Đồ án Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV

LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con người. Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ ...Những hư hỏng và chế độ không bình thường trong hệ thống điện gây hậu quả tai hại đối với kinh tế và xã hội. Chính vì thế nên việc hiểu biết về những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong hệ thống điện cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, cảnh báo và xử lý khắc phục chế độ không bình thường là mảng kiến thức quan trọng của kỹ sư ngành hệ thống điện. Vì lý do đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp :“Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110 kV ”. Đồ án gồm 5 chương: Chương 1 : Giới thiệu đối tượng được bảo vệ, các thông số chính. Chương 2 : Tính toán ngắn mạch phục vụ bảo vệ rơle. Chương 3 : Lựa chọn phương thức bảo vệ. Chương 4 : Giới thiệu tính năng và thông số của các loại rơle sử dụng. Chương 5 : Tính toán các thông số của rơle, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Trong thời gian qua, nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TH.s Nguyễn Xuân Tùng, em đã hoàn thành bản đồ án này. Tuy nhiên, với khả năng và trình độ còn hạn chế nên bản đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo. Sinh viên Phạm Minh Truyền Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH 1.1. ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ : Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110kV có cấp điện áp 115 / 38,5 / 23 kV có hai máy làm việc song song, công suất mỗi máy là 40 MVA và có tổ đấu dây Y0 / D / Y0. Trạm biến áp này được cung cấp điện từ hai hệ thống có công suất là: S1Nmax = 2500 MVA S2Nmax = 2000 MVA Các thông số chính: Thông số hệ thống HTĐ1: S1Nmax= 2500 MVA SNmin = 2100 MVA Xomax = 0,7 X1max MVA Xomin = 0,8 X1max HTĐ2: SNmax = 2000 MVA SNmin = 1600 MVA Xomax = 0,75 X1max X0min = 0,9 X1max 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 U (C - T = 10,5, C - H = 17, T - H = 6) Giới hạn điều chỉnh . Uđc = 9x1,78 % Thông số của đường dây: D1: L = 70 Km; AC – 240 Z = 0,12 + j 0,386 [W/km] Z = 2,5 Z [W/km] D2: L2 = 55 Km; AC – 185 Z = 0,156 + j 0,394 [W/km] Z = 2 Z [W/km] 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 máy cắt - Điện áp: UđmMCUmg - Dòng điện: IđmMCIlvcb - Ổn định nhiệt: IôđnBN - Ổn định lực điện động: ilđđixk - Điều kiện cắt: ICMC ³ I” * Phía 110 kV: - Ilvcb= Kqtsc.IđmB = 1,4.IđmB = 1,4. =1,4.= 0,281 kA = 281 A - ixk = .1,8.I’’ I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất khi ngắn mạch tại N’1 ( trường hợp Smax,ngắn mạch bảng 2.9 trang 22). I’’ = 4,45 kA ixk = .1,8.I’’ = .1,8.4,45 = 11,33 kA Với máy cắt có Iđm ³ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: BBY- 110 - 40/2000. Thông số: Uđm = 110 kV Iđm = 2000 A Icđm = 40 kA Ildd = 40 kA * Phía 35 kV: - Ilvcb= Kqtsc.IđmB = 1,4.IđmB = 1,4. = 1,4. - ixk = .1,8.I’’ I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N3 ( trường hợp Smax, ngắn mạch bảng 2.9 trang 22). I’’ = 3,95 kA ixk = .1,8.I’’ = .1,8.3,95 = 10,05 kA Với máy cắt có Iđm ³ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: BBY-35-40/3200. Thông số: Uđm = 35 kV Iđm = 3200 A Icđm = 40 kA Ildd = 40 kA * Phía 22 kV: Ilvcb= Kqtsc.IđmB = 1,4.IđmB = 1,4. = 1,4. ixk = .1,8.I’’ I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N2 ( trường hợp Smax, ngắn mạch ,bảng 2.9, trang 22). I’’ = 4,64 kA ixk = .1,8.I’’ = .1,8.4,46 = 11,81 kA Với máy cắt có Iđm ³ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt Chọn máy cắt điện: B GM-22-40/1200Y3. Thông số: Uđm = 22 kV Iđm = 1200 A Icđm = 40 kA Ildd = 25 kA 1.2.2 Chọn máy biến dòng điện: - Điện áp: UđmBIUmg - Dòng điện: IđmBIIlvcb - Phụ tải: ZđmBIZ2 - Ổn định nhiệt: (Iđm1BI.knđm).tnhđmBN - Ổn định lực điện động: .kđ. Iđm1BI ixk - Cấp chính xác: 5P Bảng 1.1 Kiểu BI TFH-110M TFH-35M TFH-22M Uđm,kV 110 35 22 Cấp chính xác 5 5 5 Bội số ổn định nhiệt,tnh 60/1 65/1 12/4 Tỷ số biến 300/1 1000/1 1500/1 1.2.3 Chọn máy biến điện áp: - Điện áp: UđmBUUmg - Cấp chính xác phù hợp với yêu cầu của dụng cụ đo - Công suất định mức: S2đmBUS2 Bảng 1.2 Kiểu BU HKF - 110 – 58 3HOM – 35 3HOЛ – 06 – 24Y3 Uđm, kV 110 35 24 Umax, kV 110 35 24 Tỷ số biến 11000/:100/:100 35000/:100/:100 24000/:100/:100 Tổ đấu dây Y0/Y0/Ð Y0/Y0/Ð Y0/Y0/Ð CS định mức, MVA 600 300 300 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 chập đất (hay chập dây trung tính). Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện 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 thống điện có công suất ngắn mạch cực đại và trạm có 1 máy biến áp làm việc. Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch và tính toán các thông số cài đặt 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 hệ thống điện có công suất ngắn mạch cực tiểu và trạm có 2 máy biến áp làm việc song song. Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ nhậy 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 ngắn mạch: + 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 ngắn mạch được thực hiện trong hệ đơn vị tương đối. 2.2. TÍNH TOÁN ĐIỆN KHÁNG CỦA HỆ THỐNG: 2.2.1 Sơ đồ các điểm ngắn mạch và sơ đồ thay thế. N2 22 kV BI1 N1’ BI3 BI4 BI5 BI1 BI3 BI4 BI5 N3’ N2’ 35 kV BI2 N3 110 kV N1 BI2 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và các điểm ngắn mạch x e hT2 e ht1 x ht1 x d1 x d2 x ht2 x c b b x t b x h b x c h b x t b 115 kV 38,5 kV 23 kV Hình 2.2 Sơ đồ thay thế 2.2.2 Chọn các đại lượng cơ bản. Chọn Scb =100 MVA Ucb= Utb các cấp (115, 38,5, 23 kV) Cấp điện áp 110 kV có Utb1= 115 kV kA Cấp điện áp 35 kV có Utb3= 38,5 kV kA Cấp điện áp 22 kV có Utb2= 23 kV kA 2.2.3. Điện kháng của hệ thống HTĐ 1: X1maxH1 = X2maxH1 === 0,04 X0maxH1 = 0,7 X1maxH1 = 0,7 x 0,04 = 0,028 X1minH1= X2minH1 == X0minH1= 0,8.X1minH1 = 0,8 x 0,04 = 0,03 HTĐ 2: X1maxH2 = X2maxH2 == X0maxH2 = 0,75 X1maxH2 = 0,75 x 0,05 = 0,04 X1minH2= X2minH2 == X0minH2= 0,9 X1minH2= 0,9 x 0,05 = 0,045 2.2.4.Điện kháng của máy biến áp UNC-T% = 10,5% ; UNC-H % = 17% ; UNT-H % = 6% Thấy < 0 nên coi bằng 0 Điện kháng các cuộn dây XT = 0 2.2.5. Điện kháng của đường dây : Đường dây D1: L1=70 km ; AC-240 Đường dây D2: L1=55 km ; AC-185 2.3. TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH Chế độ Smax. Trường hợp 1 máy biến áp làm việc. 2.3.1. Ngắn mạch phía 110 kV: * Điểm ngắn mạch N1: Bi1 x 1 0,11 e ht n 1 Bi1 EHT1 Đối tượng được bảo vệ e Ht2 x 1h1 0,04 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16 x 1h2 n 1 Hình 2.3 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch 0,04 0,32 b x t x c b 0,27 0 x 0h1 0,03 0,51 x 0d1 x 0d2 x 0h2 Bi1 n 1 n 1 u on1 Bi1 n 1 i 01 i 02 U0N1 x 0ht 0,21 x 0B 0,27 x 0S 0S i 0,12 Hình 2.4 Sơ đồ thay thế thứ tự không Hình 2.5 Sơ đồ phân tích dòng TTK Từ các sơ đồ thay thế trên ta tính được: Dòng điện ngắn mạch ba pha N(3) : Dòng điện pha chạy qua BI1 : I b) Dòng điện ngắn mạch một pha N(1) : Điện kháng phụ: XD(1) = X1å + X0å = 0,11 + 0,12 = 0,23 Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch Dòng điện thứ tự thuận Điện áp chỗ ngắn mạch Phân bố dòng điện trên các nhánh. Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1 : Trong hệ đơn vị có tên : kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 là : IBI4= 3.I0(BI1) = 30,65 = 1,95 kA Dòng điện ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) : Điện kháng thứ tự không tổng Xoå = 0,12 Điện kháng phụ Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch. Dòng điện thứ tự thuận Dòng điện thứ tự nghịch. Dòng điện thứ tự không: Điện áp chỗ ngắn mạch Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 : Vì I1BI1 = 0 = I2BI2 nên ta có Trong hệ đơn vị có tên : kA Dòng điện chạy qua BI4: IBI4 =3. I0(BI1) = 3 0,665 = 1,995 kA Bảng 2.3 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N1 N(3) 0 0 0 0 0 N(1) 2,78 0 0 1,95 0 N(1,1) 1,33 0 0 1,995 0 * Điểm ngắn mạch : Sơ đồ thay thế TTT,TTN, TTK ở điểm ngắn mạch . Bi1 x 1 0,11 e ht N’ 1 Bi1 e Ht1 e Ht2 x 1h1 0,04 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16 x 1h2 n 1 N1’ Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTT,TTN 0,04 0,32 x c b x 0h1 0,03 0,51 x 0d1 x 0d2 x 0h2 Bi1 b x t n 1 N1’ 0 0,27 Hình 2.7 Sơ đồ thay thế thứ tự không TTK. N' 1 u on1 Bi1 N' 1 i 01 i 02 u on1 x 0ht 0,21 x 0B 0,27 x 0S 0S i 0,12 Hình 2.8 Sơ đồ phân tích dòng TTK Từ các sơ đồ thay thế trên tính được: X0HT = 0,21 X= X0B = 0,27 X1S = X2S = 0,11 Ngắn mạch N(3) : Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện ngắn mạch pha sự cố chạy qua BI1 Trong hệ đơn vị có tên : kA Ngắn mạch N(1) : Dòng điện thành phần thứ tự chạy qua BI1 : Dòng điện pha chạy qua BI1 : Trong hệ đơn vị có tên: kA Dòng điện chạy qua BI4 : = = 1,95 kA Ngắn mạch N(1,1) : Dòng điện thành phần TTT : Dòng điện thành phần TTK : Dòng điện thành phần TTN : Dòng điện thành phần thứ tự thuận, nghịch, không chạy qua BI1 : Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 : = -2,643 – j 7,33 Độ lớn của dòng điện ngắn mạch là : Trong hệ đơn vị có tên : kA Dòng điện chạy qua BI4: = = 1,995 kA Bảng 2.4 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(3) 4,45 0 0 0 0 N(1) 3,76 0 0 1,95 0 N(1,1) 3,9 0 0 1,995 0 2.2.3. Ngắn mạch phía 35 kV: * Điểm ngắn mạch N2 : e ht e ht x 1h1 0,04 0,2 x 1d1 0,05 x 1d2 0,16 x 1h2 XT 0 N2 x c b 0,27 BI1 BI2 X1S 0,38 e ht n 2 BI2 Hình 2.9 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch Từ sơ đồ thay thế trên tính được: Vì cuộn trung của máy biến áp đấu (), do vậy ta không có sơ đồ thay thế TTK. Tính toán dòng điện ngắn mạch chạy qua BI1 và BI2 với dạng ngắn mạch Dòng điện 3 pha tại điểm ngắn mạch: Dòng điện pha chạy qua BI1 và BI2: Trong hệ đơn vị có tên: Trị số dòng điện chạy qua BI1 là dòng qu abảo vệ BI1 khi ngắn mạch tại thanh cái 35 kV được quy về cấp điện áp 110 kV . Trị số dòng điện chạy qua BI2 là: If(BI2) = IN2´ Icb2 = 2,63´ 1,5 = 3,54 kA Bảng 2.5 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N2 N(3) 1,315 3,54 0 0 0 * Điểm ngắn mạch N2’ : Sơ đồ thay thế TTT, TTN ở điểm ngắn mạch giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch N2 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI2 ở điểm ngắn mạch tương tự như ở điểm ngắn mạch N2. Điểm ngắn mạch N2’ ở trước BI2 nên không có dòng chạy qua BI2 BI2 EHT N2’ X1S Hình 2.10 Sơ đồ thay thế tại điểm N2’ Bảng 2.6 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(3) 1,315 0 0 0 0 2.3.3 Ngắn mạch phía 22 kV: * Điểm ngắn mạch N3: 0,16 b x H x h2 0,05 x d2 0,16 x d1 0,2 0,04 x h1 n 3 0,27 b x c BI1 BI3 EHT1 EHT2 BI3 EHT N3’ X1S 0,54 Hình 2.11 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, thứ tự nghịch x 0h2 0,04 x 0d2 0,32 x 0d1 0,51 0,03 x 0h1 0,16 b x H n 3 0,27 b x c BI1 BI3 XT 0 X0S m i 0,64 n 3 u On3 BI3 Hình 2.12 Sơ đồ thay thế thứ tự không: Từ sơ đồ thay thế trên tính được: Ngắn mạch N(3) : Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện ngắn mạch pha sự cố chạy qua BI1 và BI2: Trong hệ đơn vị có tên: IN1(3)(kA) = IN3(3). Icb1 = 1,850,5 = 0,93 kA IN2(3)(kA) = IN3(3). Icb3 = 1, 852,51 = 4,64 kA Ngắn mạch N(1) : Điện kháng phụ: XD(1) = X2å+ X0å = 0,54 + 0,64 = 1,18 Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch Dòng điện thứ tự thuận Điện áp tại chỗ ngắn mạch : Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 : I1(BI1) = I2(BI1) = Dòng điện pha chạy qua BI1 : Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI3 : I1(BI2)=I2(BI2)= I0(BI2)= Dòng điện pha chạy qua BI3 : Trong hệ đơn vị có tên : kA kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 là : IBI4=3.I0(BI1).Icb1 =30,770,5 = 1,155 kA Trị số dòng điện chạy qua BI5 là : IBI5=If(BI3) = 2,43 kA Dạng ngắn mạch N(1,1) : Điện kháng phụ: Dòng điện các thành phần tại điểm ngắn mạch: Dòng điện thứ tự thuận Dòng điện thứ tự nghịch Dòng điện thứ tự không: Điện áp tại chỗ ngắn mạch : Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 là: Dòng điện pha chạy qua BI1: = 0,46 – j 1,6 = 1,66 Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI3 là: Dòng điện pha chạy qua BI2: = = - 0,275 – j 1,6 = -1,8 Trong hệ đơn vị có tên : Trị số dòng điện chạy qua BI1 là : kA Trị số dòng điện chạy qua BI3 là : kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 là : IBI4 = 3.I0(BI1).Icb1 = 30,550,5 = 0,825 kA Trị số dòng điện chạy qua BI5 là : IBI5 = 3.I0(BI2).Icb2 = 30,552,51 = 4,14 kA Bảng 2.7 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N2 N(3) 0,93 0 4,64 0 0 N(1) 0,97 0 2,43 1,155 2,43 N(1,1) 0,83 0 4,52 0,825 4,14 * Điểm ngắn mạch : Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN,TTK ở điểm ngắn mạch giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch N2 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI3 ở điểm ngắn mạch tương tự như ở điểm ngắn mạch N3. Bảng 2.8 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N’3 N(3) 0,93 0 0 0 0 N(1) 0,97 0 0 1,155 2,43 N(1,1) 0,83 0 0 0,825 4,14 BẢNG TỔNG KẾT DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH QUA CÁC BI : ( chế độ max ) Bảng 2.9 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N1 N(3) 0 0 0 0 0 N(1) 0,65 0 0 1,95 0 N(1,1) 0,665 0 0 1,995 0 N1' N(3) 4,45 0 0 0 0 N(1) 3,76 0 0 1,95 0 N(1,1) 3,9 0 0 1,995 0 N2 N(3) 1,315 3,95 0 0 0 N2' N(3) 1,315 0 0 0 0 N3 N(3) 0,93 0 4,64 0 0 N(1) 0,97 0 2,43 1,155 2,43 N(1,1) 0,83 0 4,52 0,825 4,14 N’3 N(3) 0,93 0 0 0 0 N(1) 0,97 0 0 1,155 2,43 N(1,1) 0,83 0 0 0,825 4,14 2.4. TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH : Chế độ Smin. 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). N2 22 kV BI1 N1’ BI3 BI4 BI5 BI1 BI3 BI4 BI5 N3’ N2’ 35 kV BI2 N3 110 kV N1 BI2 HT1 D1 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý còn 1 HT cung cấp. 2.4.1 Ngắn mạch phía 110 kV: * Điểm ngắn mạch N1 : x 1h1 0,04 x 1d1 0,2 x 1S 0,24 bi 1 n 1 e ht e ht n 1 bi 1 Hình 2.14 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch X0S 0,135 x 0B 0,54 x 0ht n 1 0,108 n 1 Hình 2.15 Sơ đồ thay thế thứ tự không Từ sơ đồ thay thế trên tính được: X0HT = X0B = X= Ngắn mạch N(2) : Điện kháng phụ : XD(2) = X2S = 0,24 Dòng điện thành phần tại chỗ ngắn mạch IN1(2) = Dòng điện pha chạy qua BI1 : I Ngắn mạch N(1) : Điện kháng phụ: XD(1) = X2S + X0S = 0,24 + 0,108 = 0,348 Dòng điện thành phần tại chỗ ngắn mạch. TTT, TTN, TTK I Điện áp tại chỗ ngắn mạch : Dòng điện thành phần TTT, TTN qua BI1 Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1 : 0,135 x 0B 0,54 x 0ht u on1 n 1 i 0H i 0B Hình 2.16 Sơ đồ phân tích dòng TTK Dòng TTK do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch là: Dòng TTK từ MBA tới điểm ngắn mạch là: Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1 Dòng pha chạy qua BI1 = 0 + 0 + = Trong hệ đơn vị có tên : kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 là : IBI4= 3.I0(BI1) = 30,338 = 1,014 kA c) Dạng ngắn mạch N(1,1) : Điện kháng phụ: Dòng điện thành phần TTT : Dòng điện thành phần TTN Dòng điện thành phần TTK : Điện áp tại chỗ ngắn mạch : Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1 : 0,135 x 0B 0,54 x 0ht u on1 n 1 i 0H i 0B Hình 2.17 Sơ đồ phân tích dòng TTK Dòng TTK do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch là: Dòng TTK từ MBA tới điểm ngắn mạch là: Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI1 Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 : = 0 + 0 + 0,87 = 0,87 Trong hệ đơn vị có tên : Trị số dòng điện chạy qua BI1 : kA Dòng điện chạy qua BI4: IBI4 =3. I0(BI1) = 3 0,435 = 1,305 kA Bảng 2.10 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N1 N(2) 0 0 0 0 0 N(1) 0,338 0 0 1,014 0 N(1,1) 0,435 0 0 1,305 0 * Điểm ngắn mạch : x 1h1 0,04 x 1d1 0,2 x 1S 0,24 Bi1 N1’ e ht e ht N1’ Bi1 Sơ đồ thay thế TTT,TTN ở điểm ngắn mạch giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch N1 . Hình 2.18 Sơ đồ thay thế TTT,TTN c b 0,27 0,51 x 0d1 0,03 x 0h1 b x T 0 N1’ BI1 Bi1 0,27 b x c 0 XB T x Hình 2.19 Sơ đồ thay thế TTK: Từ sơ đồ thay thế trên tính được: X0HT = = 0,18 X0B = X= = 0,108 a) Ngắn mạch N(2) : Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện ngắn mạch do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch Trong hệ đơn vị có tên : kA IBI2 = IBI3 = IBI4 = IBI5 = 0 Ngắn mạch N(1) : Dòng điện thành phần TTT, TTN chạy qua BI1 : Dòng điện thành phần TTK qua điện kháng hệ thống : 0,135 x 0B 0,54 x 0ht u on1 n 1 i 0H i Hình 2.20 Sơ đồ phân tích dòng TTK Dòng điện pha chạy qua BI1 : = 1,7 + 1,7 + 1,016 = 4,416 Trong hệ đơn vị có tên: Trị số dòng điện chạy qua BI1 là kA kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 : = = 1,014kA Dạng ngắn mạch N(1,1) : Dòng điện thành phần TTT : Dòng điện thành phần TTN : Dòng điện thành phần TTK qua điện kháng hệ thống : - Dòng điện thành phần thứ tự chạy qua BI1 : Dòng điện pha sự cố chạy qua BI1 : = = - 2,7 – j 4,133 = - 4,94 Trong hệ đơn vị có tên : Trị số dòng điện qua BI1 là : kA kA Trị số dòng điện chạy qua BI4: = = 2,61 kA Bảng 2.11 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(2) 1,804 0 0 0 0 N(1) 2,208 0 0 1,014 0 N(1,1) 2,47 0 0 2,61 0 2.4.2 Ngắn mạch phía 35 kV * Điểm ngắn mạch N2 : e ht 0,375 x 1S I1 n 2 Bi2 b x Bi1 x 1h1 0,04 x 1d1 0,2 0,27 c n 2 Bi2 e ht x c b 0,27 Bi1 Bi2 b x 0 b x 0 Hình 2.21 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch Từ sơ đồ thay thế trên tính được: Vì cuộn trung của máy biến áp đấu (), do vậy ta không có sơ đồ thay thế TTK. Tính toán dòng điện ngắn mạch chạy qua BI1 và BI2 với dạng ngắn mạch Dòng điện pha tại điểm ngắn mạch: Dòng điện pha chạy qua BI1 và BI2: Trong hệ đơn vị có tên: Trị số dòng điện chạy qua BI1 là : kA Trị số dòng điện qua BI2 là : kA Bảng 2.12 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N2 N(2) 0,577 1,731 0 0 0 * Điểm ngắn mạch N2’: Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN ở điểm ngắn mạch giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch N2 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI2 ở điểm ngắn mạch tương tự như ở điểm ngắn mạch N2, chỉ khác là dòng điện qua BI2 đổi chiều Bảng 2.13 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(2) 0,577 1,731 0 0 0 2.4.3 Ngắn mạch phía 22 kV : x b x b Bi3 Bi1 0,16 b x H e ht Bi3 n 3 H 0,16 0,2 x 1d1 0,04 x 1h1 Bi1 c 0,27 0,27 b x c * Điểm ngắn mạch N3 : x 1 e ht 0,455 1S i n 3 Hình 2.22 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch x b x x 0h2 0,03 x 0d2 0,51 0,27 b c Bi3 n 3 Bi3 Bi3 x c b 0,16 H x H b XTB 0 U0N3 Bi3 I0 x 0S 0,08 u On3 Bi3 n 3 Hình 2.23 Sơ đồ thay thế thứ tự không Từ sơ đồ thay thế trên tính được Vì XT = 0 nên a) Ngắn mạch N(2) : Dòng điện tại điểm ngắn Dòng điện pha chạy qua BI1 và BI3: Trong hệ đơn vị có tên : Trị số dòng điện chạy qua BI1 là : kA Trị số dòng điện qua BI3 là : kA b/ Ngắn mạch N(1) : Dòng điện thành phần thứ tự tại điểm ngắn mạch: I Điện áp tại chỗ ngắn mạch : Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 : I1(BI1) = I1(BI3) = I2(BI1) = I2BI3 = XC 2 n 3 I0 U0N3 Bi3 XT 2 XH 2 X0HT Bi1 Phân bố dòng điện I0S Hình 2.24 Phân bố dòng TTK Dòng qua BI3 : Dòng qua BI1 : vì XT = 0 Dòng điện pha chạy qua BI1 : Dòng điện pha chạy qua BI3 : Trong hệ đơn vị có tên : Trị số dòng điện qua BI1 là : kA Trị số dòng điện qua BI3 là : kA Trị số dòng điện chạy qua BI4 , BI2 là : IBI4 = IBI2 = 0 Trị số dòng điện chạy qua BI5 là : IBI5 = IBI3 = 3,78 kA Dạng ngắn mạch N(1,1) : - Điện kháng phụ: - Dòng điện các thành phần tại điểm ngắn mạch: - Điện áp tại chỗ ngắn mạch : - Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI1 là: - Dòng điện pha chạy qua BI1: = = - 0,406 – j 0,95 = -1,033 - Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI3 là: - Dòng điện pha chạy qua BI3: = = - 1,2- j 0,95 = 1,55 Trong hệ đơn vị có tên : - Trị số dòng điện chạy qua BI1 là : kA - Trị số dòng điện chạy qua BI3 là : 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 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N3 N(2) 0,47 0 2,38 0 0 N(1) 0,505 0 3,78 0 3,78 N(1,1) 0,517 0 3,875 0 6,1 * Điểm ngắn mạch : Vì sơ đồ thay thế TTT,TTN,TTK ở điểm ngắn mạch giống sơ đồ thay thế ở điểm ngắn mạch N3 nên cách tính toán các dòng điện qua BI1 và BI3 ở điểm ngắn mạch tương tự như ở điểm ngắn mạch N3, chỉ khác là dòng điện qua BI3 đổi chiều Bảng 2.15 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N(2) 0,47 0 2,38 0 0 N(1) 0,505 0 3,78 0 3,78 N(1,1) 0,517 0 3,875 0 6,1 BẢNG TỔNG HỢP DÒNG DIỆN NGẮN MẠCH QUA CÁC BI: (chế độ min) Bảng 2.16 Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua chỗ đặt BI (kA) BI1 BI2 BI3 BI4 BI5 N1 N(2) 0 0 0 0 0 N(1) 0,338 0 0 1,014 0 N(1,1) 0,435 0 0 1,305 0 N1' N(2) 1,804 0 0 0 0 N(1) 2,206 0 0 2,03 0 N(1,1) 2,44 0 0 2,61 0 N2 N(2) 0,577 1,731 0 0 0 N2' N(2) 0,577 1,731 0 0 0 N3 N(2) 0,47 0 2,38 0 0 N(1) 0,505 0 3,78 0 3,78 N(1,1) 0,517 0 3,875 0 6,1 N3' N(2) 0,47 0 2,38 0 0 N(1) 0,505 0 3,78 0 3,78 N(1,1) 0,517 0 3,875 0 6,1 Chương 3 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ 3.1. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BA CUỘN DÂY. 1. 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: hư hỏng bên trong và hư hỏng bên ngoài. * Sự cố bên trong máy biến áp có các trường hợp sau: Các vòng dây trong cùng một pha trạm chập với nhau. Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất. Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp. Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu. * Sự cố bên ngoài máy biến áp có các trường hợp sau: Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống. Ngắn mạch một pha trong hệ thống. Quá tải. Quá bão hoà mạch từ. 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 tăng quá mức cho phép trong một thời gian dài sẽ làm lão hóa cách điện dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp 2. Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ : 1- Tác động nhanh: Hệ thống bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt nhằm loại trừ sự cố một cánh nhanh nhất, giảm được mức đọ hư hỏng của thiết bị. 2- Chọn lọc: Các bảo vệ cần phảI phát hiện và loại trừ đúng phần thiết bị sự cố ra khỏi hệ thống . 3- Độ nhậy: Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số có độ nhạy không thấp hơn 1,5. Các bảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không thấp hơn 1,2. 4- Độ tin cậy: Khẩ năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo 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 phương thức bảo vệ cho thích hợp. Những loại bảo vệ thường được dùng để chống lại sự cố và chế độ làm việc không bình thường của máy biến áp. Trạm biến áp cần bảo vệ là trạ