Nghiên cứu các giải pháp bảo vệ sự cố đứt dây trên lưới điện truyền tải miền bắc

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỰ CỐ ĐỨT DÂY TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- Ngu

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỰ CỐ ĐỨT DÂY

TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Lê Thăng

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỰ CỐ ĐỨT DÂY TRÊN

LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện hướng Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Hà Nội – Năm 2012

Trang

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt: 5

Danh mục các bảng: 6

Danh mục các hình vẽ trong luận văn: 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 11

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỰ CỐ ĐỨT DÂY 11

1.1 Cơ sở lý thuyết tính toán sự cố đứt dây 11

1.2 Ví dụ tính toán sự cố đứt dây 15

CHƯƠNG II 19

TÍNH TOÁN SỰ CỐ ĐỨT DÂY XẢY RA NGÀY 01-06-2010 19

TRÊN ĐƯỜNG DÂY 220KV THƯỜNG TÍN MAI ĐỘNG 19

2.1 Lần cắt sự cố 1 23

2.1.1 Diễn biến lần cắt sự cố 1 23

2.1.2 Tính toán dòng diện sự cố lần cắt sự cố 1 23

2.2 Lần cắt sự cố 2 25

2.2.1 Diễn biến lần cắt sự cố 2 25

2.2.2 Tính lần cắt sự cố 2 25

2.3 Lần cắt sự cố 3 27

2.3.1 Diễn biến lần cắt sự cố 3 27

2.3.2 Tính lần cắt sự cố 3 27

CHƯƠNG III 30

CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỰ CỐ ĐỨT DÂY TRÊN LƯỚI ĐIỆN 30

TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC 30

3.1 Phân tích sự cố đứt dây trên đường dây Thường Tín – Mai Động 30

3.2 Đề xuất giải pháp 34

3.2.1 Khai thác chức năng bảo vệ dựa trên tỷ lệ I 2 /I 1 (46BC) 34

3.2.1.1 Nội dung phương pháp 34

3.2.1.2 Ứng dụng cài đặt bảo vệ cho lưới 34

3.2.2 Khai thác chức năng bảo vệ 51N với ngưỡng thời gian cắt khác nhau 39 3.2.3 Khai thác đồng thời bảo vệ 46BC và bảo vệ 51N 42

3.2.3.1 Nội dung phương pháp 42

3.2.3.2 Ứng dụng cài đặt bảo vệ cho lưới 43

3.2.4 Dùng bảo vệ 51N có điều kiện giám sát dòng các pha 46

3.2.4.1 Nội dung phương pháp 46

3.2.4.2 Ứng dụng cài đặt bảo vệ cho lưới 46

KẾT LUẬN CHUNG 50

Tài liệu tham khảo 51

PHỤ LỤC 1 – Các hình vẽ 52

PHỤ LỤC 2 – Các bảng tính sự cố 71

PHỤ LỤC 3 – Các phiếu chỉnh định 76

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, nội

dung được tập hợp từ nhiều nguồn tài liệu, số liệu khác nhau, từ những kiến thức đã

được học và tiếp thu từ thực tế, không sao chép của bất kỳ luận văn nào trước đó

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn này

Hà Nội, ngày 13 tháng 09 năm 2012

NGUYỄN LÊ THĂNG

Khóa: CH2010B

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chương trình cao học và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của các thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Mặc dù có nhiều cố gắng để hoàn thiện luận văn, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những đóng góp quí báu của các thầy

cô và các bạn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

51N : Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có thời gian

67 : Bảo vệ quá dòng điện có hướng

Danh mục các bảng:

Bảng Trang

Bảng 1-1: Thông số hệ thống 16

Bảng 1-2: Dòng điện sự cố riêng 18

Bảng 1-3: Dòng điện sự cố tổng hợp 18

Bảng 2-1: Thông số đường dây 20

Bảng 2-2: Thông số hệ thống 21

Bảng 2-3: Thông số máy biến áp 22

Bảng 2-4: Dòng điện sự cố riêng tính cho lần cắt sự cố 1 24

Bảng 2-5: Dòng điện sự cố tổng hợp tính cho lần cắt sự cố 1 24

Bảng 2-6: Dòng điện sự cố riêng tính cho lần cắt sự cố 2 26

Bảng 2-7: Dòng điện sự cố tổng hợp tính cho lần cắt sự cố 2 26

Bảng 2-8: Dòng điện sự cố riêng tính cho lần cắt sự cố 3 28

Bảng 2-9: Dòng điện sự cố tổng hợp tính cho lần cắt sự cố 3 28

Bảng 2-10: Tổng hợp dòng điện các lần cắt sự cố 29

Bảng 3-1: Dòng điện I0∑ lần cắt sự cố 1 30

Bảng 3-2: Dòng điện I0∑ lần cắt sự cố 2 32

Bảng 3-3: Dòng điện I0∑ lần cắt sự cố 3 32

Bảng 3-4: Cài đặt bảo vệ với sơ đồ trước lần cắt sự cố 1 – sự cố trên ĐD274 34

Bảng 3-5: Kết quả tính toán bảo vệ khi sự cố trên ĐD274 với dòng điện tải trên ĐD thay đổi 35

Bảng 3-6: Kết quả tính toán cho sơ đồ có 1 ĐD220kV 35

Bảng 3-7: Cài đặt bảo vệ khi dòng điện ĐD220 là 460A, ĐD110kV là 20A 36

Bảng 3-8: Tính toán và cài đặt bảo vệ khi sự cố trên ĐD175 36

Bảng 3-9: Cài đặt bảo vệ khi sự cố trên ĐD171 37

Bảng 3-10: Cài đặt bảo vệ với sơ đồ trước lần cắt sự cố 3 – 1 ĐD220kV 38

Bảng 3-11: Cài đặt bảo vệ 51N ngưỡng thời gian cắt khác nhau 39

Bảng 3-12: Tính toán và cài đặt bảo vệ 51N khi sự cố trên ĐD171 – trong điều kiện ĐD274, ĐD175, ĐD176 cắt 40

ĐDch-hđ, các MBA Mai Động đang cắt 41 Bảng 3-14: Tính toán bảo vệ 51N 2 cấp khi sự cố trên ĐD171 – trong điều kiện ĐD176, ĐDch-hđ, các MBA Mai Động đang cắt 42 Bảng 3-15: Cài đặt kết hợp bảo vệ 46BC và 51N 43 Bảng 3-16: Cài đặt bảo vệ khi sự cố ĐD175 – ĐD273 đang cắt 44 Bảng 3-17: Dòng điện tổng hợp tính toán khi sự cố trên ĐD171 - trong điều kiện ĐD273 đang cắt 45 Bảng 3-18: Cài đặt bảo vệ 51N có giám sát dòng điện pha – sự cố trên ĐD274 47

Danh mục các hình vẽ trong luận văn:

Hình Trang

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống điện 11

Hình 1-2: Sơ đồ TTT, TTN, TTK và sơ đồ phức hợp trạng thái sự cố 13

Hình 1-3: Sơ đồ phức hợp trạng thái sự cố riêng 15

Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống điện 16

Hình 1-5: Sơ đồ phức hợp trạng thái sự cố riêng 16

Hình 1-6: Sơ đồ đẳng trị trạng thái sự cố riêng 17

Hình 2-1: Diễn biến lần cắt sự cố 1 23-30 Hình 2-2: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 1 24

Hình 2-3: Diễn biến lần cắt sự cố 2 25-31 Hình 2-4: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 2 26

Hình 2-5: Diễn biến lần cắt sự cố 3 27-33 Hình 2-6: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 3 28

Hình 3-1: Sự cố trên ĐD175 37

Hình 3-2: Sự cố trên ĐD171 38

Hình 3-3: Sự cố trên ĐD171 – trong điều kiện ĐD274, ĐD175, ĐD176 đang cắt 40 Hình 3-4: Sự cố trên ĐD171 – trong điều kiện ĐD176, ĐDch-hđ, các MBA Mai Động đang cắt 41

Hình 3-5: Sự cố trên ĐD175 – trong điều kiện ĐD273 đang cắt 44

Hình 3-6: Sự cố trên ĐD171 – trong điều kiện ĐD273 đang cắt 45

Hình 3-7: Logic cắt 3I0 có kiểm tra dòng pha 46

Ngành điện Việt Nam hiện nay đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ, nhu cầu phụ tải tăng cao, yêu cầu nguồn lớn, lưới truyền tải do đó phải phát triển tương xứng Sự phát triển của lưới truyền tải trong những năm gần đây là rất nhanh, số lượng các trạm và các đường dây tăng mạnh làm cho độ tin cậy cung cấp điện, khả năng cung cấp điện tăng lên Cùng với sự phát triển lưới điện việc tính toán bảo vệ cho lưới điện cũng trở lên phức tạp hơn nhiều Việc tính toán bảo vệ cho lưới điện yêu cầu đa rạng, tính chọn lọc của bảo vệ đảm bảo loại trừ đúng sự cố mà không ảnh hưởng tới chế độ vận hành của lưới, không ảnh hưởng tới việc cung cấp điện là vấn đề quan trọng phải quan tâm

Trong thời gian gần đây lưới điện truyền tải Miền Bắc có sự phát triển mạnh

mẽ, các ĐD và Trạm biến áp 220kV, 110kV tăng nhanh về số lượng, các mạch vòng khép kín cũng xuất hiện nhiều trên lưới làm cho độ tin cậy cung cấp điện tăng

Sự phát triển của lưới điện truyền tải khiến sơ đồ lưới điện Miền Bắc cũng trở nên phức tạp hơn và việc tính toán phương thức bảo vệ phức tạp hơn, các thiết bị bảo vệ phát hiện sự cố chính xác và loại trừ sự cố chọn lọc cũng vì vậy mà khó khăn hơn nhiều

Sự phát triển của khoa học và kỹ thuật đã sản xuất ra các rơ le kỹ thuật số với nhiều chức năng bảo vệ, điều khiển đã được ứng dụng trong quản lý vận hành lưới điện với độ tin cậy rất cao Trên lưới điện Miền Bắc, các bảo vệ cơ bản như so lệch, khoảng cách, quá dòng điện, tần số, quá áp, kém áp đã được sử dụng và phát huy hiệu quả trong các sự cố thường gặp

Đa số các sự cố trên hệ thống đường dây truyền tải điện trên không là các sự

cố ngắn mạch giữa một pha và đất hoặc hai pha và đất, cũng có thể là giữa các pha với nhau, các sự cố như vậy thì dòng điện tăng rõ ràng, điện áp cũng có thể thay đổi lớn nhận thấy được, với dạng sự cố thông thường này các bảo vệ thông dụng như bảo vệ khoảng cách, quá dòng có hướng, so lệch dọc có thể phát hiện và bảo vệ chọn lọc với độ tin cậy cao

Có một dạng sự cố ít gặp hơn nhưng rất nguy hiểm đối với lưới điện đó là hiện tượng đứt dây không chạm đất Hiện tượng đứt dây không chạm đất (thường gọi là tụt lèo) hoặc hở mạch một pha do máy cắt, cầu chì là 1 dạng sự cố không đối xứng, không cân bằng Đối với sự cố đứt dây thì dòng điện pha trên hệ thống không tăng (dòng điện pha sự cố sau thời điểm đứt dây Isc bằng không) và do đó không dễ dàng phát hiện bởi các bảo vệ thường dùng Sự cố này tạo ra sự mất cân bằng, không đối xứng do vậy trên lưới xuất hiện dòng điện thứ tự nghịch, thứ tự không có thể đo được Hiện tại trên hệ thống, các bảo vệ quá dòng điện TTK 51N đang được

áp dụng để phát hiện sự cố tụt lèo Chức năng bảo vệ 51N làm việc có độ chọn lọc không đảm bảo, có thể tác động sai khi sự cố 1 đường dây trong mạch kép hay ĐD đơn trong lưới điện được khép vòng kín, các nút được cung cấp bởi nhiều nguồn khác nhau

Việc tính toán, phân tích hiện tượng đứt dây sẽ là cơ sở để đưa ra các giải pháp

để phát hiện và loại trừ sự cố đáp ứng yêu cầu về độ chính xác, tính chọn lọc của

bảo vệ Vì vậy đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu các giải pháp bảo vệ sự cố đứt dây

trên lưới điện truyền tải Miền Bắc” có ý nghĩa cả về lý luận và thực tiễn đối với

ngành điện Việt Nam hiện nay

Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương chính:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết tính toán sự cố đứt dây

Chương 2: Tính toán đối với sự cố xảy ra ngày 01-06-2010 trên đường

dây 220kV Thường Tín – Mai Động

Chương 3: Các giải pháp bảo vệ sự cố đứt dây trên lưới điện truyền tải

Miền Bắc

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỰ CỐ ĐỨT DÂY

Hiện tượng đứt dây là một dạng sự cố không đối xứng, không cân bằng, trong

đó dòng điện pha sau thời điểm đứt dây bằng không, dòng diện trong các pha còn lại hầu như không thay đổi (thay đổi nhỏ) Dòng điện sự cố là dòng điện không đối xứng nên chúng ta có thể phân tích thành các thành phần dòng điện thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không

Xét một hệ thống điện đơn giản có sơ đồ như hình vẽ dưới:

ZM

L

1Z

R2R1

HT2

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống điệnTrong đó:

 HT1 và HT2 là 2 hệ thống nguồn điện tương đương (2 nguồn)

 Pha A của đường dây từ 1 tới 2 bị đứt tại vị trí L-M

 Hai pha còn lại ở trạng thái hoạt động bình thường

 Tổng trở tương đương của nguồn cấp 2 phía là Zht1 và Zht2

 Tổng trở đường dây Z12

 R1 và R2 là các rơ le đặt tại 2 đầu đường dây

Điện áp tại điểm sự cố:

Từ hệ phương trình trạng thái dòng điện và điện áp (3) và (6) ta có thể thiết lập sơ

đồ phức hợp đối với sự cố đứt dây như sau:

VV

IV

IVV

EI

I

I

VZE

1PQ 2PQ 0PQ

Trên đây là phương trình tính toán dòng điện và điện áp tại điểm sự cố, để tính toán các đại lượng này tại các nhánh khác ta dùng sơ đồ các thành phần hoặc dùng phương pháp mở rộng sơ đồ

Trong thực tế ta sử dụng phương pháp xếp chồng để tính sự cố tụt lèo, theo đó trạng thái đứt dây là tổng hợp của 2 trạng thái:

 Trạng thái trước sự cố: chế độ xác lập trước sự cố

 Trạng thái sự cố riêng: là trạng thái mọi nguồn phát bằng không, tại vị trí đứt dây ta đặt một nguồn dòng cùng trị số dòng pha trước khi sự cố nhưng ngược chiều để bảo đảm dòng sự cố pha tổng hợp bằng không

I 1.sc = - [

.

I PF*Z1*Z2*Z0/(Z0*Z1 + Z2*Z0 + Z1*Z0)]/Z1

Kết luận: Đối với hiện tượng đứt dây, để tính toán dòng điện các pha ta có thể dùng phương pháp xếp chồng, theo đó chế độ sự cố là tổng hợp trạng thái sự cố riêng và trạng thái trước sự cố Trạng thái trước sự cố chính là chế độ xác lập trước khi đứt dây, trạng thái sự cố riêng với nguồn dòng điện -IPF được bơm vào sơ đồ TTT, TTN, TTK mắc song song với nhau

Sơ đồ tính toán: Cho sơ đồ hệ thống như hình 1-4, hai đường dây nối hệ thống

1 và 2 đang vận hành song song, sự cố đứt dây 1 pha tại L-M trên 1 đường dây

Hình 1-3: Sơ đồ phức hợp trạng thái sự cố riêng

x x

x

x

x x

1.121.12

2.122.12

0.120.122.ht1

(Các thông số cho ở đơn vị có tên và được qui đổi về cấp điện áp 220kV)

Áp dụng phương pháp xếp chồng để tính:

 Trạng thái xác lập trước sự cố: dòng điện trên mỗi pha đường dây giả thiết

Ia = 460A = IPF, trào lưu công suất từ 1 đến 2 Dòng TTN, TTK đều bằng không

Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống điện

một nguồn dòng có trị số ja = -IPF = - 460A ngược triều dòng tải

 Khi tính toán sự cố ta chỉ tính tới điện kháng X, bỏ qua điện dung B và bỏ qua điện trở đường dây R (Z = X)

 Sơ đồ đẳng trị trạng thái sự cố riêng – Hình 1-6:

Hình 1-6: Sơ đồ đẳng trị trạng thái sự cố riêng

Biến dòng điện trên các lộ ĐD có tỉ số biến là 1200/1

Dòng điện khởi động của các bảo vệ 51N trên các ĐZ đặt:

Ikđ51N = 0.1*IđmĐD = 0.1*1200 = 120A Như vậy dòng thứ tự không chạy qua các bảo vệ 51N trên 2 ĐD đều đạt giá trị khởi động và tác động sau thời gian trễ được đặt trước Ta nhận thấy trên đường dây không có sự cố, dòng I0∑ (3I0) vẫn đủ lớn để bảo vệ rơ le 51N tác động nhầm

TÍNH TOÁN SỰ CỐ ĐỨT DÂY XẢY RA NGÀY 01-06-2010

TRÊN ĐƯỜNG DÂY 220KV THƯỜNG TÍN MAI ĐỘNG

Để tính toán sự cố này, chúng ta sử dụng phương pháp xếp chồng đã nêu trong chương I Sơ đồ lưới điện trước thời điểm xảy ra sự cố được mô tả lại đầy đủ trên

cơ sở tổng hợp báo cáo sự cố tại Công ty Truyền tải điện 1 Để thuận tiện cho việc tính toán, chúng ta có thể chấp nhận một số quy ước và giả thiết sau mà không làm ảnh hưởng nhiều tới kết quả cuối cùng:

 Trong tính toán sự cố này chúng ta quan tâm đến các nút nguồn nối trực tiếp tới thanh cái trạm Mai Động (gọi là nguồn cấp 1), các nút nguồn cấp 1 nối ra

hệ thống được thay thế bởi các hệ thống điện tương đương Các hệ thống tương đương đó độc lập với nhau (tách ra từ thực tế HTĐ chung)

 Các trạm phân phối trung gian 110kV nối trực tiếp với thanh cái Mai Động được thay thế bằng phụ tải tương đương

 Trong tính toán này ta chỉ xét đến thành phần điện kháng của các phần tử trong sơ đồ (Z = X), điện trở dây dẫn, điện dung của đường dây được bỏ qua

 Do dùng phương pháp xếp chồng để tính toán vì vậy cần phải có các thông

số chế độ xác lập trước sự cố Thông số của chế độ xác lập được lấy ra từ sổ ghi chép thực tế tại các bộ phận trực vận hành, các bản ghi rơ le (trong luận văn không tính chế độ xác lập)

 Điện kháng của các phần tử đều được qui đổi về cấp điện áp 220kV, với giả thiết Ucb = Uđm = 220kV (Các thông số được tính tại các bảng dưới)

 Qui ước tên ĐD được lấy theo tên các MC tại trạm Mai Động: ví dụ ĐD 274

Mai Động – 273 Thường Tín gọi là ĐD274

Bảng 2-1: Thông số đường dây

Chú ý: Điện kháng thứ tự không (X0) của các đường dây cho trong bảng đã xét tới

hỗ cảm của 2 đường dây và hỗ cảm với dây chống sét Tuy nhiên khi tính toán, 2 đường dây song song có 1 đường dây sự cố thì sơ đồ đẳng trị TTK là hình sao với điện kháng TTK đường dây lấy bằng 1,5 giá trị điện kháng TTT, điện kháng hỗ cảm TTK lấy bằng 2 lần điện kháng TTT của đường dây

Thanh cái 500kV Tthường Tín với Scb = 100MVA

Bảng 2-3: Thông số máy biến áp

MBA Mai Động - AT3, AT4, AT6 Thông số chế tạo (%) Điện kháng ngắn mạch (Ω) Qui về 220kV (Ω)

2.1.1 Diễn biến lần cắt sự cố 1

460A

51N 51N

51N

67

67

67 51N

3I 3I

3I 3I

100 MBA

177 175

HĐ

CH 176

460A

0.TT

0.MĐ 0.274

0.273

133 ĐD274

ĐD273

ĐD171

ĐD175 ĐD176

PT PT

Hình 2-1: Diễn biến lần cắt sự cố 1 Trình tự diễn biến sự cố như sau:

1 Đứt dây pha A ĐD 274 Mai Động - 273 Thường Tín, khi sự cố xuất hiện dòng điện TTK chạy qua cả ĐD 274 Mai Động - 273 Thường Tín (ĐD274)

và ĐD 273 Mai Động - 274 Thường Tín (ĐD273), một phần qua nhánh khác (qua phía MBA Mai Động và phía MBA Thường Tín)

2 Các bảo vệ 51N đạt ngưỡng khởi động cắt ĐD274 và ĐD273, toàn bộ phụ tải được cấp điện từ các ĐD 110kV nối tới Chèm và Hà Đông

3 Các ĐD 110kV 171 Mai Động - 176 Chèm (ĐD171), 175 Mai Động - 177

Hà Đông (ĐD175), 176 Mai Động - 178 Hà Đông (ĐD176) đang cấp điện cho Mai Động bị quá tải, bảo vệ 67 tại các đầu Hà Đông, Chèm khởi động cắt các ĐD này, mất điện toàn trạm Mai Động lần 1

2.1.2 Tính toán dòng diện sự cố lần cắt sự cố 1

Sơ đồ hệ thống điện như Hình 2-2: trước sự cố các ĐD274, ĐD273 đang truyền tải công suất từ Thường Tín về Mai Động với dòng điện pha bằng 460A, các ĐD171, ĐD175, ĐD176 đang truyền tải công suất từ Hà Đông, Chèm về Mai Động với dòng điện pha 400A

Mai Động

176 274

273

273 274

HT

220KV CH

110KV CH

110KV MĐ 220KV

MĐ

220KV TT TT

175 176

HĐ 110KV

250MVA

250MVA

250MVA

HĐ 220KV

PT

PT

172 174

HT

35KV 2x63 133

1x63 35KV

22KV 100

22KV

22KV 1x63 35KV PT

PT

22KV

35KV 1x63

HT 112

250MVA

MĐ

ĐD274 ĐD273

ĐD176 ĐD175

ĐD171

ĐDch-hd

Hình 2-2: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 1 Kết quả tính toán sự cố 1- Dựa vào Hình 2-2-1, Hình 2-2-2, Hình 2-2-3, Hình 2-2-4 (phụ lục 1), ta tính được các dòng điện sự cố riêng của ĐD:

Bảng 2-4: Dòng điện sự cố riêng tính cho lần cắt sự cố 1

2.2.1 Diễn biến lần cắt sự cố 2

230A

51N 51N

3I 3I

3I 3I

100 MBA

177 175

HĐ

CH 176

230A

0.274 0.273 0.TT

PT PT

Hình 2-3: Diễn biến lần cắt sự cố 2 Trình tự diễn biến sự cố như sau:

1 Đóng lại ĐD274 và ĐD273, sự cố vẫn tồn tại, do không có tải nên chưa có dòng điện TTK

2 Khôi phục dần phụ tải phía 110kV Mai Động, đóng MC133, do có tải nên dòng điện TTK chạy qua ĐD274 và ĐD273 tăng dần theo quá trình khôi phục phụ tải

3 Dòng điện TTK qua các ĐD274 và ĐD273 tăng đến ngưỡng khởi động của các bảo vệ 51N và cắt cả ĐD274 và ĐD273 Các phụ tải 110kV của Mai Động được cấp từ các ĐD 110kV: ĐD171, ĐD175, ĐD176

2.2.2 Tính lần cắt sự cố 2

Sơ đồ hệ thống như hình 2-8: trước khi cắt các ĐD274 và ĐD273 đang truyền tải công suất từ Thường Tín về Mai Động với dòng điện pha là 230A, các ĐD171, ĐD175, ĐD176 đang truyền tải công suất từ Hà Đông, Chèm về Mai Động với dòng điện pha 200A

Mai Động

176 274

273

273 274

HT

220KV CH

110KV CH

110KV MĐ 220KV

MĐ

220KV TT TT

175 176

HĐ 110KV

250MVA

250MVA

250MVA

HĐ 220KV

PT

PT

172 174

HT

35KV 2x63

133

1x63 35KV 22KV 100

22KV

22KV 1x63 35KV PT

PT

22KV

35KV 1x63

HT 112

250MVA

MĐ

ĐD274 ĐD273

ĐD171

ĐD175 ĐD176

ĐDch-hd

Hình 2-4: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 2 Kết quả tính toán sự cố 2- Dựa vào Hình 2-4-1, Hình 2-4-2, Hình 2-4-3, Hình 2-4-4 (phụ lục 1), ta tính được các dòng điện sự cố riêng của ĐD:

Bảng 2-6: Dòng điện sự cố riêng tính toán cho lần cắt sự cố 2

2.3.1 Diễn biến lần cắt sự cố 3

3I 3I

51N

51N

51N

0.274 0.TT

0.HĐ1

0.HĐ2

133 ĐD274

2 Đóng mang tải cho ĐD274 qua máy biến áp AT – đóng MC133, lúc này

do ĐD273 đang cắt nên khi có tải dòng điện TTK xuất hiện trên ĐD274 dồn toàn bộ xuống phía 110kV Mai Động và chạy qua Chèm, Hà Đông với cường độ lớn

3 Dòng điện TTK lớn đạt ngưỡng khởi động của bảo vệ 51N cắt các ĐD274, ĐD171, ĐD175, ĐD176, mất điện trạm Mai Động lần 2

2.3.2 Tính lần cắt sự cố 3

Sơ đồ hệ thống như hình 2-6: ĐD273 cắt, ĐD274 trước khi cắt đang truyền tải công suất từ Thường Tín về Mai Động với dòng điện pha không bị đứt là 560A, các ĐD171, ĐD175, ĐD176 đang truyền tải công suất từ Hà Đông, Chèm về Mai Động với dòng điện pha 200A

Mai Động

176 274

273

273 274

HT

220KV CH

110KV CH

110KV MĐ 220KV

MĐ

220KV TT TT

250MVA

250MVA

250MVA

HĐ 220KV

PT

PT

172 174

HT

35KV 2x63

133

1x63 35KV

22KV 100

22KV

22KV 1x63 35KV PT

PT

22KV

35KV 1x63

HT 112

250MVA

M.Đ

ĐD274

ĐD175 ĐD176

ĐD171

ĐDch-hd

Hình 2-6: Sơ đồ hệ thống trước lần cắt sự cố 3 Kết quả tính toán sự cố 3- Dựa vào Hình 2-6-1, Hình 2-6-2, Hình 2-6-3, Hình 2-6-4 (phụ lục 1

), ta tính được các dòng điện sự cố riêng của ĐD:

Bảng 2-8: Dòng điện sự cố riêng tính cho lần cắt sự cố 3

CHƯƠNG III CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ SỰ CỐ ĐỨT DÂY TRÊN LƯỚI ĐIỆN

TRUYỀN TẢI MIỀN BẮC

Bảo vệ quá dòng điện 51N được khai thác sử dụng để phát hiện và loại trừ sự

cố đứt dây thường đặt ngưỡng 3I0= 0.1*IđmĐD (hoặc 0.15*IđmĐD) thời gian trễ 3.5s, khi đạt ngưỡng dòng điện 3I0 vàthời gian thì bảo vệ tác động cắt các ĐD Theo kết quả tính toán như chương II và theo các bản ghi của rơ le thì việc bảo vệ 51N tác động cắt các máy cắt liên quan trong 3 lần cắt sự cố là hoàn toàn phù hợp chỉnh định rơ le

Để rõ hơn sự làm việc của các bảo vệ 51N ta xem xét cụ thể với từng lần cắt

sự cố khi đứt dây trên đường dây Thường Tín – Mai Động:

Lần cắt sự cố 1 (Hình 2-1):

460A

51N 51N

51N

67

67

67 51N

3I 3I

3I 3I

100 MBA

177 175

HĐ

CH 176

460A 0.TT

0.MĐ 0.274

0.273

133 ĐD274

Hình 2-1: Diễn biến lần cắt sự cố 1 Bảng 3-1: Dòng điện I0∑ lần cắt sự cố 1

Mai Động

bản ghi và theo tính toán đều lớn hơn giá trị ngưỡng 120A, do sự cố vĩnh cửu duy trì trên 3.5s nên các bảo vệ 51N tại MC 273, 274 Mai Động và MC 273, 274 Thường Tín cắt Theo tính toán tại các ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176 đi Hà Đông, Chèm dòng 3I0 nhỏ nên bảo vệ 51N không khởi động (thực tế các bảo vệ này không khởi động) Trong trường hợp này, do đang trong chế độ đầy tải tại nút Mai Động, khi 2 ĐD 220kV bị cắt nên toàn bộ tải Mai Động dồn về 3 ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176, các ĐD này bị quá tải, các bảo vệ 67 tại đầu Hà Đông, Chèm đều đo được dòng điện lớn đến ngưỡng, các bảo vệ 67 tại đầu Mai Động của ĐD171, ĐD175, ĐD176 Mai Động đều không cắt do hướng ngược Như vậy ta có thể thấy đứt dây trên ĐD274, ĐD273 bị cắt là không đáp ứng được yêu cầu phát hiện chính xác, chọn loc đối tượng sự cố Theo kết quả tính toán thì đối với 2 ĐD song song việc khai thác bảo vệ 51N để phát hiện và loại trừ chọn lọc là khó khăn vì giá trị dòng điện 3I0 của 2 đường dây này là không khác nhau nhiều Trong trường hợp này ta cũng thấy nếu ĐD273 không bị cắt thì các ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176 cũng không quá tải và không bị cắt bởi bảo vệ 67, sự cố không nghiêm trọng

Lần cắt sự cố 2 (Hình 2-3):

230A

51N 51N

3I 3I

3I 3I

100 MBA

177 175

HĐ

CH 176

230A

0.274 0.273 0.TT

PT PT

Hình 2-3: Diễn biến lần cắt sự cố 2

Mai Động

Bảng 3-2: Dòng điện I0∑ lần cắt sự cố 2

Các ĐD274, ĐD273 Mai Mộng được khôi phục không tải, các ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176 được khôi phục cấp điện cho các phụ tải tại thanh cái 110kV Mai Động, các MBA khôi phục không tải từ phía 220kV, các máy cắt tổng phía 110kV của MBA vẫn cắt Khi đóng máy cắt 133, dòng điện pha các ĐD 220kV là 230A, cũng như lần cắt sự cố 1 thì lại xuất hiện dòng điện 3I0 trên các ĐD, dòng điện 3I0

trong bản ghi tại ĐD274, ĐD273 lần lượt là 206A, 180A và theo tính toán là 179.84A, 145.75A đều lớn hơn giá trị ngưỡng 120A, do sự cố vĩnh cửu duy trì trên 3.5s nên các bảo vệ 51N gửi lệnh cắt ĐD274, ĐD273 Theo tính toán tại các ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176 đi Hà đông, Chèm dòng 3I0 nhỏ nên rơ le không khởi động Trong trường hợp này, do đang trong quá trình khôi phục lưới sau sự cố nên tải nhỏ, các ĐD171, ĐD175, ĐD176 vẫn đảm bảo cung cấp điện cho thanh cái 110kV Mai Đông Về cơ bản lần cắt sự cố 2 không khác lần cắt sự cố 1, chỉ có điều tải tại thanh cái 110kV Mai Động thời điểm này nhỏ nên các ĐD171, ĐD175, ĐD176 không bị quá tải và không bị cắt Lần cắt sự cố 2 thì bảo vệ 51N cắt ĐD273 không đúng về mặt phương thức vì ĐD này không bị sự cố, các ĐD: ĐD171, ĐD175, ĐD176 dòng điện 3I0 rất nhỏ so với ngưỡng khởi động và bảo vệ 51N không khởi động là đúng

3I 3I

51N

51N

51N

0.274 0.TT

0.HĐ1

0.HĐ2

133 ĐD274

ĐD171

ĐD175 ĐD176

PT

PT

Hình 2-5: Diễn biến lần cắt sự cố 3 Đường dây 274 đang bị sự cố được khôi phục không tải, các ĐD: ĐD171, 175, 176 vẫn đang cấp điện cho các phụ tải tại thanh cái 110kV Mai Động, các MBA khôi phục không tải từ phía 220kV, các máy cắt tổng phía 110kV của MBA vẫn cắt Khi đóng máy cắt 133, ĐD274 mang dòng điện 560A, trong trường hợp này do ĐD273 đang cắt nên toàn bộ dòng điện 3I0 trên ĐD274 chạy xuống các ĐD110kV ra hệ thống, mà chủ yếu là các ĐD nối lưới trực tiếp cấp tải cho Mai Động: ĐD171, ĐD175, ĐD176 Dòng điện 3I0 của ĐD274 trong bản ghi là 660A, giá trị tính toán

là 706A nên bảo vệ 51N đủ ngưỡng khởi động cắt ĐD274, dòng 3I0 tại các ĐD171, ĐD175, ĐD176 đi Hà đông, Chèm theo tính toán đều đạt ngưỡng khởi động (bản ghi tại rơ le Chèm là 95A) nên bảo vệ 51N cắt các máy cắt tại hai đầu các ĐD171, ĐD175, ĐD176 đồng thời với ĐD274 Trong trường hợp này các bảo vệ 51N làm việc cắt ĐD274, ĐD171, ĐD175, ĐD176 là phù hợp với ngưỡng đặt, tuy nhiên việc cắt ĐD171, ĐD175, ĐD176 là không chọn lọc, không loại trừ chính xác sự cố Như vậy dùng bảo vệ 51N đề phát hiện và loại trừ sự cố đứt dây như trên là không chính xác, không chọn lọc, cả 3 lần cắt sự cố trên ta thấy đều cắt cả các ĐD không bị sự cố Vậy cần có giải pháp phù hợp hơn

3.2 Đề xuất giải pháp

Theo một số tài liệu về rơ le, phân tích lý thuyết, thực tế thì ta có thể đưa ra một số giải pháp bảo vệ cho hiện tượng đứt dây

Một số chủng loại rơ le kỹ thuật số có sẵn bảo vệ 46BC, bảo vệ 46BC phát hiện sự cố bằng cách đo tỷ lệ dòng điện pha thứ tự nghịch với dòng điện pha thứ tự thuận (Ι2/Ι1), tỷ lệ Ι2/Ι1 của đường dây bị sự cố không thay đổi Việc tính toán tỷ lệ

Ι2/Ι1 cho đường dây sự cố dựa vào hệ phương trình (7) chương I, từ (7) ta có:

áp dụng như một cơ sở để tính toán bảo vệ trên lưới Trong thực tế, bảo vệ 46BC có khả năng đo tỷ lệ I2/I1 trong quá trình vận hành, khi sử dụng phương pháp này ta cần xét các điều kiện tải của hệ thống

Xét với sơ đồ trước lần cắt sự cố 1 - có 2 ĐD220kV song song (Hình 2-2), với kết quả tính lần cắt sự cố 1 như Bảng 3-4:

Bảng 3-4: Cài đặt bảo vệ với sơ đồ trước lần cắt sự cố 1 – sự cố trên ĐD274

Với giá trị ngưỡng I2/I1 = 0.4 bảo đảm chọn lọc giữa Đ274 và các ĐD còn lại

I2/I1, giả thiết ĐD171, ĐD175, ĐD176 đang mang tải nhỏ – ĐD273, ĐD274 là

Từ bảng ta thấy giá trị tính toán I2/I1 ĐD274 là 0.6, ĐD273 là 0.25 là không thay đổi kể cả khi tải trên 2 ĐD này non tải, các tỷ lệ I2/I1 cho ĐD171, ĐD175, ĐD176 thay đổi đáng kể khi dòng điện tải thay đổi, tỷ lệ này là “1” nếu ĐD là không tải (chưa xét trường hợp chiều công suất ngược lại), và như vậy bảo vệ I2/I1 vẫn có thể tác động nhầm nếu như dòng điện của các ĐD 110 là nhỏ, hoặc không tải như giả thiết Như vậy với ĐD mạch kép thì dùng bảo vệ 46BC để bảo vệ đứt dây bảo đảm chọn lọc đối tượng sự cố tốt, nhưng không bảo đảm chọn lọc với các ĐD còn lại Xem xét sơ đồ có 1 ĐD220kV như lần cắt sự cố 3 (Hình 2-6):

Bảng 3-6: Kết quả tính toán cho sơ đồ có 1 ĐD220kV

Căn cứ Bảng 3-6, tỷ lệ I2/I1 của ĐD274 là 0.4 tương đối nhỏ, độ nhạy của rơ le thấp

có thể không làm việc Trong khi ĐD171, ĐD175, ĐD176 tỷ lệ I2/I1 là 0.35 và còn phụ thuộc vào dòng điện tải trước sự cố, tỷ lệ này có thể tăng như vậy rơ le có thể cắt sai các ĐD110kV Như vậy với chỉ 1 ĐD 220kV nối Thường Tín – Mai Động như sơ đồ lần cắt sự cố 3 (Hình 2-6) thì dùng tỷ lệ I2/I1 không đảm bảo chọn loc đối tượng sự cố

Với các tình huống đưa ra như trên ta thấy việc chọn lọc giữa các ĐD220kV

và ĐD110kV về giá trị I2/I1 là chưa thực sự hiệu quả, vì vậy cần có một giải pháp chọn lọc về thời gian cần được áp dụng Xét sơ đồ có ĐD220 mạch kép (Hình 2-2), các ĐD110 tải nhỏ, sự cố trên ĐD274:

Bảng 3-7: Cài đặt bảo vệ khi dòng điện ĐD220kV là 460A, ĐD110kV là 20A

Ta thấy chỉ có ĐD274 cắt các ĐD còn lại không cắt do được chọn lọc bởi cả giá trị

112

HT 1x63

35KV 22KV

PT

PT

35KV 1x63 22KV 22KV

100

22KV

35KV 1x63

133

2x63 35KV HT

PT

PT

220KV HĐ

250MVA 250MVA 250MVA

110KV HĐ

176

175 178

177

CH

250MVA 250MVA

500KV

220KV

CH 110KV

CH 220KV HT

35KV 22KV 35KV

22KV 1x450

250MVA

2x630 1x63

ĐD171

ĐDch-hd

Hình 3-1: sự cố trên ĐD175 Khi sự cố trên ĐD175, các ĐD220kV, ĐD176 không cắt, đã bảo đảm chọn lọc Các ĐD220kV dòng I2 nhỏ và tỷ lệ I2/I1 cũng nhỏ ít ảnh hưởng dòng điện tải trên ĐD Trong trường hợp này ta gặp vấn đề là tỷ lệ I2/I1 của ĐD171, ĐDch-hđ phụ thuộc dòng điện tải trên ĐD nên việc chọn lọc với 2ĐD này là không đảm bảo

Xem xét với sự cố trên ĐD171 (Hình 3-2):

Bảng 3-9: Cài đặt bảo vệ khi sự cố trên ĐD171

112

HT 1x63

35KV 22KV

PT

PT

35KV 1x63 22KV 22KV

100

22KV

35KV 1x63

133

2x63 35KV HT

PT

PT

220KV HĐ

250MVA 250MVA 250MVA

110KV HĐ

176

175 178

177

CH

250MVA 250MVA

500KV

220KV

MĐ 220KV

MĐ 110KV

CH 110KV

CH

220KV HT

35KV 22KV 35KV

22KV 1x450

250MVA

2x630 1x63

ĐDch-hd

ĐD171

Hình 3-2: sự cố trên ĐD171 Khi sự cố trên ĐD171 bảo vệ đảm bảo chọn lọc với ĐD273, ĐD274 Tuy nhiện với ĐD175, ĐD176, ĐDch-hđ (ĐDch-hđ là ĐD đơn tham gia khép vòng kín lưới 110kV Chèm – Hà Đông – Mai Động) là không đảm bảo chọn lọc vì các I2 của ĐD này khá cao nên I2/I1 có thể tăng đến ngưỡng cắt khi dòng điện tải trên ĐD nhỏ đi Vậy với sơ đồ như Hình 3-2 ta cần có giải pháp phù hợp hơn

Xem xét với sơ đồ chỉ có 1 ĐD220kV (Hình 2-6):

Bảng 3-10: Cài đặt bảo vệ với sơ đồ trước lần cắt sự cố 3 – 1 ĐD220kV

Với ngưỡng I2/I1 cho ĐD274 là 0.3, khi sự cố chỉ có ĐD274 cắt Tuy nhiên ngưỡng

I2/I1 tính toán ĐD274 nhỏ nên độ nhạy của rơ le thấp, vì vậy bảo vệ có khả năng không tác động Như vậy biện pháp dùng bảo vệ 46BC cho lưới có các mạch đơn