CHƯƠNG I TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH Ngắn mạch trong hệ thống điện là hiện tượng các pha chập nhau,chập đất (hay chập pha trung tính),lúc xảy ra ngắn mạch tổng trở của hệ thống giảm đi dòng điện tăng lên đáng kể gọi là dòng điện ngắn mạch.trong thiết kế bảo vệ rơle cũng như là việc lựa chọn các thiết bị đóng cắt,việc tính toán ngắn mạch là rất cần thiết.Đặc biệt trong thiết kế bảo vệ rơle việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện lớn nhất (INmax) và dòng điện ngắn mạch bé nhất (INmin) đi qua đối tượng bảo vệ để lựa chọn thiết bị bảo vệ rơle,cài đặt,chỉnh định các thông số và kiểm tra độ nhậy của rơle. o SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của trạm được thể hiện trên hình 1.1 với các thông số kỹ thuật của thiết bị được cho bên dưới các bảng 1.1 , 1.2 , 1.3 , 1.4 , 1.5 • Phương án: 12 • Số hiệu máy cắt ở trạng thái hở mạch: 5 ,24 • Số hiệu thiết bị đóng cắt cần lựa chọn: 28 • Số hiệu MBA cần tính toán chỉnh định bảo vệ: T8 • SN= 100 + 12.20 = 340 MVA • L14= 30 + 12 = 42 km
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CƠ ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỆN KHÍ HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRẠM BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Giáo viên hướng dẫn: Giáo viên giảng dạy : Sinh viên thực : STT : Lớp : MSSV : TS.Bùi Đình Thanh KS Nguyễn Xuân Nhỉ Lương Ngọc Hoan 12 Điện Khí Hóa - K57 1221060051 HÀ NỘI-2016 1 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương 1: Tính toán dòng ngắn mạch 1.1.Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 1.2.Sơ đồ thay tính toán ngắn mạch 1.3.Kết tính toán ngắn mạch Chương :Lựa chọn kiểm tra thiết bị đóng 2.1.Lựa chọn thiết bị đóng cắt 2.2.Kiểm tra thiết bị đóng cắt Chương :Tính toán chỉnh định rơle cho trạm biến áp 3.1.Giới thiệu lựa chọn rơle bảo vệ cho MBA 3.2.Tính toán chỉnh định bảo vệ tải 3.3 Tính toán chỉnh định bảo vệ cực đại 3.4 Tính toán chỉnh định bảo vệ so lệch dọc 2 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện phần thiết yếu hoạt động sản suất sống hàng ngày người Để đảm bảo sản lượng chất lượng điện cần thiết,tăng cương độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị làm việc ổn định toàn hệ thống ;cần phải sử dụng cách rộng rãi có hiệu phương tiên bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển điều chỉnh tự động hệ thống điện Trong số phương tiện này, rơle thiết bị bảo vệ rơle đóng vai trò quan trọng Đặc biệt trình vận hành trạm biến áp, lúc trạm làm việc ổn định, thực tế gặp tình trạng làm việc không bình thường cố ngắn mạch, tải vv…mà nguyên nhân chue quan khách quan Hệ thống rơle phát tự động loại trừ cố,sử lý tình trạng làm việc bất thường hệ thống Hiện với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật,thiết bị bảo vệ rơle ngày đại, nhiều chức tác động ngày xác nước ta ngày nay, xu hướng sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay cho rơle điện xúc tiến mạnh mẽ Bản ‘‘ thiết kế đồ án môn học trạm biến áp nhà máy điện đặc biệt chủ yếu thiết kế chỉnh định rơle cho trạm biến áp ’’gồm có chương : - Chương : Tính toán dòng ngắn mạch Chương : Lựa chọn kiểm tra thiết bị đóng cắt Chương : Tính toán chỉnh định rơle cho trạm biến áp Tuy nhiên, thời gian thực có hạn kiến thức kinh nghiệm lĩnh vực chuyên môn hạn chế, nên làm sai sót điều trách khỏi Em mong nhận xét góp ý Thầy 3 4 CHƯƠNG I TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH Ngắn mạch hệ thống điện tượng pha chập nhau,chập đất (hay chập pha trung tính),lúc xảy ngắn mạch tổng trở hệ thống giảm dòng điện tăng lên đáng kể gọi dòng điện ngắn mạch.trong thiết kế bảo vệ rơle việc lựa chọn thiết bị đóng cắt,việc tính toán ngắn mạch cần thiết.Đặc biệt thiết kế bảo vệ rơle việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định trị số dòng điện lớn (I Nmax) dòng điện ngắn mạch bé (INmin) qua đối tượng bảo vệ để lựa chọn thiết bị bảo vệ rơle,cài đặt,chỉnh định thông số kiểm tra độ nhậy rơle o SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện trạm thể hình 1.1 với thông số kỹ thuật thiết bị cho bên bảng 1.1 , 1.2 , 1.3 , 1.4 , 1.5 • • • • • • Phương án: 12 Số hiệu máy cắt trạng thái hở mạch: ,24 Số hiệu thiết bị đóng cắt cần lựa chọn: 28 Số hiệu MBA cần tính toán chỉnh định bảo vệ: T8 SN= 100 + 12.20 = 340 MVA L14= 30 + 12 = 42 km • Hình 1.1 sơ đồ nguyên lý cung cấp điện trạm ~ MP ~ MP T1 T2 L1 U1 L14 L2 U1 U2 T3 ~ HT U2 T4 L3 L4 TC U3 TC L6 L7 12 TC 13 16 18 T8 22 28 • 6 Hình 1.2 sơ đồ nguyên lý theophương án 29 Phương án Số hiệu máy cắt trạng thái hở mạch 12 Máy phát MF1 MF2 24 Bảng 1.1 Số hiệu thiết bị đóng cắt cần lựa chọn - 28 Số hiệu MBA cần tính toán chỉnh định T8 Pđm Uđm cosϕđm X’’d Loại máy phát 255 322 10,5 22 0,85 0,85 0,17 0,172 Máy phát nhiệt điện Máy phát nhiêt điện Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật máy phát MBA T1 319 3,1 Sđm(MVA) Un% T2 403 3,6 Bảng 1.3 Các thông số kỹ thuật MBA cuộn dây Sđm MV A U1 KV T3 U2 U3 UC-T UC-H UT-H Sđm KV K MV % % % V A U1 KV T4 U2 U3 UC- UC-H UT-H KV K T % % V % 22 110 M V A 255 10,5 110 35 6,4 6,12 322 Bảng 1.4 Các thông số kỹ thuật MBA cuộn dây 7 35 5,5 4,36 5,62 L1 L2 L3 L4 L6 L7 Km 11 Km 22 Km 17,6 Km 33 Km 18 Km 20 L14 Km 22 Bảng 1.5.Các thông số đường dây 1.2 SƠ ĐỒ THAY THẾ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH Sơ đồ thay tính toán ngắn mạch trạm thể hình 1.2 Hình 1.1 Sơ đồ thay 8 F1 F2 XF2 XF1 XT1 XT2 XL14 XL1 XHT XL2 HT XHT4 XHT3 XL3 XCT3 XCT4 XTT3 XTT4 XL4 XL7 XL6 XT8 N1 9 1.3 Tính toán ngắn mạch • • • • • • • Chọn đại lượng bản: SCB = 100 MVA UCBI = 10,5 KV UCB II = 22 KV UCB III = 115 KV UCB IV = 37 KV UCB V = 6,3 KV Tính giá trị điện kháng thành phần XF1 = X”d = 0,17 =0,056 Un% 100 XT1= = XL1= L1.x0 = 11 Un% HT3= ( + 6,12 – 6,4)= 3,36 % Un% CT3= =3,64 Un% TT3 = (6,4 + 6,12 – 7)=2,76 % Un% 100 XHT3= = Ω XTT3= Un% 100 XCT3 = Un% 100 = Ω = Ω XF2 = Xd” = 0,172Ω XT2= = Ω XL2= L2.x0.= Ω Un% HT4= (4,36+5,62-5,5)=2,24 % Un% CT4= (5,5+4,36-5,62)=2,12% Un% TT4= (5,5+5,62-4,36)=3,38% XHT4= XTT4= 10 Un% 100 Un% 100 = Ω = Ω 10 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP 3.1 Giới thiệu lựa chọn role bảo vệ cho MBA - Rơ le chọn chỉnh định để bảo vệ cho máy biến áp T8 ta chọn rơ le so lệch 7UT512 để bảo vệ tải theo nhiệt độ kết hợp với rơ le so lệch 7SJ512 để bảo vệ khỏi dòng có trì thời gian, đồng thời làm bảo vệ dự phòng - Giới thiệu chung rơ le: Rơ le bảo vệ so lệch 7UT512 Bảo vệ so lệch số 7UT512 kiểu nhỏ dòng 7UT51 7UT512 bảo vệ ngắn mạch tác động nhanh chọn lọc cho tất máy biến áp hai cuộn dây tất cấp điện áp, phù hợp với máy phát, động cơ, điểm rẽ nhánh với hai nguồn cấp Bảo vệ gồm tiếp điểm điều khiển máy cắt, bốn tiếp điểm cảnh báo, hai đầu vào nhị phân nhiều thị LED, tất lập trình Bảo vệ bao gồm bảo vệ dòng có trì thời gian, sử dụng bảo vệ dự phòng lắp cho cuộn dây máy biến áp đầu dây thiết bị bảo vệ +) Tính bảo vệ so lệch biến áp: - Đường đặc tính cắt hãm dòng - Hãm chống lại dòng mở máy kèm sóng hài bậc hai - Hãm chống lại dòng sai số ổn định thoáng gây kích từ với dạng sóng hài lựa chọn ( bậc 3,4,5 ) - Không nhạy cảm với thành phần chiều bão hòa biến dòng - Độ ổn định làm việc với nhiều mức độ bão hòa khác biến dòng - Cắt nhanh với cố máy biến áp có dòng lớn - Không phụ thuộc vào phương pháp nối đất trung tính máy biến áp - Tự bù lệch pha tổ nối dây máy biến áp 19 19 - Tự điều chỉnh tỉ lệ biến đổi biến dòng việc tính toán khác tỉ số biến dòng +) Tính bảo vệ dòng có trì thời gian: - Được sử dụng bảo vệ dự phòng cho cuộn dây hay nguồn cấp - Có thể làm việc bảo vệ dòng có đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc với đường đặc tính chọn - Cấp dòng ngưỡng cao làm việc độc lập +) Tính bảo vệ tải theo nhiệt: - Hai chức logic tải độc lậpcó thể gán cho hai cuộn dây nguồn cấp đối tượng bảo vệ - Mô tổn hao nhiệt dòng tải - Đo giá trị hiệu dụng - Điều chỉnh giá trị cảnh báo nhiệt - Điều chỉnh giá trị cảnh báo dòng +) Thông số kỹ thuật: - Mạch đầu vào Dòng điện định mức: 1A 5A Tần số định mức: 50Hz, 60Hz Dòng tải cho phép: Lâu dài: 4Iđm Trong 10s: 30Iđm Trong 1s: 100Iđm Công suất: Với Iđm = 1A: nhỏ 1VA Với Iđm = 5A: nhỏ 5VA - Điện áp cung cấp chiều Uđm = (24V, 28V) phạm vi tới (19V – 56V) Uđm = (60V, 110V, 125V) phạm vi tới (48V – 114V) Uđm = (220V, 250V) phạm vi tới (176V – 288V) Gợn điện áp cho phép: Uđm Tổng công suất tiêu thụ Tĩnh: xấp xỉ 9W Từ hóa: xấp xỉ 11W Thời gian lưu điện (thời gian chờ khắc phục cố) : - Đầu vào nhị phân Hai đầu vào lựa chọn Điện áp chiều vận hành: 24V đến 250V Dòng điện vào: - Tiếp điểm cảnh báo Bốn tiếp điểm chọn Khả đóng cắt: 20W/VA 20 20 Điện áp đóng mở: 250V AC/DC Dòng điện cho phép: 1A - Tiếp điểm cắt Hai tiếp điểm chọn Điện áp đóng mở: 250V AC/DC Dòng điện cho phép Liên tục: 5A 0,5s: 30A Khả đóng cắt: đóng 1000W/VA cắt 30W/VA - Đèn LED tín hiệu Đèn xanh báo sẵn sàng: đèn Đèn đỏ báo cố trong: đèn Đèn khác: đèn Rơ le bảo vệ dòng 7SJ512 Rơ le 7SJ512 bảo vệ số sử dụng để bảo vệ dòng, đặc tính thời gian độc lập phụ thuộc lưới phân phối trung áp Nó dùng làm bảo vệ dự phòng cho đường dây, máy biến áp hay máy phát Hệ thống bảo vệ 7SJ512 trung tính cách li trung tính nối đất +) Tính bảo vệ dòng có trì thời gian: - Bảo vệ dòng thời gian độc lập phụ thuộc - Khóa liên động ngược bảo vệ dẫn - Bảo vệ tải - Bảo vệ từ chối máy cắt - Tự động đóng lặp lại bảo vệ chạm đất độ nhạy cao - Hãm sóng hài khởi động - Ghi nhận số liệu cố +) Thông số kỹ thuật: - Mạch đầu vào Dòng điện định mức: 1A 5A Điện áp định mức: 100 tới 125V 21 21 Tần số định mức: 50Hz 60Hz Khả tải nhiệt Theo dòng: 4Iđm Theo áp: 140V Trong 1s: 100Iđm Theo dòng cho mức độ nhay phát chạm đất Liên tục: 15A Trong 10s: 100A Trong 1s: 300A Khả tải động: 250Iđm - Công suất Theo điện áo vào: xấp xỉ 0,5 VA Theo dòng điện vào Với Iđm = 1A : xấp xỉ 0,1VA Với Iđm = 5A: xấp xỉ 0,2VA Phát với dòng chạm đất 1A: xấp xỉ 0,3VA - Điện áp chiều cung cấp Điện áp định mức Uđm = (24 ; 28)V phạm vi từ 19V đến 56V Uđm = (60 ; 110 ; 125)V phạm vi từ 48V đến 144V Uđm = (220 ; 250)V phạm vi từ 176V đến 288V Gợn điện áp cho phép: Uđm Tổng công suất tiêu thụ Tĩnh: xấp xỉ 7W Từ hóa: xấp xỉ 13W - Thời gian lưu điện (chờ khắc phục cố ) - 110V +) Đầu nhị phân: - Đầu vào nhị phân: tùy loại - Điện áp từ 24V đến 250V DC - Dòng điện xấp xỉ 1,7 mA tùy theo cấp điện áp +) Tiếp điểm tín hiệu: - Số tiếp điểm: - Khả đóng cắt: 20W/VA - Điện áp đóng cắt: 250V AC/DC - Dòng cho phép lâu dài 1A +) Tiếp điểm cắt - Số tiếp điểm: - Khả đóng cắt Đóng: 1000W/VA Cắt: 30W/VA - Điện áp đóng cắt: 250V AC/DC - Dòng cho phép Lâu dài: 5A 0,5s : 30A +) Đèn led tín hiệu - Đèn xanh báo sắn sàng: đèn 22 22 - Đèn đỏ báo khóa: đèn - Đèn khác: đèn +) Các họ đường đặc tính thời gian cắt 23 23 Trên họ đặc tính dốc chuẩn, dốc siêu dốc - Biểu thức tính họ đặc tính: Họ đặc tính dốc chuẩn TP Họ đặc tính dốc TP Họ đặc tính siêu dốc TP 3.2 Xác định thống số kĩ thuật phục vụ chỉnh định rơle + Quy đổi dòng ngắn mạch từ Hạ áp sang Cao áp: = kmax = 24 24 = 3,3 = kmin = I3Nqđ = IN HA = 1,72 I3Nqđ max = IN HA I1đm kI = ; I2 = A Ilv max qua TI = = = = 43 A Lựa chọn máy biến dòng có thông số sau: 25 = 0,52 kA = 1,72= 0,57 kA + Lựa chọn máy biến dòng TI: - Tỉ số máy biến dòng: kI = =3 25 = 215 A Đối với MBA: Ilv = Iqt max =1,4 Iđm BA max Iđm max CA = = = 226,52 A Iđm max HA = = = 676,32 A Chọn sơ đồ đấu dây: Role kĩ thuật số Y0 / Y0 Hệ số sơ đồ ksđ = 3.3 Bảo vệ tải Máy biến áp: Vị trí đặt bảo vệ: - MBA cuộn dây: đặt phía nguồn + Giá trị dòng khởi động: Ikđ = IđmB = • kat = 1,05 = 5,59 A 1,1 • ktv = 0,45 0,98 t = 7-10 s 3.3 Bảo vệ dòng Bảo vệ dòng thời gian T > (51) • Vị trí đặt rơ le: tất phía MBA • Vùng bảo vệ tính từ phía sau MBA đến đầu đường đường dây cung cấp cho phụ tải Xác định dòng chỉnh đinh dòng khởi động: Icđ ; Ikđ Icđ – Tính toán phía sơ cấp TI Ikđ – Dòng vào rơ le 26 26 Ikđ = IđmB kat = 1,2 1,3 ktkđ = 1,2 2,5 • • Vùng bảo vệ tính từ phía sau MBA đến đầu đường đường dây cung cấp cho phụ tải Xác định dòng chỉnh đinh dòng khởi động: Icđ ; Ikđ Icđ – Tính toán phía sơ cấp TI Ikđ – Dòng vào rơ le Ikđ = IđmB kat = 1,2 1,3 ktkđ = 1,2 2,5 - Phía hạ áp: Iđm max HA = = = 676,32 A Ikđ = 676,32 = 23A - Phía cao áp: Iđm max CA = = = 226,52 A Ikđ = 226,52= 7,72A + Xác định thời gian làm việc: Đặc tính rơ le kĩ thuật số: + Độc lập + Phụ thuộc - Đặc tính độc lập: 27 27 N1 N2 N3 I IN1 IN2 IN3 l I t=const t Idm Đặc tính phụ thuộc: t = f(IN) Rơ le 7SJ có họ đặc tính: dốc chuẩn; dốc cực dốc - Chọn họ đặc tính độc lập: + Thời gian tác động bảo vệ phía Hạ áp: t2 = ttải + ttải = 0,2 0,3 (s) = tmc + St.t(n-1) + tdt + tqd tmc: thời gian tác động MC, phụ thuộc vào loại MC Loại MC Không khí Dầu Chân không SF6 tMC 0,150,12 0,10,12 0,060,08 0,040,06 St: số thời gian phụ tổng sai số bảo vệ phía trước t(n-1): thời gian làm việc bảo vệ rơ le tqd: thời gian quán tính tdt: thời gian dự trữ t2 = 0,2 + 0,3 = 0,5 (: cho 0,3) 28 28 + Kiểm tra độ nhạy bảo vệ kN = 1,5 Icđ = INmin = I2N cuối vùng bảo vệ • Phía hạ áp: INmin = I2N = I3N = 1,72 = 1,48 kA IcđHA = = = 989 A kN = 1,5 • Phía cao áp: INmin = I2N = I3Nqđ = 0,57= 0,49 kA IcđHA = = = 331,96 A kN = 1,51 1,5 3.4 Bảo vệ so lệch dọc 1.Xây dựng đặc tính bảo vệ I Vùng tác động Vùng tác động Vùng khóa bảo vệ Vùng khóa bảo vệ I d c c b a a a I1 I2 I3 b a Vùng ổn định sóng hài Vùng ổn định sóng hài a a I1 I2 I3 I*H Đặc tính làm việc rơ le 29 d 29 Đoạn a: dòng so lệch mức thấp: giá trị biểu thị độ nhạy bảo vệ có kể đến thành phần dòng điện không cân chế độ làm việc bình thường Idiff %) kat ( kđn.kkck.fi% + Iđm B kat = 1,2 1,3 kđn: hệ số đồng kđn = máy biến dòng khác kđn =0,5 máy biến dòng giống kkck = – hệ số kể đến thành phần không chu kì fi% = 5% 5P % = 5% Idiff = 1,2.(1.1.0,1+0,05) Iđm B =0,192 Iđm B kat = 1,2 1,3 kđn: hệ số đồng kđn = máy biến dòng khác kđn =0,5 máy biến dòng giống kkck = – hệ số kể đến thành phần không chu kì fi% = 5% 5P % = 5% Idiff = 1,2.(1.1.0,1+0,05) Iđm B =0,192 Iđm B I* = 0,192 đoạn a = 0,2 diff Đoạn b: Xác định sai số TI đầu điều chỉnh điện áp MBA gây Đi qua gốc tọa độ góc nghiêng 1, tan = 0,25 Đoạn c: Đảm bảo cho rơ le tin cậy TI bão hòa tan = 0,5 I*1 = = = 0,8 I*2 = 2,5 ( nhà chế tạo cung cấp) I*3 = = = Đoạn d: Dòng so lệch mức cao xác định theo Un% Idiff = = = 2,75 A 30 30 sss vung tac dong vung khoa vung on dinh song hai Hình 3.1 : Đặc tính làm việc rơle 2.Kiểm tra làm việc bảo vệ so lệch + Ngắn mạch vùng bảo vệ I*lv = I*diff = I*N I*H = I*diff = I*stab = 0,576 KA I*N = = = 2,6 A Giá trị dòng so lệch tính toán ( tương ứng với giá trị I*stab ) ISLtt = Idiff’ = tan (2,6 – 2,5) = 0,5.0,1 = 0,05A Kiểm tra độ nhạy: kN = = = 52 > 31 31 Điểm N1 (2,6 ; 2,6) nằm vùng tác động rơ le Kiểm tra độ hãm b Ngắn mạch vùng bảo vệ Dòng so lệch rơ le: ISL = kat ( kđn.kkck.fi% + INng.max = 1,3.(1.1.0,1+0,05).0,576 = 112A I*diff = = = 0,52A Suy ra: IH =2 INng.max = = 1152A = Vậy điểm N2(I*H;I*diff) = (5,35 ; 0,52) nằm vùng khóa rơ le 2,5+ = 2,5 + = 3,54 A Hệ số khóa hãm: kh = = = 1,51> 1,5 32 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO s1.PGS.TS.Nguyễn Anh Nghĩa Bảo vệ rơle hệ thống điện mỏ 2.GS.TS.Lã Văn Út Ngắn mạch hệ thống điện 3.PGS.TS.Phạm Văn Hòa Thiết kế phần điện nhà máy điện trạm biến áp 33 33