bài tập nhà máy điện, trạm biến áp và bảo vệ rơ le có lời giải Bài 2.1 : Vẽ công suất tổng của trạm biến áp cung cấp cấp cho hai phụ tải ở 2 cấp điện áp U1 và U2. Hình 2.4: Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ tij nhỏ đến lớn và trong thời gian đó cộng các phụ tải lại, sau đó cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao. Thường lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P và Q và tính S nếu cos khác nhau. Trường hợp nếu cos như nhau có thể chỉ vẽ cho P.
Bài 2.1 : Vẽ công suất tổng trạm biến áp cung cấp cấp cho hai phụ tải cấp điện áp U1 U2 Hình 2.4: Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải tổng hợp vẽ từ t ij nhỏ đến lớn thời gian cộng phụ tải lại, sau cộng thêm phần tự dùng hay tổn hao Thường lập thành bảng tổng hợp phụ tải theo phương pháp lập bảng cho P Q tính S cosϕ khác Trường hợp cosϕ vẽ cho P Bài 2-2: Vẽ đồ thị phụ tải tổng hợp cho trạm biến áp cung cấp cho phụ tải có đồ thị phụ tải U 1, U2, U3(hình 2.5) với P1max = 50MW, P2max = 40MW, P3max = 80MW Hình 2.5: Đồ thị phụ tải Bảng 2.1: Bảng tổng hợp phụ tải trạm biến áp Phụ tải cấp điện áp (MW) Từ…đến U1 U2 U3 Tự dùng Tổng % ÷6(h) 20 32 48 0.5 100.5 63 ÷ 12(h) 40 40 80 0.5 160.5 100 TT 12 ÷18(h) 50 40 64 0.5 154.5 97 18 ÷ 24(h) 20 24 32 0.5 76.5 48 Từ suy đồ thị phụ tải tổng ngày trạm biến áp Hinh 2.6: Đồ thị phụ tải tổng ngày trạm biến áp Bài 2.3: Vẽ đồ thị phụ tải qua máy biến áp nhà máy điện đây: Hình 2.7: Đồ thị phụ tải máy phát (bao gồm tự dùng) Máy phát điện F: Sđm = 100MVA Phụ tải UF: Smax = 60MVA Với đồ thị phụ tải hình 2.7 gồm tự dùng Giả thuyết máy phát điện phát đầy tải S = 200MVA Phụ tải UF: - ÷ giờ: 40%.60 = 24MVA - ÷ 18 giờ: 80%.60 = 48MVA - 18 ÷ 21 giờ: 100%.60 = 60MVA - 21 ÷ 24 giờ: 60%.60 = 36MVA Đồ thị phụ tải qua máy biến áp vẽ cách lấy đồ thị phụ tải máy phát điện trừ phần tải phụ tải điện áp máy phát điện (phần gạch chéo hình 2.8a từ suy hình 2.8b Hình 2.8: Đồ thị phụ tải máy biến áp - ÷ giờ: ÷ 18 giờ: S1 = 200 – 24 = 176MVA S2 = 200 – 48 = 152MVA - 18 ÷ 21 giờ: S3 = 200 – 60 = 140MVA - 21 ÷ 24 giờ: S4 = 200 – 36 = 164MVA Bài 2.4: Vẽ đồ thị phụ tải qua cuộn dây MBA tự ngẫu nhà máy điện hình 2.9a Đồ thị phụ tải cấp điện áp 110 kV cho hình 2.9b, điện áp 10,5 kV cho hình 2.9c Giả thiết máy phát điện ln vận hành định mức Tồn cơng suất thừa phát hệ thống Hình 2.9: Máy phát F1, F2, F3: Sđm = 100MVA Phụ tải 110KV : Smax = 150MVA (hình 2-9.b) Phụ tải 10.5KV : Smax = 50MVA (hình 2-9.c) - Đồ thị phụ tải cuộn trung máy biến áp từ ngẫu thực cách lấy công suất máy phát F3 (100MVA) trừ đồ thị phụ tải điện áp 110KV (hình 2.10a) Từ – là: 100-90 = 10 MVA – 18 là: 100-150 = -50 MVA 18 – 24 là: 100-120 = -20 MVA - Đồ thị phụ tải cuộn hạ máy biến áp thực cách lấy công suất máy phát điện F1, F2 tức 200MVA trừ đồ thị phụ tải điện áp 10.5KV hình 2.10b Từ – là: 200-20 = 180 MVA – 18 là: 200-40 = 160 MVA 18 – 22 là: 22 – 24 - 200-50 là: = 150 MVA 200-30 = 170 MVA Đồ thị phụ tải cuộn cao tổng hợp đồ thị phụ tải cuộn cao trung (chú ý tổng đại số thực trị số thực MVA) Hình 2.10a : Đồ thị cuộn trung Hình 2.10b Đồ thị cuộn hạ Hình 2.11a: Đồ thị cuộn trung quy đổi - Hình 2.11b : Đồ thị cuộn hạ quy đổi Đồ thị phụ tải qua cuộn cao: Từ ÷ : Sc1 = SH1 + ST1 = 180 + 10 = 190 (MVA) từ hạ trung lên cao ÷ 18 giờ: Sc2 = SH2 – ST2 = 160 - 50 = 110 (MVA) từ hạ lên cao 18 ÷ 22 giờ: Sc3 = SH3 – ST3 = 150 – 20 = 130 (MVA) từ hạ lên cao 22 ÷ 24 giờ: Sc4 = SH4 – ST3 = 170 – 20 = 150 (MVA) từ hạ lên cao trung trung trung Do phụ tải qua cuộn cao, trung, hạ MBA tự ngẫu sau: Bảng 2.2: Phụ tải qua cuộn cao ,trung ,hạ MBA tự ngẫu Thời gian SHạ(MVA) STrung (MVA) SCao (MVA) 0-6 180 10 190 6-18 160 -50 110 18-22 150 -20 130 22-24 170 -20 150 Bài 3.1: Một nhà máy điện có máy phát cơng suất 100MVA có nhiệm vụ cung cấp cho phụ tải: Ở UC =100 KV, Smax/ Smin = 180 MVA 120 200 MVA 140 60 MVA Ở UH = Umf = 10,5 KV, Smax/ Smin = 40 Ở UT = 35 KV, Smax / S = Điện áp hệ thống 110 KV Vì Umf = UH ; UC = UHT nên ta có phương án thoả mãn biểu thức trên: m≥ 60 100 +1 ≥ 120 p ≤ 100 ≤1 140 q≤ ≤1 100 m+p+q=4 Bảng 3.1: Các phương án Phương án m p q n 3 1 0 1 4 4 Hình 3.2: Các phương án sơ đồ cấu trúc 4.1 Cho đồ thị phụ tải qua máy biến áp hình 4.5 Chọn công suất máy biến áp theo khả tải bình thường Từ đồ thị phụ tải có Smax=80MVA, Smin=30MVA, có máy biến áp sau đây: 40, 60, 75MVA Chọn Sđm =40MVA, tiến hành kiểm tra khả q tải bình thường có cho phép khơng? Các bước tính tốn với S đm =40MVA kết thu ghi bảng 4.1 Bảng 4.1: Kết tính toán i Si (MVA) 30 50 80 70 30 35 Ki = Si/40 0,75 1,25 1,75 0,75 0,854 0,5625 1,5625 3,062 0,5625 0,73 3 2 4,687 6,125 Ki Ti (giờ) Ki Ti K 2T = 4,867 6,125 ii Ti 1,56 = = 0,78 ⊂ 0,9 K2ñt = K2ñt KMax Nên K2 = 0,9KMax = 0,9 x 80 40 = 1,56 = 1,8 Phải tính lại T2 ΣK 2Ti T = i = 18,812 = 6giờ (0,9K Max ) (0,9.2)2 Vì trước vùng K2 khơng đủ 10 nên lấy 10 sau vùng K để tính K1 K1 = KìT i i 10 = 0,752.8 0,852.2 = 0,77 10 Từ K1 = 0,77; T2 = 6giờ theo đường cong q tải bình thường có K2cp=1,18< K2=1,8 Vì máy biến áp có S đm = 40 MVA không cho phép vận hành đồ thị phụ tải cho Nâng công suất định mức lên 60MVA tiến hành tương tự kết ghi vào bảng 4-2 Kết tính tốn với SđmB =60MVA Bảng 4.2: Kết tính tốn I Si (MVA) 30 50 80 70 30 35 Ki = Si/60 0,5 0,83 1,33 1,17 0,5 0,58 Ki2 0,25 0,6889 1,7689 1,3689 0,25 Ti (giờ) 3 2 Ki2 Ti 0,75 2,0667 3,5378 2,737 0,464 K 2ñt = Ki 2T = 1,769.2 1,369.2 = 1,25 i Ti K2đt / K2Max = 1,25/1,33=0,94 > 0,9 Nên K2 = 1,25 T2 = K1 xác định 10 sau vùng K2 phía trước khơng đủ 10 tức từ 10 đến 20 K1 = 0,25.8 0,464.2 = 0,54 10 Với K1 = 0,54 T2 = từ đường cong khả tải máy biến áp tìm K2cp = 1,3 > 1,25 Cho nên máy biến áp có S đm = 60 MVA cho phép làm việc với đồ thị phụ tải cho chọn, khơng cần tính với máy biến áp Sđm=75 MVA 4.2 Chọn công suất máy biến áp trạm biến áp 110/22 KV có đồ thị phụ tải hình 4.6 Sơ đồ thay thế: Hình 9.15: sơ đồ thay Trong chế độ ta tính tốn dạng ngắn mạchsau: - Ngắn mạch2 pha - Ngắn mạch1 pha chạm đất - Ngắn mạch2 pha chạm đất Xác định dòng ngắn mạchtại điểm N1 X1∑ = 0,0083+ 0,125 =0,1333 X2∑ = 0,1333 X0∑ = 0,00747 + 0,125=0,13247 Tính dịng ngắn mạch1 pha chạm đất X∆(1) = 0,1333 + 0,13247 = 0,26577 (1) I N1a1* = (0,1333 + 0,26577) = 2,506 Dòng điện ngắn mạchtổng hợp I (1) = 3* N1 I N1a1 = 3* 2,506 = 7,518 Tính hệ đơn vị có tên 10 = 1,809kA I N1(1) = 7,518* * 24 Ta có thành phần dịng điện thứ tự không: IN0*(1) = IN1*(1) = 2,506 Trong hệ đơn vị có tên: 10 I N(1)1 = 2,506 * * 24 - = 0,603kA Ngắn mạch2 pha chạm đất X ∆(1,1) = m(1,1) = 0,1333 * 0,13247 0,1333 + 0,13247 * 1 = 0,066 = 1,5 0,1333* 0,13247 (0,1333 0,13247)2 Tính hệ đơn vị tương đối (1,1) I N a1* = 1 (0,1333 + 0,066) = 5,018 Dịng điện ngắn mạchthứ tự khơng hệ đơn vị tương đối tính theo cơng thức (1,1) I N(1,1) 10 = I * N11 X 2Σ = 5,018 X 2Σ + X * 0Σ 0,1333 0,1333 + 0,13247 Trong hệ đơn vị có tên: 10 I (1,1 ) = 2,517 * N1 * 24 = 0,605kA Dòng điện ngắn mạchtổng hợp (1,1 I) N1 = 1,5 * I N1a1 = 1,5 * 5,018 = 7,527 Tính hệ đơn vị có tên = 2,517 10 (1,1) = 1,811kA I N1 = 7,527 * * 24 Tính dạng ngắn mạch2 pha X∆(2) = X 2∑ = 0,1333 (2) I N a1* = (2) = I N1* = 3,751 (0,1333 + 0,1333) * 3,751 = 6,5 Dòng điện ngắn mạchtrong hệ đơn vị có tên là: (2) I N1 = 6,5* 10 * 24 = 1,564kA Tính tốn tương tự cho điểm ngắn mạchcịn lại ta có bảng số liệu sau: Bảng 9.5: Kết tính N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 X1 0.1333 0.1688 0.2043 0.2398 0.2753 0.3008 0.3263 0.3518 0.3773 X2∑ 0.1333 0.1688 0.2043 0.2398 0.2753 0.3008 0.3263 0.3518 0.3773 X0∑ 0.1325 0.2210 0.3095 0.3980 0.4865 0.5505 0.6145 0.6785 0.7425 X∆(1) 0.2658 0.3898 0.5138 0.6378 0.7618 0.8513 0.9408 1.0303 1.1198 X∆(1,1) 0.0664 0.0957 0.1231 0.1496 0.1758 0.1945 0.2131 0.2317 0.2502 X∆(2) 0.1333 0.1688 0.2043 0.2398 0.2753 0.3008 0.3263 0.3518 0.3773 m(1) 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 3.0000 m(1,1) 1.5000 1.5045 1.5104 1.5153 1.5191 1.5214 1.5233 1.5249 1.5264 m(2) 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 1.7321 IN(1)(kA) 1.8083 1.2920 1.0050 0.8223 0.6959 0.6264 0.5696 0.5222 0.4821 IN(1,1)(kA) 1.8065 1.3683 1.1099 0.9360 0.8101 0.7389 0.6793 0.6287 0.5852 IN(2)(kA) 1.5629 1.2342 1.0197 0.8688 0.7568 0.6926 0.6385 0.5922 0.5522 IN0(1)(kA) 0.6028 0.4307 0.3350 0.2741 0.2320 0.2088 0.1899 0.1741 0.1607 IN0(1,1)(kA) 0.6040 0.3938 0.2922 0.2322 0.1927 0.1716 0.1547 0.1408 0.1292 Từ bảng số liệu ta xác định giá trị dòng điện ngắn mạchnhỏ dạng ngắn mạchở chế độ Bảng 9.6: Giá trị dòng ngắn mạchmin N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 IN 1.5629 1.2342 1.0050 0.8223 0.6959 0.6264 0.5696 0.5222 0.4821 IN0min 0.6028 0.3938 0.2922 0.2322 0.1927 0.1716 0.1547 0.1408 0.1292 3*IN0min 1.8083 1.1815 0.8766 0.6967 0.5781 0.5148 0.4640 0.4223 Dòng điện ngắn mạch chế độ 1.8 1.6 1.4 1.2 In m( k A)0.8 0.6 0.4 0.2 N1 N2 N3 N4 (km)N5 L N6 N7 N8 N9 Hình 9.16: Biểu đồ dịng ngắn mạchmin Tính tốn thơng số cho bảo vệ cắt nhanh,q dịng dịng thứ tự khơng a Bảo vệ dòng cắt nhanh: Trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh lựa chọn theo công thức 0.3875 Ikđ = Kat * INngmax Trong : Kat : Hệ số an tồn.Thường chọn Kat = 1,2 INngmax : dịng ngắn mạch ngồi cực đại dòng ngắn mạchlớn thường lấy giá trị dòng ngắn mạchtrên cuối đường dây Chọn dòng khởi động cho bảo vệ dòng cắt nhanh đoạn đường dây D2 Ikđ2 = kat * IN9max = 1,2* 0,768 = 0,921 kA Trị số dòng điện khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh đoạn đường dây đuợc chọn sau: Ikđ1 = kat *IN5max = 1,2*1,139=1,3668 kA b Bảo vệ dịng thứ tự khơng cắt nhanh Trị số dịng điện khởi động bảo vệ q dịng thứ tự khơng cắt nhanh chọn tương tự Ta có cơng thức tính : I0kđ = kat * 3I0Nmax Với bảo vệ đường dây D1 I0kđ1 = kat * 3I0N5max = 1,2* 0,855=1,026 kA I0kđ2 = kat * 3I0N9max= 1,2*0,552=0,6624 kA c Bảo vệ q dịng có thời gian - Lựa chọn trị số dòng điện khởi động bảo vệ q dịng có thời gian Dịng khởi động bảo vệ q dịng có thời gian lựa chọn theo cơng thức : Ikđ = K*Ilvàmax Trong : K:hệ số chỉnh định Chọn K=1,6 Ilvàmax : dòng điện làm việc lớn Theo tính tốn ởphần ta có: Ilvàmax1= 242,68 A Ilvàmax2= 158,49 A ta có : Ikđ1 = 1,6*242,68=388,288 A = 0,388 kA Ikđ2 = 1,6*158,49=253,584 A =0,254 kA - Thời gian làm việc bảo vệ Từ đặc tính thời gian Rơ le 13,5 t = I −1 T p * Trong I *= I I kd Với bảo vệ 2: Tại điểm ngắn mạchN9 Ta có IN9max = 0,768 I9* = 0,768 0,254 = 3,024 Mặt khác ta có : t2(N9)=tpt2 + ∆t=0,75+0,3=1,05 s Vậy ta có : Tp = t2 (N9 ) * (I* − 1) /13,5 = 1,05 * (3,024 − 1) /13,5 = 0,157 s Tại N8 I8* = 0,836 0,254 = 3,291 t2 (N8 ) = 13,5 3,29 1−1 * 0,157 = 0,925 Tính toán tương tự cho điểm ngắn mạchtừ N7 đến N5 ta có bảng sau: Bảng 9.7: Thời gian tác động Rơ le ứng với điểm ngắn mạch đoạn đường dây D2 N5 N6 INmax(kA) 1.139 1.016 0.9 t(s) 0.608 0.707 0.8 Tại điểm ngắn mạchN5 V i t p 1, I 13 = 2,936 * 0, =38 N t a = c ó , t ( N s ) < = t ( N ) = , s , + , = , T Rơ le ứng với vị trí điểm ngắn s mạch đoạn đường Tp1 = t1 (N5 ) * (I5* − 1) /13,5 = dây D1 0,908 * (2,936 − 1) /13,5 = 0,13s Tại điểm ngắn mạchN4 ta có: I 4* Ta có : = = 3,528 1, 36 , 8 N1 N2 INmax(kA) 3.488 2.298 t(s) 0.220 0.357 Kiểm tra lại với dòng ngắn mạchtrong chế độ min: Tính tốn tương tự dịng ngắn mạchmin giữ nguyên giá trị thời gian chỉnh định.Ta có bảng kết điểm ngắn mạchtừ N1 đến N5 tính cho bảo vệ t1 (N4 ) = 13, 3,5 28 −1 * 0,13 = 0,694s Tính tốn tương tự cho điểm ngắn mạchtừ N3 tới N1 ta có bảng Bảng 9.8: Thời gi a n m Bảng 9.9: Thời gian làm việc bảo vệ Rơ le đoạn đường dây D1 ứng với dòng ngắn mạch IN(kA) 1.5629 1.2342 1.005 Ikđ(kA) 0.3880 0.3880 0.388 Tp (s) 0.1300 0.1300 0.130 t(s) 0.5796 0.8047 1.103 Các điểm ngắn mạchtừ N5 đến N9 tính cho bảo vệ số 2: Bảng 9.10: Thời gian làm việc bảo vệ Rơ le đoạn đường dây D2 chế độ vi N5 N6 N7 ệ IN(kA) 0.6959 0.6264 0.56 c Ikđ(kA) 0.2540 0.2540 0.25 Tp (s) 0.1570 0.1570 0.15 t(s) 1.2183 1.4456 1.70 c Từ kết tính tốn phần ta có đặc tính thời gian làm việc bảo vệ chế độ max sau: Đặc tính thời gian làm việc 2.75 2.5 2.3602 2.2116 2.25 2.0073 1.75 1.5679 t(s 1.5 ) 1.25 1.7058 1.2183 1.4456 1.1036 1.05 0.925 0.908 0.8047 0.75 0.5 0.5796 0.357 0.25 0.694 0.513 0.707 0.608 0.812 0.22 N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 L(km) Hình 9.19: Đặc tuyến thời gian làm việc d Bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian Tính trị số dòng điện khởi động: Dòng điện khởi động chọn theo cơng thức I0kđ = k0 *IddBI Trong : IddBI : dòng danh định BI K0 =0,3 Với bảo vệ đoạn đường dây D1: I0kđ1 = 0,3* 250=75 A I0kđ2 = 0,3*200= 60 A Thời gian làm việc N9 Thời gian làm việc bảo vệ q dịng thứ tự khơng có thời gian chọn theo đặc tính độc lập t02 = tpt2 + ∆t = 0,75 +0,3 =1,05 s t01 = max(tpt1,t02) + ∆t = 1,05+0,3=1,35 s Kiểm tra làm việc bảo vệ Kiểm tra vùng bảo vệ bảo vệ q dịng cắt nhanh q dịng thứ tự khơng cắt nhanh Từ đồ thị xác định ta có vùng bảo vệ bảo vệ đặt đường dây là: Vùng bảo vệcủa bảo vệ dòng cắt nhanh: lcn1max = 15 km lcn1min = km Vùng bảo vệ bảo vệ dòng cắt nhanh thứ tự không theo chiều dài đường dây: lcn01max = 15 km lcn01min = 12.5 km Từ kết ta nhận thấy bảo vệ đáp ứng chế độ max Xác định vùng bảo vệ bảo vệ đặt đường dây2 lcn2max = 7,5 km lcn02max = 7,5 km Từ đồ thị ta thấy Ikđ2 (0,921) > IN5min(0,6959) bảo vệ cắt nhanh đoạn đường dây D2 bị vô hiệu dòng điện ngắn mạchmin Tương tự ta có I0kđ2 =0,6624 > IN50min =0,5781 bảo vệ cắt nhanh thứ tự không đoạn đường dây D2 bị vơ hiệu hóa chế độ Xác định hệ số độ nhạy bảo vệ dòng có thời gian: Đối với bảo vệ đặt đoạn đường dây D1 Kn1 0,6959 I N5 = = 1.794 = 0.388 Ikd1 K0n1 0,5781 I0 N = = 7.708 = 0,075 I0kd1 Đối với bảo vệ đặt đoạn đường dây D2 Kn1 = 0,4821 I N9 = = 1,9 Ikd 0,254 I K0n1 = 0N9 I0kd1 = 0,3875 0,06 = 6,46 ... tổng ngày trạm biến áp Hinh 2.6: Đồ thị phụ tải tổng ngày trạm biến áp Bài 2.3: Vẽ đồ thị phụ tải qua máy biến áp nhà máy điện đây: Hình 2.7: Đồ thị phụ tải máy phát (bao gồm tự dùng) Máy phát... tải máy biến áp tìm K2cp = 1,3 > 1,25 Cho nên máy biến áp có S đm = 60 MVA cho phép làm việc với đồ thị phụ tải cho chọn, khơng cần tính với máy biến áp Sđm=75 MVA 4.2 Chọn công suất máy biến áp. .. trúc 4.1 Cho đồ thị phụ tải qua máy biến áp hình 4.5 Chọn cơng suất máy biến áp theo khả tải bình thường Từ đồ thị phụ tải có Smax=80MVA, Smin=30MVA, có máy biến áp sau đây: 40, 60, 75MVA Chọn