Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ cơ điện cho nhà máy thủy điện đồng nai 3

Lý do chọn đề tài Để bảo vệ, giám sát hoạt động của máy phát điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải của các nhà máy điện trong nhà máy điện Đồng Nai 3 các nhà thiết kế đã sử dụng các

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

HỒ SĨ HƯNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP

NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ

CƠ - ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

Đà Nẵng - năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGÔ VĂN DƯỠNG

Phản biện 1: PGS.TS Đinh Thành Việt

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 6 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Để bảo vệ, giám sát hoạt động của máy phát điện, trạm biến

áp, đường dây truyền tải của các nhà máy điện trong nhà máy điện Đồng Nai 3 các nhà thiết kế đã sử dụng các rơ le điện tử thông minh với nhiều chức năng bảo vệ được tích hợp của dòng REX670 gồm: Bảo vệ tổ máy, MBT sử dụng 2 rơ le REG670 (để dự phòng cho nhau) và 1 rơ le RED670 được bố trí tại các tủ RJ1A và RJ1B Bảo

vệ trạm và đường dây sử dụng 4 rơ le RED670, 2 rơ le REL670 và 4

rơ le REC670 được bố trí tại các tủ từ APR1 ~ APR7 Ngoài ra còn thiết kế bảo vệ phần cơ bảo vệ các gối trục, hệ thống phụ dịch (nước, dầu, khí), bảo vệ vượt tốc, bảo vệ chữa cháy…

Tuy nhiên việc phối hợp cài đặt các chức năng bảo vệ của các

rơ le điện tử cũng như những rơ le bảo vệ phần cơ hí có một số điểm chưa đáp ứng được yêu cầu Một số chức năng bảo vệ trong rơ

le có nhưng chưa đưa vào sử dụng để tăng tính dự phòng

Hơn nữa để đáp ứng với lộ trình phát triển hiện đại hóa ngành điện và phát triển lưới điện thông minh theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác điều hành sản xuất inh doanh các nhà máy điện theo hướng tập trung, phát huy tối đa hiệu quả trong quá trình tham gia thị trường phát điện cạnh tranh cũng như định hướng phát triển thị trường điện trong thời gian tới, tối ưu hóa nguồn nhân lực, đòi hỏi Công ty Thủy điện Đồng Nai phải nghiên cứu lắp đặt trung tâm điều khiển xa (Operation Control Center: viết tắt OCC) tại trụ sở Công ty ở Bảo Lộc cách nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 120km

Để đảm bảo điều khiển xa khi chuyển nhà máy về trạng thái vận hành hông người trực bao gồm: Chuẩn bị cơ sở pháp lý quản lý vận hành, đào tạo nhân lực, xây dựng đường truyền dữ liệu (Điều

khiển, hotline điện, thoại, SCADA), phần mềm, phần cứng điều khiển, thì việc khảo sát cài đặt lại toàn bộ hệ thống bảo vệ cơ - điện của nhà máy để tổ máy vận hành an toàn hi hông có người trực là hết sức cần thiết

Chính vì các lý do trên, luận văn được chọn với tên đề tài

“Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của Hệ thống Bảo vệ cơ - điện cho nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3”

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm ra các giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc của hệ thống bảo vệ cơ điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 khi vận hành hông người trực

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Hiện trạng Hệ thống bảo vệ phần cơ nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

- Hiện trạng Hệ thống bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

- Tìm ra các giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc của hệ thống bảo vệ cơ điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống bảo vệ cơ điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

4 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu nguyên lý bảo vệ của sensor nhiệt độ, áp lực, mức, lưu lượng, biến dòng điện, biến điện áp; Đặc tính bảo vệ, dòng điện, điện áp, tổng trở, V/f

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành khảo sát bảo vệ thực tế tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

Phương pháp tổng hợp: Dựa vào kết quả nghiên cứu thực tiễn

và lý thuyết, đánh giá tình trạng làm việc của hệ thống bảo vệ hiện hữu và đưa ra giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc của hệ thống

bảo vệ cơ điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 khi vận hành hông người trực

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa hoa học: Tạo tiền đề để thiết kế hệ thống bảo vệ khi cho các nhà máy hông người trực

- Ý nghĩa thực tiễn: Thực hiện áp dụng các giải pháp để triển khai tại nhà máy Đồng Nai 3, Đồng Nai 4

Chương 3: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hệ thống bảo vệ phần điện

Chương 4: Đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy vận hành của

hệ thống bảo vệ cơ điện

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

1.1 Vị trí địa lý của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

Công trình Thủy điện Đồng Nai 3 được xây dựng ở ranh giới giữa 2 tỉnh Lâm Đồng, Đắk Nông và nằm trong Hệ thống Thủy điện trên dòng sông Đồng Nai bao gồm các Thủy điện: Đa Nhim, Đại Ninh, Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai 5 và Trị An Nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 gồm 02 tổ máy có công suất 2x90MW với điện lượng trung bình hàng năm 607 triệu kWh và kết nối với lưới điện quốc gia qua đường dây 220kV nối vào trạm 500kV Đắk Nông Từ hi đưa vào vận hành đến nay (30/4/2018), nhà máy

đã sản xuất được 4,025 tỷ kWh đồng thời chống lũ, tưới tiêu cho hạ

du huyện Đă Glong – tỉnh Đă Nông và huyện Cát Tiên và huyện

Đạ Tẻh - tỉnh Lâm Đồng

1.2 Đặc điểm cấu tạo

Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 có cấu tạo là loại tuabine fransic trục đứng, iểu dù Để trục thẳng đứng hông bị xê dịch theo phương ngang người ta thiết ế ba ổ hướng (ổ hướng trên, ổ hướng dưới và ổ hướng tuabine) Để nâng toàn bộ máy phát tuabine người

ta thiết ế ổ đỡ nằm chung bồn dầu làm mát ổ hướng trên

1.3 Nguyên lý hoạt động

Nước từ hồ có dung tích 1,7 triệu m3 và cột áp 95m qua đường hầm có đường ính 8m, dài gần 1 m, năng lượng dòng chảy của nước được truyền tới tua-bin nước, tua-bin nước được nối với máy phát điện, nơi chúng được chuyển thành năng lượng điện

(MW) (k = 0.0088; Q = 215 m3/s; H = 95m; P = 180MW)

1.4 Bảo vệ phần cơ điện nhà máy Thủy điện đồng Nai 3

1.4.1 Bảo vệ phần cơ máy phát bao gồm bảo vệ các phần sau:

a Bảo vệ nhiệt độ: Gồm có các bảo vệ nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu các ổ và nhiệt độ gió máy phát:

b Bảo vệ áp lực

c Bảo vệ sự cố từ hệ thống nước làm mát

d Bảo vệ tốc độ

e Bảo vệ rung đảo tăng cao

1.4.2 Bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3:

- Bảo vệ tổ máy, MBT sử dụng 2 rơ le REG670 và 1 rơ le RED670 được bố trí tại các tủ RJ1A và RJ1B

- Bảo vệ trạm và đường dây sử dụng 4 rơ le RED670, 2 rơ

le REL670 và 4 rơ le REC670 được bố trí tại các tủ từ APR1 ~ APR7

Các bảo vệ phần cơ phần điện nêu trên giúp bảo vệ, giám sát hoạt động Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 đảm bảo vận hành an toàn, Tuy nhiên việc phối hợp cài đặt các chức năng bảo vệ của các

rơ le điện tử có một số điểm chưa đáp ứng được yêu cầu Một số chức năng bảo vệ trong rơ le có nhưng chưa đưa vào sử dụng để tăng tính dự phòng

1.5 Kết luận

Hệ thống bảo vệ cơ điện trong nhà máy được thiết ế tương đối đầy đủ, tuy nhiên một số chức năng chưa được đưa vào sử dụng đầy đủ như hệ thống bảo vệ gối trục, hệ thống nước làm mát, bảo vệ nhiệt độ máy phát, các chức năng của rơ le số REX… Hơn nữa để đáp ứng với lộ trình phát triển hiện đại hóa ngành điện và phát triển lưới điện thông minh theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đòi hỏi phải nghiên cứu lắp đặt trung tâm điều hiển xa (Operation Control Center: viết tắt OCC) tại trụ sở Công ty ở Bảo Lộc cách nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 120 m Để đảm bảo điều hiển xa hi chuyển nhà máy về trạng thái vận hành hông người trực cần phải hảo sát cài đặt lại toàn bộ hệ thống bảo vệ cơ điện của nhà máy để tổ máy vận hành an toàn hi hông có người trực

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG

BẢO VỆ PHẦN CƠ

2.1 Bảo vệ gối trục

2.1.1 Bảo vệ ổ đỡ/ổ hướng trên:

c t t g t bảo vệ:

- 08 RTD giám sát nhiệt độ bạc đỡ loại PT100

- 08 RTD giám sát nhiệt độ ổ hướng loại PT100

- 02 đầu dò nhiệt độ dầu loại PT100

- 01 thước phao đo mức dầu

- 01 sensor mức dầu loại LT-J

- 01 đầu dò nước lần dầu loại LT-WIO-T-D-60000-UI

- 01 thước thủy tinh giám sát mức dầu

- 02 Sensor đo độ đảo ổ hướng trên loại TR-81

Trong các thiết bị giám sát nêu trên chỉ có 4 tín hiệu nhiệt độ ổ

đỡ, 2 tín hiệu nhiệt độ ổ hướng và tín hiệu nhiệt độ dầu tăng cao có cài đặt giá trị đi dừng máy hi vượt ngưỡng giá trị cài đặt, các tín hiệu còn lại như mức dầu giảm thấp, nước lẫn dầu chỉ đưa tín hiệu đi cảnh báo

2.1.2 Bảo vệ gối dưới

c t t g t

- 12 RTD giám sát nhiệt độ ổ hướng loại PT100

- 01 đầu dò nhiệt độ dầu loại PT100

- 01 thước phao đo mức dầu

- 02 sensor mức dầu loại LT-J

- 01 đầu dò nước lẫn dầu loại LT-WIO-T-D-60000-UI

- 01 thước thủy tinh giám sát mức dầu

- 02 Sensor đo độ đảo ổ hướng dưới loại TR-81

Trong các thiết bị giám sát nêu trên chỉ có 2 tín hiệu nhiệt độ ổ

hướng và nhiệt độ dầu có cài đặt giá trị đi dừng máy hi vượt ngưỡng giá trị cài đặt, các tín hiệu còn lại như nước lẫn trong dầu chỉ đưa tín hiệu đi cảnh báo

2.1.3 Bảo vệ gối Tuabin

Các thi t b giám sát:

- Tín hiệu điện kiểm tra gãy các chốt cắt cánh hướng

- 08 RTD đo nhiệt độ bạc ổ hướng turbine loại PT100

- 02 RTD đo nhiệt độ dầu ổ hướng turbine loại PT100

- 01 Sensor đo mức dầu trong ổ dầu turbine loại LT-J

- 01 thước từ đo mức dầu

- 01 Sensor nước lẫn dầu loại LT-WIO-T-D-60000-UI

- Đo lưu lượng và áp lực nước tại head cover, áp lực nước đệm kín trục, áp lực nước tại đầu vào côn hút, áp lực nước tại đầu ra côn hút, áp lực nước tại đầu vào buồng xoắn, lưu lượng nước trong buồng xoắn, Đo lưu lượng nước tại ổ hướng turbine

- Sensor đo độ mòn đệm ín trục

- Độ đảo ổ turbine theo trục X, Y

- Độ rung head cover theo phương dọc

Trong các thiết bị giám sát nêu trên chỉ có 2 tín hiệu nhiệt độ ổ hướng và nhiệt độ dầu có cài đặt giá trị đi dừng máy hi vượt ngưỡng giá trị cài đặt, các tín hiệu còn lại như nước lẫn trong dầu chỉ đưa tín hiệu đi cảnh báo

2.2 Bảo vệ vƣợt tốc

Khi tổ máy chưa có kích từ, tín hiệu tốc độ tổ máy được lấy từ

2 đầu dò tốc độ để đưa vào hệ thống điều tốc điều chỉnh tốc độ tổ máy lên đến định mức Khi có kích từ tín hiệu tốc độ sẽ lấy từ TU đầu cực máy phát gửi đến điều tốc điện điều chỉnh tốc độ để hòa đồng bộ đồng thời gửi đến LCU để hiển thị

2.3 Bảo vệ hệ thống dầu áp lực

Các thiết bị giám sát

- Thước đo mức dầu: LV31, LV32, LV33, LV34, LV35 Đo mức dầu và gửi tín hiệu theo dõi và cho bộ xử lý điều khiển bơm dầu Trong đó có: 01 tiếp điểm báo mức dầu quá cao và đi alarm, 1 tiếp điểm báo mức dầu cao đưa tín hiệu đi nạp khí bổ sung, 1 tiếp điểm báo mức dầu bình thường để chạy máy, 1 tiếp điểm báo mức dầu thấp để dừng van nạp khí bổ sung, 1 tiếp điểm báo mức dầu giảm thấp cấp 2 và báo alarm

- Các rơ le giám sát áp lực tại bồn dầu áp lực (PR31, PR32, PR33, PR34, PR35) Đo áp lực và gửi tín hiệu đi theo d i và cho bộ

xử lý điều khiển bơm dầu Trong đó gồm 01 tiếp điểm báo áp lực cao, đưa tín hiệu đi alarm, 01 tiếp điểm báo áp lực bình thường để chạy máy, 01 tiếp điểm báo áp lực giảm đến mức tác động để nạp khí

bổ sung, 01 rơ le báo áp lực giảm thấp cấp 1 đưa tín hiệu chạy bơm chính, 01 tiếp điểm báo áp lực giảm thấp cấp 2 để chạy bơm dự phòng, 1 tiếp điểm báo áp lực quá thấp đưa tín hiệu đi dừng máy

- Sensor để biến đổi tín hiệu mức dầu thành tín hiệu điện 4~20mA để gửi đi hiển thị, 01 sensor biến đổi tín hiệu áp lực thành tín hiệu dòng điện 4~20mA để gửi đi hiển thị và chạy dừng bơm dầu

áp lực

- Một đồng hồ cơ để hiển thị áp lực quan sát tại chỗ

2.4 Bảo vệ hệ thống nước làm mát

Thiết bị giám sát

- Sensor nhiệt độ: Hiển thị nhiệt độ đường nước vào van 4 ngã

và các đường nước ra sau khi làm mát bộ trao đổi nhiệt gió máy phát,

ổ hướng trên dưới, ổ hướng dưới, ở hướng tuabin, hiển thị tại tủ điều khiển, LCU và MCR

- Rơ le lưu lượng: Báo Alarm lưu lượng thấp và cao tại tủ điều

khiển, LCU, MCR Có 6 Rơ le lưu lượng được đặt ở đường nước vào tuabin, các đường nước ra bộ trao đổi nhiệt gió máy phat, ổ hướng trên dưới, ổ hướng dưới, ở hướng tuabin, nước cho đệm kín trục Có

6 đèn hiển thị: Màu đỏ: hông lưu lượng; Màu vàng: lưu lượng thấp;

4 màu canh lá cây: thể hiện lưu lượng từ thấp đến cao

- Sensor áp lực và Rơ le áp lực: Hiển thị áp lực tại tủ điều khiển, LCU và MCR Áp lực nước 0.2 Mpa sẽ trip máy

2.5 Bảo vệ nhiệt độ tăng cao trong máy phát:

2.5.1 Nhiệt độ Stator

- Nhiệt độ stator máy phát Thủy điện Đồng Nai 3 được giám sát bởi 30 sensor nhiệt độ đặt trong lõi thép và phân bố đều xung quanh máy phát, sau đó được đưa đến transducer gửi tín hiệu hiển thị tại tủ instrument và LCU

- Tín hiệu nhiệt độ này được cài đặt chỉ báo hiệu khi nhiệt độ vượt ngưỡng 1100

- Tín hiệu nhiệt độ gió máy phát đặt bên trong bộ làm mát được cài đặt chỉ báo hiệu khi nhiệt độ vượt ngưỡng 750C và đưa tín hiệu đi dừng tổ máy nếu nhiệt độ vượt ngưỡng 800C

- Tín hiệu nhiệt độ gió máy phát đặt bên ngoài bộ làm mát được cài đặt chỉ báo hiệu khi nhiệt độ vượt ngưỡng 650C và đưa tín hiệu đi dừng tổ máy nếu nhiệt độ vượt ngưỡng 700C

2.6 Bảo vệ nhiệt độ tăng cao trong máy biến áp chính

2.6.1 Bảo vệ nhiệt độ dầu MBT chính (26O)

 Tín hiệu bảo vệ được lấy từ đồng hồ giám sát nhiệt độ MBT chính (đặt tại MBT) và gửi đến các rơ le phụ RXMS1 (tác động Trip)

và RXSF1 (tác động báo tín hiệu)

 Giá trị nhiệt độ cài đặt: to1: 45oC (dừng quạt làm mát) to2:

55oC (chạy quạt làm mát); to3: 85oC (Alarm cấp 1); to4: 95oC (Trip:

cắt MC 271 (272), 273 (274), GCB, FCB, QFB1 (2) và dừng tổ máy

2.6.2 Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây MBT chính (26W):

 Tín hiệu bảo vệ lấy từ đồng hồ giám sát nhiệt độ cuộn dây MBT (đặt tại MBT) và gửi đến các rơ le phụ RXMS1 (tác động Trip)

2.6.4 Bảo vệ rơ le hơi (96):

 Khi khí bốc ra yếu sẽ tập trung phía trên khoang rơ le làm mức dầu trong khoang giảm xuống đồng thời làm phao 1 đi xuống tác động tiếp điểm báo alarm cấp 1

 Khi không khi thoát ra nhiều (do ngắn mạch cuộn dây trong MBT), luồng khí sẽ đẩy phao 2 xuống tác động đóng tiếp điểm đi cắt máy cắt (rơ le tác động cấp 2: Cắt MC 271 (272), 273 (274), GCB,

FCB, QFB1 (2) và dừng tổ máy

2.6.5 Bảo vệ mức dầu MBT (71):

THỐNG KẾ CÀI ĐẶT BẢO VỆ PHẦN CƠ TỔ MÁY

1 Bảo vệ phần cơ máy phát:

2 Bảo vệ sự cố cơ MBT

2.7 Đánh giá hiện trạng bảo vệ phần cơ nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

Hệ thống bảo vệ phần cơ của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3

cơ bản đảm bảo cho các tổ máy vận hành an toàn Tuy nhiên qua quá trình vận hành và để đáp ứng yêu cầu nhà máy vận hành hông người trực trong thời gian tới thì còn những hạn chế cần có giải pháp hắc phục để nâng cao độ tin cậy và an toàn hơn như sau:

 Bảo vệ các gối trục

Hiện trạng các bảo vệ gối trục bao gồm: Nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu, mức dầu, nước lẫn trong dầu, lưu lượng nước làm mát, tuy nhiên chỉ có bảo vệ nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu là đưa tín hiệu đến trip

tổ máy, trong khi những nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu tăng cao có thể do lưu lượng nước làm mát giảm, các bộ trao đổi nhiệt bị bẩn, chất lượng dầu làm mát hông đảm bảo (hoặc hông đủ dầu làm do bị xì hoặc nước lẫn trong dầu) chưa đưa tín hiệu đi dừng máy Như vậy các nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu tăng cao hông được bảo vệ, không có tính dự phòng, để bảo vệ tránh làm hư hỏng bạc khi nhiệt độ tăng cao Đề xuất một số giải pháp sau:

- Khi lưu lượng nước làm mát giảm thấp trong thời gian t = 1 phút thì đưa tín hiệu đi dừng máy phần cơ vì trong khoảng khoảng thời gian này chúng ta biết chắc chắn lưu lượng nước bị giảm thấp, tránh tác động nhầm và cũng trong hoản thời gian này nhiệt độ dầu

và bạc chưa tăng đến giá trị nguy hiểm

- Khi nước lẫn trong dầu đến một giá trị nhất định trong thời gian t = 1phút thì đưa tín hiệu đi dừng máy phần cơ vì trong khoảng khoảng thời gian này chúng ta biết chắc chắn dầu bị nhiễm nước do

xì bộ làm mát, tránh tác động nhầm và cũng trong hoản thời gian này nhiệt độ dầu và bạc chưa tăng đến giá trị nguy hiểm