Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ phần 7

Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ

Trang 1

chơng 2.

tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

2.1 Số liệu tính toán

Ngắn mạch là hiện tợng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính) Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị

số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tợng đợc bảo vệ để cài đặt và chỉnh

định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng

Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch

Trong chế độ cực đại, xét các dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất Chế độ cực tiểu xét ngắn mạch hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

Việc tính toán ngắn mạch đợc thực hiện trong hệ đơn vị tơng đối

Chọn Scb =100 MVA

Ucb= Utb

Cấp điện áp 110 kV có Utb1= 115 kV

cb1 cb

cb1

cb2 cb

cb2

cb3 cb

cb3

2.1.1.Điện kháng của hệ thống

Theo số liệu của Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền Bắc (A1), giá trị các dòng điện ngắn mạch tính đến thanh cái 110kV của trạm nh sau:

Dòng điện ngắn mạch ba pha lớn nhất 6252A

Dòng điện ngắn mạch ba pha nhỏ nhất 5384A

Dòng điện ngắn mạch một pha lớn nhất 5069A

Trang 2

Dòng điện ngắn mạch một pha nhỏ nhất 4690A

Điện kháng tính trong hệ đơn vị tơng đối cơ bản đợc xác định theo công thức:

HT*cb cb

N

I

Điện kháng thứ tự không tính từ công thức dòng ngắn mạch một pha

 

  1 1

N

m E I



3.E

I

     

với X1= X2

và N *cb  N

cb1

I (kA)

I Vậy điện kháng hệ thống tính đến thanh cái 110kV trong chế độ cực đại

1Hmin maxcb

N3pha

min0 max cb1 1Hmin

N1pha

Chế độ cực tiểu:

1Hmax mincb

N3pha

max0 min cb1 1Hmax

N1pha

Từ sơ đồ thứ tự không ta có:

X

C

0,454

X

H

0,298 U

oN1

Trang 3

0 oH C H

0H C H

X (X +X ) X

X +X +X

C H o

X (X +X )

X +X -X

H





 min0H 0,1365.(0, 454 0, 298)

0, 454 0, 298 0,1365



max 0H

0,1347.(0, 454 0, 298)

0, 454 0, 298 0,1347



2.1.2.Điện kháng của máy biến áp

UNC-T = 10,7% ; UNC-H = 18,8% ; UNT-H = 6,8%

U = U -U +U = 10,7-18,8+6,8 = - 0,65%

U = -U +U +U = -10,7+18,8+6,8 = 7,45%

Điện kháng các cuộn dây

C

N cb C

dm

XT = 0

H

N cb H

dm

2.2 Tính toán dòng điện ngắn mạch

Chế độ cực đại:

Công suất ngắn mạch trên thanh góp là lớn nhất

Tính ngắn mạch tại ba điểm N1, N2, N3

Tính các dạng ngắn mạch N(3), N(1,1), N(1)

Trang 4

Chế độ cực tiểu:

Công suất ngắn mạch trên thanh góp là nhỏ nhất

Tính ngắn mạch tại ba điểm N1, N2, N3

Tính các dạng ngắn mạch N(2), N(1,1), N(1)

2.2.1.Điểm ngắn mạch N 1

1.Chế độ cực đại

Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch

E N1

0803 , 0

1H

X

Sơ đồ thay thế thứ tự không

Máy biến áp Xo=X1

a)Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng N(3)

(3)N1

1H

Trong hệ đơn vị có tên:

IN1(3)(kA) = IN1(3) Icb1 = 12,4533.0,502 = 6,252 kA

XoH 0,16677

X

C

0,454

X

H

0,298

UoN1

1BI

N

1

2BI

4BI

N

2

3BI

N

3

Trang 5

b)Dòng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

Điện kháng thứ tự không tổng Xo = 0,1365

Điện kháng phụ

0,0803 0,1365

 Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch

Dòng điện thứ tự thuận

1A(1,1) (1,1)

1

X X 0,0803 0,05056

Dòng điện thứ tự nghịch

(1,1)2A 1A(1,1) 0



Dòng điện thứ tự không:

(1,1)0A 1A(1,1) 2



Dòng điện tổng tại chỗ ngắn mạch

(1,1)N1 2 0 2 1A(1,1)

X X



) 1365 , 0 0803 , 0 (

1365 , 0 0803 , 0 1







= 11,5903

Điện áp chỗ ngắn mạch

1N1(1,1) 1A(1,1) 2 0

U1N1(1,1) = U(1,1)2N1 = U(1,1)0N1

Phân bố dòng điện trên các nhánh

Giá trị dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống

Trang 6

0H

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp

(1,1)

0B

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống

I = a I + aI + I

2

3 2

1 64175 , 7 2

3 2

1



























= - 3,73188 – j10,78434

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không tính đến thành phần dòng

điện thứ tự không:

I = a I + a.I

= - 1,41522 – j10,78434

Dòng điện ngắn mạch qua máy biến áp chỉ có thành phần thứ tự không

I(1,1)NB = I(1,1)0B 0,51376

Trong đơn vị có tên, dòng phân bố trên các nhánh có trị số:

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống:

I(1,1)H = I(1,1)HB Icb1 11, 41179.0,502 5, 7287kA

I(1,1)H(-0)= I(1,1)HB(-0) Icb1= 10,8768 0,502

= 5,46 kA

Trang 7

Dßng ®iÖn thø tù kh«ng qua ®iÖn kh¸ng hÖ thèng:

I(1,1)0H = 2,31666 0,502

= 1,1629 kA

Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch qua cuén cao ¸p m¸y biÕn ¸p:

I(1,1)NC = I(1,1)0B I = 0,51376.0,502 = 0,2579 kAcb1

Dßng ®iÖn thø tù kh«ng ®i vµo trung tÝnh m¸y biÕn ¸p:

I(1,1)TT = 3.I(1,1)0B = 3.0,51376.0,502 = 0,7737 kA

c)Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch mét pha N(1)

§iÖn kh¸ng phô:

X(1) = X2+ X0 = 0,0803 + 0,1365 = 0,2168

C¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn t¹i chç ng¾n m¹ch

Dßng ®iÖn thø tù thuËn

1A(1) (1)

1

X X 0,0803 0, 2168

I1A(1) = I = I(1)2A 0A(1)

Dßng ®iÖn tæng t¹i chç ng¾n m¹ch

I = m I = 3.3,36587 = 10,0976(1)N1 (1) (1)1A

§iÖn ¸p chç ng¾n m¹ch

U1N1(1) = I (X1A(1) 2 X ) 3,36587.(0,0803 0,1365)0  

= 0,72972

U(1)2N1= - I X(1)2A 2 3,36587.0, 0803

= - 0,27028

U(1)0N1 = - I X(1)0A 0 3,36587.0,1365

= - 0,45944 Ph©n bè dßng ®iÖn trªn c¸c nh¸nh

Gi¸ trÞ dßng ®iÖn thø tù kh«ng qua ®iÖn kh¸ng hÖ thèng

(1)

0H

U 0, 45944



Trang 8

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp.

(1) (1) 0N1 0B

C H

X +X 0, 454 0, 298





I = I + I + I

= 3,36587 + 3,36587 + 2,75493

= 9,4867

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự không:

I = I + I

= 3,36587 + 3,36587 = 6,7317

I = I = 0,61095(1)B (1)0B

I = I I(1)H (1)H cb1  9, 4867.0,502

=4,7623 kA Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự không:

(1) H(-0)

(1) 0H

Dòng điện ngắn mạch qua cuộn cao áp máy biến áp:

I = I I(1)CB (1)0B cb1  0, 61095.0,502

= 0,3067 kA Dòng điện thứ tự không đi vào trung tính máy biến áp:

I = 3.I = 3.0,61095.0,502= 0,9201 kA(1)TT (1)0B

2.Chế độ cực tiểu

X1Hmax = 0,0932 ; Xmax0H = 0,1641

Trang 9

E N1

X1H

0,0932

Sơ đồ thay thế thứ tự không

Máy biến áp Xo=X1

Điện kháng thứ tự không tổng Xo = 0,1347

a)Dòng ngắn mạch hai pha N(2)

Điện kháng phụ:

X(2) = X2 = 0,0932

Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch

1A(2) (2)

1

X X 0,0932 0,0932

I(2)2A = - I = - 5,36481A(2)

I = 0(2)0A

I = m I(2)N1 (2) 1A(2)  3.5,3648

= 9,2921

U1N1(2) = U(2)2N1= I X1A(2) 2 5,3648.0,0932

= 0,5

U(2)0N1 0

X

oH

0,1641

XC 0,454

XH 0,298 U

oN1

Trang 10

Trong hệ đơn vị có tên, dòng điện ngắn mạch hai pha có trị số:

IN1(2)(kA) = IN1(2) Icb1 = 9,2921 0,502 = 4,6646 kA

b)Dòng ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

Điện kháng phụ

0,0932 0,1347



1A(1,1) (1,1)

1

X X 0,0932 0,0551

(1,1)2A 1A(1,1) 0



Dòng điện thứ tự không

(1,1)0A 1A(1,1) 2



(1,1)N1 2 0 2 1A(1,1)

X X



) 1347 , 0 0932 , 0 (

1347 , 0 0932 , 0 1







= 10,1704

1 1(1,1) 1(1,1) 2 0

X X 0,0932 0,1347



= 0,37144

U1N1(1,1) = U(1,1)2N1 = U(1,1)0N1

Phân bố dòng điện trên các nhánh

Trang 11

(1,1) (1,1) 0N1 0H

0H

U 0,37144

X 0,1641

Dòng điện thứ tự không qua cuộn dây máy biến áp

(1,1) (1,1) 0N1 0B

C H

X +X 0, 454 0,298 

I = a I + a.I + I

2

3 2

1 7431 , 6 2

3 2

1



























= - 3,6425 – j9,29097

I = I  3, 6425 9, 29097 9,9794

I = a I + a.I

        

= - 1,3788 – j9,29097

= 9,3927

I(1,1)B = I(1,1)0B  0, 49393

I(1,1)H = I(1,1)HB .Icb1 9,9794 0,502 = 5,0096 kA

I(1,1)H(-0)= I(1,1)HB(-0).Icb1= 9,3927 0,502

= 4,7151 kA

Dòng điện thứ tự không qua điện kháng hệ thống:

I(1,1)0H  2,26368 0,502

Trang 12

= 1,1364 kA

Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch qua cuén cao ¸p m¸y biÕn ¸p:

I(1,1)C = I(1,1)0B .I = 0,49393.0,502 = 0,2479 kAcb1

Dßng ®iÖn thø tù kh«ng ®i vµo trung tÝnh m¸y biÕn ¸p:

I(1,1)TT = 3.I(1,1)0B 3.0, 49393.0,502

= 0,7439 kA

c)Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch mét pha N(1)

§iÖn kh¸ng phô:

X(1) = X2+ X0 = 0,0932 + 0,1347 = 0,2279

C¸c thµnh phÇn dßng ®iÖn t¹i chç ng¾n m¹ch

Dßng ®iÖn thø tù thuËn

1A(1) (1)

1

X  X 0,0932 0, 2279

I = I = I1A(1) (1)2A (1)0A

Dßng ®iÖn tæng t¹i chç ng¾n m¹ch

I = m I(1)N1 (1) (1)1A = 3.3,11429 = 9,34284

§iÖn ¸p chç ng¾n m¹ch

U1N1(1) I (X1A(1) 0X2 )

= 3,11429.(0,0932 + 0,1347)

=0,70974

U(1)2N1= - I X(1)2A 2  3,11429 0,0932

= - 0,29025

U(1)0N1= - I X(1)0A 0 - 3,11429 0,1347

= - 0,4195 Ph©n bè dßng ®iÖn trªn c¸c nh¸nh

Gi¸ trÞ dßng ®iÖn thø tù kh«ng qua ®iÖn kh¸ng hÖ thèng

(1)

0H

U 0, 4195

X 0,1641



Dßng ®iÖn thø tù kh«ng qua cuén d©y m¸y biÕn ¸p

Trang 13

0B

X +X 0, 454 0, 298





(1) (1) (1) (1)

HA 1H 2H 0H

I = I + I + I

= 3,11429 + 3,11429 + 2,55637

= 8,78495

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự không:

(1) (1) (1) H(-0) 1H 2H

I = I + I

= 3,11429 + 3,11429 = 6,22858

I = I(1)B (1)0B 0,55785

I = I I(1)H (1)HA cb1 8,78495 0,502

= 4,41 kA Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống không kể đến thành phần thứ tự không:

(1) H(-0)

(1) 0H

Dòng điện ngắn mạch qua cuộn cao áp máy biến áp:

I = I I(1)CB (1)0B cb1 0,55785.0,502

= 0,28 kA Dòng điện thứ tự không đi vào trung tính máy biến áp:

I = 3.I(1)TT (1)CB  3.0,28 = 0,84 kA

Khi ngắn mạch phía 110 kV, ta xét ngắn mạch tại hai điểm N1 và N1’ để tìm ra dòng điện ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất đi qua bảo vệ

Trang 14

Từ những tính toán trên ta có bảng tổng kết về dòng điện qua các bảo vệ trong trờng hợp ngắn mạch phía 110 kV

Bảng 2-1

max

-N(1,1)

(1,1) N(-0)

N(1)

(1) N(-0)

min

-N(1,1)

(1,1) N(-0)

N(1)

(1) N(-0)

Cuộn dây trung áp của máy biến áp có trung tính không nối đất nên ở chế độ công suất ngắn mạch cực đại chỉ cần tính toán với dạng ngắn mạch ba pha đối

N1’

N1 1BV

3BV 4BV

2BV

Trang 15

xứng N(3), chế độ công suất ngắn mạch cực tiểu tính toán dạng ngắn mạch hai pha

N(2)

1.Chế độ cực đại.

E N2

0803 , 0

1H

X

454 , 0

1C

X

E N2

5343 , 0

1

X

X1 = X1H + X1C = 0,0803 + 0,454

= 0,5343

Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng N(3) tại điểm ngắn mạch:

454 , 0 0803 , 0

1 1

1

) 3 (









C H N

X X I

Dòng điện ngắn mạch đi qua điện kháng hệ thống:

IN2(3)(kA) = IN2(3) Icb1 = 1,8716 0,502 = 0,9395 kA

Dòng điện ngắn mạch đi qua cuộn dây trung áp máy biến áp:

IN2(3)(kA) = IN2(3) Icb2 = 1,8716.1,5604 = 2,9204 kA

2.Chế độ cực tiểu

X1Hmax  0, 0932;Xmax0H  0,1641

E N2

0932 , 0

1H

X

454 , 0

1C

X

E N2

Trang 16

5472 , 0

1

X

X1 = X1H + XC = 0,0932 + 0,454

= 0,5472

Dòng ngắn mạch hai pha N(2)

X(2) = X2 = 0,5472

1A(2) (2)

1

I(2)2A I1A(2) 0,91374

I(2)0A 0

I(2)N2 m I(2) (2)1A  3.0,91374

= 1,5826

Dòng điện qua điện kháng hệ thống và cuộn cao áp máy biến áp:

IHN2(2) = IN2(2) Icb1 = 1,5826 0,502 = 0,7945 kA

Dòng điện qua cuộn dây trung áp máy biến áp:

ITN2(2) = IN2(2) Icb2 = 1,5826 1,5604 = 2,4695 kA

N

2

2BV 1BV

4BV

Trang 17

Từ những tính toán trên ta có bảng tổng kết về dòng điện qua các bảo vệ trong trờng hợp ngắn mạch tại điểm N2 và N2’

Bảng 2-2 Chế

độ

Điểm ngắn

Cuộn dây hạ áp của máy biến áp nối tam giác nên ở chế độ công suất ngắn mạch cực đại chỉ cần tính toán với dạng ngắn mạch ba pha đối xứng N(3), chế độ công suất ngắn mạch cực tiểu tính toán dạng ngắn mạch hai pha N(2)

1.Chế độ cực đại.

0803 , 0

1H

X

454 , 0

C

X

298 , 0

H

X

8323 , 0

1

X

X1 = X1H + XC + XH = 0,0803 + 0,454 +0,298

= 0,8323

Dòng ngắn mạch ba pha đối xứng N(3) tại điểm ngắn mạch:

1 0,83231 1,2015

1

) 3 (



X

I N

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống và cuộn dây cao áp máy biến áp:

IHN3(3) = IN3(3) Icb1 = 1,2015.0,502 = 0,6031 kA

Dòng điện ngắn mạch qua cuộn dây hạ áp máy biến áp:

INHB(3) = IN3(3) Icb3 = 1,2015 2,5102 = 3,016 kA

E

N

3

Trang 18

2.Chế độ cực tiểu.

0932 , 0

1H

X

454 , 0

C

X

298 , 0

H

X

8452 , 0

1

X

X1 = X1H + XC + XH = 0,0932 + 0,454 + 0,298

= 0,8452

Dòng ngắn mạch hai pha N(2)

X(2) = X2 = 0,8452

1A(2) (2)

1

I(2)2A  I1A(2)  0,5916

I(2)0A 0

I(2)N2 m I(2) 1A(2)  3.0,5916 = 1,0247

Dòng điện ngắn mạch qua điện kháng hệ thống và cuộn dây cao áp máy biến áp:

IHN3(2) = IN3(2) Icb1 = 1,0247 0,502 = 0,5144 kA

Dòng điện ngắn mạch qua cuộn dây hạ áp máy biến áp:

IHN3(2) = IN3(2) Icb3 = 1,0247 2,5102 = 2,5722 kA

E

N

3

E

N

3

Trang 19

Từ những tính toán trên ta có bảng tổng kết về dòng điện qua các bảo vệ trong tr-ờng hợp ngắn mạch tại điểm N3

Bảng 2-3

Ta có sơ đồ tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch nh sau

Tiêu đề	Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV Phúc Thọ phần 7
Tác giả	Trần Thị Hồng Hà
Trường học	Trường Đại Học Điện Lực
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	475,5 KB