CHƯƠNG I: MÔ TẢ ĐỐI TƯỢNG VÀ CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN 1. Mô tả đối tượng 1. Giới thiệu chung Đối tượng bảo vệ là trạm biến áp 110/35kV có hai máy biến áp B1 và B2 được mắc song song với nhau. Hai máy biến áp này được cung cấp từ một nguồn của hệ thống điện.
Từ hệ thống điện (HTĐ) kết nối đến thanh cái 110kV của trạm biến áp và phía hạ áp của trạm có điện áp 35kV để cung cấp cho phụ tải qua đường dây L. Hình 1: Mô tả đối tượng cần bảo vệ 1. Thông số a) Hệ thống điện Công suất ngắn mạch ở chế độ cực đại: SNmax = 1020 MVA Công suất ngắn mạch ở chế độ cực tiểu: SNmin = 720 MVA b) Máy biến áp Công suất định mức: SBđm = 32 MVA; U1/U2 = 115/38,5Kv; Uk (%) = 10,5% c) Đường dây Đường dây Chiều dài Loại dây Tổng trở suất Tổng trở L1 14 AC- 95 0,33 + j0,401 4,62+j5,614 L2 9 AC- 70 0,46 + j0,412 4,14+j3,708 Bảng 1: Tổng quát đường dây 6 d) Phụ tải S1=3,6 MWA, tS1= 0,3 (s) S2=4,2 MWA, tS2= 0,2 (s) Đặc tính thời gian của rơle rất dốc: 13,5 t= ×TMS Ir -1 1. Chọn tỷ số biến đổi của các BI Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI.
Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn. Dòng thứ cấp lấy bằng 5A. I Sdd Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: ni = I Tdd + Chọn ISdd ≥ Ilvmaxdd + Chọn ITdd = 5A 1. Cho đường dây - Đường dây D2 S2 4,2 I lvmax 2 = I pt 2 = =.
38,5 Chọn: I sdd = 100( A ) I sdd 100 Vì vậy, hệ số biến dòng của BI 2: n2 = = I Tdd 5 -Đường dây D1 S1 3,6 I lvmax 1 = + I lvmax 2 =. 38,5 Chọn: I sdd = 150( A ) I sdd 150 Vì vậy, hệ số biến dòng của B I 5: n1 = = I Tdd 5 1. Cho máy biến áp - Hai máy biến áp có cùng thông số nên ta lấy một máy đại diện để chọn BI + Phía sơ cấp: Cho phép MBA quá tải 40%, vậy nên 7 S TBA. 110 Chọn: I sdd = 250( A ) I sdd 250 Vì vậy, hệ số biến dòng của MBA phía sơ cấp B1 và B2: n = = I Tdd 5 + Phía thứ cấp: Cho phép MBA quá tải 40%, vậy nên S TBA.
35 Chọn: I sdd = 750( A ) I sdd 750 Vì vậy, hệ số biến dòng của MBA phía sơ cấp B1 và B2: n = = I Tdd 5 8 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 2. Mục đích và yêu cầu của việc tính toán ngắn mạch 2. Mục đích - Lựa chọn các trang thiết bị điện phù hợp, chịu được dòng ngắn mạch trong thời gian tồn tại sự cố. - Tính toán, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ rơle, tự động cắt phần tử sự cố ra khỏi HTĐ.
- Lựa chọn sơ đồ thích hợp, lựa chọn các thiết bị như kháng điện, máy biến áp nhiều cuộn dây…để hạn chế dòng điện ngắn mạch. Yêu cầu Phải xác định được dòng điện ngắn mạch lớn nhất (Imax) để phục vụ cho việc chỉnh định rơle và dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhậy cho rơle đã chỉnh định. Trong HTĐ ta xét các dạng ngắn mạch: - Ngắn mạch 3 pha N (3) - Ngắn mạch 2 pha N (2) - Ngắn mạch 2 pha chạm đất N (1,1) - Ngắn mạch 1 pha N (1) 2. Các giả thiết khi tính toán ngắn mạch - Các máy phát điện không có hiện tượng dao động công suất nghĩa là góc lệch pha giữa các vectơ sức điện động của máy phát là không thay đổi và xấp xỉ bằng không.
- Tính toán thực tế cho thấy phụ tải hầu như không tham gia vào dòng ngắn mạch quá độ ban đầu nên ảnh hưởng của phụ tải có thể bỏ qua. - Bỏ qua điện trở ở điện áp U > 1000V vì lúc này thành phần điện trở R rất bé so với thành phần điện kháng. - Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở máy biến áp và cả đường dây. - Hệ thống điện 3 pha là đối xứng.
Tính toán ngắn mạch 9 2. Vị trí điểm ngắn mạch Hình 2.1: Mô tả vị trí điểm ngắn mạch 2. Tính toán điện kháng các phần tử Tính toán trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng với các đại lượng cơ bản: Công suất cơ bản: Scb = SBđm= 32 (MVA) Điện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp (115kV; 38,5kV) Dòng điện cơ bản: S cb I cb = √ 3 × U cb s cb 32 I cb 1 = = = 0,16( kA ) √ 3 .38,5 Hệ thống: SN max = 1020 (MVA) SN min = 720 (MVA) Giá trị điện kháng thứ tự thuận: Chế độ cực đại: S cb 32 X HT - max = = = 0,031 S maxHT 1020 Chế độ cực tiểu: 10 S cb 32 X HT - min = = = 0,044 S minHT 720 Máy biến áp: U N % S cb 10,5 32 XB=. = 0,105 100 S đm 100 32 Đường dây: + Đường dây L1: L1 Chia đường dây L1 thành 4 đoạn bằng nhau L11= L12 = L13 = L14 = 4 Giá trị điện kháng thứ tự thuận: 1 S 1 32 X 1 L 11 = X 1 L 12 = X 1 L 13 = X 1 L 14 = × X 11 × L1 × 2cb = × 0,401× 14 × = 0,03 4 U cbdd 4 38,52 + Đường dây L2: L2 Chia đường dây L2 thành 4 đoạn bằng nhau L21= L22 = L23 = L24 = 4 Giá trị điện kháng thứ tự thuận: 1 S 1 32 X 1 L 21 = X 1 L 22 = X 1 L 23 = X 1 L 24 = × X 12 × L2 × 2cb = × 0,412× 9 × = 0,02 4 U cbdd 4 38,52 2.
Ngắn mạch phục vụ bảo vệ đường dây 2. Chế độ cực đại 2 MBA làm việc song song Tính ngắn mạch ở chế độ MAX: + Tính các dạng NM: N(3) N(1) + 2 MBA làm việc song song Sơ đồ tương đương : Hình 2.2: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại Ngắn mạch tại N1 11 Hình 2.3: Sơ đồ tương đương trong chế độ cực đại tại điểm N1 X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT + 0,5.0,105 = 0,084 Với X HT = 0,031 Tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta có các công thức: N2: X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HT + 0,5. X 1 L 21 Ta có bảng sau: Điểm ngắn mạch X 1∑ = X 2∑ N2 0,1135 N3 0,1435 N4 0,1735 N5 0,2035 N6 0,2235 N7 0,2435 N8 0,2635 N9 0,2835 Bảng 2.1: Điện kháng tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại Xác định dòng ngắn mạch 12 Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tự thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không. Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận pha A của mọi dạng ngắn mạch đều có tính theo công thức : E I (an1)N 1 = ( X 1 N 1 Σ + X (Δn ) ) (n) Trong đó X Δ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n Trị số dòng điện ngắn mạch siêu quá độ có thể tính theo công thức: S cb I "(N n1 ) = m( n ).
U cb Ta có bảng tóm tắt sau: (n) Dạng n XΔ m(n) Tính toán ngắn mạch N(1) 1 X 2∑ + X 0∑ 3 I a1 N = I a2 N = I a0 N N(3) 3 0 1 I a1 N = I N; I a2 N = I a0 N = 0 N(2) 2 X 2∑ √3 I a1 N = I a2 N Sơ đồ thay thế tổng quát: Hình 2.4: Sơ đồ thay thế tổng quát Tính ngắn mạch tại điểm N1: Ngắn mạch 3 pha N(3) : Ta có: m( 3 ) = 1 ; X (Δ3 ) = 0 13 + Dòng điện pha A thành phần thứ tự thuận, không tại điểm ngắn mạch : E 1 I (a31)N 1 = (3) = = 11,9 ( X + X 1 ∑ ) 0,084 ∆ I (a32)N 1= 0 + Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ: ' '(3) (3) (3) S cb 32 I N 1 =m. Các điểm NM từ N2 đến N9: Tính toán tương tự như điểm N1 Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MAX như sau: N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 X 1∑ = X 2∑ 0,084 0,114 0,144 0,174 0,204 0,224 0,244 0,264 0,284 I 'Ni' ( 3 ) ( kA ) 5,71 4,21 3,33 2,76 2,35 2,14 1,967 1,82 1,69 Bảng 2.2: Giá trị dòng ngắn mạch tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực đại Đồ thị quan hệ giữa dòng INmax và chiều dài đường dây: 14 6 5.5: Đồ thị quan hệ giữa dòng Inmax và chiều dài đường dây 2. Chế độ cực tiểu với một máy biến áp làm việc độc lập + Tính các dạng NM: N(2) + Chỉ 1 MBA làm việc Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MIN: Hình 2.6: Sơ đồ tương đương Xác định X 1 ∑ ; X 2 ∑ trong chế độ cực tiểu Ngắn mạch tại N1 Hình 2.7: Sơ đồ thay thế tổng quát chế độ cực tiểu tại điểm N1 15 - Chế độ làm việc này chỉ có 1 MBA làm việc X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HTmin + X B = 0,044 + 0,105 = 0,149 Với X HTmin = 0,044 Tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta có công thức N2 : X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HTmin + X B + X 1 L 11 N3: X 1 ∑ = X 2 ∑ = X HTmin + X B + 2. X 1 L 21 Ta có bảng sau: Điểm ngắn mạch X 1∑ = X 2∑ N2 0,179 N3 0,209 N4 0,239 N5 0,269 N6 0,289 N7 0,309 N8 0,329 N9 0,349 Bảng 2.3: Điện kháng tại các điểm ngắn mạch trong chế độ cực tiểu Tính ngắn mạch tại điểm N1: Ngắn mạch 2 pha N(2) : Ta có: m = √ 3 ; ( 2) X (Δ2) = X 1∋∑ = 0,149 + Dòng điện pha A thành phần thứ tự thuận, không tại điểm ngắn mạch: 16 E 1 I (a2)1 N 1 = ( 2) = = 3,356 (kA) ( X + X 1 N 1 ∑ ) 0,149 + 0,149 ∆ + Dòng điện ngắn mạch siêu quá độ: ( 2) ( 2) S cb 32 I 'N' (12)=m .