Hệ thống Rơle

ơle và thiết bị bảo vệ bằng rơ le đóng vai trò hết sức quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động bình thường, thực tế đã xảy ra tình làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải… trên các phần tử của hệ thống điện, mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động cô lập phần tử bị sự cố, đưa hệ thống trở lại chế độ làm việc bình thường. Đường dây truyền tải điện là một phần tử hết sức quan trọng trong hệ thống phát dẫn điện. Hiểu biết về vận hành, sự cố đường dây, về các thiết bị bảo vệ đường dây là những kiến thức quan trọng của kỹ sư nghành hệ thống điện. Hiện nay, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bị bảo vệ rơle ngày càng hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn. ở nước ta ngày nay, xu hướng sủ dụng rơle kỹ thuật số dần thay thế cho các rơle điện cơ dùng tiếp điểm đã quá cũ kỹ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác. Về mặt cấu trúc, bản đồ án này gồm 4 chương lớn sau: Chương I: Tính toán ngắn mạch. Kết quả phần này được dùng để tính toán chỉnh định và kiểm tra độ nhạy cho bảo vệ đường dây được trình bày ở các chương sau. Chương II: Giới thiệu một số chức năng của rơle số 7SA511 của hãng SIEMENS Chương III: Lựa chọn phương thức bảo vệ cho đường dây Hòa Khánh-Huế. Chương IV: Tính toán chỉnh định và kiểm tra vùng bảo vệ, kiểm tra độ nhạy. Ngoài ra còn có các bản vẽ thuyết minh đi kèm theo. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện đã chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt 5 năm trên ghế giảng đường. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của cô giáo TS Trương Lan Anh, người đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo em hoàn thành bản đồ án này. Em hy vọng những kiến thức em tích lũy được trong 5 năn học, những điều chỉ bảo của cô Trương Lan Anh, những điều thu được sau khi hoàn thành bản đồ án này, có thể sử dụng hiệu quả cho thực tế sau này. Cảm ơn bố mẹ, anh chị, người thân và cả những người bạn, những người đã cùng giúp sức, động viên, chia sẻ khó khăn trong nhiều năm. Tất cả đã giúp em hoàn thành bản đồ án này. Xin cảm ơn tất cả. Chương I: Tính toán ngắn mạch Ngắn mạch là một loại sự cố nguy hiểm, vì khi ngắn mạch dòng điện đột ngột tăng lên rất lớn, dòng ngắn mạch chạy qua các phần tử của hệ thống điện có thể gây ra các tác dụng sau: - Phát nóng cục bộ trên các thiết bị, có thể gây cháy nổ. - Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần của thiết bị điện, làm biến dạng hoặc gẫy vỡ các bộ phận ( sứ đỡ, thanh dẫn… ) - Gây sụt áp lưới điện, làm động cơ ngừng quay, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của máy móc, thiết bị. - Gây mất ổn định hệ thống điện do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau dẫn đến mất đồng bộ. - Tạo ra các thành phần dòng điện không đối xứng, gây nhiễu các đường dây thông tin ở gần. - Nhiều phần của mạng điện bị cắt ra để loại trừ điểm ngắn mạch, làm gián đoạn cung cấp điện. Do những hậu quả xấu mà ngắn mạch gây ra cho hệ thống điện, đòi hỏi phải cô lập phần tử bị sự cố, bảo vệ phần còn lại của hệ thống điện. Các bảo vệ rơle sẽ đảm nhận nhiệm vụ này, và phải phản ứng khi có sự cố hoặc tình trạng bất bình thường xảy ra ở phần tử mà nó bảo vệ. Để bảo vệ rơle thực hiện đúng nhiệm vụ của mình, cần thiết phải tính toán ngắn mạch nhằm phục vụ công tác chỉnh định và kiểm tra hoạt động của rơle bảo vệ. Chính vì vậy việc tính ngắn mạch là cần thiết. Tính ngắn mạch dùng trong bảo vệ rơ le nhằm: phục vụ công tác chỉnh định và kiểm tra hoạt động của rơ le bảo vệ. I.1. Giới thiệu sơ đồ hệ thống điện 110kV BV9 BV10 T1 110kV BV3 BV4 BV5 BV8 BV7 A BV1 BV2 BV6 B C HTĐ Ta có thể mô tả vị trí đặt các bảo vệ cho các phần tử trong hệ thống như sơ đồ sau: Trong đó: A- Đà Nẵng; B- Huế; C- Hòa Khánh Đường dây CB được bảo vệ bằng các bộ bảo vệ BV1 và BV2. Đường dây AB được bảo vệ bằng các bộ bảo vệ BV5 và BV6. Đường dây AC được bảo vệ bằng các bộ bảo vệ BV7 và BV8 Trạm biến áp T1 được bảo vệ bằng các bộ bảo vệ BV3 và BV4. Trạm biến áp T2 được bảo vệ bằng các bộ bảo vệ BV9 và BV10 Vậy: Để bảo vệ cho đường dây CB ta cần phải tính toán chỉnh định cho 2 bộ bảo vệ là BV1 và BV2. - BV1 tác động theo hướng dòng ngắn mạch từ thanh cái B tới điểm ngắn mạch. - BV2 tác động theo hướng dòng ngắn mạch từ thanh cái C tới điểm ngắn mạch. Trong nội dung của phần đồ án tốt nghiệp này, em sẽ tính toán chỉnh định cho bảo vệ BV1. Bảo vệ BV2 làm tương tự BV1 chỉ khác ở chỗ sẽ tính toán chỉnh định theo giá trị và chiều dòng điện ngược với BV1. Để phục vụ việc chỉnh định BV1, ta sẽ tính toán dòng ngắn mạch ở các chế độ hệ thống cực đại và cực tiểu và các dạng ngắn mạch xảy ra trên đường dây CB. Ta chia đường dây thành 4 đoạn đều nhau, gồm 5 điểm tính ngắn mạch N1, N2, N3, N4, N5, ứng với mỗi điểm tính toán ngắn mạch, ta tính dòng ngắn mạch chạy qua BV1 là thành phần dòng ngắn mạch chạy từ đầu thanh cái C tới điểm ngắn mạch. Ngoài ra, do lý do phối hợp tác động của các bảo vệ với nhau. BV1 phải phối hợp tác động với BV3, BV6, do đó ta phải tính thêm 2 điểm ngắn mạch là N6 và N7 nữa ở các vị trí: N6: điểm ngắn mạch tại thanh cái 110kV trạm biến áp T1 N7: điểm ngắn mạch trên đường dây Đà Nẵng-Huế, đây là điểm mút cuối cùng mà bảo vệ quá dòng cắt nhanh cấp 2 của BV6 bảo vệ được, khoảng cách từ thanh cái B đến điểm ngắn mạch N7 chiếm khoảng 75% chiều dài đường dây Huế-Đà Nẵng, hay khoảng cách từ thanh cái A đến N7 là 25% chiều dài đường dây và bằng 25%´98 = 24,5 km. Để đơn giản, khi tính ngắn mạch ta có các giả thiết sau: - Bỏ qua R chỉ lấy X. - Mạch từ không bão hoà. - Bỏ qua dòng điện từ hoá của máy biến áp. - Bỏ qua thành phần điện dung dây dẫn-đất. - Đối với chế độ hệ thống max thì tính N(3), N(1). - Đối với chế độ hệ thống min thì tính N(3), N(1). - Tính toán các giá trị trong hệ tương đối cơ bản, sau đó quy về giá trị có tên. I.2: chọn biến dòng điện BI, biến điện áp Bu Chọn biến dòng điện BI Chọn tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI dùng cho bảo vệ BV1. Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dòng làm việc lớn nhất đi qua BI. Dòng thứ cấp lấy bằng 1A Dòng điện làm việc max chạy qua đường dây 220kV Hòa Khánh-Huế được xác định từ hai điều kiện sau - Dòng làm việc cho phép theo chế độ phát nóng của đường dây ACSR-411,6 là 750 A - Dòng làm việc cưỡng bức khi xảy ra sự cố đứt đường dây Đà Nẵng-Huế, và trạm biến áp T1 hoạt động quá tải với hệ số quá tải là 1,4. Khi đó công suất truyền tải trên đường dây Hòa Khánh-Huế sẽ là 1,4´125 = 175 MVA, dòng làm việc cưỡng bức chạy trên đường dây Hòa Khánh-Huế là: Icb = ị Ilvmax = 459,256 A là dòng làm việc lớn nhất chạy trên đường dây Hòa Khánh-Huế đây chính là dòng làm việc max chạy qua BI đặt tại bảo vệ BV1 IT: dòng điện danh định phía thứ cấp, chọn IT = 1 A IS: dòng điện danh định phía sơ cấp, chọn IS ≥ Ilvmax= 459,256 A, chọn IS = 600 A Vậy tỷ số biến dòng là: nI = Chọn biến điện áp BU Chọn điện áp định mức cuộn sơ cấp US = 220/ kV; Điện áp định mức cuộn thứ cấp UT = 110/ V Vậy tỷ số biến điện áp là: nU = Tỷ số của nZ được tính: nZ = I.3: tính các thông số điện kháng các phần tử trong hệ thống điện Chọn Scb= 100 MVA; Ucb = Utb = 230 kV ị Icb = 0,25102 kA Ta tính các điện kháng thành phần ở dạng tương đối cơ bản I.3.1. Điện kháng của đường dây. Đ Điện kháng của đường dây Đà Nẵng - Hoà Khánh dài 15 km là: ã Điện kháng thứ tự thuận là: X1 = x1´l´ = 0,415´15´ = 0,01177 ã Điện kháng thứ tự không là: X0 = x0´l´ = 1,45´15´ = 0,04112 Đ Điện kháng của đường dây Hoà Khánh - Huế dài 84 km là: ã Điện kháng thứ tự thuận là: X1 = x1´l´ = 0,415´84´ = 0,06590 ã Điện kháng thứ tự không là: X0 = x0´l´ = 1,45´84´ = 0,23025 Đ Điện kháng của đường dây Đà Nẵng - Huế dài 98 km là: ã Điện kháng thứ tự thuận là: X1 = x1´l´ = 0,415´98´ = 0,07688 ã Điện kháng thứ tự không là: X0 = x0´l´ = 1,45´98´ = 0,26862 I.3.2.Điện kháng của máy biến áp. Ta tính điện áp ngắn mạch UCN , UTN , UHN theo các công thức sau: = = lấy 0 = Điện kháng thứ tự thuận, nghịch, không của các cuộn dây cao, trung, hạ của máy biến áp trong hệ đơn vị tương đối cơ bản là: XC = XT = 0 XH = I.3.3. Điện kháng của hệ thống điện a. Tính điện kháng thứ tự thuận Đ Chế độ cực đại Xét khi có ngắn mạch trên thanh cái Đà Nẵng ta có giá trị các dòng ngắn mạch là: I(3)Nmax = 5,6 kA; I(1)Nmax = 5,2 kA; ị Điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện trong chế độ cực đại là: X1max = Đ Chế độ cực tiểu Khi có ngắn mạch trên thanh cái 220kV Đà Nẵng ta có: I(3)Nmin = 4 kA; I(1)Nmin = 3,6 kA ị Điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện trong chế độ cực tiểu là: X1min = b. Tính điện kháng thứ tự không Đ Giá trị dòng ngắn mạch một pha được tính theo: I(1)N = 3´INa1 = = ị INa1: dòng ngắn mạch pha A thành phần thứ tự thuận. : là điện kháng tổng hợp của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch Ni Trong ngắn mạch N(1), được tính theo = ++ = 2 + - Với , lần lượt là điện kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch của toàn hệ thống tính đến điểm ngắn mạch Ni, có = - là điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống tính đến điểm ngắn mạch Ni, nó được tính bằng cách vẽ sơ đồ thứ tự không. Đ Khi ngắn mạch tại thanh cái A (thanh cái 220kV Đà Nẵng). ã Chế độ cực đại. - Có X1ồ = X2ồ = X1max = 0,04483 Với X1max là điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện trong chế độ max. - Dòng ngắn mạch một pha là: = 5,2 kA. - Điện kháng tổng hợp trong ngắn mạch N(1) khi ngắn mạch tại thanh cái A là: X(1)S = = ị Điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống tính đến điểm ngắn mạch A là: X0S = 0,14482- 2 ´ 0,04483 = 0,05516. ã Chế độ cực tiểu. - Có X1ồ = X2ồ = X1min = 0,06276 Với X1min là điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện trong chế độ min. - Dòng ngắn mạch một pha là: = 3,6 kA. - Điện kháng tổng hợp trong ngắn mạch N(1) khi ngắn mạch tại A là: X(1)S = = ị Điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống tính đến điểm ngắn mạch A là: X0S = 0,20918 – 2 ´ 0,06276 = 0,08366 X9 A Hình 3.1 C B Đ Sơ đồ thay thế thứ tự không khi xảy ra ngắn mạch tại A là: Trong đó: X9 là điện kháng thứ tự không của hệ thống điện. X2 = X4 = XC = 0,10528 là điện kháng thứ tự không của cuộn dây cao áp máy biến áp tự ngẫu. X3 = X5 = XH = 0,17728 là điện kháng thứ tự không của cuộn dây hạ áp máy biến áp tự ngẫu. X6 = 0,26862 là điện kháng thứ tự không của đường dây AB. X7 = 0,04112 là điện kháng thứ tự không của đường dây AC. X8 = 0,23025 là điện kháng thứ tự không của đường dây CB. Thu gọn sơ đồ ta có: Biến đổi D X6, X7, X8 đU X10, X11, X12 D = X6 + X7 + X8 = 0,26862 + 0,04112 + 0,23025 = 0,53999 X10 = X11 = X12 = X13 = X2 + X3 + X12 = 0,10528 + 0,17728 + 0,11454 = 0,39710 X14 = X4 + X5 + X11 = 0,10528 + 0,17728 + 0,01753 = 0,30009 X9 A Hình 3.2 Khi đó ta được sơ đồ hình 3.2 sau: Từ sơ đồ trên ta thấy: X0ồ = X9 // X15 Với X15 = X13 // X14 + X10 = = 0,19138 Vậy ta có X0ồ = X9 // X15 = Trong chế độ cực đại ta có X0ồ = 0,05516 ị = 0,05516 ị X9 = 0,07750 Điện kháng thứ tự không của hệ thống điện trong chế độ cực đại là 0,07750 Trong chế độ cực tiểu ta có X0ồ = 0,08366 ị = 0,08366 ị X9 = 0,14865 Điện kháng thứ tự không của hệ thống điện trong chế độ cực tiểu là: 0,14865. Đ Điện kháng của đoạn đường dây Hoà Khánh - Huế Ta chia đoạn đường dây Hoà Khánh - Huế thành 4 đoạn có chiều dài băng nhau, mỗi đoạn dài 21 km, từ đó ta tính ngắn mạch tại các đầu mút của mỗi đoạn. Như vậy ta có 5 điểm trên đường dây Hòa Khánh-Huế cần tính ngắn mạch là N1, N2, N3, N4, N5 như hình: Hoà Khánh Huế N1 N2 N3 N4 N5 Điện kháng của mỗi một đoạn thành phần dài 21 km là: Điện kháng thứ tự thuận: Điện kháng thứ tự không: Ta có bảng 1 tổng hợp điện kháng các phần tử trong toàn hệ thống như sau: Bảng 1: Điện kháng các phần tử trong toàn hệ thống Các phần tử X1 = X2 X0 Hệ thống điện Cực đại 0,04483 0,07750 Cực tiểu 0,06276 0,14865 Đường dây 98km 0,07688 0,26862 84km 0,06590 0,23025 15km 0,01177 0,04112 21km 0,01647 0,05756 Máy biến áp XC 0,10528 0,10528 XT 0 0 XH 0,17728 0,17728 Ghi chú: Để thuận tiện cho việc tính ngắn mạch sau này ta quy ước: X1 là điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện (X1max, X1min). X2 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây dài 98km. X3 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây dài 15km. X4 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây dài 84km. X5 là điện kháng của cuộn dây cao áp máy biến áp T1 X6 là điện kháng của cuộn dây hạ áp máy biến áp T1 X7 là điện kháng của cuộn dây cao áp máy biến áp T2 X8 là điện kháng của cuộn dây hạ áp máy biến áp T2 X9 là điện kháng thứ tự không của hệ thống điện (X9max, X9min). X10 là điện kháng thứ tự không của đường dây dài 98km. X11 là điện kháng thứ tự không của đường dây dài 15km. X12 là điện kháng thứ tự không của đường dây dài 84km i.4: tính toán Ngắn mạch ba pha Mặc dù ngắn mạch ba pha rất hiếm khi xảy ra, song hậu quả của nó thường là nặng nề nhất, do dòng ngắn mạch ba pha thường có giá trị lớn nhất. Chính vì vậy việc tính ngắn mạch ba pha là rất cần thiết. A. ngắn mạch trên đường dây Hòa Khánh-Huế E Ni X1CNi X1BNi Hình 4.1 C B A Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi có ngắn mạch trên đường dây Hòa Khánh-Huế là: Trong đó: X1: là điện kháng thứ tự thuận của hệ thống điện trong từng chế độ. Trong chế độ cực đại có X1 = X1max = 0,04483. Trong chế độ cực tiểu có X1 = X1min = 0,06276. X2 = 0,07688 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây AB. X3 = 0,01177 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây AC. X1CNi là điện kháng thứ tự thuận của đoạn đường dây tính từ thanh cái C tới điểm ngắn mạch Ni (đoạn C- Ni) X1BNi là điện kháng thứ tự thuận của đoạn đường dây tính từ điểm ngắn mạch Ni tới thanh cái B (đoạn B- Ni) Có XN1Ni + XN5Ni = 0,06590 = X4 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây CB. E = 1 là sức điện động của hệ thống ở đơn vị tương đối cơ bản. Bảo vệ BV1 đặt tại đầu đường dây Hòa Khánh-Huế, đặt tại phía thanh cái C • Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch Ni là: • Dòng ngắn mạch 3 pha tổng tại Ni : I = • Thành phần dòng ngắn mạch qua bảo vệ BV1 truyền tới điểm ngắn mạch: IBV1 = • Trong đơn vị có tên giá trị các dòng ngắn mạch này là: IBV1(kA) = IBV1´ (kA) Từ các công thức trên ta tính được dòng ngắn mạch qua bảo vệ BV1 khi có ngắn mạch xảy ra trên đường dây Hòa Khánh-Huế, kết quả ghi ở bảng dưới: Bảng 2: Dòng ngắn mạch 3 pha qua BV1 khi hệ thống ở chế độ cực đại. Vị trí NM X1CN i X1BN i I IBV1 IBV1(kA) N1 0 0,06590 0,05570 17,95215 16,58497 4,16316 N2 0,01647 0,04941 0,06791 14,72619 12,03449 3,02090 N3 0,03294 0,03294 0,07660 13,05483 9,27719 2,32876 N4 0,04941 0,01647 0,08179 12,22742 7,38603 1,85404 N5 0,06590 0 0,08347 11,98086 5,95981 1,49603 Bằng cách tính tương tự, thay các giá trị điện kháng hệ thống ứng với khi hệ thống ở chế độ cực tiểu, ta có kết quả ghi ở bảng sau: Bảng 3:Dòng ngắn mạch 3 pha qua BV1 khi hệ thống ở chế độ cực tiểu. Vị trí NM X1CN i X1BN i I IBV1 IBV1(kA) N1 0 0,06590 0,07363 13,58075 12,54649 3,14942 N2 0,01647 0,04941 0,08578 11,65009 9,52739 2,39157 N3 0,03294 0,03294 0,09453 10,57865 7,51762 1,88707 N4 0,04941 0,01647 0,09972 10,02874 6,05797 1,52067 N5 0,06590 0 0,10140 9,862274 4,90593 1,23149 B. ngắn mạch 3 pha tại N6, N7 Ngắn mạch tại N6 Điểm ngắn mạch N6 là ngắn mạch tại thanh cái 110kV trạm biến áp T1. N6 E Hình 4.2 C A B Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại N6 là: Trong đó: X5 = 0,10528 là điện kháng của cuộn dây cao áp máy biến áp T1. Các kí hiệu điện kháng khác như trên đã trình bày ở trên. Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N6 là: X1 nt [(X3 nt X4) // X2] nt X5 X1 + = X1 + 0,14392 Với điểm ngắn mạch N6, ta đi tính dòng ngắn mạch qua BV3 đặt tại phía cao áp máy biến áp tự ngẫu T1. a. Chế độ max: X1 = X1max = 0,04483 Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N6 là: 0,04483 + 0,14392 = 0,18875 Dòng ngắn mạch tại N6 là: I = Đây chính là dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ BV3 đặt tại phía cao áp trạm biến áp T1 khi xảy ra ngắn mạch tại N6. IBV3 = 5,29801 ị IBV3 (kA) = 5,29801´ kA b. Chế độ min: X1 = X1min = 0,06276 Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N6 là: 0,06276 + 0,14392 = 0,20668 Dòng ngắn mạch tại N6 là: I = Đây chính là dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ BV3 đặt tại phía cao áp trạm biến áp T1 khi xảy ra ngắn mạch tại N6. IBV3 = 4,83840 ị IBV3 (kA) = 4,83840´kA Điểm ngắn mạch tại N7 Ngắn mạch tại N7 là ngắn mạch trên đường dây Đà Nẵng-Huế, và có: Chiều dài đoạn đường dây tính từ thanh cái A đến N7 là lAN7 = 24,5 km; chiều dài đoạn đường dây tính từ thanh cái B đến N7 là lBN7 = 3´24,5 = 73,5 km. Điện kháng thứ tự thuận của đoạn đường dây tính từ thanh cái A đến điểm ngắn mạch N7 là: X1AN7 = x1´l´ Điện kháng thứ tự thuận của đoạn đường dây tính từ thanh cái B đến điểm ngắn mạch N7 là: X1BN7 = x1l X1AN7 + X1BN7 = X2 = 0,07688 là điện kháng thứ tự thuận của đường dây Đà Nẵng-Huế. I E Hình 4.3 N7 A B C Sơ đồ thay thế thứ tự thuận khi ngắn mạch tại N7 là: Các ký hiệu điện kháng tương tự như trên. Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N7 là: X1 nt [(X3 nt X4 nt X1BN7) // X1AN7] X1 + = X1 + 0,01683 a/ Chế độ max: X1 = X1max = 0,04483 Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N7 là: 0,04483 + 0,01683 = 0,06166 Dòng ngắn mạch tổng tại N7 là: I = Từ hình 4.3 ta tính được dòng ngắn mạch truyền từ phía thanh cái B đến điểm ngắn mạch N7 là: Đây chính là dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ BV6 đặt trên đường dây 220kV Đà Nẵng-Huế phía thanh cái 220kV Huế khi có ngắn mạch tại N7. IBV6 = IBN7 = 2,01689 ị IBV6 (kA) = 2,01689´kA b/ Chế độ min: X1 = X1min = 0,06276 Tổng trở ngắn mạch thứ tự thuận của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N7 là: 0,06276 + 0,01683 = 0,07959 Dòng ngắn mạch tổng tại N7 là: I = Từ hình 4.3 ta tính được dòng ngắn mạch truyền từ phía thanh cái B đến điểm ngắn mạch N7 là: Đây chính là dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ BV6 đặt trên đường dây 220kV Đà Nẵng-Huế ở phía thanh cái 220kV Huế khi có ngắn mạch tại N7. IBV6 = IBN7 = 1,56252 ị IBV6 (kA) = 1,56252´kA  I.5: Tính ngắn mạch một pha N(1) Tính toán dòng ngắn mạch một pha phức tạp hơn rất nhiều so với tính ngắn mạch ba pha. Do ngắn mạch một pha là ngắn mạch không đối xứng nên ta dùng phương pháp các thành phần đối xứng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không để tính. Trong trường hợp ngắn mạch N(1) này ta có thành phần dòng ngắn mạch thứ tự thuận tại điểm ngắn mạch chính bằng với thành phần dòng ngắn mạch thứ tự nghịch và bằng thành phần dòng ngắn mạch thứ tự không. Trong ngắn mạch một pha, ta đi tính dòng ngắn mạch một pha chạy qua 2 bảo vệ là BV1 và BV2 đặt ở 2 đầu đường dây Hòa Khánh-Huế, và tính dòng thứ tự không chạy qua các bảo vệ trên, đồng thời ta tính thêm ngắn mạch tại các điểm N6, N7, cũng nhằm mục đích chỉnh định sau này như trong trường hợp ngắn mạch ba pha. I.5.1 Chế độ cực đại A. Ngắn mạch trên đường dây Hòa khánh-huế 1. Tính điện kháng thứ tự không X0CNi Hình 5.1 X0BNi Ni C B A Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm Ni trên đoạn đường dây Hoà Khánh - Huế thì ta có sơ đồ thay thế thứ tự không là: Với X11 = 0,07750 là điện kháng thứ tự không của hệ thống điện trong chế độ max. X12 = 0,26862 là điện kháng thứ tự không của đường dây AB. X13 = 0,04112 là điện kháng thứ tự không của đường dây AC. X5 = X7 = 0,10528 lần lượt là điện kháng cuộn dây cao áp máy biến áp tự ngẫu T1 và T2. X6 = X8 = 0,17728 lần lượt là điện kháng cuộn dây hạ áp máy biến áp tự ngẫu T1 và T2. X0CNi là điện kháng thứ tự không của đoạn đường dây CNi. X0BNi là điện kháng thứ tự không của đoạn đường dây BNi. X12 = X0CNi + X0BNi = 0,23025 là điện kháng thứ tự không của đường dây CB. Thu gọn sơ đồ trên ta được. X13 = X14 = X5 + X6 = X7 + X8 = 0,10528 + 0,17728 = 0,28256 Biến đổi D X9, X11, X14 đ U X15, X16, X17 Có D = X9 + X11 + X14 = 0,07750 + 0,04112 + 0,26862 = 0,38724 X15 = X16 = X17 = Hình 5.2 X0CNi X0BNi Ni Ta thu được sơ đồ: X18 = X16 + X10 = 0,00823 + 0,26862 = 0,27685 Biến đổi D X15, X18, X13 đ U X19, X20, X21 Có D = X19 + X20 + X21 = 0,05655 + 0,27685 + 0,28256 = 0,61596 X19 = X20 = Hình 5.3 Ni X0CNi X0BNi X21 = Ta thu được sơ đồ ịĐiện kháng thứ tự không của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch Ni: X19 nt [ ( X20 + X17 + X0CNi ) // ( X21 + X0BNi ) ] Từ công thức trên tính được điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch Ni trong chế độ cực đại, kết quả cho ở bảng 4 sau: Bảng 4: Điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch hệ thống ở chế độ max. Điểm NM X0CNi X0BNi N1 0 0,23025 0,07392 N2 0,05756 0,17268 0,10799 N3 0,11512 0,11512 0,12600 N4 0,17268 0,05756 0,12796 N5 0,23025 0 0,11385 2. Điện kháng thứ tự thuận và điện kháng thứ tự nghịch. Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch Ni đã được tính trong phần tính ngắn mạch 3 pha, kết quả được ghi trong bảng 5 sau Bảng 5: Điện kháng thứ tự thuận, thứ tự nghịch của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch, hệ thống ở chế độ max Vị trí NM X1CNi X1BNi N1 0 0,06590 0,05570 N2 0,01647 0,04941 0,06791 N3 0,03294 0,03294 0,07660 N4 0,04941 0,01647 0,08179 N5 0,06590 0 0,08347 3. Tính dòng ngắn mạch một pha. Đ Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch Ni trong ngắn mạch một pha được tính theo công thức: Đ Dòng ngắn mạch các thành phần tại điểm ngắn mạch Ni khi có ngắn mạch một pha được tính theo: INa1 = INa2 =INa0 = Đ Dòng ngắn mạch một pha qua BV1 khi có ngắn mạch một pha tại Ni là: IBV1 = ICNa1 + ICNa2 + ICNa0 = 2´ICNa1 + ICNa0 Trong đó: ICNa1 là dòng ngắn mạch thứ tự thuận pha A từ phía thanh cái C truyền tới diểm ngắn mạch. ICNa2 là dòng ngắn mạch thứ tự nghịch pha A từ phía thanh cái C truyền tới diểm ngắn mạch. ICNa0 là dòng ngắn mạch thứ tự không pha A từ phía thanh cái C Huế truyền tới diểm ngắn mạch. Đ Dòng đi qua bảo vệ thứ tự không BV1 khi có ngắn mạch một pha tại Ni là: I0BV1 = 3´ICNa0 Đ Từ các công thức trên và dựa vào bảng 4 và bảng 5, ta có bảng kết quả tính các dòng ngắn mạch thành phần khi có ngắn mạch một pha trên đường dây Hòa Khánh-Huế trong chế độ max như sau: Bảng 6: Dòng ngắn mạch 1 pha trong chế độ hệ thống cực đại Vị trí NM INa1 = INa0 N1 0,05570 0,07392 0,18532 5,39607 N2 0,06791 0,10799 0,24381 4,10155 N3 0,07660 0,12600 0,2792 3,58166 N4 0,08179 0,12796 0,29154 3,43006 N5 0,08347 0,11385 0,28079 3,56138 Đ Tính các thành phần dòng ngắn mạch như sau: E Ni X1CNi X1BNi Hình 4.1 C B A + Do sơ đồ thứ tự thuận và sơ đồ thứ tự nghịch là giống nhau (chỉ khác là trong sơ đồ thứ tự nghịch không có nguồn). Vì vậy thành phần dòng ngắn mạch thứ tự thuận bằng với thành phần dòng ngắn mạch thứ tự nghịch. Tức là: ICNa1 = ICNa2 ă Thành phần thứ tự thuận. Theo hình 4.1 ta có - Dòng ngắn mạch thứ tự thuận tại điểm ngắn mạch là INa1. - Thành phần dòng ngắn mạch thứ tự thuận từ phía thanh cái 220kV Hoà Khánh truyền tới điểm ngắn mạch Ni là: ICNa1 = ă Thành phần thứ tự nghịch: ICNa2 = ICNa1 Từ các công thức trên ta tính được kết quả ghi trong bảng Bảng 7 : Thành phần dòng ngắn mạch thứ tự thuận, nghịch chế độ max. Vị trí NM X1N1Ni X1N5Ni INa1 ICNa1 = ICNa2 N1 0 0,06590 5,39607 4,98513 N2 0,01647 0,04941 4,10155 3,35157 N3 0,03294 0,03294 3,58166 2,54505 N4 0,04941 0,01647 3,43006 2,07180 N5 0,06590 0 3,56138 1,77159 ă Thành phần thứ tự không. Hình 5.3 X0N5Ni X0N1Ni Ni I1Nao I2Nao INa0 Theo hình 5.3 ta có: - Dòng ngắn mạch thứ tự không tại điểm ngắn mạch là INa0 - Thành phần dòng ngắn mạch thứ tự không từ phía thanh cái C truyền tới điểm ngắn mạch Ni là: ICNa0 = Từ công thức trên ta tính được các giá trị dòng ngắn mạch cho dưới dạng bảng: Bảng 8: Thành phần dòng ngắn mạch thứ tự không chế độ max. Vị trí NM X0NiNi X0N5Ni INa1=INa0 ICNa0 N1 0 0,23025 5,39607 4,67140 N2 1,20876 0,17269 4,10155 2,97864 N3 2,41752 0,11513 3,58166 2,10151 N4 3,62628 0,05757 3,43006 1,53412 N5 4,85304 0 3,56138 1,09602 Tổng hợp lại ta có: Đ Dòng ngắn mạch một pha truyền qua BV1 đến điểm ngắn mạch Ni là: IBV1 = 2´ICNa1 + ICNa0 Đ Dòng đi qua bảo vệ thứ tự không BV1 là: I0BV1 = 3´ICNa0 Đ Vậy từ bảng 7 và bảng 8 ta có bảng kết quả dòng ngắn mạch truyền qua bảo vệ BV1 khi có ngắn mạch tại Ni như sau: Bảng 9: Dòng ngắn mạch 1 pha chế độ max qua bảo vệ BV1 Vị trí NM ICNa1 ICNa0 IBV1 IBV1(kA) I0BV1 I0BV1(kA) N1 4,98513 4,67140 14,64166 3,675377 14,0142 3,51787 N2 3,35157 2,97864 9,68178 2,430338 8,93592 2,24311 N3 2,54505 2,10151 7,19161 1,805251 6,30453 1,58257 N4 2,07180 1,53412 5,67772 1,425232 4,60236 1,15529 N5 1,77159 1,09602 4,6392 1,164541 3,28806 0,82537 B. Điểm ngắn mạch N6, N7 1. Điểm ngắn mạch N6 Ngắn mạch tại N6 là ngắn mạch tại thanh cái 110kV trạm biến áp T1. ĐTrong phần tính ngắn mạch 3 pha ta đã tính được tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch của toàn hệ thống điện đến điểm ngắn mạch N6 trong chế độ max là: = 0,18875 Hình 5.4 N6 Đ Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại N6 là: Các kí hiệu điện kháng đã trình bày như ở phần trên. Có X14 = X7 + X8 = 0,10528 + 0,17728 = 0,28256 Biến đổi D X9, X11, X14 đ U X22, X23, X24 Có D = X9 + X11 + X14 = 0,07750 + 0,04112 + 0,28256 = 0,40118 X22 = X23 = X24 = Từ đó ta được sơ đồ như hình 5.5 Có Xtd1 = X22 nt [ (X23 nt X10) // (X24 nt X12) ] nt X5 Xtd1 = 0,05458 + Hình 5.5 N6 Xtd2 = X6 = 0,17728 Điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N6 là: = Xtd1 // Xtd2 = Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N6 trong ngắn mạch N(1) là: = 2´ + =2´0,18875 + 0,11055 = 0,48805 Dòng ngắn mạch một pha các thành phần tại điểm ngắn mạch N6 là: INa1 =INa2 = INa0 = ĐDòng ngắn mạch thứ tự thuận, thứ tự nghịch tại điểm ngắn mạch N6 chính là dòng thứ tự thuận, thứ tự nghịch từ phía thanh cái B truyền tới N6: ị I1BN6 = I2BN6 = 2,04899 ĐTừ sơ đồ hình 5.5, với dòng ngắn mạch thứ tự không tại N6 là INa0 = 2,04899 ta dễ dàng tính đựoc dòng ngắn mạch thứ tự không từ phía thanh cái B (thanh cái 220kV Huế) truyền đến điểm ngắn mạch N6 là: I0BN6 = Dòng ngắn mạch một pha truyền từ phía thanh cái B tới điểm ngắn mạch N6 là: IBN6 = 2´I1BN6 + I0BN6 = 2´2,04899 + 0,77130 = 4,86928 Đ Dòng ngắn mạch một pha chạy qua bảo vệ BV3 đặt tại phía cao áp trạm biến áp T1 khi có ngắn mạch một pha tại N6 trong chế độ max là: IBV3 =IBN6 = 4,86928 ị IBV3 (kA) = kA Đ Dòng ngắn mạch thứ tự không qua BV3 trong chế độ max: I0BV3 = 3´I0BN6 = 3´0,77130 = 2,31390 2. Điểm ngắn mạch N7. Ngắn mạch tại N7 là ngắn mạch trên đường dây Đà Nẵng-Huế với: Chiều dài đoạn đường dây tính từ thanh cái A đến điểm ngắn mạch N7 là: lAN7 = 24,5km ; chiều dài đoạn đường dây tính từ thanh cái B đến điểm ngắn mạch N7 là: lAN7 = 73,5km. ĐTrong phần tính ngắn mạch 3 pha ta đã tính được tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch của toàn hệ thống điện đến điểm ngắn mạch N7 trong chế độ max là: = 0,06166 Đ Điện kháng thứ tự không Điện kháng thứ tự không đoạn đường dây AN7 là: X0AN7 = 1,45´24,5´ Điện kháng thứ tự không đoạn đường dây BN7 là: X0BN7 = 1,45´73,5´ X0AN7 + X0BN7 = X12 = 0,26862 là điện kháng thứ tự không của đường dây Đà Nẵng-Huế. Đ Sơ đồ thay thế thứ tự không khi ngắn mạch tại N7 như hình 5.6 Các kí hiệu điện kháng đã trình bày như ở phần trên Hình 5.6 N7 Có X13 = X5 + X6 = X14 = X7 + X8 = 0,10528 + 0,17728 = 0,28256 Biến đổi D X9, X11, X14 đ U X22, X23, X24 Có D = X9 + X11 + X14 = 0,07750 + 0,04112 + 0,28256 = 0,40118 X22 = X23 = X24 = Hình 5.7 N7 Từ đó ta được sơ đồ: X25 = X12 + X24 = 0,02896 + 0,23025 = 0,25921 X26 = X23 + X0AN7 = 0,00794 + 0,06716 = 0,0751 Biến đổi D X22, X25, X13 đ U X27, X28, X29 D = X22 + X25 + X13 = 0,05458 + 0,25921 + 0,28256 = 0,59635 X27 = X28 = X29 = Hình 5.8 N7 Ta được sơ đồ sau: Có Xtd1 = X29 + X0BN7 = 0,12282 + 0,20148 = 0,3243 Xtd2 = X28 + X26 = 0,02372 + 0,0751 = 0,09882 Điện kháng thứ tự không của toàn hệ thống điện tính đến điểm ngắn mạch N7 là: = X33 + Xtd1 // Xtd2 = 0,02586 + Điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N7 trong ngắn mạch N(1) là: = 2´ + = 2´0,06166 + 0,1016 = 0,22492 Dòng ngắn mạch một pha các thành phần tại điểm ngắn mạch N7 là: INa1 =INa2 = INa0 = Ta đi tính các dòng ngắn mạch thành phần chạy qua bảo vệ BV6 khi ngắn mạch tại N7. Đ Thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch. Dòng ngắn mạch thứ tự thuận, thứ tự nghịch tại điểm ngắn mạch N7 là: INa1 = INa2 = 4,44603 E INa1 N7 A B Hình 5.3 C Từ hình 5.3 ta dễ dàng tính được: Dòng ngắn mạch thứ tự thuận, thứ tự nghịch chạy từ phía thanh cái Huế đến điểm ngắn mạch N7 là: I1BN7 = I2BN7 = Đ Thành phần thứ tự không. Dòng ngắn mạch thứ tự không tại điểm ngắn mạch N7 là INa0 = 4,44603. Hình 5.8 N7 Theo sơ đồ hình 5.8 ta tính được. Dòng ngắn mạch thứ tự không từ phía thanh cái 220kV Huế truyền đến điểm ngắn mạch N7 là: I0BN7 = I0BN7 = Dòng ngắn mạch một pha truyền từ phía thanh cái B tới điểm ngắn mạch N7 là: IBN7 = 2´I1BN7 + I0BN7 = 2´0,55291 + 1,03837 = 2,14419 Đ Dòng ngắn mạch một pha chạy qua bảo vệ BV6 đặt trên đường dây 220kV Đà Nẵng-Huế về phía thanh cái 220kV Huế khi có ngắn mạch tại N7 trong chế độ max là: IBV6 = IBN7 = 2,14419 ị IBV6 (kA) = kA Đ Dòng ngắn mạch đi qua bảo vệ thứ tự không BV6 khi có ngắn mạch một pha tại N7 trong chế độ max là: I0BV6 = 3´I0BN7 = 3´1,03873 = 3,11619 ị I.5.2. chế độ cực tiểu A.ngắn mạch trên đường dây hòa khánh-huế 1.Tính điện kháng thứ tự không. X0CNi Hình 5.9 X0BNi Ni B A C Khi xảy ra ngắn mạch tại điểm Ni trên đoạn đường dây Hoà Khánh - Huế thì ta có sơ đồ thay thế thứ tự không là: Với X30 = 0,14865 là điện kháng thứ tự không của hệ thống điện trong chế độ._.