Luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống rơ le bảo vệ máy biến áp động lực 25000kVA điện áp 110kv35kv

luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp hà nội

LỜI CAM ðOAN

Tác giả xin cam ñoan luận văn ñược thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Mạnh Hùng Kết quả nghiên cứu luận văn ñược thực hiện tại Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam ðịnh – Công ty Lưới ñiện cao thế miền Bắc

Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung của luận văn không có sự sao chép

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tác giả xin cảm ơn PGS TS Trần Mạnh Hùng ñã quan tâm, ñộng viên và khuyến khích tác giả hoàn thành luận văn

Tác giả chân thành cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo Bộ môn ñiện kỹ thuật khoa

Cơ - ðiện trường ðại học nông Nghiệp Hà Nội ñã nhiệt tình giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện cho tác giả hoàn thành tốt luận văn

Tác giả cũng chân thành cảm ơn các Thầy, Cô và Cán bộ Công nhân viên Viện sau ðại học trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội ñã nhiệt tình giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tác giả hoàn thành khoá học

Tác giả chân thành cảm ơn Ông Vũ Anh Cường phó Giám ñốc Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam ðịnh cùng tập thể lãnh ñạo Chi nhánh tạo ñiều kiện ñể tác giả tiếp cận các hồ sơ, tài liệu Kỹ thuật và hướng dẫn tìm hiểu thực tiễn thiết bị ñể cập nhật thông tin hoàn thành luận văn

Cuối cùng, nhưng cũng rất quan trọng, tôi bầy tỏ lòng biết ơn chân tình của mình tới gia ñình, những người thân yêu gần gũi nhất và các ñồng nghiệp ñã cùng san

sẻ gánh vác mọi công việc, tạo ñiều kiện cho tác giả yên tâm hoàn thành luận văn

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng v

Danh mục hình vi

1.2 Vai trò của máy biến áp lực trong hệ thống ñiện 4

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ máy biến áp trên thế

1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ trong nước 7

Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI 14

3.2.1 Kết quả ứng dụng rơle kỹ thuật số trong nước 17

4.1.1 Khái quát chung các trạm biến áp thuộc tỉnh Nam ðịnh 22

4.3.4 ðặt vấn ñề phương án cải tạo nâng cấp trạm ( E3.4) Phi Trường: 53

4.4.4 Cách chỉnh ñịnh và cài ñặt thông số cho rơle 7UT633 60

4.4.6 Chức năng bảo vệ chống chạm ñất hạn chế (REF) của 7UT633 66

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT633 59

Hình 4.5 Nguyên lí bảo vệ chống chạm ñất hạn chế trong 7UT633 67

Hình 4.6 ðặc tính tác ñộng của bảo vệ chống chạm ñất hạn chế 69

LỜI NÓI ðẦU

Năng lượng ðiện là nguồn năng lượng quan trọng mang tính sống còn ñối với mọi nền kinh tế Nó góp phần tạo dựng nên cuộc sống văn minh nhân loại hiện nay Hầu như trên mọi lĩnh vực cuộc sống ñều có sự hiện diện của năng lượng ñiện dưới nhiều hình thái

Ở Việt Nam năng lượng ñiện cũng ñã có mặt hàng trăm năm; cùng với nó là quá trình thiết lập cơ sở hạ tầng, hình thành ngành công nghiệp ðiện Trong những năm ñất nước tiến hành ñổi mới, nhất là quá trình Công nghiệp hóa hiện nay, ðiện năng có vai trò không thể thay thế Ngành Công nghiệp ðiện ñược nhà nước quan tâm với phương châm “ ðiện ñi trước một bước ”, hình thành và phát triển một hệ thống ñiện Quốc gia thống nhất trong cả nước với một hệ thống truyền tải, phân phối hiện ñại

ðể duy trì hệ thống ðiện Quốc gia làm việc ổn ñịnh, tin cậy, cần thiết lập ñược một cơ sở hạ tầng tốt, một ñội ngũ chuyên viên giỏi; trong ñó vai trò của hệ thống thiết bị bảo vệ cực kỳ quan trọng

Trong suốt quá trình phát triển ngành ðiện lực Việt Nam, việc ñịnh hướng, quy hoạch tổng thể chưa thực hiện hoàn chỉnh ñược: Hệ thống phân phối phân tán, kết cấu bất hợp lý, quá nhiều cấp ñiện áp, thiết bị ña chủng loại theo rất nhiều tiêu chuẩn; Rất nhiều cơ sở, thiết bị quá cũ, công nghệ lạc hậu, xuống cấp thường xuyên gây sự cố… ñòi hỏi cấp bách việc cải tạo, nâng cấp và hiện ñại hóa

Trong hệ thống truyền tải, phân phối ñiện, Rơle bảo vệ ñóng vai trò quan trọng, nó canh giữ ñể loại trừ sự cố từng phần của hệ thống, không ñể sự cố tràn lan, bảo vệ thiết bị Các thế hệ rơle ñiện từ làm việc ñã quá lâu, rơ rão, công nghệ lạc hậu, kém tin cậy cần ñược thay thế dần bằng thế hệ rơle kỹ thuật số hiện ñại, ña chức năng, có khả năng tự giám sát và tin cậy

Với nhận thức như trên, tác giả chọn ñề tài “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP ðỘNG LỰC 25000kVA ðIỆN ÁP 110kV/ 35kV ”

Luận văn này ra ñời, nhằm nghiên cứu khả năng cải tạo mô hình trạm biến áp 110kV ñang vận hành sử dụng rơle ñiện từ bảo vệ thay thế bằng rơle kỹ thuật số nhằm tăng cường ñộ tin cậy của thiết bị bảo vệ, kéo dài tuổi thọ phục vụ và tiết kiệm chi phí

Luận văn gồm 4 chương

Chương 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG RƠLE SỐ

BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 110kV/35kV Chương 2 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3 : CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI

Chương 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Trong thời gian thực hiện luận văn này, với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Trần Mạnh Hùng, tác giả ñã hoàn thành luận văn Tuy nhiên không tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mong nhận ñược sự ñóng góp, chỉ bảo của của các thầy cô giáo và các ñồng nghiệp

Chương I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG

RƠLE SỐ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 110kV/35kV

1.1 Hệ thống ñiện Quốc Gia

Hệ thống ñiện quốc gia Việt Nam hiện ñang ñược, vận hành theo sự chỉ huy thống nhất qua 3 cấp, cung cấp nguồn năng lượng quan trọng cho nhu cầu phát triển Kinh tế, chính trị, an ninh quốc phòng, văn hóa, xã hội trong cả nước Nguồn cung cấp ñiện từ các nhà máy ñiện thuộc sở hữu ña thành phần (tổng công suất năm 2010 khoảng 22.785MVA) và nguồn mua ñiện thương phẩm từ nước ngoài ñược truyền tải trên lưới ñiện Quốc gia cấp ñiện áp 500, 220kV Lưới ñiện miền (lưới ñiện cao thế miền) quản lý vận hành các ñường dây, trạm biến áp, cấp ñiện áp 110kV Tại các ñịa phương, các Công ty ðiện lực thực hiện việc quản lý truyền tải phân phối lưới ñiện trung áp, kinh doanh ñiện năng ñến các hộ tiêu thụ

Công ty Lưới ñiện cao thế miền Bắc ñược giao nhiệm vụ quản lý vận hành lưới ñiện 110kV miền Bắc (không bao gồm lưới ñiện 110kV của các Công ty TNHH một thành viên ðiện lực Hải Phòng, Hải Dương, Ninh Bình và Tổng Công

ty ðiện lực Hà Nội)

Tại mỗi tỉnh, còn lại ñều có các Chi nhánh Lưới ñiện cao thế tỉnh làm nhiệm

vụ quản lý vận hành, sửa chữa ñường dây và trạm biến áp 110kV trên ñịa bàn tỉnh

Lưới hệ thống: Nối các nhà máy ñiện với nhau và với các nút phụ tải khu vực Ở Việt Nam lưới hệ thống do Trung tâm ðiều ñộ hệ thống ñiện Quốc gia (A0) quản lý, chỉ huy thao tác vận hành ở mức ñiện áp 500 KV

Lưới truyền tải: Phần lưới từ trạm trung gian khu vực ñến thanh cái cao áp cung cấp ñiện cho trạm trung gian ñịa phương Thường từ 110kV - 220kV do các Trung tâm ðiều ñộ hệ thống ñiện miền (A1, A2, A3) quản lý, chỉ huy thao tác vận hành

Lưới phân phối: Từ các trạm trung gian ñịa phương ñến các trạm phụ tải (trạm phân phối) Lưới phân phối trung áp (6kV - 35kV) do sở ñiện lực tỉnh quản lý

và phân phối hạ áp (380/220V) Ở lưới này, do các phòng ðiều ñộ (B) thuộc các

Năm 2011 Tập đồn ðiện lực Việt nam phấn đấu sản xuất và mua 112,6 tỷ kWh điện (tăng 15,78% so với mước thực hiện năm 2010), trong đĩ điện do EVN sản xuất là 48,1 tỷ kWh, điện mua ngồi là 64,5 tỷ kWh Tương ứng tổng sản lượng điện thương phẩm cung ứng là 98,53 tỷ kWh, tăng 15,11% so với năm 2010

1.2 Vai trị của máy biến áp lực trong hệ thống điện

Hệ thống điện Quốc gia là một hệ thống phức tạp gồm rất nhiều chủng loại thiết bị và cấp điện áp Việc kết nối các cấp điện áp trên hệ thống thơng qua các máy biến áp lực Trong quá trình truyền tải điện, để giảm trị số dịng điện mang lại lợi ích lớn do tổn thất điện năng giảm, chi phí kim loại mầu giảm, nhờ vây ta cĩ thể truyền tải cơng suất lớn đi xa Ngược lại, ở nơi tiêu thụ lại thường sử dụng thiết bị

cĩ điện áp định mức thấp hơn, do vây ta cần thiết bị (máy biến áp) giảm điện áp xuống mức thích hợp

Rõ ràng máy biến áp cĩ vai trị rõ rệt trong truyền tải, phân phối và sử dụng điện Máy biến áp điện lực là một thiết bị từ tĩnh cĩ chức năng biến đổi điện áp xoay chiều vào/ra với tần số khơng thay đổi để phục vụ quá trình truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện và trong trạm biến áp nĩ là thiết bị cĩ giá trị cao nhất

Như chúng ta đã biết các nhà máy điện thường ở rất xa các hộ tiêu thụ điện, mặt khác các tổn hao trên đường dây và tiết diện dây dẫn tỷ lệ nghịch với điện áp Nên việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong hệ thống điện hiện nay thực hiện qua nhiều cấp điện áp Do đĩ tổng dung lượng máy biến áp trong

hệ thống thường phải gấp 4 - 5 lần tổng cơng suất của nguồn phát

Do tuổi thọ của các máy biến áp trong hệ thống cĩ khi tới 50 năm hoặc hơn nữa và phụ thuộc cơng nghệ khi chế tạo do vậy trong vận hành thì các máy biến áp

cĩ thể xảy ra các sự cố khơng mong muốn bên trong máy biến áp Hơn nữa nĩ chính

là đối tượng cần được bảo vệ nhất trong trạm biến áp do vai trị và giá trị của nĩ

1.2.1 Sự cố bên trong máy biến áp lực

Sự cố bên trong được chia làm hai loại sự cố: sự cố trực tiếp và sự cố gián tiếp + Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, như hỏng cách điện làm thay đổi đột ngột các thơng số điện

+ Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếu không ñược phát hiện và xử lý kịp thời ( như quá nhiệt bên trong máy biến áp, áp suất dầu tăng cao ….)

1.2.2 Sự cố bên ngoài máy biến áp lực

- Dòng ñiện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải

- Mức dầu bị hạ thấp do nhiệt ñộ không khí xung quanh giảm ñột ngột

- Quá ñiện áp khi chạm ñất một pha trong hệ thống ñiện có trung tính cách ñiện hoặc quá ñiện áp nội bộ

Từ những sự cố không mong muốn của máy biến áp thì nhất thiết cần phải có thiết

bị bảo vệ, thiết bị bảo vệ thì ñược quy ñịnh là bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng

1.3 Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

Trong lịch sử phát triển ngành ñiện lực, việc phát triển công nghệ thiết bị luôn kèm theo hoàn thiện công nghệ bảo vệ Thế hệ ñơn giản nhất bảo vệ quá dòng ñiện máy biến áp chỉ duy nhất bằng dây chẩy phía sơ cấp Hiện nay với máy biến áp công suất nhỏ công suất vài MVA trở xuống thường vẫn ñược bảo vệ kiểu này kết hợp với aptomat phía thứ cấp (máy biến áp hạ thế) Việc bảo vệ tăng áp lực bên trong thùng dầu MBA thực hiện bằng mặt kính phòng nổ

Với những máy biến áp công suất lớn hơn (6.300kVA trở lên), bắt buộc phải thực hiện bảo vệ rơle, thao tác ñóng cắt bằng máy cắt Tùy theo công suất, mức ñộ quan trọng của phụ tải… ñể thực hiện các chức năng bảo vệ theo quy ñịnh (Quy phạm trang bị ñiện)

Với máy biến áp truyền tải, phân phối công suất lớn, ngày nay việc thực hiện phương thức bảo vệ phải ñược thực hiện ñầy ñủ các bảo vệ chính (bảo vệ so lệch dọc; bảo vệ rơle hơi; bảo vệ rơle dòng dầu), bảo vệ dự phòng (bảo vệ quá dòng, quá dòng chạm ñất, quá tải, quá nhiệt ñộ, mức dầu, áp lực, chống tăng áp…)

Tùy theo ñiều kiện kinh tế và thiết bị mà từng nơi có thể sử dụng các chủng loại thiết bị bảo vệ, thiết bị ñóng cắt khác nhau nhưng phải ñảm bảo các quy ñịnh về tích hợp bảo vệ

Với các máy biến áp loại này, ñể phòng nổ người ta sử dụng thiết bị chống

Bảo vệ chính là các bảo vệ như

+ Bảo vệ so lệch

+ Rơle ga (hai cấp: hơi nhẹ bảo tín hiệu; hơi nặng cắt máy cắt các phía) + Rơle dòng dầu

Các bảo vệ dự phòng

+ Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm ñất có thời gian

+ Bảo vệ chống quá tải

+ Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm ñất cắt nhanh

+ Bảo vệ áp lực

+ Bảo vệ nhiệt ñộ dầu và nhiệt ñộ cuộn dây…

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ máy biến áp trên thế giới

Xã hội càng phát triển, yêu cầu cấp ñiện liên tục và ñảm bảo chất lượng ñiện năng càng ñòi hỏi cao Việc ngừng cung cấp ñiện ñể sửa chữa cần phải ñược thông báo trước vài ngày ñể bố trí sản xuất hợp lý, tránh hư hỏng sản phẩm… Các yêu cầu này thường ñược luật hóa Do ñó kết cấu lưới, hệ thống thiết bị dự phòng, nguồn thay thế… phải luôn trong phương thức vận hành ñể sãn sàng thay ñổi kết lưới khi xẩy ra sự cố tại một phần tử nào ñó, khi ấy chỉ phần tử sự cố bị tách khỏi vận hành

mà không gây ảnh hưởng ñến hệ thống Tuy nhiên cũng khó tránh khỏi những sự cố bất khả kháng như thiên tai, sự sếp chồng sự cố

Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện ñại ngày nay cho phép chế tạo những loại rơle phức tạp với những ñặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao

ñộ nhậy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những ñột biến của phụ tải Một xu hướng mới trong chế tạo bảo vệ là tích hợp rất nhiều tính năng hoặc hầu hết tính năng bảo vệ một trạm biến áp cho một hoặc vài ñơn nguyên ñược bố trí tại tủ bảo vệ ñặt ngoài trời Mô hình này làm giảm rất nhiều cáp nhị thứ; ñường ñi của dòng ñiện nhị thứ ngắn hơn nhiều, nó làm tăng ñộ nhậy, hạn chế hư hỏng và ñơn giản hóa mạch bảo vệ Hệ thống này có khả năng kết nối giám sát, ñiều khiển từ xa (hệ thống Scada) truyền dẫn tín hiệu bằng sợi quang học

Hiện nay việc ứng dụng công nghệ ñiều khiển tích hợp trạm biến áp tự ñộng giám sát (trạm biến áp không người trực) trong việc truyền tải và phân phối là xu

hướng chung của thế giới nhằm giảm chi phí vận hành, nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện Cũng như giảm thời gian thiết kế, ñưa vào sử dụng và truy tìm sự cố cho

hệ thống một cách nhanh nhất và giảm tối thiểu các sự cố không mong muốn

1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ trong nước

Cùng với lịch sử xây dựng và phát triển ñất nước, ngành ñiện lực cũng trải qua nhiều giai ñoạn xây dựng và ñầu tư; từ những cơ sở ban ñầu do Người Pháp xây dựng, trải qua những năm tháng chiến tranh, hệ thống XHCN hình thành và phát triển với hệ thống thiết bị kỹ thuật (tiêu chuẩn ΓOCT ) chủ yếu do Liên Xô, Trung Quốc sản xuất: các nhà máy phát ñiện, hệ thống truyền tải ñến cấp ñiện áp 110kV,

hệ thống lưới ñiện phân phối trung tính cách ñiện cấp ñiện áp 35, 10, 6kV, hệ thống lưới ñiện sử dụng 110, 220VAC Hệ thống bảo vệ rơle cho hệ thống cung cấp, phân phối sử dụng các thế hệ rơle ñiện từ, máy cắt cao áp không khí hoặc dầu Trong suốt những năm tháng chiến tranh, hệ thống ñiện này ñã ñảm bảo nguồn năng lượng ðiện cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ ðất nước

Ưu ñiểm của hệ thống ðiện này là kết cấu vững chắc, khả năng quá tải cao,

có thể vận hành khá lâu trong tình trạng chạm ñất một pha

Nhược ñiểm của hệ thống trung tính cách ñiện là cách ñiện hệ thống phải chịu ñược ñiện áp dây, các hiện tượng cộng hưởng trên hệ thống khi xẩy ra chạm ñất lâu ở ñường dây dài gây hư hỏng hàng loạt thiết bị như cách ñiện, các thiết bị trạm như TU, TI, máy cắt

ðối với hệ thống rơle bảo vệ, dòng ñiện thứ cấp TI cao (thường TI chế tạo dòng ñiện thứ cấp 5A), do tiếp xúc mặt tiếp ñiểm, hệ thống ñiện từ làm việc có quán tính, lại tiêu tốn năng lượng nên nhiều khi bị ảnh hưởng rất nhiều bởi ñiện trở tiếp xúc các mối nối, ñiện trở dây nối Hơn nữa các thế hệ rơle ñiện từ này ñều ñã làm việc quá lâu trên lưới, ñộ tin cậy sử dụng ñã giảm nhiều: ma sát bộ phận truyền ñộng, kẹt cơ khí, phát nhiệt cuộn dây, ñộ nén chặt tiếp ñiểm kém (tiếp xúc giảm), sơ

ñồ nối dây khá phức tạp, số lượng rơle sử dụng quá nhiều

Hiện nay, vẫn còn một số trạm biến áp ở còn sử dụng các rơle ñiện từ trong bảo vệ máy biến áp, ñây là những nguyên nhân dẫn ñến tình trạng tác ñộng sai làm

cho xã hội Ví dụ như với các phụ tải quan trọng (hộ tiêu thụ ñiện loại 1), các lò luyện kim cao tần, lò sản xuất kính quang học cao cấp, cơ sở sản xuất giống gia cầm, các cơ sở y tế, quốc phòng Chính vì thế mà hàng năm nghành ñiện phải ñầu

tư nâng cấp một số trạm cũ do liên xô giúp ta xây dựng ñể ñáp ứng việc cung cấp ñiện an toàn liên tục

Luật ðiện lực ra ñời năm 2004 cũng ñặt ra yêu cầu về ñảm bảo chất lượng cung cấp ñiện cho khách hàng Một yêu cầu quan trọng nhất là giảm ñến mức tối thiểu thời sự cố không mong muốn ñể hạn chế sự hư hỏng sản phẩm trong quá trình sản xuất

Qua tổng quan ñiều tra các trạm biến áp 110kV khu vực Nam ðịnh ta thấy:

ðối với các trạm biến áp ñược xây dựng từ những năm 1990 trở về trước do Liên xô và Trung quốc giúp ta xây dựng hệ thống rơle ñiện từ bảo vệ quá cũ lạc hậu, nhất là rơle bảo vệ so lệch dẫn ñến tình trạng rơle so lệch tác ñộng không chọn lọc gây mất ñiện diện rộng không mong muốn như tác ñộng khi sự cố xẩy ra ngoài vùng bảo vệ (ngắn mạch gần) hoặc các xung ñộng hệ thống khác dẫn ñến việc phải tách máy biến áp ra ñể thí nghiệm Rõ ràng việc phải ngừng thiết bị vận hành làm mất sản lượng ñiện bán ñược của ngành ðiện, tăng chi phí thí nghiệm kiểm tra nhưng hơn hết là làm gián ñoạn các hoạt ñộng kinh tế, chính trị, văn hóa… tại khu vực rộng lớn gây thiệt hại kinh tế rất lớn cho xã hội Vì vậy mà trước những thực trạng hiện nay việc cải tạo nâng cấp hệ thống bảo vệ là cần thiết

1.6 Mục tiêu của ñề tài:

Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn, kế thừa kinh nghiệm và thành tựu khoa học của các nước tiên tiến trên thế giới, thiết kế cải tạo nâng cấp rơle so lệch bảo vệ máy biến áp ñộng lực 25000kVA nhằm nâng cao chất lượng và hiệu suất cung cấp ñiện (giảm chi phí trong quá trình vận hành), tiết kiệm các chi phí trong quá trình bảo trì bảo dưỡng, ñảm bảo an ninh quốc phòng cũng như sự phát triển

của ñất nước

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu

ðể thực hiện mục tiêu của ñề tài ñã ñặt ra cần thiết phải thực hiện các nội dung sau:

- Tổng quan và ñiều tra khảo sát tình hình úngw dụng rơle kỹ thuật số trong và ngoài nước, hình thành mục tiêu và nội dung nghiên cứu của ñề tài

- Xây dựng phương pháp nghiên cứu và ñiều tra khảo sátcác trạm biến

- Dựa trên hồ sơ quản lý vận hành và thống kê sự cố, từ ñó phân tích nguyên nhân, ñánh giá về ñộ tin cậy của nhóm thiết bị làm việc không bình thường trong suốt quá trình làm việc cụ thể ở ñây là nhóm thiết bị bảo vệ Trong ñó ñặt trọng tâm

vào nhóm ñối tượng có thời gian làm việc trên 25 năm trở lên (nhóm ñối tượng lạc hậu về công nghệ)

- Phân tích các sự cố liên quan ñến nhóm ñối tượng bảo vệ ñã làm việc quá lâu trên lưới từ ñó làm cơ sở lý thuyết khi ứng dụng ñưa thiết bị mới vào hệ thống vào

hệ thống (các khiếm khuyết bộc lộ trong quá trình vận hành và sự hư hỏng thường gặp của thiết bị ñó.)

- Lập phương án kỹ thuật cho việc thay thế thiết bị bảo vệ phải ñảm bảo tính

ưu việc hơn hẳn và khả năng thay thế trong ñiều kiện không thể có thiết bị nào ưu việt hơnnhưng phải ñảm bảo thời gian ngừng cấp ñiện không kéo dài

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với các yêu cầu về ñộ tin cậy, chất lượng thiết

bị thay thế, nhất là các ñặt tính làm việc, các tính năng chính, các tính năng mở rộng, khả năng kết nối vào hệ thống, khả năng sử dụng tiếp trong quá trình hiện ñại hóa sau này… Các thông tin về thiết bị ñều do các nhà chế tạo thiết bị cung cấp ñảm bảo chính xác, ñầy ñủ

- Sau khi lập ñược phương án, tham vấn các chuyên gia về tính khả thi với cơ sở; từ kết cấu sơ ñồ bảo vệ hiện tại, ñưa ra giải pháp cuối cùng cho phương án và ñánh giá kết quả

- Tiếp tục ñiều tra khảo sát một số trạm biến áp xây dựng cùng thời ñiểm hiện còn sử dụng các thiết bị tương tự… từ ñó, ñưa kết quả nghiên cứu cải tạo nâng cấp

hệ thống bảo vệ cho máy biến áp vào ứng dụng

2.2.3 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập các tài liệu hướng về thiết bị bảo vệ máy biến áp, tính toán thiết kế nâng cấp hệ thống bảo vệ cụ thể ở ñây là thiết bị bảo vệ so lệch Các tài liệu về thiết

bị bảo vệ so lệch của một số hang ñang cung cấp tại Việt Nam ñặc biệt quan tâm ñến các hang ñang cung cung cấp thiết bị bảo vệ có uy tín tại miền Bắc cụ thể như hãng Siemens, Areva Từ ñó tính toán thiết kế, nâng cấp thiết bị bảo vệ cho máy biến áp Các tài liệu chuyên ngành về hệ thống ñiện, các bài báo khoa học, công trình nghiên cứu khoa học về nâng cấp hệ hệ thống bảo vệ ñã ñược công bố và sử dụng trong và ngoài nước Các thông tin trên các sách báo, mạng internet, …

- Nghiên cứu các tài liệu ñã thu thập từ ñó tổng hợp các kết quả nghiên cứu

là cơ sở lí luận ñể tính toán thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống bảo vệ

2.2.4 ðiều tra khảo sát

- ðiều tra khảo sát tại các trạm biến áp (chín trạm biến áp) tại thành phố Nam ðịnh ñặc biệt quan tâm ñến thiết bị bảo vệ máy biến áp Kế thừa kết quả khảo sát tại các trạm ở khu vực phía bắc mà các tác giả ñẫ khảo sát trước ñó

- Khảo sát về thiết bị bảo vệ tại các trạm biến áp ñánh giá kết quả làm việc của thiết bị trên cơ sở ñó rồi ñưa ra giải pháp cải tạo nâng cấp tại trạm (E3.4) Phi trường

Các số liệu ñiều tra và kết quả khảo sát trạm biến áp trung áp phải ñược ghi chép vào các bảng 2.1 về công suất và ñịa bàn cấp ñiện v.v như sau:

Bảo vệ quá dòng có hướng ñường dây 110kV

2.2.5 Giải pháp cải tạo nâng cấp

Dựa vào các thông số kĩ thuật của trạm ñang vận hành, kết quả nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng trong và ngoài nước, kết quả nghiên cứu khảo sát tại các trạm biến áp thuộc tỉnh Nam ðịnh (cụ thể là chín trạm tên các trạm ñã trình bày ở mục 2.1) Trên cơ sở ñó ñưa ra giải pháp cải tiến nâng cấp hệ thống rơle bảo vệ máy biến áp ñộng lực 25.000kVA

Dựa trên các tài liệu còn lưu trữ trạm (E3.4) Phi Trường thành phố Nam

ðịnh Từ ñó tính toán thiết kế rơle bảo vệ so lệch bảo vệ máy biến áp cho phù hợp,

trình ñộ khoa học công nghệ và ñiều kiện của Việt Nam

Tính toán các thông số lựa chọn các thiết bảo vệ phù hợp với trạm biến áp

( E3.4) Phi Trường Ở ñây phải quan tâm ñến quá trình mở rộng nâng cấp trạm mà

thiết bị mà ta thay thế không lạc hậu khi mà nghành công nghiệp ñiện ñang từng

bước hiện ñại hoá cụ thể là Việt Nam ñang trong quá trình thử nghiệm trạm giám

sát tự ñộng ( không người trực) như sau:

ñược thực hiện trong hệ ñơn vị tương ñối)

-Tính ñiện kháng tính trong hệ ñơn vị tương ñối cơ bản ñược xác ñịnh theobiểuthức

cb HT*cb

N

m E I

Tính toán ñiện kháng hệ thống tính ñến thanh cái 110kV

C

N cb C

dm

100 S Ngoài tính toán như trên ta cần phải tính toán ngắn mạch tại một số ñiểm như trình bày ở chương 4

Chương 3:

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI

3.1 Bảo vệ máy biến áp bằng rơle kỹ thuật số

3.1.1 Nguyên lý làm việc của thiết bị bảo vệ:

Thiết bị bảo vệ thường bao gồm một vài phần tử ñược sắp xếp ñể kiểm tra ñiều kiện của hệ thống, xem xét trạng thái của các biến số quan sát ñược

ñể ñưa ra quyết ñịnh và thi hành nếu ñược yêu cầu Có thể mô tả thiết bị bảo vệ dưới dạng sơ ñồ khối như sau:

Sơ ñồ miêu tả thiết bị dưới dạng khối

Hệ thống bảo vệ thường ño những ñại lượng cố ñịnh của hệ thống như ñiện áp và dòng ñiện và so sánh các ñại lượng này với các ngưỡng( do các kỹ sư bảo vệ tính toán và cài ñặt) Nếu phần tử so sánh ñưa ra ñiều kiện cảnh báo thì phần

tử quyếtñịnh sẽ làm việc Việc này liên quan cả ñến phần tử thời gian ñể xác ñịnh tính lâu dài của ñiều kiện sự cố và có thể yêu cầu kiểm tra hệ thống tại các ñiểm khác của lưới ñiện Cuối cùng, nếu tất cả các ñiều kiện kiểm tra ñều thoả mãn, phần tử thi hành sẽ làm việc (có nghĩa là máy cắt sẽ ñược chỉ thị cắt ñể cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống)

Thời gian yêu cầu ñể thi hành tất cả các công việc trên ñược gọi là thời gian loại trừ sự cố(clearing time) ñược ñịnh nghĩa như sau:

Tc = T p+ Td+ Ta

Trong ñó:

Tc = thời gian loại trừ sự cố

TP = thời gian so sánh(comparison time)

Ngưỡng

ðại lượng

ñược ño

phần tử so sánh

phần tử quyết ñịnh

phần tử thi hành

Td = thời gian quyết ñịnh(decision time)

Ta = thời gian thi hành(action time), bao gồm cả thời gian làm việc của máy cắt Thời gian loại trừ sự cố là rất quan trọng vì thiết bị bảo vệ sẽ ñược phối hợpvới các bảo vệ khác về thời gian ñể ñảm bảo cắt ñúng phần tử bị sự cố ra khỏi lướiñiện Khi có sự cố, rất nhiều thiết bị bảo vệ cảm nhận ñược sự cố này Tuy nhiên mỗi thiết bị bảo vệ ñều có hãm ñể ñảm bảo phần tử gần sự cố nhất làm việc trước, loại trừ sự cố ra khỏi hệ thống Thời gian là một trong các ñại lượng hãm thườngñược dùng.Thời gian loại trừ sự cố quan trọng do một vài dạng sự cố, như sự cố ngắn mạch, cần phải ñược nhanh chóng loại trừ ñể phục hồi lại sự ổn ñịnh của hệ thống ðiều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí và loại sự cố Tuy vậy có một nguyên tắc chung là tất cả các ñiều kiện bất thường của hệ thống ñều cần phải ñược sửa chữa và tốc ñộ của việc sửa chữa là rất quan trọng

3.1.2 Những yêu cầu ñối với hệ thống rơle bảo vệ:

- Tin cậy: là tính năng ñảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc ñúng khi có sự xảy ra trong phạm vi bảo vệ của chúng.-

- Chọn lọc: là khả năng phát hiện và loại trừ ñúng phần tử bị sự cố

ra khỏi h ệ thống Yêu cầu về chọn lọc là ñiều kiện cơ sở ñể ñảm bảo một cách chắc chắn việc cấp ñiện liên tục cho các hộ tiêu thụ Cắt không chọn lọc thường làm tăng thêm phạm vi mất ñiện gây tổn thất cho các hộ dùng ñiện

- Tác ñộng nhanh: là khả năng bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệthống càng nhanh càng tốt

.- ðộ nhạy: ñể phát hiện ñược những thay ñổi khác với tình trạng làm việc bìnhthường của hệ thống, bảo vệ cần có một ñộ nhạy cần thiết Thường ñộ nhạy của bảo vệ ñược ñặc trưng bằng hệ số ñộ nhạy Kn

Dòng ñiện NM bé nhất (khi NM trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ)

K n = -

ðại lượng dòng ñặt (dòng ñiện khởi ñộng)

ðối với các bảo vệ thường gặp, yêu cầu về ñộ nhạy Kn=1,5÷2

- Tính kinh tế: Phải dung hoà ở mức tốt nhất các yêu cầu về bảo vệ và giá cả trongquá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị bảo vệ,ñiều khiển và tự ñộng trong hệ thống ñiện

3.2 Cơ cấu chung của hệ thống bảo vệ

N - Nguồn ñiện thao tác

Hình 3.1: Sơ ñồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ

Bảo vệ làm việc theo tín hiệu ñiện thường ñược nối với HTð thông qua cácmáy biến dòng ñiện (TI) và biến ñiện áp (TU) TI và TU có nhiệm vụ cách

ly mạch bảo vệ khỏi ñiện áp cao phía hệ thống, giảm biên ñộ của ñiện áp

và dòng ñiện hệthống xuống những giá trị chuẩn phía thứ cấp, thuận tiện cho việc chế tạo và sử dụng các thiết bị bảo vệ, ño lường và ñiều khiển Tín hiệu dòng và áp ñưa vào rơle sẽ ñược so sánh với ngưỡng tác ñộng của nó và nếu vượt quá giá trị ngưỡng này thì rơle sẽ tác ñộng gửi tín hiệu ñi cắt máy cắtcủa phần tử ñược bảo vệ ðể cung cấp năng lượng cho việc thao tác máy cắt, rơle và các thiết bị phụ trợ khác, người ta thường sử dụng nguồn thao tác riêng ñộc lậpvới phần tử ñược bảo vệ Nguồn thao tác phải ñảm bảo cho các rơle, phần tử tựñộng, bộ phận ñóng cắt của máy cắt làm việc tin cậy ở trạng thái vận hành bìnhthường cũng như sự cố Nguồn thao tác có thể là nguồn 1 chiều hoặc xoay chiều

ðiều khiển các linh kiện phần cứng cho phép người lập trình ứng dụng giám sát vàtruyền các dữ liệu qua lại các bộ phận vào/ra một cách dễ dàng Với

các chươngtrình BIOS, người lập trình ứng dụng không cần phải hiểu một cách tỉ mỉ các bộ phận vào/ra dữ liệu trong rơle làm việc như thế nào mà chỉ cần biết chúng có thể làm ñược gì Khi phần cứng của rơle ñược nâng cấp, chỉ cần thay ñổi các chươngtrình BIOS kèm theo mà không ảnh hưởng ñến chương trình ứng dụng ðiều nàycho phép các phần mềm ứng dụng có thể tồn tại lâu dài không phụ thuộc vào sự phát triển của phần cứng.Các chương trình ñiều khiển vào/ra cho phép ñiều khiển các bộ phận sau ñây: cácñầu vào trạng thái sô, các ñầu ra thao tác số, các cổng song song và tuần tự, mànhình hiển thị, bàn phím, các ñèn LED, các ñầu vào tương tự v.v…Chương trình thực thi ña nhiệm

ðây là chương trình cho phép vi xử lý có thể thực hiện ñồng thời vài chứcnăng ứng dụng theo thời gian thực Nó hoạt ñộng bằng cách cho phép người lậpt r ì n h ứ n g d ụ n g p h â n c h i a c h ư ơ n g t r ì n h ứ n g d ụ n g

t h à n h c á c n h i ệ m v ụ n h ỏ r i ê n g biệt Mỗi nhiệm vụ ñược gán một thứ tự

ưu tiên Chương trình ña nhiệm chỉ cho phép thực hiện một nhiệm vụ trong một thời ñiểm Các nhiệm vụ khác ñã ñượckích hoạt khi ñó ñược nhớ trong các bộ nhớ theo trật tự hàng nếu không thể thựcthi chúng ngay lập tức Các nhiệm vụ có thứ tự ưu tiên cao hơn sẽ ñược thực hiệntrước các nhiệm vụ có thứ tự ưu tiên thấp hơn Việc phân chia các chương trìnhứng dụng như vậy cho phép biến hoá các chức năng bảo vệ trong rơle trong cácchế ñộ làm việc khác nhau

3.2.1.Kết quả ứng dụng rơle kỹ thuật số trong nước

Từ sau khi ñất nước hội nhập kinh tế thế giới, nguồn cung thiết bị truyền

thống bị hạn chế nhưng lại mở ra một thế giới công nghệ với dòng vốn ñầu tư dồi

dào, tạo bước chuyển mình quan trọng mạng tính ñột phá cho ngành ðiện

Từ các thiết bị bảo vệ kiểu ñiện từ, hầu như ngành ñiện lực miền Bắc bỏ qua các thế hệ rơle bán dẫn, ñưa vào ứng dụng các thế hệ rơle kỹ thuật số từ những thế

hệ ñầu như 7SJ50xx (Siemens), SPAA, SPAJ (ABB)… các tính năng và giao diện còn hạn chế ñến các thế hệ hiện nay 7SJ60xx (Siemens), REF (ABB), P12x

(Areva)… với rất nhiều tính năng như hiển thị thông số vận hành, bản ghi sự cố, dạng sự cố, ngưỡng sự cố, thời gian duy trì sự cố…

Việc giao tiếp với rơle cũng giản tiện hơn Công nhân vận hành có thể trực tiếp khai thác các thông tin cài ñặt, các giá trị vận hành tức thời, các bản ghi sự kiện một cách dễ dàng qua các phím chức năng trên rơle và màn hình tinh thể lỏng hoặc thông qua máy tính với một phần mềm tiện ích Các rơle kỹ thuật số với rất nhiều tính năng có khả năng tự giám sát tình trạng kỹ thuật của mình tạo ra sự tin cậy cao

3.2.2 Các nhược ñiểm của rơle ñiện từ

• Chi phí sử dụng cao: bao gồm chi phí ñể duy trì ñiều kiện làm

việc (chiếm diện tích lớn…), chi phí kiểm tra, chỉnh ñịnh lại các thông số bảo vệ với tần suất lớn, do ñó ảnh hưởng ñến việc cung cấp ñiện liên tục gây thiệt hại về kinh tế ðộ nhạy và ñộ chính xác không cao, dễ bị ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài do phương thức truyền và xử lý tín hiệu

tương tự

• C á c p h ầ n t ử ñ ư ợ c b ả o v ệ ñ ư ợ c n ố i c ứ n g n ê n k h ả n ă n g t h a y

ñ ổ i c ấ u h ì n h cũng như các tham số bảo vệ không linh hoạt

• Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống ñiện trong chế ñộ làm việc bìnhthường

và khi sự cố không cao (không có bản ghi thông tin sự cố, vị trí sự cố…) nên khó xác ñịnh nguyên nhân và vị trí sự cố một cách chính xác

• Tốc ñộ phát hiện và cách ly sự cố chưa cao Làm ảnh hưởng ñến sự làm việc ổn ñịnh của hệ thống (hệ số trở về thấp, thời gian trễ lớn )

3.2.3 Các ưu ñiểm của rơle kỹ thuật số

Rơ le kỹ thuật số ñã khắc phục các nhược ñiểm của rơ le ñiện cơ, như tích hợp ñược nhiều tính năng, các rơle số ngày càng ñược cải tiến

và khắc phục ñược hầu hết các hạn chế của rơle ñiện–cơ và rơle tĩnh ñiện Những ưuviệt lớn của Rơle số là:

• Tích hợp ñược nhiều tính năng vào một bộ bảo vệ như tự ñộng ñóng lại, kết hợp với các bảo vệ phía sau như cầu chì, SI, Reclosed, có kích thước nhỏgọn, giảm diện tích phòng máy, tiết kiệm chi phí

• Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu ñựng của ñối tượng bảo vệ Thí dụ có thể chọn các ñặc tuyến bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc các ñộ nghiêng khác nhau sao cho phù hợp với ñối tượng bảo vệ

kỳ (thời gian thí nghiệm ñịnh kỳ từ 3 ñến 6 năm), do vậy cung cấp ñiện ñược ổn ñịnh và liên tục Công suất tiêu thụ bé: khoảng 0.2VA (Rơle ñiện cơ là 10VA)

ñộ làm việc bình thường và lưu giữ các dự liệu cần thiết khi sự cố giúp choviệc phân tích, tìm nguyên nhân sự cố ñược chính xác và thuận tiện hơn

Rơle (ñược thiết kế theo quy chuẩn quốc tế) với máy tính Dễ dàng liên kết với các thiết

bị bảo vệ khácvà với mạng lưới thông tin ño lường như hệ thống SCADA…Các rơle số hiện ñại thường ñược chế tạo theo quan ñiểm “mỗi phần tử của HTð ñược bảo vệ bằng một rơle tổ hợp “ Chẳng hạn ñể bảo vệ các ñường dây tải ñiện người ta kết hợp trong một rơle các chức năng sau:

- Bảo vệ khoảng cách có tính năng ñược bổ xung và mở rộng

- B ả o v ệ q u á d ò n g , q u á d ò n g t h ứ t ự k h ô n g , quá dòng có hướng…

- Tự ñộng ñóng lại ñường dây (TðL)

- Kiểm tra ñồng bộTừ bộ nhớ của rơle số có thể nhận ñược các thông tin sau:

- Khoảng cách ñến ñiểm sự cố

- Dòng và áp của sự cố

- Thông số chỉ ñịnh, các ñại lượng chỉnh ñịnh

- Thông số phụ tải (P, Q, U, I, f) Bên cạnh những ưu ñiểm trên rơle số cũng

có một số nhược ñiểm ñó là:

• Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấpthiết bị

Nguyên lý làm việc và cấu tạo của rơle số:

Rơle số làm việc trên nguyên tắc ño lường Các trị ssố của ñại lượng tương tự là

Sau khi qua các bộ lọc tương tự, bộ lấy mẫu ( chặt hoặc băm các ñại lượng tương tự theo một chu kỳ nào ñó ), các tín hiệu này trở thành tín hiệu số Tuỳ theo nguyên tắc bảo vệ, tần số lấy mẫu có thể thay ñổi từ 12 ñến 20 mẫu trong một chu

kỳ của dòng ñiện công nghiệp

ðối với rơle số ( thường dùng cho bảo vệ máy phát ñiện ) tần số lấy thể ñược kiểm tra liên tục tuỳ vào trị số hiện hữu của hệ thống

Nguyên lý làm việc của rơle kỹ thuật số dựa trên dải thuật toán theo chu trình của ñại lượng ñiện ( như tổng trở mạch ñiện ) từ trị số của dòng và ñiện áp lấy mẫu trong quá trình tính toán liên tục này sẽ phát hiện ra chế ñộ sự cố trong một vài phép tính nối tiếp nhau, khi ñó bảo vệ sẽ tác ñộng, bộ vi sử lý gửi tín hiệu ñến các rơle ñầu ra ñể ñiều khiển máy cắt

Hình 3.2: Sơ ñồ khối của Rơle bảo vệ dùng vi xử lý

Thông tinvề ñối tượng bảo vệ ñược ñưa vào rơle qua ñầu vào tương tự và ñầu vào

số Bộ phận biến ñổi ñầu vào lọc và khuếch ñại tín hiệu tương tự thành ñại lượng phù hợp với ñầu vào của bộ chuyển ñổi tương tự - số Tại ñây các tín hiệu tương tự

sẽ ñược chuyển ñổi thành giá trị số tỷ lệ với thông tin ñầu vào Bộ vi sử lý ñược ñưa vào chế ñộ làm việc theo chương trình chứa trong bộ nhớ lập trình EPROM hoặc ROM Nó so sánh thông tin ñầu vào với các giá trị ñặt chứa trong bộ nhớ xoá ghi bằng ñiện EEPROM, các ñại lượng chỉnh ñịnh ñược nạp vào bộ nhớ EEPROM ñể

ñề phòng khả năng mất số liệu chỉnh ñịnh khi mất nguồn ñiện thao tác Các phép tính trung gian ñược lưu giữ tạm thời bộ nhớ RAM

Trong rơle số việc tổ chức ghi chép và lưu trữ các số liệu về sự cố dẽ dàng theo trình tự diễn biến về thời gian với ñộ chính xác cao (ms), ñể giảm dung lượng bộ nhớ của bộ phận sự cố, thường người ta khống chế các lần sự cố còn lại trong bộ nhớ tối ña khoảng 8- 10 Khi sự cố mới vượt qua số còn lưu lại trong bộ nhớ thì số liệu sự cố cũ nhất của quá trình lưu trữ sẽ bị xoá khỏi bộ nhớ ñể nhường chỗ cho số liệu sự cố vừa xảy ra

Trong trường hợp có sự cố, bộ vi sử lý sẽ phát tín hiệu số ñiều khiển các Rơle ñầu ra ở bộ phận vào\ra số ñóng hoặc ngắt mạch Người sử dụng có thể trao ñổi thông tin với Rơle qua bàn phím và màn hình ñặt mở mặt trước của Rơle Trạng thái làm việc của rơle ñược thể hiện ở các ñèn LED hoặc qua màn hình của Rơle Rơle liên lạc với các thiết bị bên ngoài hoặc trung tâm ñiều khiển thông qua các cổng thông tin tuần tự

Toàn bộ các bộ phận phần cứng của Rơle ñược cung cấp nguồn bởi bộ phận chuyển ñổi nguồn DC/AC với các cấp ñiện áp khác nhau, nguồn cung cấp có thể là

ăc quy hoặc chỉnh lưu lấy từ ñiện áp lưới 220V hoặc 380V

Các rơle số hợp bộ thường có một bộ phận phần mềm ñi kèm theo rất thuận tiện cho việc sử dụng máy vi tính ñể chỉnh ñịnh, theo dõi hoạt ñộng của rơle và trao ñổi thông tin vào, ra với rơle, cũng như giúp cho nhân viên vận hành có thể phân tích sự

cố nhanh chóng từ các số liệu lưu trữ trong rơle

Dùng trương trình phần mềm ñiều khỉên cứng: Một trong những ñiểm nổi bật về công nghệ của Rơle số so với các loại Rơle thế hệ trước ñó là kỹ thuật phần mềm ñiều khiển phần cứng Quy trình tiếp nhận thông tin tương tự và thông tin số từ bên ngoài của Rơle số cũng tương tự như của thiết bị giao diện trao ñỏi thông tin qua lại với bộ vi sử lý của máy tính theo kênh số liệu, kênh ñiều khiển và kênh ñịa chỉ thông qua các giắc cắm chuẩn ñặt trên kênh bản mạch chính của máy tính ( sử dụng máy tính trong việc thu thập thông tin và ñiều khiển ) trong khi các rơle số việc ghép nối ñược thực hiện trực tiếp thông qua các giắc cắm

Chương 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1 kết quả khảo sát

4.1.1 Khái quát chung các trạm biến áp thuộc tỉnh Nam ðịnh

Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam ðịnh, trực thuộc Công ty Lưới ñiện cao thế miền Bắc quản lý 180km ñường dây 110kV và 9 trạm biến áp 110kV với tổng dung lượng hiện tại 380MVA Hiện ñang mở rộng, nâng công suất thêm khoảng 100MVA ñể ñưa vào vận hành từ nay ñến cuối năm 2011, nâng dung lượng công suất toàn Chi nhánh quản lý vận hành lên 480MVA

Bảng 4.1 Các trạm biến áp 110kV thuộc Chi nhánh lưới ñiện cao thế

huyện Mỹ Lộc

K Các khu công nghiệp và sinh hoạt tại Thành Phố Nam ðịnh

Hậu, Trực Ninh

Ninh

Xuân Trường

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp các rơle bảo vệ chính tại các trạm biến áp mới xây

dựng từ năm 2000 ñến nay

quá dòng

Bảo vệ khoảng cách ñường dây 110kV

Bảo vệ quá dòng có hướng ñường dây 110kV

Sel – 311C (Mỹ)

Sel – 351A (Mỹ)

T2 - 7UT513 (Siemens)

- T1: SPAJ 140C (ABB)

- T2: 7SJ600 (Siemens)

7SA61 (Siemens)

7SJ600 (Siemens)

140C (ABB)

- T2: P120 (Areva)

RELL511 (ABB)

Thủy (E3.13):

7UT633 (Siemens)

7SJ602 (Siemens)

(Mỹ)

7SJ602 (Siemens)

4.1.2 Hiện trạng trạm biến áp (E3.4) Phi Trường

- Trạm 110kV – (E3.4) Phi Trường nằm trên ñịa bàn giáp ranh 2 phường Trần ðăng Ninh và phường Cửa Bắc thành phố Nam ðịnh

Trạm biến áp (E3.4) Phi Trường ở ñịa chỉ 190 ñường Lương Thế Vinh Diện tích sử dụng ñất 3.760m2 ñược nâng cấp từ trạm trung gian 35kV do Liên Xô thiết

kế và xây dựng ðưa vào vận hành cấp ñiện áp 110kV năm 1987 Hiện tại ñang vận hành 2 máy biến áp với công suất ñặt

S = 2 x 25.000kVA 115/38.5/6.6kV Với thông số máy biến ap như sau Loại TДTH 25.000/110 – Liên Xô 3 pha 3 cuộn dây

Sñm = 25000 kVA

Có 3 cấp ñiện áp : Ucñm = 115kV ; UTñm = 38,5kV; UHñm = 6,3kV

Sơ ñồ ñấu dây Yo/Yo/∆ – 11

Phía 110kV có ñiều chỉnh ñiện áp dưới tải

Po = 26.1kW; Io = 0.55%

Bộ chuyển nấc: MR (ðức) sản xuất 2004 thay/vận hành năm 2005

Kiểu VV III 250Y 76 10191W

U: 1.800V; Iñm: 149A; 3,3 ; ED 100S 161817; 400V; 50hz 0,75kW; 230V; 50hz MBAT2: 25.000kVA-110/38.55/6.6kV sơ ñồ ñấu dây: Үo/Үo/∆-11

Kiểu: TДTH 25.000/110 – Liên Xô (1991) No 20838

Vận hành ñầu tiên tại E3.4 từ ngày 27/12/1992

Dầu cách ñiện: Liên Xô; Thùng dầu phụ: ñường kính 1.260mm; dài 2.050mm; thể tích: 2.5548m3 (chiếm 12% toàn bộ lượng dầu)

Vỏ máy: dài x rộng x cao 7.370 x 4.820 x 5.880mm;

Trọng lượng: Dầu: 20.750kg

Kiểu làm mát: ONAN/ ONAF

Bộ chuyển nấc: MR kiểu VV III 600Y

Dòng ñiện ñịnh mức của OLTC: 377A

- Nguồn cấp từ lộ 174 E3.7: cấp cho trạm qua cầu dao 172 – 7 vào thanh cái

C12 Trạm 220kV E3.7 (trạm 220kV Nam ðịnh) có công suất

2 x 125MVA ñược cấp 2 nguồn 220kV từ thanh cái vòng trạm E22.1 (Ninh Bình)

và trạm E11.1 (Thái Bình)

Chiều dài ñường dây 174 E 3.7: 15,6 km, Dây dẫn : 3 AC120 dây chống sét C50

Các thiết bị và thông số thông số của trạm

1 Thiết bị ñóng cắt

+ Máy cắt 131:

Kiểu: SW4 – 110III – 1 Trung Quốc (1993)

Uñm: 110k; Iñm: 1250A

ðiện áp chịu ñựng xung sét: 450kV; Dầu cách ñiện 1 pha: 360kg

Trọng lượng: 3.360kg

Bộ truyền ñộng: CT6-XG; 220V - 5A

+ Cầu dao 172-7 (2 lưỡi tiếp ñịa), 132-3 (2 lưỡi tiếp ñịa) Liên Xô cũ chế tạo:

Uñm: 110kV; Iñm: 1250A

Dòng ñiện ngắn mạch ñịnh mức 31,5kA; thời gian: 4s; tần số: 50hz

ðiện áp chịu ñựng xung sét: 450kV; truyền chuyển ñộng bằng tay

+ TUC11: Loại ΗΚΦ – 110 – 83T1 3 quả Liên Xô 1986 dùng chung cho cả 2 thanh cái 110kV

Uñm: 132kV ; S: 400-600VA

Dầu cách ñiện: 260kg (Liên Xô)

Uñm: 123kV; S: 30VA

Tỷ số biến: 300-600/5/5/5A

Dầu cách ñiện: 360kg (Liên Xô)

+ Dây dẫn thanh cái: AC120

Thiết bị thanh cái C11 (Ngăn lộ 131):

+ Máy cắt 131: Kiểu: SW4 – 110III – 1 Trung Quốc (1993)

Uñm: 110kV

Iñm: 1250A

Dòng ñiện ngắn mạch ñịnh mức 31,5kA; thời gian: 4s; tần số: 50hz

ðiện áp chịu ñựng xung sét: 450kV; Dầu 1 pha: 360kg

Trọng lượng: 3.360kg

Bộ truyền ñộng: CT6-XG; 220V - 5A

+ Cầu dao 171-7 (2 lưỡi tiếp ñịa), 131-3 (2 lưỡi tiếp ñịa) Liên Xô cũ chế tạo:

Uñm: 110kV; Iñm: 1250A

Dòng ñiện ngắn mạch ñịnh mức 31,5kA; thời gian: 4s; tần số: 50hz

ðiện áp chịu ñựng xung sét: 450kV; truyền chuyển ñộng bằng tay

Uñm: 123kV; S: 30VA

Tỷ số biến: 300-600/5/5/5A

Dầu cách ñiện: 360kg (Liên Xô)

Dây dẫn thanh cái: AC120

- Hầu hết các kết cấu trạm phía 35kV theo thiết kế ban ñầu của Liên Xô cũ dùng cho trạm trung gian 35kV từ những năm 1960: 2 thanh cái 35kV ngoài trời C31 và C32; máy cắt nhiều dầu C35M (Liên Xô), máy cắt nhiều dầu 30 TEO (Nhật) Do công nghệ chế tạo thiết bị ñóng cắt ñã có nhiều tiến bộ, các chủng loại máy cắt dầu ñang ñược thay dần bằng máy cắt chân không hoặc máy cắt khí SF6 (Tại trạm Phi Trường các máy cắt C35M ñã ñược thay bằng máy cắt chân không mới Trung Quốc loại ZW37-40.5 Model Oudoor HV) Ngăn lộ 372 hiện còn máy cắt dầu 30 TEO; máy cắt 110kV loại ít dầu SW4-100-III gồm MC131, 132, 112 ñang nằm trong kế hoạch ñầu tư xây dựng cơ bản (do trạm ñã hết khấu hao) thay bằng máy cắt khí SF6

2 Thiết bị bảo vệ cho máy biến áp T1, T2 gồm:

+ Rơle ga: BF 80/QK ðức sản xuất có 2 mức tác ñộng:

Mức 1: rơle hơi nhẹ: báo tín hiệu

Mức 2: Rơle hơi nặng: ñưa tín hiệu ñi cắt máy cắt tổng các phía

+ Rơle dòng dầu: RS2011 do hãng MR ðức sản xuất bảo vệ cho ngăn dầu bộ

chuyển nấc dưới tải (OLTC) Các bất thường xẩy ra trong quá trình chuyển nấc dẫn ñến hiện tượng trào dầu từ ngăn OLTC lên bình dầu phụ làm rơle tác ñộng ñưa tín hiệu ñi cắt máy cắt tổng các phía

+ Bảo vệ so lệch: loại PHT565 do Liên Xô sản xuất tháng 5 năm 1967 Có các

thông số chế tạo:

Tiêu chuẩn ΓOCT 711- 62

Loại: Peле Дифференциальное

Tần số: f = 50Hz

ðưa tín hiệu ñi cắt máy cắt tổng các phía

Các rơle: Bảo vệ so lệch, bảo vệ rơle dòng dầu, bảo vệ rơle hơi là các bảo vệ chính máy biến áp T1, T2

+ Bảo vệ quá dòng tổng các phía 110, 35 6kV ñều sử dụng rơle dòng ñiện 40/10 Có các thông số chế tạo:

PT-Loại: PT- 40/10 04, Cделано в СССР

In = 16A; f = 50-60Hz

Rơle thời gian dùng loại PB 133 04 0586 – 220V

+ Các rơle bảo vệ công nghệ gồm:

- Rơle mức dầu bố trí trên thùng dầu phụ cảnh báo mức dầu cao (max) và mức dầu tụt thấp (min)

- Rơle Nhiệt ñộ lớp dầu trên cùng, rơle nhiệt ñộ cuộn dây 110kV, 35kV dùng cảnh báo nhiệt ñộ cao (ñể ñưa hệ thống làm mát cưỡng bức vào vận hành)

- Rơle giảm áp: bảo vệ khi có sự cố trong máy biến áp như phóng ñiện, hồ quang làm dầu sôi, bốc hơi nhanh chóng, khi ấy rơle áp lực bố trí trên mặt hoặc bên hông máy sẽ mở ra ñể dầu trào ra ngoài, hạ áp lực trong thùng dầu chính xuống mức an toàn ñồng thời tác ñộng cắt máy cắt và báo tín hiệu

Với kết cấu lưới ñiện trung áp kiểu cũ hiện còn lưới 35 và 6kV ñang ñược cải tạo chuyển ñối sang lưới 22kV, ñi kèm là kết cấu trạm cần thay ñổi theo cho phù hợp Tại trạm Phi Trường, phía 6kV sử dụng máy cắt ít dầu trong tủ hợp bộ; phía 35kV sử dụng thanh cái ngoài trời, máy cắt và dao cách ly 2 phía Mặt khác thiết bị phân phối 22kV trên thị trường hầu hết là thiết bị hợp bộ do vậy kết cấu trạm cũng phải thay ñổi cả mặt bằng kiến trúc, hệ thống bảo vệ rơle…

chiều dài ñường dây là 10km, Dây dẫn 3AC120

Loại BI chân sứ máy cắt 30TEO: CAB-11050 Nhật Bản;

tỷ số: 200-300/5/5A

Gồm có 3 loại bảo vệ :

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 8A ; tcắt = 1,5sec

(rơle ñiện từ kiểu DL11)

Bảo vệ tần số f: f = 47.4Hz

(rơle kỹ thuật số kiểu UFD14)

+ Ngăn lộ xuất tuyến 372 cấp ñiện cho ðDK 372 là mạch liên lạc 35kV với trạm Trình Xuyên (E2.1)

Chiều dài ñường dây là 12km, dây dẫn AC120

Loại BI Công ty cổ phần chế tạo TBð EEMC (dầu)

Kiểu: BI35 200/400/600/5/5A

Gồm có 3 loại bảo vệ :

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 8A ; tcắt = 1,5sec

(rơle ñiện từ kiểu DL11)

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0 sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 7A ; tcắt = 1,0 sec

(rơle ñiện từ kiểu DL11 và ЭT521)

Kiểu: CT35 – 2C501C; Tỷ số: 400/5-5A; 0,5/5P20 30VA

Gồm có 2 loại bảo vệ :

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 7A ; tcắt = 1,5sec

(rơle ñiện từ kiểu DL11)

Bảo vệ tần số f: không ñặt

+ Ngăn lộ xuất tuyến 375 cấp ñiện cho ðDK 375 là mạch cấp ñiện cho một phần

phụ tải 35kV khu vực thành phố Nam ðịnh

chiều dài ñường dây là 6km, dây dẫn 3AC120

Loại BI Công ty cổ phần chế tạo TBð EEMC (dầu)

Kiểu: BI35 200/400/600/5/5A

Gồm có 2 loại bảo vệ :

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 8A ; tcắt = 1,5sec

(rơle ñiện từ kiểu DL11)

Bảo vệ tần số f: không ñặt

+ Ngăn lộ xuất tuyến 376 cấp ñiện cho ðDK 376 là mạch cấp ñiện cho Công ty Dệt

Nam ðịnh

chiều dài ñường dây là 2,5km, dây dẫn 3AC120

Loại BI Công ty cổ phần chế tạo TBð EEMC (dầu)

Kiểu: BI35 200/400/600/5/5A

Gồm có 2 loại bảo vệ :

Bảo vệ cắt nhanh với : Ikñ = 20A; tcắt = 0 sec

Bảo vệ quá dòng với : Ikñ = 6A ; tcắt = 1,0 sec

(rơle ñiện từ kiểu K3-13 và 2PT/6+2PT/20) Bảo vệ tần số f: không ñặt

+ Ngăn lộ xuất tuyến 672 cấp ñiện cho ðDK 672 là mạch cấp ñiện cho Công ty Dệt

lụa, Công an tỉnh, bệnh viện ða khoa tỉnh Nam ðịnh (hiện ñang vận hành)

+ Các ngăn lộ xuất tuyến 6kV: 671, 673, 675, 677, 679, 674, 676, 678 cấp ñiện cho các phụ tải 6kV cũ của Thành phố Nam ðịnh ñã ñược cải tạo lên cấp ñiện áp 22kV, ñược cấp nguồn từ trạm 110kV Mỹ Xá (E3.9)

Qua quá trình ñiều tra khảo sát cũng những tài liệu còn lưu trữ tại lưới ñiện Nam ñịnh ta có ñược bảng sự cố của lưới ñiên Nam ðịnh như sau

Báo cáo kỹ thuật của Chi nhánh Nam ðịnh tháng 11 năm 2010

Ngày, giờ xảy ra hư hỏng

phục

Thời gian

- BVSL tác ñộng cắt 3 phía: 131,

331, 631 kiểm tra thiết bị phát hiện

có hiện tượng trào dầu qua gioăng mặt máy

- Nguyên nhân:

ñường dây 371 chạm ñất pha A, ñường dây 373 chạm ñất pha C (do

xe cẩu làm ñứt dây khi thi công gần vị trí cột số 2)

Thí nghiệm kiểm tra MBA T1 và các thiết

bị không phát hiện bất thường, sau khi khôi phục ñiểm sự cố ñường dây, ñóng ñiện MBA T1 tốt

12h32’ - 25/11

Máy cắt 431 tác ñộng, khai thác bản ghi sự cố rơle không lưu sự kiện

Công ty thí nghiệm ñiện ñã kiểm tra cài ñặt lại rơle 431 E3.9

bình thường Rơle giám sát mạch cắt sự

cố

25/11

Báo cáo kỹ thuật của Chi nhánh Nam ðịnh tháng 12 năm 2010

Nhận xét : Qua báo cáo kỹ thuật tháng 11 và tháng 12 năm 2010 của Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam ðịnh nhận thấy: Tháng 11/2010 bảo vệ so lệch MBA T1 tác ñộng nhầm do nguyên nhân chạm ñất 2 pha khác nhau của 2 ñường dây 35kV vận hành ở chế ñộ trung tính cách ñiện gây ngắn mạch 2 pha gần trạm

Tháng 12/2010 lại xẩy ra hiện tượng BVSL tác ñộng tách MBA T1 tác ñộng cắt MC131, 331 không tín hiệu (kiểm tra không phát hiện bất thường) gây thiệt hại kinh tế lớn do ngừng cung cấp ñiện, dấu hiệu rõ ràng của việc rơle bảo vệ so lệch

phục

Thời gian

khắc phục sự

cố cùng ngày

02h36 15/12

Cắt 331 tín hiệu quá I>> nhưng khai thác rơle không có bản ghi

BV quá dòng vào làm việc các chức năng khác Off BV

ñã có tính chọn lọc

28/12

loại PHT 565 không hãm làm việc ñã quá lâu trên lưới, giờ không còn ñủ tin cậy cần phải thay thế

Tra cứu các tài liệu lưu trữ tại Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam ðịnh về ñộ tin cậy của hệ thống bảo vệ so lệch máy biến áp ta thấy:

Tất cả các sự cố ở trên do rơle bảo vệ so lệch tác ñộng nhầm gây gián ñoạn cung cấp ñiện gây thiệt hại kinh tế cho nghành ñiện hàng tỷ ñồng ngoài ra nó còn làm thiệt hại cho các cơ sở sản xuất bị ñình trệ cũng như không ñảm bảo về an ninh quốc phòng Chính vì vậy nâng cấp hệ thống bảo vệ là việc cần phải làm ngay

4.2 SỐ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN

ðể phục vụ cho thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống rơleta cần phải tính ngắn mạch, ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập ñất (hay chập dây trung tính) Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác ñịnh các trị số dòng ñiện ngắn mạch lớn nhất ñi qua ñối tượng ñược bảo vệ ñể cài ñặt và chỉnh ñịnh các thông số của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất ñể kiểm tra ñộ nhạy của chúng

Dòng ñiện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của hệ thống,

vị trí ñiểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch

Trong chế ñộ cực ñại, xét các dạng ngắn mạch ba pha ñối xứng, ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm ñất Chế ñộ cực tiểu xét ngắn mạch hai pha, hai pha chạm ñất và ngắn mạch một pha

Việc tính toán ngắn mạch ñược thực hiện trong hệ ñơn vị tương ñối