Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạng bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/35 kV MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Thị Vân Lớp D5-H1 N1 N2 N3 B1 B2 35kV 110kV 220 kV III II I BI3 BI4 BI1 BI2 HTÐ -2- 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) B 1 và B 2 mắc song song với nhau. Hai MBA được cấp từ một nguổn của hệ thống điện (HTĐ) qua đường dây kép D. Phía trung áp 110kV và hạ áp 35kV cấp điện cho phụ tải. 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. Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S N max = 1800 MVA Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S N max = 0,8.S N max = 0,8 × 1800 = 1440 MVA X 0H = 1,25.X 1H Đường dây: Chiều dài đường dây: L = 70 km Điện kháng thứ tự thuận: X 1D = 0,401 Ω/km Điện kháng thứ tự không: X 0D = 2X 1D Máy biến áp: Máy biến áp tự ngẫu 3 cuộn dây, có 3 cấp điện áp 230/121/38,5 kV. Công suất: 125/125/62,5 MVA GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -3- Tổ đấu dây: Y o - Auto-d11 (Y o - ∆ - 11) Giới hạn điều chỉnh điện áp ±10% Điện áp ngắn mạch phần trăm các cuộn dây: GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -4- 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 (I NM 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 (I NM max ) 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 (S N max ) hoặc công suất ngắn mạch bé nhất (S N min ). • Cấu hình của lưới điện: đặc trưng bằng số phần tử làm việc song song. S N max : 2 máy biến áp (MBA), 2 đường dây làm việc song song S N min : 1 MBA, 1 đường dây làm việc - Vị trí điểm ngắn mạch: Phía I: Vị trí điểm ngắn mạch 1 N , ' 1 N Phía II: Vị trí điểm ngắn mạch 2 N , ' 2 N Phía III: Vị trí điểm ngắn mạch 3 N , ' 3 N 1 N ' 1 N ' 2 N ' 3 N 2 N 3 N B1 B2 35kV 110kV 220kV III II I BI3 BI4 BI1 BI2 HTÐ - Dạng ngắn mạch: - Để xác định dòng điện ngắn mạch cực đại (I NM 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 (I NM 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: S N max (2 đường dây song song), 1 MBA làm việc GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -5- Sơ đồ 2: S N max (2 đường dây song song), 2 MBA làm việc Sơ đồ 3: S N min (1 đường dây), 1 MBA làm việc Sơ đồ 4: S N 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 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 . Để cho việc tính toán đơn giản ta dùng hệ đơn vị tương đối cơ bản. Chọn đơn vị cơ bản - Công suất cơ bản: chọn bằng công suất danh định của MBA Scb = Sdđ B = 125 MVA - Điện áp cơ bản: chọn bằng điện áp danh định các cấp Ucb = Udđ - Dòng điện cơ bản: dòng điện cơ bản được tính toán cho từng cấp điện áp tương ứng. GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -6- Phía I: cấp điện áp 220kVcó Phía II: cấp điện áp 110 kVcó Phía III: cấp điện áp 35 kVcó Tính thông số các phần tử trong hệ đơn vị tương đối cơ bản - Hệ thống - Trong chế độ cực đại: S N max = 1800 MVA Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch: Điện kháng thứ tự không: X 0H max = 1,25.X 1H max = 1,25 × 0,07 = 0,087 Trong chế độ cực tiểu: S N min = 1440 MVA Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch: Điện kháng thứ tự không: X 0H min =1,25.X 1H min = 1,25 × 0,087 = 0,109 - Đường dây - Máy biến áp Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây MBA: Điện kháng của các cuộn dây: - Cuộn cao: - Cuộn trung: - Cuộn hạ: Sơ đồ thay thế của hệ thống - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E=0) GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân E 0,0725 X1D 0,07 X1Hmax 0 XT 0,155 XH 0,1025 XC 0,0725 X1D 0,1025 XC 0 XT 0,155 XH 0,087 X1H min 0,087 0,145 X0D 0 XT 0,1025 XC 0,155 XH 0,109 X0H min X0H max 0,145 X0D 0,1025 XC 0 XT 0,155 XH -7- - Sơ đồ thay thế thứ tự không GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân E 0,07 X1H max 0,0725 X1D BI1 N1 0,0725 X1D 0,087 X0H max 0,145 X0D 0,1025 XC 0,155 XH BI1 N1 U0N 0,145 X0D -8- Tính toán các phương án ngắn mạch 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 N 1 , ) - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) - Sơ đồ thay thế thứ tự không Ta có: Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch Điện kháng thứ tự không 2.1.1.1. Ngắn mạch 3 pha Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch: Đổi sang hệ đơn vị có tên: Phân bố dòng điện đi qua BI: - Khi ngắn mạch tại N 1 : - Khi ngắn mạch tại 2.1.1.2. Ngắn mạch 2 pha chạm đất Điện kháng phụ: GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -9- Các thành phần dòng điện: Điện áp thứ tự không: Phân bố dòng điện thứ tự không phía hệ thống và phía MBA: Phân bố dòng điện đi qua các BI - Ngắn mạch tại N 1 Ở hệ đơn vị có tên: kA Dòng điện qua các BI còn lại bằng không. - Ngắn mạch tại Dòng điện qua BI 1 : Đổi sang hệ đơn vị có tên: Dòng điện qua BI 4 : ) Dòng qua các BI còn lại bằng 0. 2.1.1.3. Ngắn mạch 1 pha Điện kháng phụ: Các thành phần dòng điện tại điểm ngắn mạch: Lại có = 3,4048 Điện áp thứ tự không: GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân N2 E 0,07 X1Hmax 0,0725 X1D 0,1025 XC 0 XT BI2 0,0725 X1D -10- Phân bố dòng thứ tự không: Phân bố dòng điện đi qua các BI - Ngắn mạch tại N 1 : Dòng điện qua các BI còn lại bằng không. - Ngắn mạch tại Dòng điện qua BI 1 : Đổi sang hệ đơn vị có tên: Dòng điện qua BI 4 : Dòng qua các BI còn lại bằng 0. 2.1.2. Ngắn mạch phía II (điểm ngắn mạch N 2 , ) - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) - Sơ đồ thay thế thứ tự không GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân [...]... dòng điện đi qua các BI: - Khi ngắn mạch tại N3 kA kA Dòng qua các BI còn lại bằng 0 Khi ngắn mạch tại : Dòng qua các BI còn lại bằng 0 Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 (bảng 2.1) Bảng 2.1 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 1 Phía NM Điểm NM GVHD: TS Vũ Thị Thu Nga Dạng NM Dòng qua các BI ( kA) SVTH: Nguyễn Thị Vân -15- BI1 0 0 0 0 N(1,1) 0,385 0 0 1,154 N(1)... bố dòng điện đi qua các BI: - Khi ngắn mạch tại N3 Dòng qua các BI còn lại bằng 0 - Khi ngắn mạch tại : Dòng qua các BI còn lại bằng 0 Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 (bảng 2.2): Bảng 2.2 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 2 Phía NM Dòng qua các BI BI2 BI3 Dạng NM N1 N(3) 0 0 0 0 N(1,1) N(1) I Điểm NM -0,322 0,286 0 0 0 0 -0,965 0,858 GVHD: TS Vũ Thị Thu... ngắn mạch tại N3 ×0,328=0,681kA = 2,077×0,656= 1,363kA Dòng qua các BI còn lại bằng 0 Khi ngắn mạch tại = Dòng qua các BI còn lại bằng 0 Từ kết quả tính toán trên ta có bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3 (bảng 2.3): Bảng 2.3 Bảng tổng kết tính ngắn mạch cho sơ đồ 3 Phía NM Điểm NM Dạng NM BI1 Dòng qua các BI BI2 BI3 BI4(kA) N(2) 0 0 N(1,1) -0,363 0 0 -1,089 N(1) 0,318 0 0 0,955 1,775 0 0 0 N(1,1)... lại bằng 0 - Khi ngắn mạch tại : Dòng qua các BI còn lại: 2.2.2.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất Điện kháng phụ: Các thành phần dòng điện: Điện áp thứ tự không: Dòng điện thứ tự không phía trung áp MBA (điện áp 11 0kV) : Dòng điện thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch: Dòng điện thứ tự không chạy qua phía 22 0kV của MBA: Dòng điện thứ tự không qua cuộn chung của MBA trong hệ đơn vị có tên: GVHD: TS Vũ Thị... Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -34- Dòng qua các BI còn lại: 2.4.2.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất Điện kháng phụ: Các thành phần dòng điện: Điện áp thứ tự không: Dòng điện thứ tự không phía trung áp MBA (điện áp 11 0kV) : Dòng điện thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch: Dòng điện thứ tự không chạy qua phía 22 0kV của MBA: Dòng điện thứ tự không qua cuộn chung của MBA trong hệ đơn vị có tên: Dòng điện qua... 0 -1,396 0 2.3 Sơ đồ 3: SN min(1 đường dây), 1 MBA làm việc 2.3.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1, ) - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) X1D 0,0725 E BI1 X1H min 0,087 N1 - Sơ đồ thay thế thứ tự không X0D 0,145 X0H min 0,109 XC 0,1025 BI1 XH 0,155 N1 U0N GVHD: TS Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -24- Ta có: - Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch - Điện kháng thứ tự không 2.3.1.1... 0 2.4 Sơ đồ 4: SN min(1 đường dây), 2 MBA làm việc 2.4.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1, ) - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) E X1H min 0,087 X1D 0,0725 BI1 N1 - Sơ đồ thay thế thứ tự không X0D 0,145 X0H min 0,109 BI1 XC 0,1025 XC N1 0,1025 XH 0,155 XH 0,155 U0N Ta có: GVHD: TS Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -31- - Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch - Điện kháng thứ... tên: Dòng qua các BI còn lại bằng 0 - Khi ngắn mạch tại Dòng qua các BI còn lại: 2.3.2.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất Điện kháng phụ: Các thành phần dòng điện: GVHD: TS Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -27- Điện áp thứ tự không: Dòng điện thứ tự không phía trung áp MBA (điện áp 11 0kV) : Dòng điện thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch: Dòng điện thứ tự không qua cuộn chung của MBA trong hệ đơn vị... N2 U0N Ta có: - Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch - Điện kháng thứ tự không 2.1.2.1 Ngắn mạch 3 pha Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch: Phân bố dòng điện đi qua các BI: - Khi ngắn mạch tại N2: kA Dòng qua các BI còn lại bằng 0 - Khi ngắn mạch tại1,571kA Dòng qua các BI còn lại: 2.1.2.2 Ngắn mạch 2 pha chạm đất Điện kháng phụ: Các thành phần dòng điện: Điện áp thứ tự không: Dòng điện... III N3 2.2 Sơ đồ 2: SN max(2 đường dây song song), 2 MBA làm việc 2.2.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1, ) - Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) X1D 0,0725 E X1H max 0,07 X1D 0,0725 - BI1 N1 Sơ đồ thay thế thứ tự không GVHD: TS Vũ Thị Thu Nga SVTH: Nguyễn Thị Vân -16- X0D 0,145 X0H max 0,087 X0D 0,145 XC 0,1025 BI1 XC N1 0,1025 XH 0,155 XH 0,155 U0N Ta có: - Điện kháng thứ tự thuận . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạng bảo vệ rơ le cho trạm biến áp 220/110/35 kV MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Thị Vân Lớp D5-H1 N1 N2 N3 B1 B2 3 5kV 11 0kV 220 kV III II I BI3 BI4 BI1. qua đường dây kép D. Phía trung áp 11 0kV và hạ áp 3 5kV cấp điện cho phụ tải. 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. BI2 HTÐ -2- 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) B 1 và B 2 mắc song song