Đồ án Trạm Biến Áp và Nhà Máy Điện

MỤC LỤC Trang Chương 1. Tính toán dòng ngắn mạch 3 1.1. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện. 4 1.2. Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch. 5 1.3. Kết quả tính toán ngắn mạch. 6 Chương 2. Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắt 15 2.1. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt. 15 2.2. Kiểm tra các thiết bị đóng cắt. 16 Chương 3. Tính toán chỉnh định Rơ le cho TBA 18 3.1. Giới thiệu và lựa chọn Rơ le bảo vệ cho máy biến áp. 18 3.2. Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp. 24 3.3. Chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp. 25 3.4. Tính toán chỉnh định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp. 25 3.5. Tính toán chỉnh định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp. 27

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là nguồn năng lượng cần thiết cho toàn bộ nền kinh tế và đời sống xã hội trong mỗi quốc gia Do nhu cầu kinh tế và đời sống xã hội ngày một nâng cao , phụ tải ngày càng phát triển , nhất là trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước , mức độ tiêu thụ điện ngày càng tăng cao Bởi vậy hệ

thống điện phải không ngừng phát triển và lớn mạnh

Ngành Đi n Khí Hoá c a chúng ta trong nh ng năm v a qua cũng đang trên ệ ủ ữ ừ

đà phát tri n m nh mẽ đ đáp ng nh ng nhu c u to l n y Đ đ t đ c ể ạ ể ứ ữ ầ ớ ấ ể ạ ượ

đi u đó chúng ta đang đ c bi t chú tr ng đ n công tác truy n t i, phân ề ặ ệ ọ ế ề ả

ph i đi n năng ố ệ

Đ án Tr m Bi n Áp và Nhà Máy Đi n là b c đ u trong vi c làm ồ ạ ế ệ ướ ầ ệ

quen v i tính toán, ch nh đ nh, b o v và các thi t b b o v cho các đ i ớ ỉ ị ả ệ ế ị ả ệ ố

t ng trong s đ truy n t i đi n năng ượ ơ ồ ề ả ệ

D i s h ng d n chi ti t c a Th y ướ ự ướ ẫ ế ủ ầ Nguy n Xuân Nh ễ ỉ, cùng s tìm ự tòi h c h i em đã hoàn thành đ án này ọ ỏ ồ

N i dung c a đ án bao g m 3 ch ng: ộ ủ ồ ồ ươ

Chương 1 : Tính toán dòng ngắn mạch Chương 2 : Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắt Chương 3 : Tính toán chỉnh định rơle cho TBA

Do thời gian thực hiện có hạn cũng như kiến thức kinh nghiệm về lĩnh vực

chuyên môn còn hạn chế, nên đồ án vẫn còn những sai sót là điều không thể

trách khỏi được Em rất mong được sự nhận xét và góp ý của Thầy.

Em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

Trang

Chương 2 Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị đóng cắt 15

3.1 Giới thiệu và lựa chọn Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 18

3.2 Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp 24

3.3 Chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp 25

3.4 Tính toán chỉnh định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp 25

3.5 Tính toán chỉnh định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 27

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH

*/Phương án thiết kế số: 37

- Số thiết bị đóng cắt ở trạng thái hở mạch: 5,4

- Thiết bị đóng cắt cần lựa chọn: MC số 32.

- Máy biến áp cần thiết kế bảo vệ: T12.

*/Thông số các phần tử trong phương án thiết kế: 32.

- Thông số MPĐ :

- Thông số MBA 3 cuộn dây :

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện

1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

Hình 1.2 Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch

*/ Biến đổi sơ đồ hình 1.2 ta được sơ đồ sau :

Hình 1.3 Sơ đồ đơn giản hóa 1

*/ Biến đổi sơ đồ hình 1.3 ta được sơ đồ sau :

Hình 1.4 Sơ đồ đơn giản hóa 2

Trong đó :

X7 = X2 + X4 + X2X X4

3 = 3,6162 + 0,0196 + 3,6162.0,01963,696 = 3,654

X8 = X3 + X4 + X3X X4

2 = 4,696 + 0,0196 + 3,696 0,01963,6162 = 3,735

X9 = X5 + X6 = 0,3888 + 0,028 = 0,4168

-Kiểm tra điều kiện gộp hai nguồn F1 và F2:

+ Hai nguồn F1 và F2 đều là nhà máy nhiệt điện

+ Cùng thuộc một khu vực

+ S đmF 1 X1

S đmF 2. X7=

3800,85.7,8351472

0,85.3,654

=1,726 ϵ¿0,4 ÷2,5 )

Vậy hai nguồn F1 và F2 đủ điều kiện để gộp được

*/ Biến đổi sơ đồ hình 1.4 ta được sơ đồ sau :

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản hóa 3

Trong đó:

X10 = X X1 X7

1+X7 = 7,8351+3,6547,8351 3,654 = 2,491

X11 = X9 + XL12 = 0,4168 + 1,51 = 1,9268

a, Tại điểm ngắn mạch N1

*/ Biến đổi sơ đồ hình 1.5 ta được sơ đồ sau :

Hình 1.6 Sơ đồ đơn giản hóa 4 */ Biến đổi sơ đồ theo sao – lưới được sơ đồ tối giản sau:

Hình 1.7 Sơ đồ đơn giản hóa 5

Icb = √3U S cb cb3 = √1003.37 = 1,56 kA

I(3)N (0) = I(3)N (0,2) =I(3 )N (∞) = X I cb

13 tt ¿ 4,7761,56 = 0,326 kA -Dòng ngắn mạch tổng tại điểm N1 cần tìm:

I(3)N 1 =I(3)N 1(0) = I(3)N 1(0,2) =I N 1(∞)(3) = 0,273+0,326 = 0,6 kA

b, Tại điểm ngắn mạch N2

*/ Biến đổi sơ đồ hình 1.5 ta được sơ đồ sau:

Hình 1.8 Sơ đồ đơn giản hóa 6 Trong đó

X14 = X11 + XT12 = 1,9268 + 0,607 = 2,5338

*/ Biến đổi sơ đồ theo sao – lưới được sơ đồ tối giản sau:

Hình 1.9 Sơ đồ đơn giản hóa 6

Icb = √3 U S cb cb5 = √3.6,3100 = 9,164 kA

I(3)N (0) = I(3)N (0,2) =I(3 )N (∞) = I cb

X 16 tt ¿ 10,0679,164 = 0,910 kA-Dòng ngắn mạch tổng tại điểm N2 cần tìm:

1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch về phía cao áp (35 kV) của máy biến áp

- Xác định hệ số biến đổi điện áp:

KU max = U đmCA (1+ ΔU )

U đmHA = 37(1+0,05)6,3 = ¿6,16

KU min = U dmCA (1−ΔU )

U dmHA = 37(1−0,05)6,3 = ¿ 5,57

- Kết quả tính toán quy đổi như bảng 1.2

Bảng 1.2 Kết quả tính toán ngắn mạch được quy đổi về phía cao áp 35 kV Dòng ngắn

Thiết bị đóng cắt cần lựa chon trong đồ án này là máy cắt số 32, được lắp đặt

ngay sau phía hạ áp của máy biến áp Có nhiệm vụ đóng cắt và bảo vệ cho mạch điện phía sau ngày đầu cực ra của máy cắt

*/Điều kiện lựa chọn máy cắt:

Uđm.MC ≥ Uđm mạng

Iđm.MC ≥ Ilv max

Trong đó:

Uđm.MC – điện áp định mức của máy cắt điện cao áp, kV;

Uđm mạng – điện áp định mức của mạng điện, kV;

Iđm.MC – dòng điện định mức của máy cắt, A;

Ilv max – dòng làm việc lớn nhất có thể có đi qua máy cắt, A

Với mạng điên ở đây là Uđm mạng = 35kV

Ilv max = Iđm.T12

Do không biết chính xác phụ tải tính toán lớn nhất đi qua máy cắt cần lựa chọn nên có thể coi như dòng lớn nhất có thể đi qua máy cắt là dòng định mức của của máy

Ilv.max = Iđm.CA(max) = √3.U dm CA S đm .(1− ΔU ) = √3.35.(1−0,05)5,5 = 95 A

Từ các thông số của mạng, chọn máy cắt dầu của Liên Xô (cũ) có thông số như bảng 2.1

Bảng 2.1 Thông số của máy cắt được chọn

Mã hiệu Udm, kV Idm, A Fdm, Hz Icđm.MC, kA imax, kA Iodn, kA (1s)

2.2 Kiểm tra thiết bị đóng cắt

Máy cắt đã chọn được kiểm tra theo các điều kiện sau:

1/ Kiểm tra điều kiện ổn định động

ixk = 1,8 √2 0,6 = 1,52 kA < imax = 17,3 kA

=> Máy cắt đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt`

2/ Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt:

Iođn.MC ≥ I N 1(3)(∞).√ t¿

t ođn MC

Trong đó:

t¿ – thời gian tương đương (Ttd) hay thời gian giả tưởng cắt dòng ngắn mạch.

Iodn.MC – thời gian ổn định nhiệt của máy cắt, s

todn = (1; 5; 10) s

10 kA ≥ 0,6.√0,25

1 = 0,3 kA

=> Vậy máy cắt đã chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt

3/ Kiểm tra khả năng cắt của máy cắt:

Icdm.MC ≥ I(3)N max

Trong đó: I(3)N max – dòng ngắn mạch lớn nhất có thể có đi qua máy cắt, kA

Icdm.MC = 10 kA > I(3)N max = 0,6 kA

=> Vậy máy cắt đã chọn thỏa mãn điều kiện khả năng cắt dòng ngắn mạch

*/ Kết luận: máy cắt đã chọn thỏa mãn tất cả các điều kiện cần kiểm tra.

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP

3.1 Giới thiệu về rơle được chọn để bảo vệ cho máy biến áp

a) Rơle bảo vệ so lệch dọc: 7UT612

Là loại bảo vệ so lệch được dùng để bảo vệ nhanh và chọn lọc các loại ngắn mạch trong máy biến áp với mọi cấp điện áp cũng như với các máy điện quay như

động cơ và máy phát, đường dây ngắn và thanh góp

Bảo vệ có thể dùng cho máy biến áp 3 pha hay 1 pha Các chức năng đặc biệt

có thể lựa chọn bằng cách thay đổi các thông số, nhằm đạt được các ứng dụng tối ưu của hệ thống bảo vệ Để dự phong cho chức năng so lệch dugf chức năng bảo vệ quá dòng cho quận dây đấu sao hay đấu sao nối đất được tích hợp sắn trong rơle Có thể tùy chọn bảo vệ chống chạm đất hạn chế loại tổng trở thấp hay cap, bảo vệ thành phần thứ tự thuận, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt Loại 7UT612 có 4 đầu vào điện áp, vì vậy có thể lựa chọn bảo vệ quá áp hay sụt áp, cũng như bảo tần số, công suất

thuận/nghịch, bảo vệ chống quá bão hòa Với bộ đo nhiệt độ, rơle có thể đo lường và kiểm soát nhiệt độ máy biến áp, cũng như nhiệt độ dầu bằng tính toán hình ảnh nhiệt

*) Các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7UT612

- Bảo vệ so lệch máy biến (87T)

Đây là chức năng bảo vệ chính của rơle

Bảo vệ chống chảm vỏ trong máy biến áp

Bảo vệ chống mất cân bằng tải

Bảo vệ quá dòng đối với dòng chạm đất

Bảo vệ quá dòng một pha

Bảo vệ theo nguyên lý hình ảnh nhiệt

Bảo vệ quá kích thích

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

*) Thông số kĩ thuật của rơle

- Đầu vào tương tự

+ Tần số danh định 50 hoặc 60 Hz (tùy chọn)+ Dòng điện danh định 0,1 hoặc 1 hoặc 5 A+ Công suất tiêu thụ trong BI:

Với IN = 0,1 A là 0,001 VA

+ Khả năng qua tải trong BI

 Theo nhiêt độ: 100IN trong 1s

30IN trong 10s

4 IN trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích:

250 I trong ½ chu kỳ

+ Khả năng quá tải trong mạch BI với dòng điện vào độ nạy cao IEE:

 Theo nhiệt độ: 300A trong 1s

100A trong 10s15A trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích:

750A trong ½ chu kỳ+ Điện áp danh định: 80 đến 125 V

+ Công suất tiêu thụ trên mỗi pha tại 100 V là: ≤ 0,1 VA+ Khả năng quá tải nhiêt lâu dài: 230V

- Nguồn điện thao tác

 Điện áp xoay chiều: ≤ 15%

+ Công suất tiêu thụ (DC/AC)

+ Dòng tiêu thụ xấp xỉ 1,8 mA

Gồm có 16 đèn tín hiêu LED, trong đó:

 01 đèn màu xanh báo rơle sẵn sàng làm việc

 01 đèn báo sự cố xảy ra trong rơle

 14 đèn màu đỏ còn lại chọn lựa các tình trạng làm việc của rơle

b) Rơle bảo vệ quá dòng: 7SJ612

Rơle số 7SJ612 do hãng Siemens chế tạo, dùng để bảo vệ đường dây trong

mạng cao áp va trung áp có điểm trung tính nối đất, trung tính cách ly Bảo vệ các loại động cơ không đồng bộ Nó có đầy đủ chức năng để làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp với chức năng chính là bảo vệ quá dòng

*) Các chức năng bảo vệ được tích hợp trong rơle 7SJ612:

- Bảo vệ quá dòng có thời gian (đặc tính thời gian độc lập/ đặc tính phụ thuộc/

- Phát hiện chạm đất với độ nhạy cao

- Bảo vệ chống hư hỏng cách điện

- Bảo vệ quá tải

+ Dòng điện danh định: 1A hoặc 5A

+ Điện áp danh định: 115V hoặc 230V

 Theo giá trị dòng xung kích: 250.Iđm trong 1/2 chu kỳ+ Khả năng quá tải về dòng cho chống chạm đất có độ nhạy cao

 Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 300A trong 1s

100A trong 10s15A trong thời gian dài

 Theo giá trị dòng xung kích: 750A trong 1/2 chu kỳ

- Điện áp cung cấp một chiều

+ Điện áp định mức: 24/48V khoảng cho phép 19 ÷ 58V

60/125V khoảng cho phép 48 ÷ 150V

110/250V khoảng cho phép 88 ÷ 330V+ Công suất tiêu thụ:

+ Dòng đóng cắt cho phép: 30A trong 0,5s

6A với thời gian không hạn chế

- Đầu vào nhị phân

+ Số lượng : 11

+ Điện áp làm việc: 24 ÷ 250V

+ Dòng điện tiêu thụ: 1,8 mA (độc lập với dòng điều khiển)

*) Các họ đường đặc tính thời gian cắt

Đặc tính dốc chuẩn Đặc tính rất dốc

Đặc tính cực dốc

*) Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên:

t: Thời gian tác động của bảo vệ (s)

tp: Bội số thời gian đặt (s)

I: Dòng điện sự cố (kA)

Ip: Dòng điện khởi động của bảo vệ (kA)

3.2 Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp

*/ Kết quả tính toán ngắn mạch phía hạ áp (6 kV) của máy biến áp:

*/ Dòng điện định mức của máy biến áp

Iđm.CA(max) = √3 U dm CA S đm T 12 .(1− ΔU ) = √3.35.(1−0,05)5,5 103 = 95 A

Iđm.HA = √3 U S đm.T 12 đm HA = 5,5.10√3.63 = 529 A

*/ Chọn máy biến dòng

Cao áp (T1): KI1 = 100/5 = 20

Hạ áp (T2): KI1 = 600/5 = 120

Tổ đấu dây: Y/Y

3.3 Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

*/ Tính toán cho phía hạ áp:

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

- Thời gian tác động của bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía hạ áp lấy t1 = 0,2s

*/ Tính toán cho phía cao áp

- Giá trị dòng khởi động của rơle:

Với rơle số thường lấy E R = (3 ÷ 5)%

tMC(n-1) – thời gian tác động của máy cắt cấp bảo vệ phía trước (tính từ phía tải), s

 Δt = 1002.4 t(n-1)max + tMC(n-1) + tqt + tdp

= 1002.4 0,2 + 0,1 + 0,04 + 0,07 = 0,23

 Thời gian tác động bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía cao áp t2 = 0,2 + 0,21 =0,43 s

3.5 Tính toán chỉ định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp

*/ Xác định các thông số trên đường đặc tính của bảo vệ:

- Theo mặc định của nhà sản xuất một số giá trị sau:

*/ Kiểm tra khả năng tác động của bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch trong

- Đặc tính bảo vệ của rơle như hình 3.1

Hình 3.1 Đặc tính bảo vệ rơle so lệch dọc cho máy biến áp T12