Tính toán ngắn mạch phục vụ thiết kế hệ thống bảo vệ máy biến áp 220kv

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện PHẦN THỨ NHẤT TÍNH TỐN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 220/110/22 kV Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Chương I: Tính tốn ngắn mạch phục vụ thiết kế hệ thống bảo vệ máy biến áp 220kV 1.1 Mục đích, trường hợp, giả thiết tính tốn ngắn mạch thông số phần tử Để thiết kế bảo vệ cho phần tử hay hệ thống ta cần phải xem xét đến cố nặng nề nhất, cố ngắn mạch Với sơ đồ hệ thống xét ta phải ý đến dạng ngắn mạch sau: - Ngắn mạch ba pha đối xứng N(3) - Ngắn mạch hai pha N(2) - Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) - Ngắn mạch pha N(1) Kết tính toán ngắn mạch đối tượng bảo vệ dùng để tính tốn thơng số cài đặt cho rơle Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ làm việc hệ thống thể qua công suất ngắn mạch cái, cấu hình hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch dạng ngắn mạch Các điểm cần xét tới ngắn mạch sơ đồ bảo vệ: Đối với ngắn mạch ngồi ta tính tốn điểm N 1, N2, N3 ngắn mạch điểm ngắn mạch N1’, N2’, N3’ sơ đồ hình vẽ sau: BI0 BI2 BI1 N1' HTÐ1 N2' D1 D2 HTÐ2 N2 N1 N3' BI3 22kV N3 Hình 1.1: Sơ đồ điểm cần tính ngắn mạch Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện - N1, N2, N3 điểm nằm vùng bảo vệ bảo vệ so lệch máy biến áp - N1’, N2’, N3’ điểm nằm vùng bảo vệ bảo vệ so lệch máy biến áp Các trạng thái vận hành máy biến áp: - Vận hành máy biến áp làm việc song song - Vận hành máy biến áp làm việc độc lập Mục đích trường hợp tính tốn ngắn mạch: Mục đích: - Kiểm tra làm việc hệ thống điện (bảo vệ so lệch) + An toàn ngắn mạch + Độ nhạy ngắn mạch - Tính tốn thơng số cài đặt cho chức bảo vệ dòng - Kiểm tra làm việc bảo vệ dự phòng Các trường hợp tính tốn ngắn mạch: Dịng điện ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ làm việc thể qua công suất ngắn mạch cái, cấu trúc hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch dạng ngắn mạch - Chế độ max: Điều kiện: hệ thống điện chế độ max điện kháng hệ thống Từ điều kiện ta xét hai trường hợp với máy biến áp vận hành độc lập hai máy biến áp vận hàn song song với mục đích: kiểm tra độ an tồn bảo vệ so lệch tính tốn thơng số đặt bảo vệ dòng dự phòng - Chế độ min: Điều kiện: hệ thống điện chế độ điện kháng hệ thống max Trong chế độ ta xét: - Hai máy biến áp vận hành song song Mục đích: kiểm tra độ nhậy bảo vệ dòng - Một máy biến áp vận hành độc lập Mục đích: kiểm tra độ nhạy bảo vệ so lệch Các dạng ngắn mạch phải tính tốn: - Trong chế độ max phải tính dạng: + Ngắn mạch ba pha đối xứng N(3) + Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) + Ngắn mạch pha N(1) - Trong chế độ phải tính dạng: + Ngắn mạch hai pha N(3) Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện + Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) + Ngắn mạch pha N(1) Dòng điện ngắn mạch hai pha bé dòng điện ngắn mạch ba pha đối xứng (I N (2)  I ( 3) X1 X 2 ) nên chế độ cực đại ta khơng cần tính đến N dịng ngắn mạch hai pha, chế độ cực tiểu ta không cần tính đến dịng ngắn mạch ba pha Vì cuộn hạ áp đấu tam giác nên khơng cần tính tốn chế độ cố ngắn mạch chạm đất điểm N3 Các giả thiết tính tốn ngắn mạch: Để thiết lập sơ đồ tiến hành tính tốn ngắn mạch cần có giả thiết đơn giản hóa, giả thiết làm giảm đáng kể khối lượng tính tốn đảm bảo độ xác cần thiết cho ứng dụng thực tế Sau giả thiết liên quan đến bước thiết lập sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch - Tần số hệ thống không thay đổi: Thực tế sau xảy ngắn mạch công suất máy phát thay đổi đột ngột, dẫn đến cân mômen phát động tuabin mômen hãm điện từ máy phát, tốc độ quay bị thay đổi trình độ Tuy nhiên ngắn mạch tính tốn giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ chưa đáng kể - Bỏ qua bão hòa từ: Trong trạng thái ngắn mạch mức độ bão hịa từ số phần tử tăng cao hơn, nhiên số phần tử mang lõi thép chiếm số lượng hệ thống điện nên để đơn giản coi mạch từ khơng bão hịa - Thay phụ tải tổng trở - Bỏ qua lượng nhỏ thông số số phần tử Trong toán thiết kế bỏ qua dung dẫn đường dây điện áp thấp, mạch không tải máy biến áp, điện trở cuộn dây máy phát điện, máy biến áp… - Hệ thống sức điện động ba pha nguồn đối xứng Thông số phần tử sơ đồ:  Thông số ban đầu: - Thông số hệ thống: + HTĐ tách quy góp 110kV trạm biến áp: Chế độ NM max: SNmax110kV = 2219 MVA; X1 = X2; X0 = 1,189X1 Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Chế độ NM min: SNmin110kV = 1722 MVA; X1 = X2; X0 = 1,219X1 + HTĐ tách quy góp 220kV trạm biến áp: Chế độ NM max: SNmax220kV = 3122 MVA; X1 = X2; X0 = 1,022X1 Chế độ NM min: SNmin220kV = 2173 MVA; X1 = X2; X0 = 1,067X1 + Đường dây 220kV (dài 65 km): x1(1km) = 0,38 Ω; x0(1km) = 1,2 Ω - Thông số máy biến áp: Hãng sản xuất: AEG Kiểu: SDN 6444 Điện áp định mức: 225/115/23kV-250MVA Tần số: 50HZ Tổ đấu dây: Y 0Y0∆11 Tổn thất không tải: ∆Po = 94,000W Dịng điện khơng tải: I0% = 0,16% Điện áp ngắn mạch phần trăm: UN% C-T 11 C-H 32 T-H 20  Tính tốn điện kháng phần tử: Để thuận tiện việc tính tốn thơng số cài đặt cho máy biến áp, ta tính toán điện kháng hệ đơn vị tương đối định mức máy biến áp Điện áp bản: U cb  U dmMBA  225 kV Công suất bản: Scb  SdmMBA  250 MVA Nguồn sức điện động đẳng trị hệ thống: E*HT= - Điện kháng hệ thống điện (hệ thống điện nối với 220kV) Trong chế độ cực đại: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HTĐ1: X1HT1max X 2HT1max  S dmBA 250  0, 0801 max S NHT 3122 Điện kháng thứ tự không HTĐ1: X 0HT1 max =1,022.X1HT1 max =1,022.0,0801=0,0819 Trong chế độ cực tiểu: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HTĐ1: X1HT1min X 2HT1  S dmBA 250  0,115 max S NHT 2173 Điện kháng thứ tự không HTĐ1: Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện X 0HT1 1,067.X1HT1 1,067.0,115 0,1227 - Điện kháng hệ thống điện hệ thống điện nối với 110kV) Trong chế độ cực đại: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HTĐ2: X1HT2max X 2HT2max  SdmBA 250  0,1127 max S NHT 2219 Điện kháng thứ tự không HTĐ2: X 0HT1 max 1,189.X1HT2 max 1,189.0,1127 0,134 Trong chế độ cực tiểu: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch HTĐ2: X1HT2min X 2HT2  SdmBA 250  0,145 max S NHT 1722 Điện kháng thứ tự không HTĐ1: X 0HT2 1, 219.X1HT2 1,219.0,145 0,177 - Điện kháng đường dây: Đường dây truyền tải phần tử tĩnh, điện kháng thứ tự thuận điện kháng thứ tự nghịch X1Dd= X2Dd Điện kháng thứ tự thuận nghịch: X1Dd X 2Dd x l0 l X 0Dd x l0 l Điện kháng thứ tự không: 250 0,122 2252 Scb 250 1, 2.65 0,3852 U cb 2252 Do đường dây đường dây lộ kép, điện kháng đường dây là: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch: X1D  X 2D  Điện kháng thứ tự không: X 0D  - X 1Dd 0,122  0, 061 2 X Dd 0,3852  0,1926 2 Điện kháng cuộn dây máy biến áp: Máy biến áp phần tử không quay, vậy điện kháng thứ tự thuận điện kháng thứ tự nghịch: X1mba= X2mba Điện kháng cuộn cao máy biến áp là: XC   U NC T %  U NC H %  U NT  H %  0.115 2.100 Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Điện kháng cuộn cao máy biến áp là: XT   U NC T %  U NT  H %  U NC  H %  0 2.100 Điện kháng cuộn cao máy biến áp là: XH  1.2  U NT  H %  U NC H %  U NC  T %  0, 205 2.100 Tính tốn ngắn mạch 1.2.1 Chế độ cực đại với máy biến áp làm việc độc lập đường dây lộ kép Điện kháng tổng tính từ HTĐ1 đến góp 220kV trạm biến áp: X1  HT1 X1HT1  X1D 0,0801  0,061 0,1411 X  HT1 X0HT1  X 0D 0,0819  0,1926 0, 2745 1.2.1.1 Điểm ngắn mạch N1 N1’ Sơ đồ thay thứ tự thuận: Điện kháng thay thứ tự thuận: X1  X 1 HT 1.( X C  X 1HT ) 0,1411.(0,115  0,1127)  0,0871 X  HT  ( X C  X 1HT ) 0,1411  0,115  0,1127 Sơ đồ thay thứ tự nghịch: hoàn toàn tương tự thứ tự thuận Điện kháng thay thứ tự nghịch điện kháng thay thứ tự thuận: X1 X  0,0871 Sức điện động đẳng trị nguồn: coi nguồn có cơng suất vô lớn E E HT1 E HT2 1 Sơ đồ thay thứ tự không: Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Điện kháng thứ tự không: X’  X H X HT 0,134.0, 205  0,081 X H  X HT 0,134  0,205 Điện kháng thay thứ tự không: X0  X  HT 1.( X C  X ') 0, 2745.(0,115  0,081)  0,1144 X  HT  ( X C  X ') 0, 2745  0,115  0,081  Ngắn mạch ba pha N(3) Dòng điện ngắn mạch chạy qua điểm ngắn mạch: E I   11, 4789 X  0,0871 Dòng điện ngắn mạch đến từ phía trung áp 110kV: I 1(110 kV ) I  X  HT 0,1411 11, 4789 4,3917 X  HT  X C  X 1HT 0,1411  0,115  0,1127 Dịng điện ngắn mạch đến từ phía cao áp 220kV: I 1(220 kV ) I   I 110 kV  11, 4789  4,3917  7,0872 - Dòng điện pha cố chạy qua BI ngắn mạch N1: I f ( BI 1) I 1(110 kV ) 4, 3917 I f ( BI 2) I f ( BI 1) 4, 3917 Khơng có dịng chạy qua BI0 BI3: I BI 0( kA) 0 - I f ( BI 3) 0 Dòng điện pha cố chạy qua BI ngắn mạch N1’: Dịng điện qua BI2, BI3, BI0 khơng đổi: I f ( BI 2) 4,3921 , I BI 0( kA) 0 , I f ( BI 3) 0 Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Dòng điện qua BI1: I f ( BI 1) I 1(220 kV ) 7,0872  Ngắn mạch pha chạm đất N(1) Dòng điện thành phần đối xứng điểm ngắn mạch pha cố: I   I  I  E   3, 4652 X   X   X  0,0871  0,0871  0,1144 Dòng điện thứ tự thuận nghịch đến từ bên trung áp 110kV: I 1(110 kV ) I 2(110 kV ) I  X  HT 0,1411 3, 4652 1, 4466 X  HT  X C  X 1HT 0,1411  0,115  0,1127 Dòng điện thứ tự thuận nghịch đến từ bên cao áp 220kV: I 1(220 kV ) I   I 1(110 kV ) I 2(110 kV ) 3, 4652  1, 4466 2, 0186 Dòng điện thứ tự không đến từ bên trung áp 110kV: I 0(110 kV ) I  X HT 0,819 3, 4652 2,0217 ' X HT  X C  X 0,0819  0,115  0,081 Dịng điện thứ tụ khơng đến từ bên cao áp 220kV: I 0(220 kV ) I   I 0(110 kV ) 3, 4652  2, 0217  1, 4435 - Dòng điện chạy qua BI ngắn mạch N1: Dòng điện thứ tự thuận nghịch qua BI1 BI2: I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(110 kV ) 1, 4466 Dòng điện thứ tự không qua BI1: I 0( BI 1) I 0(110 kV ) 2,0217 Dịng điện thứ tự khơng qua BI2: I 0( BI 2) I 0( BI 1) XH 0, 205 2,0217 1, 2226 X H  X HT 0,134  0, 205 Dòng điện pha cố chạy qua BI1: I f ( BI 1) I 1( BI 1)  I 2( BI 1)  I 0( BI 1) 1, 4466  1, 4466  2,0217 4,9149 Dòng điện pha cố chạy qua BI2: I f ( BI 2) I 1( BI 2)  I 2( BI 2)  I 0( BI 2) 1,4466  1, 4466  1, 2226 4,1158 Khơng có dịng điện chạy qua BI3: I f ( BI 3) 0 Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ hệ thống điện Để tránh tác động nhầm chức bảo vệ so lệch 87T phải loại bỏ thành phần thứ tự khơng khỏi dịng pha để mang so sánh Dòng điện chạy qua BI1, BI2, BI3 loại bỏ thành phần thứ tự không: I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 4,9149  2, 0217 2,8932 I BI 2(  0) I f ( BI 2)  I 0( BI 2) 4,1158  1, 2226 2,8932 I BI 3(  0) 0 Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính máy biến áp): I BI I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3 I 0( BI 2) I cb(110 kV )  I 0( BI 1) I cb(220 kV ) 3.1,2226.0,6172  3.2,0217.1,0207 0,7127 kA - Dòng điện chạy qua BI ngắn mạch N1’: Khi có ngắn mạch điểm N1’, dịng điện chạy qua BI2 BI3 không đổi: I 1( BI 2) I 2( BI 2) 1, 4466 I 0( BI 2) 1, 2226 I f ( BI 2) 4,1158 I BI 2(  0) 2,8932 I f ( BI 3) 0 Dòng điện thứ tự thuận nghịch qua BI1: I 1( BI 1) I 2( BI 1) I 1(220 kV ) 2, 0186 Dịng điện thứ tự khơng qua BI1: I 0( BI 1) I 0( 220 kV ) 1, 4435 Dòng điện pha cố chạy qua BI1: I f ( BI 1) I 1( BI 1)  I 2( BI 1)  I 0( BI 1) 2,0186  2, 0186  1, 4435 5, 4807 Dòng điện chạy qua BI1 loại bỏ thành phần thứ tự không: I BI 1(  0) I f ( BI 1)  I 0( BI 1) 5, 4807  1, 4435 4, 0372 Dịng điện thứ tự khơng chạy qua BI0 (dây trung tính máy biến áp): I BI I 0(110 kV )  I 0(220 kV ) 3 I 0( BI 2) I cb(110 kV )  I 0( BI 1) I cb (220 kV ) 3.1,2226.0,6172  3.1, 4435.1,0207 1,8254 kA Nguyễn Hữu Nghĩa - HTĐ1 - K50 10