Đồ án tính toán bảo vệ rơ le lưới 22kv ứng dụng phần mềm Etap

Đồ án tính toán bảo vệ rơ le lưới 22kv ứng dụng phần mềm Etap , thực hiện các tính toán thông thường cho rơ le tuy nhiên có ứng dụng phần mềm Etap để kiểm tra sự phối hợp làm việc của các bảo vệ trong hệ thống phân phối điện 22kV

Trang 1

Nguyễn Văn Hào – 1510899

THIẾT KẾ ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI 22kV

Trang 2

 Đối với phát tuyến chính: Lựa chọn theo mật độ dòng kinh tế

(kiểm tra lại theo điều kiện sụt áp)

 Đối với các nhánh: Lựa chọn theo độ sụt áp cho phép (∆Ucp% = 5%)

Với : Tmax = Tmax,22kV = 3600h/năm

Đồ án này chỉ trình bày tính toán và bảo vệ lưới 22kV, nên sẽ sử dụng các thông số công suất, thông số MBA 110/22 kV có sẵn được trình bày trong mục 2.3 chương 2

Để thuận lợi cho việc tính toán Đồ án chỉ xét trường hợp hai máy cắt phân đoạn hai thanh cái 110kV và 22kV cùng đóng

Sơ đồ lưới phân phối 22kV, các thông số phát tuyến chính và nhánh được cho trong hình 1.1 và bảng 1.1

Trang 3

Hình 1.1 :Sơ đồ lưới phân phối 22KV

Đoạn 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 2-7 3-8 4-9 9-10 10-11 5-12 12-13 Khoảng cách 2 2 2 4 2 3 3 2 1.5 1.5 4 1

Bảng 1.1:Thông số mạng 22KV

Trang 4

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN CHỌN DÂY DẪN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 22kV

1.1Lựa chọn dây dẫn cho phát tuyến chính

Phát tuyến chính là đoạn từ nút 1 đến nút 6 Đoạn đường dây này sẽ được lựa chọn

theo phương pháp mật độ dòng kinh tế

I  : dòng điện làm việc cực đại

Với Sbt,max=10MVA, Udm=22KV:

k

Jkt – mật độ kinh tế của dòng điện, phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn và thời gian sử

dụng công suất cực đại Tmax trong một năm:

Giả sử Tmax = Tmax,22kV = 3650h/năm

Chọn dây dẫn thuộc loại Cáp nhôm lõi thép cách điện bằng giấy bọc cao su

với jkt = 1.4 A/mm2 (theo Quy phạm trang bị điện của bộ công nghiêp, năm 2008)

j



 Theo kết quả tính toán trên, dây dẫn sẽ được chọn có tiết diện gần với giá trị

187.45 mm2, tuy nhiên để đảm bảo khả năng mở rộng công suất truyền tải của dây

dẫn ta sẽ chọn dây có tiết diện 240mm2 (AC240)

Trang 5

Bảng 1.2: Thông số dây AC240

1.1.1Kiểm tra theo dòng điện cho phép lâu dài

Dây dẫn được chọn phải thỏa mãn: Icp*k1*k2*k3 ≥ Icb.max

Trong đó:

 K1 – hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường xung quanh (0.88)

 K2 – hệ số điều chỉnh phụ thuộc số dây song song (0.9)

 K3 – hệ số phụ thuộc cách đặt dây dần (1)

Suy ra:Icp*k1*k2*k3 = 610*0.88*0.9 = 483.12(A)

Mà Icb,max = 262.43A

Vậy AC240 thỏa mãn điều kiện theo dòng điện cho phép

1.1.2 Kiểm tra theo điều kiện sụt áp cho phép:

Độ sụt áp trên dây dẫn tính đến cuối đường dây phải bé hơn độ sụt áp cho phép:

Trang 6

∆U1 –5% =U%  1.207 + 0.845 + 0.724 + 0.724 + 0.121=3.621%< ∆Ucp%=5%

Vậy dây AC240 thỏa mãn điều kiện sụt áp

1.2 Lựa chọn dây dẫn cho nhánh

Lưới phân phối có các nhánh với chiều dài như sau:

Nhánh 5 – 13 4 – 11 3 – 8 2 - 7

Sụt áp cho phép trên các nhánh:

∆Ucp,5-13% = ∆Ucp% - ∆U1-5 = 5 – (1.207 + 0.845 + 0.724 + 0.724) = 1.5%

∆Ucp,4- 11% = ∆Ucp% - ∆U1-4 = 5 – (1.207 + 0.845+ 0.724) = 2.224%

∆Ucp,3- 8% = ∆Ucp% - ∆U1-3 = 5 – (1.207 +0.845) = 2.948%

∆Ucp,2-7% = ∆Ucp% - ∆U1-2 = 5 – 1.207 = 3.793%

Trang 7

Tính toán đẳng trị cho các nhánh:

***Khi gặp tải phân bố đều ta thay bằng tải tập trung giữa đường dây

Các nhánh 4-11; 5-13 cần tính toán đẳng trị lại như sau:

Nhánh 4-11: Ta quy phụ tải phân bố đều và chính giữa đoạn 8-9 (tại vị trí số 14), sau đó quy về cuối nhánh

Trang 8

Hình 1.2: Sơ đồ tương đương lưới 22kV

Kết quả đẳng trị, ta được 4 nhánh với 4 tải tập trung với công suất lần lượt là

1.8MVA, 2.1MVA,1MVA Và 3MVA

Việc lựa chọn tiết diện dây sẽ được xác định dựa vào công thức tính độ sụt áp trên

o dt

Trang 9

Với giá trị x0 được chọn trong khoảng 0.35 – 0.4, ở đây ta lấy x0 = 0.35 Ω/km

Dây dẫn được chọn phải có:

r0 < r0,tinh_toán :Để đảm bảo có sụt áp không quá cho phép

Icp > Ilv,max_nhánh :Để đảm bảo khả năng chịu dòng

1.2.1 Nhánh thứ nhất : Đoạn 5-13

2 6 , ,5 13

Kết quả tra bảng ta tìm thấy dây AC50 có thông số như sau:

Loại dây R0 (Ω/km) Dòng cho phép (A) Bán kính (mm)

Trang 10

2 6 , ,4 11

Kết quả tra bảng ta tìm thấy dây AC-35 có thông số như sau:

r0 = 0.85 < r0,tính_toán = 1.02 Thỏa

Icp =175 > Ilv.max = 55.11 Thỏa Với dây AC-35 và cách bố trí dây đã chọn ( Dtb = 1.2m) thì điện kháng của dây dẫn

r0 = 3.12 < r0,tính_toán = 5.68 Thỏa

Icp =80 > Ilv.max = 26.24 Thỏa

Trang 11

Với dây AC-10 và cách bố trí dây đã chọn ( Dtb = 1.2m) thì điện kháng của dây dẫn

Trang 12

Như vậy ta đã chọn được dây dẫn cho từng nhánh thỏa mãn điều kiện sụt áp cho phép, tuy nhiên để đàm bảo cho khả năng mở rộng lưới điện về sau đồng thời tạo tính đồng nhất ta chọn dây AC 50 cho cả 4 nhánh

Tra phụ lục 2.1 trang 116 sách thiết kế mạng điện- thầy Hồ Văn Hiến

Lọai dây R0 (Ω/km) Dòng cho phép (A) Bán kính (mm)

Bán kính (mm)

Phát tuyến chính (1-6) AC240 0.132 0.311 610 10.8

Nhánh 1 (5 – 13) AC50 0.65 0.361 220 4.8 Nhánh 2 (4 – 11) AC50 0.65 0.361 220 4.8 Nhánh 3 (3 - 8) AC50 0.65 0.361 220 4.8 Nhánh 4 (2 - 7) AC50 0.65 0.361 220 4.8

Bảng 1.6: Kết quả tính toán sụt áp phát tuyến chính

Sụt áp trên các đoạn của phát tuyến chính

Trang 13

Bảng 1.7: Kết quả tính toán sụt áp trên các nhánh

Nhánh Loại

dây

Chiều dài(km)

Stt MVA

Spb (MVA)

Lpb (km)

∆Utt% ∆Upb% ∆Unh% ∆U%

Trang 14

1.3 Tính toán tổn thất công suất và điện năng trên đường dây phân phối:

1.3.1Phát tuyến chính

2 0

Bảng 1.8: Kết quả tính toán tổn thất trên tuyến chính

Stt Đoạn Loại dây Chiều dài

(km)

Ro (Ω/km)

Xo (Ω/km)

S (MVA)

∆P (kW)

= 10MVA*0.8*0.432*8760

= 30274560 MWh Phần trăm tổn thất điện năng

Trang 15

Tổn thất điện năng hằng năm: ∆A 5-13 = ∆P5-13*Ktt*8760

= 5.97*0.432*8760 = 86.4 MWh

Điện năng tiêu thụ hàng năm: Atiêu-thu = P5-13*Kpt*8760

= S*cosφ*Kpt*8760 =2MVA*0.8*0.432*8760 = 6054.9 MWh

6054.9 1 1.3.2.2 Nhánh 2 (4-11):

Trang 16

Kết quả tính toán tổn thất trên đoạn 4 – 11 :

Stt Đoạn Loại dây Chiều dài (km) ro(Ω/km) xo(Ω/km) ∆P (kW)

∑ ∆P4-10= 34.91

Tổn thất điện năng hằng năm: ∆A 4-11= ∆P4-11*Ktt*8760

= 34.91*0.432*8760

= 132.11 MWh Điện năng tiêu thụ hàng năm: Atiêu-thụ= P4-11*Kpt*8760

Trang 17

Điện năng tiêu thụ hàng năm: Atiêu-th = P3-8*Kpt*8760

= 1MVA*0.8*0.432*8760 = 3027.46 MWh

= 3MVA*0.8*0.432*8760 = 9082.37 MWh

Bảng 1.9: Kết quả tính toán tổn thất trên lưới phân phối

1.4 Tổng chí phí hàng năm của phát tuyến chính và nhánh rẽ

Tổng chi phí hàng năm của phát tuyến là tổng của ba thành phần:

TAC = AIC + AEC + ADC

Trong đó:

TAC: tổng chi phí hàng năm

AIC: chi phí đầu tư tương đương hàng năm của một đường dây

AEC: chi phí tổn thất điện năng hàng năm của đường dây

Trang 18

ADC: chi phí yêu cầu hàng năm để bù vào tổn thất công suất của phát tuyến

Tính AIC: AIC = ICF.iF.l

ICF: chi phí xây dừng đường dây $/km

Đường dây trên không 22 kV, mạch đơn cột BTCT cao 14m:

ICF = 10000 – 17000 $/km

iF: hệ số khấu hao (giả thiết iF = 0.1)

l: chiều dài đường dây hay đoạn dây đng tính toán (km)

CG: chi phs máy phát, giả thiết 200 $/kW

CT: chi phí hệ thống truyền tải, giả thiết 65 $/kW

CS: chi phí hệt thống phân phối, giả thiết 20 $/kW

iG, iT, iS : hệ số khấu hao tính trên vống cố định, giả thiết lần lượt là: 0.2 – 0.125

0.125

Tổng chi phí cho 1km chiều dài đường dây:

Trang 19

Bảng 1.10: Tổng chi phí hằng năm của phát tuyến chính và nhánh rẽ

Phát

tuyến

STT Đoạn

Chiều Dài AIC($) AEC($) ADC($) TAC($) (Km)

Trang 20

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO ĐƯỜNG DÂY

PHÂN PHỐI 22KV 2.1 các dạng ngắn mạch:

2.1.1 ngắn mạch 3 pha

Ngắn mạch ba pha là sự cố đối xứng, quá trình tính dòng điện NM chỉ cần xét sơ đồ TTT của mạng

Sơ đồ tương đương:

Hình 2.1: Sơ đồ tương đương ngắn mạch 3 pha

Trang 21

Sơ đồ tương đương dòng ngắn mạch 2 pha

Hình 2.2: Sơ đồ tương đương ngắn mạch 2 pha

- I2 là dòng điện NM TTN

Trang 22

Từ sơ đồ tương đương , dòng điểm NMTTT tại vị trí sự cố

Trang 23

Hình 2.3: Sơ đồ tương đương ngắn mạch 1 pha chạm đất

Đặc điểm của dòng NM một pha chạm đất :

Chỉ tồn tại dòng điện ngắn mạch trên pha a, dòng điện ngắn mạch trên các pha b và

c bằng 0

Tổng dòng điện ngắn mạch của ba pha bằng ba lần dòng điện TTK và cũng bằng dòng điện pha a

Trang 24

Giả sử pha b và c chạm đất, NM hai pha chạm đất là dạng sự cố không đối xứng

Quá trình tính dòng điện ngắn mạch hai pha chạm đất cần xét ba sơ đồ thứ tự của

mạng điện là TTT, TTN và TTK

Sơ đồ tương đương dòng ngắn mạch hai pha chạm đất là sơ đồ liên kết giữa ba sơ đồ thứ tự của mạng điện, sơ đồ TTN mắc song song với sơ đồ TTK và chúng nối tiếp

với sơ đồ TTT của mạng điện:

Hình 2.4: Sơ đồ tương đương ngắn mạch 2 pha chạm đất

Từ sơ đồ tương đương , dòng điểm NMTTT tại vị trí sự cố

Trang 25

Khi Zchạm=0, ta có :

0 2 1

0 2

1 2

0 2

0 3 3

3 3

Đặc điểm dòng ngắn mạch hai pha chạm đất :

Dòng NM của pha a bằng 0, dòng NM của pha b và pha c có thể bằng nhau hoặc gần bằng nhau

Góc hợp bởi dòng điện ngắn mạch pha b và dòng ngắn mạch pha c ∈ (90: 180)

Trang 26

Tổng dòng điện ngắn mạch của ba pha bằng ba lần dòng điện NM TTK và cũng bằng tổng dòng điện NM pha b và dòng điện NM pha c

3 3

2.2 Thông số của hệ thống và đường dây

Để đơn giản cho việc tính toán đường dây ta sử dụng một số thông số như

CS ngắn mạch hay thông số MBA như dưới đây:

Các thông số của trạm 110/22kV

S(3)N = 5300MVA , S(1)N = 4000MVA

Trang 27

 Điện kháng đường dây x0=0.4

 Phía sơ cấp MBA

cb cb

cb

U Z

cb cb

cb

U Z

Trang 28

2.2.2 Thông số đường dây 22kV

Bảng 2.3:Thông sô đường dây 22KV

Phát tuyến chính

(km)

r0 (Ω/km)

x0 (Ω/km)

R (Ω/km)

X (Ω/km)

R (pu)

X (pu)

Trang 29

Hình 2.5:Ngắn mạch tại nút 6

Hình 2.6:Ngắn mạch tại nút 6

Trang 30

Tổng trở TTT, TTN và TTK từ nút 6 về nguồn

*

6 1

0.1587 0.2645 0.0189 0.327 0.771 0.327 1

Trang 31

Bảng2.4: Kết quả tính ngắn mạch trên các nút trên mạng điện:

Trang 32

PHÂN PHỐI 3.1 Lựa chọn MBA phân phối:

Giả sử phụ tải là tải loại 3, ta đặt một MBA để cung cấp điện cho các phụ tải

Công suất MBA được chọn theo công suất phụ tải SMBA>Sphụ tải

Ta lựa chọn MBA phân phối 2 cấp điện áp do Công ty Thiết bị Điện

Đông Anh chế tạo với các thông số như sau:

Bảng3.1: Thông số MBA phân phối 2 cấp điện áp

STT

Công suất phụ tải

Công suất định mức MBA (kVA)

Uđm (kV)

Số lượng

Tổn hao (W) Dòng

không tải I0 (%)

Icb là dòng cưỡng bức, tức là dòng làm việc cực đại đi qua thiết bị được bảo

vệ Ở đây, ta cho phép MBA được quá tải 40% nên Icb = 1.4IđmMBA

Bảng3.2 Kết quả dòng cưỡng bức qua MBA

Vị trí Ulưới

(kV)

SMBA (MVA) IđmMBA (A) Icb (A) IN(3) (A)

Trang 33

Idm (A)

IN (kA)

1

27kV có điện áp chịu đựng

Đối với phụ tải số 5(phụ tải phân bố), ta xem dòng ngắn mạch tại các

tải này bằng nhau và bằng dòng ngắn mạch tại vị trí số 9

3.2.2 Lựa chọn dây chảy

Việc lựa chọn dây chảy để bảo vệ MBA phải đảm bảo rằng dây chảy không

bị đứt khi MBA quá tải trong khoảng cho phép

Tức là dây chảy phải có dòng cắt ≥ kqt.Icb

Bảng3.4: Kết quả lựa chọn dây chảy loại K cho phụ tải

Trang 34

Vị trí

Phụ tải

1 Nút 6

Phụ tải

2 Nút 12

Phụ tải

3 Nút 13

Phụ tải

4 Nút 11

Phụ tải

5 Nút 9

Phụ tải

6 Nút 8

Phụ tải

7 Nút 7

Trang 35

Hình 3.1:Đặc tính dây chảy change 30002

Trang 36

3.2.3 Lựa chọn cầu chì cho mạch nhánh:

Icb là dòng làm việc lớn nhất chạy qua chỗ đặt FCO, khi tải đạt cực đại

Idm (A)

IN (kA)

1

27kV có điện áp chịu đựng

Trang 37

Lựa chọn dây chảy

Ta chọn dây chảy 30002 của hãng Chance tương tự như phần trước:

Bảng3.7 : Kết quả lựa chọn dây chảy loại K cho nhánh

Lẽ ra ta sẽ chọn chì 20K và 65K cho nhánh 3 và 4 Tuy nhiên giá trị

này cấp thấp hơn chì bảo vệ phía sau MBA nên ta chọn lại chì 30K và

80K

Trang 38

CHƯƠNG IV

LÝ THUYẾT BẢO VỆ RƠLE

Bảo vệ quá dòng điện

Nguyên tắc bảo vệ

Bảo vệ quá dòng điện (BVQDĐ) là loại BV tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết

bị BV tăng quá giá trị định trước Có thể chọn BVQDĐ thành BV dòng điện cực đại hoặc BV dòng điện cắt nhanh Hai loại BV này khác nhau ở việc đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc và vùng BV tác động Để đảm bảo tính chọn lọc cho BV dòng điện cực đại, người ta phải cài đặt cho nó thời gian trì hoãn thích hợp Để đảm bảo chính xác chọn lọc cho BVCN cần chọn dòng khởi động thích hợp Vùng bảo vệ của BVDCĐ gồm cả phần tử BV và các phần tử lân cận, vùng bảo vệ của BVCN chỉ gồm 1 phần của phần tử được bảo vệ

Bảo vệ quá dòng điện cực đại

Ta khảo sát một đường dây hình tia, có một nguồn cung cấp, được đặt BVDCĐ tại phía nguồn mỗi đoạn đường dây:

sẽ có dòng sự cố chạy qua cả 4 BV, tức là cả 4 BV sẽ khởi động Tuy nhiên để đảm bảo tính chọn lọc thì chỉ có một mình BV 4 tác động cắt phần tử sự cố ra khỏi mạng

Để làm được điều này, BVDCĐ phải có đặc tính thời gian trì hoãn tác động, thời

Trang 39

tác động đầu tiên, loại bỏ đoạn đường dây bị sự cố, các BV còn lại tuy khởi động nhưng không tác động, sau đó sẽ trở về trạng thái bình thường

Dòng điện khởi động

Ta đã biết BVDCĐ sẽ khởi động khi dòng điện chạy qua BV lớn hơn dòng khởi

hơn dòng phụ tải cực đại qua chỗ đặt BV: Ikđ > Ilv,max Trong thực tế để tránh tác động nhầm người ta xác định dòng khởi động Ikđ theo công thức sau:

Độ nhạy của bảo vệ

Vùng bảo vệ của BVDCĐ bao gồm phần tử được bảo vệ và của phần tử lân cận Phần tử lân cận được BV thuộc vùng BV dự trữ Để đánh giá độ nhạy của BV người

INM,min là dòng ngắn mạch cực tiểu khi NM xảy ra ở cuối vùng BV

Với vùng BV chính, độ nhạy yêu cầu knh ≥ 1.5

Với vùng BV dự trữ, độ nhạy yêu cầu knh ≥ 1.2

Thời gian tác động của bảo vệ

Trang 40

Để đảm bảo tính chọn lọc, thời gian tác động của BVDCĐ được chọn theo nguyên tắc bậc thang Độ chênh lệch giữa thời gian tác động của các BV kề nhau được gọi

là bậc thời gian hay bậc chọn lọc ∆t = t1 – t2

mặc dù đã khởi động Khi xảy ra NM, nếu BV cắt được NM thì tổng thời gian NM

sẽ là tBV + tss + tMC

Trong đó: tBV là thời gian tác động của BV

tss là thời gian sai số của rơ le thời gian

tMC là thời gian cắt của máy cắt

Như vậy để BV1 không kịp tác động khi có NM trong đoạn BC thì thời gian tác

động của nó phải thỏa: t1 > t2 = tBV + tss + tMC

Relay có đặc tính độc lập

Đây là dạng relay có thời gian trì hoãn tác động được tạo nên nhờ relay thời gian và không phụ thuộc vào dòng NM Chính vì vậy nó được gọi là có đặc tính thời gian độc lập Đặc tuyến này có dạng đường thẳng

Relay có đặc tính thời gian phụ thuộc

Ngược lại với đặc tính độc lập, relay có đặc tính phụ thuộc sẽ có thời gian tác động phụ thuộc vào dòng NM Khi giá trị dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động của BV càng nhỏ

Với đặc tính phụ thuộc, người ta chia ra làm 3 dạng :

 Dạng đặc tính có độ dốc chuẩn

Trang 41

 Dạng đặc tính rất dốc

 Dạng đặc tính cực dốc

 Dạng đặc tính có thời gian dài

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại BV đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động lớn hơn dòng điện ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt BV khi ngắn mạch ở ngoài phần tử được BV Khi có ngắn mạch trong vùng BV, dòng điện NM

sẽ lớn hơn dòng khởi động và BV sẽ tác động BV cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé

Ta khảo sát một tuyến đường dây hình tia có 1 nguồn cung cấp như sau:

Định dạng
Số trang	85
Dung lượng	2,42 MB