Đồ án Rơle chương 5

Đồ án Rơle

Phụ lục tính toán ngắn mạch

Mục đích tính toán ngắn mạch dùng trong bảo vệ rơle là nhằm tìm dòng ngắn mạch cơ sở Tính toán dòng khởi động của rơle cũng nh kiểm tra độ nhạy của chúng

I Khái niệm chung các tham số:

Trong tính toán ngắn mạch các dạng ngắn mạch không đối xứng ta áp dụng qui tắc đẳng trị thứ tự thuận và áp dụng các phơng pháp biến đổi

Chiều của dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch trên sơ đồ thay thế, còn chiều của dòng thứ tự không phụ thuộc vào cách đấu dây của máy biến áp

Các số liệu dùng để tính toán ngắn mạch:

I.1 Nhà máy điện A:

Nhà máy thuỷ điện A dùng máy phát CB-850/120-60 có:

Bảng I.1

CB-850/120-60 40 32 10,5 0,8 2,2 0,23 0,31 0,82

Sức điện động của máy phát:

E0 = (Ucos  ) 2  (Usin  IX d' ) 2

Trong đó:

X'd () = X'd

dm

dm

S

U2

= 0,31

40

5 ,

10 2

= 0,854 

 E0 = ( 10 , 5 0 , 8 ) 2  ( 10 , 5 0 , 6  2 , 2 0 , 854 ) 2 = 11,725 KV

Sức điện động của máy phát qui đổi về phía cao áp:

E A

F = 11,725

5 , 10

121

= 135,113 KV

Điện kháng của máy phát điện quy về phía cao áp:

X A

F = X ''

d dm

dm

S

5 , 10

110

















tb

tb

U

U

= 0,23

40

5 ,

10 2 2

5 , 10

115











 = 76,044 

Điện kháng của máy biến áp tăng áp nhà máy A:

XA

BA =

100

% 2

dm

dm N

S

U U

=

100 40

121 5 ,

10 2

= 38,433 

* Chế độ cực đại:

XA Ftd =

3

A F X

=

3

044 , 76

= 25,348 

XA

3

A BA X

= 3

433 , 38

= 12,811 

* Chế độ cực tiểu:

XA Ftd =

2

A F X

= 2

044 , 76

= 38,022 

XA

BAtd =

2

A BA X

= 2

433 , 38

= 19,217 

I.2 Nhà máy điện B:

Nhà máy nhiệt điện B dùng máy phát TB-50-2 có:

Bảng I.2

TB-50-2 62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,135 0,3 0,84

Sức điện động của máy phát:

E0 = (Ucos  ) 2  (Usin  IX d' ) 2

Trong đó:

X'd () = X'd

dm

dm

S

U2

= 0,3

5 , 62

5 ,

10 2

= 0,529 

 E0 = ( 10 , 5 0 , 8 ) 2  ( 10 , 5 0 , 6  3 , 437 0 , 529 ) 2 = 11,682 KV

Sức điện động của máy phát qui đổi về phía cao áp:

EB

F = 11,682.10121,5 = 134,619 KV

Điện kháng của máy phát điện quy về phía cao áp:

XB

F = X ''

d dm

dm

S

5 , 10

110

















tb

tb

U

U

= 0,135

5 , 62

5 ,

5 , 10

115













= 28,57 

Điện kháng của máy biến áp tăng áp nhà máy B:

XB

BA =

100

% 2

dm

dm N

S

U U

=

100 5 , 62

121 5 ,

= 24,4 

* Chế độ cực đại:

XB Ftd =

2

B F X

= 2

57 , 28

=14,285 

XB

2

B BA X

= 2

4 , 24

= 12,2 

* Chế độ cực tiểu:

XB Ftd = XB

F = 28,57 

XB

BA= 24,4 

I.3 Đờng dây:

* Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của đờng dây:

- Đờng dây A-1 : XDA-1 = 23,15 

- Đờng dây B-5 : XDB-5 = 29,78 

- Đờng dây 5-1 : XD5-1 = 25,81 

- Đờng dây A-3 : XDA-3 = 11,11 

- Đờng dây 3-2 : XD3-2 = 10,99 

- Đờng dây B-4 : XDB-4 = 10,99 

- Đờng dây B-6 : XDB-6 = 10,99 

* Điện kháng thứ tự không của đờng dây:

Đối với mạng điện 110KV đờng dây có treo dây chống sét ta có: + Đối với đờng dây đơn: X0D = 3.XD

+ Đối với đờng dây kép: X0D = 4,7.XD

- Đờng dây A-1 : X0DA-1 = 3.XDA-1 = 3.23,15 = 69,45 

- Đờng dây B-5 : X0DB-5 = 3.XDB-5 = 3.29,78 = 89,34 

- Đờng dây 5-1 : X0D5-1 = 3.XD5-1 = 3.25,81 = 77,43 

- Đờng dây A-3 : X0DA-3 = 4,7.XDA-3 = 4,7.11,11 = 52,217 

- Đờng dây 3-2 : X0D3-2 = 4,7.XD3-2 = 4,7.10,99 = 51,653 

- Đờng dây B-4 : X0DB-4 = 4,7XDB-4 = 4,7.10,99 = 51,653 

- Đờng dây B-6 : X0DB-6 = 4,7XDB-6 = 4,7.10,99 = 51,653 

II Tính toán ngắn mạch phục vụ cho tính toán bảo vệ bộ máy phát - máy biến áp:

II.1 Tính toán dòng ngắn mạch cho bảo vệ so lệch:

II.1.1 Tính dòng ngắn mạch 3 pha tại N1:

X X

E

E

X X

E N

Hình 1

X X

E

X

2

E

N

E

Hình 2

X X

Hình 3

E

Ftd

Khi ngắn mạch tại điểm N1 sau máy cắt đặt ở nhánh tự dùng bộ máy phát -máy biến áp của nhà -máy B, xét trờng hợp vận hành ở chế độ cực đại để chọn dòng khởi động cho bảo vệ so lệch

ở chế độ cực đại nhà máy thuỷ điện A vận hành 3 tổ máy, nhà máy nhiệt điện

B vận hành 2 tổ máy

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

Trong đó:

X1 = XB

F nt XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

X2 = XDB-5 nt XD5-1 nt XDA-1 nt XA

BAtd nt XA

Ftd

= 29,78 + 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 116,899 

X3 = (X1 // X2) nt XB

BA =

899 , 116 97 , 52

899 , 116 97 , 52

 + 24,4 = 60,852 

EFtđ =

2 1

1

X X

X E X

F

B F





= 134,619.52116,97,899116135,899,113.52,97





= 134,773 KV

Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N1:

I(N31) = B

F

B F X

E

E Ftd

=

57 , 28 3

619 , 134

+

852 , 60 3

773 , 134

= 2,72 + 1,279 = 2720 + 1279 = 3999 A

II.1.2 Tính dòng ngắn mạch 2 pha tại N1:

ở chế độ cực tiểu để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy phát - máy biến

áp (ở chế độ cực tiểu nhà máy thuỷ điện A vận hành 2 tổ máy, nhà máy nhiệt điện B vận hành 1 tổ máy Các tổng trở thứ tự nghịch của máy phát - máy biến áp xem nh tổng trở thứ tự thuận)

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X X XDB-5 XD5-1 XDA-1

Hình 4 N

1

Hình 5 N

Hình 6

X

N0

Hình 7

X1 = XB

BA nt XDB-5 nt XD5-1 nt XDA-1 nt XA

BAtd nt XA

Ftd

= 24,4 + 29,78 + 25,81 + 23,15 +

2

044 , 76

+ 2

433 , 38

= 160,38 

I1(2N)1qd =

) (

3 ) (

1 )

2 (



E X

X

F B

F

B F

Trong đó: X' ( 2 )

 = X1 = 160,38 

X(2)= XB

F = 28,57 

 I1(2N)1qd= 1343.2.,28619,75 3135.2.160,113,38=1,352 + 0,243 = 1,595 KA =

1595 A

Dòng ngắn mạch 2 pha tại N1:

I(N21) = 3.I1(2N)1qd = 3.1,595 = 2,763 KA = 2763 A

II.1.3 Tính toán dòng ngắn mạch một pha nối đất phía 110KV tại đầu cực máy phát

- máy biến áp khi cắt máy cắt ra:

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không nh sau:

Đối với máy phát vì trung tính cách điện đối với đất nên không có dòng thứ tự không chạy qua, đối với máy biến áp có tổ nối dây Y0/ xem nh X1B=X0B=24,4 

Trong đó:

- X1B : Điện kháng thứ tự thuận của máy biến áp

- X0B : Điện kháng thứ tự không của máy biến áp

Ta có: X(1) = X2 + X0

Với X1 = X2 = XB

F + XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

 X(1) = 52,97 + 24,4 = 77,37 

Dòng ngắn mạch 1 pha khi ngắn mạch 1 pha chạm đất:

I

) 1

(

2

0 N

= m(1) 3.( ( 1 ))

1  X

X

E B F

Với m(1) = 3

 I(0 N1)2= 3 3.(52134,97,61977,37)

 = 1,786 KA = 1786 A

Hình 8

X

Hình 9

1

N

Hình 10

X

DB-5

Hình 11

X

1

Hình 12

X

Hình 13

1

N

II.2 Tính toán dòng ngắn mạch cho bảo vệ chống ngắn mạch ngoài và quá tải

bộ máy phát - máy biến áp:

II.2.1 Tính dòng ngắn mạch tại đầu khối máy phát:

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X1 = XB

F + XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

I(N3)2=

 1

.

3 X

E B F

=

97 , 52 3

619 , 134

= 1,467 KA = 1467 A

Điện áp đặt vào Rơle điện áp thấp RU (khi ngắn mạch 3 pha sau máy biến áp tăng áp), theo trên ta có I(N3)2= 1467 A

II.2.2 Tính dòng ngắn mạch cuối đờng dây B-5 khi phụ tải cực tiểu:

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X1 = XB

F nt XB

BA nt XDB-5 = 28,57 + 24,4 + 29,78 = 82,75 

Dòng do nhà máy B cung cấp:

I(N3)3 =

 1

.

3 X

E B F

=

75 , 82 3

619 , 134

= 0,939 KA = 939 A

Dòng qua bảo vệ:

IBV = I(N3)3 = 939 A

II.2.3 Tính dòng thứ tự nghịch khi ngắn mạch không đối xứng:

II.2.3.1 Tính dòng ngắn mạch 3 pha tại đầu khối máy phát - máy biến áp:

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

X1 = XB

F nt XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

I(N3)2=

 1

.

3 X

E B F

=

97 , 52 3

619 , 134

= 1,467 KA = 1467 A

II.2.3.2 Tính dòng ngắn mạch 2 pha nhánh tự dùng khi phụ tải cực tiểu:

Theo kết quả tính toán phần II.1.2 ta có:

Dòng qua bảo vệ là:

I(2 N2)1=

) (



X X

E B F

B F

=

75 , 28 2 3

619 , 134

= 1,352 KA = 1352 A

Dòng qua điểm ngắn mạch là:

X X

E

E

X X

E

N2

Hình 14 E

X

3

E

X

2

Hình 15

X

2

X

E

F1td

Hình 16

N

2

X

5

E

F2td

Hình 17

N2

I(N21) = 3 I(2 N2)1= 3.1352 = 2342 A

II.2.4 Tính ngắn mạch 1 pha chạm đất tại đầu khối máy phát - máy biến áp khi phụ tải cực đại:

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận nh sau:

X1 = XB

F nt XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

X2 = XDB-5 nt XD5-1 nt XDA-1 nt XA

BAtd nt XA

Ftd

= 29,78 + 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 116,899 

X3 = XB

F nt XB

BA = 28,57 + 24,4 = 52,97 

X4 =

2 2

3

X

 = 26,485 

EF1tđ = EB

F= 134,619 KV

X5 = X2 // X4 = 116116,899,899.2626,485,485

 = 21,59 

EF2tđ =

2 1

1

X X

X E X

F

B F





=134,619.116116,,899899 26135,485,113.26,485





= 134,71 KV

Sơ đồ thay thế thứ tự không nh sau:

Trong đó:

XB Btd

2

B BA X

= 2

4 , 24 = 12,2 

XA Btd

3

A BA X

= 3

433 , 38

= 12,811 

0B6

X0DB-6

0DA-1

N

2

H×nh 18

X

0DB-4

X0B4

UN0

X

0DA-1 X0B3

X

0D3-2

X

0B2

H×nh 21

X

7

N

2

U

N0

X

X0B1 = X0B2 = X0B3 = X0B4 = X0B6 = 27,24 

X0B5 = 54,48 

X2

0DA-1

N

2

H×nh 19

X

1

UN0

X

0DA-1 X0B3

X

3

X

4

0DA-1

N2

H×nh 20

UN0

X

X5

Hình 22

X

8

N2

U

N0

X0B5

Hình 23

X

9

N2

U

N0

Trong đó:

X1 = X0B4 nt X0DB-4 = 27,24 + 51,653 = 78,893 

X2 = X0B6 nt X0DB-6 = 27,24 + 51,653 = 78,893 

X3 = X0B2 nt X0D3-2 = 27,24 + 51,653 = 78,893 

X4 = X1 // X2 =

2 2

2

X

 =

2

78,893

= 39,447 

X5 = X0DA-3 nt (X0B3 // X3) = 52,217 +

78,893 27,24

93 27,24.78,8

 = 72,466 

X6 = X1 // XB

Btd

0 = 3939,447,447.1212,,22

 = 9,271 

X7 = X0DA-1 nt (XA

Btd

0 // X5) = 69,45 + 1212,811,811.7272,466,466

 = 80,302 

X8 = X0D1-5 nt (X0B1 // X7) = 77,43 + 2727,24,24.8080,302,302

 = 97,77 

X9 = X0DB-5 nt (X0B5 // X8) = 89,34 + 5454,48,48.9797,77,77

 = 124,325 

Xtd = X9 // X6 =

271 , 9 325 , 124

271 , 9 325 , 124

 = 8,628 

Từ sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

X1 = X2 = X5(TTT) = 21,59 

Từ sơ đồ thứ tự không:

X0 = Xtd = 8,628 

X(1) = X2 + X0 = 21,59 + 8,628 = 30,218 

Dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất:

I( 1 )

2

) (

3 ( 1 )

1  X

X

E td

=

) 218 , 30 59 , 21 (

3

71 , 134

 = 1,501 KA = 1501 A

I( 1 )

2

1N = I( 1 )

2

2 N = 1501 A

I(N1)2=m(1).I1N(1)2 = 3.1501 = 4503 A (với m(1) = 1)

So sánh các kết quả tính toán trên ta chọn:

I(N22) = 1467 A (giá trị nhỏ nhất) làm giá trị tính toán

II.3 Tính toán dòng ngắn mạch để chọn dòng thứ tự không chống ngắn mạch phía

điện áp cao máy biến áp

Hình 24

X

td

N

N0

II.3.1 Tính ngắn mạch tại N3 cuối đờng dây B-5:

Khi phụ tải cực đại:

Sơ đồ thay thế tính toán nh sau:

Trong đó:

X1 = XB

Ftd nt XB

BAtd nt XDB-5 = 14,285 + 12,2 + 29,78 = 56,215 

X2 = XD5-1 nt XDA-1 nt XA

BAtd nt XA

Ftd

= 25,81 + 23,15 + 12,811 + 25,348 = 87,119 

X3 = X1 // X2 =

119 , 87 215 , 56

119 , 87 215 , 56

 = 34,168 

EFtđ =

2 1

1

X X

X E X

F

B F





=

119 , 87 215 , 56

119 , 87 113 , 135 215 , 56 619 , 134





= 134,915 KV

Sơ đồ thay thế thứ tự không tơng tự nh sơ đồ ở mục II.2.4 nhng chỉ khác điểm ngắn mạch

Tính toán và biến đổi giống mục II.2.4 ta đợc sơ đồ tính toán nh sau:

Trong đó:

X9 = X6 nt X0DB-5 = 9,271 + 89,34 = 98,611 

X10 = X0B5 // X8 =

48 , 54 77 , 97

48 , 54 77 , 97

 = 34,985 

Xtd = X9 // X10 = 9898,611,611.3434,985,985

 = 25,823 

Từ sơ đồ thứ tự thuận và thứ tự nghịch:

D5-1 X

DA-1

Hình 25 X

2

Hình 26

N

3

E

Ftd

Hình 27

N

3

N

3

Hình 29

X9 X10

N

2

U

N0

Hình 28

X

8

N2

U

N0

X0B5

Hình 30

X

td

N2

X1 = X2 = X3(TTT) = 34,168 .

Từ sơ đồ thứ tự không:

X0 = Xtd = 25,823 

X( 1 )

 = X2 + X0 = 34,168 + 25,823 = 59,991 

I( 1 )

3

) (

3 ( 1 )

1  X

X

E td

=

) 823 , 25 168 , 34 (

3

915 , 134

 = 1,298 KA = 1298 A

I1N(1)3 = I(0 N1)3 = 1298 A

I1N(1,13) =

) (

3 ( 1 , 1 )

2  X

X

E td

Với X( 1 , 1 )









 0

2

0

2

X X

X X

=

823 , 25 168 , 34

823 , 25 168 , 34

 = 14,708 

 I1N(1,13) =

) 708 , 14 168 , 34 ( 3

915 , 134

 = 1,594 KA = 1594 A

I(0 N1,13)= I1N(1,13)







 0

2

2

X X

X

= 1594.34,16834,16825,823

 = 908 A

Vậy dòng thứ tự không lớn nhất khi ngắn mạch hai pha chạm đất:

I(0 N1,13)= 908 A

Để xác định dòng thứ tự không qua bảo vệ ta tách riêng nhánh MF-MBA cần bảo vệ ra, còn các nhánh khác ghép lại song song:

Sơ đồ thay thế tính toán giống nh mục II.3.1 nhng tách 1 máy phát ra riêng lẻ:

Trong đó:

X9 = X4 // XB

B

0 = 2424,4,4.3939,447,447

 = 15,075 

Hình 31

N

2

U

N0

X

0B5

X

4

X

Hình 34

X

td

N

2

UN0 Hình 33

X11 X10

N2

Hình 32

X

9

X0DB-5 X10

N

2

UN0 X

X10 = X0B5 // X8 =

48 , 54 77 , 97

48 , 54 77 , 97

 = 34,985 

X11 = (X9 // XB

B

0 ) nt X0B5 = 2424,4,4.1515,075,075

 + 89,34 = 98,611 

Xtd = X10 // X11 =

611 , 98 985 , 34

611 , 98 985 , 34

 = 25,823 

Gi¶ sö gäi dßng I'

0 N ®i qua X11 ta cã:

I'

0 N X11 = I(0 N1,1)3.Xt®

 I'

0 N =

11

X

X td

.I(0 N1,1)3= 9825,,823611.908 = 238 A

Gäi X = X11 // X8 =

77 , 97 611 , 98

77 , 97 611 , 98

 = 49,094 