NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN, mô PHỎNG bảo vệ RELAY CHO NHÀ máy điện NHIỆT dư 6x60 MW hòa PHÁT DUNG QUẤT 1 BẰNG ETAP

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CAPSTONE PROJECT
CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG
BẢO VỆ RELAY CHO NHÀ MÁY ĐIỆN NHIỆT DƯ 6x60 MW HÒA PHÁT DUNG QUẤT 1
BẰNG ETAP”

GVHD:

TS. PHẠM VĂN KIÊN

ĐVHT:

KS. NGUYỄN ĐÌNH TIẾN

SVTH:

NGUYỄN MẪN

17D1

BÙI TRƯỜNG THỌ

17D1

NGUYỄN VĂN KIỆP

17D1
1


NỘI DUNG CHÍNH

1

Tổng
Tổng quan
quan nhà
nhà máy
máy và
và tính
tính cấp
cấp thiết
thiết đề
đề tài.
tài.

2

Cơ sở lý thuyết và tính tốn bảo vệ.

3

Mơ hình hóa hệ thống relay và mơ phỏng bảo vệ cho nhà máy.

4

Nhận xét và kết luận.

2


GIỚI THIỆU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
GIỚI THIỆU

+ Để tận dụng phần nhiệt dư sau hệ thống nồi hơi, dập
cốc khô, góp phần chủ động nguồn điện và giảm lượng
cơng suất nhập từ lưới, cơng ty cổ phần thép Hịa Phát
Dung Quất đầu tư xây dựng nhà máy phát điện nhiệt dư
+ Nhà máy có 6 tổ máy phát 6x60MW hịa lên hệ thống
điện KLH qua các máy biến áp tăng áp 10/35kV-75MVA.
+ Mỗi tổ máy phát-máy biến áp hoạt động độc lập và
phát công suất lên hệ thống 110kV cấp cho các phân
xưởng, nhà máy của KLH

Sơ đồ một sơi nhà máy điện nhiệt dư Hòa Phát Dung Quất 1 hoàn thiện

3


Tính cấp thiết của đề tài

LÝ DO

Trong q trình vận hành, nhà máy đã xảy ra một số sự cố ngắn mạch
tác động nhầm hoặc không tác động bảo vệ rơ le làm ảnh hưởng lớn đến

sản xuất. Ví dụ như sự cố ngày 29/09/2020 về nổ đầu cáp 35kV tuy
nhiên bảo vệ chạm đất không tác động và gây ra sự cố ngắn mạch 3 pha.
Do vậy, đề tài “Nghiên cứu, tính tốn mơ phỏng bảo vệ rơle cho nhà
máy phát điện nhiệt dư 6x60MW Hoà Phát Dung Quất 1 bằng ETAP”
sẽ nghiên cứu tính tốn các thơng số cài đặt và mô phỏng các loại rơle
và phối hợp mơ phỏng trên phần mềm ETAP để có thể đánh giá khách
quan các thông số cài đặt hiện tại của nhà máy cũng như trước khi đề
xuất thử nghiệm thực tế khi thử nghiệm chạy thử tổ máy số 5 và số 6.

Sự cố nổ đầu cáp 35kV


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

RELAY
- Các dịng relay kỹ thuật số sử dụng trong hệ thống:
7UM85, 7SJ85, 7SJ804, 7SK804

5


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ MÁY PHÁT
TT

Thơng số

Giá trị

1

Công suất định mức

60 MW

2
2

Tần
Tần số
số định
định mức
mức

50
50 Hz
Hz

3
3

Điện
Điện áp
áp định
định mức
mức

10.5
10.5 kV

kV

4
4

Tốc độ quay định mức
Tốc độ quay định mức

3000 r/min
3000 r/min

5
5

Hệ số công suất
Hệ số công suất

0.8
0.8

6
6

Hiệu suất
Hiệu suất

≥ 97%
≥ 97%

7

7

Phương thức nối
Phương thức nối

Y
Y

8
8

Điện kháng đồng bộ dọc trục

208.58%
208.58%

9
9

Điện kháng đồng bộ ngang trục

206.48%
206.48%

10
10

Điện kháng quá độ dọc trục

23.59%

23.59%

11

Điện kháng siêu quá độ dọc trục

16.91%

12

Khả năng chịu q tải

10 ％

Thơng số chính Máy phát 60MW

Hệ thống chức năng bảo vệ máy phát của nhà máy hiện tại

6


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

TT

Thông số

Giá trị

1

Công suất định mức

75 MVA

2

Tổ đấu dây

YN,d11

3

Tiêu chuẩn áp dụng

IEC60076

4

Tần số định mức

50 HZ

5

Điện áp định mức

(38.5 ±2x2.5%) /10.5 kV

6

Điện áp chịu được tối đa

40.5/12 kV

7

Un%

10.35%

8

Dòng điện định mức

1125/4124 A

9

Khả năng chịu dịng ngắn mạch phía CA

31.5 kA

10

Khả năng chịu dịng ngắn mạch phía HA

63 kA

11

Dịng từ hố

0,3%

12

Tổn hao khơng tải (Po)

38,78 kW

13

Tổn hao có tải - Nấc giữa Pcu

224,2kW

Thông số MBA 10.5/35kV

Hệ thống chức năng bảo vệ MBA của nhà máy hiện tại

7


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ KHÁNG ĐIỆN VÀ TỰ DÙNG
TT

Thơng số

Giá trị

1

Điện áp định mức

10 kV

2

Dịng điện định mức

1500 A

3

X k%

6%

4

Dung lượng kháng

3x8660.3 kVAr 

5

Điện cảm L

0.735 mH

6

Dòng ngắn mạch chịu được 4s

37.5 kA

Thông số kháng điện

TT

Tên

Công suất kVA

Cơng suất kW

Điện áp kV

Dịng điện A

Cosµ

1

MBA FGD

1250

1000

10.5

68

0.8

2

Trạm nén khí

6000

10.5

3

Quạt hút NHND

710

10

51

0.85

4

Quạt hút NHKT

560

10

41

0.84

5

MBA tự dùng

2000

1600

10.5

110

0.8

6

MBA TNK

2000

1600

10.5

110

0.8

7

Động cơ BCN

1400

10

93

0.9

10

43.3

0.79

Hệ thống chức năng bảo vệ kháng điện và phụ tải của nhà máy hiện tại

Thông số tự dùng
8

Động cơ BNTH

560

8


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

MƠ HÌNH HĨA

Sơ đồ mô phỏng tổ máy 1 và 2 trên Etap

9


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

NGẮN MẠCH
Vị trí
Vị trí
1SW4 (CB MBA1)

(A)

(kA)

(kA)

(kA)

(kA)

1125

17.28

7.33

20.52

2.6

1SW4 (CB MBA1)
1-GCB (CB MF1)

1125
4124

17.28
24.15

7.33
14.5

20.52
0.009

2.6
8.58

1-GCB (CB MF1)
1-QF4 (CB KD1)

4124
1500

24.15
49.8

14.5
17.69

0.009
0.009

8.58
3.3

1-QF4 (CB KD1)
1AH07 (CBKD1’)

1500
1500

49.8
17.69

17.69
5.49

0.009
0.009

3.3
3.3

1AH07 (CBKD1’)
1AH01

1500
68

17.69
17.69

5.49
0.491

0.009
0.009

3.3
 

1AH01
1AH02

68
366.6

17.69
17.69

0.491
2.62

0.009
0.009

 
 

1AH02
1AH03

366.6
51

17.69
17.69

2.62
0.387

0.009
0.009

 
 

1AH03
1AH04

51
51

17.69
17.69

0.387
0.387

0.009
0.009

 
 

1AH04
1AH05

51
51

17.69
17.69

0.387
0.387

0.009
0.009

 
 

1AH05
1AH06

51
51

17.69
17.69

0.387
0.387

0.009
0.009

 
 

1AH06
1AH08

51
110

17.69
17.69

0.387
0.786

0.009
0.009

 
 

1AH08
1AH10

110
110

17.69
17.69

0.786
0.786

0.009
0.009

 
 

1AH10
1AH11

110
93

17.69
17.69

0.786
0.76

0.009
0.009

 
 

1AH11
1AH12

93
93

17.69
17.69

0.76
0.76

0.009
0.009

 
 

1AH12
1AH13

93
43.3

17.69
17.69

0.76
0.329

0.009
0.009

 
 

1AH13
1AH14

43.3
43.3

17.69
17.69

0.329
0.329

0.009
0.009

 
 

1AH14
1AH15

43.3
43.3

17.69
17.69

0.329
0.329

0.009
0.009

 
 

1AH15
1AH16

43.3
1250

17.69
24.53

0.329
4.25

0.009
0.009

 
 

1AH16

1250

24.53

4.25

0.009

 

Giá trị dòng ngắn mạch các trường hợp
Vị trí
Vị trí

(kA)

(kA)

(kA)

(kA)

Phía cao MBA1
Phía cao MBA1
(CB MBA1)
(CB MBA1)

17.28
17.28

14.99
14.99

18.67
18.67

20.39
20.39

Đầu cực MF1
Đầu cực MF1
(CB MF1)
(CB MF1)

24.15
24.15

21.64
21.64

0.004
0.004

0.009
0.009

Đầu vào kháng điện (CB KD1)
Đầu vào kháng điện (CB KD1)

49.8
49.8

43.68
43.68

0.004

0.004

0.009
0.009

Đầu vào tự dùng
Đầu vào tự dùng
1AH07 (CBKD1’)
1AH07 (CBKD1’)

17.69
17.69

15.42
15.42

0.004
0.004

0.009
0.009

Bus
Bus tự
tự dùng
dùng 1
1

24.53
24.53

21.14
21.14

0.004
0.004

0.009
0.009

Thơng số dịng làm việc và dịng ngắn mạch sự cố tại các vị trí

10


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ SO LỆCH



Bảo vệ so lệch có hãm

Đoạn a: Dịng điện ngưỡng thấp của bảo vệ. (hệ số hãm = 0)
+ MBA: dòng này phụ thuộc vào dịng từ hóa MBA, sai số CT, sự thay đổi đầu phân áp cùa máy biến áp.
+ Máy phát, kháng điện: sai số CT 2 đầu.
Đoạn b: khi dòng qua đối tượng tăng lên quá dòng định mức (quá tải) →sai số BI tăng lên → dòng KCB tăng
lên→ BVSL tác động nhầm. Trường hợp này phải sử dụng đến dòng hãm để hãm bảo vệ, đoạn b của đặc tính
tương ứng với trạng thái làm việc này
Đoạn c: dòng qua đối tượng tiếp tục tăng mạnh (sự cố nm ngồi), dịng sự cố lớn→ các BI có thể bị bảo hịa→

dịng SL tăng mạnh buộc phải tăng tác động hãm.
Đoạn d: vùng làm việc sự cố trong vùng. Khi dòng điện so lệch ISL vượt quá ngưỡng cao này, bảo vệ sẽ tác động
ngay mà khơng xét đến dịng điện hãm IH và các sóng hài dùng để hãm bảo vệ
Đặc tính bảo vệ 87 của 7UM85

11


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ MÁY PHÁT

Dịng so lệch cấp 1:

Idiff > =

Điểm gãy 1:

Intersection 1

Điểm gãy 2:

Intersection 2



Bảo vệ so lệch máy phát 87G

K at × f nI × IdmF 1.2 × 2 × 0.05 × 4124
=

= 0.42
CT
1200
0.5 × IdmF 0.5 × 4124
=
=
= 1.72
CT
1200
2 × IdmF 2 × 4124
=
=
= 6.87
CT
1200

Trên cơ sở dịng khơng cân bằng tăng lên trong trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ:

Slope Section 1 = 30%
Do ảnh hưởng của sai số bão hịa CT khi có dịng lớn đi qua CT nên độ dốc 3 được đặt theo giá trị mặc định:
Đặc tính bảo vệ so lệch máy phát của 7UM85
Slope Section 2 = 70%
Dịng so lệch cấp 2:

Idiff >> ≥

1
1
1
1

×
I
×
=
×
4124
×
= 4.1
1200
x''d dmF CT 0.1691
12


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ MÁY PHÁT



Bảo vệ chạm đất 90% cuộn dây stator

Điện áp dư tại điểm trung tính máy phát

Phương pháp

Điện áp dư tại đi máy phát và dịng tại điểm
trung tính

Sơ đồ bảo vệ
13

2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN



BẢO VỆ MÁY PHÁT
 



Bảo vệ chạm đất Stator 64S-90%

Sử dụng điện áp dư tại điểm trung tính máy phát

Vng =

Vpri
3

=

6.062
3

= 3.5(kV)

- Điện áp xuất hiện trong 10% từ cuộn dây đến điểm trung tính:

10%× Vng = 10%× 3.5 = 0.35(kV)

- Điện áp thứ cấp của MBA trung tính lúc này :
Sơ đồ bảo vệ
- Tỉ số MBA nối đất trung tính:

NGT =

Vpri
Vsec

- Điện áp giữa trung tính và nối đất máy phát khi sự cố tại đi máy phát:

=

6062(V)
220(V)

Vsec =

0.35× 220
= 12.7(V)
6.062

- Để bảo vệ 90% cho cuộn dây, cài đặt giá trị điện áp nhỏ hơn 12.7(V)
→

Cài đặt:

V0 = 11(V)

Thời gian tác động: t=1(s)

14


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN



BẢO VỆ MÁY PHÁT


 

Sử dụng điện áp dư tại đuôi máy phát ∆V và dịng tại điểm trung tính

6062 2
RR = RNGR .(
) = 1.(
) = 759.23( Ω)
Vsec
220
6062
I
=
= 7.98(A)
- Dịng chạm đất:
GF
759.23
10%× IGF = 0.1× 7.98 = 0.798(A)
- Bảo vệ 90%:

2

- Dịng điện chạm đất thứ cấp:

IE =

0.798× 5
= 0.099(A)
40

 → Cài = 0.08(A)

- Điện áp tại cuộn dây tam giác hở khi chạm đất 1 pha tại đuôi MF :

 

- Giá trị của điện trở nối đất trung tính MF:

Vpri

Bảo vệ chạm đất Stator 64S-90%

với

NCT =

40
5

- Bảo vệ 90% cuộn dây, điện áp tại cuộn dây tam giác hở:

 

- Điện áp thứ cấp cuộn tam giác hở:
 

 → = 11.01(V)
 

→ Cài = 10.5(V)

- Thời gian tác động: t = 0.5s
Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ

15


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ Q DỊNG

- Dòng khởi động 50:
- Dòng khởi động 51/67:



Bảo vệ quá dũng 50/51/67/67N

I50 = (1.2 ữ 1.5) ì I Nng max
I51/67 = (1.2 ữ 1.4) ì Ilv max

- Dũng khi ng 67N:

I67N = 1.2× K kcbtt = 1.2× K kck × Kdn × fBI × INngmax
-Thời gian khởi động cài theo đặc tính phụ thuộc:
+ Chọn tiêu chuẩn IEC: Normal Inverse (NI)

+ Bội số dịng:

+ Thời gian tác động:

I3N
k=
I kdR × CT
0.14
t = 0.02 × Tp
k −1
Đặc tính phụ thuộc NI

Hướng bảo vệ 67 và 67N
16


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

BẢO VỆ MÁY PHÁT



Bảo vệ q dịng có hướng 67

- Dịng khởi động sơ cấp:

Isc = k at × Ilv max = 1.2 × 4124 = 4948.9(A)

- Dòng khởi động relay:

I kd =

Isc 4948.9
=
= 4.124
CT 1200

- Thời gian khởi động cấp 1: chọn đặc tính độc lâp t=0.3s:
- Thời gian khởi động cấp 2 cài theo đặc tính phụ thuộc:
+ Chọn tiêu chuẩn IEC: Normal Inverse (NI)
+ Thời gian tác động: 1.8s
+ Bội số dịng:

+ Ta có:
- Hướng tác động: hướng thuận

I3N
24.15× 1000
k=
=
= 4.88
I kdR × CT 4.124× 1200
0.14
t=

× Tp = 1.8 → Tp = 0.41
0.02
4.88 − 1
Đặc tính phụ thuộc NI

17


2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN



BẢO VỆ TỰ DÙNG
Xét động cơ quạt hút NHND:

Bảo vệ quá dòng 50/51/67N

- Dòng khởi động 51:

Tên

Cơng suất kVA

Điện áp kV

Dịng điện A

Cosµ

Quạt hút NHND

710

10

51

0.85

I51 =

1.4 × I lv max 1.4 × 51
=
= 3.57(A)
CT
20

+ Thời gian tác động: chọn đặc tính độc lâp t=20s

- Dòng khởi động 67N:
Biến dòng BI

Sơ cấp

Dòng điện (A)

100

Thứ cấp

5

- Dịng khởi động 50:

I50 =

1.5 × I Nng max
CT

+ Thời gian tác động: t=0s

=

1.5 × 387
= 29.03(A)
20

1.2× K kck × Kdn × fBI × I lvmax
CT
1.2× 1× 1× 0.05× 51
=
= 0.16(A)
420

I67N =

+ Hướng tác động: hướng thuận (từ TC10kV vào động cơ)
+ Thời gian tác động: t=0.3s

18

2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN

TÍNH TỐN

19


3.MÔ PHỎNG BẢO VỆ và hiệu chỉnh

SƠ ĐỒ BẢO VỆ

20


3.MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG BẢO VỆ

ĐẶC TÍNH Q DỊNG
- Các đặc tính này được xác định từ bảo vệ xa nguồn nhất (động cơ/MBA tự dùng) đến bảo vệ
gần nguồn nhất (MF và HT35kV).

- Các đường đặc tính đảm bảo phối hợp có tính chọn lọc, vùng làm việc đều chắc chắn.

- Bảo vệ chính cho phụ tải tự dùng. Một tự dùng sự cố sẽ cắt nhanh (RL03-50) 0s cơ lập sự cố,
sẽ có hệ thống tự dùng dữ phịng. Trường hợp relay khơng tác động thì relay BVMF1 và
BVMBA1 tác động, không để ảnh hưởng tới các tổ máy phát cịn lại.

Đặc tính phối hợp bảo vệ quá dòng pha
21

KẾT QUẢ mô phỏng

BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
Xét chạm đất 1 pha phía cao áp máy biến áp:

+ Bảo vệ chính BVMBA1-87 tác động với thời gian 0s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ở ngưỡng dòng 7,567kA với thời gian
cắt 0,3s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMBA1 tác động 17,281kA với thời gian cắt 0,4s.

Chạm đất 1 pha phía cao áp máy biến áp

22


KẾT QUẢ mô phỏng

BẢO VỆ MÁY PHÁT
Xét ngắn mạch 2 pha phía đầu cực máy phát:

+ Bảo vệ chính BVMF1-87 tác động với thời gian 0s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ở ngưỡng dòng 21.637kA với thời gian
cắt 0,3s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMBA1 tác động 7.33kA với thời gian cắt 0,4s.

Ngắn mạch 2 pha đầu cực máy phát
23


KẾT QUẢ Mô phỏng

BẢO VỆ MÁY PHÁT
Xét chạm đất 1 pha ở máy phát:
+ Bảo vệ chạm đất 64S-90% của BVMF1 tác động với thời gian 0.5s.

+ Trường hợp sự cố trong vùng 5-10% gần điểm trung tính, sẽ có bảo vệ 64S100% báo tín hiệu cảnh báo.

Chạm đất 1 pha máy phát
24


KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

BẢO VỆ KHÁNG ĐIỆN
Xét ngắn mạch 3 pha tại kháng điện:
+ Bảo vệ chính BVKD1-87 tác động cắt với thời gian 0s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ở ngưỡng dòng 8.58kA với thời gian cắt
0,3s.

+ Bảo vệ dự phòng BVMB1 tác động ở ngưỡng dòng 2,605kA với thời gian
cắt 0,4s

Ngắn mạch 3 pha kháng điện

25