Bài tập dài bảo vệ rơle vủa thầy Trần Đình Long

MỤC LỤC ĐẦU ĐỀ…………………………………………………………………….2 ĐẦU ĐỀ Tính toán bảo vệ cắt nhanh, quá dòng điện và quá dòng thứ tự không cho đường dây cung cấp điện hình tia. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 1. Hệ thống SNmax = 2000 MVA SNmin = 0,8 .SNmax = 0.8.2000 = 1600 MVA XoH = 0.8 X1H 2. Máy biến áp S = 2*30 MVA U1/U2 = 115/24 Kv ,Uk%= 12.5% 3. Đường dây Đường dây  Loại dây dẫn  Chiều dài  Z1(Ω/km)  Z0(Ω/km)   D1  AC-100  20  0,27+j0,39  0,48+j0,98   D2  AC-75  10  0,36+j0,41  0,56+j1,02   4.Phụ tải P1= 4 MW, cosφ1 = 0.8 ,tpt1= 0.75 s P2 = 3 MW, cosφ2 = 0.85 ,tpt2 = 0.5 s 5. Đặc tính thời gian của Rơ le
(2.1). NỘI DUNG TÍNH TOÁN 1.Chọn tỷ số biến BI Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng BI1, BI2 dùng cho bảo vệ đường dây D1, D2 . Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị dòng làm việc cực đại qua BI. Dòng thứ cấp lấy bằng 1 A hoặc 5 A. - Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức :
(3.1) + Chọn Itdđ = 1 (A). + Dòng Isdđ được chọn theo dòng điện cực đại qua BI Ilvmax Isdđ ≥ Ilvmax = kqt.Ipt (3.2) Trong đó : kqt = 1,4. 1.1. Chọn tỷ số biến đổi của BI2 Tính dòng điện phụ tải
=> Ilvmax2 = 1,4.92,62 = 129,67 (A). Như vậy ta chọn Isdđ2 = 150 (A). Vậy nI2 = 150. 1.2. Chọn tỷ số biến đổi của BI1 Ta có : Cosφ1=0.8 →tg φ1=0,75. Cosφ1=0.85 →tg φ1=0,62.
=183,70 – j.127,54 A =223,64ے-34,77o A Vậy Ilvmax1 = 1,4.223,64 = 313,10 A. Ta chọn Isdd1 = 400 A. Vậy tỷ số biến của BI1 là : nI1 = 400. 2.Tính ngắn mạch * Tính ngắn mạch dùng trong bảo vệ Rơle. Xây dựng quan hệ IN = f(L) cho các chế độ dòng qua rơ-le cực đại và cực tiểu. Để xây dựng gần đúng đường đặc tính ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau bởi các điểm ngắn mạch Ni. * Các dạng ngắn mạch cần tính: Ngắn mạch 3 pha đối xứng N(3). Ngắn mạch 1 pha N(1) Ngắn mạch hai pha N(2) Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) * Xét chế độ ngắn mạch không đối xứng Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công thức :
(3.3) Trong đó X(n)∆ là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo công thức:
(3.4) Ta có bảng tóm tắt sau: Dạng ngắn mạch  n  X∆(n)  m(n)   N(1)  1  X2∑ + X0∑  3   N(2)  2  X2∑ 
  N(1,1)  1,1  X2∑ // X0∑ 
  N(3)  3  0  1   2.1. Giả thiết cơ bản Để tính toán ngắn mạch cần có những giả thiết đơn giản hóa. Những giả thiết này làm giảm đáng kể khối lượng tính toán trong khi vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho tính toán bảo vệ rơ-le. - Tần số hệ thống không thay đổi: Thực tế sau khi xảy ra ngắn mạch công suất của các máy phát thay đổi đột ngột dẫn tới mất cân bằng momen quay (giữa momen phát động của tuabin và momen hãm điện từ của máy phát), tốc độ quay bị thay đổi trong quá trình quá độ. Tuy nhiên ngắn mạch được tính ở giai đoạn đầu nên sự biến thiên tốc độ còn chưa đáng kể. Giả thiết tần số hệ thống không đổi không mắc sai số nhiều, đồng thời giảm đáng kể phép tính, ví dụ các điện kháng sẽ có trị số không đổi. - Bỏ qua bão hòa từ : Bình thường lõi thép của nhiều thiết bị điện làm việc ở trạng thái gần bão hòa. Trong trạng thái ngắn mạch mức độ bão hòa từ có thể tăng cao hơn ở một số phần tử. Tuy nhiên để đơn giản vẫn coi mạch từ không bão hòa,khi đó điện cảm của phần tử là hằng số và mạch điện là tuyến tính, bởi số phần tử mang lõi thép chỉ chiếm số lượng ít trong hệ thống điện, ở tình trạng ngắn mạch điện áp đặt vào cuộn dây ít khi bị tăng cao. - Bỏ qua các lượng nhỏ trong thông số của một phần tử :Giả thiết này được áp dụng tùy theo bài toán và mục đích phân tích ngắn mạch. Nói chung trong các bài toán thiết kế, đòi hỏi độ chính xác không cao có thể áp dụng. + Bỏ qua dung dẫn của các đường dây điện áp thấp. + Bỏ qua mạch không tải của các máy biến áp. + Bỏ qua điện trở của cuộn dây máy phát điện, máy biến áp và cả điện trở đường dây trong nhiều trường hợp. - Hệ thống sức điện động ba pha của nguồn hoàn toàn đối xứng : Khi ngắn mạch không đối xứng thì phản ứng phần ứng các pha lên từ trường quay không hoàn toàn giống nhau. Tuy nhiên, từ trường vẫn được giả thiết quay đều với tốc độ không đổi. Khi đó sđđ 3 pha luôn đối xứng. Thực tế hệ số không đối xứng của các sđđ không đáng kể. 2.2. Chọn các đại lượng cơ bản - Scb = SdđB = 30 (MVA) với SdđB là công suất danh định của máy biến áp. - Ucbi = Utbi với Utbi là điện áp trung bình của mạng điện tương ứng. + Ucb1 = 110 (kV). + Ucb2 = 22 (kV).

2.3. Tính thông số các phần tử. * Hệ thông điện: - Chế độ max: SN = SNmax = 2000 MVA.
. X2Hmax = X1Hmax = 0,015. X0Hmax = 0,8. X1Hmax = 0,8.0,015 = 0,012. - Chế độ min: SN = SNmin = 0,8. SNmax = 0,8.2000 =1600 MVA.
. X2Hmin = X1Hmin = 0,01875. X0Hmin = 0,8. X1Hmin = 0,8.0,01875 = 0,015. * Máy biến áp: - Chế độ max: Có 2 máy biến áp làm việc. Điện kháng của mỗi máy biến áp là:
- Chế độ min: Có 1 máy biến áp làm việc. *Đường dây D1 và D2 : X1D1 = X2D1 = x1.l1.
= 0,39.20.
= 0,4835. X0D1 = x0.l1.
= 0,98.20.
= 1,2149. X1D2 = X2D2 = x1.l2.
= 0,41.10.
= 0,2541. XoD2 = x0.l2.
= 1,02.10.
= 0,6322. 2.4. Chế độ phụ tải cực đại Mục đích để tính toán dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại các điểm ngắn mạch. Với chế độ max: SNmax, hai máy biến áp làm việc song song. Các dạng ngắn mạch cần tính là. Ngắn mạch 3 pha N(3). Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1). Ngắn mạch 1 pha N(1). Không tính N(2) do IN3>IN2 . Để khảo sát sự cố ngắn mạch trên đường dây ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 đoạn bằng nhau tức là ta sẽ có 9 điểm tính ngắn mạch được ký hiệu trong hình vẽ từ N1÷ N9. * Sơ đồ thứ tự thuận khi xảy ra ngắn mạch tại điểm 9:
Hình 1: Sơ đồ thứ tự thuận tính ngắn mạch trong chế độ max. Đối với sơ đồ thứ tự nghịch thì E = 0.
Hình 2: Sơ đồ thứ tự nghịch tính ngắn mạch trong chế độ max. Như vậy ngắn mạch xảy ra tại điểm nào thì sơ đồ sẽ tính từ nguồn E cho tới điểm đó. * Sơ đồ thứ tự không khi xảy ra ngắn mạch tại điểm 9 :
Hình 3: Sơ đồ thứ tự không tính ngắn mạch trong chế độ max. Tương tự khi xảy ra ngắn mạch tại điểm nào thì dịch nguồn U0N tới điểm đó. -Ngắn mạch tại N1 : X1∑N1 = X2∑N1 = X1Hmax + 0,5.XB .Với X1Hmax = 0,015 và XB = 0,125. X0N1 = X0Hmax + 0,5.XB . Với X0Hmax = 0,012 * Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D1(Từ N2 đến N5) - Ngắn mạch từ N2 đến N5 X1N2 = X1N1 +1/4 XD1 = X2N2 . X0N2 =X 0N1 +1/4 X0D1 Tổng quát : X1Ni+1 = X1Ni + ¼ .X1D1 = X2Ni+1 (3.5) X0Ni+1 = X0Ni + ¼ X0D1 (3.6) Với X1D1 = 0,4835 X0D1 = 1,2149 * Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D2(Từ N6 đến N9) - Tại N6: X1N6 = X1N5 +1/4 X1D2 = X2N6. X0N6 =X 0N5 +1/4 X0D5. Tương tự cho các điểm ngắn mạch từ N7 đến N9. X1Ni+1 = X1Ni + ¼ X1D2 = X2Ni+1 (3.7) X0Ni+1 = X0Ni + ¼ X0D2 (3.8) Với X1D2 = 0,2541 X0D2 = 0,6322 Tính toán ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch 2.4.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN1 = 0,015+ 0,125/2 =0,0775. Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N1(1) = 0,015+0,125/2 = 0,0775 = X2∑N1(1) X0∑N1(1) = 0,012+0,125/2 =0,0745 X∆N1(1) = 0,0775+ 0,0745 = 0,152
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N1*(1) = I1N1*(1) = 4,357 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.2. Tính ngắn mạch tại điểm N2 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN2 = 0,0775 + 0,1209 = 0,1984 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N2(1) = 0,0775 + 0,1209 = 0,1984 = X2∑N2(1) X0∑N2(1) = 0,0745 + 0,3037 = 0,3782 X∆N2(1) = 0,1984 + 0,3782 = 0,5766
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N2*(1) = I1N2*(1) = 1,290 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.3. Tính ngắn mạch tại điểm N3 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN3 = 0,1984 + 0,1209 = 0,3193 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N3(1) = 0,1984 + 0,1209 = 0,3193= X2∑N31) X0∑N3(1) = 0,3782 + 0,3037 = 0,682 X∆N3(1) = 0,3193 + 0,682 = 1,0013
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N3*(1) = I1N3*(1) = 0,757 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.4. Tính ngắn mạch tại điểm N4 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN4 = 0,3192 + 0,1209 = 0,4401 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N4(1) = 0,3192 + 0,1209 = 0,4401 = X2∑N41) X0∑N4(1) = 0,682 + 0,3037 = 0,9857 X∆N4(1) = 0,4401 + 0,9857 = 1,4258
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N4*(1) = I1N4*(1) = 0,536 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.5. Tính ngắn mạch tại điểm N5 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN5 = 0,4401 + 0,1209 = 0,561 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N5(1) = 0,4401 + 0,1209 = 0,561 = X2∑N51) X0∑N5(1) = 0,9857 + 0,3037 = 1,2894 X∆N5(1) = 0,561 + 1,2894 = 1,8504
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N5*(1) = I1N5*(1) = 0,415 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.6. Tính ngắn mạch tại điểm N6 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN6 = 0,561 + 0,0635 = 0,6245 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N61) = 0,561 + 0,0635 = 0,6245 = X2∑N61) X0∑N6(1) = 1,2894 + 0,1581 = 1,4475 X∆N6(1) = 0,6245 + 1,4475 = 2,072
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N6*(1) = I1N6*(1) = 0,371 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.7. Tính ngắn mạch tại điểm N7 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN7 = 0,6246 + 0,0635 = 0,6881 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N71) = 0,6246 + 0,0635 = 0,6881 = X2∑N71) X0∑N7(1) = 1,4474 + 0,1581 = 1,6055 X∆N7(1) = 0,6881 + 1,6055 = 2,2936
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N7*(1) = I1N7*(1) = 0,335 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.8. Tính ngắn mạch tại điểm N8 Ngắn mạch 3 pha đối xứng : XN8 = 0,6881 + 0,0635 = 0,7516 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N81) = 0,6881 + 0,0635 = 0,7516 = X2∑N81) X0∑N8(1) = 1,6055 + 0,1581 = 1,7636 X∆N8(1) = 0,7516 + 1,7636 = 2,5152
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N8*(1) = I1N8*(1) = 0,306 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
2.4.9. Tính ngắn mạch tại điểm N9 Ngắn mạch 3 pha đối xứng X1∑N9 = 0,015+ 0,125/2+0.4835+0,2541 =0,8151 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
Ngắn mạch 1 pha X1∑N9(1) = 0,015+0,125/2+0,4835+ 0,2541 = 0,8151 = X2∑N9(1) X0∑N9(1) = 0,012+0,125/2+1,2149 + 0,6322 = 1,9216. X∆(1) = 0,8151+ 1,9216 = 2,7367
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N9*(1) = I1N9*(1) = 0,282 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Có bảng tổng kết chế độ max sau đây:  N1  N2  N3  N4  N5  N6  N7  N8  N9   IN(3)(kA)  10,158  3,968  2,466  1,789  1,403  1,261  1,144  1,047  0,966   IN(1)(kA)  10,291  3,048  1,788  1,266  0,980  0,878  0,792  0,723  0,666   IN(1,1)(kA)  10,225  3,652  2,247  1,625  1,272  1,142  1,036  0,948  0,874   I0N(1)(kA)  3,430  1,016  0,596  0,422  0,327  0,292  0,264  0,241  0,222   I0N(1,1)(kA)  3,475  0,825  0,468  0,326  0,251  0,224  0,202  0,184  0,169   INmax(kA)  10,291  3,968  2,466  1,789  1,403  1,261  1,144  1,047  0,966   I0Nmax(kA)  3,475  1,016  0,596  0,422  0,327  0,292  0,264  0,241  0,222   3.I0Nmax(kA)  10,425  3,048  1,788  1,266  0,981  0,876  0,792  0,723  0,666   Bảng 1: Trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ max tại các điểm ngắn mạch ứng với từng loại ngắn mạch. 2.5. Chế độ phụ tải cực tiểu Mục đích để tính toán dòng điện ngắn mạch bé nhất tại các điểm ngắn mạch. * Các dạng ngắn mạch cần tính: Ngắn mạch 2 pha N(2). Ngắn mạch 1 pha N(1). Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1). Không cần tính NM 3 pha do IN3 > IN2. Chỉ có một máy biến áp làm việc. Vị trí các điểm tính ngắn mạch được chọn giống như trong chế độ max. * Sơ đồ thứ tự thuận khi xảy ra ngắn mạch tại điểm 9:
Hình 4: Sơ đồ thứ tự thuận tính ngắn mạch trong chế độ min. Đối với sơ đồ thứ tự nghịch thì E = 0.
Hình 5: Sơ đồ thứ tự nghịch tính ngắn mạch trong chế độ min. Như vậy ngắn mạch xảy ra tại điểm nào thì sơ đồ sẽ tính từ nguồn E cho tới điểm đó. * Sơ đồ thứ tự không khi xảy ra ngắn mạch tại điểm 9 :
Hình 6: Sơ đồ thứ tự không tính ngắn mạch trong chế độ min. Tương tự khi xảy ra ngắn mạch tại điểm nào thì dịch nguồn U0N tới điểm đó. 2.5.1. Xác định dòng ngắn mạch tại điểm N1 X1∑N1 = 0,01875 + 0,125 = 0,1438 = X2∑ N1 X0∑N1 = 0,015 + 0,125 = 0,14 Tính dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất X∆N1(1) = 0,1438 + 0,14 = 0,2838
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N1*(1) = I1N1*(1) = 2,339 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối
Dòng điện ngắn mạch thứ tự không trong hệ đơn vị tương đối được tính theo công thức
Trong hệ đơn vị có tên:
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Tính dạng ngắn mạch 2 pha X∆(2) = X2∑N1 = 0,1438

Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên là:
2.5.2. Xác định dòng ngắn mạch tại điểm N2 X1∑N2 = 0,1438 + 0,4835.1/4 = 0,2647 = X2∑ N2 X0∑N2 = 0,14 + 1,2149.1/4 = 0,4437 Tính dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất X∆N2(1) = 0,2647 + 0,4437 = 0,7084
Dòng điện ngắn mạch tổng hợp
Tính trong hệ đơn vị có tên
Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: I0N2*(1) = I1N2*(1) = 1,028 Trong hệ đơn vị có tên:
Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Tính trong hệ đơn vị tương đối