Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp của nhà máy thủy điện đại ninh

Để bảo vệ so lệch MBA làm việc đúng, tin cậy cần phải tính toán đầy đủ các hư hỏng bên trong cũng như các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của MBA.. Nguyên lý làm v

CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ TỊNH MINH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 03 năm

2018

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, sự làm việc tin cậy của hệ thống bảo vệ là một trong

những chỉ tiêu đánh giá khả năng cung cấp điện MBA là một trong những phần tử

quan trọng nhất liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối Vì vậy, việc

nghiên cứu bảo vệ rơle cho MBA là rất cần thiết, đặc biệt là đối với nhà máy thủy điện

Hệ thống bảo vệ MBA sử dụng nhiều chức năng bảo vệ khác nhau trong đó bảo

vệ so lệch được sử dụng là bảo vệ chính Để bảo vệ so lệch MBA làm việc đúng, tin

cậy cần phải tính toán đầy đủ các hư hỏng bên trong cũng như các yếu tố bên ngoài

ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của MBA

Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch là so sánh biên độ dòng điện ở các phía

của phần tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch giữa các dòng điện vượt quá trị số cho trước

thì bảo vệ sẽ tác động Tuy nhiên, đối với bảo vệ so lệch MBA, dòng không cân bằng

lớn có thể xuất hiện gây cho bảo vệ tác động nhầm mặc dù không có sự cố nào xảy ra

trong vùng bảo vệ Dòng không cân bằng này xuất hiện là do ảnh hưởng của các yếu

tố như ảnh hưởng của tổ đấu dây, tỷ số biến dòng ở các phía khác nhau, sóng hài,

dòng thứ tự không, điều chỉnh nấc phân áp, bão hòa mạch từ, dòng từ hóa,… Những

yếu tố trên làm giảm độ tin cậy trong hoạt động của rơle so lệch Trong đó yếu tố

sóng hài xuất hiện trong MBA gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự làm việc đúng

đắn của rơ le

Nhà máy thủy điện Đại Ninh được đưa vào vận hành từ năm 2007 với công

suất lắp đặt 300MW bao gồm 2 tổ máy MBA chính T1, T2 nhận nhiệm vụ truyền tải

công suất từ máy phát H1, H2 đưa lên TBA 220/110kV qua MBA AT3, AT4 truyền

tải công suất cung cấp cho các phụ tải tỉnh Bình Thuận và cung cấp công suất cho hệ

thống qua TBA 500kV Di Linh Với nhiệm vụ đặc biệt quan trọng và việc lắp đặt

nhiều MBA đã có thời gian vận hành khá lâu nên việc nghiên cứu nguyên lý làm việc

cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch MBA là thực sự cần thiết

Xuất phát từ các lý do trên, đề tài tập trung: “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ

ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP CỦA

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH” Đề tài tiến hành nghiên cứu nguyên lý làm

việc của bảo vệ so lệch có hãm MBA, các phương pháp hãm thành phần sóng hài dựa

trên nguyên lý của rơ le MiCOM P633 của AREVA mà NMTĐ Đại Ninh đang sử

dụng Tiếp theo, tác giả xây dựng mô hình bảo vệ so lệch MBA bằng cách sử dụng

các khối thiết bị có sẵn trong thư viện Matlab - Simulink để tiến hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơ le có xét đến ảnh hưởng của yếu tố sóng hài Từ các kết quả mô phỏng, người sử dụng có thể đánh giá được ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của rơ le MiCOM P633 của Nhà máy Ngoài ra kết quả mô phỏng cũng được sử dụng tham khảo để phân tích sự cố và dùng cho công tác đào tạo tại đơn vị

2 Mục tiêu nghiên cứu

‒ Nghiên cứu sự hình thành, các ảnh hưởng và các phương pháp hãm thành phần hài bậc cao trong bảo vệ so lệch MBA

‒ Tiến hành thực hiện các mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch trên phần mềm Matlab - Simulink khi có sự ảnh hưởng của sóng hài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

‒ Đối tượng nghiên cứu: rơ le MiCOM P633 của AREVA

‒ Phạm vi nghiên cứu: đề tài chủ yếu tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của bảo vệ so lệch MBA

4 Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

‒ Nghiên cứu nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch MBA

‒ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến dòng không cân bằng, cụ thể các biện pháp nhằm hãm thành phần sóng hài bậc cao

‒ Mô phỏng ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của bảo vệ so lệch MBA bằng Matlab-Simunlink

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn

‒ Hệ thống hóa khoa học các lý thuyết về bảo vệ rơle

‒ Đánh giá yếu tố sóng hài ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch MBA

‒ Phân tích sự cố

‒ Kiểm nghiệm sự làm việc của bảo vệ so lệch trong thực tế

‒ Dùng cho công tác đào tạo nâng bậc, giữ bậc và sát hạch nghề tại đơn vị

Chương 2 Sóng hài và các phương pháp hạn chế sóng hài trong bảo vệ so lệch MBA

Chương 3 Mô hình mô phỏng ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch MBA bằng Matlab-Simulink

Chương 4 Kết quả mô phỏng rơ le MiCOM P633 bảo vệ MBA AT3 Nhà máy thủy điện Đại Ninh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

1.1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

NMTĐ Đại Ninh nằm trên địa phận hai tỉnh: Lâm Đồng và Bình Thuận với các thông tin cơ bản sau:

1.1.1 Vị trí địa lý

- Công trình đầu mối nằm tại điểm hợp lưu của sông Đa Nhim và Đa Queyon, trên quốc lộ 20 cách thành phố Hồ Chí Minh 260 km về phía Tây Bắc và cách thành phố Đà Lạt (tỉnh Lâm Đồng) 45 km về phía Đông – Nam

- Tuyến năng luợng trên sông Lũy: thuộc địa phận huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận

- Nhà máy nằm cách thành phố Hồ Chí Minh: 230 km trên quốc lộ 1 và 38 km ngoài quốc lộ 1

1.1.2 Mục đích

Dự án thủy điện Đại Ninh là công trình lợi ích tổng hợp của 2 nhiệm vụ sau:

- Cung cấp điện cho Hệ thống điện Miền Nam

- Chuyển nước từ lưu vực sông Đồng Nai xuống lưu vực sông Lũy để cung cấp

một phần cho hệ thống thủy lợi tỉnh Bình Thuận

1.1.3 Thủy văn

1.1.4 Hồ chứa

- Hồ chứa là nơi tích nước để phục vụ cho quá trình chạy máy của nhà máy thủy điện

- Hồ chứa Thuỷ điện Đại Ninh là tổng hợp hai hồ chứa riêng biệt, hồ Đa Nhim

và hồ Đa Queyon, được tạo thành bởi các đập xây dựng chắn ngang sông Đa Nhim và

Đa Queyon cùng với bốn đập phụ được xây dựng để giữ cho mực nước các hồ này

đạt được MNDBT Phía bên hồ Đa Nhim bố trí 3 cửa tràn xã lũ và đập xả cầu chì còn

phía hồ Đa Queyon thì bố trí hạng mục cửa nhận nước

1.1.5 Các đập chính và đập phụ: dùng để ngăn dòng chảy chính của sông để tạo dung tích hồ chứa

1.1.6 Đập tràn

- Cửa van đập tràn dùng để đóng và điều tiết mực nước hồ (xả nước khi có lũ) 1.1.7 Đập tràn sự cố

- Loại: Đê cầu chì (2 khoang, mỗi khoang 20 m)

- Lưu lượng thiết kế lũ cực hạn: 3176 m3

- Mục đích các thiết bị đặt trong cửa lấy nước:

+ Lưới chắn rác ngăn giữ không cho rác bẩn vào cửa gây hư hại cho các bộ phận công trình turbine

+ Cửa van sửa chữa đặt ngay sau lưới chắn rác Cửa này chỉ đóng khi cần sửa chữa công trình cửa lấy nước và phần đầu đường dẫn

+ Cửa van vận hành để đóng mở hoàn toàn cho dòng chảy vào đường dẫn

- Giải tỏa áp lực nước trong đường ống mỗi khi có hiện tượng nước va do cắt tải hoặc dừng máy đột ngột nhằm bảo vệ đường hầm dẫn nước, đường ống áp lực và hệ thống van chính

- Bổ sung lượng nước tức thời cho quá trình tăng tải đột ngột (cho 1 tổ máy)

- Tạo dòng chảy thuận từ đường hầm vào đường ống do thông với khí trời 1.1.12 Nhà van

- Chặn dòng sự cố chảy tự do trong trường hợp đoạn đường ống áp lực phía hạ lưu van bị sự cố

- Cho phép kiểm tra đường ống áp lực, mà không cần rút nước đường hầm thượng lưu

- Bảo vệ cho các thiết bị phía nhà máy khi có trục trặc hệ thống điều khiển van chính, có nghĩa là khi dừng máy ở bất kỳ chế độ nào, nếu van cầu không đóng được khi kim và cần gạt đang mở thì sẽ đưa tín hiệu để đóng van bướm khẩn cấp

- Nhà Van được thiết kế với một đĩa van đóng bằng đối trọng Đĩa van sẽ được

mở bằng hệ thống dầu áp lực Khi mở van sẽ không bị khóa và khi đóng thì sẽ có một thiết bị lock để chốt van lại được điều khiển bằng thủy lực nhằm ngăn ngừa khi có trục trặc hệ thống điều khiển van mở ra gây nguy hiểm cho người và thiết bị Ngoài

ra, ở đầu ra của nhà van còn được thiết kế một thiết bị dò quá tốc (lưu tốc) để bảo vệ khi có sự cố vỡ đường ống áp lực sẽ kích hoạt van đóng lại (giá trị vượt tốc 80 m3/s)

Tần số / điện áp/ công suất máy phát 50 Hz / 13,8 kV / 176,5 MVA

1.1.15 Đường hầm xả: Đường hầm xả kết hợp với kênh xả để dẫn nước ra hạ lưu sau khi chạy máy

1.1.16 Kênh xả

1.2 HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Hệ thống rơ le bảo vệ Nhà máy thủy điện Đại Ninh bao gồm hệ thống bảo vệ tổ máy, hệ thống bảo vệ trạm biến áp 220/110kV và hệ thống bảo vệ tự dùng 22/0.4kV,

cụ thể như sau:

1.2.1 Hệ thống rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2: bao gồm các rơle MiCOM P342,

P122, P921, P632, P633, MX3IPG2A của AREVA bảo vệ cho các tổ máy H1, H2,

MBA T1, T2

1.2.2 Hệ thống rơ le bảo vệ TBA 220/110kV: bao gồm các rơle MiCOM P633,

P643, P143, P122, P921, P94V, P741, P742, 7SD522, 7SA522 của hãng AREVA, ALSTOM, SIEMENS bảo vệ các thiết bị thuộc trạm như MBA AT3, AT4, Thanh cái,

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch

− Sơ đồ nguyên lý của rơle so lệch như Hình 1.1 Bảo vệ hoạt động trên

nguyên tắc so các giá trị biên độ dòng điện đi vào và đi ra của đối tượng bảo vệ Nếu

sự sai khác của hai dòng điện vượt quá giá trị cài đặt, bảo vệ sẽ tác động Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của các CT các phía của phần tử được bảo vệ

Dòng điện chạy qua rơ le như công thức (1.1)

˙ T1 T2

− Bỏ qua sai số CT, ta có dòng qua rơ le trường hợp bình thường và ngắn

mạch ngoài như công thức (1.2):

ΔI = I + I 0

(1.3)

1.3.3 Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch có hãm

− Bảo vệ rơle so lệch thông thường các rơle có thể tác động nhầm do sai số lớn của các CT khi ngắn mạch ngoài, chuyển nấc phân áp, Dòng điện IKCB trong một số trường hợp có thể có trị số rất lớn Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ và ngăn chặn tác động nhầm do ảnh hưởng của IKCB, người ta thường sử dụng nguyên lý hãm bảo vệ

− Rơ le so lệch tác động hãm có dòng điện khởi động thay đổi khi dòng điện trong các nhánh của mạch bảo vệ thay đổi Bảo vệ so lệch có hãm làm việc theo nguyên tắc dựa trên tổ hợp của hai loại dòng điện so lệch ILV và hãm IH (dòng làm việc và dòng hãm) Rơ le làm việc khi ILV>IH

Ta có công thức tổng quát như (1.4), (1.6):

IIT IT SL

) ( IT IIT

IT IIT IT SL

IT IT h IIT IT h

) (

5 0 ) (

)

K

1.3.4 Giới thiệu Rơle MiCOM P63x (P631, P632, P633, P634) [4]

1.3.4.1 Các chức năng của rơ le

− Rơle MiCOM P63x là loại rơle tác động nhanh và chọn lọc được dùng để bảo vệ MBA hai hoặc nhiều cuộn dây, MBA tự ngẫu, động cơ, máy phát, khối máy phát - MBA

1.3.4.2 Mô tả mặt trước rơ le MiCOM P63x

− Module xử lý (Processor Module P): chuyển đổi tín hiệu đo lường: từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và thực hiện xử lý ở tín hiệu số

− Module điều khiển tại chỗ (Local Control Module L): bao gồm toàn bộ các thiết bị điều khiển và hiển thị các phần tử giống như giao diện máy tính

− Module truyền dẫn (Bus Module B): làm nhiệm vụ dẫn điện kết nối giữa các module Có hai loại module kết nối được dùng là kết nối tương tự và kết nối số

− Module truyền thông (Communication Module A): cung cấp một hoặc hai chuỗi giao diện thông tin cho bộ tích hợp thiết bị bảo vệ vào bên trong hệ thống điều khiển trung gian hoặc truy cập từ xa

− Module vào ra nhị phân (Binary I/O Module X): được trang bị với các cặp tín hiệu vào nhị phân cũng như xuất các tín hiệu hoặc các lệnh cho các rơle đầu ra

− Module tín hiệu tương tự (Analog Module Y): Module tín hiệu tương tự được nối với 01 đầu vào PT100, một đầu vào 20mA và 02 đầu ra 20mA

− Module nguồn cung cấp (Power Supply Module V): Module nguồn cung cấp bảo đảm cách điện của thiết bị cũng như đáp ứng nguồn điện cung cấp

1.3.4.4 Chức năng bảo vệ so lệch MBA

b Điều chỉnh góc lệch pha

Điều chỉnh góc lệch pha nhằm đưa dòng điện 2 phía sơ cấp và thứ cấp MBA đi vào rơle trùng pha nhau Việc này được thực hiện bằng cách quay vecto dòng điện thứ cấp theo vecto dòng điện sơ cấp, tùy theo tổ đấu dây MBA được bảo vệ

c Đặc tuyến và độ dốc của đường đặc tuyến

− Dòng so lệch Id được định nghĩa bằng tổng vecto dòng điện (đã được điều chỉnh) phía sơ cấp và thứ cấp MBA Dòng hãm được định nghĩa bằng một nửa tổng đại số các dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp MBA

+ MBA 2 cuộn dây như công thức (1.10), (1.11)

Ib Ia

) (

5

0 Ia Ib

Trong đó : a,b,c là dòng các phía của MBA

+ MBA 3 cuộn dây như công thức (1.12), (1.13)

Ic Ib Ia

) (

5

1 cũng giới thiệu tổng quan về bảo vệ so lệch MBA cũng như các chức năng bảo vệ chính của rơ le MiCOM P63x của AREVA, cụ thể cho rơ le MiCOM P633 nhà máy đang sử dụng Mục đích giúp cho chúng ta có cái nhìn tổng quan nhất về hệ thống bảo vệ rơ le nói chung và bảo vệ so lệch MBA NMTĐ Đại Ninh nói riêng Từ đó giúp người đọc dễ tiếp cận vấn đề các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy

MBA, cụ thể là sóng hài mà tác giả sẽ trình bày trong chương 2

CHƯƠNG 2 SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI

TRONG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 2.1 TỔNG QUAN SÓNG HÀI

2.1.1 Định nghĩa sóng hài

Sóng hài trong hệ thống điện được định nghĩa là các dạng điện áp và dòng điện thuần sin nhưng lại có tần số bằng bội của một số nguyên lần tần số cơ sở (tại Việt

Nam, tần số cơ sở là 50 Hz) [5]

2.1.2 Khái quát về các nguồn hài sinh ra trong hệ thống điện

− Các thiết bị điện tử bán dẫn, các ứng dụng dùng các bộ biến đổi điện tử công suất của các thiết bị trong mạng điện, các bộ điều khiển tốc độ, đèn huỳnh quang, máy vi tính và các thiết bị điện tử khác

− Máy biến áp lực: do tính phi tuyến mạch từ của MBA

2.1.3 Tác hại của sóng hài

− Gây biến dạng sóng điện áp, gây ra các hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn hoặc hiện tượng chớp nháy điện áp, làm tăng phát nóng thiết bị, làm giảm tuổi thọ thiết bị,

− Đối với MBA khi đóng xung kích: có thể làm rơ le bảo vệ so lệch MBA tác động nhầm

2.2 NGUỒN SINH RA SÓNG HÀI TRONG MBA

2.2.1 Dòng từ hóa của MBA [6]

2.2.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích MBA [5]

2.2.3 MBA bị quá kích thích [5]

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRONG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP

2.3.1 Phương pháp hãm thành phần sóng hài [7]

‒ Nguyên lý của phương pháp hãm thành phần sóng hài là thành phần sóng hài

đo được được cộng thêm vào đặc tuyến bảo vệ so lệch hãm cùng với dòng hãm của

bảo vệ (Hình 2-7) Kết quả là đường đặc tuyến bảo vệ so lệch hãm được đẩy lên cao hơn (Hình 2-8)

Hình 2- 7: Sơ đồ logic của rơle so lệch

hãm với nguyên lý hãm thành phần sóng

hài

Hình 2- 8: Đặc tuyến làm việc

‒ Ưu điểm của phương pháp là bảo vệ làm việc tin cậy Tuy nhiên phương pháp

có nhược điểm là bảo vệ phản ứng chậm hơn vì đặc tuyến được nâng lên cao hơn

2.3.2 Phương pháp khóa thành phần sóng hài [7]

‒ Nguyên lý của phương pháp khóa thành phần sóng hài là thành phần hài bậc cao cần khóa xth sẽ được so sánh với thành phần cơ bản của dòng điện so lệch IOP

Nếu tỷ lệ của chúng lớn hơn ngưỡng cài đặt thì bảo vệ so lệch sẽ bị khóa (Hình 2-9)

‒ Ưu nhược điểm của phương pháp: phương pháp thực hiện đơn giản và bảo vệ phản ứng nhanh với sự cố MBA Tuy nhiên phương pháp có nhược điểm bảo vệ làm việc không tin cậy bằng phương pháp hãm thành phần sóng hài

2.4 TÓM TẮT CHƯƠNG 2

Trong chương này, các định nghĩa sóng hài, nguồn gốc phát sinh cũng như tác hại của sóng hài đã được giới thiệu Tác giả cũng đề cập đến các nguồn sinh ra sóng hài trong MBA cũng và ảnh hưởng của nó như thế nào đến bảo vệ so lệch Đồng thời tìm hiểu nguyên lý làm việc của các phương pháp hạn chế thành phần sóng hài Ưu nhược điểm của từng phương pháp và đề tài lựa chọn ứng dụng phương pháp khóa sóng hài tại nhà máy thủy điện Đại Ninh Chương tiếp theo tác giả sẽ xây dựng mô hình mô phỏng ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch MBA bằng Matlab-Simulink