Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất...
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con người. Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Những hư hỏng và chế độ không bình thường trong hệ thống điện gây hậu quả tai hại đối với kinh tế và xã hội. Chính vì thế nên việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư ngành hệ thống điện. Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp :“Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV ”. Đồ án gồm 5 chương: Chương 1 : Giới thiệu đối tượng được bảo vệ, các thông số chính. Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle. Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ. Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các loại rơle sử dụng. Chương 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TH.s Nguyễn Xuân Tùng, em đã hoàn thành bản đồ án này. Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo. Sinh viên Phạm Minh Truyền Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 1 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 1.1. ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ : Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110kV có cấp điện áp 115 / 38,5 / 23 kV có hai máy làm việc song song, công suất mỗi máy là 40 MVA và có tổ đấu dây Y 0 / ∆ / Y 0 . Trạm biến áp này được cung cấp điện từ hai hệ thống có công suất là: S 1Nmax = 2500 MVA S2Nmax = 2000 MVA Các thông số chính: Thông số hệ thống HTĐ1: S 1Nmax = 2500 MVA S Nmin = 2100 MVA X omax = 0,7 X 1max MVA X omin = 0,8 X 1max HTĐ2: S Nmax = 2000 MVA S Nmin = 1600 MVA X omax = 0,75 X 1max X 0min = 0,9 X 1max Thông số máy biến áp T 1 ; T 2 S dđ = 40 MVA, tổ đấu dây Y o - ∆ 11 - Y o , cấp điện áp U C /U T /U H = 115/38,5/23 kV U K 0 0 (C - T = 10,5 0 0 , C - H = 17 0 0 , T - H = 6 0 0 ) Giới hạn điều chỉnh . ∆ Uđc = ± 9x1,78 % Thông số của đường dây: D1: L 1 = 70 Km; AC – 240 Z 1 = 0,12 + j 0,386 [Ω/km] Z 0 = 2,5 Z 1 [Ω/km] D2: L 2 = 55 Km; AC – 185 Z 1 = 0,156 + j 0,394 [Ω/km] Z 0 = 2 Z 1 [Ω/km] Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 2 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV 1.2. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP: 1.2.1 Chọn máy cắt điện: - Loại máy cắt - Điện áp: U đmMC ≥ U mg - Dòng điện: I đmMC ≥ I lvcb - Ổn định nhiệt: I 2 ôđn ≥ B N - Ổn định lực điện động: i lđđ ≥ i xk - Điều kiện cắt: I CMC ≥ I ” * Phía 110 kV: - I lvcb = K qtsc .I đmB = 1,4.I đmB = 1,4. dd dm U S 3 =1,4. 115.3 40 = 0,281 kA = 281 A - i xk = 2 .1,8.I’’ I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất khi ngắn mạch tại N’ 1 ( trường hợp S max ,ngắn mạch ( ) 3 N bảng 2.9 trang 22). I’’ = 4,45 kA i xk = 2 .1,8.I’’ = 2 .1,8.4,45 = 11,33 kA Với máy cắt có I đm ≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: BBY- 110 - 40/2000. Thông số: U đm = 110 kV I đm = 2000 A I cđm = 40 kA I ldd = 40 kA * Phía 35 kV: - I lvcb = K qtsc .I đmB = 1,4.I đmB = 1,4. dd dm U S 3 = 1,4. AkA 839839,0 5,38.3 40 == - i xk = 2 .1,8.I’’ Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 3 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N 3 ( trường hợp S max , ngắn mạch ( ) 3 N bảng 2.9 trang 22). I’’ = 3,95 kA i xk = 2 .1,8.I’’ = 2 .1,8.3,95 = 10,05 kA Với máy cắt có I đm ≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: BBY-35-40/3200. Thông số: U đm = 35 kV I đm = 3200 A I cđm = 40 kA I ldd = 40 kA * Phía 22 kV: - I lvcb = K qtsc .I đmB = 1,4.I đmB = 1,4. dd dm U S 3 = 1,4. AkA 140505,4,1 23.3 40 == - i xk = 2 .1,8.I’’ I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N 2 ( trường hợp S max , ngắn mạch ( ) 3 N ,bảng 2.9, trang 22). I’’ = 4,64 kA i xk = 2 .1,8.I’’ = 2 .1,8.4,46 = 11,81 kA Với máy cắt có I đm ≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: B ΓM-22-40/1200Y 3 . Thông số: U đm = 22 kV I đm = 1200 A I cđm = 40 kA I ldd = 25 kA 1.2.2 Chọn máy biến dòng điện: - Điện áp: U đmBI ≥ U mg - Dòng điện: I đmBI ≥ I lvcb Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 4 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV - Phụ tải: Z đmBI ≥ Z 2 - Ổn định nhiệt: (I đm1BI .k nđm ) 2 .t nhđm ≥ B N - Ổn định lực điện động: 2 .k đ . I đm1BI ≥ i xk - Cấp chính xác: 5P Bảng 1.1 Kiểu BI TΦH-110M TΦH-35M TΦH-22M U đm ,kV 110 35 22 Cấp chính xác 5 5 5 Bội số ổn định nhiệt,t nh 60/1 65/1 12/4 Tỷ số biến 300/1 1000/1 1500/1 1.2.3 Chọn máy biến điện áp: - Điện áp: U đmBU ≥ U mg - Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo - Công suất định mức: S 2đmBU ≥ S 2 Bảng 1.2 Kiểu BU HKΦ - 110 – 58 3HOM – 35 3HOЛ – 06 – 24Y3 U đm , kV 110 35 24 U max , kV 110 35 24 Tỷ số biến 11000/ 3 :100/ 3 : 100 35000/ 3 :100/ 3 : 100 24000/ 3 :100/ 3 : 100 Tổ đấu dây Y 0 /Y 0 /∠ Y 0 /Y 0 /∠ Y 0 /Y 0 /∠ CS định mức, MVA 600 300 300 Chương 2 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 5 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV 2.1. MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN. Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính). Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng. Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của hệ thống, vị trí điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch . • Dòng ngắn mạch cực đại qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệ thống điện có công suất ngắn mạch cực đại maxN S và trạm có 1 máy biến áp làm việc. Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch và tính toán các thông số cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh dự phòng. - Tính ngắn mạch tại ba điểm N 1 , N 2 , N 3 . - Tính các dạng ngắn mạch N (3) , N (1,1) , N (1) • Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệ thống điện có công suất ngắn mạch cực tiểu minN S và trạm có 2 máy biến áp làm việc song song. Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ nhậy của bảo vệ. - Tính ngắn mạch tại ba điểm N 1 , N 2 , N 3 . - Tính các dạng ngắn mạch N (2) , N (1,1) , N (1) • Một số giả thiết khi tính toán ngắn mạch: + Coi tần số không đổi khi ngắn mạch + Bỏ qua hiện tượng bão hoà của mạch từ trong lõi thép của các phần tử. + Bỏ qua điện trở của các phần tử. + Bỏ qua ảnh hưởng của các phụ tải đối với dòng ngắn mạch. Việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối. 2.2. TÍNH TOÁN ĐIỆN KHÁNG CỦA HỆ THỐNG: Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 6 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV 2.2.1 Sơ đồ các điểm ngắn mạch và sơ đồ thay thế. N 2 22 kV BI1 N 1 ’ BI3 BI4 BI5 BI1 BI3 BI4 BI5 N 3 ’ N 2 ’ 35 kV BI2 N 3 110 kV N 1 BI2 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và các điểm ngắn mạch Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 7 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV x e hT2 e ht1 x ht1 x d1 x d2 x ht2 x c b b x t b x h b x c h b x t b 115 kV 38,5 kV 23 kV Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 8 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV Hình 2.2 Sơ đồ thay thế 2.2.2 Chọn các đại lượng cơ bản. Chọn S cb =100 MVA U cb = U tb các cấp (115, 38,5, 23 kV) Cấp điện áp 110 kV có U tb1 = 115 kV 5,0 115.3 100 .3 1 1 === cb cb cb U S I kA Cấp điện áp 35 kV có U tb3 = 38,5 kV 5,1 5,38.3 100 .3 3 3 === cb cb cb U S I kA Cấp điện áp 22 kV có U tb2 = 23 kV 51,2 23.3 100 .3 2 2 === cb cb cb U S I kA 2.2.3. Điện kháng của hệ thống • HTĐ 1: X 1maxH1 = X 2maxH1 = maxN cb S S = 2500 100 = 0,04 X 0maxH1 = 0,7 X 1maxH1 = 0,7 x 0,04 = 0,028 X 1minH1 = X 2minH1 = minN cs S S = 047,0 2100 100 = Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 9 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV X 0minH1 = 0,8.X 1minH1 = 0,8 x 0,04 = 0,03 • HTĐ 2: X 1maxH2 = X 2maxH2 = maxN cb S S = 05,0 2000 100 = X 0maxH2 = 0,75 X 1maxH2 = 0,75 x 0,05 = 0,04 X 1minH2 = X 2minH2 = minN cs S S = 06,0 1600 100 = X 0minH2 = 0,9 X 1minH2 = 0,9 x 0,05 = 0,045 2.2.4.Điện kháng của máy biến áp U N C-T % = 10,5% ; U N C-H % = 17% ; U N T-H % = 6% ( ) ( ) %75,10%6%17%5,10 2 1 %%% 2 1 0 0 =−+=−+×= −−− HT N HC N TC N C N UUUU ( ) ( ) %25,0%17%6%5,10 2 1 %%% 2 1 0 0 −=−+=−+×= −−− HC N HT N TC N T N UUUU ( ) ( ) %25,6%5,10%6%17 2 1 %%% 2 1 0 0 =−+=−+×= −−− TC N HT N HC N H N UUUU Thấy %25,0% −= T N U < 0 nên coi bằng 0 Điện kháng các cuộn dây 27,0 40 100 100 75,10 100 % =×=×= dd cb C N C S SU X X T = 0 16,0 40 100 100 25,6 100 % =×=×= dd cb T N H S SU X 2.2.5. Điện kháng của đường dây : Đường dây D1: L 1 =70 km ; AC-240 km jZ Ω += 368,0.12,0 1 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 10 10 [...]... BI5 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 32 32 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV BI1 BI3 BI4 BI5 N3 ’ N2 ’ 35 kV BI2 N3 110 kV N1 BI2 HT1 D1 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 33 33 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý còn 1 HT cung cấp 2.4.1 Ngắn mạch phía 110 kV: * Điểm ngắn mạch N1 : x 1h1 0,04 x 1d1 0,2 x 1Σ 0,24 bi 1 n... tượng được bảo vệ Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 11 11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV e Ht2 x 1h1 0,04 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16 x 1h2 n 1 Hình 2.3 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch 0,04 0,32 b x t x c b 0,27 x 0 0h1 0,03 0,51 x 0d1 x 0d2 x 0h2 Bi1 n 1 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 12 12 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV n 1... Lớp N1 – HTĐ - K41 23 23 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV Hình 2.10 Sơ đồ thay thế tại điểm N2’ Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 24 24 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV Bảng 2.6 Dòng qua chỗ đặt BI (kA) Điểm ngắn Dạng ngắn mạch mạch BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 ' N2 N(3) 1,315 0 0 0 0 2.3.3 Ngắn mạch phía 22 kV: * Điểm ngắn mạch N3: 0,16 b x H x h2 0,05... Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 25 25 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV BI3 EHT N3 ’ X1Σ 0,54 Hình 2.11 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch x 0h2 0,04 x 0d2 0,32 x 0d1 0,51 0,03 x 0h1 0,16 b x H n 3 0,27 b x c BI1 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 26 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV BI3 XT 0 X0Σ m i 0,64 n 3 u On3 BI3 Hình 2.12 Sơ đồ... Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 16 16 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16 x 1h2 n 1 N1 ’ Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTT,TTN 0,04 0,32 x c b x 0h1 0,03 0,51 x 0d1 x 0d2 x 0h2 Bi1 b x t n 1 N1’ 0 0,27 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 17 17 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV Hình 2.7 Sơ đồ thay thế thứ tự không TTK N' 1 u on1... điện pha chạy qua BI1 và BI2: Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 22 22 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV I f ( BI1) = I f ( BI 3 ) = I f = 2,63 Trong hệ đơn vị có tên: Trị số dòng điện chạy qua BI1 là dòng qu abảo vệ BI1 khi ngắn mạch tại thanh cái 35 kV được quy về cấp điện áp 110 kV ( I f ( BI1) = I N3) I cb1 = 2,63 × 0,5 = 1,315(kA) Trị số dòng điện chạy qua BI2 là:... Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV S cb 100 = 0,386 × 70 × = 0,2 2 U cb 115 2 X 0 D1 = 2,5 X 1D1 = 2,5 × 0,2 = 0,5 Đường dây D2: L1=55 km ; AC-185 Z 2 = 0,156 + j.0,394 Ω X 1D 2 = X 2 D 2 = x1 LD 2 km S cb 100 = 0,394 × 55 × = 0,16 2 U cb 115 2 X 0 D 2 = 2 X 1D 2 = 2 × 0,16 = 0,32 2.3 TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Chế độ Smax Trường hợp 1 máy biến áp làm việc 2.3.1 Ngắn mạch phía 110 kV: ... Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV X1Σ 0,38 e ht n 2 BI2 Hình 2.9 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch Từ sơ đồ thay thế trên tính được: XΣ = ( X 1H 1 + X 1D1 ).( X 1H 2 + X 1D 2 ) (0,04 + 0,2).( 0,05 + 0,16) = = 0.11 X 1H 1 + X 1D1 + X 1H 2 + X 1D 2 0,04 + 0,2 + 0,05 + 0,16 B X 1Σ = X Σ + X C + X TB = 0,11 + 0,27 + 0 = 0,38 Vì cuộn trung của máy biến áp đấu ( ∆ ), do... qua BI4: Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 20 20 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV I ( BI 4 ) N ' 1 = I ( BI 4) N 1 = 1,995 kA Bảng 2.4 Dòng qua chỗ đặt BI (kA) Điểm ngắn Dạng ngắn mạch N mạch BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(3) N(1) N(1,1) 4,45 3,76 3,9 0 0 0 0 0 0 0 1,95 1,995 0 0 0 ' 1 2.2.3 Ngắn mạch phía 35 kV: * Điểm ngắn mạch N2 : e ht e ht x 1h1 0,04 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16... ( 1 I 01Σ,1) = − I 1(Σ,1) X 2Σ 0,54 = −1,2 × = −0,55 X 0Σ + X 2Σ 0,64 + 0,54 Điện áp tại chỗ ngắn mạch : 1 U 1( 1,1) = I 1(Σ,1) N1 X 2Σ X 0Σ 0,54.0,64 = 1,2 × = 0,35 X 2Σ + X 0Σ 0,54 + 0,64 ( , U 1( 1,1) = U 01N11) N1 Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41 29 29 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 là: 1 I 1( BI1) = I 1(Σ,1) = 1,2 ( . án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV 1.2. CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP: 1.2.1 Chọn máy cắt điện: - Loại máy cắt - Điện áp: U đmMC ≥ U mg -. nghiệp : Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV ”. Đồ án gồm 5 chương: Chương 1 : Giới thiệu đối tượng được bảo vệ, các thông số chính. Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle. . tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 11 0kV 2.2.1 Sơ đồ các điểm ngắn mạch và sơ đồ thay thế. N 2 22 kV BI1 N 1 ’ BI3 BI4 BI5 BI1 BI3 BI4 BI5 N 3 ’ N 2 ’ 35 kV BI2 N 3 110 kV N 1 BI2 Hình