Thiết kế bảo vệ cho trạm biến áp 1103522kv

- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le - Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ - Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn - Chương 5 : Tính toán các

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong mọi hoạt động sản xuất cũngnhư trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người Để đảm bảo sản lượng vàchất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêuthụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống; cần phải

sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ,thông tin ,đolường ,điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện

Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng một vai tròhết sức quan trọng Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệthống cũng hoạt động ổn định, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc khôngbình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v mà nguyên nhân có thể do chủquan hoặc khách quan Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động loại trừ các sự cố, xử lýtình trạng làm việc bất thường của hệ thống

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngàycàng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn Ở nước ta ngày nay, xuhướng sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay thế cho các rơle điện cơ đang được xúctiến mạnh mẽ

Bản “ Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110/35/22kV” gồm có 5 chương :

- Chương 1 : Mô tả đối tượng được bảo vệ và các thông số chính

- Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơ le

- Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ

- Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số rơle được chọn

- Chương 5 : Tính toán các thông số và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có hạn cũng như kiến thức kinh nghiệm

về lĩnh vực bảo vệ rơle trong hệ thống điện chưa nhiều, nên tập đề án tốt nghiệp này

còn có những sai sót là điều không thể tránh được Em rất mong được sự nhận xét và

đóng góp của các Thầy Cô

Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của Th.s Ngô Thị Ngọc Anh

1

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2014

2

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập tại Trường Đại Học Điện Lực, được sự dạy dỗ tận tìnhcủa các thầy cô giáo trong nhà trường, đặc biệt là sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình

của cô giáo Th.S: Ngô Thị Ngọc Anh, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay

em đã hoàn thành bản đồ án này.Trong quá trình thực hiện,do chưa có nhiều kinhnghiệm và kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi nhữngthiếu sót.Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy cô giáo vàcác bạn để bản đồ án này ngày càng hoàn thiện hơn

Cuối cùng,em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Th.S Ngô Thị Ngọc Anhcùng toàn thể thầy cô giáo trong khoa điện đã giúp đỡ em hoàn thành tốt bản đồ ánnày

Em xin chân thành cảm ơn!

3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

4

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

6

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

7

MỤC LỤC

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

CHƯƠNG I

MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG ĐƯỢC BẢO VỆ – THÔNG SỐ CHÍNH

1.1 MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG

Trạm biến áp được bảo vệ gồm hai máy biến áp ba dây quấn B1 và B2 được mắcsong song với nhau và đường dây 22kV Hai máy biến áp này được cung cấp từ nguồncủa HTĐ Phía trung và hạ áp của trạm có điện áp 35kV và 22kV để đưa đến các phụtải Phụ tải phía 22kV được cấp từ phía hạ của 2 máy biến áp B1,B2 qua đường dâyD1 dài 15km

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý và các vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ của trạm

biến áp.

1.2 THÔNG SỐ CHÍNH

1.2.1 Hệ thống điện HTĐ: có trung tính nối đất

- Hệ thống điện HTĐ:

+ Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: S1Nmax = 1800 MVA

+ Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: S1Nmin = 1100MVA

+ Điện kháng thứ tự không: X0H = 1,2X1H

1.2.2 Đường dây D1:

- Đường dây D1:

+ Chiều dài đường dây: L1 = 15 km

+ Điện kháng trên một kilômét đường dây: X1 = X2 =0,4 Ω/km

+ Điện kháng thứ tự không: X0D1 = 1 Ω/km

9

nhđm.tnhđm ≥ BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).

- Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kếthợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn máy cắt củatừng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.1

1) Phía điện áp 110kV:

Ilvcb =kqtsc.IđmB = kqtsc

ñmB ñmB

S

503.115 =0,3514kA =351,4A

10

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

I”N = IBI1max.Icb1=35,9712.0,2386 = 8,5826 k (Bảng 2.4.1trang 23 )

S

503.38,5 = 1,0497kA = 1049,7A I”N = IBI2max.Icb2=7,5301 0,7498 = 5,646 kA (Bảng 2.4.1trang 23)

S

503.22 =1,837kA = 1837A I”N = IBI3max.Icb3 =9,5193 1,2028 = 11,4498 kA (Bảng 2.4.2 trang 32 )

Ixk = 2 1,8.I”N = 2 1,8 11,4498 = 29,1464kA

- Chọn máy cắt có thông số:

11

+ Điện áp định mức: UđmMC≥22kV

+ Dòng điện định mức: IđmMC≥Ilvcb =1837A

+ Dòng cắt định mức: ICđm≥11,4498kA

+ Điều kiện ổn định lực động điện: iđđmMC≥29,1464 kA

Bảng 1.1Thông số máy cắt phía máy biến áp

1.3.2 Máy biến dòng điện:

- Điện áp định mức (UđmBI): Điện áp định mức của máy biến dòng được chọn phảilớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của lưới điện: UđmBI≥Uđmlưới

- Dòng điện định mức (IđmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng được chọnphải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI: I1đmBI≥Ilvcb

- Phụ tải định mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp định mức của máy biến dòng phải lớnhơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBI≥Z2

-Điều kiện ổn định lực động điện: dòng điện ổn định lực động điện của máy biến dòng

phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: 2kđđmI1đm≥ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt: Dòng ổn định nhiệt của máy biến dòng phải thỏa mãnđiều kiện: (I1đmknh)2≥BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch)

Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch đãđược xác định ở phần trên, kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ởchương II ta chọn máy biến dòng của từøng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.2

12

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

Bảng 1.2 Thông số máy biến dòng phía máy biến áp

1.3.3 Máy biến điện áp:

- Điện áp định mức (UđmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp được chọnphải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmBU≥Uđmlưới

- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo

- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định mức của máy biến điện áp phải lớnhơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBU≥S2

- Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch cho từngcấp điện áp như ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Thông số máy biến điện áp phía máy biến áp

1.4 CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP PHÍA MÁY BIẾN ÁP PHÍA ĐƯỜNG DÂY

nhđm.tnhđm ≥ BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch)

- Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kếthợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn máy cắt củatừng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.4

Ilvcb=kqtsc.Ilvmax = kqtsc ϕ

ptmax ñm

P

63.22.0,9 =0,22436kA =224,36A I”N = IBI6max.Icb3 = 15,2544 1,2028= 18,348 kA

Bảng 1.4.Thông số máy cắt đường dây

1.4.2 Máy biến dòng điện:

- Điện áp định mức (UđmBI): Điện áp định mức của máy biến dòng được chọn phảilớn hơn hoặc bằng điện áp định mức của lưới điện: UđmBI≥Uđmlưới

- Dòng điện định mức (IđmBI): Dòng điện định mức của máy biến dòng được chọnphải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức qua BI: I1đmBI≥Ilvcb

- Phụ tải định mức (Z2đmBI): Phụ tải thứ cấp định mức của máy biến dòng phải lớnhơn hay bằng tổng trở thứ cấp của BI: Z2đmBI≥Z2

-Điều kiện ổn định lực động điện: dòng điện ổn định lực động điện của máy biến dòng

phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: 2kđđmI1đm≥ixk

- Điều kiện ổn định nhiệt: Dòng ổn định nhiệt của máy biến dòng phải thỏa mãnđiều kiện: (I1đmknh)2≥BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch)

- Chọn tỷ số biến đổi máy biến dòng BI6 dùng cho bảo vệ đường dây D1 Dòng điẹn sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 1A

- Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:

Tdd

SddI

φ

15

Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch đãđược xác định ở phần trên, kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ởchương II ta chọn máy biến dòng của từng mạch cho từng cấp điện áp như ở bảng 1.5.

Bảng 1.5 Thông số máy biến dòng đường dây

1.4.3 Máy biến điện áp:

- Điện áp định mức (UđmBU): Điện áp định mức của máy biến điện áp được chọnphải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmBU≥Uđmlưới

- Cấp chính xác: Phù hợp với yêu cầu của các dụng cụ đo

- Công suất định mức (S2đmBU): Công suất định mức của máy biến điện áp phải lớnhơn hay bằng tổng công suất mạch thứ cấp của BU: S2đmBU≥S2

- Dựa vào các điều kiện trên, ta chọn máy biến điện áp của từng mạch cho từngcấp điện áp như ở bảng 1.6

Bảng 1.6 Thông số máy biến điện áp đường dây

CHƯƠNG 2 TÍNH NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dâytrung tính) Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác địnhcác 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 kiểmtra 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

Trong chế độ cực đại, xét các dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch mộtpha, ngắn mạch hai pha chạm đất Chế độ cực tiểu xét ngắn mạch hai pha, ngắn mạchhai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

2.1 CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN.

+ Các máy phát điện đồng bộ không có dao động công suất: nghĩa là góc lệch phagiữa sức từ động của các máy phát điện giữ nguyên không đổi trong quá trình ngắnmạch Nếu góc lệch pha giữa sức điện động của các máy phát điện tăng lên thì dòngtrong nhánh sự cố giảm xuống, sử dụng giả thiết này sẽ làm cho việc tính toán đơngiản 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 sẽlàm cho phương pháp phân tích và tính toán ngắn mạch đơn giản hơn rất nhiều, vìmạch điện trở thành tuyến tính và có thể dùng nguyên lý xếp chồng để phân tíchquá trình

+ Bỏ qua điện trở tác dụng: nghĩa là sơ đồ tính toán có tính chất thuần kháng Giảthiết này dùng được khi ngắn mạch xảy ra ở các bộ phận điện áp cao, ngoại trừ khi bắtbuộc phải xét đến điện trở của hồ quang điện tại chỗ ngắn mạch hoặc khi tính toánngắn mạch trên đường dây cáp dài hay đường dây trên không tiết diện bé Ngoài ra lúctính hằng số thời gian tắt dần của dòng điện không chu kỳ cũng cần phải tính đến điệntrở tác dụng

17

+ 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 đếndung 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 rađối với từng phần tử riêng biệt khi nó bị hư hỏng.Việc tính toán ngắn mạch được thựchiện trong hệ đơn vị tương đối

2.2 CHỌN CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN VÀ TÍNH THÔNG SỐ CÁC PHẦN TỬ.

• Đường dây D1:

X1D1 = X2D1 = X1.L1

cb 2 cb

×

5 10

P pt

N'3 N'1

2.4 CÁC SƠ ĐỒ (PHƯƠNG ÁN) TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.

- Tính toán ngắn mạch đi qua bảo vệ máy biến áp:

• Sơ đồ 1: SNmax; 1 máy biến áp làm việc

• Sơ đồ 2: SNmax; 2 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

• Sơ đồ 3: SMmin; 1 máy biến áp làm việc

• Sơ đồ 4: SNmin; 2 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2); N(1,1), N(1)

- Tính toán ngắn mạch đi qua bảo vệ đường dây:

• Sơ đồ 1: SNmax; 2 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

• Sơ đồ 2: SNmin; 1 máy biến áp làm việc

Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(2); N(1,1), N(1)

A Tính toán ngắn mạch đi qua bảo vệ máy biến áp

2.4.1.A Sơ đồ 1: S Nmax , 1 máy biến áp làm việc

Các dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1), N(1)

20

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

X 1HTmax

0,0278 E

Trong đó :

OH max OB 0

E I

- Phân bố dòng điện thứ tự không phía hệ thống và phía MBA:

0,3231

9,70270,0333

ON OH

OHT

U I

ON OB

OB

U I

- Phân bố dòng I0:

0,31270,0333

ON OH

OH

U I

ON OB

OB

U I

+ Điểm N 1 ’:

IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 = 2.I + I1∑ OH= 2.12,3609+ 9,3904=34,1122.

IBI4 = 3 IOB = 3 2,9781 = 8,9343

Dòng qua các BI khác bằng không

2.A) Ngắn mạch phía 35 kV (Điểm ngắn mạch N2):

( Do cuộn dây 35kV đấu tam giác,nên ta chỉ cần xét ngắn mạch 3 pha)

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

N2 N'2

3.A)Ngắn mạch phía 22 kV (Điểm ngắn mạch N3):

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

BI3 BI1

E I

Bảng 2.1 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp

làm việc trong chế độ S Nmax :

Phía

ngắn

mạch

Điểmngắnmạch

Dạngngắnmạch

29

E I

8,25830,0333

ON OH

OH

U I

X

0,275

5,23810,0525

ON OB

OB

U I

I ∑

- Phân bố dòng I0:

0,23450,0333

ON OH

OH

U I

X

= 7,042

0,23450,0525

ON OB

OB

U I

2.A) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(3);

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

X C1 X T1

X T2

X C2

X 1HTmax 0,0278

32

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

∑

1

X 0,1128

N3

U1N1

+ Điểm N2 ’:

IBI1 = 6,2267

IBI2 = - IBI1 = -6,2267Dòng qua các BI khác bằng không

3.A) Ngắn mạch phía 22 kV:

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

XH2 XC2

X1HTmax 0,0278

Trong đó :

33

( )

1 2 1

X 0,0325

+ Điểm N3 ’:

IBI1 =IBI1(N3)= 4,4326

IBI3 = -IBI1 = -4,4326Dòng qua các BI khác bằng không

E I

Bảng 2.2 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp hai máy biến áp làm việc

song song trong chế độ S Nmax :

Phía

ngắn

mạch

Điểmngắnmạch

Dạngngắnmạch

E I

ON OH

OH

U I

X

0,3065

2,9190,105

ON OB

OB

U I

X 0,105

BI1 N1

ON OH

OH

U I

X

= 5,1982

0,28330,105

ON OB

OB

U I

+ Điểm N1 ’:

IBI1 = I1BI1 + I2BI1 + I0BI1 = 2.I + I1∑ OH= 2 7,8927 + 5,1982

IBI1 = 20,9836 ; IBI4 = 3 IOB = 3 2,6981 = 8,0943Dòng qua các BI khác bằng không

2.A) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(2)

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

42

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

∑

1

X 0,1504

N2

U1N1

X 0,065

N3

U1N1

I ∑

H

X 0,065

= & +& +&

BI1 1BI1 2BI1 0BI1

= I1∑ + I2∑ + IOH= 2,0169+2,0169=4,033847

∑ ∑ ∑

BI3 = 0 ; IBI4 = 0 ; IBI2 = 0

I = 3.I ∑ = 3 2,0169= 6,0507

Bảng 2.3 Dòng điện ngắn mạch qua các BI, trường hợp một máy biến áp làm

việc trong chế độ S Nmin :

Phía

ngắn

mạch

Điểmngắnmạch

Dạngngắnmạch

I ∑

XOH 0,0545

X 0,0267

2.A) Ngắn mạch phía 35 kV:

Trung điểm không nối đất, chỉ tính N(2):

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận (nghịch E = 0):

53

1

X 0,0979

N2

U1N1

0

X 0,0325

Dạngngắnmạch

HTÐ

BI1 BI4 BI5

BI3

BI2

Chia đường dây D1 thành 4 đoạn bằng nhau:

Chia đường dây D1, D2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau Ta có:

Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

60

Lê Anh Dũng –Đ5H2 ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI