Đồ án Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV

Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp 3 Chương 2: Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơle 8 Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch 9 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản 9 Đ2.3. Điện kháng các phân tử 9 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ 11 Đ2.5. Tính dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ 19 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện 29 Chương 3: Lựa chọn phương thức bảo vệ 33 3.1. Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp. 33 3.2. Các tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp. 33 3.3. Yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ 33 3.4. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp 34 Chương 4: Giới thiệu tính năng và thông số các rơle được sử dụng 42 Đ1. Bảo vệ máy biến áp 42 1. Bảo vệ so lệch máy biến áp rơle 7UT513 42 Đ2. Bảo vệ quá dòng có thời gian rơle SIPROTEC 7SJ600 56 Chương 5: Chỉnh định các thông số của bảo vệ và kiểm tra sự làm việc của bảo vệ 66 5.1. Các thông số cần thiết cho việc tính toán bảo vệ 66 5.2. Chỉnh định bảo vệ so lệch dùng rơle 7UT513 66 5.3. Kiểm tra độ nhạy và độ an toàn hãm của rơle so lệch 73 5.4. Chỉnh định bảo vệ quá dòng điện dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 80 5.5. Chỉnh định bảo vệ quá tải nhiệt dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 84 5.6. Bảo vệ quá dòng thứ tự không đặt ở dây nối trung tính của máy biến áp với đất dùng rơle SIPROTEC 7SJ600 86 5.7. Bảo vệ quá áp thứ tự không chống chạm đất phía 35kV và 10kV (59N/U0>) 87 Lời nói đầu Trạm biến áp là một mắt xích quan trọng trong hệ thống điện, là đầu mối liên kết các hệ thống điện với nhau, liên kết các đường dây truyền tải và đường dây phân phối điện năng đến các phụ tải. Các thiết bị lắp đặt trong trạm biến áp đắt tiền, so với đường dây tải điện thì xác suất sảy ra sự cố ở trạm biến áp thấp hơn, tuy nhiên sự cố ở tram sẽ gây lên những hậu quả nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác. Ngoài những dạng sự cố thường xảy ra trong hệ thống như: Ngắn mạch, quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra đối với MBA như: Rò dầu, quá bão hoà mạch từ v.v… Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với các phần tử trong trạm biến áp cũng như trong hệ thống điện rất đa dạng. Do thiên tai lũ lụt, do hao mòn cách điện, do tai nạn ngẫu nhiên, do thao tác nhầm v.v… Sự cố xảy ra bất ngờ và bất kỳ lúc nào do đó yêu cầu hệ thống bảo vệ phải làm việc chính xác, loại trừ đúng phần tử hệ sự cố càng nhanh càng tốt. Để nghiên cứu, thiết kế bảo vệ Rơ le cho các phần tử trong hệ thống điện, cần phải có những hiểu biết về những hư hỏng, hiện tượng không bình thường xảy ra trong hệ thống điện, cũng như các phương pháp và thiết bị bảo vệ. Nội dung cuốn đồ án tốt nghiệp này là: Thiết kế hệ thống Rơ le bảo vệ cho máy biến áp 110kV, gồm 5 chương. Chương 1: Mô tả đối tượng được bảo vệ và 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 các loại Rơle định sử dụng. Chương 5: Tính toán các thông số của bảo vệ, kiểm tra sự làm việc của bảo vệ. Do lần đầu tiên làm nhiệm vụ thiết kế và sự hạn chế của bản thân cũng như thời gian, cuốn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo. Em xin chân thành cảm ơn thầy VS.GS. Trần Đình Long cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian vừa qua để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội: Sinh viên Chương 1 Giới thiệu trạm biến áp Hưng Đông 1.1. Quá trình xây dựng và vận hành. Trạm biến áp Hưng Đông trực thuộc Công ty truyền tải Điện I Việt Nam, nằm ở địa phận phía tây bắc thành phố Vinh Tỉnh Nghệ An. Trạm có nhiệm vụ cung cấp điện cho tỉnh Nghệ An, Hà Tĩnh và một phần của tỉnh Quảng Bình. Nó là trạm liên lạc, kết nối giữa miền Bắc và Miền Trung trong hệ thống điện Việt Nam. 1.2. Các thiết bị chính của trạm. Trạm biến áp Hưng Đông nhận nguồn từ nhà máy thuỷ điện Hoà Bình qua 2 trạm Rịa và Thanh Hoá trên đường dây 271. 1.2.1. Máy biến áp (MBA). Trạm hiện có 2 MBA tự ngẫu AT3 và AT4 có cống suất định mức của mỗi máy là 125.000 KVA. Điện áp định mức 115/ 38,5/ 10,5 KV. 1.2.2. Máy cắt điện (MCĐ). Trong trạm hiện nay đang sử dụng các (loại) máy cắt: 4 MCĐ loại FXT - 14 dùng cho phía điện áp 220KV 8 MCĐ loại FXT - 11 dùng cho phía điện áp 110kV 10 MCĐ loại C-35M-630 loại nhiều dầu dùng cho phía điện áp. 12 MCĐ loại BMPЭ -10 dùng cho phía điện áp 10kV 1.3. Hệ thống đường dây. - Trạm có 5 đường dây 110kV đi ra, đó là: 172 đi Đô Lương Nghệ An. 171 đi Linh Cảm Hà Tĩnh. 174 đi thị xã Hà Tĩnh. 173 đường dây kép đi Bến Thuỷ Nghệ An. - Trạm có 7 đường dây 35 KV đi ra, đó là: 373 cấp cho huyện Nghi Lộc 374 cấp cho huyện Thanh Chương 375 cấp cho huyện Huỷ Nguyên 376 cấp cho huyện Nam Đàn 377 cấp cho huyện Diễn Châu 378 cấp cho thành phố Vinh 379 cấp cho thị xã Cửa Lò. - Ngoài ra trạm còn có 9 đường dây cung cấp cho các khu vực trong thành phố vinh và các vùng lân cận khác. 1.4. Hệ thống bảo vệ Rơle và tự động hoá. 1.4.1. Hệ thống bảo vệ Rơle phía 220 KV. Đường dây dùng loại 7SA513 của hãng Siemens và 67-67N của hãng GECALSTOM. Máy biến áp AT3 và AT4: Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM Bảo vệ dự phòng: 67 - 67N của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ rơ le hơi, dòng dầu, mức dầu. 1.4.2. Hệ thống bảo vệ Rơ le phía 110kV: Đường dây dùng loại: 7SA511 của hãng Siemens 7SJ 513 của hãng Siemens 67-67N của hãng GEC ALSTHOM. Máy biến áp T1 và T2. Bảo vệ so lệch: 87 của hãng GEC ALSTHOM. Bảo vệ dự phòng: 67 N của hãng GEC ALSTHOM.. Bảo vệ rơ le dầu, dòng dầu, mức dầu. Bảo vệ quá dòng phía 35 KV và 10kV dùng loại 50/51 của hãng GEC ALSTHOM. 1.4.3. Hệ thống tự động hoá. Điều khiển đóng cắt MCĐ Điều chỉnh điện áp các MBA Tự động sa thải phụ tải. Tự khởi động hệ thống quạt mát cho MBA. 1.5. Các thông số chính của máy biến áp. 1.5.1. máy biến áp AT3 và AT4. Tổ đấu dây Utự ngẫu/ D-0-11. Công suất định mức các cuộn dây: Cao 125000 KVA Trung 125000 KVA Hạ 63000 KVA Điện áp định mức các cuộn dây: Cuộn cao áp : 230 KV Cuộn trung áp : 121 KV Cuộn hạ áp : 10,5 KV. Điện áp ngắn mạch: Cao - Trung : 11,1% Trung - Hạ : 27,6% Cao - Hạ : 42,9%. Tổn hao ngắn mạch. Cao - Trung : 322 KW. Trung - Hạ : 276 KW. Cao - Hạ : 299 KW. Chế độ làm việc của trung tính: Nối đất trực tiếp. 1.5.2. Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây T1 và T2. Tổ đấu dây: UN - y - d11 Công suất định mức các cuộn dây: Cao : 2500 KVA Trung : 2500 KVA Cao : 2500 KVA Dòng điện định mức Cao : 125,5 (A) Trung : 375 (A) Cao : 1312 (A) Điện áp định mức các cuộn dây: Cao : 115 KV Trung : 38,5 KV Cao : 10,5 KV Điện áp ngắn mạch UN%. Cao - Trung : 10,25% Trung - Hạ : 17,89% Cao - Hạ : 6,25%. Tổn hao ngắn mạch: Cao - Trung : 128,47 KW Trung - Hạ : 139,61 KW Cao - Hạ : 108,3 KW. Nấc điều chỉnh điện áp: ± 9 . 1,78%. 10KV 350KV CST2 CS1T1 T1 T2 CDHQ 110KV 1.6. Sơ đồ nối điện máy biến áp T1 và T2. Chương 2 Tính toán ngắn mạch phục vụ cho bảo vệ rơ le Tính toán ngắn mạch tại các vị trí trên sơ đồ nhằm tìm ra dòng sự cố (ngắn mạch) lớn nhất và nhỏ nhất đi qua vị trí đặt bảo vệ, phục vụ cho chỉnh định và kiểm tra độ nhạy của bảo vệ. Đối với trạm thiết kế bảo vệ phải tính dạng ngắn mạch như sau: Để tìm dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 3 pha N(3), ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1). Để tìm dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ: Tính ngắn mạch 2 pha N(2), ngắn mạch một pha N(1) ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1). Khi tính ngắn mạch sử dụng các giả thiết. Coi tần số là không thay đổi trong thời gian ngắn mạch. Bỏ qua hiện tượng bão hoà của mạch từ trong lõi thép các phần tử. Bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải đối với dòng ngắn mạch. Bỏ qua điện trở của các phần tử. Cọi phía 35 KV của máy biến áp trung tính cách điện hoàn toàn với đất. Đ2.1. Vị trí đặt bảo vệ và các điểm ngắn mạch. 110KV BI1 B1 B2 BI2 BI3 N2 10KV 35KV N3 N1 Đ2.2. Các đại lượng cơ bản. Chọn công suất cơ bản: Scb = 100 MVA Chọn điện áp cơ bản: Ucb = UTb các cấp Vậy: UCb1 = 115 KV; UCb2 = 37 KV; UCb3 = 10,5 KV Chọn : EHT = 1. Đ2.3. Điện kháng của các phần tử. Điện kháng các phần tử được tính trong hệ đơn vị tương đối cơ bản (Tđcb ký hiệu: *cb) 1. Điện kháng hệ thống. Theo tài liệu tính toán ngắn mạch của Trung tâm Điều độ Miền Bắc (A1) đối với trạm biến áp Hưng Đông, tại thanh cái 110kV có: SN max = 338 MVA ; Z0 / Z1 = 0,75 SN min = 283 MVA. Giá trị điện kháng thứ tự thuận. Chế độ hệ thống cực đại: XHTmax (*cb) = = 0, 296. Chế độ hệ thống cực tiểu: XHTmin (*cb) = = 0, 353. Giá trị điện kháng thứ tự không. Chế độ hệ thống cực đại: XOHTmax (*cb) = 0,75 . XHTmax (*cb) = 0,75 . 0,296 = 0,222. Chế độ hệ thống cực tiểu. XOHTmin (*cb) = 0,75 . XHTmin (*cb) = 0,75 . 0,353 = 0,265. 2. Điện kháng của máy biến áp: (MBA) Điện kháng các cuộn dây: = 0,430 XTB(*cb) = 0 vì UTN% ằ 0 = 0,285 Đ2.4. Tính dòng ngắn mạch lớn nhất qua bảo vệ. Để tính dòng ngắn mạch được đơn giản thì trong quá trình viết các đại lượng điện kháng ta bỏ ký hiệu (*cb). Dòng INmax qua bảo vệ được tính với: . Công suất của hệ thống cung cấp là cực đại (ứng với XHTmax) . Trạm biến áp có một máy làm việc hoặc 2 máy làm việc độc lập. Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch: HTĐ 110KV 35KV 10KV N3 N1 N2 BI I(n)N3 BI I(n)N2 I(n)N1 BI Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống khi tính ngắn mạch 2.4.1. Ngắn mạch tại thanh cái 110kV (N1). Tại điểm ngắn mạch N1 do trung tính của máy biến áp nối đất trực tiếp nên cần tính các dạng ngắn mạch N(3), N(1), N(1,1). . Sơ đồ thay thế. X1S 0,296 N1 a) X2S 0,296 N1 b) X0S 0,17 N1 X1 0,222 N1 X2 0,43 ( ) X3 0,285 (D) c) Hình 2.3: Sơ đồ thay thế các thứ tự a) thuận b) Nghịch c) Không Trong đó: X1S = X2S = XHTmax = 0,296 X1 = HOHTmax = 0,222 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X0S = X1 // (X2 + X3) = 0,222 // (0,43 + 0,285) = 0,17 1. Ngắn mạch 3 pha: N(3) Từ sơ đồ thay thế (H. 2.3.a) có: X1S = 0,296 I(3)N1= = 3,378 Trong hệ đơn vị có tên: I(3)N1 = 3,378 . = 1696 (A) 2. Ngắn mạch một pha: N(1): ở dạng ngắn mạch này các thành phần dòng điện và điện áp được viết cho pha A (pha A là pha bị ngắn mạch) Sơ đồ thay thế (h 2.3) X1S = X2S = 0,296 X0S = 0,17 . Các thành phần dòng điện INA1 = INA2 = INA0 = = = 1,312. . Các thành phần điện áp: UNA1 = INA1 (X2S = + X0S) = 1,312 (0,296 + 0,17) = 0,611 UNA2 = -INA1 . X1S = -1,312 . 0,296 = -0,388 UNA0 = -INA1 . X0S = -1,312 . 0,17 = -0,223. . Vì chỉ có một nguồn cung cấp từ một phía về điểm ngắn mạch nên ta chỉ cần tính phân bố dòng I0 trong các nhánh, còn thành phần dòng I1 và I2 thì chỉ có dòng đi trong nhánh từ hệ thống tới điểm ngắn mạch. . Thay UNA0 và INA0 vào sơ đồ thay thế thứ tự không (h. 2.3.c) UNAO INAO 3 0,285 1 0,222 0,43 I(1) 01 I(1)OB Hình 2.4. Dòng thứ tự không từ hệ thống về điểm ngắn mạch. = 1,0 I(1)OB = INAO = I01 = 1,312 - 1,0 = 0,312 Dòng ngắn mạch từ hệ thống đi về điểm ngắn mạch I(1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 = 2 . 1,312 + 1 = 3,624. Trong hệ đơn vị có tên: = 1819,4 (A) Dòng qua dây nối trung tính máy biến áp với đất. I(1)OTTB = 3.I(1)OB = 3. 0,312 = 0,936 Trong hệ đơn vị có tên: = 469,9 (A) 3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất: N(1). Sơ đồ thay thế (Hình 2.3) X1S = X2S = 0,296 X0S = 0,17 * Các thành phần dòng điện và điện áp. Các thành phần dòng điện và điện áp được viết cho pha (A) (là pha không bị sự cố). INA1 = = 2,475. INA2 = - INA1 . = -0,9 INA0 = - INA1 . = -1,57 UNA0 = UNA2 = UNA1 = INA1 . = 0, 27. Thay giá trị UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.3.c) UNAO INAO 3 0,285 1 0,222 2 0,43 I(1,1) 01 I(1,1)OB (Hình 2.5) X1 = XOHTmax = 0,222 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 Dòng thứ tự không đi từ hệ thống tới điểm ngắn mạch I(1,1)OB = INA0 - I(1,1)01 = -1,57 + 1,202 = -0,368 Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch (viết cho pha A) là: I(1,1)N1HT = INA1 + INA2 + I(1,1)01. Vì là ngắn mạch hai pha chạm đất, nên dòng ngắn mạch chính là dòng trong pha B (hoặc C). Trong hệ đơn vị có tên: = 1775,2 (A) Dòng thứ tự không qua dây nối trung tính MBA: = 1,104 Trong hệ đơn vị có tên: = 554,2 (A) 4. Xét điểm ngắn mạch (N'1) sau bảo vệ (BI). HTĐ 110KV 35KV 10KV N'1 BI BI I(n)NHT BI I(n)OB (Hình 2.6) Ngắn mạch 3 pha. Vì chỉ có một nguồn cung cấp nên dòng qua bảo vệ (BI) chính là dòng I(3)N1: là dòng ngắn mạch 3 pha do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. Ngắn mạch một pha và ngắn mạch 2 pha chạm đất. Vì chỉ có một nguồn cung cấp tới trạm nên dòng ngắn mạch qua bảo vệ (BI) chính là dòng ngắn mạch tổng do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch I(n)NHT "n: Số chỉ dạng ngắn mạch (1), (1 1)". Đ2.4.2. Ngắn mạch tại thanh cái 35 KV (điểm N2). Tại điểm N2 nằm trên thanh cái 35kV phía trung của máy biến áp, có trung tính cách điện với đất vì vậy chỉ cần tính cho trường hợp ngắn mạch 3 pha. Sơ đồ thay thế. 1 0,296 X1S 0,726 N2 2 0,43 N2 EHT EHT E(3)N2 (Hình 2.7) X1 = XOHTmax = 0,296 X2 = XCB = 0,43 X1S = X1 + X2 = 0,726 = 1,377 Trong hệ đơn vị có tên: = 2148,6 (A) Dòng qua bảo vệ HTĐ 110KV 35KV 10KV N2 BI3 BI2 IN BI1 I(3)N2 1 2 3 (Hình 2.8) Dòng qua bảo vệ 2 (BI2) khi ngắn mạch tại thanh cái 35 KV (N2) là: IBI2 = I(3)N2. = 691,3 (A) Đ2.4.3. Ngắn mạch tại thanh cái 10kV (N3). Phía hạ MBA cuộn dây đấu D nên chỉ tính ngắn mạch 3 pha. Sơ đồ thay thế. 1 0,296 X1S 1,011 2 0,43 EHT EHT N3 3 0,285 (Hình 2.9) X1 = XHTmax = 0,296 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X1S = X1 + X2 + X3 = 1,011 = 0,989 Trong hệ đơn vị có tên: = 5438,1 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ. HTĐ 110KV 35KV 10KV N3 BI3 BI2 IN BI1 I(3)N3 1 2 3 (Hình 2.10) Dòng qua bảo vệ 3 phía 10kV khi ngắn mạch tại N3 là dòng I(3)N3: IBI3 = I(3)N3 = 5438,1 (A) Dòng qua bỏ vệ 1 phía 110kV khi ngắn mạch tại N3 là dòng I(3)N3 qui về cấp điện áp 110kV. IBI1 = I(3)N3 (110) = = 496,5 (A) Tổng kết: Từ các kết quả đã tính toán ngắn mạch ở trên ta có dòng ngắn mạch qua các bảo vệ khi ngắn mạch tại N1, N'1, N2, N3 như bảng sau: Điểm ngắn mạch Dây ngắn mạch Dòng qua BV1 (A) Dòng qua BV 2 (A) Dòng qua BV3 (A) N(3) 0 - - N1 N(1) 156,6 - - N(1, 1) 184,2 - - N(3) 1696 - - N'1 N(1) 1819,4 - - N(1, 1) 1775,2 - - N2 N(3) 691,3 2148,6 - N3 N(3) 496,5 - 5438,1 Dòng qua dây nối trung tính MBA: Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua bảo vệ đặt ở dây nối TT N(3) 0 N1 (N'1) N(1) 469,9 N(1 ,1) 554,2 Đ2.5. Tính dòng ngắn mặch nhỏ nhất (INmin) qua bảo vệ. Dòng ngắn mạch min được tính với: Hệ thống cung cấp ở chế độ min Trạm biến áp 2 máy biến áp làm việc song song. HTĐ N1 N2 BI2 BI1 N3 BI3 10KV 35KV 110KV Hình 2.10 Đ2.5.1. Ngắn mạch trên thanh cái 110kV (điểm N1). Sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch, không. N1 X1S 0,353 X0S 0,152 N1 X2S 0,353 N1 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 ( ) (D) (c) (a) (b) (Hình 2.11) X1S = XHTmin = X2S = = 0,353 X1 = XOHTmin = 0,265 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X0S = X1 // = 0,152 1. Ngắn mạch 2 pha "N(2)". Do sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch có giá trị điện kháng X1S = X2S Nên ta có thể tính I(2)N từ I(3)N theo công thức : Sơ đồ thay thế (H.11.a). = 2,833 = 2,454 Trong hệ đơn vị có tên: = 1232 (A) Xét điểm ngắn mạch N'1 nằm sau bảo vệ. BI1 110KV BI1 35KV BI2 HTĐ I(n)N1 I(n)OB1 N'1 I(n)N'1 N2 I(n)OB2 N1 BI3 10KV N3 Hình 2.12 Điểm ngắn mạch N'1 nằm sau vị trí của bảo vệ nên đối với ngắn mạch 2 pha thì dòng ngắn mạch qua bảo vệ cũng chính là dòng ngắn mạch do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I(2)BI1 = I(2)N'1 = I(2)N1 = 1232 (A) 2. Ngắn mạch một pha. Sơ đồ thay thế (H.2.11). X1S = X2S = = 0,353 X0S = 0,152 Các thành phần dòng điện và điện áp. (Viết cho pha A là pha bị sự cố). INA1 = INA2 = INA0 = = = 1,165 UNA1 = INA1 (X2S + X0S) = 1,165 .(0,353 + 0,152) = 0,58 UNA2 = -INA1 . X2S = -1,165 . 0,353 = -0,41 UNA0 = -INA1. X0S = -1,165 . 0,152 = - 0,177 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 I01 IOB1 IOB2 INA0 UNA0 Thay vào UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.11.c) (Hình 2.13) Dòng thứ tự không do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch là (I01): I01 = = 0,668. Dòng thứ tự không từ máy biến áp tới điểm ngắn mạch IOB1 = IOB2 = = 0,248. Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch N1: I(1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 = 2. 1,165 + 0,668 = 2,998 Xét điểm ngắn mạch N'1 (h.2.12). Dòng ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch N'1. 1I(1)BI1 = I(1)N1 = + IOB2 = 2,998 + 0,248 = 3,246 Dòng thứ tự không đi qua trung tính của máy biến áp khi ngắn mạch. I(1)BI1 = 3,246 . = 3,246. = 1629,6 (A). I0B1 = 0,248 . = = 124,5 (A) I(1)0TTB = 0,744 . = 373,5 (A) 3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất. Sơ đồ thay thế (H.2.11) X1S = X2S = = 0,353 X0S = 0,152 Các thành phần dòng điện và điện áp: Viết cho pha A là pha không hệ sự cố. INA1 = = 2,18 INA2 = -INA1. = - 0,655 INA0 = -INA1. = - 1,523 UNA0 = UNA2 = UNA1 = INA1 . = 2,18 . = 0,231 Thay giá trị UNA0 và INA0 vào sơ đồ thứ tự không (H.2.11c) 1 0,265 N1 2 0,43 3 0,285 2 0,43 3 0,285 I01 IOB1 IOB2 INA0 UNA0 Dòng thứ tự không do hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I01 = = -0,872 Dòng thứ tự không từ máy biến áp tới điểm ngắn mạch IOB1 = IOB2 = = -0,323 Dòng ngắn mạch tổng của hệ thống cung cấp tới điểm ngắn mạch. I(1,1)N1HT = INA1 + INA2 + I01 Xét điểm ngắn mạch N'1 sau bảo vệ (H.2.12) Dòng ngắn mạch tổng đi qua bảo vệ cung cấp cho điểm ngắn mạch bao gồm dòng ngắn mạch tổng của hệ thống (I(1)N1HT) và dòng ITK từ máy biến áp B2 (IOB2). I(1,1)BI1 = I(1,1)N'1 = I(1,1)N1HT + IOB2 I(1,1)BI1 = INA1 + INA2 +I01 + IOB2 Đối với ngắn mạch 2 pha chạm đất thì dòng ngắn mạch thực chính là dòng trong pha B (hoặc C). Vậy ta có: I(1,1)BI1 = = = 3,139 Dòng thứ tự không đi qua trung tính MBA khi ngắn mạch I(1,1)OTTB = 3.IOB1 = 3.0,323 = 0,969 Trong hệ đơn vị có tên: = 1575,9 (A) IOB1 = IOB2 = 0,323 . = 162,1 (A) I(1,1)OTTB = 0,969 . = 486,4 (A) Đ2.5.2. Ngắn mạch trên thanh cái 35 KV (điểm N2). Đối với điểm ngắn mạch N2 ở phần này cũng chỉ cần tính trường hợp ngắn mạch N(2). Sơ đồ thay thế. X1S 0,568 N2 IM2 N2 X1S 0,353 2 0,43 2 0,43 IM21 IM22 X0S 0,152 N1 X1 = XHTmin = 0,353 X2 = XCB = 0,43 X1S = X1 + = 0,568 . Vì có X1S = X2S nên ta suy I(2)N = . I(3)N2 = = 1,76 I(2)N2 = .1,76 = 1,525 Dòng ngắn mạch đi trong 1 nhánh máy biến áp. I(2)N21 = I(2)N22 = = 0,7625. Trong hệ đơn vị có tên: = 1189,8 (A) Dòng mạch ngắn qua bảo vệ chính là dòng ngắn mạch đi trong một nhánh máy biến áp. Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 35 KV (BI2) khi ngắn mạch tại N2. I(2)BI2 = I(2)N21 = 1189,8 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 110kV (BI1) khi ngắn mạch tại N2 chính là dòng I(2)N21 qui về cấp điện áp 110kV. I(2)BI1 = 1189,8 . = 382,8 (A) Đ2.5.3. Ngắn mạch trên thanh cái 10kV (điểm N3). Tương tự điểm N2 ở đây ta chỉ tính ngắn mạch hai pha N(2). Sơ đồ thay thế. N3 1 0,353 2 0,43 2 0,43 IM31 IM32 3 0,285 3 0,285 EHT X1S 0,717 N3 IM3 X1 = XHTmin = 0,353 X2 = XCB = 0,43 X3 = XHB = 0,285 X1S = X1 + = 0,711 I(3)N3 = = 1,406 I(2)N3 = . 1,406 = 1,218 Dòng ngắn mạch đi trong 1 nhánh máy biến áp. I(2)N31 = I(2)N32 = .1,218 = 0,69. Trong hệ đơn vị có tên: = 3348,6 (A) Dòng mạch ngắn qua bảo vệ phía 10kV (BI3) khi ngắn mạch tại N3. I(2)BI3 = I(2)N31 = 3348,6 (A) Dòng ngắn mạch qua bảo vệ phía 110kV (BI1) khi ngắn mạch tại N3. I(2)BI1 = I(2)N31 . = 3348,6 . = 305,7 (A)  Bảng 2.3: Dòng ngắn mạch nhỏ nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch tại các điểm: N1, N'1, N2, N3. Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua BV1 (A) Dòng qua BV 2 (A) Dòng qua BV3 (A) N(2) - - - N1 N(1) 124,5 - - N(1, 1) 162,1 - - N(2) 1232 - - N'1 N(1) 1629,6 - - N(1, 1) 1575,9 - - N2 N(2) 382,8 1189,8 - N3 N(2) 305,7 - 3348,6A Bảng 2.4: Dây thứ tự không (I0) đi qua dây nối trung tính máy biến áp khi có ngắn mạch chạm đất. Điểm ngắn mạch Dạng ngắn mạch Dòng qua bảo vệ đặt ở dây nối TT N1 (N'1) N(1) 373,5 N(1, 1) 486,4 Đ2.6. Chọn máy biến dòng điện. Máy biến dòng điện được chọn theo các điều kiện sau. - Điện áp : Uđm.BI ³ Umạng - Dòng điện : IđmBI ³ ILVcb - Phụ tải : Z2đm BI ³ Z2 ằ r2. - ổn định lực động điện: . Kôđđ . I1đm ³ iXK. - ổn định nhiệt: (Knh . I1đm)2. Tnh ³ BN. 2.6.1. Chọn BI cho cấp điện áp 110kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 110kV. Dòng làm việc cưỡng bức (ILVcb): là dòng cưỡng bức mạch cấp cho máy biến áp khi MBA làm việc ở chế độ quá dòng. ILVcb = = 183,7 (A). Dựa vào dòng điện ILVcb và Uđmmạng ta chọn loại TFHД - 110 OM: Có các thông số: Uđm = 110kV ISđm = 200 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 150. Kiểm tra ổn định lực động điện. Dòng ổn định lực động điện của BI. Iođđ = . Kôđđ . I1đm. = . 150 . 200 = 42,43 RA. Dòng ngắn mạch xung kích: IXK = . KXK . INmax (BI1) = . 1,85 . 1,057 = 2,765. KA (Trong HTĐ r << L vì vậy ta lấy gần đúng KXK = 1,85). Iođđ > IXK như vậy BI đạt ổn định lực động điện. Kiểm tra ổn định nhiệt. Xung lượng nhiệt của BI: Bnđm = (Knh - I1đm)2. tnh Xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch: BN = BNCK + BNKCK = I2N (t + Ta) t: là thời gian tồn tại ngắn mạch, lấy gần đúng bằng 0,1. Ta: hằng số thời gian. Ta = 0,05. BN = 1,0572 (0,12 + 0,05) = 0,19. BNđm > BN vậy BI ổn định nhiệt. 2.6.2. Chọn BI cấp điện áp 35kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 35kV. Dòng làm việc cưỡng bức: ILVcb = 1,4 . = 577 A. Chọn loại BI: TFH - 35M. Các thông số: Uđm = 35 KV ISđm = 1000 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 100. Kiểm tra ổn định lực động điện. Iođđ (BI) = .100 . 1000 = 141,42 RA. IXK = . 1,85 . 2,148 = 5,62 KA. Iođđ (BI) > IXK Vậy BI đạt ổn định lực động điện. BI không cần kiểm tra ổn định nhiệt vì có Iđm nên khả năng ổn định nhiệt lớn. 2.6.3. Chọn BI cấp điện áp 10kV. Điện áp định mức của mạng: Uđm = 10kV. Dòng điện làm việc cưỡng bức: ILVcb = 1,4 . = 2020 A. Chọn loại BI: TPW - 10M. Các thông số: Uđm = 10kV ISđm = 3000 (A) ITđm = 5 (A) Kođđ = 100. Kiểm tra ổn định lực động điện. Iođđ = .100 . 3000 = 424,2 KA. IXK = . 1,85 . 5,57 = 14,57 KA. Iođđ > IXK Vậy BI đạt điều kiện ổn định lực động điện. Không cần kiểm tra ổn định nhiệt của BI vì: IđmBI = 3000 A > 1000 A. 2.6.4. Chọn BU cấp 110kV. Điện áp định mức của mạng 110kV. Chọn loại: HKF - 110 - 58. Điện áp định mức sơ cấp: Usđm = 110kV Điện áp cuộn thứ cấp chính: UTđm = 100/V Điện áp cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 2000 VA. 2.6.5. Chọn BU cấp 35 KV. Điện áp định mức của mạng 35 KV. Chọn loại: 3HOM - 35. Các thông số: USđm = 35kV Điện áp cuộn thứ cấp chính: UTđm = 100/V Điện áp cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 1200 VA. 2.6.6. Chọn BU cấp 10kV. Điện áp định mức của mạng 10kV. Chọn loại: 3HOM - 10. Điện áp định mức sơ cấp: USđm = 10kV Điện áp cuộn định mức cuộn thứ cấp phụ: UTđm = 100/3 V Công suất cực đại : Smax = 400 VA. Chương III Lựa chọn phương thức bảo vệ 3.1. Các dạng hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp (MBA). Ngắn mạch nhiều pha trong các cuộn dây máy biến áp. Sự cố một pha trong máy biến áp. Có hai trường hợp. + Các vòng dây trong cùng một pha chạm nhau. + Chạm đất và ngắn mạch chạm đất (chạm vỏ). Cách điện giữa các lá thép của mạch từ bị phá huỷ, dòng điện xoáy quá lớn đốt cháy lõi thép. Vỏ máy biến áp hỏng dẫn đến mức dầu trong máy biến áp tụt quá mức cho phép gây nên phát nóng cục bộ. 3.2. 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 hoá cách điện dẫn đến giảm tuổi thọ của máy biến áp. Các sự cố liên quan đến đầu máy biến áp. 3.3. 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 cố một cách nhanh nhất, giảm được mức độ hư hỏng của thiết bị. - Chọn lọc: Các bảo vệ cần phải phát hiện và loại trừ đúng phần tử hệ sự cố ra khỏi hệ thống. - Độ nhạy: Các bảo vệ chính cần đảm bảo hệ số độ nhạy không thấp hơn 1,5, các bảo vệ phụ (dự phòng) có độ nhạy không thấp hơn 1,2. - Độ tin cậy: Khả 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. 3.4. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp. Trạm biến áp cần bảo vệ là trạm phân phối với hai máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 110/35/10kV làm việc song song, công suất mỗi máy là 25MVA. 3.4.1. Các bảo vệ đặt cho máy biến áp. 1) Bảo vệ rơ le khí: Chống lại các hư hỏng bên trong thùng dầu như chạm chập các vòng dây đặt trong thùng dầu, rò dầu. Bảo vệ làm việc theo mức độ bốc hơi và chuyển động của dòng dầu trong thùng. 2) Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm tác động nhanh (87T/DI) được sử dụng làm bảo vệ chính cho máy biến áp, chống lại ngắn mạch một pha hoặc nhiều pha, chạm đất.