Bài Giảng Tự Động Hóa Trong Hệ Thống Điện

Tự động hóa trong HTĐ Tự động hóa trong HTĐTự động hóa trong HTĐ 1 • Chương 1 Nhiệm vụ của TĐH và điều khiển HTĐ • Chương 2 Tự động đóng nguồn dự phòng TĐD • Chương 3 Tự động đóng trở lại nguồn điện ([.]

1

• Chương 1: Nhiệm vụ của TĐH và điều khiển HTĐ

• Chương 2: Tự động đóng nguồn dự phòng TĐD

• Chương 3:Tự động đóng trở lại nguồn điện (TĐL)

• Chương 4:Tự động giảm tải theo tần số

1.1 Đặc điểm của việc điều khiển HTĐ

• HTĐ hiện đại mang đặc thù của HT lớn:

+ Rộng lớn về lãnh thổ

+ Phức tạp về cấu trúc

+ Đa mục tiêu

+ Chịu ảnh hưởng mạnh của sự bất định thông tin

+ Qúa trình sx, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng

+ Sự thay đổi của mỗi phẩn tử a.hưởng đến các p.tử khác trong HT

• Các phần tử cấu thành HT có liên hệ chặt chẽ về cấu trúc, quan hệ

năng lượng và quan hệ thông tin đkhiển

• Cấu trúc HT: phân cấp HT lớn gồm nhiều HT con, HT con gồm nhiều đối tượng, phần tử

3

• Mỗi thời điểm HT ở một trạng thái xđịnh với tập hợp tương ứng các trạng thái của các phần tử

• Số phần tử lớn số trạng thái HT lớn để thực hiện việc đkhiển sử

dụng pp chia cắt HT lớn thành nhiều HT con.

• Việc chia cắt thực hiện theo lãnh thổ, cấp điện áp và theo nhiệm vụ điều khiển (P,Q,F, U…)

• Điều khiển: chế độ lvbt, sự cố, sau sự cố được thực hiện bằng lưới điều độ htđ (Quốc gia, khu vực, địa phương)

• HTĐ ngày càng phát triển nvu và cấu trúc HTĐK phức tạp, lượng thông tin xử lý nhiều khó khăn  kết hợp các phương tiện kỹ thuật mới+ pp điều khiển và phần mềm ứng dụng mới.

1.2 Nhiệm vụ điều khiển HTĐ

• Bảo vệ các TBĐ cao áp quan trọng

• ĐK và liên động các khí cụ đóng cắt

• Định vị sự cố và ghi chép thông số quá độ

• Hiển thị các thông số, trạng thái vận hành và cảnh báo

• Kiểm tra đồng bộ và hòa đồng bộ

SCADA EMS DMS BMS

ĐC

6

Tùy theo yêu cầu điều khiển và đối tượng

đkhiển:

- PCS: Plant control system

- SCS: Substation control system

- LMS: Load management system

- SCADA: supervisory control and data acquisition system

- EMS: Energy management system

- DMS: Distribution Management system

- BMS: Business Management system

1 7

2.1 Ý nghĩa của TĐD

- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ

- Trong nhiều trường hợp sẽ giảm dòng ngắn mạch, giảm tổn thất điện năng trong máy biến áp và bảo vệ rơ le đơn giản hơn

2.3 Nhiệm vụ và yêu cầu

1.Chỉ đóng MC trên mạch dự trữ sau khi đã mở MC trên mạch lv

Hộ tiêu thụ mất điện:

+ Mất nguồn HT1

+ Đường dây LV bị hỏng

+ NM tại thanh cái C

 4MC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở raMC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở ra

2.TĐD chỉ đóng lại một lần

Sau khi 4MC đóng mà BVRL của nó lại tác động NM trên thanh cái

C là duy trì.

3.TĐD phải làm việc khi mất điện vì bất cứ lí do gì

4 Thời gian mất điện phải nhỏ nhất

2.4 Phân loại TĐD

- Phân loại theo phần tử được trang bị TĐD: TĐD máy biến áp, đường

dây, cho phân đoạn thanh góp, TĐD trang thiết bị tự dùng của NMĐ và TBA

- Phân loại theo chiều tác động: TĐD tác động một chiều và theo hai chiều

U<

RT BU

3 Đề phòng TĐD làm việc vô ích khi đường dây DP ko có điện

Hộ tiêu thụ 1U<

+

-2BU +

-DP

+

13

4MC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở ra Đề phòng TĐD đóng lặp đi lặp lại

Để tranh đóng lặp lại  mạch đóng của MC đường dây DP nối qua một RL RGT có tiếp điểm chậm trễ lúc trở về

- NM trên thanh cái C 2MC mở RGT mất điện Tuy nhiên do tiếp điểm mở chậm  cuộn đóng của 4MC có điện4MC đóng lại ngay theo mạch (+)  2MC3  RGT  4MC 

CĐ -

14

2.6 Một số sơ đồ TĐD tiêu biểu

CĐ -

1

3 2

b Nguyên lý lv

- LVBT: ĐD làm việc (1MC, 2MC đóng); ĐD dự trữ (3MC đóng, 4MC mở); RGT

luôn có điện và đóng tiếp điếm

- Thanh cái C mất điện và Đd dự trữ có điện RT có điện theo mạch: +2RU<  1RU<

- Thời gian mở chậm RGT: Để 4MC chỉ đóng lại 1 lần trong trường hợp NM duy

trì tại thanh cái C thì:

tRGT =tĐ(4MC) +t (t thời gian dự trữ)

t < tRL + tCC + tCĐ của MC4

- Điện áp khởi động RU <

áp làm việc nhỏ nhất mà các ĐC còn có thể tự động khởi động trở lại

- Dòng khởi động của BV quá dòng đặt tại 3MC

Phụ tải

+ +

_

_

_ +

động  RT đóng4RG tác động CC của 1MC và 2MC có điện  MC được mở ra Khi đó tiếp điểm phụ 2MC3 đóng 6RGT có điện 5RG tác động CĐ của 3MC và 4MC có điện  MC được đóng lại

3 TĐD máy cắt phân đoạn

RGT

II I

1 2 3 4 + 1 2 3 4

+

+

+ -)

3.1 Ý nghĩa, phân loại, các yêu cầu TĐL

1 Ý nghĩa

mặt, sét đánh, gió mạnh làm các pha chạm nhau hoặc chạm vào vật lạ ); 10-)20% còn lại là sự cố duy trì hoặc bán duy trì

Như vậy đa số sự cố trên đd sau khi cắt MC sau một khoảng tgian đủ để môi trường chỗ hư hỏng khôi phục lại cách điện, ta đóng trở lại đd  lv bình thường và

hộ tiêu thụ lại được cung cấp điện  các MC có trang bị TĐL cho phép thực hiện điều này một cách tự động

đồng bộ cho HTĐ (thiếu hụt hoặc dư thừa P khi tách các hệ thống)

1 21

2 Phân loại

220kV trở xuống)

TĐL tự chọn thời điểm đồng bộ; TĐL tự đồng bộ các MFĐ, ĐCĐKĐB, máy bù

khí, truyền lực…

3 Các yêu cầu TĐL

• TĐL phải được khởi động khi máy cắt đã tự động cắt ra

• TĐL không được làm việc khi nhân viên vận hành cắt máy cắt bằng tay tại chỗ hoặc từ xa.

• Sơ đồ TĐL phải đảm bảo khả năng cấm tác động (hoặc « khóa TĐL ») trong một số trường hợp như khi bảo vệ so lệch hoặc bảo vệ bằng rơ le khí đặt ở máy biến áp tác động Thông thường đây là trường hợp này là sự cố bên

trong thùng dầu máy biến áp, nếu thực hiện TĐL có thể làm hư hỏng nặng thêm.

• Thiết bị TĐL phải đảm bảo khoảng thời gian không điện (thời gian chết) cần thiết giữa thời điểm hồ quang bị dập tắt trong buồng dập hồ quang của máy cắt và thời điểm các đầu tiếp xúc chính của máy cắt chạm nhau khi đóng trở lại

từ lúc TĐL được khởi động cho đến lúc nó trở lại trạng thái ban đầu.

• Khi có trục trặc trong thiết bị TĐL phải loại trừ khả năng việc đóng lặp lại máy cắt nhiều lần vào ngắn mạch duy trì để ngăn ngừa khả năng hỏng máy cắt và làm mất ổn định hệ thống hoặc gây cháy, nổ.

• Tác động của thiết bị TĐL cần được phối hợp với tác động của thiết bị rơ le

và các thiết bị khác của hệ thống điện khư thiết bị kiểm tra đồng bộ, thiết bị

tự động cắt tải theo tần số.

23

3.2 Nguyên tắc tác động TĐL

1 Khởi động bằng BVRL

NMBVRL tác động gửi tín hiệu đi cắt MC

đồng thời đi khởi động TĐL TĐL chỉ được

phép làm việc sau khi MC đã được mở ra

-) LVBT MC đóng  tiếp điểm nghịch phụ MC mở

 TĐL không thể khởi động được

NM  MC mở  tiếp điểm phụ của MC đóng lại

Lúc này khóa điều khiển K vẫn đang ở trạng thái

đóng nên có dòng điện chạy theo mạch (+) 

KĐK MC TĐL (-)) Khi đó thiết bị TĐL sẽ khởi

động

-) TDL tác động trong mọi trường hợp, ngoại trừ

cắt bằng khóa điều khiển do người vận hành

2 Khởi động bằng sự không tương ứng giữa vị trí máy cắt (đã cắt) và vị trí khóa điều khiển

3.3 Các thông số thời gian trong quá trình TĐL

• Thời gian làm việc của bảo vệ: thời gian từ lúc bảo vệ nhận tín hiệu

sự cố đến lúc phát tín hiệu cắt máy cắt.

• Thời gian cắt của máy cắt điện: thời gian từ lúc mạch cắt của máy cắt

được mang điện đến lúc hồ quang được dập tắt.

• Thời gian tồn tại của hồ quang điện trong máy cắt điện: thời gian từ

khi các đầu tiếp xúc chính của máy cắt điện tách nhau ra (phát sinh ra

hồ quang) đến khi hồ quang điện bị dập tắt.

• Độ dài xung đóng của TĐL: là khoảng thời gian tiếp điểm đầu ra của

TĐL ở trạng thái kín.

• Thời gian đóng của máy cắt điện: thời gian từ lúc mạch đóng của

máy cắt được mang điện đến khi tiếp điểm chính của máy cắt được thông mạch.

25

• Thời gian khử ion: t cần thiết để vùng không khí tại chỗ sự cố khôi phục lại

tính chất cách điện (được khử ion) đảm bảo cho khi đóng điện trở lại không phát sinh hồ quang lần nữa

Thời gian này phụ thuộc vào cấp điện áp, khoảng cách giữa các phần mang

điện, dòng điện sự cố, tốc độ gió và đièu kiện môi trường, điện dung của các phần tử lân cận với phần tử được TĐL, trong đó cấp điện áp đóng vai trò quyết định: nói chung cấp điện áp càng cao thời gian khử ion càng dài.

• Thời gian sẵn sàng của TĐL: thời gian từ lúc tiếp điểm của rơ le TĐL khép

lại gửi tín hiệu đóng máy cắt đến khi nó sẵn sàng làm việc cho chu kỳ tiếp theo.

• Thời gian tự động đóng trở lại (tTĐL): thời gian từ lúc TĐL được khởi động

đến lúc mạch đóng của máy cắt đượccấp điện.

• Thời gian chết (hoặc thời gian không điện – dead time): thời gian từ lúc hồ

quang điện bị dập tắt đến lúc tiếp điểm chính của máy cắt tiếp xúc trở lại.

• Thời gian dao động của hệ thống: khoảng thời gian từ lúc phát sinh sự cố

đến khi máy cắt đóng trở lại thành công (System Disturbance Time).

3.4MC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở ra Tính toán các đại lượng đặt cho thiết bị TĐL 3 pha

1 Thời gian làm việc của thiết bị TĐL một lần

Thời gian làm việc của thiết bị TĐL tác động một lần được xác định theo hai điều kiện:

• Thời gian khử ion tại chỗ xảy ra sự cố

Với tkhuion – thời gian khử ion tại chỗ xảy ra sự cố;

tDMC – thời gian đóng máy cắt;

kat – hệ số an toàn, thường lấy khoảng 1,2 – 1,3.

• Thời gian sẵn sàng của bộ truyền động máy cắt tss:

Trong đó: tss = 0,2 – 1s tùy thuộc vào kết cấu của loại máy cắt sử dụng

kat – hệ số an toàn, thường lấy khoảng 1,2 – 1,3.

1 29

2 Thời gian làm việc của thiết bị TĐL 2 lần

Thời gian làm việc của TĐL ở chu kỳ thứ nhất được chọn theo hai điều kiện trên

Thời gian làm việc của chu kỳ thứ hai được xác định theo thời gian khôi phục khả năng cắt tkpc của máy cắt, sau khi cắt ngắn mạch ở chu kỳ thứ nhất

3 Thời gian trở về của TĐL

Thời gian trở về của thiết bị TĐL là tv được lựa chọn cũng theo điều kiện khôi phục khả năng cắt tkpc của máy cắt ở những chu trình tiếp theo sau khi TĐL thành công.

3.5 Phối hợp tác động giữa thiết bị TĐL, BVRL và các thiết bị tự động khác

1 Tăng tốc độ bảo vệ trước TĐL

a Sơ đồ nguyên lý

-) Thường dùng cho đường dây 1 nguồn

cung cấp, có nhiều đoạn.

- Tại mỗi đầu đường dây: BV chọn lọc

(Bảo vệ quá dòng điện có thời gian, chọn

theo đặc tính độc lập

- Đầu đường dây trang bị thêm bảo vệ

KCL (bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh) và

+ Trước khi sự cố: BVKCL được

phép tác động và làm việc tức thời đi

2 Tăng tốc độ BV sau TĐL

a Sơ đồ nguyên lý

- Thường dùng cho lưới hình tia, đường dây có nhiều đoạn nối tiếp.

- Trên các đường dây được trang bị 2 bảo vệ:

+ BV KCL: quá dòng cắt nhanh

+ Bảo vệ CL: quá dòng điện có thời gian chọn theo đặc tính độc lập.

b Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ

tgian TĐL2 khời động sẽ đóng trở lại 2MC đồng thời cho BV KCL2 sẽ tác động:

+ Nếu NM là thoảng qua TĐL đóng thành công đường dây BC lại được cung cấp điện bình thường Sau một khoảng thời gian thì BVKCL2 bị cấm làm việc, để các sự cố tiếp theo tiếp tục được cắt chọn lọc.

+ Nếu NM là duy trì BVKCL2 tác động cắt tức thời 2MC

+ Nếu không tăng tốc độ BV sau TĐL trong trường hợp này có thể xẩy ra cắt không chọn lọc đường dây (do ảnh hưởng của dòng mở máy của các động cơ nối với thanh góp B

BV CL1 chưa kịp trở về)

3 TĐL tác động theo thứ tự

a Sơ đồ nguyên lý

- Thường dùng cho lưới hình tia, đường dây có nhiều đoạn nối tiếp.

- Trên các đường dây được trang bị 2 bảo vệ:

+ BV KCL: quá dòng cắt nhanh Các BV được chỉnh định bao trùm toàn bộ đượng dây và một phần đường dây tiếp theo

+ Bảo vệ CL: quá dòng điện có thời gian chọn theo đặc tính độc lập.

+ Các thiết bị TĐL được chỉnh định theo nguyên tắc TĐL gần nguồn tác động

b Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ

- Khi NM tại N trên BC  MC1 và MC2 có thể cắt đồng thời Tuy nhiên MC1 gần nguồn sẽ được tác động trước  TĐL đóng chắc chắn thành công  sau khoảng thời gian trễ xác định lớn hơn tTĐL1 thì BVKCL1 sẽ khóa trước khi TĐL2 làm việc đóng trở lại MC2 Nếu sự cố là duy trì thì BVKCL2 sẽ tác động cắt tức thời MC2.

- BVKCL1 sẽ được đưa vào làm việc trở lại sau một khoảng tgian đủ để thực hiện TĐL2 và BVKCL2 khi NM là duy trì.

3 Phối hợp TĐL và bảo vệ khoảng cách

Phối hợp với TĐL là thay đổi tổng trở khởi động (hoặc chiều dài vùng tác động) của vùng tác động thứ nhất (với thời gian tác động là t1  0 ) khi TĐL làm việc

Có hai phương thức phối hợp khác nhau: Vùng I bị thu hẹp lại sau khi TĐL làm việc hoặc vùng I được mở rộng ra sau khi TĐL làm việc.

Vùng I bị thu hẹp lại sau khi TĐL

1 37

Vùng I bị thu hẹp lại sau khi TĐL

- Bình thường Vùng I của bảo vệ được chỉnh định lớn hơn (khoảng 130%)

chiều dài đường dây được bảo vệ

- Sau khi hư hỏng ở bất kỳ điểm nào trên toàn bộ đường dây và một phần đường dây tiếp sau, bảo vệ sẽ tác động cắt với thời gian bé nhất

Sau khi cắt máy cắt, rơ le TĐL tự động thay trị số đặt của vùng I xuống còn 80 – 85% chiều dài đường dây (trị số đặt bình thường), sau đó đóng trở lại máy cắt

Nếu ngắn mạch là duy, các bảo vệ sẽ tác động cắt đường dây theo thông số chỉnh định bình thường.

1 38

Vùng I được mở rộng ra sau khi TĐL làm việc

vùng I của rơ le khoảng cách được chỉnh định bình thường, khoảng 80 – 85% chiều dài đường dây được bảo vệ

Nếu ngắn mạch xảy ra ở phần 15 – 20% cuối đường dây được bảo vệ, thì bảo vệ

khoảng cách ở đầu đường dây sẽ không trở về mà tác động với thời gian cấp thứ II Sau khi tác động nó sẽ tự động thay đổi (tăng) vùng tác động lên 130% chiều dài

đường dây Sau khi TĐL tác động, nếu sự cố duy trì ở cuối đường dây sẽ được loại trừ

Nếu ngắn mạch ở đầu đường dây

tiếp theo, bảo vệ khoảng cách ở

đường dây này sẽ cắt với thời

gian ngắn nhất, rơ le khoảng cách

ở đầu đường dây được bảo vệ sẽ

tự động trở về

4MC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở ra TĐL đường dây có phân nhánh

a Sơ đồ nguyên lý

- Lưới hình tia có U<110kV tiết

kiệm chỉ dùng MC ở đầu đường

dây, trên đoạn rẽ nhánh dùng

DCLTĐ

- TĐL chỉ đặt ở đầu đường dây

a.Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ

- Khi NM tại N1  BV tác động mở MC, trong khoảng thời gian chết DCLTĐ1

mở để cách ly điểm sự cố Sau đó TĐL tác động đóng trở lại MC hộ tiêu thụ trên nhánh khác lại được cung cấp điện.

- Khi NM tại N3 và N2 do kháng của MBA lớn có thể làm BV ko đủ độ nhạy

để tăng độ hạy dùng DNM để ngắn mạch nhân tạo trước MBA khi sự cố xẩy ra tại N3 và N2

- Dùng cho lưới nông thông và lưới trung áp cung cấp điện cho thành phố theo

sơ đồ kín vận hành hở.

5 TĐL đường dây có 2 nguồn cung cấp

- Đường dây một nguồn cung cấp  TĐL không cần kiểm tra đồng bộ

- Đường dây hai nguồn cung cấp  Phải kiểm tra đồng bộ trước khi TĐL tác động

RKU: Chỉ đóng TĐL khi đường dây mất điện

RKĐ: Chỉ đóng TĐL khi hai đường dây đồng bộ với nhau

5 TĐL đường dây có 2 nguồn cung cấp

• Khi vận hành đường dây chọ bộ phận RKU ở đầu này lv, còn đầu kia cho RKĐ lv

4MC chỉ được đóng lại khi 2MC đã mở ra.1 Khái niệm chung

Ý nghĩa:

Hệ thống thiếu hụt công suất tác dụng

 Hệ thống điện tự dùng trong các nhà máy nhiệt điện: bơm cấp nước và bơm tuần hoàn… bị ảnh hướng

 Tần số lại tiếp tục suy giảm  “thác tần số”thác tần số””.

giảm đến những trị số gây hiện tượng ‘thác điện áp’.

Phản ứng của Hệ thống:

• Huy động dự phòng quay của các tổ máy

• Chuyển các tổ máy phát thủy điện đang làm việc ở chế độ bù sang chế độ phát công suất tác dụng và khởi động các tổ máy thủy điện dự phòng

• Cắt một phần các hộ tiêu thụ (cắt tải) để nhanh chóng lập lại cân bằng công suất Thao tác đó được thực hiện nhờ thiết bị tự động giảm tải theo tần số (TGT)

• Việc cắt bớt các hộ tiêu thụ có thể dẫn đến một số thiệt hại cho người dùng điện, tuy nhiên theo quan điểm toàn hệ thống thì thiệt hại này bé hơn nhiều so với thiệt hại của các sự cố có thể trầm trọng hơn nhiều nếu không cắt bớt phụ tải