Mô phỏng hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biến áp 110

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Xây dựng hệ thống điều khiển, bảo vệ của một TBA 110/22kV điển hình trên lưới điện Việt Nam trên nền hệ thống SCADA với đầy đủ chức năng điều khiển, giám sát, bả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN QUANG THÔNG

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN QUANG THÔNG MSHV: 1870643

Ngày, tháng, năm sinh: 14/3/1982 Nơi sinh: Quảng Trị

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 8520201

I TÊN ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV ĐIỂN HÌNH

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Xây dựng hệ thống điều khiển, bảo vệ của một TBA 110/22kV điển hình trên lưới điện Việt Nam trên nền hệ thống SCADA với đầy đủ chức năng điều khiển, giám sát, bảo vệ, tự động hóa và quản lý vận hành

 Xây dựng cơ sở dữ liệu và công cụ giả lập quá trình vận hành của hệ thống điều khiển và bảo vệ TBA 110/22kV kết hợp tự động hóa phục vụ cho công tác huấn luyện, sát hạch và có thể ứng dụng vào công tác giảng dạy

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 24/02/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/6/2020

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

TP HCM, ngày…….tháng…….năm 2020

PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi TS Nguyễn Nhật Nam

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn Phó Giáo

Sư, Tiến sĩ Phạm Đình Anh Khôi Thầy không những đã tận tình hướng dẫn tôi về

chuyên môn, tạo điều mọi điều kiện tốt nhất cho phần nghiên cứu của tôi mà còn đưa

ra những lời động viên kịp thời, là động lực để tôi cố gắng khi gặp khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn

Để có được những số liệu, kiến thức thực tế phục vụ cho độ tin cậy trong luận văn, tôi xin cám ơn sự hỗ trợ của:

 Thạc sĩ Vũ Thế Cường, Giám đốc Công ty Lưới điện cao thế Tp.HCM

 Kỹ sư Kiều Vũ Linh, Phó phòng Phương thức – Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Nam

 Kỹ sư Trương Sĩ Toàn, Kỹ sư tính toán trị số rơle bảo vệ, Phòng Phương thức – Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Nam

Tôi cũng xin cảm ơn cán bộ giảng viên Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, Khoa Điện- Điện tử đã tận tình giảng dạy, giúp tôi có những kiến thức bổ ích về cơ sở

lý thuyết, phương pháp nghiên cứu trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Tp.HCM, nhờ đó tôi có phương pháp và hướng nghiên cứu hợp lý cho luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã cho tôi những lời khuyên và kiến thức bổ ích để tôi bổ sung vào quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Trong quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ này dù đã cố gắng hoàn thiện nhưng không thể tránh khỏi thiếu sót trong quá trình báo cáo, tôi rất mong nhận được những góp ý của quý cán bộ giảng viên và mọi người để luận văn hoàn thiện tốt hơn trong tương lai

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Nguyễn Quang Thông

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong các trạm biếp áp cao áp, hệ thống điều khiển và bảo vệ đóng vai trò là trung tâm chỉ huy mọi hoạt động Theo thời gian, cùng với sự phát triển của công nghệ thì tự động hóa trong hệ thống điện, đặc biệt trong các trạm biến áp là một trong những lĩnh

vực đã và đang được quan tâm, đầu tư và phát triển mạnh mẽ trên thế giới cũng như ở

Việt Nam

Tuy nhiên, do vấn đề bảo mật an toàn trong hệ thống điện, trạm biếp áp nên việc khảo sát, học hỏi hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trạm biếp áp từ các trạm biếp áp và Trung tâm điều hành SCADA của Tập đoàn Điện lực Việt Nam gặp nhiều

khó khăn Mô hình mô phỏng là giải pháp tối ưu giúp cho quá trình tìm hiểu và tiếp

cận hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trạm biếp áp dễ dàng và trực quan hơn

Đề tài được hoàn thành sẽ tạo ra một giao diện mô phỏng bám sát với thực tiễn vận

hành của hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trạm biếp áp 110/22kV Ban đầu,

trong phạm vi tên đề tài, tác giả chỉ mô phỏng vận hành hệ thống điều khiển và bảo vệ trạm biếp áp 110/22kV điển hình Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện, tác giả nhận thấy cần phải bổ sung thêm việc mô phỏng hệ thống tự động hóa trạm biếp áp vì hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trong trạm biếp áp được xem là ba thành phần chính, kết hợp, đan xen và hỗ trợ nhau để chỉ huy mọi hoạt động của thiết bị trong trạm biếp áp Mô hình trong đề tài sẽ giúp cho sinh viên có thêm công cụ thực tập và nghiên cứu; giúp các Công ty điện lực có mô hình trực quan để huấn luyện, thực hành và kiểm tra nhân viên vận hành từ đó nâng cao trình độ vận hành, tăng hiệu quả công tác vận hành, rút ngắn thời gian khắc phục sự cố và tăng chất lượng truyền tải của lưới điện Việt Nam

The thesis create a simulation interface that closely adheres to the operational practices

of the CPAS of the 110/22kV substation Initially, within the scope of the title, the author only simulate the operation of the control and protection system of the typical 110/22kV substation However, during the implementation process, the author realized the necessary to supplement the simulation of the substation automation system because the CPAS in the substation are considered to be three main components, combined, interwoven and supported to command all activities of the equipment in the substation The model in the thesis will help students from University have more practice and research tools and help power companies have the visual model to train, practice and test operators to improve their skills and increase operational efficiency Finally, the model will help to shorten troubleshooting time and increase the quality of the Vietnamese transmission grid

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự

hướng dẫn của Phó Giáo Sư, Tiến sĩ Phạm Đình Anh Khôi Các số liệu, kết quả và

những kết luận nêu trong luận văn này là trung thực và chưa được công bố trong các

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 14

Tổng quan về đề tài 141.1

Sơ đồ khối của đề tài 161.2

Tóm lượt các tài liệu nghiên cứu đã thực hiện 171.3

Điểm mới của đề tài 181.4

Bố cục của đề tài 211.5

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN LIÊN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT 22

Khái niệm hệ thống điều khiển, liên động TBA 222.1

Điều kiện liên động điều khiển thiết bị của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 222.2

Ngăn lộ đường dây 171 242.2.1

Liên động đóng, mở dao cách ly 171-1 từ xa 252.2.1.1

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-15 từ xa 262.2.1.2

Liên động đóng, mở dao cách ly 171-7 từ xa 272.2.1.3

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-75 từ xa 272.2.1.4

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-76 từ xa 272.2.1.5

Liên động đóng máy cắt 171 từ xa 272.2.1.6

Liên động mở máy cắt 171 từ xa 282.2.1.7

Các ngăn lộ còn lại của TBA 110kV Tân Sơn Nhất 282.2.2

Kết luận 282.3

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT 30

Giới thiệu chung về bảo vệ rơle 303.1

Bảo vệ rơle cho TBA 110/22kV 313.2

Bảo vệ MBA 110kV 313.2.1

Bảo vệ so lệch MBA 87T 323.2.1.1

Bảo vệ so lệch chống chạm đất 50REF 323.2.1.2.

Bảo vệ quá dòng 323.2.1.3

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF 333.2.1.4

Bảo vệ quả tải 49 333.2.1.5

Bảo vệ rơle khí Buchholz 96 343.2.1.6

Bảo vệ nhiệt độ dầu và cuộn dây 26 343.2.1.7

Bảo vệ áp suất 63 353.2.1.8

Rơle mức dầu 33 353.2.1.9

Bảo vệ đường dây 110kV 363.2.2

Bảo vệ khoảng cách 21 363.2.2.1

Bảo vệ quá dòng có hướng 67 373.2.2.2

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF 373.2.2.3

Bảo vệ thanh cái 110kV 373.2.3

Bảo vệ so lệch thanh cái 373.2.3.1

Bảo vệ quá dòng 50/51, 50/51N, bảo vệ 50BF 373.2.3.2

Bảo vệ cho các ngăn lộ 22kV 383.2.4

Cấu hình hệ thống bảo vệ rơle TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 383.3

Ngăn lộ đường dây 171, 172 383.3.1

Ngăn lộ MBA T1, T2 383.3.2

Thanh cái C11 và C12 383.3.3

Ngăn lộ tổng 431, 432 và kết giàn 412 393.3.4

Ngăn lộ ra 22kV 393.3.5

Ngăn lộ tụ bù 22kV 393.3.6

Thanh cái 22kV 393.3.7

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 393.4

Kết luận 42 3.5

CHƯƠNG 4: TỰ ĐỘNG HÓA TRONG TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN

Tự động đóng nguồn dự phòng 22kV 504.1.2.2

Tự động đóng lại đường dây 79 TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 55

Tín hiệu đo lường dòng điện, điện áp, công suất 755.4.2.

Giá trị dòng điện và điện áp sự cố 765.4.3

Kết luận 795.5

CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỂU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG

HÓA TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT 80

Mô phỏng hệ thống điều khiển TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 806.1

Mô phỏng các trường hợp vận hành bình thường 806.1.1

Mô phỏng điều khiển vận hành các thiết bị MC, DCL, DTĐ 826.1.2

Mô phỏng điều khiển vận hành hệ thống đổi nấc và hệ thống làm mát MBA

6.1.3

110kV 88 Nhận xét 886.1.4

Mô phỏng hệ thống bảo vệ TBA 110/22kV 886.2

Mô phỏng sự cố đường dây 110kV 896.2.1

Trường hợp sự cố xảy ra ở vùng 1 và vùng 2 của bảo vệ đường dây 916.2.1.1

Trường hợp sự cố xảy ra ở vùng 3 của bảo vệ đường dây 996.2.1.2

Trường hợp đóng lại đường dây khi đang có sự cố (SOTF) 1006.2.1.3

Mô phỏng sự cố các ngăn lộ khác của TBA Tân Sơn Nhất 1006.2.2

Nhận xét 1006.2.3

Mô phỏng tự động hóa trong TBA 110/22kV 1016.3

Mô phỏng quá trình tự động điều chỉnh điện áp 1016.3.1

Trường hợp điện áp phía 110kV tăng cao 1036.3.1.1

Trường hợp điện áp phía 110kV tăng cao đột ngột 1066.3.1.2

Trường hợp dòng vận hành MBA T1 tăng cao 1086.3.1.3

Mô phỏng các quá trình tự động hóa khác của TBA Tân Sơn Nhất 1106.3.2

Nhận xét 1106.3.3

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ khối của đề tài 17

Hình 2.1: Sơ đồ một sợi TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 24

Hình 2.2: Sơ đồ một sợi ngăn lộ 171 của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 25

Hình 2.3: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DCL 171-1 từ xa 25

Hình 2.4: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DTĐ 171-15 từ xa 26

Hình 2.5: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DCL 171-7 từ xa 27

Hình 2.6: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DTĐ 171-75 từ xa 27

Hình 2.7: Sơ đồ lôgic liên động đóng DTĐ 171-76 từ xa 27

Hình 2.8: Sơ đồ lôgic liên động đóng MC 171 từ xa 28

Hình 2.9: Sơ đồ lôgic liên động mở MC 171 từ xa 28

Hình 4.1: Các nguyên tắc thực hiện TĐD 45

Hình 4.2: Sơ đồ lôgic cho việc thực hiện tự động đóng máy cắt 112 49

Hình 4.3: Sơ đồ lôgic cho việc thực hiện tự động đóng máy cắt 412 53

Hình 4.4: Sơ đồ lôgic cho việc thực hiện tự động đóng máy cắt 472 54

Hình 4.5: Sơ đồ lôgic cho việc thực hiện tự động đóng máy cắt 474 54

Hình 4.6: Sơ đồ lôgic cho việc thực hiện tự động đóng máy cắt 476 54

Hình 4.7: Lưu đồ quá trình tự động điều chỉnh điện áp thanh cái C41 57

Hình 4.8: Lưu đồ quá trình tự động sa thải phụ tải 22kV thanh cái C41 theo tần số 60

Hình 4.9: Lưu đồ quá trình tự động chạy và dừng nhóm quạt số 1 62

Hình 4.10: Lưu đồ quá trình tự động chạy và dừng nhóm quạt số 2 63

Hình 5.1: Giao diện khởi động của phần mềm Intouch 66

Hình 5.2: Sơ đồ One-line 110kV hệ thống SICAM PAS TBA 220kV Sóc Trăng 67

Hình 5.3: Giao diện MBA hệ thống SICAM PAS TBA 220kV Sóc Trăng 67

Hình 5.4: Giao diện One-line 500kV hệ thống PACiS TBA 500kV Thường Tín 68

Hình 5.5: Giao diện điều khiển mức hệ thống PACiS TBA 500kV Thường Tín 68

Hình 5.6 Giao diện điều khiển MBA hệ thống PACiS TBA 500kV Thường Tín 69

Hình 5.7: Giao diện ALARM hệ thống PACiS TBA 500kV Thường Tín 69

Hình 5.8: Giao diện One-line hệ thống @STATION TBA 220kV Củ Chi 70

Hình 5.9: Giao diện ALARM hệ thống @STATION TBA 220kV Củ Chi 70

Hình 5.10: Giao diện mức ngăn hệ thống @STATION TBA 220kV Củ Chi 71

Hình 6.1: Vận hành 02 đường dây, 02 MBA độc lập cấp cho 2 thanh cái C41, C42 80

Hình 6.2: Vận hành 01 đường dây, 01 MBA cấp cho 2 thanh cái C41, C42 81

Hình 6.3: Vận hành 02 đường dây, 01 MBA cấp cho 2 thanh cái C41, C42 81

Hình 6.4: Vận hành 02 đường dây, 02 MBA cấp cho 2 thanh cái C41, C42 82

Hình 6.5: Lưu đồ điều khiển máy cắt 110kV 83

Hình 6.6: Giao diện điều khiển ngăn đường dây 171 84

Hình 6.7: Câu hỏi xác nhận lệnh điều khiển MC 171 84

Hình 6.8: Hiển thị thông báo máy cắt 171 ở vị trí Local 85

Hình 6.9: Hiển thị thông báo yêu cầu kiểm tra điều kiện liên động MC 171 85

Hình 6.10: Hiển thị thông báo các điều kiện liên động cần thiết của máy cắt 171 86

Hình 6.11: Hiển thị trạng thái máy cắt 171 đóng, dòng qua máy cắt 171 thay đổi 87

Hình 6.12: Dữ liệu quá khứ ghi nhận lại quá trình đóng máy cắt 171 87

Hình 6.13: Giao diện dùng mô phỏng sự cố ngăn đường dây 171 90

Hình 6.14: Kết lưới TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất dùng để mô phỏng 90

Hình 6.15: Sự cố ngắn mạch 3 pha ở điểm 70% đường dây 171 91

Hình 6.16: Quá trình khởi động của các rơle bảo vệ F21 và F67 91

Hình 6.17: Quá trình khởi động, tác động của các rơle bảo vệ F21, F67 khi ngắn mạch 3 pha điểm 70% đường dây 171

92 Hình 6.18: Máy cắt 171 mở, trào lưu công suất thay đổi 92

Hình 6.19: Rơle báo hiệu 79 đóng lại thành công 93

Hình 6.20: Điện áp và dòng diện sự cố khi ngắn mạch ba pha điểm 70% đường dây 171

93 Hình 6.21: Quá trình khởi động, tác động của các rơle bảo vệ F21, F67 khi ngắn mạch pha A chạm đất

94 Hình 6.22: Điện áp và dòng diện sự cố khi ngắn mạch pha A chạm đất điểm 70% đường dây 171

94 Hình 6.23: Khóa 79 Off, 79 không thực hiện tự đóng lại máy cắt 171 95

Hình 6.24: Sự cố ngắn mạch 2 pha chạm nhau, 2 cuộn cắt bị hỏng 96

Hình 6.25: Rơle F21 tác động, cuộn cắt bị hỏng, MC 171 không cắt, sự cố còn duy trì

96 Hình 6.26: F67 tác động chức năng 50BF cắt 131, 112, sự cố được giải trừ 97

Hình 6.27: Máy cắt 131, 112 mở, trào lưu công suất thay đổi 97

Hình 6.28: Rơle F21 hư hỏng, rơle F67 tác động 98

Hình 6.29: Rơle F21 hư hỏng, máy cắt hỏng, 50BF tác động 99

Hình 6.30: Sự cố vùng 3, không cho phép tự đóng lại 99

Hình 6.31: Đóng máy cắt vào điểm sự cố, chức năng SOTF tác động, không cho tự

đóng lại máy cắt 171

100 Hình 6.32: Giao diện mô phỏng quá trình tự động điều chỉnh điện áp thanh cái C41 102

Hình 6.33: Điện áp thanh C1, C41 vận hành bình thường 102

Hình 6.34: Điện áp thanh cái C11 tăng cao 103

Hình 6.35: F90 tự động giảm nấc MBA T1 lần 1 104

Hình 6.36: F90 tự động giảm nấc MBA T1 lần 2 104

Hình 6.37: Điện áp C41 về giá trị yêu cầu, quá trình tự động giảm nấc kết thúc 105

Hình 6.38: Điện áp thanh cái C11, C41 sau quá trình tự động giảm nấc ở sơ đồ One-line

105 Hình 6.39: Dữ liệu quá khứ quá trình tự động giảm nấc 106

Hình 6.40: Điện áp C11 tăng cao đột ngột 107

Hình 6.41: Điện áp C11 tăng cao đột ngột, F90 bị khóa 107

Hình 6.42: Dữ liệu quá khứ quá trình khóa F90 do điện áp tăng cao đột ngột 108

Hình 6.43: Dòng MBA T1 tăng cao hơn dòng định mức 109

Hình 6.44: Dòng vận hành MBA T1 tăng cao, F90 bị khóa 109

Hình 6.45: Dữ liệu quá khứ quá trình khóa F90 do dòng MBA T1 tăng cao 110

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Tóm tắt nguyên lý bảo vệ trạm 110/22kV Tân Sơn Nhất 42 Bảng 5.1: Biến trạng thái các thiết bị trong ngăn lộ 171 75 Bảng 5.2: Dòng điện và công suất định mức các ngăn lộ 22kV C41 TBA Tân Sơn

Bảng 5.7: Giá trị dòng điện và điện áp ngắn mạch với sự cố ngắn mạch pha A, B

chạm nhau đường dây 171

78

Bảng 5.8: Giá trị dòng điện và điện áp ngắn mạch với sự cố ngắn mạch pha

chạm đất đường dây 171

79

EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

HMI Giao diện người- máy (Human Machine Interface)

HTĐKMT Hệ thống điều khiển máy tính

IEDs Thiết bị điện tử thông minh (Intelligent Electric Devices)

NVVH Nhân viên vận hành

OCC Trung tâm vận hành xa (Operation Control Center)

SAS Hệ thống tự động hóa TBA (Substation Automation System) SCADA Thu thập dữ liệu và điều khiển xa (Supervisory Control And

Data Acquisition)

TTĐĐ Trung tâm điều độ

TỔNG QUAN CHƯƠNG 1:

Tổng quan về đề tài

1.1.

Trạm biến áp (TBA) trong hệ thống điện (HTĐ) có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Cấu trúc của một TBA được xây dựng bao gồm các thiết bị nhất thứ chính như: máy biến áp (MBA), máy cắt (MC), dao cách ly (DCL), dao tiếp địa (DTĐ), tụ bù , có thể điều khiển tại thiết bị, điều khiển tại các tủ điều khiển và điều khiển từ xa thông qua hệ thống điều khiển máy tính (HTĐKMT)

Việc giữ cho các TBA vận hành ổn định, đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị, đảm bảo yêu cầu cung cấp điện liên tục cho các phụ tải trong thời điểm hiện nay là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu Để đảm bảo các yêu cầu trên, ngoài việc các TBA phải được thiết kế, xây dựng và nghiệm thu theo Quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) với các thiết bị đạt chuẩn được sản xuất từ các nước tiên tiến thì vai trò của nhân viên vận hành (NVVH) tại các TBA và điều độ viên (ĐĐV) tại các Trung tâm Điều độ (TTĐĐ) cũng rất quan trọng Các yêu cầu được đặt ra đối với NVVH và ĐĐV

là phải nắm rõ nguyên lý vận hành thiết bị, nắm rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trong TBA để phục vụ cho việc thao tác đúng quy trình và phục vụ công tác phân tích, xử lý sự cố Do đó, công tác huấn luyện, sát hạch quy trình vận hành, quy trình xử lý sự cố cho NVVH, ĐĐV thường được các Đơn vị Quản lý vận hành (QLVH) và các TTĐĐ chú trọng và được tổ chức một cách định kỳ, thường xuyên

Tuy nhiên, việc huấn luyện, sát hạch như đã đề cập ở trên không phải thời điểm nào cũng được thực hiện một cách dễ dàng, thuận lợi vì hầu hết các TBA hiện đang vận hành, các TBA chỉ được cắt điện trong các đợt kiểm tra định kỳ, bảo trì, bảo dưỡng Thời gian cắt điện thường không dài (khoảng từ 08 tiếng đến 12 tiếng trong một lần cắt điện), chủ yếu phục vụ cho công tác bảo trì, bảo dưỡng thiết bị; bảo trì hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa

Tại các Trường Đại học, Cao đẳng có chuyên ngành hệ thống điện (HTĐ), công tác

TBA của các cán bộ giảng dạy và sinh viên gặp rất nhiều khó khăn vì thiếu các mô hình thực tế

Chúng ta có thể xây dựng các mô hình TBA dùng cho phòng thí nghiệm gần giống như mô hình thực tế Tuy nhiên, việc đầu tư, xây dựng mô hình TBA như đã nói trên thường mất nhiều thời gian và có chi phí cao nên rất ít Đơn vị đầu tư, trang bị Theo tìm hiểu của tác giả, hiện nay, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

có trang bị mô hình bao gồm hệ thống máy phát, đường dây truyền tải và TBA để phục

vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy cho giáo viên và sinh viên; Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh cũng đang thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học để xây dựng mô hình TBA phục vụ công tác huấn luyện, sát hạch cho các NVVH trong phạm vi Tổng Công ty và các Đơn vị bạn

Từ những khó khăn như đã đề cập trên trong việc giúp các NVVH, ĐĐV cũng như các đối tượng sinh viên có thể tiếp cận hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa trong TBA một cách dễ dàng; từ những trăn trở của bản thân sau nhiều năm công tác trong ngành điện, trong đề tài, tác giả xây dựng gần như hoàn chỉnh mô hình mô phỏng vận hành TBA 110/22kV sát với mô hình vận hành thực tế của các TBA 110/22kV hiện vận hành trên lưới điện Quốc gia nhằm phục vụ công tác nghiên cứu, giảng dạy ở các Trường Đại học, Cao đẳng có chuyên ngành HTĐ và phục vụ cho công tác huấn luyện, sát hạch các NVVH và ĐĐV tại các Tổng Công ty điện lực, các Công ty Truyền tải, các TTĐĐ, các nhà máy điện, Đề tài muốn giới thiệu cách thức tiếp cận chủ đề

hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa TBA 110/22kV dưới góc độ của việc mô phỏng nhằm mục đích giúp các đối tượng sinh viên, NVVH và ĐĐV có thể thao tác vận hành trực tiếp một hệ thống điều khiển các thiết bị trong TBA 110/22kV trên nền

hệ thống SCADA và phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ trong TBA trong điều kiện vận hành bình thường hay khi xảy ra sự cố ở một điểm nào đó trong TBA hoặc các đường dây đấu nối liên quan để phục vụ công tác tìm nhanh điểm sự cố, xử lý

và tái lập điện trong thời gian sớm nhất

Để có mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa TBA 110/22kV sát với thực tế vận hành nhất, đề tài đã thiết kế cơ sở dữ liệu thời gian thực kết hợp với phần mềm chuyên dụng cho SCADA – Intouch Đề tài xây dựng được các trường hợp vận hành khác nhau của hệ thống điều khiển các thiết bị bao gồm các điều kiện liên động giữa các thiết bị với nhau nhằm đảm bảo vận hành an toàn cho con người, thiết bị và ổn định hệ thống; đề tài cũng giả lập các tình huống sự cố thường gặp trong quá trình vận hành, các sự cố xảy ra có đầy đủ các cảnh báo và tác động chính xác cuả hệ thống rơle bảo vệ và tự động hóa, từ đó giúp quá trình nghiên cứu, giảng dạy và thực hành thêm sinh động, thể hiện rõ các chức năng bảo vệ trong TBA

Sơ đồ khối của đề tài

1.2.

Hình 1.1 trình bày chi tiết sơ đồ khối của đề tài giúp người đọc có cái nhìn tổng thể

về những nội dung mà mô hình mô phỏng sẽ thực hiện Với mỗi chương trình mô phỏng trong đề tài, tác giả cũng sẽ giới thiệu chi tiết lưu đồ giải thuật cụ thể ở những phần sau

Hình 1.1: Sơ đồ khối của đề tài Tóm lượt các tài liệu nghiên cứu đã thực hiện

1.3.

Một số đề tài nghiên cứu trong nước và nước ngoài đã được giới thiệu:

 Lập trình mô phỏ ậ TBA - tác giả Dương Thành Nhân, bảo vệ luận

văn thạc sĩ Đại học Bách khoa TP HCM năm 2014 Mô phỏng đã được nghiên cứu và thực hiện theo HTĐK tích hợp kiểu cũ chuẩn giao tiếp Modbus, giao diện đơn giản nên sẽ khó khăn áp dụng đối với các TBA phức tạp với nhiều thiết bị IEDs, sử dụng công cụ lập trình Matlab tuy nhiên chưa khai thác hết tính năng của phần mềm này dẫn đến khó khăn trong việc mở rộng mô hình sau này Ngoài ra, kịch bản xây dựng giả lập sự cố trong phần trình bày của đề tài còn

đơn giản, theo những lý thuyết cơ bản của bảo vệ rơle, chưa thể hiện được sự phối hợp giữa các thiết bị và các cơ chế bảo vệ phức tạp khác [1]

 Hệ thống mô phỏng huấn luyện vận hành TBA, tác giả Nguyễn Văn Liêm cùng

nhiều tác giả khác trên tạp chí KH&CN, tập 18, trang 150, số K6 năm 2016 Báo cáo trên đã xây dựng thành công một hệ thống mô phỏng hệ thống điều khiển TBA dùng các phần mềm Vijeo Designer, Unity Pro và Matlab để xây dựng giao diện HMI, tính toán lôgic và giả lập PLC điều khiển Việc kết hợp các phần mềm đã tạo ra chương trình mô phỏng đầu tiên về hệ thống điều khiển TBA Tuy nhiên mô hình vẫn dùng giao thức Modbus với đặc điểm tốc độ chậm, khoảng cách ngắn nên vẫn chưa áp dụng cho hệ thống phức tạp và tự động hóa TBA [2]

– , tác giả Đinh Lê Duy Nghĩa, bảo vệ luận

văn thạc sĩ Đại học Bách Khoa Tp HCM năm 2016 Đề tài xây dựng giao diện điều khiển tích hợp TBA với đầy đủ chức năng cho một TBA 110 kV điển hình bám sát theo giao diện đang được sử dụng rộng rãi ở các TBA ở Việt Nam Ngoài ra cơ sở dữ liệu ảo và giao thức truyền dữ liệu của mô phỏng sẽ xây dựng theo tiêu chuẩn IEC61850, tiêu chuẩn mới và ưu việt nhất cho TBA điều kiển tích hợp hiện nay trên thế giới Tuy nhiên, đề tài lại chưa xây dựng được cơ sở

lý thuyết cho việc điều khiển các thiết bị và lập trình cho mô hình mô phỏng thực tế; việc mô phỏng các chế độ sự cố còn đơn giản, chưa đầy đủ các chức năng như thực tế đang được cài đặt cho hệ thống rơle bảo vệ tại các TBA 110/22kV; chưa mô phỏng hệ thống tự động quá trong TBA 110/22kV [3]

Điểm mới của đề tài

1.4.

Nối tiếp những nghiên cứu trước đây và khắc phục những hạn chế của các đề tài trước, mô hình xây dựng mới trong đề tài tham khảo những hệ thống điều khiển tích hợp TBA đang sử dụng tại Việt Nam, từ đó lựa chọn mô hình phổ biến và tối ưu nhất

để mô phỏng Giao diện sau khi xây dựng bám sát theo giao diện đang được sử dụng tại các TBA 110/22kV hiện nay trên lưới điện Việt Nam

Đề tài cũng lựa chọn duy nhất một phần mềm đơn giản với hiệu năng cao là Intouch để xây dựng mô hình nhằm giúp việc tiếp cận mô hình dễ dàng, có khả năng áp dụng trên quy mô rộng Sau khi hoàn thành, mô hình mô phỏng có thể được sử dụng để phục vụ cho việc giảng dạy, tạo ra một công cụ học tập, nghiên cứu mới cho sinh viên

để áp dụng trong các môn học như vận hành hệ thống điện, bảo vệ rơle, tự động hóa TBA Đặc biệt mô hình mô phỏng giúp Công ty điện lực ứng dụng cho quá trình đào tạo, huấn luyện, thực hành và kiểm tra NVVH TBA Từ đó nâng cao trình độ NVVH, giảm thời gian xử lý sự cố, nâng cao độ tin cậy trong vận hành TBA

Đề tài xây dựng mô hình theo những quy định nghiêm ngặt về thiết kế TBA, thiết

kế hệ thống điều khiển, bảo vệ và tự động hóa TBA do Tập đoàn điện lực Viêt Nam,

Bộ công thương ban hành Ngoài ra, các sự cố giả lập bám sát theo các báo cáo sự cố thực tế tại các Công ty điện lực, tuân theo quy trình xử lý sự cố hệ thống điện Viêt Nam Sau khi hoàn thành, mô phỏng sẽ là kho kiến thức rộng và bổ ích, trực quan sinh động để áp dụng cho quá trình giảng dạy và thực hành

Mô hình mô phỏng sau khi được xây dựng sẽ có những kết quả mới so với những

đề tài trước kia như sau:

 Xây dựng mới giao diện điều khiển tích hợp TBA 110/22kV hoàn chỉnh với đầy

đủ chức năng cho một TBA 110/22kV điển hình theo giao diện phổ biến nhất ở Việt Nam Bên cạnh đó, tác giả đã nghiên cứu đưa vào các mô hình động điều khiển các thiết bị như DCL, DTĐ, điều khiển làm mát MBA, điều khiển nấc MBA, làm cho mô hình có tính trực quan, sinh động, qua đó giúp quá trình huấn luyện, giảng dạy sẽ gần gũi với thực tế hơn

 Xây dựng cơ sở dữ liệu, cấu hình các điều kiện liên động cho việc điều khiển tất

cả các thiết bị trong TBA 110/22kV đúng với thiết kế được áp dụng tại các TBA 110//22kV hiện hữu đang vận hành trên lưới điện Việt Nam nhằm giúp người sử

dụng có thể nắm bắt một cách có hệ thống về hệ thống điều khiển tại TBA 110/22kV nói riêng và các TBA cao áp nói chung

 Xây dựng giao diện điều khiển với những tính năng ưu việt như nhắc nhở, cảnh báo người sử dụng khi thao tác thiết bị Ngoài ra, chương trình còn hỗ trợ người

sử dụng bằng cách đưa ra tất cả những điều kiện liên động cần phải có khi muốn thao tác một thiết bị (nếu người sử dụng muốn tham khảo), chỉ rõ những điều kiện nào thỏa, điều kiện nào chưa thỏa giúp người sử dụng thao tác thiết bị một cách nhanh chóng, chính xác và đúng quy trình vận hành

 Mô hình mô phỏng xây dựng mới giao diện điều khiển bằng cách cấu hình việc điều khiển các khóa cơ hiện hữu tại các TBA như khóa On/Off chức năng tự động đóng lặp lại (S79), khóa On/Off chức năng hòa động bộ (S25), khóa lựa chọn mức sa thải phụ tải theo tần số (S81) lên hệ thống điều khiển máy tính giúp người vận hành có thể thao tác lựa chọn trên hệ thống điều khiển máy tính (trước đây chỉ thực hiện được tại TBA) giúp rút ngắn được thời gian thao tác, dễ quản lý và phân rõ trách nhiệm giữa NVVH của Đơn vị Quản lý vận hành và ĐĐV của các TTĐĐ nếu xảy ra sai sót mà thực tế vận hành từng xảy ra Ngoài

ra, việc chuyển quyền điều khiển các khóa nêu trên về các TTĐĐ cũng phù hợp với xu thế phát triển của ngành điện khi chuyển sang mô hình TBA bán người trực, không người trực

 Mô hình mô phỏng đầy đủ tất cả các dạng sự cố thường hay xảy ra tại một TBA 110/22kV điển hình (bao gồm cả bảo vệ có điện và bảo vệ không điện) Bên cạnh đó, tác giả cũng đã thu thập dữ liệu điện áp sự cố, dòng sự cố thực tương ứng với mỗi trường hợp sự cố (dữ liệu thu thập từ Phòng Phương thức – TTĐĐ HTĐ Miền Nam) xảy ra tại TBA 110kV Tân Sơn Nhất mà tác giả lựa chọn mô phỏng nhằm cũng cố thêm độ tin cậy cho mô hình mô phỏng [4]

 Đề tài đã xây dựng thành công chương trình mô phỏng các hệ thống tự động hóa trong TBA 110/22kV điển hình phù hợp với các Quy định của Tập đoàn Điện

lực Việt Nam như: hệ thống tự động đóng lại máy cắt đường dây 110kV, máy cắt phát tuyến 22kV khi có sự cố thoáng qua (chức năng 79); hệ thống tự động làm mát MBA khi nhiệt độ tăng cao theo đúng các giá trị cài đặt của nhà chế tạo; hệ thống tự động điều chỉnh điện áp đầu ra MBA 110kV khi điện áp đầu vào thay đổi với các ngưỡng cài đặt theo đúng với giá trị mà TTĐĐ HTĐ Miền Nam ban hành; hệ thống sa thải phụ tải 22kV theo tần số (chức năng 81) với các ngưỡng cài đặt theo đúng với giá trị mà TTĐĐ HTĐ Miền Nam ban hành kết hợp với việc khóa chức năng 81 khi điện áp thấp Việc xây dựng thành công mô hình mô phỏng các hệ thống tự động hóa như đã nêu giúp các đối tượng sử dụng

có thể học hỏi, nắm bắt các kiến thức về tự động hóa TBA một cách dễ dàng, nhanh chóng và phù hợp

XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN LIÊN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ CHƯƠNG 2:

TRẠM BIẾN ÁP 110/22kV TÂN SƠN NHẤT

Như đã đề cập ở chương 1, cấu trúc của một TBA được xây dựng bao gồm các thiết bị nhất thứ chính như: máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, tụ bù,…Để điều khiển các thiết bị này cần có một hệ thống mạch điều khiển tương ứng và các điều kiện liên động đi kèm cho từng loại thiết bị Chương 2 của đề tài sẽ trình bày chi tiết hệ thống mạch điều khiển, liên động cần có cho từng loại thiết bị nhất thứ trong TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất

Khái niệm hệ thống điều khiển, liên động TBA

2.1.

Hệ thống điều khiển TBA được thiết kế, xây dựng nhằm điều khiển các thiết bị nhất thứ trong TBA theo ý thức chủ quan của con người, ở trong TBA là các NVVH và

ở các TTĐĐ là các ĐĐV, đồng thời giám sát kết quả việc thực hiện thao tác thông qua

hệ thống chỉ thị trạng thái các thiết bị và trào lưu công suất của hệ thống Việc thực hiện các thao tác thường được thực hiện theo Quy trình vận hành được ban hành bởi Đơn vị QLVH nhằm đảm bảo an toàn cho con người, thiết bị và phù hợp với kết lưới hiện hữu của hệ thống Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện thao tác, vẫn có thể xảy ra các trường hợp thao tác sai dẫn đến những nguy cơ gây nguy hiểm cho con người, thiết

bị và gây mất ổn định hệ thống

Để khắc phục, hạn chế tối đa những sai sót do người vận hành gây ra, ngoài việc phải tổ chức huấn luyện, sát hạch thường xuyên Quy trình vận hành thiết bị cho các NVVH và ĐĐV thì người ta còn xây dựng các điều kiện liên động đi kèm cho việc điều khiển mỗi thiết bị Điều kiện liên động ở đây được hiểu là các điều kiện cho phép thao tác thiết bị, được thực hiện thông qua các mạch liên động và các lôgic điều khiển Các điều kiện liên động được xây dựng dựa trên Quy trình vận hành thiết bị nên khi người vận hành có thao tác sai, thiết bị vẫn không “làm việc

Điều kiện liên động điều khiển thiết bị của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất 2.2.

Như đã nói ở trên, điều kiện liên động điều khiển thiết bị là những điều kiện được

áp dụng cho tất cả các thiết bị trong TBA Trong phần này, tác giả sẽ giới thiệu chi tiết điều kiện liên động thao tác, điều khiển tất cả thiết bị trong TBA 110/22kV điển hình làm cơ sở để đưa vào cấu hình trong mô hình mô phỏng

Trong phạm vi đề tài, tác giả sẽ chọn TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất đóng trên địa bàn Quận Tân Bình, thuộc quyền quản lý của Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh làm mô hình để phân tích hệ thống mạch điều khiển, liên động, bảo vệ, tự động hóa Các thông số tải, điện áp ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất cũng sẽ được sử dụng mô phỏng xuyên suốt đề tài [5]

Theo quy trình thao tác các thiết bị được quy định bởi EVN, các thiết bị MC, DCL, DTĐ được phép đóng, mở tuân thủ theo các yêu cầu chung (1) sau:

 Máy cắt: được phép đóng, mở khi có tải hoặc không tải

 Dao cách ly: chỉ được phép đóng, mở khi không có khả năng mang tải

 Dao tiếp địa: chỉ được phép đóng, mở khi không có khả năng mang điện áp Ngoài ra, việc thực hiện thao tác các thiết bị còn phụ thuộc vào MCB cấp nguồn cho thiết bị, vị trí các khóa điều khiển thiết bị

Hình 2.1 là sơ đồ một sợi của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất dùng trong mô hình

mô phỏng

Hình 2.1: Sơ đồ một sợi TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất

Bây giờ chúng ta sẽ xét từng ngăn lộ trong TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất nhằm thiết lập các điều kiện liên động cần có để điều khiển các thiết bị liên quan

Ngăn lộ đường dây 171

2.2.1.

Hình 2.2 là sơ đồ một sợi ngăn lộ đường dây 171 TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất

Hình 2.2: Sơ đồ một sợi ngăn lộ 171 của TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất

Theo như các yêu cầu (1) trên, ta có thể thiết lập điều kiện liên động điều khiển cho các thiết bị nhất thứ như sau:

Liên động đóng, mở dao cách ly 171-1 từ xa

2.2.1.1.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.3

Ở đây lưu ý do đặc thù thiết bị đóng cắt tại TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất là thiết

bị GIS nên cần giám sát thêm mức khí SF6 của DCL và MC

Hình 2.3: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DCL 171-1 từ xa

Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DCL 171-1 từ xa thể hiện rõ các yêu cầu sau:

 “Khóa Local/Remote (L/R) DCL 171-1 ở vị trí Remote”: Khi khóa L/R của DCL 171-1 ở vị trí Local, chỉ cho phép thao tác DCL 171-1 tại chỗ, thường để

vị trị Local khi có công tác trên thiết bị; khi khóa L/R của DCL 171-1 ở vị trí Remote thì cho phép thao tác DCL 171-1 từ xa trên hệ thống SCADA

 “MC 171 mở”: DCL là thiết bị có quá trình chuyển đổi từ trạng thái đóng sang trạng thái mở và ngược lại tương đối lâu (thường vài giây) nên nếu đóng, mở DCL 171-1 trong trường hợp MC 171 đang đóng có thể xảy ra trường hợp thao tác DCL 171-1 khi đang mang tải làm xuất hiện hồ quang giữa hai má dao trong quá trình chuyển đổi trạng thái gây hư hỏng DCL và có thể dẫn đến sự cố lan rộng Như vậy trong mọi trường hợp, muốn thao tác DCL 171-1 thì bắt buộc

MC 171 phải mở

 “MCB motor DCL171-1 On”: Đối với các thiết bị GIS, DCL là thiết bị có động

cơ điều khiển nên muốn thao tác DCL 171-1 thì MCB cấp nguồn phải ở vị trí

On để cấp nguồn cho động cơ

 “DTĐ 171-75 mở hoàn toàn”, “DTĐ 171-15 mở hoàn toàn”, “DTĐ 112-14 mở hoàn toàn”: Thao tác DCL 171-1 trong trường hợp một trong 03 DTĐ 171-75, DTĐ 171-15, DTĐ 112-14 đang đóng hoặc đang trong quá trình chuyển đổi trạng thái có thể gây ngắn mạch ngay tại vị trí tiếp địa nên trong mọi trường hợp, muốn thao tác DCL 171-1 thì yêu cầu 03 DTĐ nêu trên phải ở vị trí mở hoàn toàn

 “Khí SF6 của DCL 171-1> mức cảnh báo”: Đặc thù DCL 171-1 (thiết bị GIS)

có trang bị buồng dập hồ quang bằng khí SF6 tương tự máy cắt, khi áp suất khí SF6 trong buồng hạ thấp xuống dưới mức cảnh báo, rơle áp suất phát hiện và gửi tín hiệu khóa mạch thao tác DCL 171-1

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-15 từ xa

2.2.1.2.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.4

Hình 2.4: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DTĐ 171-15 từ xa

Liên động đóng, mở dao cách ly 171-7 từ xa

2.2.1.3.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.5

Hình 2.5: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DCL 171-7 từ xa

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-75 từ xa

2.2.1.4.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.6

Hình 2.6: Sơ đồ lôgic liên động đóng, mở DTĐ 171-75 từ xa

Liên động đóng, mở dao tiếp địa 171-76 từ xa

2.2.1.5.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.7

Hình 2.7: Sơ đồ lôgic liên động đóng DTĐ 171-76 từ xa

Liên động đóng máy cắt 171 từ xa

2.2.1.6.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.8

Hình 2.8: Sơ đồ lôgic liên động đóng MC 171 từ xa

Trong phần liên động đóng máy cắt 171, chúng ta cần hiểu rõ hơn về cụm từ “các rơle bảo vệ ngăn 171 bình thường” có nghĩa là các rơle bảo vệ ngăn lộ 171, bao gồm rơle bảo vệ khoảng cách F21, rơle bảo vệ quá dòng có hướng F67 không bị lỗi (lỗi phần cứng hoặc bị mất nguồn nuôi), không khởi động, không tác động

Liên động mở máy cắt 171 từ xa

2.2.1.7.

Xem sơ đồ lôgic hình 2.9

Hình 2.9: Sơ đồ lôgic liên động mở MC 171 từ xa Các ngăn lộ còn lại của TBA 110kV Tân Sơn Nhất

2.2.2.

Việc xây dựng, thiết lập các điều kiện liên động cần có để điều khiển các thiết bị của các ngăn lộ còn lại TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất sẽ được trình bày trong phụ lục 2.2 kèm theo luận văn này

Kết luận

2.3.

Chương 2 của đề tài đã giới thiệu chi tiết hệ thống điều khiển của TBA cao áp nói chung và TBA 110/22kV nói riêng đồng thời xây dựng, thiết lập các lôgic điều khiển

cho các thiết bị nhất thứ trong TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất Việc xây dựng hoàn chỉnh lôgic điều khiển cho các thiết bị là cơ sở cho việc lập trình lôgic điều khiển cho các thiết bị trong mô hình mô phỏng của đề tài Việc thao tác các thiết bị trên mô hình

mô phỏng của đề tài phải tuân thủ theo các lôgic như đã xây dựng nói trên

XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP CHƯƠNG 3:

110/22kV TÂN SƠN NHẤT

Ở chương 3 này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống bảo vệ rơle trong TBA 110/22kV cũng như xây dựng sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho các thiết bị trong TBA 110/22kV Tân Sơn Nhất

Giới thiệu chung về bảo vệ rơle

3.1.

Đối với các trạm biến điện áp cao áp cũng như trong quá trình vận hành hệ thống điện nói chung, có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị, đường dây hoặc do chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống Các sự cố này thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép Nếu để tình trạng này kéo dài thì có thể sẽ xuất hiện sự cố lan rộng

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất hiện

sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt điểm sự cố và cách ly nó ra khỏi phần tử

bị hư hỏng Nhờ vậy phần còn lại của hệ thống sẽ duy trì được trạng thái hoạt động bình thường, đồng thời cũng giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố, hạn chế tối đa thiệt hại về người, thiết bị hay gián đoạn cung cấp điện Làm được điều này chỉ

có các thiết bị tự động mới thực hiện được Các thiết bị này gọi chung là bảo vệ rơle Trong hệ thống điện, bảo vệ rơle sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện Khi xuất hiện sự cố, bảo vệ rơle sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố nhờ máy cắt điện thông qua mạch điện kiểm soát Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ rơle sẽ phát tín hiệu và tuỳ theo yêu cầu cài đặt, có thể tác động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vận hành

Tùy theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt bảo vệ rơle chính, bảo vệ rơle dự phòng:

 Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy

ra trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ

 Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi

hệ thống trước tiên (khi bảo vệ này tác động đúng)

Bảo vệ rơle cho TBA 110/22kV

MBA là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ thống điện nói chung

và TBA nói riêng Muốn bảo vệ cho MBA làm việc an toàn cần phải nắm rõ các dạng

sự cố có thể gây hư hỏng MBA, từ đó lựa chọn được phương thức tốt nhất để bảo vệ, loại trừ các dạng hư hỏng và ngăn ngừa các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự vận hành bình thường của MBA

Cấu hình hệ thống bảo vệ rơle cho MBA 110kV theo Quy định số 2896/EVN/KTLD-TĐ ngày 10/10/2003 của EVN về việc ban hành Quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống điều khiển tích hợp, cấu hình hệ thống bảo vệ, quy cách kỹ thuật của rơle bảo vệ cho đường dây và TBA 500kV, 220kV và 110kV của EVN, quy định về công tác thí nghiệm đối với rơle bảo vệ kỹ thuật số [6] như sau:

 Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ so lệch MBA 87T, bảo vệ quá nhiệt MBA 49, bảo vệ so lệch chống chạm đất 50REF

 Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây 110kV: được tích hợp các chức năng bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N, 50/51, 50/51N, điện áp thấp/điện áp cao 27/59, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF, rơle kiểm tra cuộn cắt máy cắt 74

 Bảo vệ cho cuộn dây 22kV: được tích hợp các chức năng bảo vệ quá dòng 50/51, 50/51N, 51G, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF, rơle kiểm tra cuộn cắt máy cắt 74

 Ngoài ra còn có các chức năng bảo vệ nội bộ khác (được trang bị đồng bộ với MBA): bảo vệ nhiệt độ dầu/cuộn dây 26O/26W, bảo vệ áp suất 63, rơle khí Buchholz 96, rơle mức dầu 33 Các bảo vệ này gửi tín hiệu cắt các máy cắt đầu vào và đầu ra MBA để cô lập MBA đồng thời gửi tín hiệu báo động lên hệ thống cảnh báo tại TBA, SCADA

Bảo vệ so lệch MBA 87T

3.2.1.1.

Về mặt nguyên lý, bảo vệ 87T giống như bảo vệ so lệch thông thường, chỉ cắt khi

có sự cố trong và không cắt khi xuất hiện sự cố ngoài vùng bảo vệ Rơle làm việc dựa vào nguyên tắc so sánh trực tiếp các véc tơ dòng điện trên các nhánh của MBA Rơle hoạt động khi tổng các véc tơ dòng điện trên các nhánh của MBA lớn hơn giá trị định trước trong rơle

Bảo vệ so lệch chống chạm đất 50REF

3.2.1.2.

Rơle 50R F là rơle bảo vệ so lệch cho MBA khi có sự cố chạm đất và làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh tổng véc tơ dòng điện trên cuộn dây nối Y của MBA với điểm nối trung tính đất của MBA Rơle sẽ cắt khi dòng không cân bằng vượt ngưỡng giá trị cài đặt trước

sẽ bắt đầu khởi động (chưa tác động) Sau một khoảng thời gian Ttrip cài đặt trước, nếu dòng điện vẫn không giảm xuống dưới giá trị dòng điện khởi động,

bảo vệ rơle quá dòng 51 sẽ tác động bằng cách gửi tín hiệu tới máy cắt liên quan

để máy cắt cô lập sự cố ra khỏi hệ thống điện

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50/50N: như đã biết, dòng ngắn mạch giảm dần theo khoảng cách từ nguồn đến điểm có ngắn mạch, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thì mức độ nguy hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt Nhưng đối với bảo vệ quá dòng có thời gian càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch càng lớn, chính vì vậy để bảo vệ đường dây trong trường hợp này người ta dung bảo vệ quá dòng cắt nhanh Tín hiệu dòng điện của rơle 50 cũng được lấy trên các biến dòng điện trên dây pha tương tự như rơle 51 Dòng khởi động của rơle được xác định dựa vào dòng điện ngắn mạch cực đại Thời gian tác động của rơle 50 có nguyên tắc tương tự rơle 51 Sau một khoảng thời gian Ttrip xác định, nếu dòng điện vẫn không giảm xuống dưới giá trị dòng khởi động thì rơle

50 sẽ tác động Thời gian tác động của bảo vệ này được chỉnh định ít nhất là 0.05s trở lên để tránh tác động khi có sét đánh trên đường dây vì lúc này các chống sét van đang làm việc loại trừ dòng sét hoặc khi đóng điện không tải MBA vì dòng từ hóa của MBA có thể lớn hơn dòng khởi động IKĐ_R

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF

3.2.1.4.

Khi có sự cố, rơle bảo vệ sẽ gửi tín hiệu cắt máy cắt để cô lập sự cố Tuy nhiên, vẫn có thể xảy ra trường hợp cuộn cắt của máy cắt hoặc tiếp điểm rơle bị hư hỏng hay trường hợp do lỗi mạch cắt (lỗi chủ quan của con người) nên máy cắt không thể cắt ra,

sự cố vẫn còn duy trì Trong trường hợp này, chức năng 50BF sẽ tác động để gửi tín hiệu đi cắt các máy cắt liên quan cấp nguồn đến điểm sự cố

Bảo vệ quả tải 49

3.2.1.5.

Đây chỉ là chức năng bảo vệ phụ cho MBA, thường được cấu hình chung trong rơle bảo vệ 87T, chỉ đưa tín hiệu đi cảnh báo, không cắt máy cắt

Bảo vệ rơle khí Buchholz 96

3.2.1.6.

Là rơle hơi được lắp đặt tại ống liên thông giữa thân MBA và thùng dầu phụ Dùng

để kiểm soát và bảo vệ MBA khi có sự cố hoặc các ảnh hưởng bất thường bên trong MBA Rơle hoạt động ở 2 cấp:

 Cấp 1 : báo động bằng tín hiệu đèn còi

 Cấp 2 : báo động bằng tín hiệu đèn còi và tác động cắt máy cắt, cô lập MBA

ra khỏi lưới

Sự cố thường gặp:

 Tích tụ khí do khí tự do có s n trong chất lỏng cách điện: Khí trong chất lỏng di chuyển lên, tích tụ trong rơle hơi và chiếm mức của chất lỏng cách điện Sự di chuyển các phao làm khởi động 1 tiếp điểm

 Tổn thất chất lỏng cách điện do rò rỉ: Mức chất lỏng sụt làm phao dầu di chuyển xuống dưới Một tín hiệu cảnh báo nhảy Nếu chất lỏng tiếp tục mất bình dầu phụ, đường ống, cũng như chất lỏng trong rơle sẽ trống rỗng

 Do sóng áp lực hướng về bình dầu phụ, lưu lượng chất lỏng chảy đạt đến phạm

vi hoạt động bộ giảm chấn đặt trong dòng chất lỏng Nếu tốc độ dòng chảy vượt quá ngưỡng của giảm chấn, sự chuyển động trong dòng chảy có hướng tác động tới tiếp điểm làm đầy cầu phao bên dưới

Bảo vệ nhiệt độ dầu và cuộn dây 26

3.2.1.7.

Rơle nhiệt độ (26) trong MBA, bao gồm 2 loại sau :

 Rơle nhiệt độ dầu (26O): Dùng để kiểm soát và bảo vệ MBA khi nhiệt độ dầu tăng cao do sự cố hoặc các ảnh hưởng bất thường trong nội bộ MBA Rơle hoạt động ở 2 cấp theo nhiệt độ được cài đặt theo từng loại MBA của các nhà sản xuất khác nhau:

 Cấp 1: báo động bằng tín hiệu đèn, còi

 Cấp 2: báo động tín hiệu đèn còi và tác động cắt máy cắt bảo vệ máy biến

áp

 Rơle nhiệt độ cuộn dây (26 ): Dùng để kiểm soát và bảo vệ MBA khi nhiệt độ cuộn dây tăng cao do sự cố hoặc các ảnh hưởng bất thường trong nội bộ MBA Rơle hoạt động ở 2 cấp theo nhiệt độ được cài đặt theo từng loại MBA của các nhà sản xuất khác nhau:

 Cấp 1: báo động bằng tín hiệu đèn còi

 Cấp 2: báo động bằng tín hiệu đèn còi và tác động cắt máy cắt bảo vệ máy biến áp

Bảo vệ áp suất 63

3.2.1.8.

Bảo vệ rơle áp suất 63 dùng để bảo vệ dự phòng Khi có sự cố trong MBA hoặc bộ đổi nấc, hồ quang điện làm dầu sôi và bốc hơi ngay, tạo nên áp suất rất lớn trong MBA hoặc bộ đổi nấc Thiết bị an toàn áp suất lắp trên nắp thùng chính MBA hoặc bộ đổi nấc sẽ mở rất nhanh để thoát khí dầu từ thùng dầu chính hoặc thùng dầu bộ đổi nấc ra môi trường bên ngoài, áp suất trong thùng chính hoặc thùng dầu bộ đổi nấc sẽ giảm

Rơle mức dầu 33

3.2.1.9.

Rơle mức dầu gồm hai bộ tiếp điểm lắp bên trong thiết bị chỉ thị mức dầu, ở MBA

có bộ đổi nấc điện áp có tải (bộ điều áp dưới tải) thì thùng giãn nở dầu được chia làm hai ngăn Ngăn có thể tích chiếm phần lớn thùng giãn nở, được nối ống liên thông dầu qua rơle hơi đến thùng chính MBA (để có thể tích giãn nở dầu cho MBA) Ngăn có thể tích chiếm phần nhỏ hơn nhiều của thùng giãn nở, sẽ được nối ống liên dầu đến thùng chứa bộ điều áp dưới tải Thùng chính MBA và thùng bộ đổi nấc được thiết kế riêng rẽ, không có liên thông dầu với nhau Vì vậy, có hai thiết bị chỉ mức dầu lắp tại hai đầu thùng giản nở để đo mức dầu của hai ngăn thiết bị chỉ thị mức dầu MBA và thiết bị chỉ thị mức dầu bộ điều áp dưới tải Khi phát hiện dầu ở mức bất thường thì rơle 33 sẽ báo động bằng tín hiệu đèn còi

Bảo vệ đường dây 110kV

3.2.2.

Đường dây làm nhiệm vụ chính là truyền tải công suất từ nguồn đến phụ tải, cấu hình hệ thống bảo vệ rơle cho đường dây 110kV theo Quy định số 2896/EVN/KTLD-

TĐ ngày 10/10/2003 của VN như sau:

 Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ khoảng cách 21/21N, bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N, bảo vệ quá dòng 50/51, 50/51N, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF, rơle kiểm tra cuộn cắt máy cắt 74

 Bảo vệ dự phòng: được tích hợp các chức năng 67/67N, 50/51, 50/51N, điện áp thấp/điện áp cao 27/59, rơle tự đóng lại 79, rơle kiểm tra cuộn cắt máy cắt 74

Bảo vệ khoảng cách 21

3.2.2.1.

Để đảm bảo tác động chọn lọc trong mạng điện phức tạp, người ta dùng bảo vệ khoảng cách có hướng, chỉ tác động khi hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây Rơle khoảng cách dùng bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động tương ứng với các cấp thời gian tác động khác nhau Thời gian tác động của các bảo vệ theo cùng một hướng được phối hợp với nhau sao cho khi ngắn mạch ngoài phạm vi đường dây được bảo vệ, thời gian tác động của bảo vệ lớn hơn một cấp

so với bảo vệ của đoạn bị ngắn mạch Thường có các vùng bảo vệ sau:

 Vùng 1: hướng tác động của vùng này là hướng ra đường dây Được cài đặt bằng 85% tổng trở đường dây 110kV với thời gian tác động là 0s khi có sự cố Vùng 1 không được tác động khi có sự cố xảy ra ở đường dây kế tiếp phía sau (theo hướng tác động)

 Vùng 2: dùng để làm dự phòng cho vùng 1 nên cùng hướng với vùng 1 Được cài đặt bằng 120% tổng trở đường dây 110kV với thời gian tác động là từ 0.3s đến 0.5s khi có sự cố Để đảm bảo tính chọn lọc vùng 2 không được tác động khi vùng 1 của bảo vệ đoạn dây kế tiếp phía sau có thể tác động cắt sự cố trên đường dây đó Như vậy, vùng 2 không được vượt quá vùng 1 của rơle 21 bảo vệ

đường dây kế tiếp phía sau Trong trường hợp vùng 2 vượt quá vùng 1 của rơle

21 bảo vệ đường dây kế tiếp thì cần phối hợp thời gian vùng 2 giữa 2 rơle này

 Vùng 3: vùng này được dùng làm dự phòng Hướng tác động của vùng này là hướng ra đường dây và được cài đặt bằng 150% tổng trở đường dây 110 kV nhưng không vượt quá vùng 2 của rơle 21 bảo vệ đường dây kế tiếp với thời gian tác động là 1s khi có sự cố

 Vùng 4: hướng tác động của vùng này là hướng ngược đường dây Được cài đặt bằng 25% tổng trở đường dây 110 kV với thời gian tác động là 2s khi có sự cố

Bảo vệ quá dòng có hướng 67

3.2.2.2.

Chức năng 67/67N được sử dụng làm bảo vệ dự phòng cho 21 Rơle này chỉ khởi động khi dòng qua rơle lớn hơn dòng đặt và hướng của dòng điện phải cùng hướng đặt của rơle (hướng ra đường dây)

Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF

3.2.2.3.

Nguyên lý hoạt động của chức năng 50BF như đã trình bày ở mục bảo vệ MBA

Bảo vệ thanh cái 110kV

3.2.3.

Cấu hình hệ thống bảo vệ rơle cho thanh cái 110kV theo Quy định số 2896/EVN/KTLD-TĐ ngày 10/10/2003 của EVN bao gồm:

 Bảo vệ chính: bảo vệ so lệch thanh cái 87B

 Bảo vệ dự phòng: bảo vệ quá dòng 50/51, 05/51N, bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF

Bảo vệ so lệch thanh cái

3.2.3.1.

Khi có sự cố bên trong vùng bảo vệ, tổng các dòng vào thanh cái và các dòng đi ra khỏi thanh cái không còn cân bằng, dòng so lệch làm rơle hoạt động đưa tín hiệu cắt các máy cắt liên quan đấu vào thanh cái

Bảo vệ quá dòng 50/51, 50/51N, bảo vệ 50BF

3.2.3.2.

Tham khảo phần bảo vệ MBA đã trình bày ở trên