Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 220kv nhà máy nhiệt điện uông bí mở rộng 2

NGUYễN đức mạnh Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 220kv nhμ máy nhiệt điện uông bí mở rộng 2... NGUYễN đức mạnh Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ tr

Trường đại học mỏ - địa chất &

NGUYễN đức mạnh

Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số

bảo vệ trạm biến áp 220kv nhμ máy nhiệt điện uông bí mở rộng 2

NGUYễN đức mạnh

Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số

bảo vệ trạm biến áp 220kv nhμ máy nhiệt điện uông bí mở rộng 2

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Đức Mạnh

PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa người thầy đã chỉ dẫn và giúp đỡ tận tình trong

suốt quá trình làm luận văn

Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ Địa Chất và quý thầy cô khoa Cơ điện, bộ

môn Điện khí hóa mỏ, phòng đào tạo sau đại học đã truyền dạy những kiến thức

quý báu trong chương trình cao học và giúp đỡ kinh nghiệm cho luận văn hoàn

thành được thuận lợi

Ban Tổng giám đốc, Ban Tổng hợp, phân xưởng Điện kiểm nhiệt và các

đồng nghiệp – Tổng công ty Phát điện 1 đã giúp tôi trong quá tình hoàn thành bản

luận văn này

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Lời cảm ơn ………

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Mở đầu 1

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ – MỞ RỘNG SỐ 2 3

1.1 KHÁI QUÁT VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220kV - NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ MỞ RỘNG SỐ 1 3

1.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị trạm biến áp 220kV 4

1.1.2 Các trạm biến áp chính và máy phát điện trạm biến áp 220kV nhà máy diện Uông Bí 6

1.1.3 Thiết bị điện tại trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí 11

1.2 ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ 18

1.2.1 Bảo vệ khối máy phát… 18

1.2.2 Bảo vệ trạm biến áp 220kV 20

Chương 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ MỞ RỘNG SỐ 1 26

2.1 Giới thiệu một số Rơle kỹ thuật số hiện đang dùng trong nước và trên thế giới 26 2.1.1 Giới thiệu họ rơle kỹ thuật số MICOM P63X (P631; P632; P63X: P634) của hãng ALTOM 26

2.1.2 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOMP122 của hãng ALTOM 40

2.1.3 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOM-P546 của hãng ALTOM 46

2.1.4 Giới thiệu rơle kỹ thuật số SPAD346 của hãng ABB 51

2.1.5 Giới thiệu rơle kỹ thuật số 7UT613 của hãng SIEMENS 59

2.1.6 Giới thiệu rơle kỹ thuật số bảo vệ quá dòng SJ64 70

2.2 SO SÁNH LỰA CHỌN RƠLE BẢO VỆ KỸ THUẬT SỐ CHO TRẠM 75

2.2.3 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle của trạm biến áp AT9 78

Chương 3 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT UÔNG BÍ MỞ RỘNG SỐ 2 79

3.1 Tính toán ngắn mạch 79

3.2 Tính toán chỉnh định bảo vệ quá tải máy biến áp 80

3.3 Bảo vệ quá dòng máy biến áp 82

3.3.1 Bảo vệ quá dòng ngưỡng thấp (51>) 82

3.3.2 Bảo vệ quá dòng ngưỡng cao (50>>) 85

3.2.3 Bảo vệ chống chạm đất 86

3.4 Chức năng bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

1.1 Điện áp và dòng điện tương ứng các nấc điều chỉnh điện áp T8 7

1.11 Các thông số đặc trưng của biểu đồ phụ tải máy phát điện 330MW 17

2.2 Giá trị các hệ số tính toán thời gian tác động 42

3.5 Thống kê thông số nhiệt độ đặt cho bảo vệ quá tải nhiệt 82

3.8 Kết quả tính toán dòng chạm đất 86

1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị trạm biến áp 220 kV

2.23 Đặc tính bảo vệ quá dòng có hướng của SJ64** 70

2.25 Sơ đồ đấu dây trong mạch điều khiển chiều động cơ 71

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với cuộc sống con người, được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Khi thiết kế và vận hành hệ thống điện bất kỳ cần phải quan tâm đến khả năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường thông qua các thiết bị bảo vệ và tự động hoá Hệ thống rơle bảo vệ có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố, phát hiện đúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống, khắc phục chế độ làm việc không bình thường, hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục

của hệ thống Vì vậy đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ trạm

biến áp 220 kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí – mở rộng số 2" mang tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống Rơ le bảo vệ trạm

Biến áp 220kV Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 2;

- Đánh giá tổng quan về các loại Rơ le kỹ thuật số và lựa chọn ứng dụng loại phù hợp; tính toán chỉnh định các hình thức bảo vệ trong trạm bằng Rơ le kỹ thuật

số

3 Đối tượng nghiên cứu

Trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí - mở rộng số 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống rơle bảo vệ trạm biến

áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí - mở rộng số 2

- Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về các loại rơle kỹ thuật số hiện đang sử dụng ở trong nước và ngoài nước, lựa chọn rơle kỹ thuật số phù hợp bảo vệ trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí - mở rộng số 2

- Tính toán, chỉnh định các hình thức bảo vệ trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí - mở rộng số 1 bằng rơle kỹ thuật số

5 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan về trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí -

6 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập và thống kê số liệu, nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với công cụ hiện đại để tính toán chỉnh định và xây dựng đặc tính bảo vệ

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu đánh giá tổng quan về hiện trạng hệ thống bảo vệ rơle của Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 2, lựa chọn hệ thống rơle bảo vệ phù hợp và tính toán chỉnh định bảo vệ cho các hình thức bảo vệ trạm biến áp 220kV Nhà máy nhằm đảm bảo an toàn khi vận hành và có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán

bộ, chuyên gia, các kỹ thuật viên trong ngành Vì vậy đề tài mang ý nghĩa khoa học

và thực tiễn

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 3 chương, 30 bảng, 38 hình vẽ và đồ thị được trình bày trong

100 trang

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự tận tình chỉ bảo của PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa, cũng như các ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học trong lĩnh vực Điện khí hoá, các cán bộ giảng dạy của Bộ môn Điện khí hoá Tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các quí thầy, cô, các bạn bè, đồng nghiệp

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ – MỞ RỘNG SỐ 2

1.1 Khái quát về Trạm biến áp 220kV–Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng 2 1.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị trạm biến áp 220kV:

Sơ đồ bố trí thiết bị trạm bao gồm 2 hệ thống riêng biệt: Hệ thống 110kV và hệ thống 220kV (Hình 1.1)

a Hệ thống 220kV

- Hệ thống thanh cái 220kV được đấu nối theo sơ đồ ngũ giác, được chia thành

5 khoang F01, F02, F03, F04, F05

+ Mỗi khoang có 1 máy cắt và 2 cầu dao cách ly ở 2 phía

+ Mỗi thanh cái, mỗi đường dây được kết nối bằng 2 máy cắt mạch

Hệ thống thanh cái được nối vào hệ thống điện quốc gia bằng hai đường dây Tràng Bạch 1, Tràng Bạch 2 và máy biến áp tự ngẫu AT9

- Điện năng cung cấp cho hệ thống thanh cái từ máy biến áp tăng áp AT9 và

+ Các máy biến thế ở các đỉnh của sơ đồ được cung cấp tới 3 nhánh của sơ đồ + Khi bảo dưỡng hoặc sửa chữa các bộ phận trợ giúp hoặc máy cắt sẽ không làm gián đoạn việc cung cấp điện tới hệ thống chung Đây là hệ thống có đội tin cậy cao

b Hệ thống 110kV

Hệ thống 110kV được nối với sơ đồ của nhà máy cũ, đó là hệ thống 2 thanh cái với thanh cái vòng Do đó có thể thay đổi phương thức vận hành linh hoạt giữa 2 thanh cái Mỗi thanh cái có thể vận hành độc lập và có khả năng cung cấp điện liên

tục trong quá trình bảo dưỡng các thiết bị điện trong trạm

Hệ thống phía 110kV nhà máy mở rộng có thể được cung cấp điện năng thông qua máy biến thế tự ngẫu AT9 có 3 cấp điện áp 225/115/11kV hoặc thông qua hệ thống 110kV của nhà máy cũ qua các máy cắt B100 hoặc B112

(Q 281)

1.1.2 Trạm biến áp chính T8 và máy phát điện trạm biến áp 220kV Nhà

máy nhiệt điện Uông Bí

a Thông số kỹ thuật của Trạm biến áp chính:

*Máy biến áp chính T8:

Kiểu: SFPZ-400000/220

Chế độ làm mát: ODAF (dầu tuần hoàn cưỡng bức có quạt làm mát)

Dòng điện danh định: 1049,7/9622,5 A

Nhà sản xuất: TBEA Hengyang Transformer Co., Ltd

*Máy biến áp AT9 và T7:

Bảng 1.1 Điện áp và dòng điện tương ứng các nấc điều chỉnh điện áp

của MBA T8-400MVA:

Nấc % tăng

(giảm)

Điện áp (V)

Dòng điện (A)

Điện áp (V) Dòng điện (A)

0,3kV)

Thông số kỹ thuật của máy cắt 908 :

Số hiệu nhà chế tạo 1HC210230908-10

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của máy phát điện 330MW

1 Kiểu máy phát điện T255-460/330

26 Cấp cách điện F

1.1.3 Thiết bị điện tại trạm biến áp 220kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của các máy cắt

Bảng 1.5 Thông số kỹ thuật của biến điện áp mạng 220kV

Để đánh giá tình hình sản xuất và truyền tải điện của nhà máy điện Uông Bí mở

rộng 2, dựa trên cơ sở xây dựng biểu đồ phụ tải ngày điển hình được xây dựng trong

khoảng 7 ngày theo dõi

Bảng 1.7 Số liệu phụ tải ngày điển hình của trạm biến áp liên lạc AT9

3,8

139 (-Q101)139-3

139-1

C11 C12139-15

139-9

C21

AT9 (ATA10)125/125/50MVA 225/125/11 kV

239-14(-Q14)239-18(-Q87)

239-1(-Q17)

(Q211)(Q281)

(-Q192)

139-2(-Q191)(-Q181)

63994 



So sánh năng lượng tác dụng và năng lượng phản kháng trong 7 ngày, nhận thấy ngày 06/03/2013 có tổng năng lượng tác dụng và năng lượng phản kháng gần bằng năng lượng tác dụng trung bình và năng lượng phản kháng trung bình Vậy chọn ngày 06/03/2013 là ngày điển hình

Căn cứ vào các số liệu ghi trong ngày 06/03/2013 tại các vị trí đặt công tơ xây dựng biểu đồ phụ tải như Hình 1.6

Bảng 1.8 Số liệu phụ tải ngày điển hình của trạm biến áp liên lạc AT9

Từ biểu đồ phụ tải ngày điển hình xác định một số thông số đặc trưng của biểu

đồ phụ tải được trình bày trong các bảng: 1.9; 1.10; 1.11

Bảng 1.10 Thông số đặc trưng của biểu đồ phụ tải trạm biến áp liên lạc AT9:

Phụ tải trung

bình

MW

t P T

Pdt P

i i T

24

1038.744824

24

1 0

Qdt Q

i i T

24

380.7628624

24

1 0

P T P

t

24

314 , 46008 1

0

MVAr dt

Q T Q

t

24

09 , 6235 1

Hệ số điền

kín

787,027,1

11

max

k k

Hệ số hình

dáng của biểu đồ

phụ tải

054,155,41

784,

P

P k

02,167,18

12,

Q Q k

Hệ số sử dụng

53,089,0125

55,41cos

P k

dm tbbp

dm n

tbbp

387,086,0125

55,41sin

Q k

dm tbbp

dm n



tt P P

12,16



tt Q Q

MVA Q

S

S k

Bảng 1.11 Các thông số đặc trưng của biểu đồ phụ tải máy phát điện 330MW

Phụ tải trung bình

MW

t P T

Pdt P

i i T

24

6919,224

24

1 0

Qdt Q

i i T

24

740,0124

24

1 0

P T P

t

24

94 , 1994875 1

0

MVAr dt

Q T Q

t

24

92 , 30458 1

737 , 292

95,006,1

11

max

k k

Hệ số điền kín

Hệ số hình dáng của biểu

đồ phụ tải

042,177,275

31,

P k

2,16,29

63,

Q

Q k

Hệ số sử dụng

95,085,05,356

31,288cos

P k

dm tbbp

dm n

tbbp

19,053,05,1356

63,35sin

Q k

dm tb

dm n

tbbp

Công suất tính toán

31,288



tt P P

63,35



tt Q Q

MV Q

P

S tt  tt2  tt2  288 , 31 2  35 , 63 2  290 , 5

5 ,

S

S k

1.3.1 Bảo vệ khối máy phát và máy biến áp:

Hiện nay, để bảo vệ máy phát tránh các hư hỏng và ngăn ngừa các hiện tượng không bình thường cũng như các sự cố xảy ra trong quá trình vận hành, hệ thống rơle bảo vệ được trang bị các chức năng bảo vệ sau:

1 Bảo vệ so lệch dọc: Chống lại các dạng ngắn mạch pha-pha, pha - đất với

việc tác động không thời gian, tách máy phát ra khỏi lưới điện, cắt kích từ, khử từ, ngừng toàn bộ tổ máy

2 Bảo vệ so lệch ngang: Chống lại các ngắn mạch giữa các vòng dây hoặc

giữa các nhánh trong cùng pha với việc tác động không thời gian trễ tách máy phát

ra khỏi lưới điện, cắt kích từ, khử từ, ngừng toàn bộ tổ máy

3 Bảo vệ chống chạm đất 100% cuộn dây stator: Chống chạm đất các pha

của cuộn dây stator Bảo vệ tác động với thời gian trễ không quá 0,5s để tách máy

phát ra khỏi lưới điện, cắt kích từ, khử từ, ngừng toàn bộ tổ máy

4 Bảo vệ quá điện áp cuộn dây stator: Có ngưỡng đặt tác động bằng 1,2

Uđm Bảo vệ tác động tức thời, khi máy phát vận hành không tải hoặc cắt máy phát sau 3 giây khi máy phát vận hành với tải của máy biến áp tăng áp từ 0,1 Iđm

5 Bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch: Chống quá tải không đối xứng do dòng

thứ tự nghịch gây ra, ngắn mạch ngoài không đối xứng và các chế độ vận hành không bình thường của các thiết bị và hệ thống điện (cắt không toàn pha, đứt

pha…) Bảo vệ tác động khi:

lên tới 10 giây

6 Bảo vệ chống máy phát làm việc trong chế độ không đồng bộ: Bảo vệ tác

động giảm tải xuống giá trị 1/2 Pđm trong vòng 30s và ngừng máy phát sau 3 phút, giữ được lò hơi và tua bin

7 Bảo vệ chống quá tải do ngắn mạch ngoài: Tác động tách máy phát ra

khỏi lưới điện, cắt kích từ, dập từ với thời gian trễ từ 2 đến 3s

8 Bảo vệ quá dòng: Chống lại dòng quá tải đối xứng của stator Bảo vệ có

ngưỡng đặt bằng 1,1 Iđm và thời gian trễ là 10s kể từ khi xuất hiện tín hiệu

9 Bảo vệ quá dòng cuộn dây rotor: Tự động giảm quá tải rotor với đặc tính

thời gian phụ thuộc Ngừng máy phát theo bộ tích phân đặc tính thời gian trễ

10 Bảo vệ chạm đất mạch kích từ:

+ Báo tín hiệu khi điện trở mạch kích từ giảm tới giá trị từ 8 đến 10 kΩ + Cắt máy phát khi điện trở mạch kích từ nhỏ hơn 4 kΩ với thời gian trễ lớn nhất là 6s

11 Bảo vệ quá áp cuộn dây rotor: Chống quá điện áp cuộn dây rotor bằng

việc sử dụng bộ phóng điện đa chức năng

12 Bảo vệ chống quá điện áp khí quyển hoặc quá điện áp khi đóng mạch của cuộn dây stator: Bảo vệ tác động khi xung điện áp qua máy biến áp nối điện

chính lớn hơn 1,7 Uđm

Các chức năng bảo vệ được cài đặt trong rơle bảo vệ máy biến áp T8, bảo vệ khối máy phát- máy biến áp, bảo vệ máy biến áp tự dùng khối, Bảo vệ máy biến áp kích thích, bảo vệ máy phát điện:

87T: Bảo vệ so lệch máy biến áp

64REF: Bảo vệ hạn chế lỗi chạm đất

59NT: Bảo vệ quá điện áp, chạm đất phía 24 kV

63: Bảo vệ máy biến áp bằng rơle hơi

Bảo vệ khối máy phát- máy biến áp:

Bảo vệ máy biến áp tự dùng khối:

87BBT: Bảo vệ so lệch máy biến áp

50/51BBT: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có thời gian

50NBBT: Bảo vệ quá dòng chạm đất:

64REF: Bảo vệ hạn chế lỗi chạm đất

Bảo vệ máy biến áp kích thích:

87TE: Bảo vệ so lệch máy biến áp

50/51TE: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có thời gian

Bảo vệ máy phát điện:

87G: Bảo vệ so lệch máy phát điện

27TN: Bảo vệ chạm đất 100% cuộn dây Stator

64S: Bảo vệ chạm đất trong cuộn dây Stator

51W: Bảo vệ so lệch ngang máy phát điện Chống chạm chập giữa các vòng dây trong một pha của cuộn dây Stator

46: Bảo vệ dòng thứ tự nghịch máy phát điện

50BF: Bảo vệ quá dòng chống hư hỏng máy cắt

64R: Bảo vệ chạm đất rotor

49S: Bảo vệ quá tải cuộn dây stator

40: Bảo vệ mất kích từ

24: Bảo vệ quá từ thông

32: Bảo vệ chống công suất ngược

59NG: Bảo vệ quá điện áp, chạm đất

64REF: Bảo vệ hạn chế lỗi chạm đất

Sơ đồ chức năng bảo vệ khối máy phát và máy biến áp xem trên hình 1.6

1.3.2 Bảo vệ trạm biến áp 220kV:

Hiện tại trạm biến áp 220 kV đang sử dụng các loại rơle bảo vệ cho toàn trạm như thống kê trong bảng:

Bảng 1.12 Thống kê các rơle kỹ thuật số hiện đang sử dụng trong

trạm biến áp 220 kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí - mở rộng số 2

Rơle kỹ thuật số Nhà sản xuất Chức năng hoạt động

P120/P122 AREVA Rơle bảo vệ quá dòng chung

KAVR130 AREVA Rơle kiểm tra mạch hoà và tự động đóng lại KAVS100 AREVA Rơle kiểm tra đồng bộ

RƠLE phụ trợ

AREVA Rơle giám sát mạch cắt MVAX 31

a Bảo vệ hệ thống lưới điện 220kV

Bảo vệ đường dây truyền tải Tràng Bạch 1 và 2

* Rơle bảo vệ chính: AREVA MICOM P546

- Bảo vệ so lệch dòng điện đường dây 87L và bảo vệ so lệch đoạn thanh cái

- Bảo vệ lỗi chạm đất trực tiếp F67N

- Ghi nhớ liên động cắt đầu, cuối F85

- Đồng bộ định vị toàn cầu "GPS" cho mạng đường dây cao áp 220kV

* Bảo vệ dự phòng Rơle AREVA Micom P442

- Tổng thành phần của 2 biến dòng đầu vào đường dây

- Bảo vệ khoảng cách vùng 1,2 và 3 F 21

- Bảo vệ lỗi chạm đất trực tiếp F67N

- Khoá chống giao động F78

- Khoá lỗi bảo vệ SOFT

- Ghi liên đông cắt đầu đối điện F85

- Kết nối thông tin qua PLC

* Rơle bảo vệ lỗi máy cắt AREVA MICOM P 821

Gồm 2 bộ rơle bảo vệ lỗi máy cắt FSOBF cho một máy cắt

* Rơle không có chức năng bảo vệ AREVA kVAR 130

Tự động đóng lại khi có sự cố ngắn mạch 3 pha và 1 pha F79

* Rơle không có chức năng bảo vệ AREVA MVAX 31 Giám sát mạch cắt F30 cho mỗi cuộn dây cắt của máy cắt

* Rơle không có chức năng bảo vệ AREVA MVAJ

Mạch cắt chủ - Rơle chốt hãm F86

Bảo vệ giao điểm góc khoang F03 và F04

* Rơle bảo vệ chính AREVA Micom P63X

Bảo vệ so lệch dòng điện đoạn thanh cái F87S

* Rơle bảo vệ chính AREVA MiCom 122

Bảo vệ so lệch đoạn thanh cái F87S

* Rơle bảo vê lỗi máy cắt AREVA MICom 821

Hai bộ bảo vệ lỗi máy cắy F50 FB cho 1 máy cắt

* Rơle không có chức năng bảo vệ

AREVA - MAX 31: Giám sát mạch cắt F30

AREVA - MVAJ : Mạch cắt chính - Rơle chốt hãm F86 AREVA -KAVR 100: Kiểm tra mạch hoà F25

b Bảo vệ máy biến thế tự ngẫu 225/115/11kV và hệ thống máy biến áp trạm 11/6,8 kV

* Bảo vệ so lệch khoang F01 và F04 các phía 110kV và 6,8kV

Bảo vệ so lệch dòng điện thanh cái mở rộng với máy biến áp tự ngẫu F87T3

* Rơle bảo vệ chính so lệch dòng điện máy biến thế tự ngẫu AT 9

Rơle bảo vệ chính AREVA Micom P122: bảo vệ lỗi hạn chế chạm đất máy biến áp tự ngẫu F64

Bảo vệ so lệch dòng điện máy biến áp tự ngẫu F87T3

Bảo vệ sự cố chạm đất F50N/F51N

* Bảo vệ so lệch máy biến thế trạm

Bảo vệ so lệch sự cố máy biến thế trạm F87T1

* Bảo vệ mạng 110kV

- SIEMEN 7SS521 : + Bảo vệ thanh cái F 87B

+ Kết nối thông tin qua cáp quang

- AREVA Micom P 122: Bảo vệ quá dòng điện F50/51

Bảo vệ quá dòng điện F50/51

Bảo vệ quá tải F 49

* Bảo vệ máy cắt 110kV

- AREVA Micom P821: bảo vệ hư hỏng máy cắt FSOBF

- AREVA MVAX 31 : Giám sát mạch cắt

- AREVA MVAJ: Mạch cắt chính - Rơle chốt hãm F86

- AREVA KAVR100: Kiểm tra mạch hoà đồng bộ

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ trạm 220kV thể hiện trên hình 1.6

1.3.4 Nhận xét

Về cơ bản trạm biến áp 220 kV nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng số 2 đã

sử dụng các rơle kỹ thuật số hiện đại, sơ đồ bảo vệ linh hoạt, có độ dự phòng cao, đây là một yếu tố quan trong giúp nhà máy vận hành tin cậy và ổn định

Chương 2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN

ÁP 220kV NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN UÔNG BÍ MỞ RỘNG SỐ 2 2.1 Giới thiệu một số loại Rơle kỹ thuật số hiện đang dùng trong nước và trên thế giới

2.1.1 Giới thiệu họ rơle kỹ thuật số MICOM P63X (P631; P632; P63X: P634) của hãng ALSTOM:

2.1.1.1 Giới thiệu chung về họ Rơle kỹ thuật số P63X:

Rơle Micom P63x là thiết bị bảo vệ so lệch tác động nhanh, nhạy và chọn lọc sự cố ngắn mạch của máy biến áp hai, ba hoặc bốn cuộn dây, động cơ hay máy phát Rơle P631 và P632 được thiết kế dùng để bảo vệ so lệch máy biến áp hai cuộn dây Rơle P63X và P634 được thiết kế dùng để bảo vệ so lệch máy biến áp ba hoặc bốn cuộn dây

2.1.1.2 Cấu trúc của Rơle P63X:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc họ rơle P63X

Khối biến điện áp, dòng điện (T): Chuyển đổi các đại lương đo dòng điện và điện áp để đưa vào bộ xử lý đồng thời cũng là khối cách ly đầu vào

Khối xử lý (P): chuyển đổi tương tự sang số của các giá trị đo

Khối điều khiển tại chỗ (L): Điều khiển và hiện thị, kết nối bộ vi xử lý thông qua cáp truyền thông

Khối truyền thông (A): Dùng để truyền thông với các thiết bị bảo vệ

Khối Bus (B): Có dạng mạch in dùng để kết nối các thành phần của Rơle Có

hai loại Bus được sử dụng là: Bus số và Bus tương tự

Khối tín hiệu số (X): Dành cho các tín hiệu đầu vào, đầu ra và lệnh của Rơle Khối tương tự (Y): Sử dụng cho các tín hiệu đầu vào như nhiệt điện trở, có một tín hiệu đầu vào 20 mA và hai tín hiệu đầu ra 20mA Một tín hiệu đầu ra của rơle tương ứng với hai cổng ra trên rơle

Khối nguồn cấp (V): Cấp nguồn cho toàn bộ rơle

2.1.1.3 Sơ đồ đấu nối củaP63X:

Sơ đồ đấu dây của họ P63X được thể hiện trên hình 2.2

2.1.1.4 Các thông số kỹ thuật củaP63X:

a Các đại lượng đầu vào, đầu ra

Đầu vào đo lường

Điện áp danh định: 50 ÷ 130 V ac (theo đơn đặt hàng)

Tiêu thụ danh định/pha: <0,3 VA khi Udđ =130V ac

Khả năng tải lâu dài: 150 V ac

Tần số

Tần số danh định fdđ: 50 hoặc 60 Hz

Chức năng bảo vệ tần số: dải vận hành 40 ÷ 70 Hz

Tất cả các chức năng khác: dải vận hành 0,95 ÷ 1,05 fdđ

Đầu vào tín hiệu nhị phân

Điện áp danh định: Uin,dđ = 24 ÷ 250 Vdc

Dải vận hành: 0,8 ÷ 1,1 Uin,dđ (với gợn sóng dư lên đến 12% Uin,dđ)

Công suất tiêu thụ trên đầu vào: Vin = 1 ÷ 110V dc là 0,5W ±30%

Vin =110V dc 0,5 mA ±30%

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý đấu nối biến dòng họ rơle P63X

Đầu vào dòng một chiều

Dòng đầu vào: 0 ÷ 26 mA

Dải trị số: 0,00 ÷ 1,2 IDCdđ (IDCdđ = 20 mA) Dòng lâu dài lớn nhất cho phép: 50 mA

Điện áp đầu vào lớn nhất cho phép: 17 V

Tải đầu vào: 100 Ω

Theo dõi quá tải: >24,8 mA

Giải trừ về không: 0,000 ÷ 0,200 IDCdđ (điều chỉnh)

Trị số max có thể hiển thị được là 399

Dữ liệu đo đầu ra tương tự:

Dải trị số: 0 ÷ 20 mA

Tải cho phép: 0 ÷ 500 Ω

Điện áp đầu ra là: 15 V

b Giao diện

Bảng điều khiển trước mặt rơle

Đầu vào hoặc ra: 7 phím ấn và 1 hiển thị LCD với 4x20 kí tự

Tín hiệu trạng thái lỗi: 17 đèn chỉ thị (5 đèn mặc định, 12 đèn có thể lựa chọn)

Giao diện máy tính (PC)

Tốc độ truyền 300 ÷ 115200 baud (điều chỉnh tương thích)

Giao diện truyền tin

Thủ tục truyền tin: Dựa trên các tiêu chuẩn IEC60870-5; IEC870-5-101 MODBUS và DNP 3.0 (người sử dụng lựa chọn)

Dây dẫn

Trên kênh chuẩn RS485 hoặc RS422, 2kV cách điện

Khoảng cách kết nối:

Kết nối điểm-điểm: max 1200 m

Kết nối điểm, nhiều điểm: max 100 m

c Các tham số khai báo

Mục chức năng chính (Main Function)

Xung đầu ra bé nhất cho một lệnh cắt: 0,1 ÷ 10s (điều chỉnh được)

Xung đầu ra cho một lệnh đóng: 0,1 ÷ 10s (điều chỉnh được)

Mục bảo vệ so lệch (Differential protection)

Thời gian tác động nhỏ nhất: 19 ms

Mục bảo vệ quá dòng thời gian độc lập (DTOC) và phụ thuộc (IDMT)

Thời gian thao tác bao gồm rơle đầu ra: ≤ 40 ms, ≈ 30 ms

Sai số ổn định dòng từ hoá: ±10%

Bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế

Sai số đo lường Idiff ≥ 0,2 Iref: ±0,5%

Bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc

Sai số đo lường: ±0,5%

Bảo vệ quá tải nhiệt: ±0,5%

Dòng DC đầu vào: ±1%

Dữ liệu đo lường đầu ra: ±1%

Sai số về thời gian

Đặc tính thời gian độc lập: 1% hoặc 20 ÷ 40 ms

Đặc tính thời gian phụ thuộc: I ≥ 2Iref là ±5% hoặc từ 10 ÷ 20 ms

2.1.1.5 Chức năng của bảo vệ so lệch

Rơle số P63X được thiết kế để bảo vệ MBA 2 và 3 cuộn dây, máy phát điện

và động cơ điện Với ứng dụng để bảo vệ so lệch MBA trước khi đưa vào so sánh phải qua các bước sau

a Cân bằng sai lệch về biên độ

Để đảm bảo được sự cân bằng về biên độ, các đại lượng tính toán cần được qui về cùng một hệ đơn vị cơ sở Với MBA 2 cuộn dây công suất cơ sở là công suất của MBA, còn với MBA có từ 3 cuộn dây trở lên thì công suất cơ sở là công suất danh định của cuộn dây có công suất lớn nhất Điện áp cơ sở là điện áp danh định của cuộn sơ cấp MBA, khi đó dòng cơ sở của mỗi cuộn dây được tính bằng công thức:

i, nom

ref i,

ref

U 3

S

Trong đó:

Sref: là công suất cơ sở

Unom,i: là điện áp danh định của cuộn dây thứ i MBA

Từ đây tính được hệ số cân bằng sai lệch về biên độ:

i, ref

i, nom i,

I

Trong đó:

Inom,i: là dòng điện phía sơ cấp danh định của BI thứ i

Dòng điện cơ sở của từng cuộn dây và hệ số cân bằng sai lệch về biên độ sẽ được rơle tự tính toán và hiển thị trong rơle Hệ số cân bằng này phải thoả mãn các điều kiện sau:

7 , 0

; 3

;

,

max ,

lower i am

i am i

c Phối hợp các đại lượng đầu vào

Mỗi khi nhóm véctơ dòng được nhập vào, thiết bị bảo vệ tự tính toán và so sánh dòng điện theo công thức đã định trước Việc chuyển đổi dòng điện được thực hiện bằng các ma trận hệ số, lập trình được Ma trận này mô phỏng sự khác nhau của dòng điện trong các cuộn dây của MBA Bảo vệ có thể nhận biết được tất cả các nhóm véctơ (kể cả thay đổi góc pha)

Dạng tổng quát của các công thức:[Im] = k.[K].[In]

Trong đó:

K: hệ số

[Im]: ma trận dòng điện đã được biến đổi ( IA, IB, IC)

[K]: ma trận hệ số phụ thuộc vào tổ nối dây máy biến áp

[In]: ma trận cột dòng điện pha ( IL1, IL2, IL3)

d So sánh các đại lượng đo lường và các đặc tính tác động

Sau khi dòng đầu vào đã thích ứng với tỉ số biến dòng, tổ đấu dây, xử lí dòng thứ tự không, các đại lượng cần thiết cho bảo vệ so lệch được tính toán từ dòng trong các pha IA, IB và IC, bộ vi xử lí sẽ so sánh về mặt trị số theo các công thức sau:

I

I R      

Trong đó: İ1, İ2, İ3 lần lượt là dòng điện chạy qua các bảo vệ BI1, BI2, BI3 đặt

ở các phía cao, trung và hạ của MBA

Đặc tính vùng tác động có 2 điểm gập: điểm gập đầu tiên phụ thuộc vào trị

số chỉnh định bảo vệ so lệch ngưỡng thấp DIFF: Idiff >; điểm gập thứ hai được xác định bằng hệ số chỉnh định dòng điện hãm DIFF: IR, m2

Phương trình đặc tính cho 3 dải so lệch:

Phương trình đặc tính cho dải: 0 ≤ IR ≤ 0,5Idiff ; Id = Idiff>

Phương trình đặc tính cho dải: 0,5Idiff> < IR ≤ IR,m2

Id = m1IR + Idiff> x(1 - 0,5m1)

Phương trình đặc tính cho dải: IR,m2 < IR

Id = m2IR + Idiff>x(1 - 0,5m1) + 4(m1 – m2)

Trong đó:

m1: là hệ số góc của đặc tính trong dải 0,5Idiff> < IR ≤ IR,m2

m2: là hệ số góc của đặc tính trong dải IR,m2 < IR

Ngưỡng điều chỉnh xác định DIFF: Idiff> xác định theo dòng qua MBA trong chế độ làm việc bình thường nhằm tránh tác động nhầm do dòng không cân bằng sinh ra bởi sai số của thiết bị đo lường