- LƯU CÔNG ĐĂNG NGHIÊN CỨU ĐẢM BẢO ĐỘ CHỌN LỌC CỦA RƠ LE BẢO VỆ VỚI CÁC SỰ CỐ CHẠM ĐẤT TỔNG TRỞ CAO TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. - Để đảm nhiệm hiệu quả vai trò này, cần có sự phối hợp tốt giữa các thiết bị bảo vệ, trong đó phải kể đến bảo vệ khoảng cách và các bảo vệ quá dòng chạm đất. - Luận văn tập trung phân tích ảnh hưởng của điện trở sự cố chạm đất đến khả năng làm việc của bảo vệ khoảng cách trên đường dây truyền tải. - Với các sự cố có điện trở nhỏ, các bảo vệ khoảng cách, bao gồm 2 đến 3 vùng tác động có thể đảm bảo độ tin cậy và chọn lọc tác động khi giải trừ sự cố. - Tuy nhiên, với các sự cố có tổng trở lớn hơn, tổng trở biểu kiến có thể nằm ngoài vùng của tất cả bảo vệ khoảng cách. - Khi đó sự cố sẽ được giải trừ bằng các rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng và vô hướng, với mức độ chọn lọc suy giảm. - Trong nghiên cứu này, tiến hành thử nghiệm mô phỏng các kịch bản sự cố chạm đất với giá trị điện trở sự cố và vị trí khác nhau trên lưới điện 110kV khu vực miền Bắc từ đó đánh giá độ tin cậy tác động của hệ thống rơ le bảo vệ khoảng cách, cũng như mức độ mất chọn lọc khi cần dựa vào các bảo vệ quá dòng chạm đất để giải trừ sự cố. - 10 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV. - 12 2.1 Các nguyên lý bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV. - 12 2.1.1 Bảo vệ so lệch. - 12 2.1.2 Bảo vệ khoảng cách. - 16 2.1.3 Bảo vệ quá dòng chạm đất. - 27 2.2 So sánh bảo vệ quá dòng chạm đất và bảo vệ khoảng cách. - 28 2.3 Phương thức bảo vệ cho đường dây 110kV. - 29 2.3.1 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm 110kV có truyền tin bằng cáp quang. - 29 2.3.2 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không 110kV không có truyền tin bằng cáp quang. - 38 3.4 Hệ thống rơ le bảo vệ và tự động. - 41 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ QUÁ DÒNG CHẠM ĐẤT VỚI CÁC SỰ CỐ NGẮN MẠCH TỔNG TRỞ CAO 43 4.1 Giới thiệu mô hình mô phỏng. - 43 4.2 Cài đặt các bảo vệ. - 45 4.2.1 Cài đặt vùng bảo vệ khoảng cách. - 45 4.2.2 Cài đặt bảo vệ quá dòng chạm đất. - 49 4.3.3 Phân tích chọn lọc tác động của các bảo vệ quá dòng với các trường hợp bảo vệ khoảng cách không làm việc. - 80 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BI, CT, TI Biến dòng điện BU, TU Biến điện áp TTK Thứ tự không TTT Thứ tự thuận ĐZ Đường dây MBA Máy biến áp HTĐ Hệ thống điện TBA Trạm biến áp TĐ Thủy điện NĐ Nhiệt điện EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam PSS/E Power System Simulator for Engineering (Phần mềm PSS/E) MATLAB Matrix laboratory (Phần mềm MATLAB) DIFF Different current (Dòng điện so lệch) DUTT Direct under -reach transfer trip (Phương thức cắt liên động trực tiếp) PUTT Permissive under-reach transfer trip (Phương thức cắt liên động cho phép) POTT Permissive over-reach transfer trip (Phương thức cắt liên động cho phép) PLC Power line carrier (Kháng tải ba) PSB Power Swing Block (Chức năng khóa chống dao động công suất) Z< Bảo vệ tổng trở thấp 51N Bảo vệ quá dòng đất vô hướng 67N Bảo vệ quá dòng đất có hướng Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 7 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Tăng trưởng công suất HTĐ miền Bắc năm 2018 so với năm 2017. - 41 Bảng 4.1: Số trường hợp khởi động của bảo vệ khoảng cách. - 49 Bảng 4.2: Số lần khởi động của bảo vệ khoảng cách. - 52 Bảng 4.3: Số trường hợp tác động của các bảo vệ. - 55 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 8 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch cơ bản. - 12 Hình 2.2: Sự cố ngoài vùng bảo vệ so lệch. - 13 Hình 2.3: Sự cố trong vùng bảo vệ so lệch. - 14 Hình 2.4: Đặc tính bảo vệ so lệch theo dòng điện. - 15 Hình 2.5: Điểm sự cố và đường đặc tính tác động. - 17 Hình 2.7: Vùng làm việc của bảo vệ khoảng cách. - 21 Hình 2.13: Ảnh hưởng điện trở hồ quang tại điểm sự cố. - 22 Hình 2.14: Đặc tính tứ giác của bảo vệ khoảng cách. - 22 Hình 2.15: Ảnh hưởng của điện trở sự cố. - 23 Hình 2.16: Ảnh hưởng của tải đến bảo vệ khoảng cách. - 25 Hình 2.20: Quỹ đạo tổng trở khi có dao động điện và sự cố. - 26 Hình 2.21: So sánh đặc tính làm việc của bảo vệ quá dòng và khoảng cách. - 28 Hình 2.22: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV có truyền tin bằng cáp quang. - 30 Hình 2.23: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV không có truyền tin cáp quang. - 44 Hình 4.2: Các vùng của bảo vệ khoảng cách. - 45 Hình 4.3: Vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tác động. - 47 Hình 4.4: Vùng 2 của bảo vệ khoảng cách khởi động. - 47 Hình 4.5: Vùng 3 của bảo vệ khoảng cách khởi động. - 48 Hình 4.6: Bảo vệ khoảng cách khởi động. - 48 Hình 4.7: Vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tác động. - 50 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 9 Hình 4.8: Vùng 2 của bảo vệ khoảng cách tác động. - 50 Hình 4.9: Vùng 3 của bảo vệ khoảng cách khởi động. - 51 Hình 4.10: Các vùng của bảo vệ khoảng cách khởi động. - 51 Hình 4.11: Điện trở sự cố của các kịch bản. - 52 Hình 4.12: Số lần tác động của các bảo vệ. - 54 Hình 4.13: Dải điện trở sự cố các bảo vệ khoảng cách không làm việc. - Để đảm nhiệm được vai trò quan trọng này, cần có sự phối hợp tốt giữa các trang thiết bị và hệ thống rơle bảo vệ. - Với các sự cố có điện trở nhỏ, các rơ le bảo vệ khoảng cách, bao gồm 2 đến 3 vùng tác động có thể đảm bảo độ tin cậy và chọn lọc tác động khi giải trừ sự cố. - Khi đó sự cố sẽ được giải trừ bằng các rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng và vô hướng, với thời gian loại trừ sự cố lớn hơn và mức độ chọn lọc suy giảm. - Để giải quyết vấn đề này cần có những nghiên cứu cụ thể để đánh giá sự làm việc của hệ thống rơ le bảo vệ trên các đường dây truyền tải đặc biệt là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ quá dòng chạm đất, từ đó đưa ra các giải pháp nhằm đảo bảo hệ thống rơ le bảo vệ làm việc tin cậy, chọn lọc. - 1.2 Mục đích nghiên cứu Đề tài “Nghiên cứu đảm bảo độ chọn lọc của rơ le bảo vệ với các sự cố chạm đất tổng trở cao trên hệ thống điện miền Bắc” được thực hiện nhằm phân tích, đánh giá độ tin cậy tác động của rơ le bảo vệ khoảng cách, cũng như mức độ mất chọn lọc khi cần dựa vào các bảo vệ quá dòng chạm đất để giải trừ sự cố. - 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu đánh giá sự làm việc của bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng chạm đất trên lưới điện 110kV miền Bắc với các dạng sự cố ngắn mạch chạm đất qua các giá trị tổng trở khác nhau, sử dụng phần mềm PSS/E và MATLAB. - Chương 2: Trình bày nguyên lý cơ bản và phương thức bảo vệ đường dây 110kV. - Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng sự làm việc của bảo vệ khoảng cách và quá dòng chạm đất đối với các sự cố ngắn mạch chạm đất tổng trở cao trên lưới điện 110kV miền Bắc. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 12 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 2.1 Các nguyên lý bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV 2.1.1 Bảo vệ so lệch Bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện hay nguyên lý cân bằng dòng. - Bảo vệ này dựa trên nguyên tắc dòng rời khỏi một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường bằng dòng đưa vào nó. - Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ. - Hình 2.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch cơ bản Đối với các sự cố xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ và ở chế độ vận hành bình thường (hình 2.2), dòng điện đo được từ rơle bảo vệ là giá trị của dòng điện chênh lệch từ phía thứ cấp của các máy biến dòng điện được đấu nối theo kiểu so lệch nhau. - MCT1CT2i1I 1iII1 + I2i2I 2iIi1 + i2 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 13 Hình 2.2: Sự cố ngoài vùng bảo vệ so lệch Khi có sự cố ngoài vùng gây ra dòng ngắn mạch lớn chạy qua vùng bảo vệ, các đặc tính từ hóa khác nhau của biến dòng trong điều kiện bão hòa từ hóa gây ra dòng điện đáng kể chạy qua M. - Trong bảo hệ thống bảo vệ so lệch, đối tượng bảo vệ với hai phía dòng điện hãm được suy ra từ dòng so lệch do vậy dòng hãm được tính bằng 12I||I −(với quy ước chiều dòng điện đi vào đối tượng được bảo vệ), hoặc bằng 12. - (2-4) MCT1CT2CT2I2I1i1I 1I 2i2 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 14 Hình 2.3: Sự cố trong vùng bảo vệ so lệch Đối với các sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ như được biểu diễn trong hình 2.3, dòng điện tác động của rơle bảo vệ so lệch bằng tổng của các dòng điện đầu vào cấp cho điểm sự cố. - Nếu dòng điện 12II + này đủ lớn, bảo vệ so lệch tác động và cắt máy cắt ở hai phía của phần tử bảo vệ. - (2-10) Hình 2.4: Đặc tính bảo vệ so lệch theo dòng điện Ta thấy giá trị tổng đại số dòng so lệch và dòng hãm là bằng nhau, ảnh hưởng tác động giá trị của dòng so lệch và dòng hãm tương đương nhau bằng tổng dòng điện sự cố chạy qua mỗi phía. - Phân tích trên cho thấy với sự cố trong vùng HSLII = vì vậy đường đặc tính sự cố trong vùng là đường thẳng với độ dốc bằng 1 (450) trong đặc tính tác động của chức năng bảo vệ so lệch theo hình 2.4. - Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm 03 đoạn: Nhánh a mô tả ngưỡng độ nhạy của bảo vệ so lệch biểu thị dòng điện khởi động ngưỡng thấp (IDIFF. - Nhánh này là ngưỡng tác động thấp của bảo vệ so lệch, được xác định dựa trên sai số cố định của dòng điện so lệch. - Trong trường hợp bảo vệ so lệch cho đường dây thường chọn giá trị này là 1p.u theo khuyến cáo của hãng. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 16 Nhánh c: trong dải dòng điện tăng cao làm tăng độ bão hòa từ máy biến dòng xuất hiện hiện tượng các máy biến dòng bão hòa không giống nhau vì vậy có tính đến chức năng khóa bảo vệ. - 2.1.2 Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ khoảng cách thường được sử dụng để bảo vệ cho đường dây trong mạng điện có sơ đồ phức tạp mà vẫn đảm bảo tác động nhanh, chọn lọc và có độ nhạy cao. - Bảo vệ khoảng cách hoạt động dựa trên giá trị dòng điện và điện áp tại điểm đặt rơ le để xác định tổng trở sự cố. - jX100%ZDZD+ZptRĐiểm làm việc lúc bình thườngĐiểm làm việc khi sự cốRhq > 0 Hình 2.14: Đặc tính tứ giác của bảo vệ khoảng cách b) Ảnh hưởng của điện trở sự cố Trong thực tế nhiều trường hợp sự cố ngắn mạch thông qua điện trở trung gian, khi đó giá trị tổng trở đo được bị sai lệch, đặc biệt trường hợp có nhiều nguồn cấp đến làm cho tổng trở sai cả về R và X. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 23 HT1HT2IF1IF2IFRF Hình 2.15: Ảnh hưởng của điện trở sự cố Khi đó, tổng trở đo được là 21 1Fapparent d FFIZ Z RI. - dẫn đến định vị sự cố bị sai, bảo vệ khoảng cách không phát hiện được mặc dù sự cố trong vùng bảo vệ. - Trong trường hợp đường dây dài và mang tải nặng, vùng tải có thể chồng lấn vào đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách. - Việc chồng lấn tải ảnh hưởng đến vùng 3 của bảo vệ khoảng cách. - giá trị tổng trở đo được có thể rơi vào vùng 3 của bảo vệ khoảng cách. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 24 Hình 2.16: Ảnh hưởng của tải đến bảo vệ khoảng cách d) Ảnh hưởng hỗ cảm trên đường dây Xét đường dây song song như hình 2.17: Hình 2.17: Ảnh hưởng của hỗ cảm đường dây song song Tổng trở đo được từ vị trí đặt rơ le Z1 là: 0.3. - (2-15) Ta thấy Zapparent > Zthực, để bảo vệ làm việc đúng cần mở rộng vùng tác động. - e) Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện Xét sơ đồ như hình vẽ bên dưới, tổng trở đo được .ABapparent A CAIIZ Z ZI+=+;thuc A CZ Z Z=+;→apparent thucZZ, cần phải mở rộng vùng tác động của Rơ le, điều này dẫn tới nhược điểm là vùng 2 có thể mở rộng quá vùng 1 của bảo vệ liền kề. - Phụ lục 4: Một số bản ghi và điện trở sự cố trong thực tế (sử dụng phần mềm SIGRA4 của hãng SIEMENS để phân tích) 4.1 Sự cố ĐZ 110kV 172 Nhiệt điện Uông Bí – 172 Xi măng Hải Phòng – 172 Uông Bí 2 ngày Thời điểm 07h30’ ngày Nhiệt điện Uông Bí (A53) báo máy cắt 172 nhảy bảo vệ khoảng cách vùng 2, pha B, khoảng cách 17.8km, tự động đóng lại thành công. - TBA 110kV Uông Bí (E5.18) báo máy cắt 112 nhảy bảo vệ quá dòng cấp 1, pha B, khoảng cách 0.1km, tự động đóng lại thành công. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 70 - Bản ghi dạng sóng dòng điện, điện áp (tại ngăn lộ 172 NĐ Uông Bí): Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 71 - Quỹ đạo tổng trở sự cố của bảo vệ khoảng cách. - Định vị sự cố và điện trở sự cố: vị trí sự cố 17.8km, điện trở sự cố Rf = 4.9Ω Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 72 4.2 Sự cố ĐZ 110kV 171 TBA 220kV Hoành Bồ - 175 Nhiệt điện Uông Bí ngày Thời điểm 14h27’ ngày TBA 220kV Hoành Bồ (E5.8) báo máy cắt 171 nhảy bảo vệ khoảng cách vùng 1, pha ABC, khoảng cách 5.1km, tự động đóng lại thành công, trời mưa sét. - Nhiệt điện Uông Bí (A53) báo máy cắt 175 nhảy bảo vệ khoảng cách vùng 1, pha ABC, khoảng cách 28.1km, trời mưa sét. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 73 - Bản ghi dạng sóng dòng điện, điện áp (tại ngăn lộ 175 NĐ Uông Bí): Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 74 - Quỹ đạo tổng trở sự cố của bảo vệ khoảng cách. - Định vị sự cố và điện trở sự cố: vị trí sự cố 28.1km, điện trở sự cố Rf = 9.4Ω Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 75 4.3 Sự cố ĐZ 110kV 174 Thủy điện Thác Bà – 172 Yên Bái – 171 Lục Yên ngày Thời điểm 04h53’ ngày TĐ Thác Bà (A40) báo máy cắt 174 nhảy bảo vệ khoảng cách, pha B, khoảng cách 68.1 km, tự động đóng lại thành công, trời mưa. - TBA 110kV Yên Bái (E12.1) báo máy cắt 172 nhảy bảo vệ khoảng cách vùng 2, pha B, khoảng cách 9.92 km, tự động đóng lại thành công, trời mưa. - TBA 110kV Lục Yên (E12.4) báo máy cắt 171 nhảy bảo vệ khoảng cách vùng 1, pha B, khoảng cách 33.4 km, tự động đóng lại thành công, trời mưa. - Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 76 - Bản ghi dạng sóng dòng điện, điện áp (tại ngăn lộ 174 Yên Bái): Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 77 - Quỹ đạo tổng trở sự cố của bảo vệ khoảng cách. - Định vị sự cố và điện trở sự cố: vị trí sự cố 9.6km, điện trở sự cố Rf = 22.9Ω Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng Lớp: CH2016A-KTĐ Trang 78 5. - GS.VS Trần Đình Long (2009), Bảo vệ các hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. - Nguyễn Xuân Tùng (2014), Bài giảng bảo vệ và điều khiển hệ thống điện, Dành cho sinh viên hệ Đại học chính quy. - Quyết định số 2896/QĐ-EVN-KTLĐ-TĐ ngày Tập Đoàn Điện lực Việt Nam: Quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống điều khiển tích hợp, cấu hình hệ thống bảo vệ, quy cách kỹ thuật của rơ le bảo vệ cho đường dây và TBA 500kV, 220kV và 110kV của EVN. - Quy định về công tác thí nghiệm đối với rơ le bảo vệ kỹ thuật số
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt