Sử dụng Matlab Simulink mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp T60-GE tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn

Một máy biến áp có thể bị quá áp một tr ng thái ổ ịnh ở tần số danh ịnh của nó.. 1.3.6 Bão hòa máy biến dòng V i những sự cố ngoài vùng, dòng sự cố l n, một trong những biến dòng bão hò

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN ANH LINH

SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK

MÔ PHỎNG RƠ LE BẢO VỆ SO LỆCH

MÁY BIẾN ÁP T60-GE TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV BA ĐỒN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

C ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

N GS TS L KI H NG

PGS TS ĐINH THÀNH VIỆT

TS VŨ PHAN HUẤN

Luậ vă c b o v c Hộ ồng chấm Luậ vă ốt nghi p Th sĩ chuyên ngành ậ p t Đ i h Đ

Nẵng vào ngày 27 tháng 10 ăm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- T âm H l v T yề T Đ Bá

Đ Đ Nẵ

- T v K Đ , T Đ Bá

Đ Đ Nẵ

sự cố, vừ m b o tính ch n l ể trách nhữ á ộng nhầm gây

mấ Để gi i quyết những vấ ề này thì ngày nay các hãng thiết

bị n l S eme s, S e e , ABB, Sel, GE … ã ến hành nghiên cứu chế t o các lo ơ le s l ch k thuật số ó ộ tin cậy cao

Tr m biế áp 0 V B Đồn trực thuộc Công ty Truyền t i

c trang bị ơ le thuật số T60 do hãng GE s n xuất làm nhi m vụ b o v so l ch cho máy biến áp lực của tr m Đây l ò

ơ le ơ ối m v sử dụng t i thị n Vi t Nam Vi c nghiên cứu, làm chủ công ngh m i về ơ le ằm áp ứng yêu cầu vận hành là một nhi m vụ củ i làm công tác k thuậ ũ ê ứu khoa h lĩ vực truyền t i Bên

c nh vi c nghiên cứu lý thuyết, nguyên lý làm vi c của thiết bị thì

vi c mô phỏng ho ộng mang l i ý ĩ ực tiễn rất l n

Trong nộ ề tài này, tác gi sử dụ M l /S m l ể

mô phỏ ơ le T60-GE Bằ á ó ó ể xây dự c mô ơle o v dựa trên gi i thuật thiết kế của nhà s n xuất, kết h p

v i các khối thiết bị có sẵn tron v n mô phỏ ể tiến hành mô phỏng các d ng sự cố và phân tích sự làm vi c củ ơle

Mặt khác, công cụ mô phỏng gi i thuật làm vi c củ ơ le s

l ch k thuật số còn có thể c sử dụ ể phân tích các b n ghi sự

cố v ối chứng v i sự làm vi c củ á ơ le s l ch trên thực tế Từ các kết qu mô phỏng, có thể á á l ó c ởng của các yếu tố á ến sự làm vi c củ ơ le thuật số, từ ó

á ều chỉnh phù h p về mặt chỉ ịnh các thông số cài

ặ , ũ lựa ch n h p lý các thiết bị l ng và m ch nhị thứ Đây ũ l vấ ề cần thiế c các k s v yê l m

á ề ộ, thí nghi m quan tâm nghiên cứu

Ngoài ra các kết qu mô phỏng, tính toán có thể ù ể kiểm chứng các lý thuyế ã p â í , ồng th á á c ph n ứng củ ơ le o v khi có sự cố máy biến áp

Chính vì vậy, ề tài này vừa mang tính khoa h c vừa mang tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Một số vấ ề về b o v so l ch máy biến áp

- Nghiên cứu gi i thuật làm vi c chứ ă o v so l ch của

ơ le T60 - GE

- Sử dụng công cụ mô phỏ M l /S m l ể mô phỏng

ơ le T60 - GE b o v so l ch cho máy biến áp 220/110/22kV t i

tr m biế áp 0 V B Đồn

- Đá á á ết qu mô phỏ , ú ú á á ị c

củ ề tài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Đố ng nghiên cứ l ơ le k thuật số T60 do hãng GE

s n xuất, có chứ ă í l o v so l ch máy biến áp

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu gi i thuật chứ ă o v so l c viết

ơ le thuật số T60-GE Mô phỏ ơ le ằng

Matlab/Simulink

4 Phương pháp nghiên cứu

- ơ pháp nghiên cứu lý thuyết : Một số lý thuyết về

b o v ơ le, b o v so l ch máy biến áp trong h thố n

- ơ pháp mô phỏng, so sánh: Sử ụ mô hình mô

p ỏ M l /S m l ể ê ứ mộ số á p ắn

m ó ể x y Từ ó á ế l ậ về v s l máy

ế áp Từ ó ểm nghi m vi ặt chỉ ị ơ le tác b o v máy biến áp t ơ vị

5 Đặt tên đề tài:

Că ứ vào mục tiêu và nhi m vụ ê ê ề ặt tên:

“Sử dụng Matlab/Simulink mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp T60-GE tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn”

6 Cấu trúc của luận văn:

Nội dung luậ vă ồm các phần chính sau:

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ SO LỆCH

ÁY BIẾN ÁP 1.1 Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T)

1.1.1 Nguyên lý

Cá ố v s l l m v e yê lý s sá

ò v v vậy ũ ể ố â ằ ò

Xé p ơ ơ le v máy ế áp ộ dây, á ị ĩ s ã GE sử ụ v í á

s máy ế áp ặ mộ MBA ị q á áp, chúng sinh ra các

p ầ só .Dò só ậ v ậ 5 l m

ò ãm ể ự v ó v s l á ộ ầm

p p sự ố

1.1.3 Hãm cộng thêm khi biến dòng bị bão hoà

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch áy biến áp

1.3.1 Dòng từ hóa trong quá trình đóng điện xung kích MBA

Dòng từ hóa có thế t o ra dòng so l ch kho ng 200% của dòng

n hãm và nó là nguyên nhân gây ra ho ộng sai của b o v

1.3.2 Các thành phần sóng hài khi đóng xung kích MBA

K ó x í MBA s ò , ồn t i không lâu, chủ yếu là sóng bậc 2 Có thể sử dụng hãm hài ể khóa F87T

1.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng

Khi có một sự cố ê , ần các máy biế áp c tách ra bằng máy cắt thích h p, á ều ki n bên trong lõi sắt biến

áp l á ơ ự ừ hóa của máy biến áp

1.3.4 Quá kích thích máy biến áp

Trong khi cắt lo i bỏ t v ều ki n vậ ó á Một máy biến áp có thể bị quá áp một tr ng thái ổ ịnh ở tần số danh ịnh của nó Hi ng quá kích thích sẽ t o ra dòng so l ch

1.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp

K ầu phân áp không ở vị í ịnh mức, sẽ t o ra thêm một sai

số nhỏ í á ò n so l ch

1.3.6 Bão hòa máy biến dòng

V i những sự cố ngoài vùng, dòng sự cố l n, một trong những biến dòng bão hòa làm xuất hi n dòng so l ch không mong muốn

CHƯƠNG 2 RƠ LE KỸ THUẬT SỐ T60-GE BẢO VỆ

SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 2.1 Tổng quan

2.1.1 Giới thiệu về rơ le T60 – GE

Rơ le T60 ã GE (M ) s n xuất, có chứ ă í o v

so l ch cho máy biến áp lực các lo i

Rơ le ồm các khối chính: khối nguồn, khối truyền thông, khối input/ output, khối vi xử lý trung tâm

2.1.2 Một số thông tin cài đặt chỉnh định rơ le liên quan

Mỗ ơ le v vậ ề c tính toán chỉnh ịnh thông số phù h p v ặ ểm riêng của h thống Vi c tính

á y á T âm ề ộ h thố n Quốc gia, h thống

Ở phần chỉ ịnh riêng tùy thuộc vào chứ ă o v sẽ có các thông số chỉ ị á á ị khở ộng, giá trị trở về,

th i gian trễ, các giá trị xây dự ặ í …

Rơ le sẽ làm vi ă ứ trên các thông số chỉ ịnh này

2.2 Giải thuật tính toán chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp của rơ le T60-GE

Cá ò ầ v c biế ổi liên q ến tỷ l ò n máy biến áp lực Đ ều này thực hi n bằ á ữ li u tỷ l biến

ổ ỷ l công suất, tỷ l n áp, tỷ l ò sơ ấp của máy biến

ò n vào thiết bị b o v , tổ ấu dây máy biến áp

Rơ le T60-GE sử dụng cuộn tham chiế í á ể q y ổi tất c dòng qua các cuộn dây khác về cuộn tham chiếu Rơ le q y ổi

ò n các phía về cuộn tham chiế , á ò y c

ù ể tính toán trong b o v so l ch

2.2.1 Xác định cuộn tham chiếu:

Vi xá ịnh cuộn tham chiếu có thể ặt ch n cuộn tham chiế T ng h p không ch , ơ le sẽ tính

ch n cuộn tham chiếu dựa vào giá trị q y ổi từ giá trị ò n ịnh mức

I m

®m

Cuộn dây có giá trị Im nhỏ nhất sẽ ch n lầm cuộn tham chiếu

2.2.2 Quy đổi dòng điện các phía máy biến áp

Dò q y ổi về cuộn tham chiếu phụ thuộc vào tỷ số biến áp, tỷ số biến dòng của TI, tổ ấu dây máy biến áp

2.2.2.1 Bù biên độ

Để q y ổi thành phầ ò n phụ thuộc do tỷ số biến áp,

tỷ số biến dòng củ TI, ơ le í á á ị g i là giá trị ù ê ộ

M [w] là giá trị ù ê ộ của cuộn dây thứ w

Ipri[w] là dòng sơ ấp ịnh mức của máy biến dòng cuộn dây thứ w

Ipri[wtc] là dòng sơ ấp ịnh mức của máy biến dòng cuộn

dây tham chiếu

Vnom[w] l n áp ịnh cuộn dây w

Vnom [w ] l n áp ịnh cuộn dây tham chiếu

2.2.2.2 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây

Lấy cuộn tham chiếu làm gốc, tùy thuộc vào tổ ấu dây, các cuộn dây còn l i sẽ có góc l ch pha so v i cuộn tham chiếu Vi c

q y ổ ò n theo góc l p c tính theo các công thức toán h c lập trình sẵ ơ le

2.2.2.3 Dòng điện quy đổi

S xá ị c giá trị ù ê ộ, giá trị q y ổi phụ thuộc tổ ấ ây, ò n cuộn dây thứ w c quy ổi về phía

cuộn tham chiếu:

2.3 Áp dụng giải thuật tính toán cho máy biến áp AT2 trạm 220kV Ba Đồn

Từ gi i thuậ ơ le s l ch T60-GE, áp dụng cho máy biến áp

2.3.1 Chọn cuộn tham chiếu:

Ch n cuộn tham chiếu là cuộn cao (winding1)

2.3.2 Quy đổi dòng điện

2.3.2.3 Dòng quy đổi các cuộn dây về cuộn tham chiếu

V i h số ù ê ộ từ cuộn trung áp sang cao áp là 0,717,

từ cuộn h áp sang cao áp là 0,130 Dò q y ổi các cuộn dây sẽ là:

Dò q y ổi cuộn cao:

b o v ơ 3

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH HÓA RƠ LE T60-GE BẢO VỆ SO LỆCH MÁY

BIẾN ÁP BẰNG MATLAB – SIMULINK

3.1 Tổng quan về Matlab/Simulink

3.1.1 Matlab

Matlab là công cụ phần mềm của Mathwork v i giao di n thân thi n hỗ tr n i dùng gi i quyết các vấ ề trong nhiề lĩ vực khác nhau từ á lĩ vực k thuật chuyên ngành

N y y M l ã ở thành công cụ phổ biế ắc lực dùng trong gi ng d y, o và triển khai ứng dụ á ơ sở nghiên cứu, s n xuấ , á lĩ vực khoa h ơ n

3.1.2 Simulink

Simulink là phầ ơ mở rộng của Matlab phục vụ

mô hình hóa, mô phỏng, phân tích các h thống k thuật – vật lý trên

ơ sở sơ ồ cấu trúc d ng khối

Đề tài lựa ch n công cụ y ể xây dựng mô hình hóa mô phỏng cho b o v so l ch của máy biến áp

3.2 Mô hình hóa bảo vệ so lệch MBA bằng Matlab/Simulink

3.2.1 Sơ đồ bảo vệ MBA AT2 tại TBA 220kV Ba Đồn

Mô hình mô phỏng MBA AT2 tr TBA 0 V B Đồn

Hình 3.1: Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA AT2

Bảng 3.1: Thông số chính MBA AT2 trạm 220kV Ba Đồn

chú

1 Công suấ ịnh mức C-T-H 125/125/20 MVA

2 Đ áp ịnh C-T-H 225/121/22kV

4 Tỷ số biế ò n phía 220kV 600/5A

5 Tỷ số biế ò n phía 110kV 800/5A

6 Tỷ số biế ò n phía 22kV 800/5A

7 Tỷ số biế ò n phía trung

Bảng 3.2: Thông số chỉnh định rơ le T60-GE tại trạm 220kV Ba Đồn

Stt Thông số Giá trị Ghi chú

7 Overexcitation

Inhibit Level 30%

Độ dố ặc tính hãm sóng hài bậc 5

3.2.2 Mô hình hóa rơ le T60-GE bảo vệ MBA AT2 tại

TBA 220kV Ba Đồn bằng Simulink

3.2.2.1 Sơ đồ mạng điện

Sơ ồ m n bao gồm: khối nguồn, khối máy cắt, khối

l ng, khối máy biến áp, khối phụ t i, khối sự cố

Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng tổng quát 3.2.2.2 Mô phỏng rơ le

Sơ ồ tổng quát nhóm khối logic thể hi 3 1

Hình 3.11: Mô hình tổng quát các nhóm khối logic

Hình 3.16 Logic tính dòng I d A và I r A, I d2 A, I d5 A

Hình 3.22 Sơ đồ logic khối Diff-Trip B

Hình 3.23: Logic khối Block F87T

TÓM TẮT CHƯƠNG 3

Nội dung ơ 3 ã xây ựng các khối chứ ă ủa b o

v so l ch MBA bằng phần mềm Matlab/Simulink Các khối xây dựng dựa trên nguyên lý làm vi c của b o v so l ch bao gồm các khố l ng, khối tính toán dòng so l ch và dòng hãm, khối tính toán sóng hài và khối xử lý logic Sử dụ ơ m p ỏng

ơ 3 ể mô phỏ á ng h p làm vi c của b o v so l ch máy biến áp T60-GE Cá ng h p mô phỏng gồm: tr ng thái làm

vi , ó x í , ắn m ch ngoài vùng, ngắn

m ch trong vùng khi MBA có t i và không t i Kết qu mô phỏng

y ơ 4

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Trường hợp làm việc bình thường

4.1.1 Phương thức vận hành:

Ở tr á ng, các MC 1, 2, 3 ở tr á ó MBA truyền t i công suấ ến các phụ t i phía 110kV và 22kV

4.1.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét:

Dòng pha A ba phía MBA c và sau hi u chỉnh:

Hình 4.3 Dòng nhị thứ pha A trước hiệu chỉnh

Hình 4.4 Dòng nhị thứ pha A sau hiệu chỉnh

Từ hình 4.3 và hình 4.4 nhận thấy dòng pha A sau hi u chỉ ã

ều chỉnh phù h p về ê ộ giữa các cuộn dây Ia1, Ia2, Ia3 Góc pha dòng cuộ I 3 ã về cùng pha v i các cuộn Ia1

v I N vậy vi c hi u chỉ ò sơ ồ mô phỏng là chính xác

Rơ le á ộ ng h p vậ ng

Nhận xét kết quả

N vậy, ơ le l m v ú , á ộng cắt MC trong lúc MBA làm vi ng

4.2 Trường hợp đóng điện xung kích

Hình 4.9 Dạng sóng dòng điện 3 phía MBA khi đóng xung kích

Hình 4.11 Logic rơ le làm việc trong trường hợp đóng xung kích

4.4.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét:

Ngắn m ch trong vùng b o v , ểm làm vi c nằm trong vùng

á ộng, ò ãm ó ê ộ tắt nhanh so v i dòng so l ch Rơ

le á ộng cắt máy cắt ba phía MBA

4.5 Ngắn mạch 2 pha trong vùng bảo vệ phía 220kV

4.5.1 Phương thức vận hành

Ở tr á ng, các MC1, MC2, MC3 ở tr ng thái

ó MBA truyền t i công suất từ phía 220kV sang phía 110kV và

22kV Ở th ểm 0.1s x y ra sự cố ngắn m ch 2 pha A-B t i phía 110kV ở trong vùng b o v

4.5.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét:

Ngắn m ch trong vùng b o v , ểm làm vi c nằm trong vùng

á ộ , ò ãm ó ê ộ tắt nhanh so v i dòng so l Rơ

le á ộng cắt máy cắt ba phía MBA

Hình 4.30 Đường đặc tính BVSL khi NM trong vùng bảo vệ 110kV

4.6 Ngắn mạch 1 pha trong vùng bảo vệ phía 22kV

4.6.1 Phương thức vận hành

Ở tr á ng, các MC1, MC2, MC3 ở tr ng thái

ó MBA truyền t i công suất từ phía 220kV sang phía 110kV và 22kV Ở th ểm 0.1s x y ra sự cố ngắn m ch 3 pha A-B-C t i phía 22kV ở trong vùng b o v

CB Status

Kết quả 87T

l ơ le ều không cắt máy cắt T ng h p ó x í ,

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luậ vă "Sử dụng Matlab/Simulink mô phỏ ơ le o v

so l ch máy biến áp T60-GE t i tr m biế áp 0 V B Đồn" dựa theo nguyên lý làm vi c của b o v so l ch máy biến áp có hãm có

bộ khóa sóng hài, ề ã ế l ng và cân bằ ò n

l ch MBA dự ê ặt củ ơ le T60-GE b o v MBA AT2 tr m

0 V B Đồn

Cá ng h p mô phỏ l ậ vă ồm:

tr ng thái làm vi ng, ó x í MBA, sự cố NM trong vùng b o v và NM ngoài vùng b o v

Qua nghiên cứu, phân tí v á á á á ết luận và kiến nghị s

Kết qu mô phỏng cho thấy b o v làm vi ú

v i lý thuyết b o v so l ch MBA Có thể thấy c rằ m ơ

le b o v 87T cho kết qu mô phỏng so sánh v i logic làm vi c thực

tế củ ơle l ống nhau

Đối v q á ó x í MBA, ểm làm vi c của

ơ le v vù á ộ T y ê ò n các pha chủ yếu bao gồm các thành phần không chu kỳ và sóng hài bậc 2, bậc 5 nên logic khóa b o v so l ch c kích ho ể ơ le á ộng nhầm

Đối v ng h p NM trong vùng, các mô phỏng cho thấy

ểm làm vi c củ ơ le ều nằm vù á ộng Đối v ng