BÀI TẬP LỚN BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ BÀI TẬP LỚN BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN SVTH: TRẦN SĨ NGUYÊN MSV:4151170048 Lớp: KTĐ-ĐT K41A Số thứ tự: GVHD: TS Ngô Minh Khoa Đ ề bài: Cho sơ đồ lưới điện 220 kV hình vẽ sau Cơng suất ngắn mạch A hệ thống Sk.HT = 2140 MVA; hệ số tin cậy ktc = 1,2; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,5; khoảng cách trung bình dây dẫn a = m Tốc đô ̣ gió lớn mơi trường xung quanh v = 25 m/s, thời gian tác đô ̣ng bảo vệ nhanh t1 = 0,04 s, phân cấp thời gian bảo vệ Δt = 0,5s B 220 kV HT A BV1 LAB Sk.HT BV2 LBC BV3 LBD BV4 LBE C B1 110 kV D B2 110 kV E B3 110 kV Số liệu đoạn dây máy biến áp cho bảng sau: Đoạn dây AB BC L (km) 70 80 Dây dẫn ACY.450 ACY.240 ACY.240 ACY.300 r0 (Ω/km) 0,06 0,12 0,12 0,1 x0 (Ω/km) 0,42 0,424 0,424 0,43 Máy biến áp BD BE 90 100 TДГ.40000/220 TДГ.60000/220 TДГ.70000/220 Hãy tính tốn bảo vệ rơle đặt tại vị trí BV1, BV2, BV3, BV4 sơ đồ lưới điện theo u cầu: Tính tốn dịng điện làm việc cực đại qua bảo vệ ? 2 Tính tốn dịng điện ngắn mạch pha tại B, C, D E ? Tính tốn bảo vệ dịng điện cực đại bảo vệ ? Tính tốn bảo vệ cắt nhanh bảo vệ ? Tính tốn bảo vệ khoảng cách bảo vệ ? Tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp 220/110 kV ? Sử dụng phần mềm Etap 16.0 thiết lập sơ đồ hệ thống điện mô chức bảo vệ ? BÀI LÀM: 1.Tính tốn dịng điện làm việc cực đại qua bảo vệ:  Dòng làm việc cực đại qua bảo vệ 2: I BV  S B1 40000   104,97 A 3.U 220  Dòng làm việc cực đại qua bảo vệ 3: I BV  SB 60000   157, 46 A 3.U 220  Dòng làm việc cực đại qua bảo vệ 4: I BV  SB3 3.U  70000  183, 70 A 220  Dòng làm việc cực đại qua bảo vệ : I BV  I BV  I BV  I BV  104,97  157, 46  183, 70  446,13 A 2.Tính tốn dịng ngắn mạch pha B,C,D E:  Xác định điện trở đoạn đường dây AB: RAB  lo ro AB  70.0, 06  4, 2 X AB  lo xo AB  70.0, 42  29, 4 2 Z AB  RAB  X AB  4, 2  29,  29, 69  Xác định điện trở đoạn đường dây BC: RBC  lo ro AB  80.0,12  9.6 X BC  lo xo AB  0, 424.80  33, 92 2 Z BC  RBC  X BC  9, 62  33, 922  35, 25  Xác định điện trở đoạn đường dây BD: RBD  lo ro BD  0,12.90  10,8 X BD  lo xo BD  0, 424.90  38,16 2 Z BD  RBD  X BD  10,82  38,162  39, 65  Xác định điện trở đoạn đường dây BE: RBE  lo ro BE  0,1.100  10 X BE  lo xo BE  0, 43.100  43 2 Z BE  RBE  X BE  102  432  44,14  Tổng trở hệ thống: X HT  U2 2202   22, 62 S k HT 2140  Tổng trở ngắn mạch tính đến B: Z kB  RAB  ( X HT  X AB )2  4, 2  (22, 62  29, 4)  52,19  Dòng ngắn mạch pha điểm B: I k(3) B  U  3Z kB 220  2, 433kA  2433 A 3.52,19  Tổng trở ngắn mạch tính đến C: Z kC  ( RAB  RBC )  ( X HT  X AB  X BC )  (4,  9, 6)  (22, 62  29,  33, 92)  87, 04  Dòng ngắn mạch pha điểm C: I k(3) C  U  3Z kC 220  1, 459kA  1459 A 3.87, 04  Tổng trở ngắn mạch tính đến D: Z kD  ( RAB  RBD )  ( X HT  X AB  X BD )2  (4,  10, 8)  (22, 62  29,  38,16)  91, 41  Dòng ngắn mạch pha điểm D: I k(3) D  U  3Z kD 220  1, 389kA  1389 A 3.91, 41  Tổng trở ngắn mạch tính đến E: Z kE  ( RAB  RBE )  ( X HT  X AB  X BE )  (4,  10)2  (22, 62  29,  43)  96, 07  Dòng ngắn mạch pha điểm E: I k(3) E  U  3Z kE 220  1, 322kA  1322 A 3.96, 07 3.Tính tốn bảo vệ dịng điện cực đại bảo vệ:  Đối với BV1: Chọn máy biến dòng có : Ta có : ni1  I IBI  450 A , I n  A 450  90 Dòng khởi động rơle BV1: I kdR1  ktc 1, ksd kmm I lvM  1.1,5.446,13  9,1A ktv ni 0,98.90 Chọn dòng đặt rơle: I dR1  9, A I kdBV  Dòng khởi động thực tế bảo vệ: I dR1.ni 9, 2.90   828 A k sd I k I k(2) 0,87 I k(3) 0,87.2433 knh      2, 55  1, I I I 828 kdBV kdBV kdBV Độ nhạy BV: Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.2433  121, 65  I IBI  450 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV2: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni1  I IBI  150 A , I n  A 150  30 Dòng khởi động rơle BV2: I kdR2  ktc 1, ksd kmm I lvM  1.1,5.104,97  6, 42 A ktv ni 0,98.30 Chọn dòng đặt rơle: I dR1  6,5 A I kdBV  Dòng khởi động thực tế bảo vệ: Độ nhạy BV: knh  I dR1.ni 6,5.30   195 A k sd I k I (2) 0,87 I k(3) 0,87.1459  k    6, 50  1, I kdBV I kdBV I kdBV 195 Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1459  72, 95  I IBI  150 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV3: Chọn máy biến dịng có : I IBI  200 A , I n  A Ta có : ni  200  40 Dòng khởi động rơle BV3: I kdR3  ktc 1, ksd kmm I lvM  1.1,5.157, 46  7, 23 A ktv ni 0,98.40 Chọn dòng đặt rơle: I dR  7,3 A I kdBV  Dòng khởi động thực tế bảo vệ: Độ nhạy BV: knh  I dR ni 7,3.40   292 A k sd I k I (2) 0,87 I k(3) 0,87.1389  k    4,13  1, I kdBV I kdBV I kdBV 292 Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1389  69, 45  I IBI  200 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV4: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni  I IBI  200 A , I n  A 200  40 Dòng khởi động rơle BV4: I kdR4  ktc 1, k sd k mm I lvM  1.1,5.183, 70  8, 43 A ktv ni 0,98.40 Chọn dòng đặt rơle: I dR1  8,5 A I kdBV  Dòng khởi động thực tế bảo vệ: I dR ni 8,5.40   340 A ksd I k I k(2) 0,87 I k(3) 0,87.1322 knh      3, 38  1, I I I 340 kdBV kdBV kdBV Độ nhạy BV: Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1322  66,1  I IBI  200 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt 4.Tính tốn bảo vệ cắt nhanh cho bảo vệ:  Đối với BV1: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni1  I IBI  450 A I n  A , 450  90 Dòng khởi động rơle cắt nhanh BV1: I kdCNR1  ktc 1, k sd I k(3)  1.2433  32, 44 A ni 90 Chọn dòng đặt rơle: I dRCN  32, A I kdBVCN  Dòng khởi động thực tế bảo vệ cắt nhanh : knh  Độ nhạy BV: I dRCN ni 32, 4.90   2916 A k sd I k I (2) 0,87 I k(3) 0,87.2433  k    0, 72 I kdBV I kdBV I kdBVCN 2916 Để đạt độ nhạy cần thiết BVCN tác động với dòng ngắn mạch I k  I kdCN  2.2916  5832 A Tỷ lệ vùng cắt nhanh 100 E 100 220.103 m%  (  X ht )  (  22, 62)  70, 52%  30% Zd 29, 69 3.2916 I kdCN Như bảo vệ đảm bảo yêu cầu Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.2433  121, 65  I IBI  450 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV2: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni  I IBI  150 A , I n  A 150  30 Dòng khởi động rơle cắt nhanh BV2: I kdCNR2  ktc 1, k sd I k(3)  1.1459  58, 36 A ni 30 Chọn dòng đặt rơle: I dRCN  58, A I kdBVCN  Dòng khởi động thực tế bảo vệ cắt nhanh : I dRCN ni 58, 3.30   1749 A k sd I k I k(2) 0,87 I k(3) 0,87.1459 knh      0, 72 I I I 1749 kdBV kdBV kdBVCN Độ nhạy BV: Để đạt độ nhạy cần thiết BVCN tác động với dòng ngắn mạch I k  I kdCN  2.1749  3498 A Tỷ lệ vùng cắt nhanh m%  100 E 100 220.103 (  ( X ht  X AB ))  (  (22, 62  29, 4))  58, 44%  30% Zd 35, 25 3.1749 I kdCN Như bảo vệ đảm bảo yêu cầu Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1459  72, 95  I IBI  150 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV3: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni  I IBI  200 A , I n  A 200  40 Dòng khởi động rơle cắt nhanh BV3: I kdCNR3  ktc 1, k sd I k(3)  1.1389  41, 67 A ni 40 Chọn dòng đặt rơle: I dRCN  41, A I kdBVCN  Dòng khởi động thực tế bảo vệ cắt nhanh : I dRCN ni 41, 7.40   1668 A k sd I k I k(2) 0,87 I k(3) 0,87.1389 knh      0, 72 I I I 1668 kdBV kdBV kdBVCN Độ nhạy BV: Để đạt độ nhạy cần thiết BVCN tác động với dòng ngắn mạch I k  I kdCN  2.1668  3336 A Tỷ lệ vùng cắt nhanh m%  100 E 100 220.103 (  ( X ht  X AB ))  (  (22, 62  29, 4))  60,85%  30% Zd 39, 65 3.1668 I kdCN Như bảo vệ đảm bảo yêu cầu Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1389  69, 45  I IBI  200 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt  Đối với BV4: Chọn máy biến dịng có : Ta có : ni  I IBI  200 A , I n  A 200  40 Dòng khởi động rơle cắt nhanh BV4: I kdCNR3  ktc 1, k sd I k(3)  1.1322  39, 66 A ni 40 Chọn dòng đặt rơle: I dRCN  39, A I kdBVCN  Dòng khởi động thực tế bảo vệ cắt nhanh : I dRCN ni 39, 7.40   1588 A k sd I k I k(2) 0,87 I k(3) 0,87.1322 knh      0, 72 I I I 1588 kdBV kdBV kdBVCN Độ nhạy BV: Để đạt độ nhạy cần thiết BVCN tác động với dòng ngắn mạch 10 I k  I kdCN  2.1588  3176 A Tỷ lệ vùng cắt nhanh m%  100 E 100 220.103 (  ( X ht  X AB ))  (  (22, 62  29, 4))  63, 35%  30% Zd 44,14 3.1588 I kdCN Như bảo vệ đảm bảo yêu cầu Kiểm tra máy biến dòng theo điều kiện làm việc cuộn cắt I cc  0, 05 I k(3)  0, 05.1322  66,1  I IBI  200 A Như máy biến dòng chọn đảm bảo yêu cầu làm việc tin cậy cho cuộn cắt 5.Tính tốn bảo vệ khoảng cách bảo vệ: Từ kết tính tên ta có:  Đối với BV1  nu1  220.103  2200 100  Vùng I BA1 Điện trở độ đường dây AB RqdAB  28700( a  v.tk ) 28700(7  25.0, 04)   4,17 I k1,4 B 24331,4 Tổng trở khởi động vùng I BVI có xét đến điện trở độ I Z BVI  k I ( Z AB  0, 5.RqdAB )  0,8.(29, 69  0, 5.4, 2)  25, 432 Tổng trở khởi động rơle I Z RI I  Z BVI ni 90  25, 432  1, 0404 nu1 2200 I Ta chọn tổng trở đặt rơle Z dBVI  1 Tổng trở khởi động thực tế BV khoảng cách vùng I I I Z kdBVI  Z dBVI nu1 2200   24, 44 ni 90 Độ nhạy BV khoảng cách vùng I knh  Z AB 29, 69   1, 21 I Z kdBVI 24, 44  Vùng II BA1 11 Trong số đoạn dây phía sau đoạn AB đoạn BC,BD,BE đoạn BD có gí trị tổng trở nhỏ tổng trở khởi động vùng II BVI là: II Z BV  k2 ( Z AB  k1 ( Z BD  0, 5.RqdBD ))  0,8.(29, 69  0,8.(39, 65  0, 5.10,8))  52, 584 RqdBD  28700( a  v.tk ) 28700(7  25.0, 04)   9,14 I k1,4 D 13891,4 Tổng trở khởi động rơle II Z RII I  Z BVII ni 90  52, 584  2,15 nu1 2200 II Ta chọn tổng trở đặt rơle Z dBVI  2,1 Tổng trở khởi động thực tế BV khoảng cách vùng II II II Z kdBVI  Z dBVI nu1 2200  2,1  51, 33 ni 90 Thời gian tác động BV vùng II t2  t1 t  0, 04  0,5  0,54s  Đối với BV2  nu  220.103  2200 100  Vùng I BA2 Điện trở độ đường dây BC RqdBC  28700( a  v.tk ) 28700(7  25.0, 04)   8, 53 I k1,4.C 14591,4 Tổng trở khởi động vùng I BV2 có xét đến điện trở độ I Z BV  k I ( Z BC  0, RqdBC )  0,8.(35, 25  0, 5.8, 53)  31, 612 Tổng trở khởi động rơle I Z RI  Z BV ni 30  31, 612  0, 431 nu 2200 I Ta chọn tổng trở đặt rơle Z dBV  0, 4 Tổng trở khởi động thực tế BV khoảng cách vùng I I I Z kdBV  Z dBV nu 2200  0,  29,33 ni 30 12 Độ nhạy BV khoảng cách vùng I knh  Z BC 35, 25   1, 201 I Z kdBV 29, 33 Thời gian tác động BV vùng II t2  t1 t  0, 04  0,5  0,54s  Đối với BV3  nu  220.103  2200 100  Vùng I BA3 Điện trở độ đường dây BD RqdBD  28700( a  v.tk ) 28700(7  25.0, 04)   9,14 I k1,4 D 13891,4 Tổng trở khởi động vùng I BV3 có xét đến điện trở độ I Z BV  k I ( Z BD  0, RqdBD )  0,8.(39, 65  0, 5.9,14)  35, 376 Tổng trở khởi động rơle I Z RI  Z BV ni 40  35, 376  0, 64 nu 2200 I Ta chọn tổng trở đặt rơle Z dBV  0, 6 Tổng trở khởi động thực tế BV khoảng cách vùng I I I Z kdBV  Z dBV nu 2200  0,  33 ni 40 Độ nhạy BV khoảng cách vùng I knh  Z BD 39, 65   1, 201 I Z kdBV 33 Thời gian tác động BV vùng II t2  t1 t  0, 04  0,5  0,54s  Đối với BV4 220.103 nu   2200 100   Vùng I BA4 Điện trở độ đường dây BE 13 RqdBE  28700( a  v.tk ) 28700(7  25.0, 04)   9,8 I k1,4 E 13221,4 Tổng trở khởi động vùng I BV4 có xét đến điện trở độ I Z BV  k I ( Z BE  0, RqdBE )  0,8.(44,14  0, 5.9,8)  39, 232 Tổng trở khởi động rơle I Z RI  Z BV ni 40  39, 232  0, 71 nu 2200 I Ta chọn tổng trở đặt rơle Z dBV  0, 7 Tổng trở khởi động thực tế BV khoảng cách vùng I I I Z kdBV  Z dBV nu 2200  0,  38, 5 ni 40 Độ nhạy BV khoảng cách vùng I knh  Z BE 44,14   1,14 I Z kdBV 38, Thời gian tác động BV vùng II t2  t1 t  0, 04  0,5  0,54s 6.Tính tốn bảo vệ so lệch máy biến áp 220/110 kV:  Đối với BV2: Dòng điện định mức hai phía MBA B1 Chọn I n1  Sn 40000   104,97 A 3.U n1 3.220 In2  Sn 40000   209,94 A 3.U n 3.110 ni1  250 200  40 ni   50 5 ; Giá trị dòng điện thứ cấp hai phía máy biến áp thực tế I2I  I k I n1.ksd 104,97 209,94.1   4,55 A I II  n sd   4, 20 A ni1 40 n 50 i ; Sai số chênh lệch dịng điện phía thứ cấp: s2 i  I I  I II 4,55  4, 20   0, 08 I 21 4,55 14 Xác định dịng điện khơng cân bằng: I kcbMax  (ka kcl si U dc  s2i ) I kMaxng  (1.1.0,1  0,1  0, 08).1531  428, 68 A Dòng điện khởi động BV: I kd  ktc I kcbMax  1, 2.428, 68  514, 42 A Dòng điện khởi động rơle: I kdR  I kd k sd 514, 42.1   12,86 A ni1 40 Chọn dòng đặt rơle I dR  12,9 A Dòng khởi động thực tế BV so lệch I kdSL  I dR ni1 12,9.40   516 A ksd Độ nhạy BV knh  I k 0,87 I k(3) 0,87.1459    2, 45  I kdSL I kdSL 516 Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết  Đối với BV3: Dòng điện định mức hai phía MBA B2 Chọn I n1  Sn 60000   157, 45 A 3.U n1 3.220 In2  Sn 60000   314,92 A 3.U n 3.110 ni1  400 350  70 ni   80 5 ; Giá trị dịng điện thứ cấp hai phía máy biến áp thực tế I2I  I k I n1.ksd 157, 45 314,92.1   3,89 A I II  n sd   3,94 A ni1 70 n 80 i2 ; Sai số chênh lệch dịng điện phía thứ cấp: s2 i  I I  I II 3,89  3,94   0, 01 I 21 3,89 Xác định dòng điện không cân bằng: I kcbMax  (ka kcl si U dc  s2i ) I kMaxng  (1.1.0,1  0,1  0, 01).1819  381,99 A 15 Dòng điện khởi động BV: I kd  ktc I kcbMax  1, 2.381,99  458,39 A Dòng điện khởi động rơle: I kdR  I kd ksd 458,39.1   6,55 A ni1 70 Chọn dòng đặt rơle I dR  6, A Dòng khởi động thực tế BV so lệch I kdSL  I dR ni1 6, 6.70   462 A ksd Độ nhạy BV knh  I k 0,87 I k(3) 0,87.1389    2, 61  I kdSL I kdSL 462 Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết  Đối với BV4: Dòng điện định mức hai phía MBA B3 Chọn I n1  Sn 70000   183, 70 A 3.U n1 3.220 In2  Sn 70000   376, 40 A 3.U n 3.110 ni1  400 350  70 ni   80 5 ; Giá trị dòng điện thứ cấp hai phía máy biến áp thực tế I2I  I k I n1.k sd 183, 70 376, 40.1   4,55 A I II  n sd   4, 71A ni1 70 n 80 i ; Sai số chênh lệch dịng điện phía thứ cấp: s2 i  I I  I II 4,55  4, 71   0, 04 I 21 4,55 Xác định dịng điện khơng cân bằng: I kcbMax  (ka kcl si U dc  s2i ) I kMaxng  (1.1.0,1  0,1  0, 04).1707  409, 68 A Dòng điện khởi động BV: I kd  ktc I kcbMax  1, 2.409, 68  491, 62 A Dòng điện khởi động rơle: I kdR  I kd ksd 491, 62.1   7, 02 A ni1 70 16 Chọn dòng đặt rơle I dR  7,1A Dòng khởi động thực tế BV so lệch I kdSL  I dR ni1 7,1.70   497 A ksd Độ nhạy BV knh  I k 0,87 I k(3) 0,87.1322    2, 31  I kdSL I kdSL 497 Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy cần thiết 17 18 19