Đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kv tam kỳ (tt)

Vì vậy việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra đối với máy biến áp là rất cần thiết, với lý do đó việc nghiên cứu các chức năng bảo vệ cho máy biến áp nói

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HỮU THỌ

ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG LÀM VIỆC CỦA RƠLE GRT 200 BẢO VỆ

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS TS LÊ KIM HÙNG

Phản biện 1: TS Phạm Văn Kiên

Phản biện 2: TS Thạch Lễ Khiêm

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học bách khoa vào ngày 19 tháng 02 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong hệ thống điện, yêu cầu đặt ra là tất cả các thiết bị điện đấu nối trên lưới phải làm việc an toàn hiệu quả nhất để đảm bảo sự

ổn định của hệ thống điện, trong đó hệ thống rơle bảo vệ và các thiết

bị bảo vệ bằng rơle đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc duy trì

sự làm việc ổn định của hệ thống điện

Với vai trò quan trọng của máy biến áp trong việc truyền tải công suất giữa nguồn và và phụ tải, các hư hỏng trong máy biến áp

sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Vì vậy việc nghiên cứu các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra đối với máy biến áp là rất cần thiết, với lý do đó việc nghiên cứu các chức năng bảo vệ cho máy biến áp nói chung, bảo vệ so lệch máy biến áp nói riêng là công việc hết sức quan trọng Để bảo vệ cho máy biến áp làm việc an toàn, cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố gây hư hỏng bên trong và các yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng đến đặc tính làm việc bình thường của bảo vệ so lệch máy biến áp Từ đó

đề ra phương án bảo vệ, loại trừ các hư hỏng và sự cố không mong muốn

Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle bảo vệ so lệch máy biến áp kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây Các nhà sản xuất đã tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm giảm sự tác động nhầm không mong muốn Tuy nhiên trên thực tế vẫn có nhiều sự cố tác động không đúng của bảo vệ so lệch máy biến

áp và bảo vệ so lệch hạn chế REF như khi sự cố ngắn mạch ngoài, đóng điện xung kích máy biến áp, hoặc do lỗi cài đặt cấu hình, các lỗi TU, TI đã gây nên mất điện hệ thống, ảnh hưởng đến công tác vận hành và thời gian khôi phục sự cố Với những lý do nêu trên tôi

quyết định nghiên cứu đề tài “Đánh giá chức năng làm việc của

rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kV Tam Kỳ"

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích chính của luận văn là phân tích, đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so lệch TBA 110kV Tam Kỳ nhằm phục vụ cho công tác quản lý vận hành hệ thống

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Rơle bảo vệ so lệch

máy biến áp GRT 200 tai trạm biến áp 110kV Tam Kỳ

3.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Trong phạm vi thực hiện của luận văn, tác giả sẽ phân tích bảo vệ so lệch và các yếu tố ảnh hưởng Tìm hiểu các loại rơle số trên lưới điện 110kV Quảng Nam, tìm hiểu rơle GRT 200 bảo vệ so lệch trạm biến áp 110kV Tam Kỳ Tính toán và mô phỏng bảo vệ so lệch cho MBA T1 tram biến áp 110kV Tam Kỳ

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Sử dụng lý thuyết bảo vệ so lệch MBA để làm cơ sở nghiên cứu đề tài

- Tiếp cận tìm hiểu các rơle số trên lưới điện 110kV Quảng Nam, tiếp cận thu thập các số liệu TBA 110kV Tam Kỳ, tài liệu rơle bảo vệ so lệch GRT 200 từ đó đưa ra tính toán các thông số cho bảo

vệ so lệch TBA 110kV Tam Kỳ

- Dùngng phần mềm Matlap Simulink để mô phỏng sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch cho máy biến áp T1 trạm biến áp 110kV Tam Kỳ

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù các trạm biến áp với hệ thống bảo vệ rơle đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua nhưng với việc phân tích đánh giá một

cách cụ thể, có hệ thống về các chức năng làm việc và các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp nhằm mục đích giúp cho cho người vận hành đánh giá, phân tích sự cố và các hư hỏng trong máy biến áp một cách nhanh chóng, chính xác hơn

Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài là phân tích đánh giá sâu hơn về bảo vệ so lệch máy biến áp, giải quyết một khối lượng lớn công việc cho nhân viên vận hành, thí nghiệm, kiểm định, phân tích sự cố rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp giúp rút ngắn thời gian và tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục Đồng thời cung cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

6 ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI:

Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn tên là

" Đánh giá chức năng làm việc của rơle GRT 200 bảo vệ so

lệch trạm biến áp 110kV Tam Kỳ "

7 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Nội dung luận văn được biên chế thành: Ngoài phần mở đầu

và kết luận sẽ có 3 chương và phụ lục Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau:

Chương 1 Bảo vệ so lệch MBA và các yếu tố ảnh hưởng Chương 2 Tìm hiểu rơle so lệch các trạm biến áp 110kV Quảng Nam và rơle GRT 200 bảo vệ so lệch TBA 110kV Tam

CHƯƠNG 1 BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1.1 Các hư hỏng, các dạng sự cố có thể xảy ra trong máy biến áp

Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện,

là mắt xích liên kết các hệ thống với nhau, kết nối nguồn với các đường dây truyền tải, đường dây phân phối điện năng đến các phụ tải Sự cố trong trạm biến áp thấp hơn đường dây, tuy nhiên những

sự cố ở trạm sẽ gây nên những hậu quả vô cùng nghiêm trọng nếu không được loại trừ một cách nhanh chóng và chính xác Ngoại trừ các sự cố thường xảy ra trong hệ thống điện: Ngắn mạch , quá tải, trạm biến áp còn có các dạng sự cố khác xảy ra đối với máy biến áp như: Rỉ dầu, bảo hòa mạch từ, việc bảo dưỡng không thích hợp trong vận hành, áp dụng thiếu tiêu chuẩn kỹ thuật trong khi chế tạo, thử nghiệm và nghiệm thu, các vật tư đầu vào không đạt tiêu chuẩn, môi trường làm việc không phù hợp, các điều kiện vận hành không bình thường, v.v Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với máy biến

áp cũng như trong hệ thống điện rất đa dạng Việc phân tích tốt các

hư hỏng trong và ngoài máy biến áp nhằm giúp người vận hành kịp thời phát hiện ngăn chặn sớm các sự cố có thể xảy ra đối với máy biến áp để đảm bảo vận hành hệ thống điện an toàn liên tục

1.2 Các loại bảo vệ cho máy biến áp

1.2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơle [2][5]

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống điện cần có những thiết bị bảo vệ rơle ghi nhận sự

phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị

hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện

Ngoài ra thiết bị bảo vệ rơle còn ghi nhận và phát hiện

những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong

hệ thống điện, tùy mức độ mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín

hiệu hoặc đi cắt các máy cắt Những thiết bị bảo vệ rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bình thường thường báo tín hiệu và nếu không có giải pháp khắc phục kịp thời thì rơ le bảo vệ sẽ thực

hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định

1.2.2 Các loại rơle bảo vệ cho máy biến áp

1.2.2.1 Các rơle tác động theo dòng điện

1.2.2.2 Các rơle bảo vệ không theo dòng điện

1.2.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp [6]

1.3 Bảo vệ so lệch máy biến áp

1.3.1 Nguyên tắc chung

Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) dựa trên nguyên tắc so sánh giá trị dòng điện đi vào và đi ra của đối tượng được bảo vệ, được dùng làm bảo vệ chính cho bảo vệ MBA, có tính chọn lọc tuyệt đối, không cần phối hợp với các loại bảo vệ khác, vì vậy có thời gian tác động của bảo vệ gần bằng không giây Vùng tác động của 87T là vùng giới hạn giữa các BI mắc vào mạch so lệch các cuộn dây và ở các đầu ra của máy biến áp, ở các dây dẫn nối máy biến áp với thanh góp) Bảo vệ so lệch có độ nhạy cao đối với các sự cố trong vùng bảo

vệ, làm việc tin cậy không tác động nhầm đối với các sự cố ngoài vùng bảo vệ do có cơ chế hãm

Trong chế độ vận hành bình thường hoặc khi có sự cố ngoài, dòng điện chạy vào và ra đối tượng bảo vệ gần bằng nhau nên bảo vệ không tác động Khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ thì xảy ra sự mất cân bằng giữa dòng vào và dòng điện đi ra ra khỏi đối tượng nên bảo

vệ sẽ tác động

1.3.2 Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch máy biến áp

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so

lệch dọc máy biến áp

Để bảo vệ so lệch cho máy biến áp người ta thường dùng bảo vệ so lệch có hãm Giả sử 87T

ở Hình 7 dùng loại bảo vệ

so lệch có hãm thì thông thường [1]:

hơn dòng không cân bằng cực đại khi ngắn mạch ngoài:

İ kđ ≥ İ kcbttmax

1.4 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp [1]

1.4.1 Sai số tỷ số của các máy biến dòng

1.4.2 Các máy biến dòng bão hòa sai khác nhau

1.4.3 Tổ đấu dây máy biến dòng không phù hợp với tổ đấu dây máy biến áp

1.4.4 Tỉ số biến máy biến áp

1.4.5 Sai sót trong việc đấu nối các máy biến dòng

1.4.6 Ảnh hưởng do sóng hài

1.4.6.1 Sóng hài do quá trình đóng điện máy biến áp

1.4.6.2 Sóng hài do quá trình đóng điện xung kích máy biến

áp

1.4.6.3 Sóng hài do sự cố ngoài vùng bảo vệ

1.4.6.4 Sóng hài do quá kích thích máy biến áp

1.5 Các giải pháp khắc phục

1.5.1 Khắc phục sai số do sai số máy biến dòng

1.5.2 Khắc phục do máy biến dòng bão hòa không giống nhau

1.5.3 Khắc phục sai số do nấc phân áp máy biến áp [1] 1.5.4 Khắc phục sai số do tổ đấu dây máy biến áp [1] 1.5.5 Khắc phục do sóng hài [1]

1.6 Kết luận chương 1

Trong chương này, học viên đã tìm hiểu các dạng hư hỏng và

các dạng sự cố có thể xảy ra đối với máy biến áp Nghiên cứu các loại rơle bảo vệ cho MBA, nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch MBA, các yếu tố ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch máy biến

áp như ảnh hưởng của sóng hài, ngắn mạch ngoài gần vùng bảo vệ, ảnh hưởng của sai số của máy biến dòng, ảnh hưởng do bảo hòa máy

biến dòng khác nhau, ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải, ảnh hưởng

do tổ đấu dây máy biến áp, ảnh hưởng của dòng thứ tự không Từ đó

có cơ sở cho những đánh giá về các giải pháp khắc phục các yếu tổ ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU RƠLE SO LỆCH CÁC TRẠM 110KV QUẢNG NAM VÀ RƠLE GRT 200 BẢO VỆ SO LỆCH TRẠM BIẾN ÁP

110KV TAM KỲ

2.1 Các trạm 110kV Quảng Nam [6]

Qui mô lưới điện 110 kV tỉnh Quang Nam gồm 393,49 km đường dây 110kV trong đó có 80,018 km đường dây mạch kép,166,89 km đường dây mạch đơn và 107,1 km đường dây mạch kép của các nhà máy thủy điện Có 13 trạm biến áp 110kV với 21 máy biến áp có tổng dung lượng 781 MVA gồm các trạm: Tam Kỳ, Tam Thăng, Tam Anh, Kỳ Hà, Thăng Bình, Thăng Bình 2, Duy Xuyên, Điện Bàn, Điện Nam- Điện Ngọc, Hội An, Đại Lộc, Đại Đồng, Phước Sơn, tất cả các trạm đều vận hành ở chế độ không người trưc, được điều khiển xa từ trung tâm điều khiển công ty Điện lực Quảng Nam

2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ máy biến áp 110kV

2.1.1 Các rơle tác động theo dòng điện

2.1.2 Các rơle không tác động theo dòng điện

2.1.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ các máy biến áp [6]

2.3 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch máy biến áp các trạm 110kV Quảng Nam

2.3.1 Tìm hiểu cấu trúc và đặc tính làm việc của rơle Micom P632 [1]

Rơle kỹ thuật số MiCom P632 là loại rơle tác động nhanh và chọn lọc dùng để bảo vệ bảo vệ máy biến áp, động cơ, máy phát

Rơle MiCom P632 còn có thể thực hiện chức năng điều khiển

- Các chức năng có trong rơle MiCom P632: Bảo vệ so lệch (87)(chức năng chính); bảo vệ chạm đất có giới hạn (50 REF) ; bảo

vệ quá dòng cắt nhanh (50); bảo vệ quá dòng có thời gian (51); bảo

vệ quá tải nhiệt (49); bảo vệ quá áp, kém áp (27/59); bảo vệ kém tần, quá tần (81 O/U)

Hình 2.3 Hình ảnh rơle Micom

P632

Hình 2.4 Đặc tính làm việc rơle Micom P632

2.3.2 Tìm hiểu cấu trúc và đặt tính làm việc của rơle SEL787 [3]

Rơle SEL787 bao gồm các tính năng bảo vệ so lệch tương tự các dòng rơle bảo vệ so lệch máy biến áp thường được sử dụng Ngoài chức năng chính là bảo vệ so lệch, Rơle SEL787 còn tích hợp

các chưac năng bảo vệ khác

Hình 2.5 Hình ảnh rơle

SEL 787

Hình 2.6 Đường đặt tính làm việc của chức năng so lệch của rơle

SEL787

2.4 Tìm hiểu rơle bảo vệ so lệch máy biến áp T1 trạm biến áp 110kV Tam Kỳ [6]

Bảo vệ so lệch cho máy biện áp tại trạm biến áp 110kV Tam

Kỳ dùng loại rơle GRT 200

- Các chức năng tích hợp có trong rơle: Bảo vệ so lệch dòng điện (chức năng chính); bảo vệ chống chạm đất hạn chế (chức năng chính); bảo vệ chống hư hỏng máy cắt; bảo vệ quá dòng điện; bảo vệ dòng công suất ngược; bảo vệ đứt dây; bảo vệ quá kích thích; bảo vệ quá tải nhiệt; bảo vệ quá kém áp; bảo vệ quá tần số; ngoài ra trong rơle còn tính hợp các chức năng điều khiển, chức năng đo lường, chức năng giám sát trạng thái các thiết bị nhất thứ, chức năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực

2.4.1 Tìm hiểu cấu trúc phần cứng rơle Toshiba GRT200 [2]

2.4.2 Tìm hiểu phần mềm rơle

2.4.2.1 Cấu hình phần mềm cài đặt trong rơle

Có 5 thư mục chính trong rơle Từ các thư mục này nhân viên vận hành có thể đọc và đặt các tham số bảo vệ:

- Khi màn hình rơ le đang OFF, ấn bất cứ phím, màn hình

Hình 2.7 Hình ảnh rơle

TOSHIBA GRT200

Hình 2.12 Đặc tính bảo vệ so lệch

dòng điện

Menu chính sẽ xuất hiện Menu chính có 8 trình đơn phụ là: Record, Monitoring, Setting, IOSetting, Control, Time, TestvàInformation

2.4.2.2 Giới thiệu phần mềm GR-TIEMS

Phần mềm GR-TIEMS là phần mềm cho phép truy cập và phân tích thông số đo lường của hệ thống, lấy thông tin sự cố và sự kiện của rơle

a Các công cụ trong phần mềm GR-TIEMS

Công cụ giám sát (Monitoring tools):

Công cụ lưu trữ (Record tools):

Công cụ cấu hình (Configuration tools):

b Kết nối rơle với máy tính bằng phần mềm GR-TIEMS

Hình 2.10 Hình ảnh giao diện kết nối phần mềm GR-TIEMS

2.4.3 Đặt tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch của rơle Toshiba GRT 200

2.4.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện (DIF)

Chức năng so lệch cũng như tất cả các chức năng bảo vệ cho MBA đều được cung cấp tín hiệu dòng pha từ các cuộn dây của MBA và tính được dòng so lệch trên mỗi pha, phát hiện được sự cố pha-pha và pha-đất

Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng, đặc biệt do hiện tượng bão hòa của mạch từ, nên trong chế độ làm việc bình thường

và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp của hai tổ máy

biến dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau và:

ΔI = IT1 – IT2 = Ikcb Dòng điện không cân bằng Ikcb trong một số trường hợp có thể có trị số rất lớn, đặc biệt khi có ngắn mạch ngoài, dòng sự cố qua các BI có thể làm cho chúng bị bão hòa

Trong trường hợp đóng không tải MBA, phân tích sóng hài của dòng từ hóa ta thấy dòng từ hóa xung kích có một lượng rất lớn hài bậc 2 (khoảng 70%) và có thể đạt đến trị số cực đại đến khoảng 30% trị số của dòng điện sự cố Nếu thành phần hài bậc hai trong dòng điện từ hóa được tách ra và đưa vào cho dòng dòng hãm của bảo vệ so lệch thì sẽ tránh được tác động nhầm khi MBA đóng không tải Khi MBA bị quá kích thích khi có nhiễu động lớn trong lưới, rơle tự động hãm sóng hài bậc 5

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống

chạm đất hạn chế

2.4.3.2 Bảo vệ so lệch thứ tự không(REF)

Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF)

là bảo vệ so lệch thứ tự

không

Khi ngắn mạch chạm đất trong vùng phía nối sao, các thành phần I1, I2, I0 của dòng sự cố đi vào đất Bên phía sơ cấp dòng I1, I2 tồn tại từ nguồn đến đi qua các biến dòng Vì không có dòng điện qua các biến dòng phía thứ cấp MBA, nên rơ le tác động cắt

Bằng việc tính toán dòng điện thứ tự không tại mỗi cuộn dây đầu vào pha và cuộn trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở, rơle sẽ so sánh giá trị Iod và Ires Nếu điểm so sánh nằm trong vùng tác động, rơle sẽ tác động cắt máy cắt để bảo vệ MBA khỏi sự cố chạm đất trong nội bộ vùng bảo vệ