Sử dụng matlab simulink mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp t60 ge tại trạm biến áp 220kv ba đồn

Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng liên kết hệ thống sản xuất truyền tải và phân phối Vì vậy việc nghiên cứu bảo vệ rơle cho máy biến áp là cần thiết đặc biệt là đối với các trạm biến áp lớn Bảo vệ so lệch được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp Việc mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp giúp người nghiên cứu nắm rõ nguyên lý hoạt động của rơ le mô tả chính xác phản ứng của rơ le cũng như các yếu tố ảnh tới hoạt động của rơ le trong các trường hợp vận hành cụ thể Đầu tiên luận văn trình bày một số nội dung lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến áp Tiếp theo giới thiệu tổng quan về rơ le T60 GE và giải thuật tính toán bảo vệ máy biến áp của rơ le áp dụng giải thuật tính toán cho đối tượng cụ thể tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn Sau đó luận văn xây dựng mô hình mô phỏng rơ le T60 GE bảo vệ so lệch máy biến áp bằng Matlab Simulink Cuối cùng luận văn tiến hành phân tích đánh giá quá trình hoạt động của rơ le trong các trường hợp vận hành và so sánh thực tế dựa trên kết quả đạt được của quá trình mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2018

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do chính tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích Trong luận văn có trích dẫn một số tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam và một số bài báo trên thế giới

Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay lấy số liệu đã được công bố

Nếu sai so với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Tác giả

Đoàn Anh Linh

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Đặt tên đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 3

1.1 Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) 3

1.1.1 Nguyên lý 3

1.1.2 Hãm hài 5

1.1.3 Hãm cộng thêm khi biến dòng bị bão hoà 6

1.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn 7

1.2 Bảo vệ so lệch chống chạm đất (87N) 7

1.2.1 Nguyên lý 7

1.2.2 Đường đặc tính bảo vệ so lệch chống chạm đất giới hạn (F87N) 9

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch Máy biến áp 9

1.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp 9

1.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp 10

1.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng 11

1.3.4 Quá kích thích máy biến áp 12

1.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp 12

1.3.6 Bão hòa máy biến dòng 12

TÓM TẮT CHƯƠNG 1 13

CHƯƠNG 2 RƠ LE KỸ THUẬT SỐ T60-GE BẢO VỆ SO LỆCH14 MÁY BIẾN ÁP 14

2.1 Tổng quan 14

2.1.1 Giới thiệu về rơ le T60 – GE 14

2.1.2 Một số thông tin cài đặt chỉnh định rơ le liên quan 15

2.2.1 Xác định cuộn tham chiếu: 16

2.2.2 Quy đổi dòng điện các phía máy biến áp 16

2.2.3 Dòng hãm hài 20

2.3 Áp dụng giải thuật tính toán cho máy biến áp AT2 trạm 220kV Ba Đồn 21

2.3.1 Chọn cuộn tham chiếu: 21

2.3.2 Quy đổi dòng điện 21

TÓM TẮT CHƯƠNG 2 23

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA RƠ LE T60-GE BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP BẰNG MATLAB – SIMULINK 24

3.1 Tổng quan về Matlab/Simulink 24

3.1.1 Matlab 24

3.1.2 Simulink 24

3.2 Mô hình hóa bảo vệ so lệch MBA bằng Matlab/Simulink 24

3.2.1 Sơ đồ bảo vệ MBA AT2 tại TBA 220kV Ba Đồn 24

3.2.2 Mô hình hóa rơ le T60-GE bảo vệ MBA AT2 tại TBA 220kV Ba Đồn bằng Simulink 26

TÓM TẮT CHƯƠNG 3 37

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 38

4.1 Trường hợp làm việc bình thường 38

4.1.1 Phương thức vận hành: 38

4.1.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét: 39

4.2 Trường hợp đóng điện xung kích 42

4.2.1 Phương thức vận hành 42

4.2.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét 42

4.3 Ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ phía 110kV 45

4.3.1 Phương thức vận hành 45

4.3.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét 45

4.4 Ngắn mạch 1 pha trong vùng bảo vệ phía 220kV 47

4.4.1 Phương thức vận hành 47

4.4.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét: 48

4.5 Ngắn mạch 2 pha trong vùng bảo vệ phía 110kV 50

4.5.1 Phương thức vận hành 50

4.5.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét: 51

4.6 Ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ phía 22kV 53

4.6.1 Phương thức vận hành 53

4.6.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét: 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 61

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ 70 BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG RƠ LE BẢO VỆ SO LỆCH

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

Tóm tắt – Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng liên kết hệ thống sản

xuất, truyền tải và phân phối Vì vậy, việc nghiên cứu bảo vệ rơle cho máy biến áp là cần thiết, đặc biệt là đối với các trạm biến áp lớn Bảo vệ so lệch được dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp Việc mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp giúp người nghiên cứu nắm rõ nguyên lý hoạt động của rơ le, mô tả chính xác phản ứng của rơ le cũng như các yếu tố ảnh tới hoạt động của rơ le trong các trường hợp vận hành cụ thể Đầu tiên, luận văn trình bày một số nội dung lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến áp Tiếp theo giới thiệu tổng quan về rơ le T60-

GE và giải thuật tính toán, bảo vệ máy biến áp của rơ le, áp dụng giải thuật tính toán cho đối tượng cụ thể tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn Sau đó, luận văn xây dựng mô hình mô phỏng

rơ le T60-GE bảo vệ so lệch máy biến áp bằng Matlab-Simulink Cuối cùng luận văn tiến hành phân tích, đánh giá quá trình hoạt động của rơ le trong các trường hợp vận hành và so sánh thực tế dựa trên kết quả đạt được của quá trình mô phỏng

Từ khoá – Máy biến áp lực, bảo vệ so lệch, T60-GE, mô phỏng, trạm 220kV Ba Đồn

Abstract – Transformer is one of the important components in power system used to

connect generation, transmission and distribution systems The study of transformer relay protection is crucial, especially for large scale substations Differential protection is the main protection for the transformer The simulation of transformer protection relays is a method

that helps researchers and operators i) understand the principle of relay operation, ii) describes accurately the relay's response and iii) find out the factors that affect the operation

of the relay in specific cases In this research, firstly, theoretical contents on transformer substitution protection are presented Secondly, an overview of the T60-GE relay is given and

the calculation algorithm of transformer differential protection relay is introduced The

calculation is then applied to the transformer at the Ba Don 220kV substation Thirdly,

T60-GE relay is modeled to simulate the operation of a transformer under relay protection by using

Matlab/Simulink Finally, the results collected in various scenarios from the simulation are

analyzed and compared with actual case data to evaluate the work of the relay

Key words - Power transformer, Differential protection, T60-GE, Simulation, Ba Don 220kV

substation

CÁC KÍ HIỆU

F87N Bảo vệ so lệch chống chạm đất giới hạn máy biến áp CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VT (TU) Máy biến điện áp

Số hiệu Tên bảng Trang

2.1 Tính toán quy đổi dòng điện phụ thuộc tổ đấu dây[6] 17

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

Số hiệu Tên hình Trang

1.7 Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung

1.9 Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song

1.11 Dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng 13

3.16 Logic tính dòng IdA và IrA, Id2A, Id5A 33

4.2 Dòng điện nhất thứ các phía MBA khi làm việc bình thường 39

4.5 Dòng so lệch và dòng hãm trong trường hợp làm việc bình

4.7 Đường đặc tính so lệch trong trường hợp MBA làm việc

4.10 Dòng so lệch và dòng hãm trong trường hợp đóng điện xung

4.12 Dòng so lệch cơ bản, và dòng sóng hài bậc 2 và bậc 5 đóng

4.14 Mô hình mô phỏng ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ phía

4.20 Dòng 3 phía MBA khi NM 1pha trong vùng bảo vệ phía

4.26 Dòng 3 phía MBA khi NM 2 pha trong vùng bảo vệ phía

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong quá trình vận hành trạm biến áp thì vấn đề bảo vệ các thiết bị điện khỏi các

sự cố trên lưới điện rất được quan tâm đầu tư, đặc biệt là bảo vệ máy biến áp Hệ thống bảo vệ máy biến áp bao gồm nhiều loại bảo vệ khác nhau trong đó bảo vệ so lệch máy biến áp được sử dụng là bảo vệ chính Bảo vệ so lệch máy biến áp phải thỏa mãn tiêu chí vừa có độ nhạy cao để bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố, vừa đảm bảo tính chọn lọc để trách những tác động nhầm gây mất điện Để giải quyết những vấn đề này thì ngày nay các hãng thiết bị điện lớn như Siemens, Schneider, ABB, Sel, GE … đã tiến hành nghiên cứu chế tạo các loại rơ le so lệch kỹ thuật số có độ tin cậy cao

Trạm biến áp 220kV Ba Đồn trực thuộc Công ty Truyền tải điện 2 được trang bị

rơ le kỹ thuật số T60 do hãng GE sản xuất làm nhiệm vụ bảo vệ so lệch cho máy biến

áp lực của trạm Đây là dòng rơ le tương đối mới được đưa vào sử dụng tại thị trường điện Việt Nam Việc nghiên cứu, làm chủ công nghệ mới về rơ le nhằm đáp ứng yêu cầu vận hành là một nhiệm vụ của người làm công tác kỹ thuật cũng như nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực truyền tải Bên cạnh việc nghiên cứu lý thuyết, nguyên lý làm việc của thiết bị thì việc mô phỏng hoạt động mang lại ý nghĩa thực tiễn rất lớn

Trong nội dung đề tài này, tác giả sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng rơ le T60-GE Bằng cách đó ta có thể xây dựng được mô hình rơle bảo vệ dựa trên giải thuật thiết kế của nhà sản xuất, kết hợp với các khối thiết bị có sẵn trong thư viện mô phỏng để tiến hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơle

Mặt khác, công cụ mô phỏng giải thuật làm việc của rơ le so lệch kỹ thuật số còn

có thể được sử dụng để phân tích các bản ghi sự cố và đối chứng với sự làm việc của các rơ le so lệch trên thực tế Từ các kết quả mô phỏng, có thể đánh giá lượng hóa được ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến sự làm việc của rơ le kỹ thuật số, từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp về mặt chỉnh định các thông số cài đặt, cũng như lựa chọn hợp lý các thiết bị đo lường và mạch nhị thứ Đây cũng là vấn đề cần thiết được các kỹ sư và chuyên gia làm công tác điều độ, thí nghiệm quan tâm nghiên cứu

Ngoài ra các kết quả mô phỏng, tính toán có thể được dùng để kiểm chứng các lý thuyết đã phân tích, đồng thời đánh giá được phản ứng của rơ le bảo vệ khi có sự cố máy biến áp

Chính vì vậy, đề tài này vừa mang tính khoa học vừa mang tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Một số vấn đề về bảo vệ so lệch máy biến áp

- Nghiên cứu giải thuật làm việc chức năng bảo vệ so lệch của rơ le T60 - GE

- Sử dụng công cụ mô phỏng Matlab/Simulink để mô phỏng rơ le T60 - GE bảo

vệ so lệch cho máy biến áp 220/110/22kV tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn

- Đánh giá các kết quả mô phỏng, đúc rút các giá trị đạt được của đề tài

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là rơ le kỹ thuật số T60 do hãng GE sản xuất, có chức năng chính là bảo vệ so lệch máy biến áp

Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu giải thuật chức năng bảo vệ so lệch được viết cho rơ le kỹ thuật số T60-GE Mô phỏng rơ le bằng Matlab/Simulink

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : Một số lý thuyết về bảo vệ rơ le, bảo vệ

so lệch máy biến áp trong hệ thống điện

- Phương pháp mô phỏng, so sánh: Sử dụng mô hình mô phỏng Matlab/Simulink để nghiên cứu một số các trường hợp ngắn mạch có thể xảy ra Từ đó đưa ra các kết luận về bảo vệ so lệch máy biến áp Từ đó kiểm nghiệm việc cài đặt chỉnh định rơ le trong công tác bảo vệ máy biến áp tại đơn vị

5 Đặt tên đề tài

Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên đề tài được đặt tên:

“Sử dụng Matlab/Simulink mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp

T60-GE tại trạm biến áp 220kV Ba Đồn”

6 Cấu trúc của luận văn

Nội dung luận văn gồm các phần chính sau:

Mở đầu

Chương 1: Các vấn đề về bảo vệ so lệch máy biến áp

Chương 2: Rơ le kỹ thuật số T60-GE bảo vệ so lệch máy biến áp

Chương 3: Mô phỏng rơ le T60-GE bằng Matlab-Simulink

Chương 4: Kết quả mô phỏng

Kết luận và kiến nghị

Danh mục tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP

1.1 Bảo vệ so lệch máy biến áp (87T)

nguyên tắc là dòng I rời khỏi một

đối tượng bảo vệ trong điều kiện

bình thường phải bằng dòng đưa

vào nó Bất cứ sự sai lệch nào

cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng

bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của

các biến dòng TI1 và TI2 có cùng

tỷ số biến có thể được nối để có

được các dòng điện như hình 1.1

M

Đối tượng bảo vệ TI-1

i i1

i1 + i2 tỷ lệ với I1 + I2 là tổng hai dòng sự cố chảy qua Nếu dòng điện i1 + i2 này đủ lớn cho thành phần đo M, hệ thống này sẽ cung cấp một bảo vệ đơn giản phân biệt được dòng sự cố

Khi có một sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch lớn chảy qua vùng bảo vệ, các đặc tính từ hoá khác nhau của các máy biến dòng trong điều kiện bão hoà có thể gây ra dòng đáng kể chảy qua M Nếu độ lớn của dòng này nằm trên ngưỡng tác động,

hệ thống có thể đưa ra lệnh cắt Việc hãm chống lại việc tác động sai của bảo vệ

Ở các máy biến áp thông thường các dòng thứ cấp của các biến dòng không bằng nhau khi một dòng chảy qua máy biến áp, nhưng tuỳ thuộc vào tỷ số biến áp và tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ và dòng điện định mức, tỷ số biến dòng của các máy biến dòng ở hai phía của máy biến áp Vì vậy các dòng thứ cấp phải được làm phù hợp

để có thể so sánh được

Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấu dây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng toán học hoàn toàn Thông thường không đòi hỏi các biến dòng trung gian

Các dòng đưa vào được quy đổi theo dòng định mức của máy biến áp Điều này

có được bằng cách đưa số liệu định mức của máy biến áp vào rơle, đó là: công suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biến dòng, tổ đấu dây Các giá trị dòng điện quy đổi cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ các dòng pha IA, IB, IC của từng cuộn dây

Xét trường hợp đơn giản rơ le bảo vệ cho máy biến áp 2 cuộn dây, các định nghĩa sau được hãng GE sử dụng trong việc tính toán bảo vệ so lệch F87T [6]

Dòng so lệch: Idiff = I1 + I2

Và dòng hãm: Irest = max{ I1 , I2}

Idiff được lấy từ các sóng cơ bản và sản sinh ra đại lượng gây ra lệnh cắt, Irestchống lại ảnh hưởng này

Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét:

a Dòng qua máy biến áp vận hành bình thường hoặc khi có sự cố bên ngoài

Dòng I1 và I2 cùng độ lớn nhưng ngược chiều, I1 = - I2 ; I1 = I2

Idiff = I1 + I2= I1 -I1 = 0

Irest = max{ I1 , I2}= I1Dòng so lệch Idiff bằng 0 và dòng hãm Irest bằng dòng qua máy biến áp

b Ngắn mạch bên trong mỗi phía được cấp bởi các dòng giống nhau:

c Ngắn mạch bên trong chỉ cấp dòng từ một phía:

Trong trường hợp này I2 = 0

Nếu các dòng nằm trong vùng tác động, lệnh cắt được đưa ra

Trên sơ đồ hoạt

được cài đặt bởi giá trị

Nhánh b với độ dốc 1 xét đến trường hợp dòng so lệch có thể xuất hiện do sai số biến dòng các phía máy biến áp, các biến dòng đầu vào rơ le hoặc từ vị trí bộ chuyển nấc máy biến áp

Nhánh c với độ dốc 2 xét đến trường hợp có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ máy biến áp, các dòng này có biên độ, độ dốc lớn có khả năng gây ra bão hòa mạch từ các

TI, dòng nhị thứ không tương ứng dòng nhất thứ Điều này tạo ra dòng so lệch lớn hơn trong trường hợp sai số do thiết bị ở nhánh b, giá trị dòng hãm cũng tăng lên để tránh trường hợp rơ le tác động sai Vì vậy độ dốc 2 lớn hơn độ dốc 1

1.1.2 Hãm hài

Các dòng so lệch có thể được tạo ra không chỉ từ các sự cố bên trong máy biến

áp mà còn do dòng từ hoá máy biến áp khi đóng máy biến áp, nối song song máy biến

áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thành phần sóng hài

Dòng từ hoá có thể lớn gấp nhiều lần dòng định mức và thành phần chủ yếu là sóng hài bậc 2 (gấp đôi tần số định mức) Trong thực tế nó không có mặt ở các trường hợp có ngắn mạch Nếu thành phần bậc 2 vượt quá ngưỡng (có thể chọn), lệnh cắt bị khoá

Vì hãm dòng từ hoá làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việc hoàn toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dòng từ hoá có thể xuất hiện chỉ ở các pha không có sự cố Tuy vậy cũng có thể đặt bảo vệ để không chỉ pha

có dòng từ hoá chứa sóng hài vượt quá ngưỡng cho phép được hãm mà những pha khác của cấp bảo vệ so lệch Idiff, cũng bị khoá (được gọi là "chức năng khoá chéo") Chức năng khoá chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian chọn trước

Bên cạnh sóng hài bậc 2, sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khoá bảo

Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ không thấy xuất hiện trong các sự cố bên trong máy biến áp

Các bộ lọc số được sử dụng để thực hiện các phân tích Fourier cho dòng so lệch Ngay khi thành phần sóng hài vượt quá các giá trị đặt, rơle hãm ở pha tương ứng Thuật toán học được tối ưu có xét đến các trạng thái thoáng qua để loại bỏ hãm không cần thiết trong các điều kiện động

1.1.3 Hãm cộng thêm khi biến dòng bị bão hoà

Bão hoà của các máy biến dòng gây ra bởi các dòng sự cố lớn và/hoặc các hằng

số thời gian hệ thống dài không thích hợp với các sự cố bên trong (sự cố bên trong máy biến áp được bảo vệ) Vì vậy các dòng so lệch cũng như dòng hãm đo được bị biến dạng đến cùng một ngưỡng

Đặc tính sự cố được minh hoạ trên hình 1.2 là cùng cơ sở chính trong trường hợp này Tất nhiên, thành phần sóng cơ bản của dòng so lệch cũng phải ít nhất vượt

quá giá trị tác động (nhánh a trong hình vẽ 1.2)

Trong một sự cố ngắn mạch ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn làm bão hoà biến dòng, một dòng so lệch đáng kể có thể được tạo ra, đặc biệt khi mức độ bão hoà khác nhau giữa hai điểm đo Nếu đại lượng Idiff/ Irest nằm trong vùng cắt của đặc tính làm việc, lệnh cắt sẽ được đưa ra nếu không có biện pháp đặc biệt nào

Trên hình vẽ độ dốc của đặc tính này tỷ lệ bằng nửa độ dốc của nhánh b

Bão hoà khi có sự cố bên ngoài được phát hiện bằng dòng khởi động hãm lớn dịch chuyển điểm làm việc vào vùng "hãm cộng thêm" Ngược lại điểm làm việc dịch chuyển ngay lập tức theo đặc tính sự cố khi có sự cố nội bộ bởi vì dòng hãm sẽ lớn hơn dòng so lệch Chỉ số bão hoà đưa ra quyết định trong nửa chu kỳ đầu tiên sau thời điểm bắt đầu sự cố

Khi phát hiện một sự cố bên ngoài, bảo vệ so lệch bị khoá trong một thời gian có thể lựa chọn (lâu nhất là 8 chu kỳ tương đương với 160ms ở tần số 50Hz,khi rơle xuất xưởng) Việc khoá bị xoá bỏ ngay khi điểm làm việc dịch chuyển chắc chắn (quá 2 chu kỳ) vào đặc tính sự cố Nó cho phép phát hiện một cách tin cậy sự cố diễn biến bên trong máy biến áp được bảo vệ trong khi có sự cố bên ngoài và biến dòng bị bão hoà

1.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn

Bảo vệ so lệch F87T sử dụng giá trị dòng hãm, hãm hài để loại trừ các trường hợp tác động sai khi xuất hiện dòng so lệch nhưng nguyên nhân không phải ngắn mạch bên trong máy biến áp Các trường hợp đó có thể xảy ra do sai số thiết bị đo, do dòng

từ hóa hoặc khi có sự cố ngắn mạch ngoài có dòng lớn gây bão hòa TI Đối với các trường hợp này, dòng so lệch có giới hạn đến một ngưỡng lớn nhất định, gọi là dòng

so lệch giả tối đa

Rơ le F87T cung cấp một chức năng cắt nhanh không hãm khi phát hiện dòng so lệch tức thời lớn hơn giá trị dòng so lệch giả tối đa này Lúc đó rơ le hiểu đây là sự cố bên trong máy biến áp vì nếu không thì dòng so lệch không thể lớn hơn dòng so lệch giả tối đa Vì vậy, rơ le tác động cắt 3 phía máy biến áp mà không quan tâm tới giá trị dòng hãm

Giá trị dòng so lệch giả tối đa được tính toán và cài đặt trong thông số chỉnh định

rơ le, thông thường có giá trị từ 10-14pu

1.2 Bảo vệ so lệch chống chạm đất (87N)

1.2.1 Nguyên lý

Đối với các sự cố chạm đất

trong cuộn dây máy biến áp gần với

điểm trung tính nối đất, dòng so lệch

của F87T không đủ lớn để tác động

Vì vậy rơ le đưa thêm chức năng

F87N để có thể bảo vệ máy biến áp

khi có sự cố chạm đất trong vùng này Hình 1.3 Vùng bảo vệ của F87N

Thông thường, vùng tác động của bảo vệ F87N nằm trong khoảng từ 30-35% cuộn dây gần với điểm trung tính nối đât [6]

Bảo vệ chạm đất F87N phát hiện các sự cố chạm đất trong các máy biến áp lực, các cuộn kháng bù ngang, các máy biến áp trung tính nối đất hoặc các máy điện quay,

mà điểm sao của chúng nối đất Nó cũng thích hợp khi có một điểm trung tính giả bên trong vùng bảo vệ của một máy biến áp không nối đất

Xét cuộn dây đấu Y0 của máy

biến áp, dòng lấy từ TI 3 pha IA, IB, IC

và dòng lấy từ TI trung tính IG

Gọi dòng IN = IA+ IB+IC là dòng

điện nối Y sinh ra bởi 3 dòng pha IA,

IB, IC

Hình 1.4 Các dòng đầu vào của F87N

Trong điều kiện vận hành bình thường, 3 pha đối xứng tương đối, không có dòng điện đấu sao IN chảy qua dây trung tính, tổng các dòng IA + IB + IC cũng bằng 0 Bảo vệ chạm đất có giới hạn F87N làm việc dựa trên nguyên lý so sánh giá trị dòng IG

Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét

a Khi máy biến áp làm việc bình thường:

IG ngược pha nhưng có cùng độ lớn với IN (IG = - IN)

IDiff = 0

IRest = IG- IN = IG-(- IG ) = 2 IG

Dòng tác động bằng 0, dòng hãm bằng 2 lần dòng điện chảy qua điểm trung tính nối đất

b Khi có chạm đất bên ngoài:

IG ngược pha nhưng có cùng độ lớn với IN (IG = - IN)

IDiff = 0

IRest = IG- IN = IG-(- IG ) = 2 IG

Dòng tác động bằng 0, dòng hãm bằng 2 lần dòng điện chảy qua điểm trung tính

nối đất

c Ngắn mạch bên trong vùng bảo vệ:

Trong trường hợp này: IG = 0

hơn giá trị khởi động tính toán

Ikđ và IDiff ≥ k IRest (với k là hệ

số độ dốc cài đặt theo thông số

Vì vậy đường đặc tính bảo vệ của F87N gồm 2 nhánh như hình 1.5

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

1.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp

Xét mô hình cấp điện không tải mô tả ở hình 1.6 Máy cắt coi như là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến áp dòng từ hóa lấy từ nguồn Nguồn áp cấp là:

e(t) = Emaxcos(ωt-j)

Nếu chúng ta bỏ qua điện trở của nguồn cấp và độ tự cảm rò rỉ trong các mạch từ,các từ thông liên kết vòng của lõi máy biến áp được xác định bởi:

L(t) = Lmaxcos(ωt-j) + Lmaxsinj

Hình 1.6 Liên kết từ thông lõi máy biến áp

Lưu ý rằng các từ thông liên kết vòng và do đó dòng từ hóa là liên tục tại t = 0, khi máy cắt được đóng Phương trình trên giả định rằng không có từ dư còn lại trong lõi thép Bất kỳ từ dư cũng phải được thêm vào phía bên phải của phương trình này

Hình 1.7: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích

Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến Xem xét hai độ dốc của một đặc tính từ hóa thể hiện trong hình 1.7 xấp xỉ nhau Như là độ liên kết từ thông chạy trên điểm gẫy bão hòa, xuất hiện một dòng điện lớn hơn rất nhiều được lấy

ra từ nguồn

Độ lớn (biên độ) của dòng điện này được xác định bởi độ dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm rò rỉ (dòng điện rò) của máy biến áp Rõ ràng thấy dòng mở máy biến áp có thể là một dạng gây ra dòng sự cố bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm nhỏ hơn giá trị dòng danh định được thể hiện ở hình 1.7(b) Hằng số thời gian vài giây là phổ biến trong một số máy biến áp lực hiện đại

Trong hầu hết các máy biến áp hiện đại dòng xung kích khi đóng máy biến áp có thể đạt giá trị rất lớn, độ lớn này phụ thuộc vào thời điểm đóng không tải và độ dư từ thông trong lõi biến áp Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp mà chưa có dòng chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp Nó tạo ra dòng so lệch khoảng 200% của dòng điện hãm và nó là nguyên nhân gây ra hoạt động sai của bảo vệ

1.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp

Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhầm bằng cách tận dụng thực tế là dòng khởi động máy biến áp rất giàu thành phần sóng hài Dòng khởi động này thuần túy là một thành phần tần số cơ bản thuần túy (ngoại trừ một thành phần rất nhỏ là DC)

Dạng sóng thể hiện ở hình 1.8 là dạng sóng dòng điện đặc trưng khi đóng máy biến áp không tải Có thể thấy do hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng

sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biến áp có thể đạt giá trị khá cao, và có độ méo (không sin) lớn làm phát sinh dòng so lệch IDiff và có thể gây ra hiện tượng rơ le F87 tác động nhầm

Hình 1.8: Dạng sóng dòng xung kích khi đóng MBA không tải

Tuy nhiên các dạng sóng hài này tồn tại không lâu, chủ yếu là sóng 2 bậc 2 với biên độ khoảng 0,2 lần sóng cơ bản Vì vậy có thể tránh trường hợp rơ le tác động nhầm bằng cách sử dụng hãm hài và tăng thời gian tác động của máy cắt lớn hơn dòng

trở về trong trường hợp đóng xung kích máy biến áp

1.3.3 Dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng

Khi có một sự cố bên ngoài, nhưng gần các máy biến áp được tách ra bằng máy cắt thích hợp, các điều kiện bên trong lõi sắt biến áp là khá tương tự như trong từ hóa của máy biến áp Như là khi điện áp được cấp cho cuộn dây máy biến áp nhảy từ một giá trị thấp (điểm sự cố đầu) tăng đến giá trị bình thường (hoặc lớn hơn), các từ thông liên kết trong lõi biến áp một lần nữa lại buộc phải thay đổi từ một giá trị (vị trí sự cố đầu) thấp đến một giá trị gần với điểm bình thường (vị trí sự cố)

Tùy thuộc vào thời điểm mà tại đó các sự cố được lấy ra, quá trình chuyển đổi có thể mạnh phụ thuộc một độ lệch dòng một chiều DC trong từ thông liên kết vòng, và dạng sóng dòng điện trong cuộn sơ cấp như gặp phải trong quá trình đóng điện máy biến áp sẽ cho kết quả tương tự Cần lưu ý rằng không có từ thông còn lại (từ dư) trong lõi sắt từ trong quá trình này, dòng điện này nói chung nhỏ hơn nhiều trong quá đóng điện máy biến áp

Hình 1.9: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song

1.3.4 Quá kích thích máy biến áp

Trong khi cắt loại bỏ tải và điều kiện vận hành nào đó khác Một máy biến áp có thể bị quá áp một trạng thái ổn định ở tần số danh định của nó

Trong quá trình quá kích thích,

từ thông biến thiên vẫn còn đối

xứng, nhưng đi vào bão hòa bằng

của các chu kỳ trong dương và âm

nửa chu kỳ của dạng sóng Với điều

kiện này được minh họa trong hình

1.10

Hình 1.10: Dòng từ hóa trong quá trình quá

kích thích

1.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp

Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc được, dòng điện các phía của máy biến

áp cần phải được quy đổi về cùng một phía để so sánh Hệ số quy đổi này phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của máy biến áp Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tỉ số vòng dây của các máy biến áp có thể thay đổi được (với các máy biến áp có đầu phân áp và điều áp dưới tải) Khi đầu phân áp không ở vị trí định mức, sẽ tạo ra thêm một sai số nhỏ trong tính toán dòng điện so lệch

1.3.6 Bão hòa máy biến dòng

Với những sự cố ngoài vùng, ở đó dòng sự cố lớn, có khả năng là một trong những biến dòng có thể bão hòa

Kết quả dạng sóng dòng

điện của biến dòng cuộn dây

thứ cấp được thể hiện trong

hình 1.11 Dòng so lệch chạy

trong rơle sẽ tương đương với

khu vực gạch chéo, đó là sự

khác biệt giữa các dạng sóng

dòng điện chưa bão hòa và các

dạng sóng dòng điện bão hòa

Hình 1.11 Dạng sóng dòng điện trong quá trình

bão hòa biến dòng

TÓM TẮT CHƯƠNG 1

Nội dung chương 1 đã trình bày các vấn đề lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến

áp và các vấn đề liên quan như hãm hài, các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo

vệ so lệch Đây là cơ sở để các chương sau phân tích cụ thể và mô phỏng sự làm việc của rơ le T60-GE bảo vệ so lệch máy biến áp AT2 trạm biến áp 220kV Ba Đồn

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

MÁY BIẾN ÁP 2.1 Tổng quan

Rơ le T60 do hãng GE (Mỹ) sản xuất, có chức năng chính bảo vệ so lệch cho máy biến áp lực các loại [6]

Ngoài ra rơ le còn được tích hợp

thực hiện một số chức năng bảo vệ khác

như khoảng cách, quá dòng, quá áp, thấp

áp …

Rơ le gồm các khối chính: khối

nguồn, khối truyền thông, khối input/

output, khối vi xử lý trung tâm

Hình 2.1 Giao diện rơ le T60-GE Hình 2.2 Sơ đồ một sợi rơ le T60-GE

Khối nguồn nhận nguồn nuôi từ bên ngoài và duy trì hoạt động của rơ le Nguồn nuôi rơ le T60-GE sử dụng cấp điện áp 220VDC, được cấp từ 02 nguồn gồm 01 nguồn

chỉnh lưu AC/DC làm nguồn chính và 01 nguồn ắc quy 220VDC làm nguồn dự phòng

Khối truyền thông cung cấp khả năng kết nối rơ le Việc cài đặt, truy xuất dữ liệu

có thể trực tiếp tại rơ le hoặc từ máy tính sử dụng phần mềm EnerVista do hãng GE thiết kế thông qua cổng Ethernet hoặc RS232

Khối input/output là khối địa chỉ vào/ra của rơ le Các địa chỉ input kết nối với tín hiệu mạch dòng, mạch áp hoặc tín hiệu trạng thái của các thiết bị ngoại vi Các địa chỉ output kết nối với các phần tử chấp hành phụ thuộc rơ le Ngoài ra rơ le còn có thể

trao đổi thông tin input/output với các rơ le khác trong cùng hệ thống thông qua mạng Lan nội bộ

Khối vi xử lý trung tâm thực hiện các tính toán theo chức năng bảo vệ đã được

lập trình sẵn Đây là khối quan trọng và phức tạp nhất trong cấu tạo rơ le

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

Mỗi rơ le trước khi đưa vào vận hành đều được tính toán chỉnh định thông số phù hợp với đặc điểm riêng của hệ thống Việc tính toán này do các Trung tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia, hệ thống điện miền thực hiện và ban hành

Rơ le T60-GE có các thông số chỉnh định cho phần chung và phần riêng cho từng bảo vệ

Ở phần chỉnh định chung bao gồm các thông số như loại máy biến áp, công suất,

tổ đấu dây, điện áp định mức các phía, tỉ số biến dòng, biến áp của TI, TU các phía…

Ở phần chỉnh định riêng tùy thuộc vào chức năng bảo vệ sẽ có các thông số chỉnh định khác nhau như giá trị khởi động, giá trị trở về, thời gian trễ, các giá trị xây dựng đường đặc tính…

Rơ le sẽ làm việc căn cứ trên các thông số chỉnh định này

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

Trong máy biến áp lực nói chung, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng là không tương đương nhau khi có dòng chạy qua máy biến áp Chúng phụ thuộc vào tỷ

số biến đổi điện áp, tổ đấu dây của bảo vệ máy biến áp lực vào phụ thuộc vào tỷ số biến dòng của các máy biến dòng điện Để có thể so sánh các dòng điện phải phù hợp, kết hợp được với nhau Do vậy để có thể so sánh dòng điện các phía máy biến áp chúng ta quy đổi chúng về cùng một phía

Kết hợp giá trị máy biến áp lực, tỷ số máy biến dòng điện và sự biến đổi pha theo nhóm véc tơ của bảo vệ máy biến áp được thực hiện thuần túy toán học Các dòng đầu vào được biến đổi liên quan đến tỷ lệ dòng điện máy biến áp lực Điều này thực hiện bằng cách đưa dữ liệu tỷ lệ biến đổi như tỷ lệ công suất, tỷ lệ điện áp, tỷ lệ dòng sơ cấp của máy biến dòng điện vào thiết bị bảo vệ, tổ đấu dây máy biến áp

Rơ le T60-GE sử dụng cuộn tham chiếu tính toán để quy đổi tất cả dòng qua các cuộn dây khác về cuộn tham chiếu Việc chọn cuộn tham chiếu có thể chọn bởi người

sử dụng, thường chọn cuộn cao áp Trong trường hợp không chọn cuộn tham chiếu, rơ

le sẽ tính toán chọn cuộn tham chiếu khi có đầy đủ tất cả các thông số đầu vào Sau khi chọn được cuộn tham chiếu, rơ le quy đổi dòng điện các phía về cuộn tham chiếu, các dòng điện này được dùng để tính toán trong bảo vệ so lệch

2.2.1 Xác định cuộn tham chiếu:

Trong giải thuật tính toán dòng so lệch, rơ le không thể lấy dòng trực tiếp từ các phía MBA để so sánh Các dòng này cần được quy đổi về cùng một phía MBA, cuộn dây được chọn để quy đổi về gọi là cuộn tham chiếu

Xét máy biến áp tổng quát có số cuộn dây các phía là n cuộn dây, trong các công thức dưới đây w (winding) là số thứ tự cuộn dây Rơ le T60-GE cho phép người sử dụng có thể chọn cuộn tham chiếu trong các cài đặt, trong trường hợp điều này bị bỏ qua, rơ le xác định cuộn tham chiếu như sau [6]:

Sau khi có giá trị định mức các phía máy biến áp, rơ le tính một giá trị gọi là giá

trị tỷ lệ dùng để xác định cuộn tham chiếu:

I m

®m

Trong đó KI là tỷ số biến đổi TI ứng với cấp điện áp của cuộn dây thứ w

So sánh tất cả các giá trị tỷ lệ Im của các cuộn dây các phía máy biến áp, chọn cuộn dây có giá trị Im nhỏ nhất làm cuộn tham chiếu (wtc)

2.2.2 Quy đổi dòng điện các phía máy biến áp

a Bù biên độ

Nếu bỏ qua tổn thất không tải, công suất đi vào MBA bằng công suất đi ra khỏi MBA Rơ le làm việc dựa trên nguyên tắc cân bằng dòng, tuy nhiên dòng điện để so sánh cần quy đổi phù hợp để đảm bảo nguyên tắc cân bằng công suất trên

Xét MBA đơn giản gồm 2 cuộn dây:

Việc phụ thuộc vào tỷ số biến dòng, tỷ số biến áp sẽ làm thay đổi độ lớn (biên độ) của dòng quy đổi Rơ le tính toán một đại lượng bù lại sự thay đổi này gọi là bù biên độ Giá trị này được tính như sau [6]:

Trong đó: M [w] là giá trị bù biên độ của cuộn dây thứ w

Ipri[w] là dòng sơ cấp định mức của máy biến dòng cuộn dây thứ w

Ipri[wtc] là dòng sơ cấp định mức của máy biến dòng cuộn dây tham chiếu

Vnom[w] là điện áp danh định cuộn dây w

Vnom [wtc] là điện áp danh định cuộn dây tham chiếu

b Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây

Ngoài việc bù biên độ, rơ le còn bù góc lệch pha do tổ đấu dây máy biến áp Lấy cuộn tham chiếu làm gốc, tùy thuộc vào tổ đấu dây, các cuộn dây còn lại sẽ

có góc lệch pha so với cuộn tham chiếu [6]

Giá trị dòng điện quy đổi được tính phụ thuộc vào góc lệch pha theo bảng 2.1

IA[w], IB[w], IC[w] là dòng điện đầu vào pha A, B, C

IAp[w], IBp[w], ICp[w] là dòng điện quy đổi phụ thuộc tổ đấu dây

Bảng 2.1: Tính toán quy đổi dòng điện phụ thuộc tổ đấu dây[6]

c Dòng điện quy đổi

Sau khi xác định được giá trị bù biên độ, giá trị quy đổi phụ thuộc tổ đấu dây, dòng điện cuộn dây thứ w được quy đổi về phía cuộn tham chiếu [6]:

Các giá trị quy đổi IAc[w], IBc[w], ICc[w] này sẽ được dùng để tính toán dòng so lệch, dòng hãm, phục vụ cho giải thuật bảo vệ so lệch máy biến áp của rơ le

Hình 2.5 Sơ đồ khối dòng hãm hài bậc 5

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

Từ giải thuật rơ le so lệch T60-GE, áp dụng cho máy biến áp 220kV Ba Đồn với các thông số kỹ thuật chính:

Công suất định mức C-T-H: 125/125/20 MVA

2.3.1 Chọn cuộn tham chiếu:

Cuộn tham chiếu được lựa chọn theo phiếu chỉnh định rơ le tại mục Reference Winding Selection: Winding 1 (xem phụ lục 2) Như vậy cuộn tham chiếu là cuộn cao

áp (winding1)

2.3.2 Quy đổi dòng điện

a Bù biên độ

Với cuộn tham chiếu là cuộn cao áp, tính toán giá trị bù biên độ

Bù biên độ khi quy đổi dòng từ cuộn trung sang cuộn cao:

b Quy đổi dòng điện phụ thuộc tổ đấu dây

Áp dụng thực tế MBA AT2 tại trạm Ba Đồn là MBA 3 pha 3 cuộn dây cấp điện

áp: 225/121/22kV có tổ đấu dây tương ứng Y/Y0/D-11 trong đó cuộn tam giác 22kV chỉ có nhiệm vụ cấp nguồn cho tự dùng trạm Với tổ đấu dây trên, cuộn cao – trung có góc lệch pha không đổi, cuộn cao áp (tham chiếu) có góc pha trễ hơn so với cuộn hạ áp một góc 30o Áp dụng bảng tính 2.1 ta có các dòng quy đổi theo tổ đấu dây:

c Dòng quy đổi các cuộn dây về cuộn tham chiếu

Với hệ số bù biên độ từ cuộn trung áp sang cao áp là 0,717, từ cuộn hạ áp sang cao áp là 0,130 Dòng quy đổi các cuộn dây sẽ là:

Dòng quy đổi cuộn cao:

c c c d

TÓM TẮT CHƯƠNG 2

Nội dung chương 2 đã trình bày giải thuật tính toán bảo vệ so lệch máy biến áp của rơ le T60-GE và áp dụng giải thuật cho thực tế máy biến áp AT2 tại trạm 220kV

Ba Đồn Trên cơ sở các giải thuật này, kết hợp với các giá trị chỉnh định rơ le sẽ được

sử dụng để xây dựng các khối mô phỏng hoạt động của rơ le thực hiện chức năng bảo

vệ trong chương 3

CHƯƠNG 3

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

MATLAB – SIMULINK 3.1 Tổng quan về Matlab/Simulink

3.1.1 Matlab

Matlab là công cụ phần mềm của Mathwork với giao diện thân thiện hỗ trợ người dùng giải quyết các vấn đề trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ các lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như điện, điện tử, điều khiển tự động, robot công nghiệp cho đến các ngành xử lý toán chuyên dụng như thống kê, kế toán,… Matlab được tích hợp với một

số ngôn ngữ lập trình khác như C+, C++, Java,… Do đó những ứng dụng của Matlab

có thể chuyển đổi dễ dàng từ ngôn ngữ này sang các ngôn ngữ khác Bộ thư viện các hộp công cụ và lệnh của Matlab ngày càng trở nên khổng lồ, được cập nhật mới qua từng phiên bản nhờ các hàm ứng dụng được tạo lập bởi chính bản thân người sử dụng Ngày nay Matlab đã trở thành công cụ phổ biến đắc lực dùng trong giảng dạy, đào tạo trong các trường đại học và trung học chuyên nghiệp đến việc triển khai ứng dụng trong các cơ sở nghiên cứu, sản xuất, các lĩnh vực khoa học cơ bản như vật lý, hóa học, sinh học, các lĩnh vực kỹ thuật, công nghiệp

3.1.2 Simulink

Simulink là phần chương trình mở rộng của Matlab phục vụ mô hình hóa, mô phỏng, phân tích các hệ thống kỹ thuật – vật lý trên cơ sở sơ đồ cấu trúc dạng khối Matlab và Simulink được tích hợp với nhau nên ta có thể mô phỏng, phân tích và sửa đổi song song các mô hình trong cả hai môi trường Đặc biệt, với thư viện mô hình Simulink mở rộng, việc thiết kế các mô hình mô phỏng thể hiện phân tích tương tác trên nhiều mặt cơ khí, nhiệt, điện, … cũng như các vấn đề điều khiển và các kỹ thuật khác Simulink sử dụng Matlab như một công cụ lập trình giúp người sử dụng có thể thiết kế hỗ trợ thêm các chức năng cho khối Simulink cơ bản

Simulink Simpowersystems là công cụ hỗ trợ việc thiết kế, mô phỏng các mô hình về lĩnh vực điện một cách nhanh chóng, dễ dàng Đề tài lựa chọn công cụ này để xây dựng mô hình hóa mô phỏng cho bảo vệ so lệch của máy biến áp

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

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

Mô hình mô phỏng MBA AT2 tại TBA 220kV Ba Đồn với hệ thống nguồn cung cấp phía 220kV, phía 110kV và 22kV là các phụ tải như hình 3.1 Bảo vệ so lệch F87T lấy dòng từ các TI-1, TI-2, TI-3 3 phía của máy biến áp

Công suất NM nguồn hệ thống: 1000MVA

Công suất phụ tải phía 110kV: 50MVA

Công suất phụ tải phía 10kV: 10MVA

Hình 3.1: Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA AT2

Các thông số chính phục vụ mô phỏng (chi tiết xem phụ lục 1 và phụ lục 2):

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

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

3.2.2 Mô hình hóa rơ le T60-GE bảo vệ MBA AT2 tại TBA 220kV Ba Đồn bằng Simulink

Để thực hiện mô phỏng rơ le T60-GE cần mô phỏng sơ đồ mạng điện và logic rơ

le Sơ đồ mạng điện mô phỏng quá trình dòng điện nhất thứ chạy qua các phía máy biến áp Logic rơ le mô phỏng quá trình hoạt động của rơ le Các khối được lấy từ thư viện Simulink (Simulink Lybrary) và khai báo thông số phù hợp

Trong quá trình mô phỏng tiếp theo, các số liệu dùng để mô phỏng sử dụng các thông số của các thiết bị TBA 220kV Ba Đồn

Hình 3.3: Khối nguồn Three Phase Source

Hình 3.4: Khai báo thông số khối nguồn Three Phase Source

- Khối máy cắt: Sử dụng khối MC 3 pha Three-Phase Breaker mô phỏng cho các máy cắt 3 phía MBA

Hình 3.5: Sơ đồ và cách khai báo khối MC Three Phase Breaker

Máy cắt có thể điều khiển đóng mở bằng tín hiệu đưa vào cổng com hoặc thời gian cài đặt bên trong nó Ở đây tín hiệu điều khiển MC được lấy từ tín hiệu Trip do khối logic tính toán trong các trường hợp rơ le tác động Mô hình và khai báo MC 3

pha phía 220kV được thực hiện như hình 3.5 Thực hiện tương tự cho MC các phía 110kV và 22kV

- Khối đo lường: Sử dụng khối đo lường Three-phase VI measurement dùng để lấy tín hiệu điện áp, dòng điện đi qua nó Ở đây do bảo vệ so lệch chỉ sử dụng tín hiệu dòng nên ta chỉ quan tâm đến tín hiệu dòng hiển thị của khối Do đó khối đo lường này đóng vai trò như là máy biến dòng với tỷ số biến dòng là 1/1 Việc khai báo, cài đặt khối Three-phase VI measurement thực hiện như ở trong hình 3.6

Hình 3.6: Sơ đồ và cách khai báo khối đo lường

Ở đây, so lệch F87T chỉ lấy tín hiệu dòng điện, do đó ta chỉ chọn “Yes” trong hộp thoại Current measurement

- Khối MBA: Do không tính đến độ sai lệch khi chuyển nấc phân áp, sử dụng mô hình MBA 3 pha 3 cuộn dây Three-Phase Transformer (Three Windings) trong thư viện Simulink Cài đặt các thông số theo thực tế MBA AT2 TBA 220kV Ba Đồn

Hình 3.7: Khối MBA 3 pha 3 cuộn dây

Hình 3.8: Khai báo khối MBA 3 pha 3 cuộn dây

- Khối phụ tải: Sử dụng khối Three Phase-Series RLC Load cho các mô hình phụ tải phía 110kV và 22kV Ở phía 110kV phụ tải có giá trị P = 50MW, phía 22kV P

= 10MW, việc khai báo cho mô hình phụ tải như hình 3.9

Hình 3.9: Sơ đồ và khai báo khối phụ tải

- Khối sự cố: Sử dụng khối Three – Phase Fault để thực hiện việc tạo sự cố ngắn mạch pha – pha hoặc pha – đất Vị trí tạo sự cố tương ứng với điểm đấu nối vào khối sự cố Có thể cài đặt thời điểm tạo sự cố bằng cách chỉnh thời gian cho khối sự cố tác động như 3.10