

Trang 15

Trang 16

Dòng điện qua dây trung tính MBA:

Trang 17

Trang 18

Dòng điện qua dây trung tính của MBA:

Trang 19

2.1.3 Ngắn mạch phía III (điểm ngắn mạch N3 ,N 3 ’)

Do cuộn hạ áp của MBA nối tam giác nên trong trường hợp này ta chỉ cần tính toán

Trang 20

X1H1max0,0556

X1H2max0,0667

X1D20,0519

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Dòng thứ tự không chạy qua cuộn cao mỗi MBA:

Trang 25

Trang 26

II 1

Trang 27

C 0H

0,1307X

22

Trang 28

Trang 29

C 0H

0,1307X

22

Trang 30

Dòng thứ tự không qua cuộn chung MBA

- Ngắn mạch tại N2’:

Trang 31

2.2.3 Ngắn mạch phía III (điểm ngắn mạch N 3 , )

Do cuộn hạ áp của MBA nối tam giác nên trong trường hợp này ta chỉ cần tính toán

Trang 32

Phân bố dòng điện đi qua các BI:

- Khi ngắn mạch tại N 3

1

3

N I 0

N III 0

2.3 Sơ đồ 3: S N min (1 đường dây), 1 MBA làm việc

Để tìm INM min trong trường hợp 1 đường dây 1 MBA làm việc thì ta sẽ chọn đường dây có

kháng điện lớn hơn vì kháng điện tỷ lệ nghịch với INM, và trong trường hợp này đường dây

có kháng lớn hơn là đường dây D2 có XD=0,0519, nối với HTĐ 2 có XH2min=0,0889

X1H2min0,0889

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Trang 36

Trang 37

- Khi ngắn mạch tại N : I'2 BI1=0,9584 kA

Dòng qua các BI còn lại bằng không

Trang 38

Trang 39

Trang 40

Trang 41

2.3.3 Ngắn mạch phía III (Điểm ngắn mạch N 3 ,N 3 ’ )

Trang 42

Phân bố dòng điện đi qua BI:

- Khi ngắn mạch tại N : I'3 BI1=0,7853 kA

Dòng qua các BI còn lại bằng không

2.4 Sơ đồ 4: S N min (1 đường dây), 2 MBA làm việc

2.4.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1 , N 1 ’)

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0)

X1H2min0,0889E

X1D20,0519

Trang 43

2.4.1.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Điện kháng phụ:

0 0

Trang 44

4

BI

I  1,1865 kA

Dòng qua các BI còn lại bằng 0

Trang 45

Trang 46

XC0,086

U0N

XH0,05

XT=0

Trang 47

*(2) II N

Trang 48

2.4.2.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Điện kháng phụ:

0 0

2 2

X X

Trang 49

2

1 1BI

Trang 50

Đổi sang hệ đơn vị có tên:

Trang 51

Trang 52

2.4.3 Ngắn mạch phía III (điểm ngắn mạch N3 , N 3 ’)

*(2) II N

Trang 53

Chế độ Max có 2 MBA

làm việc

N(1,1) -0,5886 3,668 0 0 0 0 -1,7657 -1,7657 N(1) 0,5644 4,2226 0 0 0 0 1,6931 1,6931

Chế độ Min có 1 MBA

làm việc

N(1,1) -0,5087 1,6923 0 0 0 0 -1,526 1,526 N(1) 0,4333 1,6128 0 0 0 0 1,3001 0,7459

Chế độ Min có 2 MBA

làm việc

N(1,1) -0,3955 1,7521 0 0 0 0 -1,1865 -1,1865 N(1) 0,2914 1,7088 0 0 0 0 0,8743 0,8743

Trang 54

Bảng 2-2 Giá trị dòng điện qua các BI khi NM phía 110kV

Chế độ Max

có 2 MBA

làm việc

N(3) 1,2859 1,2859 2,4436 -2,4436 0 0 0 0 N(1,1) 1,2444 1,2444 2,1132 2,1132 0 0 -5,3898 -5,3898 N(1) 1,2288 1,2288 3,2943 3,2943 0 0 3,0747 3,0747

Chế độ Min

có 2 MBA

làm việc

N(2) 0,5913 0,5913 1,1238 -1,1238 0 0 0 0 N(1,1) 0,6712 0,6712 1,9194 -1,9194 0 0 -2,9788 -2,9788 N(1) 0,669 0,669 1,9071 1,9071 0 0 1,7526 1,7526

Bảng 2-3 Giá trị dòng điện qua các BI khi NM phía 35 kV

Trang 55

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ VÀ RƠLE ĐƯỢC SỬ DỤNG

3.1 Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA

Để lựa chọn phương thức bảo vệ hợp lý cho MBA, chúng ta cần phải phân tích những

dạng hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của nó

Những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của MBA được phân ra làm hai

nhóm: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

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;

- Hư hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp;

- Thùng dầu bị hỏng hoặc rò dầu

Hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường bên ngoài MBA bao gồm:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống;

- Ngắn mạch một pha trong hệ thống;

- Quá tải;

- Quá bão hòa mạch từ

Các loại bảo vệ thường dùng cho MBA

Tùy theo công suất của MBA, vị trí và vai trò của MBA trong hệ thống mà người ta có

thể chọn phương thức bảo vệ thích hợp cho MBA Những loại bảo vệ thường dùng để

chống các sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp được cho trong

bảng 3.1

Trang 56

Bảng 3.1 Các loại bảo vệ thường dùng cho MBA

Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, sự cố

chạm đất

So lệch có hãm (bảo vệ chính) Khoảng cách (bảo vệ dự phòng) Quá dòng có thời gian

Quá dòng thứ tự không Chạm đất các vòng dây

Thùng dầu thủng hoặc rò dầu

Rơ le khí (Buchholz)

Hình ảnh nhiệt

3.2 Các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ

Trong quá trình vận hành, hệ thống điện (HTĐ) có thể rơi vào tình trạng sự cố và chế độ

làm việc không bình thường như: hư hỏng cách điện, ngắn mạch giữa các vòng dây, vỏ máy

biến áp bị rò rỉ, mức dầu trong máy biến áp giảm quá mức cho phép

Phần lớn các sự cố xảy ra thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện áp

giảm xuống thấp quá mức cho phép dẫn đến phá hủy các thiết bị điện Do đó sự cố cần

được loại trừ nhanh chóng để đảm bảo không làm hư hỏng các phần tử còn tốt trong HTĐ

và không gây nguy hiểm cho người vận hành Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và

loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống càng nhanh càng tốt, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa

những hậu quả của sự cố

Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ cho các HTĐ là các rơle với các

tính năng và nhiệm vụ khác nhau.Khái niệm rơle được dùng chỉ một tổ hợp thiết bị nhằm

thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn

bộ hệ thống Các rơle bảo vệ thường phải thỏa mãn các yêu cầu chung như sau: tác động

nhanh, tính chọn lọc, yêu cầu về độ nhạy, độ tin cậy và tính kinh tế

Trang 57

3.2.1 Tác động nhanh

Khi phát sinh ngắn mạch, thiết bị điện phải chịu tác động của lực động điện và tác dụng

nhiệt do dòng ngắn mạch gây ra Vì thế việc phát hiện và cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch

sẽ hạn chế được mức độ hư hỏng của các phần tử đó, nâng cao hiệu quả của thiết bị tự động

đóng lại mạng lưới điện và hệ thống thanh cái, rút ngắn được thời gian sụt áp ở các hộ tiêu

thụ và tăng khả năng giữ ổn định cho HTĐ Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử

bị sự cố càng nhanh càng tốt

3.2.2 Tính chọn lọc

Đây là khả năng phát hiện và cách ly đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.Cấu hình

của HTĐ càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn Theo

nguyên lý làm việc, các bảo vệ được phân thành hai loại:

- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong

phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các

phần tử lân cận

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được

bảo vệ còn thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, phải có

sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống

3.2.3 Yêu cầu về độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho khă năng “cảm nhận” sự cố của hệ thống bảo vệ, nó được biểu

diễn bằng hệ số độ nhạy, tức là tỷ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự

cố với ngưỡng tác động của nó Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với

nó cũng khác nhau Các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng

từ 1,5 đến 2, các bảo vệ dự phòng từ 1,2 đến 1,5

3.2.4 Độ tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn Người ta phân biệt:

- Độ tin cậy khi tác động: là khă năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong

phạm vi bảo vệ

- Độ tin cậy không tác động: là khả năng bảo vệ sẽ không tác động khi làm việc bình

thường và sự cố ngoài vùng bảo vệ

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	2,46 MB