Mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp.

- Nếu sai với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả Bùi Vĩnh Quý Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 2 MỞ ĐẦU Ngày nay rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp kỹ thuật số đã thay thế hoàn toàn rơ le bảo vệ so lệch kiểu điện cơ.
- Các loại rơ le này thƣờng sử dụng giải thuật dựa trên biến đổi Fourier của các thành phần dòng điện các phía của máy biến áp.
- Nội dung luận văn này là nghiên cứu sự làm việc của giải thuật bảo vệ so lệch máy biến áp lực.
- Giải thuật của rơ le bảo vệ so lệch đƣợc kiểm nghiệm bằng số liệu thu đƣợc từ mô hình mô phỏng sự cố máy biến áp ba 110/35/22 kV với một nguồn cấp phía 110kV.
- Để tăng tính thực tế của mô phỏng, luận văn đã xét đến mô hình bão hòa của máy biến áp lực, cũng nhƣ mô hình bão hòa của máy biến dòng điện.
- Đặc tính bão hòa của máy biến dòng điện đƣợc xây dựng dựa trên giá trị thí nghiệm thực tế của các máy biến dòng dùng cho bảo vệ.
- Từ kết quả mô phỏng và những phân tích đặc tính làm việc của mô hình bảo vệ so lệch cho thấy mô hình rơ le bảo vệ so lệch làm việc đúng và tin cậy, các kết quả thu đƣợc phù hợp với lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Từ đó có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để ứng dụng phân tích bản ghi sự cố và kiểm nghiệm sự làm việc của các loại rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp trên thực tế.
- 11 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP.
- 11 2.1 Nguyên lý cơ bản bảo vệ so lệch máy biến áp (87T.
- 17 2.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn.
- 21 2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp.
- 23 2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp.
- 23 2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp.
- 25 2.3.4 Quá kích thích máy biến áp.
- 26 2.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp.
- 27 2.3.6 Bão hòa máy biến dòng.
- 29 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH.
- 29 Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 4 3.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp.
- 36 4.2 Mô hình máy biến dòng.
- 37 4.3.1 Đóng xung kích phía 110kV máy biến áp.
- 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Ma trận tính toán dòng so lệch Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp.
- 11 Hình 2.2: Nguyên lý của bảo vệ so lệch.
- 19 Hình 2.5: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, sử dụng một biến dòng vào điểm trung tính giả và các biến dòng 3 pha.
- 19 Hình 2.6: Sơ đồ đấu TI, Rơ le khi cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, có điểm trung tính giả.
- 22 Hình 2.9 Liên kết từ thông lõi máy biến áp.
- 23 Hình 2.10: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích.
- 25 Hình 2.12: Mối quan hệ dòng xung kích trong hòa máy biến áp song song.
- 34 Hình 4.1 Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch MBA.
- 35 Hình 4.2 Đặc tính bão hòa máy biến dòng đƣợc sử dụng trong mô phỏng.
- 42 Hình 4.9 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87T.
- 43 Hình 4.10 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87N.
- 48 Hình 4.18 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87T.
- 49 Hình 4.19 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87N.
- 50 Hình 4.21 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87T.
- 50 Hình 4.22 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87N.
- 51 Hình 4.24 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87T.
- 52 Hình 4.25 Quỹ đạo làm việc của bảo vệ so lệch 87N.
- 53 Hình 4.27 Dòng điện các phía của máy biến áp.
- 56 Hình 4.31 Dạng sóng dòng điện các phía của máy biến áp.
- 59 Hình 4.36 Dạng sóng dòng điện ở 3 phía máy biến áp.
- 62 Hình 4.41 Dạng sóng dòng điện ở 3 phía máy biến áp.
- 64 Hình 4.45 Dạng sóng dòng điện 3 phía máy biến áp.
- Hệ thống bảo vệ máy biến áp bao gồm nhiều loại bảo vệ khác nhau trong đó bảo vệ so lệch máy biến áp đƣợc sử dụng là bảo vệ chính.
- Bảo vệ so lệch máy biến áp phải thỏa mãn tiêu chí vừa có độ nhạy cao để bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố, vừa đảm bảo tính chọn lọc để trách những tác động nhầm gây mất điện.
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 10 1.2 Mục đích, ý nghĩa thực tiễn Đề tài “Nghiên cứu mô phỏng giải thuật của bảo vệ rơ le kỹ thuật số” đƣợc thực hiện nhằm tìm hiểu giải thuật số, sơ đồ logic của rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp, và thực hiện các mô phỏng sự làm việc của rơ le bảo vệ so lệch dựa trên phần mềm MATLAB Simulink.
- Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp: Mi1i2I1I2i1+i2I1+I2Đối tƣợng bảo vệi iI I Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp Bảo vệ so lệch sử dụng nguyên tắc trên thực tế (hình vẽ) là dòng I rời khỏi một đối tƣợng bảo vệ trong điều kiện bình thƣờng phải bằng dòng đƣa vào nó.
- Ở các máy biến áp thông thƣờng các dòng thứ cấp của các biến dòng không bằng nhau khi một dòng chảy qua máy biến áp, nhƣng tuỳ thuộc vào tỷ số biến và tổ đấu dây của máy biến áp đƣợc bảo vệ và dòng điện định mức của các máy biến dòng ở hai phía của máy biến áp.
- Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có công suất và tổ đấu dây khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) đƣợc thực hiện bằng toán học hoàn toàn.
- Các dòng đƣa vào đƣợc chuyển đổi theo dòng định mức của máy biến áp.
- Điều này có đƣợc bằng cách đƣa số liệu định mức của máy biến áp vào rơle, đó là: Công suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biến dòng.
- Việc chuyển đổi dòng đƣợc thực hiện bằng các ma trận, hệ số đƣợc lập trình mô phỏng các dòng điện so lệch trong các cuộn dây máy biến áp.
- Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho đối tƣợng bảo vệ 3 phía, máy biến áp 3 cuộn dây việc hãm chỉ có thể thực hiện với tổng số học I1.
- Dòng chảy qua máy biến áp vận hành bình thƣờng hoặc khi có sự cố bên ngoài.
- Đặc tính sự cốVùng tác độngĐường dốc 2Đường dốc 1abcdIDiffINIrestIN Hình 2.3 : Đặc tính làm việc Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 16 2.1.2 Hãm hài Khi các dòng so lệch có thể gây ra không chỉ từ các sự cố bên trong máy biến áp mà còn từ dòng từ hoá máy biến áp khi đóng máy biến áp , nối song song máy biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thành phần sóng hài.
- Vì hãm dòng từ hoá làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việc hoàn toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dòng từ hoá có thể xuất hiện chỉ ở các pha không có sự cố.
- Quá từ hoá lõi thép máy biến áp đặc trƣng bởi sự xuất hiện các thành phần sóng hài bậc lẻ trong dòng điện.
- Nhƣng vì thành phần sóng hài bậc 3 thƣờng bị loại trừ ở các máy biến áp lực (bằng cuộn dây đấu.
- Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ tìm thấy không thấy xuất hiện trong các sự cố bên trong máy biến áp.
- Nó cho phép phát hiện một cách tin cậy sự cố diễn biến bên trong máy biến áp đƣợc bảo vệ trong hki có sự cố bên ngoài và biến dòng bị bão hoà.
- 2.1.4 Cắt nhanh không hãm với sự cố máy biến áp có dòng lớn Các sự cố có dòng lớn trong máy biến áp đƣợc bảo vệ có thể đƣợc giải trừ ngay lập tức mà không cần xét đến độ lớn của dòng hãm, khi độ lớn của các dòng so lệch có thể đƣợc loại trừ đó là sự cố bên ngoài.
- Điều này xảy ra trong trƣờng hợp dòng ngắn mạch lớn hơn 1/Uk lần dòngđịnh mức của máy biến áp .
- Bảo vệ so lệch máy biến áp cung cấp bảo vệ dòng lớn không hãm này.
- Nó có thể làm việc ngay cả khi dòng so lệch có chứa mộtphần đáng kể sóng hài bậc 2 gây ra bởi việc biến dòng bị bão hoà bởi thành phần một chiều trong dòng ngắn mạch có thể bị chức năng dòng hãm từ hoá coi nhƣ dòng từ hoá máy biến áp.
- [4][6][7] Nó cũng thích hợp khi có một điểm trung tính giả bên trong vùng bảo vệ của một máy biến áp không nối đất.
- Hình 2.5: Sơ đồ bảo vệ chạm đất có giới hạn cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, sử dụng một biến dòng vào điểm trung tính giả và các biến dòng 3 pha.
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 20 Hình 2.6: Sơ đồ đấu TI, Rơ le khi cuộn dây máy biến áp đấu tam giác, có điểm trung tính giả Trong điều kiện vận hành bình thƣờng, không có dòng điện đấu sao ISP chảy qua dây trung tính, tổng các dòng I1 + I2 + I3 cũng bằng 0.
- aIDiffINIrestINVùng tác độngVùng hãm Hình 2.8 Đặc tính làm việc của bảo vệ chạm đất giới hạn Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 23 2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp 2.3.1 Dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp Xem xét sự cấp điện không tải mô tả ở hình dƣới hình 2.9.
- Máy cắt coi nhƣ là đang đóng nguồn áp cấp đến máy biến áp dòng từ hóa lấy từ nguồn.
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 24 Hình 2.10: Dòng từ hóa của máy biến áp trong quá trình đóng xung kích Trong thực tế độ tự cảm từ hóa trong máy biến áp là phi tuyến.
- Độ lớn (biên độ) của dòng điện này đƣợc xác định bởi độ dốc của đặc tính từ hóa trong khu vực bão hòa và bởi điện cảm rò rỉ (dòng điện rò) của máy biến áp.
- Rõ ràng thấy dòng mở máy biến áp có thể là một dạng gây ra dòng sự cố bởi vì có tổn thất trong mạch từ dòng từ hóa sẽ suy giảm nhỏ hơn giá trị dòng danh định đƣợc thể hiện ở hình 2.10(b).
- Hằng số thời gian vài giây là phổ biến trong một số máy biến áp lực hiện đại.
- Kể từ khi có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp mà chƣa có dòng chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp.
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 25 2.3.2 Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp Để ngăn ngừa bảo vệ tác động nhầm bằng cách tận dụng thực tế là dòng khởi động máy biến áp rất giàu thành phần sóng hài.
- Hình 2.11 là dạng sóng dòng điện đặc trƣng khi đóng máy biến áp không tải.
- Có thể thấy do hiện tƣợng bão hòa mạch từ của máy biến áp, dạng sóng dòng điện của phía sơ cấp máy biến áp có thể đạt giá trị khá cao, và có độ méo (không sin) lớn.
- Nhƣ là khi điện áp đƣợc cấp cho cuộn dây máy biến áp nhảy từ một giá trị thấp (điểm sự cố đầu) tăng đến giá trị bình thƣờng (hoặc lớn hơn), các từ thông liên kết trong lõi biến áp một lần nữa lại buộc phải thay đổi từ một giá trị (vị trí sự cố đầu) thấp đến một giá trị gần với bình th ƣờng điểm (vị trí sự cố).
- Cần lƣu ý rằng không có từ thông còn lại (từ dƣ) trong lõi sắt từ trong quá trình này, dòng điện này nói chung nhỏ hơn nhiều trong quá đóng điện máy biến áp.
- Một máy biến áp có thể bị quá áp một trạng thái ổn định ở tần số danh định của nó.
- 2.3.5 Tỉ số biến đổi máy biến áp Để bảo vệ so lệch máy biến áp làm việc đƣợc, dòng điện các phía của máy biến áp cần phải đƣợc quy đổi về cùng một phía để so sánh.
- Hệ số quy đổi này phụ thuộc vào tỉ số vòng dây của máy biến áp.
- Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, tỉ số vòng dây của các máy biến áp có thể thay đổi đƣợc (với các máy biến áp có đầu phân áp và điều áp dƣới tải).
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 28 Hình 2.14 dạng sóng dòng điện trong quá trình bão hòa biến dòng Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 29 CHƢƠNG III SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN BẢO VỆ SO LỆCH Trong máy biến áp lực nói chung, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng là không bằng nhau khi khi có dòng chạy qua máy biến áp.
- Nhƣng chúng phụ thuộc vào tỷ số biến đổi điện áp, tổ đấu dây của bảo vệ máy biến áp lực vào phụ thuộc vào tỷ số biến dòng của máy biến dòng điện.
- Kết hợp giá trị máy biến áp lực và tỷ số máy biến dòng điện và sự biến đổi pha theo nhóm véc tơ của bảo vệ máy biến áp đƣợc thực hiện thuần túy toán học.
- Các dòng đầu vào đƣợc biến đổi liện quan đến tỷ lệ dòng điện máy biến áp lực.
- Điều này thực hiện bằng cách đƣa dữ liệu tỷ lệ biến đổi nhƣ tỷ lệ công suất, tỷ lệ điện áp, tỷ lệ dòng sơ cấp của máy biến dòng điện vào thiết bị bảo vệ.
- 3.1 Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp[4][6][7] Các phía máy biến áp đều đặt máy biến dòng điện, dòng điện thứ cấp của các máy biến dòng này không hoàn toàn bằng nhau.
- Do vậy để tiện so sánh dòng điện thứ cấp của máy biến dòng ở các phía máy biến áp chúng ta quy đổi chúng về cùng một phía, thƣờng chọn về phía có điện áp cao.
- Đối với máy biến áp lực 3 pha, hay máy biến áp tự ngẫu, các dòng điện thứ cấp đo đƣợc ở các phía đƣợc quy đổi theo các ma trận hệ số.
- Ma trận quy đổi K đƣợc xác định tùy thuộc vào tổ đấu dây sơ cấp của máy biến áp.
- Ma trận bên trái đƣợc sử dụng Công thức áp dụng cho tính toán dòng so lệch máy biến áp ba cuộn dây quy đổi về phía sơ cấp: SLA A1 A2 A3W2 W3SLB B1 B2 B3W1 W1SLC C1 C2 C312 3 4I I I IUUI = A.
- Đối tƣợng bảo vệ là máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 110/35/22kV có tổ đấu dây Yg/Y/∆-11 và có công suất 63MVA Sơ đồ đấu dây.
- Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 37 4.2 Mô hình máy biến dòng Hình 4.2 Đặc tính bão hòa máy biến dòng đƣợc sử dụng trong mô phỏng Để tăng tính chính xác của kết quả mô phỏng, mô hình các máy biến dòng điện trong sơ đồ mô phỏng có xét đến đặc tính bão hòa của máy biến dòng điện.
- Trong các mô phỏng, phụ tải ở phía thứ cấp của máy biến dòng là 1Ω.
- Tại thời điểm 0.1s, máy cắt đóng xung kích máy biến áp.
- Đặc tính làm việc của rơ le so lệch 87T máy biến áp đƣợc thể hiện ở hình 4.4 Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học Dòng hãmDong so lech Phase APhase BPhase C Hình 4.4 Đặc tính làm việc của dòng so lệch 87T Từ hình 4.4 ta có thể thấy đƣợc quỹ đạo làm việc của rơ le so lệch đã rơi vào vùng làm việc của đặc tính bảo vệ so lệch.
- Thành phần hài bậc 2 tồn tại rất lâu sau thời điểm đóng máy biến áp.
- Xét khi máy biến áp đang vận hành ở đầu phân áp thứ 10, tức là với điện áp định mức phía cao là 115kV Time (sec)Current (110kV)1st winding current IA1IB1IC Time (sec)Current (35kV)2nd winding current IA2IB2IC x 104Time (sec)Current (22kV)3rd winding current IA3IB3IC3 Hình 4.8 Dòng điện các phía của MBA khi ngắn mạch pha A Bùi Vĩnh Quý Luận văn cao học 43 Trƣớc khi xảy ra ngắn mạch ta thấy dòng các pha chỉ có dòng tải của các phía máy biến áp

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt