GIẢI PHÁP GIÁM SÁT VÀ TÌM KIẾM SỰ CỐ CHẠM ĐẤT CHO TỦ NGUỒN DC220V www mese vn 1 Mở đầu Hệ thống điều khiển và bảo vệ (nhị thứ) trong các Nhà máy điện, Trạm biến áp truyền tải 500/220/110kV phổ biến đư[.]
Trang 1GIẢI PHÁP GIÁM SÁT VÀ TÌM KIẾM SỰ CỐ CHẠM ĐẤT CHO TỦ
NGUỒN DC220V
www.mese.vn
1.Mở đầu:
Hệ thống điều khiển và bảo vệ (nhị thứ) trong các Nhà máy điện, Trạm biến áp truyền tải 500/220/110kV phổ biến được cung cấp bởi nguồn nuôi DC220V Nếu hệ thống nguồn nuôi DC220V này gặp sự cố sẽ dẫn đến mất nguồn cấp hệ thống Nhị thứ, điều khiển ảnh hướng tới hoạt động của Toàn trạm biến áp truyền tải hay hoạt động của nhà máy điện Từ đó cho ta thấy tầm quan trọng của Hệ thống này tới An ninh Lưới điện quốc gia
Hệ thống nguồn 220(110)VDC bao gồm nhiều hạng mục như Charger, Inverter, Ắc quy, Tủ phân phối DC220V tủ AC220V Trong phạm vi của bài viết, chúng tôi chỉ đề cập tới “Giải pháp giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất online cho Tủ 220(110)VDC các trạm Biến áp truyền tải/phân phối 500/220/110kV”
2 Phân tích kỹ thuật:
Sơ đồ nguyên lý của Tủ nguồn DC220V phổ biến trong các trạm biến áp truyền tải tại Việt Nam
Trang 2Tủ DC220V bao gồm 02 thanh cái DC220V được cấp nguồn từ hai bộ Battery charger, có máy cắt liên lạc, mỗi hệ thanh cái này được nối tới mỗi tủ ắc quy riêng Thanh cái pha Âm và Dương
ko nối đất (nguồn một chiều cách ly với đất)
Tải nguồn DC được chia làm hai loại:
Tải thường: được cấp bởi một nguồn DC cung cấp
Tải ưu tiên: được cấp bởi hai nguồn DC tới (tùy từng trạm)
Các hiện tượng gây sự cố tủ DC220V chủ yếu nguyên nhân là do chạm đất, hiện tượng này phổ biến và thường xuyên xẩy ra trong quá trình hoạt động của trạm đặc biệt với điều kiện thời tiết nóng ẩm, nhiệt đới tại Việt Nam
Chúng ta phân tích các kịch bản xẩy ra khi có sự cố chạm đất tủ nguồn DC220V dưới đây:
a Cả hai sự cố chạm đất đều xẩy ra trên một pha (âm hoặc dương)
Trường hợp này hệ thống vẫn làm việc bình thường, chưa gây ra sự cố gì, đây cũng là trường hợp phổ biến hay xẩy ra và gây chủ quan cho người sử dụng khi có sự cố chạm đất báo từ Role bảo vệ
b Sự cố chạm đất thứ 2 xẩy ra ở một pha khác
i Nếu tổng trở sự cố là nhỏ: sẽ gây ra ngắn mạch tủ nguồn DC220V, tác động thiết bị bảo vệ quá tải trong tủ DC220V
ii Nếu tổng trở sự cố là lớn, dòng điện chạm đất nhỏ, thiết bị bảo vệ quá tải không tác động, dòng điện này chạy trong hệ thống nhị thứ, có thể gây ra tác động đóng cắt nhầm role, contactor như hình minh họa dưới đây
=> cả hai trường hợp (i), (ii) đều rất nguy hiểm tới tính an toàn cung cấp điện của mạng lưới, tới
an toàn điện hệ thống, đặc biệt là trường hợp tác động nhầm
Trang 3Như vậy, việc chúng ta cần làm là:
Giảm thiểu các nguyên nhân gây ra sự cố chạm đất: thi công lắp đặt, thiết bị, vệ sinh, bảo trì bảo dưỡng…
Nhanh chóng xác định nguyên nhân, vị trí sự cố chạm đất lần 1, cách ly, khắc phục, tránh để xẩy ra sự cố chạm đất thứ 2 khi sự cố thứ 1 chưa được khắc phục Dẫn tới
sự cần thiết phải có hệ thống giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất Online, Tìm kiếm
‘nóng’ không cần phải ngắt điện hay DỪNG hệ thống.
3 Hiện trạng tại Việt Nam:
Qua khảo sát tìm hiểu thực trạng các tủ DC220V tại các trạm truyền tải điện và các nhà máy điện tại Việt Nam, về thiết bị bảo vệ chạm đất cho tủ DC220V, Chúng tôi có nhận xét sau:
Phổ biến sử dụng một role bảo vệ chạm đất như BA300 của GE, Alstom, hay CM-IWN
ABB, 3UG30-82-xxx của Siemens; cá biệt có một số dự án tủ DC220V không có rơ le bảo vệ chạm đất.
Tính năng của thiết bị này rất CƠ BẢN: Cài đặt ngưỡng bảo vệ bằng vít vặn xoắn, báo tác động đầu ra bằng tiếp điểm khô khi cách điện hệ thống suy giảm tới ngưỡng bảo vệ,
có thể có báo chạm đất pha dương hay âm
Không có theo dõi và cảnh báo sớm, không có Logging giá trị hệ thống, không có đo lường giá trị chạm đất hiện tại và hiển thị bằng LCD, không truyền thông RS485 hay Ethernet, không hỗ trợ tìm kiếm định vị sự cố chạm đất
Khi có lỗi chạm đất lần 1 xẩy ra, người vận hành phải mất nhiều thời gian (có thể mất nhiều ngày) cho việc tìm kiếm được sự cố chạm đất lần 2 vì:
Khi có chạm đất nguồn một chiều DC thì tiến hành khoanh vùng điểm chạm đất bằng cách cắt lần lượt hoặc đồng thời các attomat cấp nguồn DC Với phương pháp này, độ tin cậy của hệ thống role nhị thứ giảm do mất nguồn một chiều tạm thời cấp cho role và mạch bảo vệ Thêm nữa, nguồn một chiều bị dao động trong quá trình xử lý có thể gây
nên những tác động sai.
Thời tiết nóng ẩm tại Việt nam, những ngày mưa nhiều và lớn cũng làm suy giảm cách điện của toàn trạm, có thể về ngưỡng lỗi chạm đất tuy nhiên lại không hẳn là chạm đất
Trang 4Nếu không có thiết bị đo lường và giám sát giá trị, lập biểu đồ theo dõi thông số cách điện, sẽ khó cho người vận hành phân tích, phán đoán lỗi và khắc phục lỗi
4.Đề xuất Phương án kỹ thuật:
Qua phân tích ở trên, về tính năng bảo vệ chạm đất cho tủ DC220V các trạm truyền tải (đặc biệt
là với các trạm truyền tải không người vận hành), Chúng tôi đề xuất hai tiêu chí sau:
1 Role giám sát điện trở cách điện của tủ DC220V phải có màn hình LCD, giám sát giá trị chạm đất Realtime và phải có tính năng truyền thông kết nối với hệ thống phần mềm giám sát trung tâm hoặc bảng giám sát từ xa realtime/online.
2 Phải có hệ thống giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất realtime, online cố định hoặc
bằng tay để nhanh chóng phát hiện, loại trừ các sự cố chạm đất ngay khi xẩy ra
Hình ảnh tham khảo thiết bị của hãng BENDER-CHLB Đức
5 Giới thiệu Giải pháp, thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất cho tủ DC220V của hãng
BENDER – CHLB Đức:
Sơ lược về hãng BENDER:
Hãng Bender GmbH & Co KG có trụ sở đặt tại Londorfer Straße 65, 35305 Grünberg, Germany, ra đời từ năm 1937, hiện có mạng lưới đối tác phân phối trên 70 quốc gia trên toàn thế giới, trong đó tại Việt Nam, Công ty CP MES-Engineering Việt Nam là nhà phân phối chính thức Chi tiết xin vui lòng ghé thăm website của chúng tôi tại: www.bender.de và www.mese.vn
Trang 5 Tổng quan về giải pháp của BENDER:
Sơ đồ Giải pháp, thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất của hãng BENDER cho tủ DC220V
Hệ thống tìm kiếm sự cố chạm đất của BENDER được chia ra làm ba phần:
1 Thiết bị giám sát và tìm kiếm sự cố chạm đất: Iso685-D-P với màn hình LCD lớn hiển thị các giá trị đo lường, kết nối truyền thông Ethernet
2 Thiết bị tìm kiếm sự cố chạm đất các xuất tuyến: EDS440,460,490, EDS150 và/hoặc bộ tìm kiếm sự cố chạm đất bằng tay EDS195PM
3 Biến dòng độ nhạy cao: W /W -8000; WS /WS -8000
Hình ảnh bộ tìm kiếm sự cố chạm đất bằng tay
Trang 6 Nguyên lý làm việc của hệ thống tìm kiếm sự cố chạm đất của BENDER:
Giả sử chúng ta có sơ đồ làm việc như hệ thống, nguồn DC220V với 06 tải lộ ra Điện trở cách điện khi làm việc bình thường là 100kOhm, ngưỡng chạm đất cài đặt báo lỗi là 10kOhm
Hệ thống giám sát tìm kiếm sự cố chạm đất gồm:
01 role giám sát tìm kiếm sự cố chạm đất Iso685-D-P
01 Bộ đinh vị sự cố chạm đất, có thể giám sát tới 12 xuất tuyến: EDS460/440
06 Biến dòng độ nhạy cao W/WS
Trang 7Kết nối mạng truyền thông: Iso685-D-P đóng vai trò là Master (địa chỉ 01); Bộ định vị sự cố EDS460 là Slave (địa chỉ 02) các kênh lộ ra giám sát bới các biến dòng W tại các kênh ký hiệu
là K1,2,3,4,5,6
Giả sử, có sự cố chạm đất xẩy ra ở thiết bị thứ 3 (k3); sự cố chạm đất này làm suy giảm cách điện của toàn hệ thống về 10kOhm; Role Iso685-D-P sau khi đo lường giá trị được là 10kOhm sẽ báo lỗi: Isolation fault 10kOhm Ngay lập tức Role này sẽ yêu cầu Bộ tìm kiếm sự cố chạm đất EDS460 làm việc, đồng thời rơle ISO685-D-P sẽ bơm ra một xung tìm kiếm sự cố chạm đất Ip
(có các ngưỡng cài đặt: 10-50mA và 1-2,5mA) , đây là một xung vuông một chiều đặc biệt (chỉ
đi qua và cảm nhận được bởi thiết bị của BENDER); dòng Ip này sẽ chạy trong mạch DC220V,
chạy qua điểm sự cố chạm đất, chạy tới dây PE (đất) và quay về Rơle ISO685-D-P (dòng Ip này, việc chạy tạo thành mạch vòng kín với ISO685-D-P là rất dễ dàng, trong ISO685-D-P có bộ lọc bên trong).
Như vậy, dòng Ip sẽ chạy thành một mạch vòng từ Iso685-D-P qua cáp điện, xuyên qua biến dòng độ nhạy cao W/Ws ở kênh K3, qua điểm chạm đất và về lại Iso685-D-P Dòng Ip này chạy qua W/WS, biến dòng này biết được và đưa giá trị đo lường về Bộ tìm kiếm sự cố chạm đất EDS460, bộ EDS460 này ngay lập tức báo lỗi, cảnh báo kênh K3 bị lỗi tr bv ên thiết bị này cũng như truyền thông báo về cho Iso685-D-P biết là: Tôi thiết bị Slave địa chỉ 2 Phát hiện lỗi ở vị trí K3 có dòng chạm đất đo lường chạy qua (giả sử là 12mA); từ đó chúng ta biết chính xác được sự
cố chạm đất đang xẩy ra tại đâu để khắc phục, sửa lỗi
Kết nối truyền thông Ethernet:
Role Iso685-D-P tích hợp sẵn cổng truyền thông Ethernet Modbus TCP-IP trên thiết bị, đơn giản cho việc kết nối với hệ thống SCADA trạm và hệ thống điều khiển từ xa, phù hợp cho việc giám sát trạm không người trực
Trang 8 Tóm lại :
Giải pháp của hãng BENDER đã khắc phục được nhược điểm của phương pháp đo lường và tìm kiếm sự cố chạm đất hiện tại cụ thể như sau:
- Phát hiện và tìm kiếm sự cố chạm đất DC online, không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống nhị thứ của trạm: Duy trì sự an toàn liên tục của hệ thống nhị thứ: ổn định hoạt động của lưới điện
- Có đo lường giám sát, lưu trữ số liệu và truyền thông phù hợp cho việc dự báo lỗi, phán đoán lỗi và giám sát từ xa - trạm không người trực
Trang 9MỘT SỐ DỰ ÁN ĐÃ THỰC HIỆN VÀ THỰC NGHIỆM TẠI VIỆT NAM
(cập nhật 8/2018)
Trên thế giới, có nhiều nhà máy điện, trạm truyền tải điện sử dụng thiết bị của BENDER cho việc tìm kiếm sự cố chạm đất
Tại Việt Nam, chúng tôi liệt kê một số dự án điển hình đã sử dụng giải pháp/ thiết bị tìm kiếm sự
cố chạm đất của BENDER sau đây:
• Tìm kiếm sự cố chạm đất bằng bộ thiết bị cầm tay tại:
– Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 2;
– Nhiệt điện Uông Bí – tổ máy 300;
– Trạm 220kV – Bắc Ninh PTC1-NPT;
– Trạm 110kV của HNPC: E1.1 Đông Anh, E1.17 Nội Bài, E1.26 Linh Đàm
• Cung cấp, lắp đặt thiết bị:
– Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 1 – EVN;
– Tram 110kV Lạch Chay – Hải Phòng (HPPC)
– Giàn khoan dầu khí PVD3, PVD5;
– Các công trình điện mặt trời của tập đoàn GE tại Nhật Bản (qua nhà máy
GE tại Hải Phòng)
– Hệ thống điện cách ly y tế IPS tại trên 30 bệnh viện tại Việt Nam
• Đang lắp đặt thử nghiệm:
– Tại trạm 110kV E1.2 Gia Lâm – Hà Nội (HNPC)
Trang 10MỘT SỐ HÌNH ẢNH DỰ ÁN ĐÃ THỰC HIỆN VÀ THỰC NGHIỆM TẠI VIỆT NAM
(cập nhật 8/2018)
Trang 11TÀI LIỆU KỸ THUẬT SẢN PHẨM HÃNG BENDER-CHLB ĐỨC
1 Role giám sát chạm đất và phát xung tìm kiếm chạm đất Iso685-D-P
2 Bộ phát hiện định vị chạm đất cố đinh: EDS460/EDS440
3 Bộ tìm kiếm sự cố chạm đất bằng tay: EDS3090/EDS195PM
4 Biến dòng độ nhạy cao W/WS…
Trang 12MỘT SỐ REPORT, BIÊN BẢN LÀM VIỆC
(cập nhật 8/2018)
1 Giàn khoan dầu khí PVD3, PVD5
2 Thực nghiệm tại nhà máy NĐ Phả Lại 2
3 Thực nghiệm tại nhà máy NĐ Uông Bí – tổ máy 300
4 Thực nghiệm tại trạm 220kV – Bắc Ninh
5 Thực nghiệm tại trạm 110kV Đông Anh, Gia Lâm, Nam Thăng Long - HNPC