CHƯƠNG III TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Ngắn mạch là 1 loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập các pha, không thuộc chế độ làm việc bình thường Chúng ta cần phải dự báo các tình trạng ngắ[.]
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN NGẮN MẠCH Ngắn mạch loại cố xảy hệ thống điện tượng chạm chập pha, không thuộc chế độ làm việc bình thường Chúng ta cần phải dự báo tình trạng ngắn mạch xảy xác định tình trạng ngắn mạch tính tốn tương ứng Mục đích tính dịng điện ngắn mạch để chọn khí cụ điện, phần điện có dịng điện chạy qua kiểm tra phần tử đảm bảo ổn định động ổn định nhiệt Ngoài ra, số liệu dòng điện ngắn mạch quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le ổn định phương thức vận hành hệ thống Phương thức tính tốn ngắn mạch đây, ta chọn phương pháp đường cong tính tốn Điểm ngắn mạch tính tốn điểm mà xảy ngắn mạch dịng ngắn mạch qua khí cụ điện lớn Vì việc lập hồ sơ tính tốn dịng điện ngắn mạch khí cụ điện cần chọn chế độ làm việc nặng nề phải phù hợp với điều kiện thực tế I TÍNH TỐN NGẮN MẠCH CHO PHƯƠNG ÁN : Sơ đồ tính tốn Hình 3.1 : Sơ đồ phân bố điểm ngắn mạch Các điểm ngắn mạch 2.1 Điểm N1: Mục đích: để chọn kiểm tra khí cụ điện mạch phía cao áp Trạng thái sơ đồ: Tất máy phát, máy biến áp hệ thống vận hành bình thường 2.2 Điểm N2: Mục địch: Để chọn kiểm tra khí cụ điện mạch phía trung áp Trạng thái sơ đồ: Tất máy phát, máy biến áp hệ thống vận hành bình thường 2.3 Điểm N3: Mục đích: Để chọn kiểm tra khí cụ điện cho mạch hạ áp máy biến áp Trạng thái sơ đồ: Chỉ có máy biến áp B1 nghỉ, tất máy phát hệ thống vận hành bình thường 2.4 Điểm N4: Mục đích: Để chọn kiểm tra khí cụ điện cho mạch phân đoạn Trạng thái sơ đồ: Tất máy phát hệ thống vận hành bình thường, máy phát F1 máy biến áp B1 nghỉ 2.5 Điểm N5, N5’, N6, N6’: Mục đích: Để chọn kiểm tra khí cụ điện cho mạch máy phát Trạng thái sơ đồ: Điểm N5: Chỉ có máy phát F1 làm việc Điểm N5’: Tất làm việc bình thường, trừ máy phát F1 nghỉ o Điểm N6: Chỉ có máy phát F2 làm việc Điểm N6’: Tất làm việc bình thường trừ máy phát F2 nghỉ 2.6 Điểm N7, N7’: Mục đích: Để chọn kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dung mạch phụ tải cấp điện áp máy phát Trạng thái sơ đồ: Tất máy phát, máy biến áp hệ thống vận hành bình thường 2.7 Điểm N8: Mục đích: Để chọn kiểm tra khí cụ điện cho mạch tự dùng nối F4-B3 Trạng thái sơ đồ: Tất máy phát, máy biến áp hệ thống vận hành bình thường Từ sơ đồ hình 3.1 giả thiết tính tốn ngắn mạch ta có: { I N 3=I N + I N I N 7=I N + I N ' I N ' 7=I N 6+ I N ' theo nguyên lí xếp chồng Sơ đồ thay : Với E1=E2=E3=E4=E ( máy phát giống ) Hình 3.2 : Sơ đồ thay II, TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA SƠ ĐỒ THAY THẾ 1.Các đại lượng : Chọn đại lượng bản: Scb =100 MVA U cb =U tb cấp điện áp S cb 100 = =5,499 kA √ 3.10,5 √ 10,5 S cb 100 U cb 110=115 kV => I cb 110= = =0,502 kA √ 115 √3 115 Scb 100 U cb 220=230 kV => I cb220 = = =0,251kA √ 220 √ 3.230 U cb 10,5=10,5 kV => I cb 10,5= Các thông số sơ đồ thay : 2.1 Điện kháng máy phát F1, F2, F3, F4 : ¿ X Fcb= X ¿ X 2=X 3= X =X ' ' d S cb 0,123.100 = =0,179 S dmF 68,75 2.2 Điện kháng kháng điện phân đoạn : ¿ X Kcb =X ¿ X = X K % I cb 10,5 12 I cb 10,5 12.5,499 = = =0,165 100 I đmK 100.4 100.4 2.3 Điện kháng máy biến áp cuộn dây B3 : X 13= U N % Scb 10,5.100 = =0,131 100 S đmB 100.80 2.4 Điện kháng máy biến áp liên lạc B1 B2 : Điện kháng cuộn hạ : S cb ¿ X Hcb= X ¿ X 8= ( U NC− H %+U NT −H %−U NC−T % ) 100 S đmB1 100 ¿ ( 31+19−11 ) =¿0,156 100.125 Điện kháng cuộn trung : S cb X ¿Tcb = X ¿ X 10= ( U NC−T % +U NT− H %−U NC −H % ) 100 SđmB 1 100 ¿ ( 11+19−31 ) =¿ 100.125 Điện kháng cuộn cao : S cb ¿ X Hcb= X 11 ¿ X 12= ( U NC− H % +U NC−T %−U NT −H % ) 100 SđmB 1 100 ¿ ( 31+11−19 ) =¿ 0,092 100.125 2.5 Điện kháng đường dây liên lạc với hệ thống : ¿ X Dcbht 1=X 14= X ¿Dcbht 2= X 15= X l ht S cb cb 220 U X l ht S cb U cb220 = 0,4.110 100 =0,042 2302 = 0,4.120.100 =0,045 2302 2.6 Điện kháng hệ thống : S cb 100 = =0,045 S N 2200 S 100.0,8 X ¿HT 2= X 17= cb X HT = 0,34=0,025 S HT 1100 X ¿HT 1= X 16= Tính tốn dịng ngắn mạch : 3.1 Điểm ngắn mạch N1 : a) Sơ đồ biến đổi : Từ sơ đồ ( Hình 3-3a), ta có X 18= ( X 14 + X 16 ) ( X 15+ X 17) ( 0,042+ 0,045 ) ( 0,045+ 0,025 ) = =0,039 ( X 14+ X 16 ) +( X 15+ X 17) ( 0,042+0,045 ) + ( 0.045+ 0,025 ) X 19= X 13+ X =0,131+0,179=¿ 0,31 Vì sơ đồ Hình 3.3a đối xứng qua điểm ngắn mạch N1 nên ta có sơ đồ Hình 3.3b giá trị điện kháng sau: X 20= X 0,179 = =0, 089 2 X 21= X 0,165 = =0,0825 2 X 22= X 0,156 = =0,078 2 X 23= X 11 0,092 = =0,046 2 - Từ sơ đồ Hình 3.3c ta có: ( X 2+ X 21 ) X 20 ( 0,179+ 0,0825 ) 0,089 X 24 = + X 22= +0,078 ( 0,179+0,0825 ) +0,089 ( X + X 21 ) + X 20 ¿ 0,144 - Từ sơ đồ Hình 3.3d ta có: X 25= X 19 X 24 0,31.0,144 + X 23= + 0,046=0,144 X 19 + X 24 0,31+0,144 b) Tính dịng ngắn mạch : - Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn hệ đơn vị ¿ tương đối định mức X ttđm X ¿ttđm =X 25 ∑ SđmF =¿ 0,144 275 = 0,396 100 Scb - Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp ” PGS Nguyễn Hữu Khái), ta bội thành phần khơng chu kỳ dịng điện ngắn mạch: K '0' =¿ 2,7 ; K '∞' =2,1 - Dòng siêu độ ban đầu máy phát điện cung cấp: I '0' =K '0' I đmF =K ''0 ∑ S đmFi √ U cb 220 275 =1,864 kA √3 230 =2,7 - Dòng ngắn mạch trì máy phát điện cung cấp : I '∞' =K '∞' I đmF =K '∞' ∑ SđmFi √3 U cb 220 =2,1 275 =1,45 kA √ 230 - Dòng ngắn mạch hệ thống cung cấp : I H= I cb220 I cb220 0,251 = = =6,44 kA XH X 18 0,039 - Trị số dòng ngắn mạch điểm N1 : I '0' N =I '0' + I H =6,44+ 1,864=8,3 kA I '∞' N =I '∞' + I H =6,44 +1,45=7,89 kA - Dịng ngắn mạch xung kích N1 : i xk N = √ K xk I '0' N =√ 1,8 8,3 = 21,128 kA 1 - Giá trị hiệu dụng dịng xung kích N1 : I xk N =I '0' N √ 1+2(K xk −1)2=¿ 8,3 √ 1+ 2(1.8−1)2=¿ 12,533 kA 1 3.2 : Điểm ngắn mạch N2 a, Sơ đồ biến đổi - Dòng ngắn mạch trì máy phát điện cung cấp : I '∞' N =K '∞' I đmF =K '∞' ∑ S đmFi √3 U cb10,5 =1,63 68,75 = 6,162 kA √ 10,5 - Dòng ngắn mạch xung kích N5 , N6 : i xk N =i xk N = √ K xk I '0' N =√ 1,91.7,863 = 21,239 kA - Giá trị hiệu dụng dòng xung kích N5 , N6 : I xk N =I xk N =I '0' N √ 1+2 ( K xk −1)2 =¿ 7,863 √ 1+2(1,91−1)2 ¿ 12,815 kA 3.5 Điểm ngắn mạch N5’: a Sơ đồ biến đổi -Từ sơ đồ Hình 3.7a , ta có: X18 = 0,039 (đã tính ngắn mạch N1) X19 = 0,31 ( tính ngắn mạch N1) -Từ sơ đồ Hình 3.7b , ta có : X 11 0,092 + X18 = + 0,039 = 0,085 X 26 =0,085 X 29 =0,057 X 30=0,057 X 31=0,061 X26 = *- Từ sơ đồ hình 3.7c, ta có: X 40=X + X 29=0,156+0,057=0,213 X 41=X + X 30=0,165+ 0,057=0,222 - Từ sơ đồ hình 3.7d, ta có: X 42= X X 40 0,156 0,213 = =0,056 X 7+ X 40 + X 41 0,156+0,213+0,222 X 43= X X 41 0,156 0,222 = =0,059 X 7+ X 40 + X 41 0,156+0,213+ 0,222 X 44= X 40 X 41 0,213.0,222 = =0,08 X + X 40+ X 41 0,156+ 0,213+0,222 - Từ sơ đồ hình 3.7e, ta có: X 45= X 46= X 47= X 42 X 19 0,056 0,31 = =0,034 X 42+ X 19+ X 44 + X 31 0,056+0,31+0,08+ 0,061 ( X 44 + X 31) X 19 X 42+ X 19+ X 44 + X 31 ( X 44 + X 31) X 42 X 42+ X 19+ X 44 + X 31 = ( 0,08+ 0,061 ) 0,31 =0,086 0,056+0,383+ 0,056+0,061 = ( 0,08+ 0,061 ) 0,056 =0,016 0,056+0,383+ 0,056+0,061 - Từ sơ đồ hình 3.7f, ta có: X 48=X 25 + X 45 =0,144+0,034=0,178 X 49=X 43 + X 47=0,059+0,016=0,075 - Từ sơ đồ hình 3.7g, ta có: X 50= X 49 + X 48 + X 49 X 48 0,075.0,178 =0,075+0,178+ =0,408 X 46 0,086 X 51= X 49+ X 46 + X 49 X 46 0,075.0,086 =0,075+0,086+ =0,197 X 48 0,178 b) Tính dịng ngắn mạch : - Để sử dụng đường cong tính tốn, ta qui đổi điện kháng tính tốn hệ đơn vị ¿ tương đối định mức X ttđm X ¿ttđm =X 51 ∑ SđmF =¿ 0,197 275 =0,542 S cb 100 - Tra đường cong tính tốn ( hình 3.5 trang 46 sách “ Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp ” PGS Nguyễn Hữu Khái), ta bội thành phần không chu kỳ dòng điện ngắn mạch: