Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Phần thứ nhất tính toán bảo vệ trạm biến áp Chơng 1 Tính toán ngắn mạch bảo vệ trạm biến áp 1.1. Mô tả đối tợng đợc bảo vệ Đối tợng bảo vệ là trạm biến áp 110 kV gồm 2 máy biến áp ba cuộn dây giống nhau, đợc cấp điện từ hai hệ thống (hệ thống 1 và hệ thống 2) qua hai đờng dây D 1 và D 2 . Cuộn cao (110 kV) và cuộn hạ (10 kV) đấu sao, trung tính nối đất trực tiếp; cuộn trung (22 kV) đấu tam giác. Các thông số chính của máy biến áp nh sau: Công suất máy biến áp: 40 MVA Điện áp cao: 110 kV 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Điện áp trung: 22 kV Điện áp hạ: 10 kV Điện áp ngắn mạch % của cuộn cao - trung: 10,5% Điện áp ngắn mạch % của cuộn cao - hạ: 17% Điện áp ngắn mạch % của cuộn trung - hạ: 6,5% Tổ đấu dây Y 0 /Y 0 /. Để tính toán dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI phục vụ hệ thống bảo vệ ta xét các trờng hợp sau: Hệ thống điện max, trạm biến áp có một máy biến áp làm việc hoặc trạm biến áp có hai máy biến áp làm việc. Mục đích: Tính thông số đặt cho các chức năng bảo vệ quá dòng. Kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch máy biến áp. Hệ thống điện min, trạm biến áp có một máy biến áp làm việc. Mục đích: Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ so lệch máy biến áp. Hệ thống điện min, trạm biến áp vận hành hai máy biến áp. Mục đích: Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ quá dòng dự phòng cho bảo vệ so lệch. Máy biến áp là phần tử đứng yên nên điện kháng thứ tự thuận (TTT) bằng điện kháng thứ tự nghịch (TTN), X 2 = X 1 . 1.2. Tính điện kháng của các phần tử Để thuận tiện cho việc tính toán các thông số cài đặt cho các bảo vệ của máy biến áp ta tính điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tơng đối định mức của máy biến áp. Nguồn sức điện động đẳng trị của hệ thống: 1E HT * = Điện áp cơ bản: U cb = 115 kV Công suất cơ bản: S cb = S đmBA = 40 MVA 1.2.1. Điện kháng của hệ thống điện 1 Chế độ cực đại: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện 02667,0= 1500 40 = S S =X=X=X 1HT maxN MBA mđ 1HT max 1HT 2 1HT 1 Điện kháng thứ tự không <TTK> 03200,0=02667,0.2,1=X.2,1=X 1HT 1 1HT 0 Chế độ cực tiểu: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 03809,0= 1500.7,0 40 = S S =X=X=X 1HT minN MBA mđ 1HT min 1HT min2 1HT min1 Điện kháng thứ tự không <TTK> 04571,003809,0.2,1X.2,1X 1HT min1 1HT min0 === 1.2.2. Điện kháng của hệ thống điện 2 Chế độ cực đại: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 02353,0= 1700 40 = S S =X=X=X 2HT maxN MBA mđ 2HT max 2HT 2 2HT 1 Điện kháng thứ tự không <TTK> 02823,0=02353,0.2,1=X.2,1=X 2HT 1 2HT 0 Chế độ cực tiểu: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 03361,0= 1700.7,0 40 = S S =X=X=X 2HT minN MBA mđ 2HT min 2HT min2 2HT min1 Điện kháng thứ tự không <TTK> 04033,003361,0.2,1X.2,1X 2HT min1 2HT min0 === 1.2.3. Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp Điện áp ngắn mạch của các cuộn dây máy biến áp: %17%U HC N = ; %5,10%U TC N = ; %5,6%U HT N = 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) %5,65,105,617 2 1 UUU 2 1 %U %0175,105,6 2 1 UUU 2 1 %U %5,105,65,1017 2 1 UUU 2 1 %U TC N HT N HC N H N HC N TC N HT N T N HT N TC N HC N C N =+=+= =+=+= =+=+= Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp trong hệ đơn vị tơng đối định mức đợc xác định nh sau: 065,0= 115 40 . 40 115 . 100 5,6 = U S . S U . 100 %U =X 0=X 105,0= 115 40 . 40 115 . 100 5,10 = U S . S U . 100 %U =X 2 2 2 cb cb mđ 2 mđ H N H T 2 2 2 cb cb mđ 2 mđ C N C 1.2.4. Điện kháng của đờng dây Đờng dây D 1 Đờng dây D 1 sử dụng loại dây AC - 150 có chiều dài l 1 = 25 km Tra bảng ta có: z = 0,21 + j.0,42 /km Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 03176,0 115 40 .25.42,0 U S l.xXX 22 cb cb 1 1D 2 1D 1 ==== Điện kháng thứ tự không <TTK> Việc tính toán điện kháng thứ tự không của đờng dây rất phức tạp, phụ thuộc vào: Điều kiện khí hậu, thời tiết, loại đất, chiều cao cột, khoảng cách các phaDo đó ta tính gần đúng theo tỉ số: x 0 /x 1 =3 x 0 = 1,26 /km Do đó ta có: 09528,0= 115 40 .25.26,1=X 2 1D 0 Đờng dây D 2 Đờng dây D 2 sử dụng loại dây AC - 185 có chiều dài l 2 = 35 km 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Tra bảng ta có: z = 0,17 + j.0,414 /km Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch <TTT, TTN> 04382,0= 115 40 .35.414,0= U S .l.x=X=X 22 cb cb 2 2D 2 2D 1 Điện kháng thứ tự không <TTK> x 0 =1,242 /km 13146,0= 115 40 .35.242,1=X 2 2D 0 1.3. Xét chế độ ngắn mạch max - một máy biến áp làm việc Điều kiện: Cả hai đờng dây làm việc. Trạm vận hành một máy biến áp. Điện kháng tổng tính từ hệ thống 1 đến thanh góp 110 kV trạm biến áp: 12728,009528,003200,0XXX 05843,003176,002667,0XXX 1D 0 1HT 0 1HT 0 1D 1 1HT 1 1HT 1 =+=+= =+=+= Điện kháng tổng tính từ hệ thống 2 đến thanh góp 110 kV trạm biến áp: 15969,013146,002823,0XXX 06735,004382,002353,0XXX 2D 0 2HT 0 2HT 0 2D 1 2HT 1 2HT 1 =+=+= =+=+= Điện kháng tổng (khi hai đờng dây làm việc) tính đến thanh góp 110 kV trạm biến áp: 07084,0 15969,012728,0 15969,0.12728,0 XX X.X X 03129,0 06735,005843,0 06735,0.05843,0 XX X.X X 2HT 0 1HT 0 2HT 0 1HT 0 HT 0 2HT 1 1HT 1 2HT 1 1HT 1 HT 1 = + = + = = + = + = Ta có sơ đồ tổng quát và các điểm ngắn mạch cần phải tính nh sau: 1.3.1. Xét điểm ngắn mạch ngoài N 1 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch: 03129,0XX HT 11 == 5 HT1 HT2 11 BI 4 BI 3 N 5 BI 2 BI 3 BI 1 BI 12 BI 22 BI 21 BI 2 N 1 N 1 N 3 N 22 kV 110 kV 2 N 10 kV D1-AC150-25 km D2-AC185-35 km Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Sơ đồ thứ tự không: 04230,0X//XX CHT 00 == 1.3.1.1. Xét dạng ngắn mạch ba pha N (3) Khi ngắn mạch N (3) tại N 1 không có dòng chạy qua các BI phục vụ bảo vệ trạm biến áp. 1.3.1.2. Xét dạng ngắn mạch một pha N (1) Dòng chạy qua BI 1 chính là dòng thứ tự không từ trung tính của máy biến áp. Dòng điện tại điểm ngắn mạch: 53470,9= 04230,0+03129,0+03129,0 1 = X+X+X E =I=I=I 021 HT * 0Na2Na1Na Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ: Dòng điện thứ tự không chạy qua BI 1 : 3,84120 105,007084,0 07084,0 .53470,9 XX X .I)BI(I CHT 0 HT 0 0Na10 = + = + = I f (BI 1 ) = I 0 (BI 1 ) = 3,84120 Dòng điện thứ tự không chạy qua BI 4 : I 0 (BI 4 ) = 3.3,84120 = 11,52363 Không có dòng chạy qua các BI 2 , BI 3 và BI 5 1.3.1.3. Xét dạng ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1) Dòng điện tại điểm ngắn mạch: 6 N 1 105,0 X C 07084,0 X HT 0 0423,0 X 0 N 1 E HT 03129,0 X 1 N 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện 62890,8III 66512,11 04230,003129,0 04230,0 .29400,20 XX X .II 29400,20 04230,003129,0 04230,0.03129,0 03129,0 1 XX X.X X E I 2Na1Na0Na 02 0 1Na2Na 02 02 1 HT * 1Na == = + = + = = + + = + + = Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ: Dòng điện thứ tự không chạy qua BI 1 47629,3 105,007084,0 07084,0 .62890,8 XX X .I)BI(I CHT 0 HT 0 0Na10 = + = + = Dòng điện thứ tự không chạy qua BI 4 : I 0 (BI 4 ) = 3.(-3,47629) = -10,42889 Không có dòng chạy qua các BI 2 , BI 3 và BI 5 Quy ớc: Dòng đi vào máy biến áp thì mang dấu (+) Dòng đi ra khỏi máy biến áp thì mang dấu (-) Để tránh tác động nhầm, rơle tự tính toán và loại bỏ thành phần thứ tự không. Dòng đem ra so sánh là dòng điện so lệch ( I f - I 0 ) 1.3.2. Xét điểm ngắn mạch N 1 / trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch Sơ đồ thay thế giống nh trờng hợp ngắn mạch tại điểm N 1 1.3.2.1. Xét dạng ngắn mạch ba pha N (3) Dòng pha chạy qua BI 1 : 95909,31 03129,0 1 X E )BI(I 1 HT * 1f === Không có dòng chạy qua các BI 2 , BI 3 , BI 4 và BI 5 1.3.2.2. Xét dạng ngắn mạch một pha N (1) Dòng điện tại điểm ngắn mạch: 05347,9= X+X+X E =I=I=I 021 HT * 0Na2Na1Na Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ: 7 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ b¶o vÖ hÖ thèng ®iÖn  Dßng ®iÖn ch¹y qua BI 1 : 69349,5= 105,0+07084,0 105,0 .53470,9= X+X X .I=)BI(I 53470,9=)BI(I=)BI(I CHT 0 C 0Na10 1211 − Dßng ®iÖn pha qua BI 1 : I f (BI 1 ) = I 1 + I 2 + I 0 = 9,53470 + 9,53470 + 5,69349 = 24,76289 − Dßng ®iÖn so lÖch: 06940,19II 0f =−  Dßng ®iÖn ch¹y qua BI 4 : ( ) 52363,11)69349,553470,9.(3)BI(II.3)BI(I 100Na40 =−=−=  Kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c BI 2 , BI 3 vµ BI 5 1.3.2.3. XÐt d¹ng ng¾n m¹ch hai pha ch¹m ®Êt N(1,1) • Dßng ®iÖn t¹i ®iÓm ng¾n m¹ch: 62890,8I 66512,11I 29400,20I 0Na 2Na 1Na −= −= = • Dßng ®iÖn ch¹y qua BI phôc vô b¶o vÖ:  Dßng ch¹y qua BI 1 : 15261,5 XX X .I)BI(I 66512,11I)BI(I 29400,20I)BI(I C B HT 0 C B 0Na10 2Na12 1Na11 −= + = −== == − Dßng ®iÖn pha qua BI 1 : 0 00 1 f 101211 2 1 f 10925173,29 15261,512066512,1124029400,20)BI(I )BI(I)BI(I.a)BI(I.a)BI(I −∠= −∠−∠= ++= • • − Dßng ®iÖn so lÖch: 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện = 0f II 28,01166 Dòng chạy qua BI 4 : I 0 (BI 4 ) = 3.(- 8,62890 + 5,15261) = - 10,42887 Không có dòng chạy qua các BI 2 , BI 3 và BI 5 1.3.3. Xét điểm ngắn mạch ngoài N 3 (10 kV) Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch: Sơ đồ thay thế thứ tự không: 1.3.3.1. Xét dạng ngắn mạch ba pha N (3) Dòng điện pha chạy qua BI 1 và BI 3 tới điểm ngắn mạch: 96796,4 20129,0 1 X E )BI(I)BI(I 1 3f1f ==== Không có dòng chạy qua các BI 2 , BI 4 và BI 5 1.3.3.2. Xét dạng ngắn mạch một pha N (1) Dòng điện tại điểm ngắn mạch: 13867,2 065,020129,020129,0 1 XXX E III 021 HT * 0Na2Na1Na = ++ = ++ === Dòng điện chạy qua BI phục vụ bảo vệ: Dòng điện chạy qua BI 1 : 0)BI(I 13867,2)BI(I)BI(I 10 1211 = == Dòng điện pha: 27734,4III)BI(I 0211f =++= Dòng điện so lệch: I f - I 0 = 4,27734 Dòng điện chạy qua BI 3 : 13867,2)BI(I)BI(I)BI(I 303231 === 9 105,0 X C 07084,0 X HT 1 065,0 X B H N 3 E HT 20129,0 1 X N 3 E HT 065,0 X 0 N 3 §å ¸n tèt nghiÖp ThiÕt kÕ b¶o vÖ hÖ thèng ®iÖn − Dßng ®iÖn pha: I f (BI 3 ) = I 1 + I 2 + I 0 = 6,41601 − Dßng ®iÖn so lÖch: I f - I 0 = 4,27734  Dßng ®iÖn thø tù kh«ng ch¹y qua BI 5 : I 0 (BI 5 ) = 3.2,13867 =6,41601  Kh«ng cã dßng ch¹y qua c¸c BI 2 vµ BI 4 1.3.3.3. XÐt d¹ng ng¾n m¹ch hai pha ch¹m ®Êt N (1,1) • Dßng ®iÖn t¹i ®iÓm ng¾n m¹ch: 01850,3III 97473,0 065,020129,0 065,0 .99323,3 XX X .II 99323,3 065,020129,0 065,0.20129,0 20129,0 1 XX X.X X E I 2Na1Na0Na 02 0 1Na2Na 02 02 1 HT * 1Na −=−−= −= + −= + −= = + + = + + = ΣΣ Σ ΣΣ ΣΣ Σ • Dßng ®iÖn ch¹y qua BI phôc vô b¶o vÖ:  Dßng ®iÖn ch¹y qua BI 1 : 0)BI(I 97473,0I)BI(I 99323,3I)BI(I 10 2Na12 1Na11 = −== == − Dßng ®iÖn pha: 000 1f 101211 2 1f 4,10955942,4012097473,024099323,3)BI(I )BI(I)BI(I.a)BI(I.a)BI(I −∠=+∠−∠= ++= − Dßng ®iÖn so lÖch: I f - I 0 = 4,55942  Dßng ®iÖn ch¹y qua BI 3 : 01850,3I)BI(I 97473,0)BI(I)BI(I 99323,3)BI(I)BI(I 0Na30 1232 1131 −== −== == 10 [...]... loại bảo vệ cần đặt cho trạm đợc thiết kế 50BF Với trạm biến áp 110 kV, gồm 2 máy biến áp 3 cuộn dây công suất 40 MVA, ta lựa chọn phơng thức bảo vệ nh sau:22 kV Bảo vệ chính: 87T: Bảo vệ so lệch có hãm 87N: Bảo vệ so lệch thứ tự không (bảo vệ chống chạm đất hạn chế) 63: Bảo vệ rơle khí (Buchholz) Bảo vệ dự phòng: 50: Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh 50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không 51: Bảo vệ. .. ngoài máy biến áp bao gồm: Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Quá tải Quá bão hoà mạch từ Tuỳ theo công suất của máy biến áp, vị trí, vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà lựa chọn phơng thức bảo vệ thích hợp Những loại bảo vệ thờng dùng để chống các loại sự cố và chế độ làm việc không bình thờng của máy biến áp đợc... nhanh phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, ổn định bền vững Để thực hiện đợc nhiệm vụ quan trọng này thì hệ thống bảo vệ phải thoả mãn các yêu cầu sau: Tác động nhanh Tác động phải chọn lọc Tin cậy khi tác động Độ nhạy phải đảm bảo 30 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện 2.1.2 Sơ đồ phơng thức bảo vệ trạm biến áp 110 kV 10 kV 63 50 87N 87N OL OT 51 50N... vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp N BI 2 Ngắn mạch N(2) tại điểm N1/ Dòng điện chạy qua BI1: I1(BI1) = I2( BI1) = 22 kV 2 N2 E 1 = = 6,45744 X 1 + X 2 0,07743 + 0,07743 I0(BI1) = 0 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện If(BI1) = 3 I1(BI1) = 11,1846 Không có dòng chạy qua các BI2, BI3, BI4 và BI5 1.6.3 Xét điểm ngắn mạch N3 nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp. .. làm việc Trạm vận hành hai máy Ta có sơ đồ tổng quát và các điểm ngắn mạch cần phải tính toán nh sau: 110 kV BI BI 5 10 kV 4 Trong chế độ nay sơ đồ thay thế và tính toán các dạng ngắn mạch N(1), N(1,1) tBI 3 BI 1 ơng tự nh chế độ max hai máy biến áp làm việc Ta chỉ trình bày dạng ngắn mạch N(2) N1 N N 1 vùng bảo vệ của 3N 3 so lệch Xét điểm ngắn mạch N1 nằm ngoài bảo vệ 1.6.1 máy biến áp Ngắn mạch... Loại bảo vệ So lệch có hãm Bảo vệ so lệch thứ tự không (chống Ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha chạm đất hạn chế ) chạm đất Bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không Chạm chập các vòng dây Bảo vệ Rơle khí (Buchholz) Thùng dầu thủng hoặc bị rò dầu Quá dòng điện Quá tải Hình ảnh nhiệt Quá bão hoà mạch từ Chống quá bão hoà Việc lựa chọn phơng thức bảo vệ cho trạm biến áp nói riêng và các phần tử trong hệ thống. .. làm việc Điều kiện: Chỉ có đờng dây D2 làm việc Trạm vận hành một máy biến áp Điện kháng tổng tính từ hệ thống 1 đến thanh góp 11 0kV trạm biến áp: X 1HT1 = X 1HT1 + X 1D1 = 0,03809 + 0,03176 = 0,06985 HT HT D X 0 1 = X 0 1 + X 0 1 = 0,04571 + 0,09528 = 0,14099 Điện kháng tổng tính từ hệ thống 2 đến thanh góp 11 0kV trạm biến áp: D X 1HT 2 = X 1HT 2 + X 1 2 = 0,03361 + 0,04382 = 0,07743 HT HT D... BI1 và BI3: 1 1 I1(BI1, BI3) = I2(BI1, BI3) = INa1 = 3,07825 = 1,53912 2 2 If(BI1) = If(BI3) = 3 I1(BI1, BI3) = 2,66584 Không có dòng chạy qua các BI2, BI4, BI5: 1.6.4 Xét điểm ngắn mạch N3/ nằm trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp Tính toán giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N3 1.6.5 Xét điểm ngắn mạch N2 nằm ngoài vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp Phía trung áp của máy biến áp. .. thời gian 51N: Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có thời gian 49: Bảo vệ quá tải (theo nguyên lý hình ảnh nhiệt) OT: Bảo vệ nhiệt độ dầu OL: Bảo vệ mức dầu thấp 2.2 Giới thiệu về rơle bảo vệ so lệch alstom p633 31 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Hóng Alstom ch to, c s dng bo v chớnh cho MBA 3 cun dõy hoc mỏy bin ỏp t ngu tt c cỏc cp in ỏp Rle ny cng cú th dựng bo v cho cỏc loi mỏy... I0(BI5) = 3.(-2,75801) = -8,27403 Không có dòng chạy qua các BI2 và BI4 1.4.4 Xét điểm ngắn mạch N3/ trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch Sơ đồ thay thế và quá trình tính toán ngắn mạch giống nh trờng hợp ngắn mạch ở điểm N3 1.4.5 Xét điểm ngắn mạch ngoài N2 (22 kV) 18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Phía trung áp của máy biến áp nối tam giác nên trong trờng hợp ngắn mạch tại điểm N2 ta