Đồ án tốt nghiệp tran ngoc truong

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV LỜI NÓI ĐẦU Điện nguồn lượng quan trọng sống người Nó sử dụng hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Chính thiết kế hay vận hành hệ thống điện cần phải quan tâm đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc bình thường chúng Hệ thống điện mạng lưới phức tạp gồm nhiều phần tử vận hành nên tượng cố xảy khó biết trước Vì vậy, để đảm bảo cho lưới điện vận hành an tồn, ổn định khơng thể thiếu thiết bị bảo vệ, tự động hoá Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa cố hạn chế tối đa thiệt hại cố gây nên trì khả làm việc liên tục hệ thống Việc hiểu biết hư hỏng tượng khơng bình thường xảy hệ thống điện với phương pháp thiết bị bảo vệ nhằm phát nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, cảnh báo xử lý khắc phục chế độ không bình thường mảng kiến thức quan trọng kỹ sư ngành hệ thống điện Vì lý đó, em chọn đề tài tốt nghiệp: Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 220/110/35 kV-2×100 MVA” Đồ án bao gồm chương: Chương 1: Mô tả đối tượng bảo vệ thơng số Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ rơle sử dụng Chương 4: Giới thiệu tính thơng số loại rơle sử dụng Chương 5: Tính tốn thông số kiểm tra làm việc bảo vệ Trong thời gian qua, nhờ hướng dẫn tận tình thầy giáo T.S Vũ Thị Thu Nga, em hồn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên, với khả trình độ hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô giáo Em xin chân thành cảm ơn T.S Vũ Thị Thu Nga thầy cô giáo môn Hệ thống điện trang bị cho em kiến thức chuyên ngành cần thiết trước tiếp nhận kiển thức thực tế trở thành kỹ sư Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Trần Ngọc Trƣờng GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV CHƢƠNG MÔ TẢ ĐỐI TƢỢNG ĐƢỢC BẢO VỆ VÀ CÁC THƠNG SỐ CHÍNH 1.1 Mơ tả đối tƣợng đƣợc bảo vệ Đối tượng bảo vệ trạm biến áp 220/110/35 kV có máy biến áp (MBA) B B2 mắc song song với Hai MBA cấp từ nguổn hệ thống điện (HTĐ) qua đường dây kép D Phía trung áp 110kV hạ áp 35kV cấp điện cho phụ tải 220 kV BI1 N1' N1 HTÐ N '2 BI4 B 110kV BI2 N 3' N2 B1 I II BI3 B B2 N3 35kV III Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý vị trí đặt máy biến dòng dùng cho bảo vệ trạm biến áp 1.1.1 Các thơng số Hệ thống điện: Hệ thống điện có trung tính nối đất Cơng suất ngắn mạch chế độ cực đại: SN max = 1700 MVA Công suất ngắn mạch chế độ cực tiểu: SN max = 0,8.SN max= 0,8  1700 = 1360 MVA X0H = 1,3.X1H Đường dây: Chiều dài đường dây: L = 85 km Điện kháng thứ tự thuận: X1D = 0,409 Ω/km GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV Điện kháng thứ tự không: X0D = 2X1D Máy biến áp: Máy biến áp tự ngẫu pha, có cấp điện áp 230/121/38,5 kV Công suất: Sdđ B = 100 MVA; SIII = 0,5.Sdđ B = 50 MVA Tổ đấu dây: Yo -  - 11 Giới hạn điều chỉnh điện áp ±15% Điện áp ngắn mạch phần trăm cuộn dây: U C-T N% =11% U C-H N% =31% U T-H N% = 19% GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV CHƢƠNG TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE Mục đích việc tính tốn ngắn mạch: Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính tốn ngắn mạch nhằm xác định trị số dòng điện ngắn mạch lớn (INM max) qua đối tượng bảo vệ để cài đặt chỉnh định thơng số bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ (INM Min) để kiểm tra độ nhạy chúng Phương pháp thực hiện: Ta xét tất phương án ngắn mạch hệ thống điện  Chế độ làm việc: Công suất ngắn mạch lớn (SN max) công suất ngắn mạch bé (SN min)  Cấu hình lưới điện: đặc trưng số phần tử làm việc song song - Vị trí điểm ngắn mạch: Phía I: Vị trí điểm ngắn mạch N1 , N1' Phía II: Vị trí điểm ngắn mạch N , N '2 Phía III: Vị trí điểm ngắn mạch N , N 3' 220 kV BI1 N1' N1 HTÐ I N '2 BI4 B 110kV BI2 N 3' N2 B1 II BI3 B B2 N3 35kV III Thiếu nét vẽ đến MBA1 hình  Dạng ngắn mạch: - Để xác định dòng điện ngắn mạch cực đại (INM max) ta xét dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, ngắn mạch pha, ngắn mạch hai pha chạm đất GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV - Để xác định dòng điện ngắn mạch cực tiểu (INM min) ta xét dạng ngắn mạch hai pha, hai pha chạm đất ngắn mạch pha Từ ta có sơ đồ tính tốn sau: Sơ đồ 1: SN max (2 đường dây song song), MBA làm việc Sơ đồ 2: SN max(2 đường dây song song), MBA làm việc Sơ đồ 3: SN (2 đường dây song song), MBA làm việc Sơ đồ 4: SN (2 đường dây song song), MBA làm việc Giả thiết để tính tốn ngắn mạch 1) Tần số hệ thống khơng đổi Thực tế sau xảy ngắn mạch công suất máy phát thay đổi đột ngột, dẫn đến cân mô men quay, tốc độ quay bị thay đổi trình độ Tuy nhiên ngắn mạch tính tốn giai đoạn đầu nên biến thiên tốc độ chưa đáng kể Giả thiết tần số hệ thống không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời làm đơn giản đáng kể phép tính 2) Bỏ qua bão hòa từ Để đơn giản ta coi mạch từ thiết bị điện không bão hòa, điện cảm phần tử số mạch điện tuyến tính Thực tế cho thấy sai số mắc phải không nhiều 3) Bỏ qua phụ tải tính tốn ngắn mạch Khi bỏ qua phụ tải tính tốn ngắn mạch kết tính tốn cho ta trị số dòng ngắn mạch lớn hơn, chấp nhận để lựa chọn thiết bị 4) Bỏ qua lượng nhỏ thông số số phần tử Nói chung tốn thiết kế đòi hỏi độ xác khơng cao ta có thể: - Bỏ qua dung dẫn đường dây - Bỏ qua mạch không tải MBA - Bỏ qua điện trở MBA, đường dây 5) Hệ thống sức điện động pha nguồn đối xứng Khi ngắn mạch không đối xứng, phản ứng phần ứng pha lên từ trường quay khơng hồn tồn giống Tuy nhiên, từ trường giả thiết quay với tốc độ khơng đổi Khi sức điện động pha đối xứng Thực tế hệ số không đối xứng sức điện động không đáng kể [2] GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV Để cho việc tính tốn đơn giản ta dùng hệ đơn vị tương đối Chọn đơn vị - Công suất bản: chọn công suất danh định MBA Scb = Sdđ B = 100 MVA - Điện áp bản: chọn điện áp trung bình cấp Ucb = Utb cấp - Dòng điện bản: dòng điện tính tốn cho cấp điện áp tương ứng I I Phía I: cấp điện áp 220 kV có Ucb =U tb =230 kV I Icb = Scb 100 = =0,251 kA I U cb 230 II II Phía II: cấp điện áp 110 kV có Ucb =U tb =115 kV II Icb = Scb 100 = =0,502 kA II U cb 115 III =UIII Phía III: cấp điện áp 35 kV có Ucb tb =37,5 kV III Icb = Scb 100 = =1,540 kA II U cb 37,5 Tính thơng số phần tử hệ đơn vị tương đối - Hệ thống Áp dụng công thức: X H = Scb SN - Trong chế độ cực đại: SN max = 1700 MVA Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch: X1Hmax =X 2Hmax = Scb 100 =  0, 059 SNmax 1700 Điện kháng thứ tự không: X0H max = 1,3.X1H max = 1,3  0,059 = 0,077 Trong chế độ cực tiểu: SN = 0,8.SN max = 0,8  1700 = 1360 MVA Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch: GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV X1Hmin =X 2Hmin = Scb 100 =  0, 074 SNmin 1360 Điện kháng thứ tự không: X0H = 1,3.X1H = 1,3  0,074 = 0,096 - Đường dây X1D =X 2D =X1  L  Scb 100  0, 409  85   0, 066 I (Ucb ) 2302 X0D = 2.X1D = 0,066 =0,132 - Máy biến áp Điện áp ngắn mạch phần trăm cuộn dây MBA: UCN % = 1 C-H T-H   UC-T  11+31-19  = 11,5% N% + U N% - U N%  = 2 UTN % = 1 T-H C-H   UC-T  11  19  31  0,5%  N% + U N% - U N%   2 U HN % = T-H C-T   UC-H N% + U N% - U N%   12  31  19 11  19,5% Điện kháng cuộn dây: - Cuộn cao: UCN% Scb 11,5 100 XC      0,115 100 Sdd 100 100 - Cuộn trung: XT  UTN% Scb 100    0 100 Sdd 100 100 - Cuộn hạ: U HN% Scb 19,5 100 XH      0,195 100 Sdd 100 100 Tính tốn phương án ngắn mạch 2.1 Sơ đồ 1: SN max(2 đƣờng dây song song), MBA làm việc 2.1.1 Ngắn mạch phía I (điểm ngắn mạch N1, ) - Sơ đồ thay thứ tự thuận (thứ tự nghịch E = 0) GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV X2D E BI1 0,066 X1H max N1' 0,059 X1D N1 0,066 - Sơ đồ thay thứ tự không X0D 0,132 N1' BI1 XC 0,115 X0H max 0,077 XH 0,195 N1 X0D 0,132 U0N Ta có: Điện kháng thứ tự thuận thứ tự nghịch X1  X 2  X1Hmax  X1D 0, 066  0, 059   0, 092 2 Điện kháng thứ tự không X0H =X0Hmax + X0D 0,132 =0,077+  0,143 2 X  0,132    X0Σ =  X0Hmax + 0D  //  XC +X H  =  0,077+  //(0,115+0,195)=0,098     2.1.1.1 Ngắn mạch pha N(3) Dòng ngắn mạch từ hệ thống đến điểm ngắn mạch: I*(3) IN  E =  10,87 X1Σ 0,092 GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV Đổi sang hệ đơn vị có tên: *(3) I(3) IN  I IN  Icb1 =10,87  0, 251  2, 73 kA Phân bố dòng điện qua BI: - Khi ngắn mạch N1: IBI1  IBI2  IBI3  IBI4  - Khi ngắn mạch N1' : IBI1  2,73 kA Dòng qua BI lại: IBI2  IBI3  IBI4  2.1.1.2 Ngắn mạch pha chạm đất N(1,1) Điện kháng phụ: (lưu ý cỡ chữ chữ số nên giống nhau) XΔ = X 2 X 0Σ 0, 092.0, 098   0, 047 X 2 +X 0Σ 0, 092  0, 098 Các thành phần dòng điện: I1Σ = E = =7,194 X1Σ +X Δ 0,092+0,047 I2Σ =  I1Σ  I0Σ =  I1Σ  X0Σ 0, 098  7,194   3, 711 X 2Σ +X0Σ 0, 092  0, 098 X 2Σ 0, 092  7,194   3, 483 X 2Σ +X0Σ 0, 092  0, 098 Điện áp thứ tự không: U0N  I0Σ X0Σ  (3, 483).0, 098  0,341 Phân bố dòng điện thứ tự khơng phía hệ thống phía MBA: I0 H  I0B =  U 0N 0, 341   2, 385 X 0D 0,132 0, 077  X 0Hmax  2  U 0N 0,341   1,1 X C +X H 0,115  0,195 Phân bố dòng điện qua BI - Ngắn mạch N1: I IBI1  I0B Icb  (1,1).0, 251  0, 276 kA I IBI4  3.I0B ICb  3.(1,1).0, 251  0,828 kA GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ Rơle cho Trạm biến áp 220/110/35 kV Dòng điện qua BI lại khơng ' - Ngắn mạch N1 Dòng điện qua BI1: 3 I*BI1 = a I1Σ +a.I 2Σ +I 0H  (  j  )  7,194  (  j  )  ( 3, 711)  ( 2,385) 2 2  10,306  113, 603  I*BI1  10,306 I  10,306.0, 251  2,587 kA Đổi sang hệ đơn vị có tên: IBI1  I0B Icb Dòng điện qua BI4: IBI4  0,828 kA Dòng qua BI lại 2.1.1.3 Ngắn mạch pha N(1) Điện kháng phụ: XΔ =X2Σ +X0Σ =0,092  0,098  0,19 Các thành phần dòng điện điểm ngắn mạch: I1Σ =I2Σ  I0Σ = E =  3,546 X1Σ +XΔ 0,092+0,19 Điện áp thứ tự không: U0N  I0Σ  X0Σ  3,546.0, 098  0,348 Phân bố dòng thứ tự khơng: I0H = I0B =  U 0N 0, 348   2, 434 X 0D 0,132 0, 077  X 0Hmax  2  U0N 0,348   1,123 XC  X H 0,115  0,195 Phân bố dòng điện qua BI - Ngắn mạch N1: I IBI1 =I0B  Icb  1,123.0, 251  0, 282 kA I IBI4 =3.I0B Icb  3.1,123.0, 251  0,846 kA Dòng điện qua BI lại khơng - Ngắn mạch N1' - Dòng điện qua BI1: I1BI1  I1Σ  3,546 GVHD: T.S Vũ Thị Thu Nga SVTH: Trần Ngọc Trường 10 ...thuật, Hà Nội-2005, 393 trang http://www.selinc.com/ - http://www.selinc.com/SEL-387/ SEL-387 Overcurrent Differential and Overcurrent Relay, (20 trang) SEL-387-0, -5, -6, (556 trang) - https://www.selinc.com/SEL-451/ ...điện.Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội-2008, 423 trang GS.TS Lã Văn Út Ngắn mạch hệ thống điện.Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội2007, 222 trang Ngô Hồng Quang Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết ...trang) - https://www.selinc.com/SEL-451/ SEL-451 Protection, Automation, and Bay Control System (16 trang) SEL-451-5 Protection, Automation, and Bay Control System Catalogue SEL-387 SEL-451 GVHD: