Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện

MỤC LỤC Chương 1:TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MẠNG ĐIỆN 3 1.1. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 3 1.2.Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch 4 1.3. Tính toán ngắn mạch 5 1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch về phía cao áp (35 kV) của máy biến áp 9 Chương 2:LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 10 2.1. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt 10 2.2. Kiểm tra thiết bị đóng cắt 11 Chương 3:TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP 12 3.1. Giới thiệu về rơle được chọn để bảo vệ cho máy biến áp 12 3.2.Tính toán chỉ định bảo vệ rơle cho máy biến áp 18 1) Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải cho máy biến áp 19 2)Tính toán chỉ định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp 19 3)Tính toán chỉ định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp 20

Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỤC LỤC Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất */ Phương án thiết kế số: 30 - Số thiết bị đóng cắt trạng thái hở: - Thiết bị đóng cắt cần lựa chọn: MC số 34 - Máy biến áp cần thiết kế bảo vệ: T9 */ Thông só phần tử phương án thiết kế: 30 - Thông số MPĐ MF1: Pđm = 345 MW; Uđm = 10,5 kV; cosφđm = 0,85; X”đ = 0,26; Tuabin nước MF2: Pđm = 430 MW; Uđm = 22 kV; cosφđm = 0,85; X”đ = 0,28; Tuabin nước •Thông số MBA cuộn dây T3: Sđm = 345 MVA; U1 = 10,5 kV; U2 = 110 kV; U3 = 35 kV; UnC-T% = 5,9%; UnC-H% = 7%; UnT-H% = 6,3% T4: Sđm = 430 MVA; U1 = 22 kV; U2 = 110 kV; U3 = 35 kV; UnC-T% = 5,5%; UnC-H% = 4,9%; UnT-H% = 5,8% •Thông số MBA cuôn dây T1: Sđm = 431 MVA; Un% = 4% T2: Sđm = 538 MVA; Un% = 4,5% T5: Sđm = 53 MVA; Un% = 4% T6: Sđm = 55 MVA; Un% = 4,05% T9: Sđm = MVA; Un% = 6,5% Giải điều chỉnh điện áp ΔU = ±2x2.5% •Thông số dây dẫn L1 = 20 km; L2 = 40 km; L3 = 32 km; L4 = 69 km; L5 = 36 km; L6 = 27 km; L7 = 38 km; L8 = 39 km; L9 = 47 km; •Công suất ngắn mạch nguồn hệ thống (HT): SN = 500 + 5.30 = 650 MVA •Chiều dài đoạn dây L14 = 30 + 30 = 60 (km) Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Chương TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO MẠNG ĐIỆN 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện: Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện 1.2 Sơ đồ thay tính toán ngắn mạch: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hình 1.2 sơ đồ thay tính toán ngắn mạch 1.3 Tính toán ngắn mạch: */ Chọn đại lượng bản: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện XL7 T5 XL11 T11 XL8 T6 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Scb = 100MVA; Ucb1 = 10,5 kV; Ucb2 = 22 kV; Ucb3 = 37 kV; Ucb4 = 115 kV; Ucb5 = 6,3 kV */Tính toán điện kháng phần tử: • Điện kháng nguồn: XHT = = = 0,15 XF1 = X”d = 0,26 = 0,06 XF2 = X”d = 0,28 = 0,05 • Điện kháng MBA: XT1 = = = 0,0092 XT2 = = = 0,0083 XT9 = = = 1,3 +/ MBA cuộn dây T3 UNC% = (UN(C-T)% + UN(C-H)% - UN(T-H)%) = (5,9 + – 6,3) = 3,3 UNT% = (UN(C-T)% + UN(T-H)% - UN(C-H)%) = (5,9 + 6,3 – 7) = 2,6 UNH% = (UN(T-H)% + UN(C-H)% - UN(C-T)%) = (7 + 6,3 – 5,9) = 3,7 XCT3 = = = 0,0095 XTT3 = = = 0,0075 XHT3 = = = 0,01 +/ MBA cuộn dây T4 UNC% = (UN(C-T)% + UN(C-H)% - UN(T-H)%) = (5,5 + 4,9 – 5,8) = 2,3 UNT% = (UN(C-T)% + UN(T-H)% - UN(C-H)%) = (5,5 + 5,8 – 4,9) = 3,2 UNH% = (UN(T-H)% + UN(C-H)% - UN(C-T)%) = (5,8 + 4,9 – 5,5) = 2,6 XCT4 = = = 0,0053 XTT4 = = = 0,0074 XHT4 = = = 0,006 • Điện kháng dây dẫn: XL1 = X0.L1 = 0,4.20 = 7,2 XL2 = X0.L2 = 0,4.40 = 3,3 XL3 = X0.L3 = 0,4.32 = 0,096 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất XL4 = X0.L4 = 0,4.69 = 0,2 XL9 = X0.L9 = 0,4.47 = 1,37 XL14 = X0.L14 = 0,4.40 = 3,3 */ Biến đổi sơ đồ hình 1.2 ta sơ đồ sau: Hình 1.3 Sơ đồ đơn giản hóa X1 = XF1 + XT1 + XL1 + XHT3 = 0,06 + 0,0092 + 7,2 + 0,01 = 7,2792 X2 = XF2 + XT2 + XL2 = 0,05 + 0,0083 + 3,3 = 3,3583 X3 = XL14 + XHT = 3,3 + 0,15 = 3,45 X4 = XCT3 + XL4 + XL3 + XCT4 = 0,0095 + 0,2 + 0,096 + 0,0053 = 0,31 X5 = XTT3 + XL9 +XT9 = 0,0075 + 1,37 + 1,3 = 2,67 */ Biến đổi sơ đồ hình 1.3 ta sơ đồ sau: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện XT11 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hình 1.4 Sơ đồ đơn giản hóa X6 = X2 + X4+ = 3,3583 + 0,31 + = 3,97 X7 = X3 + X4 + = 3,45 + 0,31 + = 4,07 Tại điểm ngắn mạch N1 */ Biến đổi sơ đồ theo – lưới sơ đồ tối giản sau: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất X8 X9 X10 N Hình 1.5 : Sơ đồ giản hóa • Xác định tổng dẫn sơ đồ : = + + + = + + + = 1,01 • Xác định điện kháng sơ đồ: X8 = X1 X5 = 7,2792 2,67 1,01 = 19,6 X9 = X6 X5 = 3,95 2,67 1,01 = 10,6 X10 = X7 X5 = 4,07 2,67 1,01 = 10,9 • Xác định giá trị điện kháng tính toán X8tt = X8 = 19,6 = 79,5 X9tt = X9 = 5,26 = 26,6 X10tt = X10 = 10,9 • Tra theo đường cong tính toán, dòng ngắn mạch tương đối sau */ Với = 79,5 > (ngắn mạch xa nguồn): = = */ Với = 26,6 > (ngắn mạch xa nguồn): = = */ Với = 10,9: Icb = = = 9,16 kA Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất = = = 0,84 kA • Dòng ngắn mạch tổng điểm cần tìm: = = = 3,04 kA 1.4 Quy đổi dòng ngắn mạch phía cao áp (35 kV) máy biến áp - Xác định hệ số biến đổi điện áp: KU max = = 6,16 KU = = 5,58 • Kết tính toán quy đổi bảng Bảng 1.2 Kết tính toán ngắn mạch quy đổi phía cao áp 35 kV Dòng ngắn mạch Tỷ số biến đổi điện áp Kumax Kumin 6,16 5,58 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện (kA) 0,54 (kA) 0,49 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Chương LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT 2.1 Lựa chọn thiết bị đóng cắt Thiết bị đóng cắt cần lựa chon đồ án máy cắt số 30, lắp đặt sau phía hạ áp máy biến áp Có nhiệm vụ đóng cắt bảo vệ cho mạch điện phía sau ngày đầu cực máy cắt */Điều kiện lựa chọn máy cắt: Udm.MC ≥ Udm mạng Idm.MC ≥ Ilv max Trong đó: Udm.MC – điện áp định mức máy cắt điện cao áp, kV; Udm mạng – điện áp định mức mạng điện, kV; Idm.MC – dòng điện định mức máy cắt, A; Ilv max – dòng làm việc lớn có qua máy cắt, A Với mạng điện Udm mạng = 35kV Ilv max = Idm.T9 Do xác phụ tải tính toán lớn qua máy cắt cần lựa chọn nên coi dòng lớn qua máy cắt dòng định mức của máy biến áp T9 Ilv.max = Iđm.CA(max) = = = 80 A Từ thông số mạng, chọn máy cắt chân không trời SIEMENS có thông số bảng 2.1 Bảng 2.1 Thông số máy cắt chọn Mã hiệu Udm, kV Idm, A 36GI-E20 36 630 2.2 Kiểm tra thiết bị đóng cắt Fdm, Hz 50/60 Icđm.MC, kA 20 Máy cắt chọn kiểm tra theo điều kiện sau: 1/ Kiểm tra điều kiện ổn định động imax ≥ ixk Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện imax, kA 50 Iodn, kA (3s) 20 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong đó: Ixk – dòng điện xung kích dòng ngắn mạch sinh ra, A; ixk = kxk – dòng ngắn mạch pha siêu độ, A kxk – hệ số xung kích dòng ngắn mạch Trong đồ án điểm ngắn mạch xảy xa nguồn, chọn kxk = 1,8 ixk = 1,8 3,04 = 7,7 kA < imax = 62,5 kA => Máy cắt chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt` 2/ Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt: Iodn.MC ≥ Trong đó: – thời gian tương đương (Ttd) hay thời gian giả tưởng cắt dòng ngắn mạch Iodn.MC – thời gian ổn định nhiệt máy cắt, s todn = (1; 5; 10) s 20 kA ≥ = 0,87 kA => Vậy máy cắt chọn thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt 3/ Kiểm tra khả cắt máy cắt: Icdm.MC ≥ Trong đó: – dòng ngắn mạch lớn có qua máy cắt, kA Icdm.MC = 20 kA > = 3,04 kA => Vậy máy cắt chọn thỏa mãn điều kiện khả cắt dòng ngắn mạch */ Kết luận: máy cắt chọn thỏa mãn tất điều kiện cần kiểm tra Chương TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE CHO MÁY BIẾN ÁP 3.1 Giới thiệu rơle chọn để bảo vệ cho máy biến áp a) Rơle bảo vệ so lệch dọc: 7UT612 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Là loại bảo vệ so lệch dùng để bảo vệ nhanh chọn lọc loại ngắn mạch máy biến áp với cấp điện áp với máy điện quay động máy phát, đường dây ngắn góp Bảo vệ dùng cho máy biến áp pha hay pha Các chức đặc biệt lựa chọn cách thay đổi thông số, nhằm đạt ứng dụng tối ưu hệ thống bảo vệ Để dự phong cho chức so lệch dugf chức bảo vệ dòng cho quận dây đấu hay đấu nối đất tích hợp sắn 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 đầu vào điện áp, lựa chọn bảo vệ áp hay sụt áp, bảo tần số, công suất thuận/nghịch, bảo vệ chống bão hòa Với đo nhiệt độ, rơle đo lường kiểm soát nhiệt độ máy biến áp, nhiệt độ dầu tính toán hình ảnh nhiệt *) Các chức bảo vệ tích hợp rơle 7UT612 - Bảo vệ so lệch máy biến (87T) Đây chức bảo vệ rơle + Đặc tính tác động có hãm rơle + Có khả ổn định đối với dòng xung kích dựa vào sóng hài bậc đóng máy biến áp không tải + Không phản ứng với thành phần chiều bão hòa máy biến dòng + Ngắt với tốc độ cao tức thời đối vớ dòng cố lớn •Bảo vệ chống chạm đất hạn chế REF (87N) •Bảo vệ so lệch trở kháng cao •Bảo vệ chống chảm vỏ máy biến áp •Bảo vệ chống cân tải •Bảo vệ dòng đối với dòng chạm đất •Bảo vệ dòng pha •Bảo vệ theo nguyên lý hình ảnh nhiệt •Bảo vệ kích thích •Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt *) Thông số kĩ thuật rơle Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất - Đầu vào tương tự + Tần số danh định 50 60 Hz (tùy chọn) + Dòng điện danh định 0,1 hoặc A + Công suất tiêu thụ BI: Với IN = 0,1 A 0,001 VA IN = A 0,05 VA IN = 5A 0,3 VA + Khả qua tải BI • Theo nhiêt độ: • Theo giá trị dòng xung kích: 100IN 1s 30IN 10s IN thời gian dài 250 IN ½ chu kỳ + Khả tải mạch BI với dòng điện vào độ nạy cao IEE: • Theo nhiệt độ: 300A 1s 100A 10s 15A thời gian dài • Theo giá trị dòng xung kích: 750A ½ chu kỳ + Điện áp danh định: 80 đến 125 V + Công suất tiêu thụ pha 100 V là: ≤ 0,1 VA + Khả tải nhiêt lâu dài: 230V •Nguồn điện thao tác + Điện áp cung cấp • Điện áp chiều: 24 V đến 48 V 60 V đến 125 V 110 V đén 250 V • Điện áp xoay chiều: 115 V đến 230 V (f = 50/60 Hz) + Khoảng cho phép: • Điện áp chiều: • Điện áp xoay chiều: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện - 20% ÷ + 20% ≤ 15% Trường Đại học Mỏ - Địa chất + Công suất tiêu thụ (DC/AC) • Tĩnh • Hoạt động 6/12 W 12/19 W •Đầu vào nhị phân + Số lượng + Phạm vi điện áp 24 đến 250 V, lưỡng cực + Giá trị hồi phục ngưỡng nhỏ 19 88 V, chiều + Điện áp cho phép lớn 300 V chiều + Dòng tiêu thụ xấp xỉ 1,8 mA •Đầu nhị phân + Số lượng + Một tiếp điểm cảnh báo, với tiếp điểm NO, tiếp điển NC + Khả đóng cắt: • • • • Đóng Cắt Cắt (tải điện trở) Cắt (tải có L/R ≤ 50) 1000 W/VA 30 VA 40 W 25W + Điện áp đóng cắt 250 V + Dòng cắt cho phép 30 A 0,5 s 5A thời gian dài + Thời gian tác động: • • • • Tiếp điểm NO ms Tiếp điểm NO/NC ms Tiếp điểm tác động NO ms Tiếp điểm cắt NO tác động nhanh < ms *) Hiển thị LEDS Gồm có 16 đèn tín hiêu LED, đó: • 01 đèn màu xanh báo rơle sẵn sàng làm việc • 01 đèn báo cố xảy rơle • 14 đèn màu đỏ lại chọn lựa tình trạng làm việc rơle Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất b) Rơle bảo vệ dòng: 7SJ612 Rơle số 7SJ612 hãng Siemens chế tạo, dùng để bảo vệ đường dây mạng cao áp va trung áp có điểm trung tính nối đất, trung tính cách ly Bảo vệ loại động không đồng Nó có đầy đủ chức để làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp với chức bảo vệ dòng *) Các chức bảo vệ tích hợp rơle 7SJ612: - Bảo vệ dòng có thời gian (đặc tính thời gian độc lập/ đặc tính phụ thuộc/ đặc tính người sử dụng cài đặt) - Phát chạm đất với độ nhạy cao - Bảo vệ chống hư hỏng cách điện - Bảo vệ tải - Giám sát nhiệt độ - Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt - Bảo vệ dòng thứ tự nghịch *) Thông số kĩ thuật rơle - Mạch đầu vào + Dòng điện danh định: 1A 5A + Điện áp danh định: 115V 230V + Tần số danh định: 50Hz/60Hz + Công suất tiêu thụ • Ở Iđm = 1A: < 0,05VA • Ở Iđm = 5A: < 0,3VA • Ở Iđm = 1A: ≈ 0,05VA (cho bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao) + Khả tải dòng • Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 100.Iđm 1s • Theo giá trị dòng xung kích: 30.Iđm 10s 4.Iđm thời gian dài 250.Iđm 1/2 chu kỳ + Khả tải dòng cho chống chạm đất có độ nhạy cao Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất • Theo nhiệt độ (trị số hiệu dụng): 300A 1s • Theo giá trị dòng xung kích: 100A 10s 15A thời gian dài 750A 1/2 chu kỳ - Điện áp cung cấp 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: • Tĩnh ≈ ÷ 4W • Kích hoạt ≈ ÷ 9W - Các tiếp điểm đóng cắt + Số lượng: + Khả đóng cắt: Đóng 1000 W/VA Cắt 30 W/VA + Điên áp đóng cắt: ≤ 250V + Dòng đóng cắt cho phép: 30A 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 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đặc tính dốc chuẩn Đặc tính dốc Đặc tính cực dốc *) Các công thức biểu diễn đường đặc tính trên: - Đặc tính dốc bình thường: = 0,14 ( I/IP ) 0,02 −1 t P t (s) - Đặc tính dốc: Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất = t 13,5 t P I/I P − (s) - Đặc tính cực dốc: = 80 ( I/I P ) −1 t P t (s) Trong đó: t: Thời gian tác động bảo vệ (s) tp: Bội số thời gian đặt (s) I: Dòng điện cố (kA) Ip: Dòng điện khởi động bảo vệ (kA) 3.2 Tính toán định bảo vệ rơle cho máy biến áp */ Kết tính toán ngắn mạch phía hạ áp (6 kV) máy biến áp: = 3,38 kA */ Kết giá trị dòng điện ngắn mạch quy đổi phía cao áp 35kV Dòng ngắn mạch Tỷ số biến đổi điện áp Kumax Kumin 6,16 5,58 (A) 0,54 (A) 0,49 */ Dòng điện định mức máy biến áp Iđm.CA(max) = = = 80 A Iđm.HA = = = 458 A */ Chọn máy biến dòng Cao áp (T1): KI1 = 200/5 = 40 Hạ áp (T2): KI1 = 1000/5 = 200 Tổ đấu dây: Y/Y 1) Tính toán chỉnh định bảo vệ tải cho máy biến áp - Giá trị dòng khởi động rơle: Ikd.R = Idm.CA = 80 = 2,1 A Để tận dụng khả tải cho phép máy biến áp, thời gian tác động bảo vệ tải cho phép (7 10)s Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2) Tính toán định bảo vệ ngưỡng thấp cho máy biến áp Chọn đặc tính độc lập rơle */ Tính toán cho phía hạ áp: - Giá trị dòng khởi động rơle: Ikd.R = Idb = 458 = 3,73 A - Giá trị dòng tác động: Itd = Ikd.R ki = 3,73 200 = 747 A - Kiểm tra độ nhạy: kn = = = 3,92 > 1,5 (thỏa mãn) - Thời gian tác động bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía hạ áp lấy t1 = 0,2s */ Tính toán cho phía cao áp - Giá trị dòng khởi động rơle: Ikd.R = Idb = 80 = 3,2 A - Giá trị dòng tác động: Itd = Ikd.R ki = 3,2 40 = 130,6 A - Kiểm tra độ nhạy: kn = = = 1,83 > 1,5 (thỏa mãn) - Xác định thời gian tác động phân cấp bảo vệ cực đại phía hạ áp cao áp Δt = t(n-1)max + tMC(n-1) + tqt + tdp = 0,2 + 0,08 + 0,04 + 0,07 = 0,21  Thời gian tác động bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía cao áp t2 = 0,2 + 0,21 =0,41 s 3) Tính toán định bảo vệ so lệch dọc cho máy biến áp */ Xác định thông số đường đặc tính bảo vệ: - Giá trị dòng so lệch ngưỡng thấp: Isl> = 0,3 Idb = 0,3 - Giá trị dòng so lệch ngưỡng cao: = = 100 = 15,3 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất - Theo mặc định nhà sản xuất số giá trị sau: tan α1 = 0,25; tan α2 = 0,5; = 2,5 = = = 1,2 = = =5 = = 2,5 + = 33,1 */ Xác định khả hãm bảo vệ ngắn mạch vùng: = = = 1,01 = = = 13,5 = ( - IHCS) tan α2 = (9,68 – 2,5) 0,5 = 3,59 kat = = = > (thỏa mãn) - Kiểm tra độ hãm bảo vệ: = = = 4,04 KH = = = 3,34 > (thỏa mãn) */ Kiểm tra khả tác động bảo vệ xảy ngắn mạch vùng bảo vệ: = = = = 6,125 - Kiểm tra độ nhạy bảo vệ: = tan α1 = 1,01 0,25 = 0,252 Kn = = = > (thỏa mãn) - Đặc tính bảo vệ rơle hình 3.1 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hình 3.1 Đặc tính bảo vệ rơ le so lệch dọc cho máy biến áp T9 Đồ án Trạm biến áp và Nhà máy điện