Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
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
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Chương 1
GIỚI THIỆU ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ
CÁC THÔNG SỐ CHÍNH
1.1. ĐỐI TƯỢNG BẢO VỆ :
= 1600 MVA
X
omax
= 0,75 X
1max
X
0min
= 0,9 X
1max
Thông số máy biến áp T
1
; T
2
S
dđ
= 40 MVA, tổ đấu dây Y
o
- ∆
11
- Y
o
, cấp điện áp U
C
/U
T
/U
H
= 115/38,5/23 kV
U
K
2
= 55 Km; AC – 185
Z
1
= 0,156 + j 0,394 [Ω/km]
Z
0
= 2 Z
1
[Ω/km]
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
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: U
đmMC
≥
U
mg
- Dòng điện: I
đmMC
≥
I
lvcb
- Ổn định nhiệt: I
2
ôđn
= 0,281 kA = 281 A
- i
xk
=
2
.1,8.I’’
I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất khi ngắn mạch tại N’
1
( trường hợp S
max
,ngắn mạch
( )
3
N
bảng 2.9 trang 22).
I’’ = 4,45 kA
i
xk
=
2
.1,8.I’’ =
2
.1,8.4,45 = 11,33 kA
Với máy cắt có I
đm
≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt
Chọn máy cắt điện: BBY- 110 - 40/2000.
Thông số: U
đm
= 110 kV
- i
xk
=
2
.1,8.I’’
I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N
3
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
( trường hợp S
max
, ngắn mạch
( )
3
N
bảng 2.9 trang 22).
I’’ = 3,95 kA
i
xk
=
2
.1,8.I’’ =
2
.1,8.3,95 = 10,05 kA
Với máy cắt có I
đm
≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt
Chọn máy cắt điện: BBY-35-40/3200.
Thông số: U
==
- i
xk
=
2
.1,8.I’’
I’’-dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phàn lớn nhất khi ngắn mạch tại N
2
( trường hợp S
max
, ngắn mạch
( )
3
N
,bảng 2.9, trang 22).
I’’ = 4,64 kA
i
xk
=
2
.1,8.I’’ =
2
.1,8.4,46 = 11,81 kA
Với máy cắt có I
đm
≥ 1000 A thì không phải kiểm tra ổn định nhiệt
Chọn máy cắt điện: B ΓM-22-40/1200Y
3
.
.k
nđm
)
2
.t
nhđm
≥
B
N
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
- Ổn định lực điện động:
2
.k
đ
. I
đm1BI
≥
i
xk
- Cấp chính xác: 5P
Bảng 1.1
Kiểu BI
TΦH-110M TΦH-35M TΦH-22M
U
đm
,kV
110 35 22
Cấp chính xác
3
:100/
3
:
100
35000/
3
:100/
3
:
100
24000/
3
:100/
3
:
100
Tổ đấu dây
Y
0
/Y
0
/∠ Y
0
/Y
0
/∠ Y
0
/Y
0
(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
minN
S
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 N
1
, N
2
, N
3
.
- 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.
’
N
2
’
35 kV
BI2
N
3
110 kV
N
1
BI2
7
x
e
hT2
e
ht1
x
ht1
x
d1
x
d2
x
ht2
x
c
b
b
.3
1
1
===
cb
cb
cb
U
S
I
kA
Cấp điện áp 35 kV có U
tb3
= 38,5 kV
5,1
5,38.3
100
.3
3
3
===
cb
cb
cb
U
S
I
kA
Cấp điện áp 22 kV có U
100
= 0,04
X
0maxH1
= 0,7 X
1maxH1
= 0,7 x 0,04 = 0,028
X
1minH1
= X
2minH1
=
minN
cs
S
S
=
047,0
2100
100
=
X
0minH1
= 0,8.X
1minH1
= 0,8 x 0,04 = 0,03
• HTĐ 2:
X
1maxH2
= X
X
0minH2
= 0,9 X
1minH2
= 0,9 x 0,05 = 0,045
2.2.4.Điện kháng của máy biến áp
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
U
N
C-T
% = 10,5% ; U
N
C-H
% = 17% ; U
N
T-H
% = 6%
( )
( )
%75,10%6%17%5,10
2
1
%%%
2
1
0
0
T
N
UUUU
( )
( )
%25,6%5,10%6%17
2
1
%%%
2
1
0
0
=−+=−+×=
−−−
TC
N
HT
N
HC
N
H
N
UUUU
Thấy
%25,0%
−=
T
N
100
%
=×=×=
dd
cb
T
N
H
S
SU
X
2.2.5. Điện kháng của đường dây :
Đường dây D1: L
1
=70 km ; AC-240
km
jZ
Ω
+=
368,0.12,0
1
2,0
115
100
70386,0..
22
111211
=××===
cb
cb
DDD
U
S
LxXX
32,016,02.2
2120
=×==
DD
XX
2.3. TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Chế độ S
max
.
Trường hợp 1 máy biến áp làm việc.
2.3.1. Ngắn mạch phía 110 kV:
* Điểm ngắn mạch N
1
:
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 các sơ đồ thay thế trên ta tính được:
Ht2
x
1h1
0,04 0,2
x
1d1
0,05
x
1d2
0,16
x
1h2
n
1
0,04
0,32
b
x
t
x
c
b
0,27 0
x
0h1
0,03
0,51
x
0d1
x
0,12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
( ) ( )
( ) ( )
112,0
16,005,02,004,0
16,005,0.2,004,0
.
21211111
21211111
21
=
+++
++
=
+++
++
==
ΣΣ
DHDH
DHDH
XXXX
XXXX
XX
( ) ( )
( ) ( )
21,0
32,004,051,003,0
32,004,0.51,003,0
.
=
+
×
=
+
×
=
Σ
XX
XX
X
HT
HT
a) Dòng điện ngắn mạch ba pha N
(3)
:
Dòng điện pha chạy qua BI
1
: I
0
)1(
=
BIf
b) Dòng điện ngắn mạch một pha N
(1)
:
Điện kháng phụ:
X
∆
(1)
1
0
1
2
1
1 ΣΣΣ
== III
Điện áp chỗ ngắn mạch
( ) ( )
35,012,094,2
0
1
0
1
10
−=×=×−=
ΣΣ
XIU
N
Phân bố dòng điện trên các nhánh.
Dòng điện thành phần TTK chạy qua BI
1
:
3,1
27,0
35,00
0
0
)1(
c) Dòng điện ngắn mạch hai pha chạm đất N
(1,1)
:
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Điện kháng thứ tự không tổng X
o
∑
= 0,12
Điện kháng phụ
( )
06,0
12,011,0
12,011,0
//
02
1,1
=
+
×
==
ΣΣ∆
XXX
Các thành phần dòng điện tại chỗ ngắn mạch.
Dòng điện thứ tự thuận
( )
( )
+
×−=
+
−=
ΣΣ
Σ
ΣΣ
XX
X
II
Dòng điện thứ tự không:
( ) ( )
81,2
12,011,0
11,0
58,5.
20
2
1,1
1
1,1
0
−=
+
×−=
+
−=
ΣΣ
Σ
Dòng điện pha sự cố chạy qua BI
1
:
)1(0)1(2)1(1
2
)11(
..
BIBIBIBf
IIaIaI
••••
++=
Vì I
1BI1
= 0 = I
2BI2
nên ta có
33,1
27,0
36,00
0
10
)1,1(
)1()1(0
−==
−
==
B
N
BIfBI
X
(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
'
1
N
:
Sơ đồ thay thế TTT,TTN, TTK ở điểm ngắn mạch
'
1
N
.
Hình 2.6 Sơ đồ thay thế TTT,TTN
Hình 2.7 Sơ đồ thay thế thứ tự không TTK.
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
13
Bi1
x
1
0,11
e
ht
i
01
i
02
u
on1
x
0ht
0,21
x
0B
0,27
x
0Σ
0Σ
i
0,12
0,04
0,32
x
c
b
x
0h1
0,03
0,51
x
0d1
x
+
=
+
BHT
BHT
XX
XX
X
0B
= 0,27 X
1
Σ
= X
2
Σ
= 0,11
a) Ngắn mạch N
(3)
:
Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện ngắn mạch pha sự cố
chạy qua BI
1
09,9
11,0
1
1
1)1(
====
Σ
Σ
XX
III
BIBI
( )
( )
( )
64,13,194,2
1
0
1
0)1(0
11
=−=−=
Σ
NBIBI
III
Dòng điện pha chạy qua BI
1
:
52,764,194,294,2
)1(0)1(2)1(1)11(
=++=++=
••••
BIBIBIBf
IIII
Trong hệ đơn vị có tên:
76,35,052,7
)1(10
+
×
=
+
=
ΣΣ
ΣΣ
∆
XX
XX
X
Dòng điện thành phần TTT :
88,5
)1,1(
1
=
Σ
I
Dòng điện thành phần TTK :
81,2
0
−=
Σ
I
Dòng điện thành phần TTN :
07,3
12,011,0
12,0
.88,5.
02
21,0
36,0
0
)1,1(
10
0
1
−=−=−=
HT
N
BI
X
U
I
Dòng điện pha sự cố chạy qua BI
1
:
)1(0)1(2)1(1
2
)11(
..
BIBIBIBf
IIaIaI
••••
++=
( )
71,107,3.
2
8,733,7643,2
22
=+=
H
I
Trong hệ đơn vị có tên :
9,35,08,7
)1(
=×=
BIf
I
kA
Dòng điện chạy qua BI4:
'
1
)4( NBI
I
=
1
)4( NBI
I
= 1,995 kA
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Bảng 2.4
Điểm ngắn
mạch
Dạng ngắn
++
=
+++
++
=
Σ
DHDH
DHDH
XXXX
XXXX
X
38,0027,011,0
1
=++=++=
ΣΣ
B
T
B
C
XXXX
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 BI
1
và BI
2
với dạng ngắn mạch
( )
3
X
1Σ
0,38
e
ht
n
2
BI2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Dòng điện 3 pha tại điểm ngắn mạch:
63,2
38,0
11
1
)3(
2
====
Σ
X
II
fN
Dòng điện pha chạy qua BI
1
và BI
2
:
( )
63,2
3)1(
===
2
N
(3)
1,315 3,54 0 0 0
* Điểm ngắn mạch N
2
’ :
Sơ đồ thay thế TTT, TTN ở điểm ngắn mạch
'
2
N
giống sơ đồ thay thế ở điểm
ngắn mạch N
2
nên cách tính toán các dòng điện qua BI
1
và BI
2
ở điểm ngắn mạch
'
2
N
tương tự như ở điểm ngắn mạch N
2
.
Điểm ngắn mạch N
2
’ ở trước BI2 nên không có dòng chạy qua BI2
Hình 2.10 Sơ đồ thay thế tại điểm N
2
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
18
0,16
b
x
H
x
h2
0,05
x
d2
0,16
x
d1
0,2
0,04
x
h1
n3
0,27
b
xc
BI1
BI3
E
HT1
E
HT2
BI3
E
0
=++=
Σ
X
a) Ngắn mạch N
(3)
:
Dòng điện tại điểm ngắn mạch cũng chính là dòng điện ngắn mạch pha sự cố
chạy qua BI
1
và BI
2
:
85,1
54,0
11
1
)3(
2
===
Σ
X
I
N
Trong hệ đơn vị có tên:
I
N1
(3)
BI3
x
0h2
0,04
x
0d2
0,32
x0d1
0,51
0,03
x0h1
0,16
b
xH
n3
0,27
b
xc
BI1
BI3
X
T
0
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
b) Ngắn mạch N
(1)
:
Điện kháng phụ:
X
∆
58,0
1
0
1
2
1
1
===
ΣΣΣ
III
Điện áp tại chỗ ngắn mạch :
( ) ( )
37,064,058,0
0
1
0
1
10
=×=×=
ΣΣ
XIU
N
Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI
1
:
I
1(BI1)
= I
2(BI1)
=
••••
BIBIBIBf
IIII
Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI
3
:
I
1(BI2)
=I
2(BI2)
= I
0(BI2)
=
58,0
1
=
Σ
I
Dòng điện pha chạy qua BI
3
:
74,158,03
)2(0)2(2)2(1)12(
=×=++=
••••
BIBIBIBf
IIII
Trong hệ đơn vị có tên :
97,05,093,1
)1(
f(BI3)
= 2,43 kA
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
20
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
c) Dạng ngắn mạch N
(1,1)
:
Điện kháng phụ:
( )
3,0
64,054,0
64,054,0
//
02
1,1
=
+
×
==
ΣΣ∆
XXX
Dòng điện các thành phần tại điểm ngắn mạch:
Dòng điện thứ tự thuận
( )
( )
2,1
3,054,0
11
−=
ΣΣ
Σ
ΣΣ
XX
X
II
Dòng điện thứ tự không:
( ) ( )
55,0
54,064,0
54,0
2,1.
20
2
1,1
1
1,1
0
−=
+
×−=
+
−=
ΣΣ
Σ
ΣΣ
XX
X
1,1
10
1,1
11 NN
UU
=
Dòng điện các thành phần thứ tự chạy qua BI
1
là:
2,1
)1,1(
1)1(1
==
Σ
II
BI
65,0
)1,1(
2)1(2
−==
Σ
II
BI
( )
( )
73,0
27,021,0
35,0
0
1,1
2
3
2
1
2,1.
2
3
2
1
+−
+−+
−−=
jj
= 0,46 – j 1,6 = 1,66
:
)2(0)2(2)2(1
2
)12(
..
BIBIBIBf
IIaIaI
••••
++=
=
( )
55,065,0.
2
3
2
1
2,1.
2
3
2
1
−−
)3(
=×=
BIf
I
kA
Trị số dòng điện chạy qua BI
4
là :
I
BI4
= 3.I
0(BI1)
.I
cb1
= 3
×
0,55
×
0,5 = 0,825 kA
Trị số dòng điện chạy qua BI
5
là :
I
BI5
= 3.I
0(BI2)
.I
cb2
= 3
×
giống sơ đồ thay
thế ở điểm ngắn mạch N
2
nên cách tính toán các dòng điện qua BI
1
và BI
3
ở điểm
ngắn mạch
'
3
N
tương tự như ở điểm ngắn mạch N
3
.
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
22
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Bảng 2.8
Điểm
ngắn
mạch
Dạng ngắn
mạch
Dòng qua chỗ đặt BI (kA)
BI1 BI2 BI3 BI4 BI5
N’
3
N
(3)
N
(1,1)
0,665 0 0 1,995 0
N
1
'
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
N
2
N
(3)
1,315 3,95 0 0 0
N
2
'
N
(3)
1,315 0 0 0 0
N
3
N
(3)
Ta thấy (X
H1max
+ X
D1
)>
(X
H2max
+ 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 110 kV:
* Điểm ngắn mạch N
1
:
Phạm Minh Truyền Lớp N1 – HTĐ - K41
24
x
1h1
0,04
x
1d1
0,2
x
1Σ
0,24
2
’
35 kV
BI2
N
3
110 kV
N
1
BI2
HT1
D1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV
Hình 2.14 Sơ đồ thay thế thứ tự thuận và thứ tự nghịch
Hình 2.15 Sơ đồ thay thế thứ tự không
Từ sơ đồ thay thế trên tính được:
24,02,004,0
111121
=+=+==
ΣΣ
DH
XXXX
X
0HT
=
54,051,003,0
1010
=+=+
DH
XX
XX
a) Ngắn mạch N
(2)
:
- Điện kháng phụ :
X
∆
(2)
= X
2
Σ
= 0,24
- Dòng điện thành phần tại chỗ ngắn mạch
083,2
48,0
1
)2(
1
1
==
+
=
∆Σ
Σ
XX
E
I
I
N1
X
0Σ
0,135
x
0B
0,54
x0ht
n
1
0,108
n
1
Copyright: Tài liệu đại học ©