Đồ án bảo vệ rơle cho trạm biến áp và đường dây

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 1 Phần I. THIẾT KẾ BẢO VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƢỜNG DÂY CHƢƠNG 1: MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG ĐƢỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH 1.1. MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG Trạm biến áp được bảo vệ gồm hai máy biến áp ba dây quấn B1 và B2 được mắc song song với nhau. Hai máy biến áp này được cung cấp từ hai nguồn của HTĐ1 và HTĐ2. Hệ thống điện HTĐ1 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây D1, hệ thống điện HTĐ2 cung cấp đến thanh góp 220kV của trạm biến áp qua đường dây D2. Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 110kV và 35kV để đưa đến các phụ tải. HTĐ1 HTĐ2 220kV 35kV 110kV D1 D2 B1 B2 Hình 1.1.Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp 1.2. THÔNG SỐ CHÍNH 1.2.1. Hệ thống điện HTĐ1, HTĐ2: có trung tính nối đất 1. Hệ thống điện HTĐ1: Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S 1Nmax = 1750 MVA Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S 1Nmin = 0,9S 1Nmax Điện kháng thứ tự không: X 0H1 = 1,5X 1H1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 2 2. Hệ thống điện HTĐ2: Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S 2Nmax = 1680 MVA Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S 2Nmin = 0,8S 2Nmax Điện kháng thứ tự không: X 0H2 = 1,2X 1H2 1.2.2. Đường dây D1, D2: 1.Đường dây D1: Chiều dài đường dây: L 1 = 75 km Điện kháng thứ tự thuận : X 11 = 0,409 Điện kháng thứ tự không: X 0D1 = 2X 1D1 2. Đường dây D2: Chiều dài đường dây: L 2 = 80 km Điện kháng đường dây: X 12 = 0,401 Điện kháng thứ tự không: X 0D2 = 2X 1D2 1.2.3. Máy biến áp Công suất danh định của mỗi máy biến áp:S dđ = 2x63 MVA Cấp điện áp 220/110/35 kV Điện áp ngắn mạch phần trăm của các cuộn dây I – II = 18% U k % : I – III = 10,5% II – III = 8% Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 3 CHƢƠNG 2: TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE 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 cài đặt và chỉnh định các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng. 2.1. MỤC ĐÍCH TÍNH NGẮN MẠCH: Tính ngắn mạch tại các vị trí trên sơ đồ nhằm tìm ra dòng ngắn mạch Max và Min đi qua vị trí đặt bảo vệ phục vụ việc chỉnh định và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Để tìm dòng ngắn mạch chạy qua các BI phục vụ cho bảo vệ ta phải xét 2 chế độ: Chế độ max: Điều kiện hệ thống điện ở chế độ max và điện kháng ở chế độ min, từ điều kiện đó trong chế độ max ta xét trường hợp: + Hệ thống max với 2 máy biến áp vận hành song song. + Hệ thống max với 1 máy biến áp vận hành độc lập. Ở chế độ này ta đi xét 3 dạng ngắn mạch đó là: N (3) , N (1,1) , N (1) . Chế độ min: Điều kiện ngược lại so với chế độ max. Tức là hệ thống điện ở chế độ min, điện kháng của hệ thống max. Ta xét các trường hợp: + Hệ thống Min với 2 máy biến áp vận hành song song. + Hệ thống Min với 1 máy biến áp vận hành độc lập. Trong chế độ này ta chỉ xét 3 dạng ngắn mạch đó là: N (2) , N (1,1) , N (1) . 2.2. CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN. + Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góc lệch pha giữa sức từ động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắn mạch. Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện tăng lên thì dòng trong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việc tính toán đơn giản hơn và trị số dòng điện tại chỗ ngắn mạch là lớn nhất. Giả thiết này không gây sai số lớn, nhất là khi tính toán trong giai đoạn đầu của quá trình quá độ (0,1  0,2 sec). + Bỏ qua các phụ tải. + Mạch từ không bão hòa, nghĩa là mạch có quan hệ tuyến tính: giả thiết này sẽ làm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rất nhiều, vì mạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tích quá trình. + Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần kháng. Giả thiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao, ngoại trừ khi bắt buộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn mạch hoặc khi tính toán ngắn Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 4 mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên không tiết diện bé. Ngoài ra lúc tính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điện trở tác dụng. + Bỏ qua thành phần điện dung dây dẫn – đất: giả thiết này không gây sai số lớn, ngoại trừ trường hợp tính toán đường dây cao áp tải điện đi cực xa thì mới xét đến dung dẫn của đường dây. + Bỏ qua dòng điện từ hóa của máy biến áp. + Hệ thống điện ba pha lúc bình thường là đối xứng: sự mất đối xứng chỉ xảy ra đối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng. Việc tính toán ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối. 2.3. VỊ TRÍ ĐẶT BẢO VỆ VÀ CÁC ĐIỂM NGẮN MẠCH HTĐ1 HTĐ2 220kV 35kV 110kV BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N1 N1’ N2 N2’ N3 N3’ D1 D2 B1 B2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 5 2.4. CHỌN CÁC ĐẠI LƢỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ Ta chọn S cb = S dđB = 63 MVA U cb = U tb (điện áp trung bình của từng cấp) - U cb1 =220 (kV) - U cb2 =110 (kV) - U cb3 =35 (kV) cb cb1 cb1 S 63 I = = 0,165( ) 3.U 3.220 kA cb cb2 cb2 S 63 I = = 0,331( ) 3.U 3.110 kA cb cb3 cb3 S 63 I = = 1,039( ) 3.U 3.35 kA 2.4.1. Thông số các phần tử: a, Hệ thống điện : Hệ thống điện 1: Chế độ Max: S 1Nmax = 1750 MVA 1 1max 2 1max 1 max 63 0,036 1750 cb HH N S XX S    0 1max 1 1max 1,5 1,5.0,036 0,054 HH XX   Chế độ Min: S 1Nmin = 0,9S 1Nmax = 0,9.1750 = 1575 MVA 1 1min 2 1min 1 min 63 0,04 1575 cb HH N S XX S     0 1min 1 1min 1,5. 1,5.0,04 0,06 HH XX   Hệ thống điện 2: Chế độ Max: S 2Nmax = 1680 MVA 1 2max 2 2max 2 max 63 0,038 1680 cb HH N S XX S    0 2max 1 2max 1,2 1,2.0,038 0,05 HH XX   Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 6 Chế độ Min: S 2Nmin = 0,8S 2Nmax = 0,8.1680 = 1344 MVA 1 2min 2 2min 2 min 63 0,047 1344 cb HH N S XX S     0 2min 1 2min 1,2. 1,2.0,047 0,056 HH XX   b, Đường dây : Đường dây D1: 1 1 2 1 1 1 22 63 . . 0,409.75. 0,04 220 cb DD cb S X X X L U     0 1 1 1 2. 2.0,04 0,08 DD XX   Đường dây D2: 1 2 2 2 2 2 22 63 . . 0,401.80. 0,042 220 cb DD cb S X X X L U     0 2 1 2 2. 2.0,042 0,084 DD XX   c, Máy biến áp Điện áp ngắn mạch U K % của máy biến áp 10,5% CT N U   18% CH N U   8% TH N U   11 % ( ) (10,5 18 8) 10,25 22 C C T C H T H N N N N U U U U           11 % ( ) (10,5 8 18) 0,25 22 T C T T H C H N N N N U U U U           11 % ( ) (18 8 10,5) 7,75 22 H C H T H C T N N N N U U U U           Điện kháng các cuộn dây máy biến áp: C U% 10,25 63 X . . =0,103 100 100 63 C N cb dm S S  U% 0,25 63 X . . =0 100 100 63 T N cb T dm S S  U% 7,75 63 X . . =0,078 100 100 63 H N cb H dm S S  Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 7 2.4.2. sơ đồ thay thế. a, Sơ đồ thứ tự thuận: X 1ht1 X 1D1 Xc X T X 1ht2 X 1D2 X C X T X H X H E E b, Sơ đồ thứ tự nghịch: X 2ht1 X 2D1 Xc X T X 2ht2 X 2D2 X C X T X H X H b, Sơ đồ thứ tự không: X 0ht1 X 0D1 Xc X T X 0ht2 X 0D2 X C X T X H X H Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 8 2.5. CÁC SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN. Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực đại và chế độ cực tiểu bao gồm 4 sơ đồ: Sơ đồ 1 : S Nmax ; 1 máy biến áp làm việc Sơ đồ 2 : S Nmax ; 2 máy biến áp làm việc Dạng ngắn mạch cần tính toán: N (3) , N (1,1) ; N (1) Sơ đồ 3 : S Nmin ; 1 máy biến áp làm việc Sơ đồ 4 : S Nmin ; 2 máy biến áp làm việc Dạng ngắn mạch cần tính toán: N (2) , N (1,1) ; N (1) 2.5.1. Sơ đồ 1: S Nmax , 1 máy biến áp làm việc. Dạng ngắn mạch cần tính toán: N (3) , N (1,1) ; N (1) 1. Ngắn mạch phía 220kV (điểm ngắn mạch N1) Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X 1ht1 X 1D1 X 1ht2 X 1D2 E E X 1∑ E N1 N1 N1 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X 2ht1 X 2D1 X 2ht2 X 2D2 X 2∑ N1 N1 Sơ đồ thay thế thứ tự không: X 0ht1 X 0D1 Xc X 0ht2 X 0D2 X H U 0 X 0H X 0B U 0 X 0∑ U 0 N1 N1 N1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 9 1 1 1 2 1 1 1 2 12 1 1 1 2 1 1 1 2 12 0 1 0 2 0 1 0 2 0 0 1 0 2 0 1 0 2 0B C 0,04.0,042 0,036.0,038 0,04 0,042 0,036 0,038 0,039 0,08.0,084 0,054.0,046 0,025 0,08 0,084 0,054 0,046 X X D D H H D D H H D D H H H D D H H X X X X XX X X X X XX X X X X X X X X X                       H 0 . 0 0 00 X 0,103 0,078 0,181 0,025.0,181 0,022 0,025 0,181 HB HB XX X XX          a. Ngắn mạch 3 pha N (3) : 1 1 1 25,641 0,039 N E II X       Điểm N1: không có dòng qua các BI. Điểm N1’: I BI1 =I N =25,641 Dòng qua các BI khác bằng không. b. Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1) : Điện kháng phụ: 20 20 . 0,039.0,022 0,014 0,039 0,022 XX X XX        Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch: 1 1 1 18,868 0,039 0,014 E I XX       0 21 20 0,022 . 18,868. 6,805 0,039 0,022 X II XX           2 01 20 0,039 . 18,868. 12,063 0,039 0,022 X II XX           Điện áp thứ thự không tại chỗ ngắn mạch: U 0N = 1 .IX  = -(18,868).0,014 = 0,264 Phân bố dòng I 0 : 0 0 0 0,264 10,56 0,025 N H H U I X       0 0 0 0,264 1,459 0,181 N B B U I X       Điểm N1: I BI1 = I 0B =-1,459 I BI4 = 3.I 0B = 3.( -1,459) = -4,377 Dòng qua các BI khác bằng không. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 10 Điểm N1’: 2 1 1 1 2 1 0 1 BI BI BI BI I a I a I I   1 1 2 0 1 3 1 3 2 2 2 2 BI H I j I j I I                             1 1 3 1 3 .18,868 . 6,805 10,56 2 2 2 2 BI I j j                          1 16,592 22,233 BI Ij   22 1 16,952 22,233 27,958 BI I    I BI4 = 3I 0B = 3.(-1,459) = -4,377 Dòng qua các BI khác bằng không. c, Ngắn mạch 1 pha N (1) : Điện kháng phụ : 20 0,039 0,022X X X        = 0,061 Các thành phần đối xứng của dòng điện tại chỗ ngắn mạch: 1 2 0 1 1 0,039 0,061 E I I I XX          = 10 Điện áp thứ tự không tại chỗ ngắn mạch: 0 0 0 . 10.0,022 0,22 N U I X        Phân bố dòng I 0 :   0 0 0 0,22 8,8 0,025 N H H U I X         0 0 0 0,22 1,215 0,181 N B B U I X       Điểm N1: I BI1 = I 0B =1,215 I BI4 = 3.I 0B = 3.(1,215) = 3,645 Dòng qua các BI khác bằng không. Điểm N1’: I BI1 = I 1BI1 + I 2BI1 +I 0BI1 = 1 2I  +I 0H =2.10+8,8 = 28,8 I BI4 = 3,645 Dòng qua các BI khác bằng không. [...]... 0 0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 2.5.3 Sơ đồ 3: SNmin, 1 máy biến áp làm việc Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2), N(1,1); N(1) Do yêu cầu sữa chữa đường dây nên ta sử dụng hệ thống nào có điện kháng tổng lớn hơn và tính toán ngắn mạch trong trường hợp đó Ta có: Max((X1H1min+X1D1); (X1H2min+X1D2))=Max((0,04+0,04);(0,047+0,042)) Max(0,08;0,089) = 0,089 Do đó ta tính toán cho. ..  5,933  8,900 2 2 IBI2 = 0 SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 Trang 20 Đồ án tốt nghiệp Điểm N3’: Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp IBI1 = 4,996 IBI3 =6,524 IBI4= 0 IBI5 = -8,900 IBI2= 0 SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 Trang 21 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp c Ngắn mạch 1 pha N(1): Điện kháng phụ : X   X 2   X 0   0,091  0,039 = 0,13 Các thành phần đối xứng... 0 0 Trang 15 BI5 0 0 0 0 0 0 0 3,338 2,743 0 3,338 2,743 0 0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 2.5.2 Sơ đồ 2: SNmax ,2 máy biến áp làm việc song song Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1); N(1) 1, Ngắn mạch phía 220kV (điểm ngắn mạch N1) Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: N1 X1∑ Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X2∑ N1 Sơ đồ thay thế thứ tự không: X0ht1 X0D1 N1 Xc XH N1 X0∑ I0∑ X0D2... 0 0 0 0 0 0 0 -2,328 1,607 0 -2,328 1,607 0 0 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 2.5.4 Sơ đồ 4: SNmin, 2 máy biến áp làm việc song song Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2), N(1,1); N(1) 1 Ngắn mạch phía 220kV (điểm ngắn mạch N1) Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X1h2 X1D2 N1 E X1∑ N1 E Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X2h2 X2D2 N1 N1 X2∑ Sơ đồ thay thế thứ tự không: N1 Xc XH N1 X0∑ I0∑ X0h2... mạch phía 35kV: Quận dây máy biến áp nối tam giác trung tính cách đất, chỉ tính N(2) Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X1∑ (N1) XC E SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 XH N2 X1∑ N2 E Trang 30 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X2∑ (N1) XC XH N2 X2∑ N2 X1  X1( N1)  X C  X H  0, 089  0,103  0, 078  0, 27 X 2   X1  0, 27 Điện kháng phụ: X   X 2... 6,788 IBI4 = 0 IBI5 = 6,788 IBI2 = 0 SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 Trang 22 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 3 Ngắn mạch phía 35kV: Quận dây phía hạ của máy biến áp đấu tam giác,trung tính cách đất đất, chỉ (3) tính N Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X1ht1 X1D1 Xc XH E N2 X1∑ X1D2 X1ht2 XH XC E Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X2ht1 X2D1 Xc XH X2∑ X2ht2 X2D2 XC N2 XH X1( N 1) ... 27 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 2 Ngắn mạch phía 110kV: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận X1∑ (N1) XC XT N3 E X1∑ N3 E Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch X2∑ (N1) XC XT N3 X2∑ N3 Sơ đồ thay thế thứ tự không: XT N3 X0∑ N3 I0∑ XH U0N U0N X1  X1( N1)  X C  X H  0, 089  0,103  0, 078  0, 27 X 2   X1  0, 27 X 0   X H  X T  0,078  0  0,078 a Ngắn mạch 2 pha N(2): Điện kháng... X1 2.0,130 Dòng qua BI khác bằng không Điểm N2’: IBI1=3,861 IBI2= -IBI1= -3,861 Dòng qua BI khác bằng không SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 Trang 23 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp Bảng tổng kết sơ đồ 2.5.2: SNmax,2 Máy biến áp làm việc song song Dòng điện ngắn mạch qua các BI Phía ngắn mạch Điểm ngắn mạch N1 220kV N1' N3 110kV N3' 35kV N2 N2' Dạng ngắn mạch N(3) N(1,1) N(1).. .Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 2 Ngắn mạch phía 110kV: Sơ đồ thay thê thứ tự thuận : X1∑ (N1) XC XT N3 E N3 X1∑ E Sơ đồ thay thê thứ tự nghịch: X2∑ (N1) X2∑ XC N3 XT N3 Sơ đồ thay thế thứ tự không: XT N3 N3 X0∑ I0∑ U0 XH U0 X 2   X 1  X 1 ( N 1)  X C  0,039  0,103 ... 29,693 IBI4= 3,365 Dòng qua các BI khác bằng không 2 Ngắn mạch phía 110kV: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận: X1ht1 X1D1 Xc XT E X1∑ N3 N3 X1ht2 X1D2 XC XT E SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D4–H1 Trang 18 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch: X1ht1 X1D1 Xc XT X2∑ N3 N3 X1D2 X1ht2 XT XC Sơ đồ thay thế thứ tự không: XT N3 X0∑ N3 I0∑ XH U0 XT U0 XH X1( N 1)  0, 039 . I 0B =-1 ,459 I BI4 = 3.I 0B = 3.( -1 ,459) = -4 ,377 Dòng qua các BI khác bằng không. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 10 Điểm. I BI4 = 3 2 I 0B = 3 2 . (-2 ,747) = -4 ,121 Dòng qua các BI khác bằng không. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 18 c = 1 .10,989 2 = 5,495 I BI3 = -I BI1 = -5 ,495 Dòng qua các BI khác bằng không. Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp SVTH: Phạm Văn Chung - Lớp: D 4 –H 1 Trang 20