Nghiên cứu lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất 1 pha chọn lọc cho các khởi hành 6kv hầm lò khu vực hạ long quảng ninh

1.3 Một số dạng thiết bị bảo vệ chạm đất một pha được áp dụng tại vùng 1.4 Những yêu cầu đối với bảo vệ chạm đất một pha ……….……….… Chương 2 - Khảo sát, phân tích các thông số mạng cao á

ĐINH NGỌC DIỆP

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT 1 PHA CHỌN LỌC CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV HẦM LÒ

KHU VỰC HẠ LONG – QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – Năm 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

ĐINH NGỌC DIỆP

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT 1 PHA CHỌN LỌC CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV HẦM LÒ

KHU VỰC HẠ LONG – QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ

Mã số: 60.52.52

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Đinh Văn Thắng

Hà nội – Năm 2010

Chương 1 - Tổng quan về các phương pháp và các dạng thiết bị bảo

vệ chạm đất một pha ……….……….……….……….……….………

1.1 Các nguyên nhân gây ra sự cố chạm đất một pha ……….……….

1.2 Các phương pháp bảo vệ chạm đất một pha … ………….……….

1.3 Một số dạng thiết bị bảo vệ chạm đất một pha được áp dụng tại vùng

1.4 Những yêu cầu đối với bảo vệ chạm đất một pha ……….……….…

Chương 2 - Khảo sát, phân tích các thông số mạng cao áp mỏ vùng

Quảng ninh, xét ảnh hưởng của các thông số mạng cao áp mỏ đặc

trưng cho vùng Quảng ninh đến các đại lượng dòng, áp và pha thứ

tự không ……….……… …….

2.1 Lựa chọn phương pháp đo đạc các thông số mạng điện cao áp mỏ khu

vực Quảng Ninh ……….……….……….……….……….……….…

2.2 Xác định khối lượng các số liệu thực nghiệm cần thiết ….……….………

2.3 Mô hình toán học xử lý kết quả nghiên cứu thực nghiệm ….……….……….

2.4 Mối liên hệ giữa các đại lượng điện dung và điện dẫn trong mạng cao

áp mỏ … … … … … … … … … … … … …

2.5 Kết luận … … … … … … … … … … … …

Chương 3 - Cơ sở của việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất một pha

chọn lọc định hướng phù hợp với lưới điện cao áp mỏ vùng Quảng

ninh ……….… … … … … … … … … … … …

3.1 Lựa chọn sơ đồ thay thế các mạng cao áp mỏ than vùng Quảng Ninh

3.2 Khảo sát điện áp thứ tự không trong chạm đất 1 pha ………

3.3 Khảo sát các dòng điện thứ tự không mạng điện trung tính cách ly

3.4 Phân tích các đặc tính pha của các thông số dòng và áp thứ tự không

3.5 Phân tích ảnh hưởng của các biến áp đo lường tới pha của điện áp và

dòng điện thứ tự không ………

Chương 4 Lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất một pha chọn lọc định

hướng ………

4.1 Cơ sở khoa học của việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất một pha

4.2 Ứng dụng cơ sở kỹ thuật điện tử số vào thiết bị bảo vệ chạm đất một

pha chọn lọc ……… …………

4.3 Xây dựng sơ đồ khối chức năng của thiết bị bảo vệ chống chạm đất

4.4 Nguyên lý làm việc của thiết bị bảo vệ chống chạm đất một pha chọn

4.5 Ứng dụng phần mềm tin học mô phỏng mạng và thiết bị bảo vệ chạm

1 Lâm Khải Bình (1993), Lý thuyết thống kê và KH thực nghiệm, đại học Bách

khoa Hà nội

2 Trần Bá Đề (1997), Bảo vệ rơ le trong hệ thống điện mỏ, Trường đại học mỏ

địa chất

3 Phạm Văn Kiều (1982), Lý thuyết sác xuất và thống kê, NXB Tổng hợp đại

học Quốc gia Hà nội

4 Nguyễn Anh Nghĩa (2009), Giáo trình cung cấp điện mỏ, Trường Đại học mỏ

Địa chất

5 Nguyễn Anh Nghĩa, “Bảo vệ chạm đất một pha và bảo vệ đứt pha trong mạng

điện cao áp ứng dụng phần tử logic”, Tạp chí năng lượng Việt nam số 12 - 1997

6 Phạm Văn Trung, Nguyễn Ngọc Vĩnh (1987), Nghiên cứu và thiết lập hệ thống bảo vệ chống chạm đất 1 pha cho lưới điện mỏ Mạo khê, Trường Đại học

9 N.V Tsernôbrôvôv ( 1983), Bảo vệ rơle, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

10 Đinh Văn Thắng, “Xác định thông số cách điện so với đất của mạng điện cao

áp mỏ bằng phương pháp gây chạm đất một pha nhân tạo qua điện trở thuần”,

Tạp chí công nghệ mỏ số 2 – 2007

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn cao học này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các tài liệu, số liệu được nêu trong luận văn này là trung thực Các luận điểm và các kết quả nghiên cứu chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghiệp khai thác than là ngành kinh tế mũi nhọn của nước ta, nó

là nền tảng và là cơ sở ban đầu cho sự phát triển thịnh vượng của nền kinh tế đất nước trong thời kỳ công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước Sử dụng, khai thác hợp lý và hiệu quả tài nguyên trong lòng đất trong đó có ngành công nghiệp khai thác chế biến than trong điều kiện công nghệ cao đòi hỏi mức độ

an toàn và tin cậy của hệ thống cung cấp điện cần đặt lên trên hết

Chạm đất một pha trong hệ thống cung cấp điện cao áp mỏ là một trong những sự cố thường xuyên xảy ra nhiều nhất trong toàn bộ sự cố về hệ thống cung cấp điện lưới cao áp mỏ, chiếm tỷ lệ khoảng 80% trong tổng toàn bộ các

sự cố về mạng điện cao áp

Kinh nghiệm vận hành các hệ thống cung cấp điện cao áp mỏ của các nước có nền công nghiệp khai thác phát triển chỉ ra rằng độ tin cậy và độ an toàn cung cấp điện phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái cách điện của mạng cao

áp mỏ cũng như chế độ trung tính của các mạng cao áp này Với những vấn

đề đặt ra như trên, hạn chế sự cố chạm đất một pha trong các mạng điện cao

áp mỏ theo hướng lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất 1 pha chọn lọc định hướng cho lưới điện cao áp mỏ có độ chọn lọc tốt, độ tin cậy cao để phù hợp với điều kiện của mạng điện cao áp mỏ hiện nay

Trên cơ sở phân tích các thiết bị bảo vệ chạm đất một pha hiện đang sử dụng ở nước ta và các nước trên thế giới, các thiết bị này vẫn tồn tại một số nhược điểm và chưa thỏa mãn được điều kiện vận hành thực tế tại các mỏ vùng Hạ long với đặc điểm thông số mạng luôn thay đổi nên việc chỉnh định gặp rất nhiều khó khăn Trong luận văn này, tác giả đưa ra giải pháp so sánh dòng thứ tự không và dòng điện dung nhân tạo để phát hiện khởi hành bị sự

cố, do đó thiết bị bảo vệ có thể làm việc chính xác và không phụ thuộc vào thông số mạng Để có được đặc tính chống nhiễu cao cũng như độ nhạy, độ chọn lọc cần thiết của các thiết bị, các tín hiệu mang thông tin chạm đất được biến đổi từ dạng tương tự sang dạng số Sự biến đổi này cho phép đạt được các tính năng tốt nhất của thiết bị mà các thiết bị hiện có không thỏa mãn được

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục đích chính của luận văn là dựa trên cơ sở phân tích lý thuyết về sự

cố không đối xứng trong các mạng điện cao áp và các nghiên cứu thực nghiệm tại các mạng điện cáo áp mỏ khu vực Hạ long Quảng ninh, tác giả phân tích lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất một pha chọc lọc phù hợp với điều kiện vận hành các mạng điện cao áp khu vực này

3 Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các mạng lưới điện cao áp mỏ khu vực Hạ long – Quảng ninh và lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất chọn lọc phù hợp với các đối tượng này

4 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ của luận văn tác giả chỉ đi sâu nghiên cứu hình thức bảo vệ chạm đất một pha, một trong những dạng sự cố thường gặp nhất ở mạng cao áp mỏ hầm lò

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các phương pháp bảo vệ chống chạm đất một pha và các dạng thiết bị bảo vệ chống chạm đất một pha phổ biến được áp dụng trên thế giới hiện nay

- Nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số mạng điện cao áp mỏ khu vực Hạ long Quảng ninh, từ đó xây dựng mô hình thực nghiệm mối liên hệ các thông số mạng

- Nghiên cứu lý thuyết quá trình chạm đất một pha trong mạng cao áp trung tính cách ly, vận dụng cơ sở lý thuyết đại số logic xây dựng sơ đồ thiết bị bảo

vệ chống chạm đất một pha chọn lọc phù hợp với mạng điện khu vực lựa chọn

- Sử dụng phần mềm tin học để kiểm tra mô phỏng sự hoạt động của thiết bị nhằm kiểm chứng cho nguyên lý làm việc của thiết bị

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

- Kết quả nghiên cứu của luận văn giúp ích cho việc thiết kế, chế tạo các rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện 6kV vùng Hạ long Quảng ninh nhằm bảo vệ tối ưu trong điều kiện thông số mạng luôn thay đổi

7 Những điểm mới của luận văn

- Đo đạc, đánh giá những thông số thực của mạng điện 6kV vùng Hạ long Quảng ninh, từ đó phân tích sự phân bố điện dung, điện dẫn của mạng

- Lựa chọn mạch bảo vệ chạm đất một pha sử dụng kỹ thuật số phù hợp với thông số mạng

8 Bố cục của luận văn

Luận văn được trình bày gồm phần mở đầu, kết luận, 04 chương trong

80 trang và phần phụ lục

CHƯƠNG 1 Tổng quan về các phương pháp và các dạng thiết bị bảo vệ chạm đất một pha

1.1 Các nguyên nhân gây ra sự cố chạm đất một pha

Ở các trạm phân phối 6kV của mỏ, hiện tượng chạm đất một pha xảy ra thường xuyên và chiếm tỷ lệ khá lớn trong các sự cố về an toàn điện Các nguyên nhân gây nên hiện tượng chạm đất một pha là do hỏng cách điện, đứt dây, bị va đập cơ học, mài mòn cơ học, tác dụng cơ điện, nhiệt độ, độ ẩm, môi trường bụi, lão hoá v.v Các đầu nối cáp điện vào các thiết bị mỏ, các sứ xuyên, sứ đỡ thường xảy ra hiện tượng nứt, bụi ẩm sau thời gian tạo thành các mạch rò điện Sự cố chạm đất 1 pha do hỏng cách điện sau khi phát triển trở thành ngắn mạch 2, 3 pha hoặc ngắn mạch hai pha xuống đất, khi xảy ra tình trạng này sẽ phá huỷ đường dây, thiết bị và gây mất an toàn cho người

Việc xác định chính xác nguyên nhân gây sự cố chạm đất một pha là nhiệm vụ quan trọng và cần thiết, nó là cơ sở khoa học trong việc hình thành

và lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu quả cũng như độ tin cậy làm việc của các trang thiết bị điện mỏ đồng thời tăng khả năng và vai trò của các thiết bị bảo

vệ

Trong quá trình vận hành hệ thống điện cao áp mỏ, căn cứ các đặc điểm đặc thù của các trang thiết bị điện mỏ, vấn đề xác định chính xác nguyên nhân gây sự cố chạm đất một pha thường gặp phải nhiều khó khăn phức tạp Điều này có thể minh hoạ qua số liệu tại bảng 1.1 dưới đây:

Bảng 1.1 Số liệu thống kê nguyên nhân gây tác động của thiết bị bảo vệ chạm đất

TT Nguyên nhân gây tác động của thiết bị bảo

vệ chạm đất

Tỷ lệ phần trăm (%)

2 Không xác định được nguyên nhân gây sự cố 37,6

Phân tích các số liệu cho ở trên bảng cho thấy tỷ lệ phần trăm các sự cố chạm đất một pha chưa xác định được nguyên nhân là tương đối lớn Điều này được giải thích do tính phức tạp của hệ thống cung cấp điện của các mỏ cũng như đặc điểm đặc thù trong vận hành mạng điện cao áp mỏ hiện nay Vì vậy, vấn đề đặt ra cho các nhà khoa học là cần nghiên cứu và triển khai các

giải pháp nhằm xác định chính xác các nguyên nhân gây chạm đất một pha để

có cơ sở khoa học trong giải quyết triệt để nhiệm vụ bảo vệ chạm đất một pha trong lưới điện cao áp mỏ

Xác định nguyên nhân gây chạm đất một pha do các phần tử trong hệ thống điện cao áp mỏ được các nhà khoa học của Liên Xô nghiên cứu tương đối đầy đủ Kết quả nghiên cứu chạm đất một pha do sự cố ở các trạng bị điện cao áp mỏ được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Nguyên nhân chạm đất theo mạch "pha-đất" trong lưới điện cao áp mỏ

trăm (%)

1 Hỏng cách điện tại các bộ phận dây dẫn 62,5

2 Tiếp xúc trực tiếp các dây pha xuống đất, dây tiếp địa 22,3

Nguyên nhân cơ bản nhất đẫn đến chạm đất một pha trong lưới điện cao áp mỏ là do hỏng cách điện của các trang thiết bị điện cao áp mỏ Hỏng cách điện của một pha trong thiết bị điện cao áp phần lớn do các tác động cơ học và nhiệt độ cao gây ra Các tác động cơ học và nhiệt độ cao đối với cách điện của trang thiết bị điện sẽ hình thành các vết nứt bề mặt và từ đó hình thành "kênh" dẫn

Bảng 1.3 Nguyên nhân chạm đất do hỏng hóc cách điện

(%)

1 Chạm đất tại dây quấn động cơ cao áp 53,3

2 Chạm đất tại đầu nối cáp điện cao áp 29,3

3 Chạm đất do cáp điện (theo toàn bộ chiều dài dây

cáp)

9,2

4 Chạm đất ở các thiết bị cao áp trạm phân phối 9,2

100

Từ các số liệu có được ở trên cho thấy có đến trên 80% các sự cố chạm đất một pha trong lưới điện cao áp mỏ xuất phát từ nguyên nhân hỏng cách điện của cáp điện, động cơ điện cao áp và đầu nối cáp điện Như vậy vấn đề cốt lõi là cần đặc biệt quan tâm đến chế độ vận hành các động cơ điện cao áp

và thường xuyên chú ý đến công tác bảo dưỡng các đầu nối cáp điện trong mạng điện cao áp mỏ

Nghiên cứu nguyên nhân chạm đất một pha đối với đối tượng là các bộ phận dẫn điện không bọc cách điện như: cáp điện trên không, tiếp điểm máy đóng cắt, va chạm các thiết bị chuyển động, cho thấy như sau (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Nguyên nhân chạm đất khác

trăm (%)

2 Võng dây pha của đường dây trên không chạm vào dây

tiếp địa

22,2

4 Đổ cột điện do va chạm phương tiện cơ giới chuyển động,

mỏ,

Phân chia các nguyên nhân gây chạm đất một pha do phóng điện qua cách điện ở các trang thiết bị điện của mỏ được thể hiện qua bảng 1.5

Bảng 1.5 Thống kê nguyên nhân chạm đất do phóng điện qua cách điện

2 Phóng điện qua cách điện của trang thiết bị điện 62,5

Phóng điện qua sứ cách điện xảy ra khi chịu tác động cơ học , do tác

động của môi trường ẩm, bụi Chạm đất do phóng điện qua cách điện của các

trang thiết bị điện cao áp mỏ chiếm tỷ lệ cao hơn so với phóng điện qua sứ

Các số liệu về nguyên nhân gây chạm đất một pha ở trên cho thấy rõ

tính đặc thù trong vận hành mạng điện cao áp mỏ Việc tìm hiểu nguyên nhân

gây chạm đất một pha cho phép đưa ra nhận đinh chung là đối với lưới điện

cao áp mỏ thì sự cố chạm đất một pha có rất nhiều nguyên nhân gây ra, phần

lớn các sự cố chạm đất một pha này mang đặc điểm đặc thù vận hành mạng

điện của mỏ riêng

Việc sử dụng bảo vệ khỏi chạm đất 1 pha tác động nhanh có chọn lọc

làm giảm nguy cơ ngắn mạch kép ra đất và tăng mức độ an toàn điện trong

vận hành lưới điện cao áp mỏ Trang bị các thiết bị bảo vệ chạm đất một pha

chọn lọc là cần thiết

1.2 Các phương pháp bảo vệ chạm đất một pha

1.2.1 Bảo vệ chạm đất một pha tác động theo điện áp thứ tự không

Phương pháp bảo vệ tác động theo áp thứ tự không được áp dụng với

mục đích tác động khoá liên động

Sơ đồ cấu trúc của thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha tác động theo điện áp

thứ tự không ( 3U0) có nhiều dạng khác nhau Hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý

của bảo vệ chạm đất phản ứng theo tín hiệu điện áp thứ tự không được lấy từ

cuộn dây đấu tam giác hở của biến áp đo lường ba pha năm trụ HTMN-6/10:

Nguyên lý làm việc của mạch như sau : Khi xảy ra hiện tượng chạm đất một pha trên một khởi hành nào đó thì tại cửa ra của cuộn tam giác hở máy biến áp đo lường sẽ xuất hiện điện áp thứ tự không ( 3U0) Giá trị của nó thay đổi trong khoảng 60-100V, phụ thuộc vào hình thức chạm đất ( chạm hoàn toàn qua vật bằng kim loại hoặc chạm đất không hoàn toàn ) Điện áp thứ tự không được cấp cho rơle điện áp RU, rơle điện áp sẽ tác động đóng tiếp điểm điểm của nó để cấp điện cho cuộn cất nhanh chóng loại sự cố ra khỏi lưới

Nhược điểm của bảo vệ theo nguyên lý trên là tác động không chọn lọc, khi có sự cố xảy ra ở một khởi hành bất kỳ trong hệ thống cung cấp điện chung đều xuất hiện điện áp thứ tự không không ổn định, trị số phụ thuộc vào đặc điểm chạm đất và phụ thuộc vào tham số điện dung riêng của mạng so với đất

1.2.2 Bảo vệ chạm đất một pha tác động theo biên độ dòng chạm đất một pha 3I 0

Bảo vệ chạm đất một pha phản ứng theo dòng được thực hiện nhờ sử dụng bộ lọc dòng điện thứ tự không hoặc dùng máy biến dòng đặc biệt ( Hình 1.2) Loại máy biến dòng này có mạch từ thâu tóm cả 3 dòng điện 3 pha IA, IB,

IC, các dòng điện này tạo ra các từ thông A, B, C Từ thông tổng hợp

kđ.b - hệ số đột biến của dòng điện dung :

C∑ - điện dung tổng toàn bộ mạng điện

Ở thời điểm t = 0, hệ số kđ.b = 4 - 5, khi t > 0,5s thì kđ.b = 1,5 - 2

Dòng điện khởi động của bảo vệ phải có giá trị lớn hơn dòng điện dung, IkdBV > Ic∑, nói cách khác

IkdBV=ktcIc∑=3kđ.bωCdUf

Độ nhạy của bảo vệ

d d

uf k

nh

C k k

C C U

C k k

C C U I

I

3

) (

Hình 1.2 Sơ đồ bảo vệ thứ tự không với dòng ngắn mạch nhỏ :

a) Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng thứ tự không ;

b) Sơ đồnguyên lý bảo vệ dùng máy biến dòng thứ tự không ;

Thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha tác động theo biên độ dòng chạm đất thứ tự không ( 3I0) được sử dụng để bảo vệ các đường dây truyền tải có dòng dung riêng không lớn lắm ( 20-30% dòng điện chạm đất toàn phần) Ở các khởi hành có dòng dung riêng gần tương đương với dòng chạm đất toàn phần thì sử dụng phương pháp bảo vệ chạm đất này sẽ không hiệu quả

Bảo vệ chạm đất một pha tác động theo biên độ dòng thứ tự không có cấu trúc đơn giản, tin cậy trong vận hành nhưng độ nhạy lại kém Để nâng cao

độ nhạy có thể sử dụng các bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu đầu vào, tuy nhiên trong mạng điện có số lượng khởi hành và thiết bị làm việc thường xuyên thay đổi trong phạm vi rộng thì dòng chạm đất (3I0) thay đổi thường xuyên nên cần phải chỉnh định dòng tác động thường xuyên theo thông số mạng, điều này làm hạn chế độ tin cậy của bảo vệ

1.2.3 Bảo vệ chạm đất một pha sơ đồ phản ứng với các thành phần dòng điện

và điện áp thứ tự không

Nguyên tắc làm việc của thiết bị bảo vệ này tương tự như thiết bị bảo

vệ chạm đất tác động theo biên độ dòng điện thứ tự không ( 3I0) nhưng được khống chế bởi tín hiệu điện áp thứ tự không (3U0)

Khi có sự cố chạm đất một pha ở phía cuộn tam giác hở máy biến áp đo lường HTMU – 6 xuất hiện điện áp 3U0 tỷ lệ thuận với cường độ dòng chạm đất 3I0 và phụ thuộc vào điện trở tiếp xúc nơi có sự cố chạm đất 1 pha

Điện áp 3U0 được cấp cho rơle Ru tác động, đóng các cặp tiếp điểm liên động đóng nguồn cho rơle tác động theo biên độ dòng chạm đất 3I0 Điều này có nghĩa là khi ở thanh cái của trạm cung cấp điện hoặc của thứ cấp máy biến áp lực có tín hiệu chạm đất 3U0 xuất hiện thì toàn bộ các rơle trên các khởi hành mà nó bảo vệ được cấp nguồn để hoạt động

Việc sử dụng cả hai tín hiệu: dòng chạm đất 3I0 và điện áp thứ tự không 3U0 trong các thiết bị bảo vệ chạm đất một pha loại bỏ được các tác động nhầm lẫn của bảo vệ có liên quan đến dòng điện quá độ trong quá trình đóng cắt mạch điện

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha tác động theo dòng

thứ tự không được khoá liên động bởi điện áp thứ tự không

1.2.4 Bảo vệ chạm đất một pha định hướng tác động theo dòng và áp thứ tự không

Chạm đất một pha trong hệ thống cung cấp điện mạng trung tính cách

ly gây ra mất đối xứng của điện áp trong mạng cáp 6KV Kết quả phân tích bằng lý thuyết chỉ ra rằng, hướng của dòng điện thứ tự không tại khởi hành có

sự cố chạm đất và các khởi hành không chạm đất ngược nhau Điều này có thể suy ra rằng, có thể phân biệt được khởi hành có sự cố chạm đất thông qua dấu của công suất phản kháng mà không cần phải quan tâm đến giá trị của dòng điện thứ tự không

Ở các mạng cáp điện có trung tính cách ly, dòng điện chạm đất thứ tự không 3I0 mang đặc điểm điện dung Do vậy, bảo vệ chạm đất tác động theo hướng của dòng điện thứ tự không 3I0 cần phản ứng theo dấu của công suất phản kháng :

Q = U0.I0.sin0,

trong đó : 0 – Góc lệch pha giữa dòng điện thứ tự không ( 3I0) và điện áp thứ

tự không ( 3U0)

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ chạm đất tác động theo hướng công

suất

Một trong những ưu điểm lớn nhất của phương pháp bảo vệ chạm đất

sử dụng rơ le công suất phản kháng là khả năng chịu quá tải lớn

Trong mạng cung cấp điện có bù thành phần dòng điện dung làm việc ở chế độ quá bù, bảo vệ chạm đất phản ứng theo hướng công suất phản kháng

sẽ không tác động Bởi vì trong trường hợp này, dòng điện ở pha chạm đất trên khởi hành có sự cố và các khởi hành không có sự cố chạm đất đều có cùng một hướng Tuy nhiên, dòng chạm đất của lưới và dòng cảm kháng bù

có chứa thành phần tác dụng, bởi vậy trong trường hợp bù hoàn toàn dòng điện dung, dòng điện qua nơi chạm đất sẽ là dòng điện dư (bỏ qua dòng cao bậc 2 chưa bù hết )

Do vậy, có thể sử dụng thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha có định hướng tác động theo đại lượng công suất tác dụng Pa = U0.I0.cos0

1.2.5 Bảo vệ chạm đất tác động theo biên độ dòng điện cao tần dao động tự

do ở chế độ quá độ

Như đã nêu ở trên, các dạng bảo vệ làm việc ở chế độ xác lập của dòng chạm đất ở các mạng cung cấp điện có bù dòng điện dung thường có nhiều hạn chế ( hiện tượng chạm đất 1 pha chập chờn không ổn định, chạm đất do phóng điện hồ quang v.v…), vì vậy người ta đưa ra phương án thiết kế chế tạo các thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha làm việc ở chế độ quá độ khi xảy ra chạm đất

Ưu điểm của các thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha làm việc ở chế độ quá

độ là có khả năng nhận biết không chỉ với tín hiệu chạm đất hoàn toàn (ở chế

độ xác lập), mà còn nhận biết được các tín hiệu chạm đất không hoàn toàn, chạm đất do phóng điện v.v Thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha làm việc ở chế

độ quá độ không phụ thuộc vào chế độ bù của lưới điện Việc sử dụng biện độ của dòng quá độ chạm đất cho phép chúng ta dễ dàng chỉnh định ngưỡng tác động bảo vệ khỏi dòng quá độ của máy biến dòng thứ tự không do đóng cắt mạch điện, do vậy có khả năng tạo được bảo vệ chạm đất 1 pha tác động nhanh Bên cạnh các ưu điểm này thì bảo vệ chạm đất một pha làm việc ở chế

độ quá độ có nhược điểm là không có khả năng tác động lần thứ hai do chạm chập chờn không xuất hiện quá trình quá độ

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo

vệ chạm đất tác động theo dòng quá

độ

Nguyên lý làm việc của các thiết bị bảo vệ như sau :

Khi có chạm đất, điện dung tại pha chạm đất sẽ phóng điện tích tại điểm chạm đất còn điện dung của hai pha còn lại sẽ thực hiện quá trình nạp điện do điện áp các pha không chạm đất tăng từ giá trị điện áp pha lên giá trị điện áp dây Hiện tượng phóng điện tích của pha có chạm đất và nạp thêm điện tích ở các pha không bị chạm đất sẽ hình thành dao động tự do tắt dần với tần số dao động riêng của mạch Tần số dao động này phụ thuộc vào các thông số điện cảm, điện dung của lưới điện Biên độ dòng điện dao động tự

do ở bán chu kỳ đầu vượt xa giá trị của dòng điện chạm đất xác lập, thậm chí

cả khi bù dòng điện dung hoàn toàn

Sự xuất hiện dòng điện chạm đất quá độ (do hiện tượng phóng nạp điện tích của các điện dung riêng các pha) có giá trị lớn ở bán chu kỳ đầu của dao động tự do tắt dần tần số cao cho phép thiết lập mạch bảo vệ chạm đất một

+

PC

_

pha tương đối đơn giản, thậm chí cả trong trường hợp dòng chạm đất thứ tự không có bù điện dung ở giá trị nhỏ gần xấp xỉ bằng không

Trong trường hợp mạng điện có nhiều khởi hành, biên độ của dòng chạm đất ở bán chu kỳ đầu phụ thuộc rất nhiều vào đại lượng sóng trở kháng của khởi hành bị chạm đất, không phụ thuộc vào đại lượng điện dung riêng của mạng Như vậy, nếu từ thanh cái các trạm cung cấp có n khởi hành mắc vào sẽ có các sóng trở kháng Zn giống nhau, do đó sóng trở kháng tương đương của toàn mạng sẽ là :

I0 > Icd > i0

Và Icđ > ikbtrong đó : Icđ – dòng điện ngưỡng tác động bảo vệ

i0 – biên độ bán chu kỳ đầu dòng điện chạm đất

I0 – biên độ tổng dòng thứ tự không của tất cả các khởi hành còn lại

ikb – dòng không cân bằng xuất hiện ở bộ lọc thứ tự không

1.2.6 Bảo vệ chạm đất một pha tác động định hướng :

Để có được tính chọn lọc cao trong bảo vệ chạm đất một pha làm việc ở chế độ quá độ chạm đất, có thể sử dụng tín hiệu hướng truyền sóng điện từ

Để thiết bị bảo vệ định hướng làm việc ở chế độ quá độ có thể sử dụng điều kiện ban đầu là quá trình quá độ chạm đất, đặc trưng bằng sự xuất hiện sóng điện từ lan truyền từ điểm có sự cố chạm đất

Hình 1.6 Xác định điểm chạm đất theo hướng truyền sóng dòng điện

và sóng điện áp

Nguyên lý làm việc của mạch bảo vệ như sau :

Khi có sự cố chạm đất , dấu của công suất tức thời p =u.i theo phương sóng truyền từ điểm chạm đất, không phụ thuộc vào dấu của điện áp lưới ở thời điểm xuất hiện sự cố chạm đất, bởi vì điện áp và dòng điện của sóng điện

từ ở một hướng truyền sóng sẽ có cùng dấu Nhờ đặc điểm này cho phép xây dựng thiết bị bảo vệ chạm đất một pha làm việc ở chế độ quá độ chạm đất có khả năng tác động chọn lọc Đơn giản và tin cậy nhất để kiểm tra dấu của công suất tức thời là sử dụng các thiết bị không quán tính, ví dụ như cảm biến Hall Theo các kết quả nghiên cứu đã được công bố, ở thời điểm đầu tiên xuất hiện sự cố chạm đất, các quá trình sóng là đồng nhất, không phụ thuộc vào điện trở tiếp xúc ở nơi có sự cố chạm đất và phụ thuộc yếu ớt vào điện dung của mạng Đồng thời với các quá trình sóng điện từ, tồn tại sóng dòng điện và sóng điện áp ở các mạch vòng “pha – đất” và “ Đất – pha” liên hệ bởi biểu thức :

- +

+ - + + + -

+ + +

-

- +

1.2.7 Bảo vệ chạm đất một pha tác động theo dòng điện thao tác gửi vào mạng

Hình 1.7 nguyên lý bảo vệ tác động theo dòng điện thao tác cao tần gửi vào

ta dùng nhiều nguồn thao tác có tần số khác nhau : 25Hz, 100Hz, 200Hz, 400Hz v.v

Trên sơ đồ hình 1.7 là nguyên lý bảo vệ tác động theo dòng điện thao tác, đó là mạch bảo vệ làm việc độc lập không phụ thuộc vào dòng chạm đất ( 3I0) Thiết bị có thể làm việc trong lưới điện có trung tính cách ly, trung tính nối đất Cần lưu ý rằng, khi chọn tần số cho nguồn dòng thao tác bằng 300Hz, thì ở các máy biến áp điện lực có tổ đấu dâyY/ cần đặt bộ lọc ở đầu ra của biến áp lực

1.2.8 Sử dụng kỹ thuật vi xử lý và máy tính trong bảo vệ chạm đất một pha

Trong thời gian gần đây, xu hướng sử dụng vi xử lý và máy tính trong

kỹ thuật bảo vệ rơle ngày càng mở rộng, chũng được tích hợp nhiều tính năng cho một chíp trên một vi mạch cỡ lớn

Vi xử lý là thiết bị sử lý tín hiệu số, được điều khiển theo chương trình

đã định sẵn, lưu trữ trong bộ nhớ Bộ phận chính của vi xử lý là khối số học logic, thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic, tương ứng với các dữ liệu đầu vào được mã hoá dưới dạng số

Vi xử lý là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong máy vi tính, dạng đơn giản nhất của máy vi tính là vi điều khiển Sơ đồ cấu trúc đơn giản của máy vi tính được mô tả trên hình 1.8 , trong đó các mũi tên chỉ hướng truyền tin dữ liệu giữa các bộ phận của máy vi tính

Hình 1.8 Sơ đồ cấu trúc đơn giản bảo vệ chạm đất ứng dụng máy vi

tính

Nhìn chung, trong thành phần cấu trúc của máy vi tính, bao gồm cả vi điều khiển, khối vào ra dữ liệu, các thiết bị ngoại vi tập hợp các bộ vi điều khiển ( thiết bị điều khiển), các bộ định thời, các bộ dao động tạo xung nhịp, các thanh ghi và các thiết bị khác

Các thiết bị vào ra đóng vai trò điều hành việc trao đổi thông tin giữa khối vi xử lý và các thiết bị ngoại vi, trong một số trường hợp có thể thực hiện truy nhập trực tiếp đến bộ nhớ Bộ nhớ được chia làm 2 loại là bộ nhớ chương trình và bộ nhớ cố định Bộ nhớ chương trình dùng để lưu trữ các thông tin tạm thời, bộ nhớ cố định lưu giữ các thông tin cố định ( các chương trình con, hằng số và các dữ liệu khác)

Thiết bị

ngoại vi

Thiết bị vào/ra

Khối vi xử

Bảo vệ chạm đất ứng dụng kỹ thuật vi xử lý là bảo vệ theo chương trình Để thay đổi thuật toán bảo vệ hoặc vai trò chức năng của bảo vệ, chỉ cần thay đổi chương trình được nạp trong bộ nhớ, được thực hiện bằng cách nạp lại chương trình điều khiển vi xử lý

Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc của bảo vệ theo chương trình

Trên hình 1.9 mô tả cấu trúc của bảo vệ theo chương trình, bao gồm các khối sau : 1 – Khối biến đổi – đo lường các tín hiệu cần kiểm soát ( dòng điện, điện áp, công suất v.v) 2 – Bộ phối hợp trở kháng vào; 3 – Khối chuyển đổi tương tự/số; 4- Bộ vi điều khiển; 5 – Khối chuyển đổi D/A; 6 – Bộ phối hợp trở kháng ra; 7 – Cơ cấu chấp hành

Bảo vệ theo chương trình cấn phải đảm bảo độ chính xác cao khi thực hiện chuyển đổi các đại lượng đầu vào trong dải rộng, đảm bảo tác động nhanh, tin cậy và chắc chắn

Ứng dụng kỹ thuật vi xử lý ( vi điều khiển ) vào bảo vệ chạm đất một pha, cho phép sản xuất chế tạo các thiết bị bảo vệ chạm đất một pha có nhiều

ưu điểm : nâng cao mức hoàn thiện về kỹ thuật, mở rộng chức năng bảo vệ

mà không cần thay đổi cấu trúc của mạch, giảm được chi phí vận hành, giảm thiểu số lượng các khổi chức năng chuyên dụng, có khả năng kết nối tương thích với các thiết bị khác, tạo ra thiết bị đa chức năng gồm cả bảo vệ, kiểm tra và điều khiển

1.3 Một số dạng thiết bị bảo vệ chạm đất một pha được áp dụng tại vùng mỏ Quảng Ninh

Bộ chuyển đổi A/D Khối xử lý trung tâm

Bộ chuyển đổi D/A

Bộ phối hợp trở kháng ra

Cơ cấu chấp hành

Trong mạng điện 3 pha có trung tính cách ly hoặc nối đất qua cuộn điện kháng, để phát hiện sự cố chạm đất thường dùng 3 vôn mét đấu vào 3 pha của

3 máy biến áp một pha hoặc máy biến áp đặc biệt 3 pha 5 trụ Khi có sự cố chạm đất xảy ra mạng mất đối xứng, dựa vào chỉ số của đồng hồ đấu trên các pha sẽ phát hiện được sự cố chạm đất của 1 pha Nếu cần báo tín hiệu thì dùng rơle đấu vào cuộn tam giác hở của máy biến áp 3 pha 5 trụ như trên hình

Hình 1.10 Sơ đồ bảo vệ chạm đất không chọn lọc theo điện áp thứ tự không

+ Bảo vệ chọn lọc

Hiện nay thường dùng các sơ đồ phản ứng với các thành phần điện áp thứ tự không kết hợp với dòng điện thứ tự không Đối với các mạng có dòng chạm đất nhỏ, khi số lượng phụ tải quá 5-6 thì việc bảo vệ chạm đất 1 pha chọn lọc là khó khăn

Các mỏ thường dùng thiết bị bảo vệ của Liên xô cũ có mã hiệu 33-1; PT3-50; PT3-51, sơ đồ logic Riêng thiết bị bảo vệ 33-1 có nhiều nhược điểm : sơ đồ bảo vệ gồm nhiều mạch phi tuyến phức tạp, nhiều van chỉnh lưu điôt và các phần tử phản kháng làm sai lệch góc pha thực tế giữa 3I0 và 3U0 , thiết bị bảo vệ định hướng sẽ tác động nhầm lẫn, thiếu chính xác Qua thực tế

vạn hành cũng cho thấy, thiết bị bảo vệ làm việc không chọn lọc và không ổn định

1.3.1 Sơ đồ logic

Một trong các sơ đồ có nhiều ưu điểm, có tính chọn lọc cao, ti cậy và tác động không nhầm lẫn là sơ đồ bảo vệ logic sử dụng nguyên tắc khoá liên động đối với các phụ tải không có sự cố do Bộ môn kỹ thuật điện trường Đại học mỏ Moskva đề xuất

Sơ đồ khối :

Sơ đồ nguyên lý :

Hình1.11 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chạm đất 1 pha sơ đồ logic

Khi xuất hiện sự cố chạm đất một pha ở khởi hành bất kỳ ( giả sử khởi hành 1 ), bên cuộn thứ câp của tất cả các máy biến dòng đều xuất hiện các dòng điện tỷ lệ với dòng điện thứ tự không ( i1, i2, i3 ) Dòng thứ tự không ở khởi hành có sự cố i01 có giá trị bằng tổng dòng thứ tự không trong các khởi hành không sự cố : i02 và i03 Các dòng này được khuếch đại ( khối 1 ), chỉnh lưu thành dòng một chiều ( khối 2 ) để đưa tới cửa vào của khối duy trì thời gian (khối 3) Phần tử chủ yếu của khối 3 là tụ điện C3 bắt đầu được nạp điện, các tụ C3 có cùng chủng loại với C‟3 và C‟‟3 nên điện áp đặt vào tụ C3 trên khởi hành có sự cố đạt tới giá trị xác lập nhanh hơn Tín hiệu xuất hiện trên cửa vào của khối 4 sẽ xuất hiện sớm hơn ở các cửa 4‟ và 4‟‟ Khối 4 là phần

tử logic „và-không‟ – khi ở khối 4 có tín hiệu logic là 1 thì trên cửa ra tín hiệu

sẽ là 0 Khối 5 là khối trigơ ở chế độ chờ đợi, khi tín hiệu vào là 0 thì tín hiệu

ra của khối sẽ là 0, tín hiệu này được đưa tới cửa vào của khối 4‟ và 4‟‟ để khoá liên động các khởi hành không sự cố, đồng thời tín hiệu này được đưa tới phần tử thực hiện 6 để cắt khởi hành sự cố

Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau :

Tín hiệu thứ tự không từ cuộn thứ cấp của máy biến dòng được đưa tới cửa vào của bộ lọc RC ( gồm R1; R2; C1; C2) Bộ lọc cho các tín hiệu có tần số 50Hz đi qua tới cửa vào của bộ khuếch đại thuật toán DA1 Qua chỉnh lưu V1,

V2 tín hiệu được nắn thành dòng một chiều nạp cho tụ C3 ( các trị số R1; R2;

C1; C2, C3 được lựa chọn theo thực tế )

Các tranzitor dùng để tạo thành các tín hiệu logic „0,1‟ mã hiệu KT315Б Các phần tử logic sử dụng vi mạch mã hiệ K55LA3, K155LA4 Các tranzitor V5-V5‟‟ dùng để khuếch đại tín hiệu logic mã hiệu M - 25Б, điôt V4-V4‟ mã hiệu Д-226 Rơle thực hiện loại PE-21YZ

1.3.2 Rơle bảo vệ chạm đất dùng Triristor

Bộ môn Điện khí hoá trường Đại học mỏ địa chất đã chế tạo lắp đặt các thiết bị bảo vệ khỏi sự cố chạm đất 1 pha ứng dụng tại các mỏ Sơ đồ dùng các linh kiện bán dẫn có độ nhạy cao, công suất tiêu thụ bé, đảm bảo tính

chọn lọc, đọ nhạy và tin cậy Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau :

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý rơle bảo vệ chạm đất dùng Thiristor

Khi có chạm đất, bộ lọc thứ tự không sẽ đưa tín hiệu đến đầu vào của cầu chỉnh lưu CL1 Sau khi được khuếch đại bằng hai bóng bán dẫn T1, T2 tín hiệu chạm đất sẽ được đưa tới cực điều khiển của T4, T4 mở Khi T3 và T4

cùng mở, rơle RL có điện và tác động đóng tiếp điểm gửi trong mạch rơle trung gian, cuộn sắt có điện, máy cắt dầu tác động cắt mạch khỏi nguồn cung cấp

Sơ đồ có ưu điểm chọn lọc, tin cậy và tác động không nhầm lẫn

1.3.3 Rơle bảo vệ PT3-50

Ngoài các thiết bị bảo vệ chạm đất chọn lọc như trên, hiện nay các mỏ của Việt nam hiện đang sử dụng thiết bị bảo vệ khỏi chạm đất một pha loại PT3-50, được thể hiện trên hình

Rơle PT3-50 có 3 phạm vi đặt dòng tác động :

0,01 – 0,02 A khi dòng sơ cấp 2A

0,015-0,03A khi dòng sơ cấp 3A

0,03-0,06A khi dòng sơ cấp 6A

Nguồn cung cấp của thiết bị bảo vệ : ~100V , -220V

Công suất tiêu thụ của rơle : 5W khi ~100V ; 10W khi -220V

Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau :

Hình 1.13 Nguyên lý bảo vệ của PT3-50

Hai tranzitor T1 và T2 làm việc ở chế độ đóng mở Bình thường chưa

có sự cố chạm đất VT1 mở, vì mặt ghép E-B của nó được phân áp thuận bởi nguồn nuôi lấy từ cầu chỉnh lưu BM2 Khi VT1 mở làm mặt ghép E – B của

VT2 phân áp ngược, vì vậy VT2 bị khoá không có dòng điện đi qua rơle P Khi xuất hiện dòng chạm đất 1 pha, trên đầu ra của biến dòng thứ tự không xuất hiện dòng 3I0 qua biến áp TP và cầu chỉnh lưu BM1 được nắn thành dòng một chiều, tín hiệu dương được đưa tới cửa vào của VT1 làm cho VT1 bị khoá lại VT1 khoá dẫn tới VT2 mở, dòng điện chạy qua rơle PP tác động đóng tiếp

điểm, chuyển tín hiệu đến cuộn cắt và cắt chọn lọc khởi hành bị sự cố

1.4 Những yêu cầu đối với bảo vệ chạm đất một pha

Yêu cầu quan trọng nhất đối với thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha là độ nhạy, tính tin cậy, điều kiện sử dụng thiết bị Bên cạnh đó, yêu cầu về độ tin cậy và chất lượng bảo vệ đối với các điều kiện khác nhau được đặt lên hàng đầu đối với các nhà nghiên cứu và chế tạo thiết bị bảo vệ

Tính không chính xác cùng với sự thiếu đầy đủ trong khảo sát và tính toán quá trình chạm đất xảy ra trong thực tế là nguyên nhân gây ra những nhược điểm của một loạt các thiết bị bảo vệ chạm đất mới được ra đởi trong lưới điện 6 -10kV của mỏ, khiến cho các thiết bị này tồn tại trong sản xuất không lâu Để đảm bảo điều kiện làm việc ổn định, an toàn và kinh tế của

mạng điện mỏ, có xét đến một số điều kiện đặc biệt, yêu cầu cơ bản đối với thiết bị bảo vệ chạm đất 1 pha như sau :

1 Thiết bị bảo vệ cần cắt chọn lọc đối với tuyến có sự cố chạm đất khi xảy ra sự cố chạm đất, đảm bảo tính liên tục

2 Thiết bị bảo vệ cần làm việc ổn định, tác động và vận hành tin cậy, chắc chắn, không nhầm lẫn, không được cắt khởi hành khi có chạm đất thoảng qua, tự phục hồi cách điện Muốn vậy thiết bị bảo vệ cần có mạch lọc nhiễu cao tần và có thời gian duy trì tác động ( thời gian trễ

từ 5-10ms) để loại trừ dòng nhảy vọt ở thời điểm đầu của quá trình quá

độ chạm đất Để đảm bảo điều kiện an toàn, thời gian tác động của bảo

vệ chính cho phép là 0,15 – 0,2s và của bảo vệ dự trữ là 0,5 – 0,7s

3 Bảo vệ chạm đất 1 pha cẩn phải có khối tự động kiểm tra cách điện của mạng, các khối lọc điện áp và dòng điện thứ tự không, khối so pha Việc chọn nguyên tắc tác động theo dòng thứ tự không, áp thứ tự không, hướng công suất thứ tự không hoặc theo góc lệch pha giữa điện

áp và dòng thứ tự không, cần dựa theo điều kiện cụ thể : Khi số lượng khởi hành ít nên dùng hình thức bảo vệ theo điện áp thứ tự không; để đảm bảo chọn lọc, khi số lượng thiết bị nhiều ( 12) có thể lựa chọn bảo vệ theo nguyên tắc dòng thứ tự không; khi số lượng khởi hành 4-

11, có thể lựa chọn bảo vệ theo nguyên tắc định hướng hoặc theo nguyên tắc so pha

4 Các thiết bị bảo vệ theo nguyên tắc dòng thứ tự không, cần phải điều chỉnh theo dòng phía sơ cấp, hệ số nhạy của bảo vệ cần phải lớn hơn 1,25 đối với mạng cáp; 1,5 đối với dây dẫn trần

5 Thiết bị bảo vệ cần đảm bảo khả năng làm việc phù hợp với thiết bị tự động đóng lặp lại hoặc khối xác định pha bị sự cố Khi đó thời gian trễ tác động của thiết bị bảo vệ yêu cầu 10-20ms, nhưng không vượt quá 50ms

CHƯƠNG 2 Khảo sát, phân tích các thông số mạng cao áp mỏ

vùng Quảng ninh, xét ảnh hưởng của các thông số mạng cao áp

mỏ đặc trưng cho vùng Quảng ninh đến các đại lượng dòng, áp

và pha thứ tự không

2.1 Lựa chọn phương pháp đo đạc các thông số mạng điện cao áp mỏ khu vực Quảng Ninh

Có thể phân chia các phương pháp xác định thông số của mạng lưới

điện phân bổ theo các đặc trưng lần lượt sau:

1) theo phương pháp kết nối các thiết bị đo;

2) theo nguồn điện áp đo

Mỗi phương pháp đo thông số của các mạng lưới điện phân phối thường có các ưu nhược điểm riêng của mình, tuỳ theo đặc trưng của các thiết

bị khác nhau, cũng như theo nguồn điện áp đo

Đối với các điều kiện khai thác mạng lưới điện cao áp của các xí nghiệp khai thác mỏ, việc sử dụng phương pháp này hay phương pháp khác khi đo đạc thực nghiệm các thông số của mạng lưới điện cao áp, nhất thiết phải chấp hành các yêu cầu sau:

a) đảm bảo độ chính xác cao trong mỗi lần đo;

b) sơ đồ giải pháp phải đơn giản;

c) số lượng các thiết bị đo phải tối thiểu;

d) thời gian đo các thông số của mạng lưới điện phân bổ không được gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất;

e) thao tác cho nhân viên tiến hành phải đơn giản và các thiết bị phải tuyệt đối an toàn

Thực tế hiện nay ở tại các mỏ, với mục đích kiểm tra và chỉnh định cho các thiết bị bảo vệ chạm đất một pha định hướng ( bảo vệ chạm đất một pha chọn lọc), người ta tiến hành tạo chạm đất một pha nhân tạo để đo dòng chạm đất 1 pha Tuy nhiên, ở các mạng điện cao áp mỏ lộ thiên, nơi vận hành rất nhiều các thiết bị điện cao áp di động và các thiết bị và các thiết bị cao áp này phân tán rải rác ở khắp nơi, việc áp dụng phương pháp đo như trên sẽ tạo ra mức độ nguy hiểm rất cao cho người vận hành hệ thống điện cao áp và cả các thiết bị điện cao áp làm việc trong mạng Sử dụng trực tiếp phương pháp đo dòng chạm đất 1 pha như trên để đo dòng chạm đất 1 pha hoàn toàn ( chạm

đất qua mạng tiếp địa ) đòi hỏi phải thực hiện nghiêm túc các qui trình qui

phạm an toàn điện

Để xác định thông số cách điện của mạng so với đất bằng phương pháp

gây chạm đất 1 pha nhân tạo qua điện trở thuần, xét sơ đồ thay thế mạng cao

áp mỏ khi có pha A chạm đất qua điện trở thuần R có điện dẫn là g0 ( Hình

2.1) Quá trình chạm đất 1 pha nhân tạo qua điện trở thuần được xem xét

trong điều kiện sau

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế mạch điện cao áp 6kV trung tính cách ly, chạm

đất 1 pha qua điện trở thuần

* Hệ sức điện động 3 pha nguồn là các sức điện động hình sin thuần

khiết không chứa các thành phần điều hoà bậc cao;

* Sự phân bố điện dung và điện dẫn cách điện của mạng so với đất là

đồng đều theo các pha và được thay thế bằng các tham số tập trung;

* Điện dung giữa các pha là dòng điện tải ít ảnh hưởng đến quá trình

chạm đất 1 pha, nên có thể bỏ qua;

* Điện trở và điện cảm của các dây pha rất nhỏ so với thành phần điện

trở cách điện của mạng so với đất nên có thể bỏ qua;

* Bỏ qua ảnh hưởng của biến áp đo lường HTMИ đến thông số cách

điện của mạng cao áp

Như ta đã biết (1), khi tiến hành gây chạm đất 1 pha nhân tạo qua điện trở thuần R ( điện dẫn g0) tại pha A của mạch điện 3 pha đối xứng có trung tính cách ly so với đất, điện áp thứ tự không xác định như sau :

Hình 2.2 Đồ thị vectơ điện áp các pha khi tiến hành chạm đất một pha qua điện trở thuần

C B A

C C B B A A

y y y

y U y U y U U

Trong đó : U A, U B, U C- Điện áp pha của nguồn

yA, yB, yC - Tổng dẫn cách điện của từng pha so với đất

yA = g + jb + g0 ; yB = yC = g + jb (2.2) Tại đây g, b : Các thành phần điện dẫn và thành phần điện dung cách điện của pha so với đất

Thay (2) vào (1) nhận được :

b j g g

g U

U f

3 ) 3

0

 (2.3)

Trong đó : U f - Phức điện áp pha của nguồn

Viết lại (3) dưới dạng đại số :

2 0

0 0

0

) 3 ( ) 3

(

3 )

3 ( ) 3

(

) 3

(

b g

g

b g j

b g

g

g g g U

Biểu diễn các thành phần vế phải của (4) tương ứng là U0.cos và U0.sin, viết lại (4) như sau :

0

U = U0.cos + j.U0.sin Trong đó  góc lệch pha giữa vectơ điện áp pha chạm đất U f0 và vectơ điện áp thứ tự không U0, góc lệch pha này xác định được theo nguyên lý hàm lượng giác :

Cos =

0 0

2 0 2 0 2

2U U

U U U

3y = 0

0

g U

Quá trình khảo sát thực nghiệm các thông số của lưới điện mỏ hầm lò phải được tiến hành nghiêm túc theo chương trình đã định với tính khoa học cao có tính đến các yếu tố điều kiện đặc trưng của Hạ long

2.2 Xác định khối lượng các số liệu thực nghiệm cần thiết

Trong quá trình khảo sát thống kê, nhằm xác định các giá trị vật lý, cần phải tiến hành một số lượng các đo đạc cụ thể Các giá trị đo luôn lệch so các

giá trị thực tế một lượng xác định nào đó Số lượng đo đạc thực nghiệm càng nhiều thì các giá trị vật lý thực tế càng chính xác Trong thực tế, thường sử dụng số lượng quan sát thông qua độ chính xác kỳ vọng Nhằm xác định thông số đó, sử dụng công thức sau:

n = N -   3 N / q (2.6)

ở đây:

n - số lượng quan sát thực nghiệm cần thiết;

N - khối lượng thử nghiệm;

∆ - độ chính xác thiết lập cần thiết Nhằm đảm bảo tính chính xác, sử dụng ∆=0,05;

q - độ chính xác theo tiêu chuẩn, nó được xác định theo các bảng giá trị xác xuất tích phân Nếu cho rằng mỗi giá trị q tương ứng với một giá trị xác xuất tương ứng

P= 0,95  q = 1,96 P= 0,99  q = 2,58 Đối với mạng lưới điện cao áp của các mỏ ở Việt nam, thường có 4 – 5 khởi hành làm việc, vì vậy có thể cho trước giá trị N=15

Từ số lượng khảo sát thực nghiệm, ta thiết lập:

n = 15 -  3 15 / 2 , 58 = 14

Nếu tính ngưỡng sai số 5% và xác suất tin cậy P = 0,99, thì cần phải thực hiện 14 lần đo cho một đại lượng Kết quả đo thực nghiệm các tham số của mạng lưới điện trên các xí nghiệp mỏ tại vùng Hạ long như sau :

Nhằm đảm bảo tính chính xác kết quả số liệu khảo sát thực nghiệm của các tham số đặc trưng trạng thái mạng lưới điện (số lượng thiết bị, độ dài đường dây, trở kháng cách điện, điện dung và tổng dẫn), tiến hành đo tại năm

mỏ đặc trưng vùng Hạ long là Núi béo, Đèo nai, Cao sơn, Hà tu, Cọc sáu

Bảng 2.1 Thông số mạng phân phối các mỏ vùng Hạ long

KYAT3 x50+1x3

5

Trong đo đạc các tham số, sử dụng thêm điện dung bổ xung Cf=0,42

F Kết quả được trình bày trong các bảng 2.3

Bảng 2.3 Các thông số của mạng lưới điện phân phối

Trên bảng 2.4 mô tả các khoảng đặc trưng của điện dung và xác suất phân bố của chúng, còn trên hình 2.4 mật độ phân bố xác suất C trên mạng lưới điện khu mỏ chung Phân tích mối liên hệ đã nhận được, cho phép đưa ra kết luận về thay đổi điện dung tuân theo định luật phân bố theo tiêu chuẩn

Bảng 2.4 Sự thay đổi điện dung và xác suất phân bổ của nó theo các mùa trong năm

Số thứ tự Khoảng giá trị của

Mật độ phân bố theo tiêu chuẩn của điện dung:

Hình 2.4 Mật độ phân bố xác suất C của mạng lưới điện khu mỏ theo các

mùa trong năm: 1) mùa mưa; 2) mùa khô

Tính toán giá trị tổng dẫn tương tự như đã tính mật độ phân bố xác suất tổng dẫn G của mạng lưới điện phân bố đối với từng khoảng mùa trong năm

Các kết quả xử lý số liệu cho mạng lưới điện phân bổ trên các xí nghiệp

mỏ ở Việt Nam được trình bày trên bảng 2.5, còn trên hình 2.5, trình bày các

2 2





c c

 1 = 0,2085

c1= 0,2437

600 < G < 750 3%

Mật độ phân bố theo tiêu chuẩn của tổng dẫn :

Hình 2.5 Mật độ phân bố xác suất G của mạng lưới điện khu mỏ theo các

mùa trong năm: 1) mùa mưa; 2) mùa khô

2.3 Mô hình toán học xử lý kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Theo các kết qua đo đạc thống kê các thông số của mạng lưới điện cao

áp có thể đưa ra mối liên hệ giữa điện dung C và tổng dẫn G so với đất trong các mạng lưới điện khác nhau Ở đây người ta sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu

Mục tiêu của bài toán là thiết lập mối liên hệ tương quan toán học giữa các giá trị này hoặc thiết lập các công thức thực nghiệm, do tồn tại các sai số xác suất so với giá trị vật lý phải tìm khi tiến hành đo thực nghiệm

Số lần quan trắc thực nghiệm càng lớn thì tính chính xác, độ tin cậy của kết quả khảo sát càng cao

Hàm số phải tìm viết dưới dạng tổng quát là:

Y = f(x, a0, a1, …, an)

Ở đây a0, a1, …an - là giá trị các tham số

Cần phải xác định các tham số a1,a2,…,an cho phương trình này Giả sử, tất cả các quan trắc những giá trị vật lý của các hàm Y1,Y2,…,Yn là rời rạc đối với nhau và sai số so với giá trị thực của đại lượng cần tìm khi quan trắc thực nghiệm tuân theo định luật phân bố tiêu chuẩn

2 2





G G

 1 = 364

G 1 = 531