ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN 2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN 2 - ĐẠI HỌC THUỶ LỢI................. .........................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌCHỆ THỐNG ĐIỆN 2

Nhóm SV thực hiện: xxx

MỤC LỤC

PHẦN 1: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RELAY TRONG BẢO HỆ THỐNG ĐIỆN 7

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG CẦN BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BẢO VỆ RELAY 7

1.1.1 Mô tả đối tượng cần bảo vệ 7

1.1.2 Chọn máy biến dòng điện cho các bảo vệ 8

1.1.3 Tính toán ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch ở chế độ ngắn mạch cực đại11 1.1.4 Tính toán ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch ở chế độ ngắn mạch cực tiểu 13 1.1.5 Bảng tổng hợp kết quả tính ngắn mạch trong hệ thống 15

1.2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO CÁC BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 16 1.2.1 Tính chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) cho CB1 trên D1 16

1.2.2 Tính chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt có thời gian (51) cho CB2 trên D1 và CB3 trên D3 17

PHIẾU GIAO ĐAMH

Phần 1: BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN I Nhóm -HTĐ

TT Họ và tên MSSV Số điện thoại Ghi chú

1 2 3 4 5

II Đầu đề: Tính toán bảo vệ rơle cho hệ thống điện

(Có sơ đồ và số liệu kèm theo ở trang tiếp theo)

III Yêu cầu:

1 Chọn các máy biến dòng cho các bảo vệ 1, 2, 3, 4 và 5 2 Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle

3 Tính toán chỉnh định cho các bảo vệ 1, 2, 3, 4 và 5 trong hệ thống điện

IV Thời gian thực hiện: 3,5 tuần ( V Sản phẩm nộp:

Báo cáo ĐAMH HTĐ2 file mềm (words) và bản cứng theo mẫu hướng dẫn

Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2024

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN (Nhóm 1)

SỐ LIỆU BAN ĐẦU

1 Hệ thống: SNmax = 300MVA SNmin = 0,7SNmax 2 Trạm biến áp:

- B1: Sđm = 10 MVA U1/U2 = 115/24 kV

- B2: Sđm = 5 MVA U1/U2 = 24/6 kV

- B3: Sđm = 1,6 MVA

U1/U2 = 24/0,4 kV UN%= 5,5% 3 Đường dây:

- D1: L1 = 15km; AC-150 - D2: L2 = 10km; AC-120 - D3: L3 = 5km; AC-75

4 Phụ tải: Pđm = 3 MW; cosφ = 0,85 5 Giả thiết:

- Bảo vệ đường dây D1 dùng bảo vệ cắt nhanh; - Bảo vệ máy biến áp B2 dùng bảo vệ so lệch;

- Bảo vệ đường dây D2 và D3 dùng bảo vệ quá dòng có thời gian; - Thời gian làm việc của bảo vệ 3 là t3 = 1s

BỘ MÔN KTĐ-ĐT

I Nhóm 1 lớp 62KTĐ-HTĐ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐAMH HTĐ2 Phần 1: Bảo vệ Hệ thống điện

TT Họ và tên MSSV Số điện thoại Ghi chú

1 2 3 4 5

II Thời gian thực hiện: 3,5 tuần III Kế hoạch thực hiện

Thời gian Nội dung công việc Thực hiện Kết quả/minh chứng

- BB l/v nhóm lần 1 (mẫu 4)

- Quy tắc l/v nhóm - Báo cáo nội dung

- Tính chọn TI cho máy cắt 1 và 2 - Tính chọn TI cho máy cắt 3 và 4 - Tính chọn TI cho máy cắt 5

- BB l/v nhóm lần 2 - Báo cáo nội dung

- Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ relay

-

- BB l/v nhóm lần 3 - Báo cáo nội dung

- Tính toán chỉnh định relay 87 - - BB l/v nhóm lần 4 - Báo cáo nội dung - Tính toán chỉnh định relay 50; 51 Cả nhóm - BB l/v nhóm lần 5

- Báo cáo nội dung

Tổng hợp, thống nhất báo cáo ĐAMH (phần 1) và ghi nhận sự đóng góp của thành viên

- BB l/v nhóm lần 6

- Báo cáo nội dung - Tổng hợp đóng góp

PHẦN 1: TÍNH TOÁN BẢO VỆ RELAY TRONG BẢO HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG CẦN BẢO VỆ VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH BẢO VỆ RELAY

1.1.1 Mô tả đối tượng cần bảo vệ

Các thông số:

Hệ thống: SNmax = 300MVA; SNmin = 0,7SNmax = 210MVA Trạm biến áp:

- B1: Sđm = 10 MVA U1/U2 = 115/24 Kv; UN%= 10%

- B2: Sđm = 5 MVA U1/U2 = 24/6 kV

- B3: Sđm = 1,6 MVA U1/U2 = 24/0,4 kV; UN% = 5,5% Đường dây:

- D1: L1 = 15km; AC-95 ( r0 = 0,33 Ω/km; x0 = 0,429 Ω/km) - D2: L2 = 10km; AC-120 ( r0 = 0,27 Ω/km; x0 = 0,423 Ω/km)

- D3: L3 = 5km; AC-75 ( r0 = 0,45 Ω/km; x0 = 0,44 Ω/km) Phụ tải: Pđm = 3 MW; cosφ = 0,85 Giả thiết:

- Bảo vệ đường dây D1 dùng bảo vệ cắt nhanh; - Bảo vệ máy biến áp B2 dùng bảo vệ so lệch;

- Bảo vệ đường dây D2 và D3 dùng bảo vệ quá dòng có thời gian; - Thời gian làm việc của bảo vệ 3 là t3 = 1s

1.1.2 Chọn máy biến dòng điện cho các bảo vệ

Dòng làm việc trên đường dây D3:

Dòng làm việc phía sơ cấp MBA 3 (phía 24kV):

Imba3sc 1,4 Smba3 1,4.1,6.103 53,88(A)

Dòng làm việc trên đường dây D2:

I2lvmax I3lvmax Imba3lvmax 118,86 53,88 172,74

Dòng làm việc phía sơ cấp MBA 2 (phía 24 kV): S

Dòng làm việc phía thứ cấp MBA 2 (phía 6 kV):

Imba2tc 1,4 Smba2 1,4.5.103 673,58(A)

Dòng làm việc trên đường dây D1:

I1lvmax I2lvmax Imba2lvmax 172,74 168,39 341,13(A)

Chọn máy biến dòng cho các bảo vệ: Bảo vệ

(CB)

Điện áp (kV)

Vẽ lại mạch với đầy đủ các phần tử BI và relay:

A Các đại lượng cơ bản

Tính toán trong hệ đơn vị tương đối ta chọn: + Công suất cơ bản Scb = 100MVA

+ Điện áp cơ bản Ucb = Utb các cấp ={24;115}kV ; EHT = 1

Để tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ ngắn mạch đối xứng Ta có sơ đồ thay thế:

1.1.3 Tính toán ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch ở chế độ ngắn mạch cực đại A Xét điểm ngắn mạch N1(3) :

Ta có:

• Tổng điện kháng: X1 XHT XB1 0,33 0,5 0,83• Dòng ngắn mạch: IN1(3) EHT .Icb 1 100 2,898(kA)

B Xét điểm ngắn mạch N2(3) :

Ta có:

• Tổng điện kháng: X2 XHT XB1 XD1 0,33 0,5 1,12 1,95• Dòng ngắn mạch: IN2(3) EHT .Icb 1 100 1,23(kA)

C Xét điểm ngắn mạch N3(3) :

Ta có:

• Tổng điện kháng: X3 XHT XB1 XD1 XD2 0,33 0,5 1,12 0,73 2,68• Dòng ngắn mạch: IN3(3) EHT .Icb 1 100 0,89 (kA)

B Xét điểm ngắn mạch N2(3) :

Ta có:

• Tổng điện kháng: X2 XHT XB1 XD1 0,48 0,5 1,12 2,1• Dòng ngắn mạch: IN2(3) EHT .Icb 1 100 1,14(kA)

C Xét điểm ngắn mạch N3(3) :

Ta có:

• Tổng điện kháng: X3 XHT XB1 XD1 XD2 0,48 0,5 1,12 0,73 2, 83• Dòng ngắn mạch: IN3(3) EHT .Icb 1 100 0,85 (kA)

1.2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO CÁC BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.2.1 Tính chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) cho CB1 trên D1

Khái niệm về bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)

• Nhiệm vụ: cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống đảm bảo cho hệ thống an toàn và vẫn làm việc bình thường

• Nguyên lý làm việc: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở phần tử tiếp theo

• Thông số khởi động:

Dòng điện khởi động: Ikđ50 = kat INngmax

Với kat: hệ số an toàn, lấy bằng 1,2÷1,3

lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

• Vùng tác động: không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch, chế độ vận hành của hệ thống

Ikđ

• Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng pha được lựa chọn theo công thức:

I50kđ kat INngmaxVới kat: hệ số an toàn, lấy bằng 1,1÷1,2

mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

+Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: I50kd1 kat.IN2max(3) 1,2.1,23 1,476 (kA) Yêu cầu độ nhạy được xác định theo công thức:

Khái niệm về bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51)

• Nhiệm vụ: loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t ra khỏi hệ thống nhằm loại bỏ dòng điện sự cố đảm bảo hệ thống làm việc bình thường và an toàn

• Nguyên lý làm việc: tính chọn lọc của bảo vệ quá dòng có thời gian được đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp thời gian tác động Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn

• Thông số khởi động:

Dòng điện khởi động: Ikd atk.kvmm .IlvmaxkVới: kmm = 2÷3 là hệ số mở máy

Ilvmax : dòng làm việc cực đại

kv = 0,85÷0,95 với rơle cơ; kv = 1 với rơle số

Thời gian làm việc của bảo vệ: có 2 đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian: (a): đặc tính độc lập

(b): đặc tính phụ thuộc

Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng điện chạy qua bảo vệ, còn của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ(dòng càng lớn thì thời gian tác động càng nhỏ)

(b): đặc tính thời gian độc lập (c): đặc tính thời gian phụ thuộc

t t

t

OO

Bảo vệ quá dòng cắt có thời gian (51) cho CB2 trên D2 và CB3 trên D3

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo: I51kd

Với: kat : hệ số an toàn, kat =1,1÷1,2 / kmm = 2÷3 là hệ số mở máy

Ilvmax : dòng làm việc cực đại / kv = 0,85÷0,95 với rơle cơ; kv = 1 với rơle số

+Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D2 là:

I51 1,2.2 172,74 414,576(A)kd2 1

+Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D3 là:

I51 1,2.2 118,86 286,264(A) kd3 1

Kiểm tra độ nhạy:

I51Nhay INminIkd

Với INmin: Dòng ngắn mạch ngoài cực tiểu

+Độ nhạy của bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D2 là:

Ikd2 2 414,576

+Độ nhạy của bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D3 là:

2 286,264

 Kết luận: các bảo vệ (51) đã chọn cho đường dây D2, D3 lần lượt chứa CB2 và CB3 thỏa mãn điều kiện độ nhạy để làm bảo vệ chính

➢ Với bảo vệ 3 (đường dây D3):

+ Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N4 trên đường dây D3 theo giả thiết là: t3 1(s)

➢ Với bảo vệ 2 (đường dây D2):

+ Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N3 trên đường dây D2 là: t2 t3 0,25 1 0,25 0,75(s)

Trong đó: Ikcbttmax = fimax kđn kkck INngmax

Với: kđn : hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng loại, cùng đặc tính từ hóa, hoàn toàn giống nhau, có dòng ISC như nhau; bằng 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không

kkck : hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài fimax = 0,1 sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định

INmin• Độ nhạy: Kn

Ikd INmin là dòng ngắn mạch cực tiểu khi có sự cố trong vùng bảo vệ

Vì Ikđ lớn nên Kn giảm nên thường phải sử dụng các biện pháp để nâng cao độ nhạy và tăng độ tin cậy của bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch (87) cho CB4 và CB5

• Ta có dòng định mức ở 2 phía MBA 2: Icb4= 168,39(A) và Icb5= 673,58

• Ta đã chọn 2 BI : n4=350/5A=50A và n5=1400/5A=280A Dòng điện thứ cấp ở BI phía CB4:

Icb4 3 168,39 3 4,16657AIcb4*

+Dòng không cân bằng tính toán lớn nhất:

Ikcbttmax (fimax k kđn kck S u S )I2i N5ngmax (1.0,5.0,1 0,1 0,00003).590 88,52(A)

+Dòng khởi động của bảo vệ so lệch 87:

IKD IKD k Iat kcbttmax 1,25.88,52 110,65A

+Độ nhạy của bảo vệ 87:

0,87.590 4,64 knyc 2IN5min

Knh

Ikd 110,65

 Kết luận: bảo vệ (87) đã chọn cho 2 CB4 và 5 thỏa mãn điều kiện độ nhạy để làm bảo vệ chính

TỔNG HỢP ĐÓNG GÓP CỦA CÁC THÀNH VIÊN NHÓM THỰC HIỆN ĐAMH HTĐ2

Nhóm: 01 Lớp 62KTĐ-HTĐ

Tình hình dự họp, làm việc nhóm của các thành viên thực hiện ĐAMH

# Thành viên Đúng giờ Trễ Vắng Ghi chú

tiến độ

Ý tưởng, giải pháp xây dựng

nhóm

Ghi chú

Nguyễn Xuân Sinh Nguyễn Ngọc Thành

PHẦN 2: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN

Vẽ sơ đồ điện

Thông số MF, MBA, đường dây, công suất

NĐ 3 tổ máy, nối bộ MBA 02 cuộn dây lên TG cao, nối TG hệ thống

X’d; tđđm

Udđ; kV

UN% ∆PN; kW

∆P0;

RB; Ω

XB; Ω

∆Q0; kVar

Phụ tải tự dùng: Ptd=10%PFđm; cos td 0,85

Phụ tải thanh góp phía cao: PC=25 MW; cos =0,90

Công suất phát về hệ thông: PVHT=85 MW; cos =0,90 Dây nối hệ thống: mạch kép, AC-300, chiều dài 100km

Hệ thống: coi công suất vô cùng lớn, nên các điện kháng lấy bằng 0

Scb 100• Thanh góp phía cao nhà máy

Tổn công suất không tải MBA:

QSSSPjQ

Các công suất phụ tải được thay thế bằng tổng trở:

• Nếu dạng có tên P(MW), Q(Mvar), S(MVA), U(kV), Z(Ω) 𝑆̇ = P + jQ = S (cos

• Chuyển sang dạng tđcb thì vẫn sử dụng công thức trên nhưng tất cả các thông số đều ở dạng tđcb và có thể tính gần đúng U 1 , ta có:

• Vậy tại nút F và nút I công suất dạng tđcb, tính bằng tổng trở:

B Biến đổi sơ đồ:

- Tam giác

𝐷̇ = 𝑍̇ 𝑈𝐹 + 𝑋̇ 𝐵 + 𝑍̇ 𝐼 = (4,902 + j2,941) + j0,055 + (3,251 +j1,560) = 8,153+j4,556

Sơ đồ đơn giản chữ T

2.5 TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG KHI NGẮN MẠCH 2.5.1 Các đặc tính công suất

Sơ đồ thay thế và biến đổi về dạng đơn giản:

Các công suất phụ tải được thay thế bằng tổng trở:

F XB I R X

Z1 Z2 S

ZUF Z3 ZI

Thay các phụ tảiS PjQ S cos jsin

• Nếu dạng có tên P(MW), Q(Mvar), S(MVA), U(kV), Z(Ω) 𝑆̇ = P + jQ = S ( cos

• Chuyển sang dạng tđcb thì vẫn sử dụng công thức trên nhưng tất cả các thông số đều ở

Biến đổi sơ đồ:

• Tam giác Ẋ B, Ż UF, Ż 1 ⇒ Sao Ż′1, Z ′2, Z ′3

0,055 + (3,251 +j1,560) = 8,153+j4,556

= 1,959 +j1,016

• Sơ đồ đơn giản chữ T

+j0,034 + j0,1476 = -0,001+j0,182 +j0,021) + (0,040 0,148 j) = 0,041+j0,169

B Khi ngắn mạch: Ngắn mạch 3 pha

Tổng trở ngắn mạch ba pha X0 được gắn vào sơ đồ thay thế tại điểm ngắn mạch, ta

có X Z/ / I 0 Khi đó sơ đồ thay thế chỉ còn:

XF F X B E Z

ZUF

= 0,00045+j0,2023

= 0,2023∠ 89,87o 𝛼 = 90° −89,87o = 0,13o

𝑍̇11 = 𝑍̇12 = 𝑍̇∑ =0,00045+j0,2023

Ngắn mạch 2 pha chạm đất * Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch

• MF: E bị nối tắt, điện kháng MF được tính theo x2

• MBA được giữ nguyên như đã tính• Đường dây:

Ż =j.0,148

• Phụ tải được thay thế gần đúng Xpt=0,35Z

𝑍̇ 𝑈𝐹=4,902 + j2,941; ZUF

XptUF=0,35Z = 0,35 5,717= 2,001 𝑍̇ 𝐼= 3,251 +j1,560

Biến đổi về dạng đơn giản:

* Sơ đồ thay thế thứ tự không:

• MF không tồn tại vì đấu vào cuộn tam giác MBA MBA được giữ nguyên như đã tính XB và nối tắt;

• Đường dây có thể chỉ lấy điện kháng X’ =kX (k=3,0) • Phụ tải có thể coi không tồn tại

• Hệ thống: EHT nối tắt, điện kháng giá tri zêrô

XB I X

* Sơ đồ phức

• Tổng trở ngắn mạch hai pha chạm đất X X X 2 / / 0 được gắn vào sơ đồ thay thế tại

điểm ngắn mạch Z X ZI / / I được sơ đồ phức:

XF F XB I R X

Z1 Z2 SHT ZUF Z3 ZI

Biến đổi sơ đồ về dạng đơn giản chữ T

• Tam giác

4,902 + j2,941) + j0,055 + (0,000021 + 𝑗0,0286) = 4,9020+j3,0246

= 0,00037+j0,0284

Sơ đồ đơn giản chữ T

𝑍̇ 1 =𝑍̇ ′1 + 𝑋̇ 𝐹 = (0,00068+j0,0546) + j0,0974= 0,00068+j0,152 0,00023+j0,00014) + (j 0,148) = -0,00023+j0,148 = 0,00037+j0,0284

Đặc tính công suất ổn định động:

= 0,00093 + 𝑗0,176 = 0,176∠89,69 𝛼11 = 90° − 89,69° = 0,31°

• Sơ đồ thay thế các phần tử như khi đã xét ổn định tĩnh, nhưng khác:

• Tổng trở đường dây tăng gấp đôi do đã bị cắt một mạch, chỉ còn một mạch làm việc; • Điện kháng MF vẫn tính theo x’d;

• Khi tính QC của dây thì giảm còn một nửa

Do vậy các công suất S SI , HT thay đổi theo và kết quả chuyển về đổi chúng về tổng • ZUF ,ZI cũng thay đổi theo trở

• Máy phát:

• Đường dây: tổng trở đường dây mạch kép:

= 0,082+j0,296

.50 = j1,761 (Mvar) ∆𝑆̇0 = 0,177 j1,134

𝑆̇𝐶 =25 j12,1

= 0,252+j.0,115 𝑆̇𝑉𝐻𝑇 =85 j41,14 (MVA)

= 4,902 + j2,941

Biến đổi sơ đồ:

• Tam giác Ẋ B, Ż UF, Ż 1 ⇒ Sao Ż′1, Z ′2, Z ′3

𝑃𝐼𝐼𝐼𝑚𝑎𝑥 = 𝐴 + 𝐵 = 0,7863 + 2,644 = 3,4303

2.6 XÁC ĐỊNH GÓC CẮT 𝚫𝐂𝐀𝐓 BẰNG PHƯƠNG PHÁP DIỆN TÍCH: A Ngắn mạch ba pha:

2.7 XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CẮT TCAT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN ĐOẠN LIÊN TIẾP

Giải phương trình chuyển động

C Ngắn mạch ba pha: Phân đoạn 1:

đoạn

t(sec)0 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24

δ(°)13,823 14,657 17,15921,32927,16734,673 43,847 54,689 67,199

Phân đoạn

δ(°)81,38 100,23 117,75

Kết luận: Vậy với δc = 107,3° ta đã xác định được tc = 0,31 s bằng phương pháp

phân đoạn liên tiếp

Vẽ đường cong và xác định tC

107,3

∆P5 = ∆Po- PIImaxsinδ5 = 1,195 - 1,0261.sin(33,167) = 0,633

Vẽ đường cong và xác định tC

112,95

Kết luận: Vậy với δc = 112,95° ta đã xác định được tc = 0,40 s bằng phương pháp phân đoạn liên tiếp