Thiết kế bảo vệ rơ le cho Trạm biến áp 1103522kV Tạ Tuấn Hữu

e- Tính toán các thông số hệ thống bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ.. 1.2.3 Chọn máy biến điện áp:- Điện áp:UđmBU≥Umg - Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo - Công s

B2

D1

D2 HTĐ2

110kV

35kV

22kV BI1

-*** -NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

2- Các số liệu ban đầu:

- Thông số hệ thống

HTĐ1: S1Nmax= 2600 MVA

SNmin = 2200 MVA

Xomax = 0,7 X1max MVA

Xomin = 0,8 X1max MVAHTĐ2: SNmax = 2000 MVA

SNmin = 1600 MVA

Xomax = 0,75 X1max MVA

X0min = 0,9 X1max MVA

- Thông số máy biến áp T1; T2 :

Sdđ = 40 MVA, tổ đấu dây Yo- ∆11- Yo,

3- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán.

a- Mô tả đối tượng được bảo vệ, thông số chính

b- Tính toán ngắn mạch phục vụ thiết kế hệ thống bảo vệ

2

c- Lựa chọn phương thức bảo vệ.

d- Giới thiệu tính năng và thông số các loại rơ le chọn sử dụng

e- Tính toán các thông số hệ thống bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

4- Các bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ):

a- Sơ đồ đấu dây và các thông số chính

b- Kết quả tính toán ngắn mạch

c- Phương thức bảo vệ

d- Tính năng và thông số của rơ le

e- Kết quả tính toán bảo vệ

f- Kết quả kiểm tra sự làm việc của bảo vệ

5- Cán bộ hướng dẫn:

6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày 1 tháng 10 năm 2018

Chủ nhiệm bộ môn

(Ký, ghi rõ họ tên)

Cán bộ hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên)

3

Tôi, Ngô Thị Mận, cam đoan những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện,

dưới sự hướng dẫn của Th.S Tạ Tuấn Hữu Các số liệu và kết quả trong đồ án là trung

thực và chưa được công bố trong các công trình khác Các tham khảo trong đồ án đềuđược trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và nơi công bố Nếu khôngđúng chư trên tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về đồ án của mình

Hà Nội,ngày… tháng 12 năm 2018

Người cam đoan (Ký và ghi rõ họ tên)

thành nhiệm vụ tốt nghiệp của mình Tuy quá trình làm việc còn gặp khó khăn và trở ngạinhưng cả thầy và trò đều đã cố gắng để vượt qua, em muốn gửi đến thầy lời cảm ơn chânthành và sâu sắc nhất Em rất hy vọng có thể được làm việc với thầy không chỉ ở trường

mà còn trong công việc sau này

Em kính chúc thầy cũng như các thầy cô trong nhà trường sức khỏe và công tác tốt

Em rất vinh hạnh khi được là sinh viên của trường Đại học điện lực, dưới sự chỉ bảo dạydỗ của các thầy cô để được như ngày hôm nay!

Em xin trân thành cảm ơn!

Sinh viên Ngô Thị Mận

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018

Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

Từ viết tắt Ý nghĩa

Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110kV có cấp điện áp 115 / 38,5 / 23 kV có haimáy làm việc song song, công suất mỗi máy là 40 MVA và có tổ đấu dây Y0 /D / Y0 Trạmbiến áp này được cung cấp điện từ hai hệ thống có công suất là:

• Thông số hệ thống:

X0max= 0,7X1max MVA X0min = 0,8 X1max MVA

X0max= 0,75X1max MVA X0min = 0,9X1max MVA

• Thông số máy biến áp : T1;T2

Sdđ = 40 MVA, tổ đấu dây Yo- D11- Yo, Cấp điện áp :UC/UT/UH = 115/38,5/23 kV

1.2 CHỌN MÁY CẮT, MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP, MÁY BIẾN DÒNG

ĐIỆN CHO TRẠM BIẾN ÁP

1.2.1 Chọn máy cắt điện:

- Loại máycắt

- Dòng điện : IđmMC³≥Ilvcb

- Ổn định nhiệt I2

ô.đn : tnhđm≥BN

dm lvcb qtsc dmB dmB

I’’- dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất khi ngắn mạch tại N1’

(Trường hợp Smax, ngắn mạch N(3) bảng 2.9 trang 22)

Với máy cắt có Iđm> 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt

Chọn máy cắt điện: BBY-35-40/3200

Thông số: Uđm = 35kV

Iđm = 3200 A;Icđm = 40 kA ;Ildd = 40 kA

*Phía 22kV :

40 1,4 1, 4 1,4 1, 405 1405

dm lvcb qtsc dmB dmB

Với máy cắt có Iđm> 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt

Chọn máy cắt điện : B ΓM-22-40/1200Y3

Thông số: Uđm = 22kV

Iđm = 1200 A

Icđm = 40kA Ildd = 25 kA

1.2.2 Chọn máy biến dòngđiện

- Điệnáp : UđmBI ≥Umg

- Dòngđiện : IđmBI ≥Ilvc

1.2.3 Chọn máy biến điện áp:

- Điện áp:UđmBU≥Umg

- Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo

- Công suất định mức:S2đmBU≥S2

Bảng 1.2 : Bảng chọn máy biến điện áp

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

2.1 MỤC ĐÍCH TÍNH TOÁN

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau,pha chạm đất (hay chập pha trungtính) Trong thiết kế bảo vệ rơ-le ,việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòngđiện ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp đặt và chỉnh định các thông

số của bảo vệ,trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra 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

Dòng ngắn mạch cực đại qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệ thốngđiện có công suất ngắn mạch cực đại SNmax và trạm có 1 máy biến áp làm việc Trườnghợp này,ta dùng để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch và tính toán các thông số càiđặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh dự phòng

Tính ngắn mạch tại ba điểm N1,N2,N3

Tính các dạng ngắn mạch N(3),N(1,1),N(1)

Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợp hệthống có công suất ngắn mạch cực tiểu SNmin và trạm có 2 máy biến áp làm việc songsong Trường hợp này ,ta dùng để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:

Tính ngắn mạch tại ba điểm N1,N2,N3

Tính các dạng ngắn mạch N(2),N(1,1),N(1)

• Một số giả thiết khi tính toán ngắnmạch:

+ Coi tần số không đổi khi ngắn mạch

+ Bỏ qua hiện tượng bão hoà của mạch từ trong lõi thép của các phần tử

+ Bỏ qua điện trở của các phần tử

+ Bỏ qua ảnh hưởng của các phụ tải đối với dòng ngắn mạch Việc tính toán ngắnmạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối

2.2 TÍNH TOÁN DIỆN KHÁNG CỦA HỆ THỐNG

2.2.1 Sơ đồ các điểm ngắn mạch và sơ đồ thay thế

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý và các điểm ngắn mạch

Hình 2.2 : Sơ đồ thay thế

2.2.2 Chọn các đại lượng cơ bản

2.2.5 Điện kháng của đường dây

Đường dây D1: L1=70 km;AC-240

 Trường hợp 1 máy biến áp làm việc :

2.3.1 Ngắn mạch phía 110kV:

*Điểm ngắn mạch N1:

0,04 0,32

0,5

XBC XTB0,27 0

X0HT

BI1

X0B0,27

Hình 2.3: Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Hình 2.4: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Hình 2.5: Sơ đồ phân tích dòng TTK

Từ sơ đồ thay thế ta tính được :

0 1 0 1 0 2 0 2

0, 21 0,03 0,51 0,04 0,32

0 3 0

a)Dòng điện ngắn mạch ba pha N (3)

Dòng điện chạy qua BI1 : If(BI1)=0

Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch

Dòng điện thứ tự thuận:

Phân bố dòng điện trên các nhánh

Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1:

(1)

0 1 0( 1) ( 1)

Trong hệ đơn vị có tên :

0(BI1) If(BI1)=I0BI1.I =1,3 0,5=0,65kAcb1

Dòng điện thứ tự thuận :

U I

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

Sơ đồ thay thế TTT,TTN,TTK ở điểm ngắn mạch N1’ :

Hình 2.6 : Sơ đồ thay thế TTT,TTN

Hình 2.7 : Sơ đồ thay thế TTK

Hình 2.8 : Sơ đồ phân tích dòng TTK

Từ sơ đồ thay thế trên ta tính được :

X X X

Dòng điện thành phần TTT :

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

1

2.2.3 Ngắn mạch phía 35kV

BI2 N2

XBT0

XBC0,27

Hình 2.9 : Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Từ sơ đồ thay thế trên tính được:

( ).( ) (0,04 0,02).(0,05 0,16)

0,110,04 0, 2 0,05 0,16

Trong hệ đơn vị có tên:

Trị số dòng điện chạy qua BI1 là dòng qua bảo vệ BI1 khi ngắn mạch tại thanh cái

35 kV được quy về cấp điện áp 110 kV

mạch Dạng ngắnmạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

* Điểm ngắn mạch N2’:

Sơ đồ thay thế TTT,TTN ở điểm ngắn mạch N2’ giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch

N2 nên cách tính toán các dòng điện BI1 và BI2 ở điểm ngắn mạch N2’ tương tự như ởđiểm ngắn mạch N2

Điểm ngắn mạch N2’ ở trước BI2 nên không có dòng chạy qua BI2:

EHT

X1 ?

0,38 N'2

BI2

Hình 2.10: Sơ đồ thay thế tại điểm N2’

Bảng 2.6: Bảng dòng điện qua chỗ đặt BI tại điểm ngắn mạch N’2 phía 35kV

Điểm

ngắn mạch

Dạngngắn mạch

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

N3 BI3

XHB0,16

Hình 2.12: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Từ sơ đồ thay thế trên tính được :

1,850,54

N I

Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch

Dòng điện thứ tự thuận :

(1)

1 (1) (1) (1)

0,580,54 1,18

0

0,580,332 0, 77

1,93 0,5 0,97 0,97 2,51 2, 43

I = IΣ =

(1,1) 2( 1)BI 2 0,65

I = I Σ = −

(1,1)

0 1 0( 1)

Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI3 là :

(1,1)

I =I Σ =

(1,1) 2(BI3) 2 0,65

Trong hệ đơn vị có tên:

Trị số dòng điện chạy qua BI1 là:

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

N3

N(1,1) 0,83 0 4,52 0,825 4,14

*Điểm ngắn mạch

' 3

N

: Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN,TTK ở điểm ngắn mạch N3’ giống sơ đồ thay thế ởđiểm ngắn mạch N2 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI3 ở điểm ngắn mạchN3’ tương tự như điểm ngắn mạch N3 :

Bảng 2.8: Dòng điện chạy qua chỗ đặt BI tại điểm ngắn mạch N2 phía 22kV

Điểm

ngắn mạch

Dạngngắn mạch

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

 Trường hợp 2 máy biến áp làm việc song song.

Max{(XH1max + X D1) ;( XH2max + X D2)}

= Max {(0,04+ 0,02); (0,16+0,05)}

= Max {0,24 ; 0,21} = 0,24

Ta thấy (XH1max + X D1 )=(XH2max + X D2 ) nên công suất ngắn mạch tính tới thanh góp 110

kV của HT1 nhỏ hơn HT2 Giả thiết HT 1 đang vận hành bình thường còn HT2 đang bị

sự cố (bảo dưỡng)

Hình 2.13:Sơ đồ nguyên lý còn 1 HT cung cấp.

2.4.1 Ngắn mạch phía 110kV:

X1 ?0,24

Hình 2.14:Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch

X0

0,108 N1

Hình 2.15: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Từ sơ đồ thay thế trên ta tính được:

12,083

0, 48

3 3 2,083 3,608

N

E I

BI1

X0B0,13

U 0N1

Hình 2.16 :Sơ đồ phân tích dòng TTK

Dòng TTK do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạchlà:

0 0

0

0 0 ( 0,183)

0,3480,54

H

H

U I

0

0 0 ( 0,183)

1,3550,135

B

B

U I

Trị số dòng điện chạy qua BI4là :

IBI4= 3.I0(BI1) = 3.0,338 = 1,014 kAc)Dạng ngắn mạch N(1,1):

- Dòng điện thứ tự thuận :

0

0 0 0, 235

0, 4350,54

H

H

U I

0

0 0 0, 235

1,740,135

B

B

U I

0 0 0,87 0,87

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

XBT0

U0N' 1

N' 1

XBT0

Hình 2.19 : Sơ đồ thay thế TTK

Từ sơ đồ thay thế trên ta tính được :

X Σ = X Σ =

0 1 0 1 0

0 1 0 1

0,18 0,03 0,51 0.27

0

0,18 0, 27 0,1080,18 0, 27

Hình 2.20 : Sơ đồ phân tích TTK

Dòng điện chạy qua BI1 :

Trong hệ đơn vị có tên :

Trị số dòng điện chạy qua BI1 là:

- Dòng điện thành phần TTT :

0

0, 235

1,3050,18

N HT

U I

X

- Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 :

2 ( 1) . 1( 1) . 2( 1) 0( 1)

Σ Σ

BI BI

- Trị số dòng điện qua BI1 là:

I f ( BI1) =4,94 0,5 = 2,47kAI0(BI1) =1,305.0,5=0,65kA

- Trị số dòng điện chạy qua BI4:

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

N,1

E HT

X 1D1 0.2

XBC0.27

XBT0

XBC0.27

XBT0

Hình 2.21 : Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Từ sơ đồ thay thế trên tính được:

Trong hệ đơn vị có tên:

- Trị số dòng điện chạy qua BI1 là:

I f (BI1)= 1,154 0,5 = 0,577 kA

- Trị số dòng điện qua BI2 là:

I f (BI 2)= 1,154 1,5 = 1,731 kA

Bảng 2.12 : Bảng dòng điện chạy qua chỗ đặt BI tại N2 phía 35kV

Điểm

ngắn mạch

Dạng ngắn

*Điểm ngắn mạch N’2 :

Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN ở điểmngắnmạch N’2 giống sơ đồ thay thế ở điểmngắn mạch N2 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI2 ở điểm ngắn mạch N’2tương tự như ở điểm ngắn mạch N2,chỉ khác là dòng điện qua BI2 đổi chiều

Bảng 2.13: Bảng dòng điện chạy qua chỗ đặt BI tại N2’ phía 35kV

Điểm

ngắn mạch

Dạng ngắn

XBH0.16

XBC0.27

N 3

XBH0.16

XBC0.27

N 3

XBH0.16

Hình 2.23: Sơ đồ thay thế thứ tự không

Từ sơ đồ thay thế trên tính được :

455 , 0 ) 16 , 0 27 , 0 ( 2

1 24 , 0 ) (

2

1

1 2

B C

X X X

22//

)2

( 0

X X X X

Vì XT = 0 nên

08,02

16,02

3

3

3

2 1 1

) 2 (

×

=+

=

=

Σ Σ

E I

2

1 (2)

3 3

) 1

I

Trong hệ đơn vị có tên :

- Trị số dòng điện chạy qua BI1 là :

XT 2

1

0 2 1 0 2

+

×

=++

=

=

=

Σ Σ Σ Σ Σ

E I

1 2

1 2

1

I

Phân bố dòng điện I0

Hình 2.24 : Phân bố dòng TTK

Dòng qua BI3 :

505 , 0 01 , 1 2

1

) 1 ( 0 ) 1 ( 2 ) 1 ( 1 ) 11

•

BI BI

BI B

I

- Dòng điện pha chạy qua BI3 :

515 , 1 505 , 0 3

) 3 ( 0 ) 3 ( 2 ) 3 ( 1 ) 12

•

BI BI

BI B

I

Trong hệ đơn vị có tên :

- Trị số dòng điện qua BI1 là :

505,05,001,1

) 1

) 3

08 , 0 455 , 0

//

0 2

0 2 0

2 ) 1 , 1

+

×

= +

=

=

Σ Σ

Σ Σ Σ

Σ

∆

X X

X X X

X X

- Dòng điện các thành phần tại điểm ngắn mạch:

912,1068,0455,0

1

) 1 , 1 ( 1

+

=+

=

∆ Σ Σ

X X

E I

626 , 1 455 , 0 08 , 0

455 , 0 912 , 1

0 2

2 1

+

−

= +

−

=

Σ Σ

Σ Σ

Σ

X X

X I

I

286 , 0 455 , 0 08 , 0

08 , 0 912 , 1

0 2

0 1

+

−

= +

−

=

Σ Σ

Σ Σ

Σ

X X

X I

I

- Điện áp tại chỗ ngắn mạch :

13,0068,0912,1 ( 1 , 1 ) ) 1 , 1 ( 1 ) 1 , 1 ( 1 1 ) 1 , 1 ( 1

- Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 là:

956 , 0 2

912 , 1 2

1

1

3 1

1

143 , 0 2

286 , 0 2

1

2

3 2

) 1 ( 0 ) 1 ( 2 )

1 ( 1 2

2

32

1956,0.2

32

−+

912 , 1 2

1 (1,1)

1 ) 3 (

I BI

143 , 0 2

286 , 0 2

1

2 ) 3 (

I BI

813 , 0 2

626 , 1 2

1

0 ) 3 (

I BI

- Dòng điện pha chạy qua BI3:

) 2 ( 0 ) 2 ( 2 )

2 ( 1 2 ) 12

2

32

1956,0.2

32

−+

Trong hệ đơn vị có tên :

- Trị số dòng điện chạy qua BI1 là :

517,05,0033,1

) 1

) 3

f

I

kA

- Trị số dòng điện chạy qua BI4 là : I0BI4 = 3.I0BI1 = 0

- Trị số dòng điện qua BI2 là : IBI2 = 0

- Trị số dòng điện chạy qua BI5 là : IBI5 = 3.I0(BI3).Icb3 = 3×0,813×2,5 = 6,1 kA

Bảng 2.14: Bảng dòng điện chạy qua chỗ đặt BI tại N3 phía 22kV

Điểm ngắn Dạng ngắn Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

mạch mạch BI1 BI2 BI3 BI4 BI5

N

: Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN,TTK ở điểm ngắn mạch

' 3

N

giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắnmạch N3 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI3 ở điểm ngắn mạch

' 3

N

tương tựnhư ở điểm ngắn mạch N3, chỉ khác là dòng điện qua BI3 đổi chiều

Bảng 2.15 : Bảng dòng điện chạy qua chỗ đặt BI tại N3’ phía 22kV

Điểm ngắn

mạch Dạng ngắnmạch

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

Dòng qua chỗ đặt BI (kA)

CHƯƠNG 3 :LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ

3.1 BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA CUỘN DÂY.

Các dạng hư hỏng và những loại bảo vệ thường dùng.

Những hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp có thể phân ra thành hai nhóm: hưhỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài

*Sự cố bên trong máy biến áp có các trường hợpsau:

- Các vòng dây trong cùng một pha trạm chập vớinhau

- Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạmđất

- Hỏng bộ chuyển đổi đầu phânáp

- Thùng dầu bị thủng hoặc ròdầu

*Sự cố bên ngoài máy biến áp có các trường hợpsau:

- Ngắn mạch nhiều pha trong hệthống

- Ngắn mạch một pha trong hệthống

- Quá tải

- Quá bão hoà mạchtừ

Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp :

Dòng điện trong các cuộn dây tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải, nếu dòng này tăngquá mức cho phép trong một thời gian dài sẽ làm lão hóa cách điện dẫn đến giảm tuổi thọcủa máy biến áp

Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ :

- Tác động nhanh: Hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cốmột cánh nhanh nhất, giảm được mức đọ hư hỏng của thiết bị

- Chọn lọc:Các bảo vệ cần phải phát hiện và loại trừ đúng phần thiết bị sự cố ra khỏi hệthống

- Độ nhậy :Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số có độ nhạy không thấp hơn 1,5 Cácbảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không thấp hơn1,2

- Độ tin cậy: Khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã đượcxác định trong nhiệm vụ bảo vệ không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vibảo vệ đã được xác định

3.2 CÁC BẢO VỆ ĐẶT CHO MÁY BIẾN ÁP:

Tùy theo công suất vị trí vai trò của máy biến áp trong hệ thống mà lựa chọn phươngthức bảo vệ cho thích hợp Những loại bảo vệ thường được dùng để chống lại sự cố vàchế độ làm việc không bình thường của máy biến áp Trạm biến áp cần bảo vệ là trạmbiến áp phân phối với hai máy biến áp 3 pha 3 cuộn cấp điện áp 150/38,5/23 kV, làm việcđộc lập có công suất mỗi máy là 40 MVA

3.2.1 Tính năng của các loại bảo vệ đặt cho máy biến áp:

1 - Bảo vệ Rơle khí: