Bảo vệ rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp 11022kv sơn hải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.02 MB, 101 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
HOÀNG VIỆT PHƯƠNG
BẢO VỆ RƠLE KỸ THUẬT SỐ CHO TRẠM BIẾN ÁP
110/22KV SƠN HẢI
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Lê Công Thành
HÀ NỘI, NĂM 2017
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực
hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận văn
Hoàng Việt Phương
i
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS Lê Công Thành đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng
dẫn cho tôi hoàn thành luận vặn này. Ngoài ra tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến toàn
thể quý thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật điện, khoa Năng lượng trường Đại học Thủy lợi
đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điện kiện thuận lợi nhất cho
tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn này.
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................vi
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... vii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110KV SƠN HẢI ............................1
1.1
Vị trí, vai trò, lịch sử phát triển ..........................................................................1
1.2
Nguyên lý làm việc ............................................................................................2
1.3
Thông số và các thiết bị chính ...........................................................................5
1.3.1
Thông số thiết bị phía 110kV của trạm .......................................................5
1.3.2
Thông số thiết bị phía 22kV của trạm .........................................................8
1.4 Kết luận 1............................................................................................................13
CHƯƠNG 2
2.1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ .............14
Cơ sở rơle kỹ thuật số ......................................................................................14
2.1.1
Giới thiệu chung ........................................................................................14
2.1.2
Cấu trúc phần cứng của rơle kỹ thuật số ...................................................16
2.1.3
Giao diện của rơle kỹ thuật số ...................................................................17
2.1.4
Môi trường làm việc của rơle ....................................................................18
2.2
Rơle kỹ thuật số của hãng SIEMENS .............................................................. 19
2.2.1
Rơle bảo vệ so lệch 7UT633 .....................................................................19
2.2.2
Rơle số 7SJ621 ..........................................................................................35
2.3
Rơle kỹ thuật số của hãng ALSTOM – Rơle kỹ thuật số họ MICOM P63x ...44
2.3.1
Giới thiệu chung ........................................................................................44
2.3.2
Các thông số kỹ thuật của họ Micom P63x ..............................................45
2.3.3
Các chức năng chính của họ rơle Micom P63x ........................................48
2.4
Kết luận 2 .........................................................................................................56
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO
VỆ CHO TRẠM BIẾN ÁP 110kV SƠN HẢI .............................................................. 58
3.1 Cơ sở bảo vệ rơle trạm biến áp 110kV .............................................................. 58
3.1.1
Các dạng hư hỏng của máy biến áp ..........................................................58
3.1.2
Các yêu cầu với hệ thống bảo vệ............................................................... 58
3.1.3
Nguyên lý hoạt động của các loại bảo vệ ..................................................60
iii
3.2 Lựa chọn phương thức bảo vệ rơle cho trạm biến áp 110kV Sơn Hải ...............67
3.2.1
Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp ..............................................67
3.2.2
Lựa chọn phương thức bảo vệ đường dây.................................................69
3.3 Tính toán ngắn mạch ..........................................................................................69
3.3.1
Điện kháng các phần tử và sơ đồ thay thế.................................................69
3.3.2
Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ nguồn 110kV Ninh Phước (E1)
...................................................................................................................71
3.3.3
Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ nguồn 110kV Tháp Chàm (E2)
...................................................................................................................72
3.3.4 Tính toán ngắn mạch khi TBA nhận điện từ 2 nguồn do 2 TBA 110kV Ninh
Phước và 110kV Tháp Chàm cung cấp .................................................................74
3.4 Tính toán chỉnh định ........................................................................................... 79
3.4.1
Những chức năng bảo vệ dùng rơle 7UT633 ............................................80
3.4.2
Những chức năng bảo vệ dùng rơle 7SJ621 .............................................86
3.4.3
Cài đặt thông số rơle .................................................................................88
3.5 Kết luận 3............................................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 92
iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp .............................................................................5
Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng (điển hình) của rơle kỹ thuật số ....................................16
Hình 2.2 Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT633 ...........................................25
Hình 2.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch MBA rơle 7UT633 ...............................................27
Hình 2.4 Đặc tính tác động của rơle 7UT633 .............................................................. 28
Hình 2.5 Vùng hãm bổ sung bảo vệ so lệch .................................................................30
Hình 2.6 Nguyên lý bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT633. ..........................32
Hình 2.7 Đặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế. ................................ 34
Hình 2.8 Cấu trúc phần cứng của rơle 7SJ621 ............................................................ 37
Hình 2.9 Đặc tính dốc bình thường bảo vệ quá dòng có thời gian ............................... 39
Hình 2.10 Đặc tính rất dốc thường bảo vệ quá dòng có thời gian................................ 40
Hình 2.11 Đặc tính cực dốc thường bảo vệ quá dòng có thời gian .............................. 40
Hình 2.12 Nguyên lý chống hư hỏng máy cắt .............................................................. 42
Hình 2.13 Sơ đồ chức năng của rơle Micom P63x ......................................................48
Hình 2.14 Đặc tính cắt của bảo vệ so lệch ...................................................................51
Hình 2.15 Đặc tính cắt của bảo vệ dòng chạm đất có giới hạn ....................................53
Hình 2.16 Đồ thị biểu diễn đặc tính cắt với θp=0%. .....................................................55
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm ........................................................60
Hình 3.2 Đồ thị vectơ của dòng điện làm việc và dòng điện hãm khi có ngắn mạch ngoài
và trong vùng bảo vệ…………………………………………………………..............60
Hình 3.3 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm………………………………61
Hình 3.4 Bảo vệ chống chạm đất hạn chế của MBA 3 cuộn dây…………...………….62
Hình 3.5 Nơi đặt rơle khí và cấu tạo rơle khí …………………………………...……..64
Hình 3.6 Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp………………………………..68
Hình 3.7 Sơ đồ tính toán ngắn mạch ...........................................................................71
Hình 3.8 Sơ đồ tính toán ngắn mạch ...........................................................................73
Hình 3.9 Sơ đồ tính toán ngắn mạch ...........................................................................75
Hình 3.10 Đặc tính tác động của bảo vệ so lệch có hãm .............................................82
v
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Ví dụ minh hoạt cài đặt rơle hãng Siemens ..................................................26
Bảng 2.2 Ví dụ minh họa cài đặt rơle 7SJ621 .............................................................. 44
Bảng 2.3 Các chức năng bảo vệ của rơle Micom P63x………………………………45
Bảng 3.1 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……………………………..72
Bảng 3.2 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……………………………..74
Bảng 3.3 Dòng điện ngắn mạch qua các máy biến dòng……………………………..77
Bảng 3.4 Bảng kết quả tính toán ngắn mạch ................................................................ 78
Bảng 3.5 Bảng tính toán ngắn mạch sau quy đổi .........................................................79
Bảng 3.6 Các thông số kỹ thuật của máy biến áp.........................................................79
Bảng 3.7 Kết quả tính toán ngắn mạch ở các phía .......................................................79
Bảng 3.8 Cài đặt thông số máy biến áp ........................................................................88
Bảng 3.9 Cài đặt thông số cho rơle phía 110kV........................................................... 89
Bảng 3.10 Cài đặt thông số cho rơle phía 22kV........................................................... 90
vi
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của Đề tài:
Trạm biến áp là một trong ba thành phần quan trọng không thể thiếu của hệ thống
điện;
Trạm biến áp 110/22kV tại thôn Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Thuận Nam, tỉnh
Ninh Thuận có vai trò cấp điện cho công tác thi công xây dựng nhà máy điện hạt nhân
Ninh Thuận 1 tại thôn Sơn Hải, các công trình xây dựng lân cận và đảm bảo năng lượng
cho sự phát triển kinh tế-xã hội của địa phương;
Hệ thống bảo vệ rơle quyết định đến sự hoạt động an toàn ổn định của trạm biến áp
và lưới điện khu vực;
Hiện nay công trình trạm biến áp nói trên đã được đưa vào vận hành từ giữa năm
2017. Chính vì thế đề tài nghiên cứu về hệ thống bảo vệ rơle của trạm là vô cùng cần
thiết để làm cơ sở cho sự đánh giá, so sánh với hệ thống bảo vệ hiện thời đang sử dụng
trong trạm và có khả năng ứng dụng vào thực tiễn trong trường hợp cần thay thế hệ
thống bảo vệ rơle mới do hệ thống hiện thời hoạt động không ổn định hoặc không đáp
ứng được các yêu cầu vận hành thực tế.
2. Mục đích của Đề tài:
Nghiên cứu và đánh giá tổng quan về hiện trạng trạm biến áp 110kV nói trên, đặc
biệt về hệ thống bảo vệ rơle;
Nghiên cứu và đánh giá tổng quan về các loại rơle kỹ thuật số chính đang sử dụng
trong các trạm biến áp điện lực;
Tính toán, lựa chọn, chỉnh định các rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp nói trên.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Trạm biến áp 110kV tại thôn Sơn Hải, xã Phước
Dinh, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
Thu thập phân tích số liệu;
vii
Nghiên cứu giáo trình, lý thuyết về bảo vệ rơle trạm biến áp, về rơle kỹ thuật số để
lựa chọn hệ thống rơle số phù hợp;
Tính toán và mô phỏng để xác định các thông số chỉnh định của hệ thống rơle đã đề
xuất.
5. Cấu trúc của luận văn
Gồm 03 chương với các nội dung về: Giới thiệu về trạm biến áp 110kV Sơn Hải, Nghiên
cứu tổng quan về rơle kỹ thuật số và Nghiên cứu thiết kế hệ thống rơle kỹ thuật số bảo
vệ cho trạm biến áp 110kV Sơn Hải. Ngoài ra sau khi hoàn thành nội dung chính, phần
Kết luận và kiến nghị cho toàn bộ luận văn sẽ được đưa ra.
viii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110KV SƠN HẢI
1.1 Vị trí, vai trò, lịch sử phát triển
Trạm biến áp 110kV được xây dựng tại thôn Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Thuận
Nam, tỉnh Ninh Thuận nằm trong dự án đầu tư xây dựng hệ thống cấp điện phục vụ thi
công nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN) Ninh Thuận 1 (cũng được xây dựng tại thôn
Sơn Hải) do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) làm chủ đầu tư.
Hệ thống cấp điện phục vụ thi công NMĐHN Ninh Thuận 1 gồm 2 hạng mục: đường
dây 110kV và trạm biến áp 110/22kV-25MVA. Trong giai đoạn này, để đáp ứng công
suất tiêu thụ yêu cầu, trạm biến áp sẽ lắp đặt 01 máy biến áp 110/22kV-25 MVA. Mục
đích của trạm biến áp là cung cấp điện phục vụ quá trình thi công xây dựng NMĐHN
và cấp điện cho các phụ tải trong khu vực lân cận. Trong giai đoạn sau (sau khi hoàn
thành công tác xây dựng NMĐHN Ninh Thuận 1) sẽ tùy theo yêu cầu thực tế để xem
xét việc lắp đặt thêm 01 máy biến áp.
Công tác thiết kế công trình hệ thống cấp điện phục vụ thi công NMĐHN Ninh Thuận
1 được tổ chức thực hiện bắt đầu từ năm 2012 và được phê duyệt trong năm 2014. Các
công tác thi công xây dựng công trình (đường dây 110kV và trạm biến áp 110/22kV25MVA) được tiến hành từ đầu năm 2015 và hoàn thành, bàn giao đưa vào sử dụng từ
giữa năm 2017.
Vị trí trạm biến áp: Phía Đông giáp với tuyến đường ven biển (cách tuyến đường 31m).
Các phía Bắc, phía Nam và phía Tây giáp với khu vực đồi núi trồng cây nem và bụi rậm.
Cách thành phố Phan Rang – Tháp Chàm khoảng 15km về phía Đông-Nam.
Toàn bộ mặt bằng trạm với diện tích 4371 m2 được chia làm 2 khu vực chính: sân phân
phối 110kV và khu vực nhà điều khiển - phân phối.
Sân phân phối 110kV được thiết kế xây dựng với 03 nhịp 10m để có thể lắp đặt 02 ngăn
đường dây 110kV như sau:
+
Ngăn E01: Ngăn đường dây 110kV đến TBA 110kV Ninh Phước;
1
+
Ngăn E02: Ngăn đường dây 110kV đến TBA 110kV Tháp Chàm.
Nhà điều khiển - phân phối có kích thước 10,4m x 21,6m (diện tích: 224,64m2), 1 tầng
và được bố trí các phòng như sau:
+
Phòng điều khiển: trong đó bố trí các tủ bảng điều khiển, bảo vệ, tủ AC, DC và các
thiết bị cho hệ thống viễn thông. Phòng này luôn có nhân viên trực vận hành.
+
Phòng ắc quy: trong đó bố trí 01 bộ ắc quy 220VDC-120Ah/5h
+
Phòng phân phối: trong đó bố trí các tủ phân phối 22kV cung cấp cho các phụ tải
khu vực.
+
Ngoài ra còn có các phòng như: phòng trưởng trạm, kho và khu vệ sinh.
Do có chủ trương của Quốc hội về việc dừng đầu tư xây dựng các NMĐHN tại tỉnh
Ninh Thuận (nghị quyết số 31/2016/QH14 ngày 22/11/2016) nên sau khi hoàn thành
xây dựng vào giữa năm 2017, công trình đường dây 110kV và trạm biến áp 110kV đã
được bàn giao lại cho Công ty lưới điện cao thế miền Nam thuộc Tổng công ty Điện lực
miền Nam vận hành để cung cấp điện cho phụ tải khu vực, phục vụ sự phát triển kinh tế
xã hội của địa phương.
1.2 Nguyên lý làm việc
Trạm được cấp điện bởi tuyến đường dây 110kV mạch kép (ACSR-300/39) dài 13,6 km
có điểm đầu được đấu nối tại cột xây dựng mới trong khoảng cột 64-65 của đường dây
110kV Ninh Phước-Tháp Chàm (hiện có) về đến điểm cuối tại thanh cái 110kV của
TBA 110kV.
HTPP 110kV được bố trí về phía Tây của trạm để nhận điện từ các đường dây 110kV
đấu nối với đường dây 110kV Tháp Chàm – Ninh Phước (hiện có).
Số lộ ra ở các cấp điện áp:
Phía 110kV: TBA 110kV được cấp điện từ đường dây mạch kép. Để đảm bảo vận
hành an toàn cho lưới điện hiện có, đường dây mạch kép này cắt đôi đường dây 110kV
Tháp Chàm – Ninh Phước tại điểm đấu nối nằm giữa khoảng cột 64-65 đường dây Tháp
Chàm - Ninh Phước (hiện có). Như vậy TBA có 02 lộ đường dây 110kV.
2
Phía 22kV: TBA có 04 lộ xuất tuyến 22kV để cấp điện cho 04 đường dây 22kV và
01 ngăn lộ tổng MBA, 01 ngăn phân đoạn. Các đường dây 22kV sẽ đảm bảo cung cấp
điện cho các phụ tải yêu cầu.
Sơ đồ nối điện chính:
Phía 110kV: Trong giai đoạn đầu này sử dụng sơ đồ “Chữ H thiếu” gồm 02 ngăn
đường dây, 01 ngăn lộ tổng MBA được lắp đặt ngoài trời.
Phía 22kV: Sử dụng sơ đồ 01 hệ thống thanh cái. Trong giai đoạn đầu này lắp đặt
01 tủ lộ tổng MBA, 04 tủ ngăn xuất tuyến, 01 tủ MBA tự dùng và 01 tủ máy biến điện
áp đo lường. HTPP 22kV sử dụng các tủ phân phối trọn bộ 22kV lắp đặt trong nhà.
Hệ thống điều khiển – bảo vệ:
Hệ thống điều khiển, rơle bảo vệ, tự động, đo lường, báo động của TBA 110 kV
được trang bị cho các phần tử sau:
+
01 MBA 110/22 kV- 25 MVA;
+
02 ngăn đường dây 110kV;
+
01 thanh cái 22 kV;
+
04 lộ xuất tuyến 22 kV.
Nguồn điện thao tác và các tín hiệu đầu vào phục vụ cho hệ thống điều khiển, rơle
bảo vệ - tự động, đo lường có các đặc tính kỹ thuật sau:
+
Điện thao tác xoay chiều 380/220V;
+
Điện thao tác một chiều 220V;
+
Dòng điện thứ cấp của các biến dòng có giá trị định mức 1A;
+
Điện áp thứ cấp của các máy biến điện áp có giá trị định mức 110/√𝟑 V.
Hệ thống điện tự dùng:
3
Điện tự dùng xoay chiều: Trong giai đoạn đầu này sử dụng 01 MBA tự dùng
22/0,4kV-100kVA nhận điện từ hệ thống phân phối 22kV của trạm;
Điện tự dùng một chiều: Sử dụng 01 bộ ắc quy Niken-Cadmi (NiCd), điện áp
220VDC, dung lượng 120Ah/5h.
Hệ thống nối đất, chống sét:
Hệ thống nối đất sử dụng hệ thống cọc – thanh và các giếng tiếp địa. Cọc tiếp địa
sử dụng cọc thép mạ đồng phi 22, dài 5m; dây tiếp địa sử dụng dây thép mạ đồng phi
12;
Chống sét đánh trực tiếp sử dụng các kim thu sét bố trí trên các cột cổng thanh cái
và cột chống sét độc lập;
Chống sét lan truyền sử dụng các chống sét van lắp đặt tại các đầu vào và ra của
MBA lực.
4
Hình 1.1 Sơ đồ nối điện trạm biến áp
1.3 Thông số và các thiết bị chính
1.3.1 Thông số thiết bị phía 110kV của trạm
1.3.1.1 Máy biến áp 110/22kV-25MVA
- Kiểu
: 3 pha, 2 cuộn dây có điều chỉnh điện áp
dưới tải, lắp đặt ngoài trời, có bộ điều chỉnh
điện áp dưới tải (OLTC) ở phía 110kV
- Kiểu làm mát
: ONAN/ONAF
- Công suất định mức
: 25MVA
5
- Tỷ số biến đổi
: 1159x1,78%/23 kV
- Tần số
: 50Hz
- Tổ đấu dây
: YNyn0
- Nhiệt độ giới hạn cuộn dây
: 600C
- Nhiệt độ giới hạn dầu
: 550C
- Điện áp ngắn mạch của MBA
: UN = 10,3%
1.3.1.2 Máy biến áp tự dùng 22/0,4kV-100kVA
- Kiểu
: 3 pha, 2 cuộn dây, lắp đặt ngoài trời
- Kiểu làm mát
: ONAN
- Công suất định mức
: 100 kVA
- Tỷ số biến đổi
: 23 2 x 2,5% / 0,4KV
- Tần số
: 50Hz
- Tổ đấu dây
: YNyn0
- Tổn thất có tải
: 2 kW
1.3.1.3 Máy cắt 110kV
- Kiểu
: ngoài trời, 3 cực, khí SF6
- Điện áp định mức của thiết bị
: 123kV
- Tần số
: 50Hz
- Dòng điện định mức
: 1250A
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch
: 25kA/3s
- Dòng cắt ngắn mạch định mức
: 25kA
- Hệ số cắt đồng thời
: 1,5
- Chu kỳ thao tác định mức:
+ Cho thao tác đóng lặp lại: O-0,3sec - CO
- 3min – CO
+ Không sử dụng đóng lặp lại: O-0,3min
- CO - 3min– CO
- Tổng thời gian cắt
: 70ms
- Tổng thời gian đóng
: 100ms
- Tự động đóng lặp lại
: 3 pha
6
- Chiều dài dòng rò trên cách điện
: 31mm/kV
1.3.1.4 Dao cách ly 110kV
- Kiểu
: Ngoài trời, 3 cực, cắt giữa tâm, 2 trụ sứ
quay với một (hai) lưỡi tiếp đất
- Điện áp định mức
: 123 kV
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Dòng điện định mức
: 1250 A
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch : 25kA/3s
định mức
1.3.1.5 Máy biến dòng 110kV
- Kiểu
: 01 pha, ngâm trong dầu, kiểu kín, lắp
ngoài trời.
- Điện áp định mức
: 123 kV
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Chiều dài dòng rò trên cách điện
: 31mm/kV
- Tỷ số dòng
: 200-400-800/1/1/1/1/1A
- Cấp chính xác:
+ Cuộn 1 (cho bảo vệ)
: 5P20
+ Cuộn 2 (cho đo lường)
: 0,5
+ Cuộn 3 (cho đo lường)
: 0,5
+ Cuộn 4 (cho bảo vệ)
: 5P20
+ Cuộn 5 (cho bảo vệ)
: 5P20
- Công suất
: 5x20 VA
- Dòng quá tải định mức
: 1,2 x 800 A
- Dòng ngắn mạch định mức
: 25 kA/3s
- Giới hạn nhiệt độ của cuộn dây
: 60oC
1.3.1.6 Máy biến điện áp 110kV
- Kiểu
: Một pha đặt ngoài trời, kiểu tụ
- Điện áp định mức
: 123 kV
7
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Tỷ số
: 110:√3/110:√3/110:√3
- Điện áp định mức phía thứ cấp:
+ Cuộn 1
: 110:√3
+ Cuộn 2
: 110:√3
+ Cuộn 3
: 110:√3
- Cấp chính xác:
+ Cuộn 1 (cho đo lường)
: 0,5
+ Cuộn 2 (cho đo lường)
: 0,5
+ Cuộn 3 (cho bảo vệ)
: 3P
- Công suất định mức
: 3x25VA
1.3.1.7 Chống sét van 110kV
- Kiểu
: Ngoài trời, kiểu ZnO không có khe hở,
đấu nối giữa pha và đất
- Điện áp hệ thống lớn nhất
: 121 kV
- Điện áp danh định
: 96 kV
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Điện áp làm việc lớn nhất
: 76 kV rms
1.3.2 Thông số thiết bị phía 22kV của trạm
1.3.2.1 Chống sét van 22kV
- Kiểu
: Ngoài trời, kiểu ZnO không có khe hở,
đấu nối giữa pha và đất
- Điện áp hệ thống lớn nhất
: 24 kV
- Điện áp định mức
: 21 kV
- Tần số định mức
: 50 Hz
1.3.2.2 Đặc tính kỹ thuật của tủ phân phối hợp bộ 22kV
a) Tổng quát
- Kiểu
: Trong nhà, kiểu kéo, một thanh cái
- Điện áp định mức
: 24 kV
8
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Dòng định mức thanh cái
: 2.500A
- Dòng ngắn mạch định mức
: 25kA/1s
- Chiều dài dòng rò
: 31mm/kV
- Cấp bảo vệ
: IP 41 (vỏ tủ), IP 2x (giữa các ngăn)
- Kích thước tủ bảng
: 800x1.800x2.200mm
- Nguồn tự dùng:
+ Cho động cơ
: 220V DC
+ Cho mạch điều khiển (đóng và : 220V DC
cắt)
+ Cho mạch sấy và chiếu sáng
: 220V AC
b) Tủ máy cắt lộ tổng 22kV
(i) Máy cắt
- Kiểu
: 3 cực, loại khí SF6 hoặc chân không
- Điện áp định mức
: 24 kV
- Tần số định mức
: 50 Hz
- Dòng định mức
: 2.500A
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch
: 25kA/1s
- Dòng cắt định mức
: 25kA
- Chu kỳ đóng cắt
: O-0,3sec - CO - 3min - CO
- Tổng thời gian cắt
: 85ms
- Tổng thời gian đóng
: 100ms
- Tuổi thọ bộ truyền động
: 10.000 lần
(ii) Biến dòng điện
- Kiểu
: một pha, vỏ nhựa tổng hợp, kiểu kín
- Điện áp định mức
: 24 kV
- Số cuộn dây thứ cấp
: 02
- Tỷ số dòng
: 1.600-1.800-2.000/1/1A
- Cấp chính xác
: 0,5/5P20
9
- Công suất
: 2x20VA
- Số lượng
: 03 cái.
(iii) Biến điện áp
- Kiểu
: một pha, vỏ nhựa tổng hợp, kiểu kín
- Điện áp định mức
: 24 kV
- Số cuộn dây thứ cấp
: 01
- Tỷ số áp
: 22000:√3/110:√3 V
- Cấp chính xác
: 0,5
- Công suất
: 1x50VA
- Số lượng
: 03 cái.
(iv) Dao tiếp địa
- Kiểu
: 03 pha truyền động bằng tay
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch:
: 25kA/1s
(v) Đo lường
- Đồng hồ số đa chức năng đo
: A, MW, MVAR, MWh, MVARh: lắp
đặt tại tủ điều khiển MBA tương ứng
(vi) Rơle bảo vệ
- Rơ le cắt và khóa
: lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng
- Rơ le giám sát mạch cắt máy cắt
: lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng
- Bảo vệ quá dòng lộ tổng
: lắp tại tủ bảo vệ MBA tương ứng
(vii) Thiết bị điều khiển
- Hệ thống điều khiển máy cắt lộ tổng 22kV được thực hiện tại bảng điều khiển
đặt tại phòng điều khiển.
- Các khóa điều khiển & chỉ thị cho máy cắt & dao tiếp địa tại tủ lộ tổng 22kV
được lắp đặt mặt trước tủ lộ tổng theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic).
(viii) Ngăn đấu nối cáp
- Cần thiết phải trang bị ngăn đấu cáp bao gồm tấm luồn cáp đã được khoan lỗ và
lắp các tấm đệm đủ dùng cho 9 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện
500mm2.
- Trang bị một bộ 03 kẹp cực (mỗi bộ cho 1 pha) dùng để đấu nối 9 sợi cáp đồng
22kV, cách điện XLPE, tiết diện 500mm2, 3 sợi/pha.
c) Tủ máy cắt xuất tuyến 22kV
(i) Máy cắt
10
- Kiểu
: 3 cực, loại khí SF6 hoặc chân không
- Điện áp định mức
: 24kV
- Dòng định mức
: 1.250A
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch
: 25kA/ 1s
- Dòng cắt định mức
: 25kA
- Chu kỳ đóng cắt
: O-0,3sec - CO - 3min - CO
- Tổng thời gian cắt
: ≤ 85ms
- Tổng thời gian đóng
: ≤ 100ms
- Tuổi thọ bộ truyền động
: ≥ 10.000 lần
(ii) Biến dòng điện
- Kiểu
: một pha, vỏ nhựa tổng hợp, kiểu kín
- Điện áp định mức
: 24kV
- Số cuộn dây thứ cấp
: 02
- Tỷ số dòng
: 400-600-800/1/1A
- Cấp chính xác
: 0,5/5P20
- Công suất
: 2x20VA
- Số lượng
: 03 cái
(iii) Dao tiếp địa
- Kiểu
: 03 pha truyền động bằng tay
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch
: 25kA/1s
(iv) Đo lường
- Đồng hồ số đa chức năng đo: A, MW, MVAR, MWh, MVARh.
(v) Rơle bảo vệ
- Bảo vệ quá dòng và quá dòng chạm đất có hướng bao gồm các chức năng chính
sau:
+ Bảo vệ quá dòng 3 pha & quá dòng chạm đất (F50/F51, F50/F51N);
+ Bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số (F81);
+ Bảo vệ chống sự từ chối tác động của máy cắt (F50BF);
+ Chức năng đóng lặp lại (F79);
+ Chức năng cắt và khoá mạch cắt (F86);
+ Chức năng giám sát mạch cắt máy cắt (F74).
11
+ Chức năng ghi sự cố (FR).
(vi) Thiết bị điều khiển
- Hệ thống điều khiển máy cắt xuất tuyến 22kV được thực hiện tại tủ xuất tuyến.
- Các khóa điều khiển & chỉ thị cho máy cắt & dao tiếp địa tại tủ xuất tuyến 22kV
được lắp đặt mặt trước theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic).
(vii) Ngăn đấu nối cáp
- Cần thiết phải trang bị ngăn đấu cáp bao gồm tấm luồn cáp đã được khoan lỗ và
lắp các tấm đệm đủ dùng cho 3 sợi cáp đồng 22kV, cách điện XLPE, tiết diện
240mm2.
- Trang bị một bộ 03 kẹp cực (mỗi bộ cho 1 pha) dùng để đấu nối 3 sợi cáp đồng
22kV, cách điện XLPE, tiết diện 240mm2, 1 sợi/pha.
d) Tủ biến điện áp 22kV
Cầu chì một pha đính kèm
- Điện áp định mức
: 24kV
- Dòng định mức
: 6,3A
Biến điện áp
- Điện áp định mức
: 24kV
- Tỷ số
: 22000:√3/110:√3
- Công suất
: 1x50VA
- Cấp chính xác
: 0,5
- Số lượng
: 03 cái
Dao tiếp địa thanh cái
- Kiểu
: 03 pha truyền động bằng tay
- Khả năng chịu dòng ngắn mạch
: 25kA/1s
Đo lường
- Trang bị đồng hồ đo điện áp: V - cl.1 kèm khóa lựa chọn.
Thiết bị điều khiển
- Các chỉ thị cho dao tiếp địa tại tủ máy biến điện áp 22kV được lắp đặt mặt trước
tủ biến điện áp theo sơ đồ nổi (sơ đồ mimic).
12
1.4 Kết luận 1
Với thiết kế đã được tối ưu và quy mô công suất như trên, trạm biến áp 110kV Sơn Hải
sẽ là nguồn cung cấp điện quan trọng cho các phụ tải trong huyện Thuận Nam cũng như
các khu vực lân cận, góp phần quan trọng vào việc phát triển kinh tế-xã hội của huyện
Thuận Nam nói riêng và tỉnh Ninh Thuận nói chung. Trang thiết bị của trạm được đầu
tư mới hoàn toàn và đều là những trang thiết bị hiện đại, đã được thử nghiệm theo đúng
quy trình trước khi đưa vào vận hành và đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu kỹ thuật
hiện hành. Do tính chất quan trọng của trạm nên cần phải có những yêu cầu cao cho hệ
thống bảo vệ rơle. Vì vậy để duy trì sự vận hành an toàn và ổn định lâu dài của trạm cần
thiết phải có một hệ thống bảo vệ rơle với các phương thức và rơle phù hợp.
13
CHƯƠNG 2
2.1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ RƠLE KỸ THUẬT SỐ
Cơ sở rơle kỹ thuật số
2.1.1 Giới thiệu chung
Rơle là một trong những thiết bị quan trọng trong số các thiết bị tự động hoá dùng trong
ngành điện. Rơle có nhiệm vụ bảo vệ các phần tử của hệ thống điện trong các điều kiện
làm việc không bình thường bằng cách cô lập các sự cố một cách nhanh chóng thông
qua các thiết bị đóng cắt. Trước đây các rơle bảo vệ trong hệ thống điện chủ yếu sử dụng
các rơle điện cơ. Trong quá trình sử dụng các rơle điện cơ này có một số nhược điểm
sau:
Chi phí sử dụng cao: bao gồm chi phí để duy trì điều kiện làm việc (chiếm diện tích
lớn…), chi phí kiểm tra, chỉnh định lại các thông số bảo vệ với tần suất lớn, do đó ảnh
hưởng đến việc cung cấp điện liên tục gây thiệt hại về kinh tế;
Độ nhạy và độ chính xác không cao, dễ bị ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài do
phương thức truyền và xử lý tín hiệu tương tự;
Các phần tử được bảo vệ được nối cứng nên khả năng thay đổi cấu hình cũng như các
tham số bảo vệ không linh hoạt;
Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống điện trong chế độ làm việc bình thường và
khi sự cố không cao (không có bản ghi thông tin sự cố, vị trí sự cố…) nên khó xác định
nguyên nhân và vị trí sự cố một cách chính xác;
Tốc độ phát hiện và cách ly sự cố chưa cao làm ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định
của hệ thống (hệ số trở về thấp, thời gian trễ lớn...).
Để khắc phục các nhược điểm này, người ta sử dụng các rơle số một cách đồng bộ được
tích hợp nhiều tính năng, các rơle số ngày càng được cải tiến và khắc phục được hầu hết
các hạn chế của rơle điện–cơ. Những ưu điểm lớn của rơle số là:
Tích hợp được nhiều tính năng vào một bộ bảo vệ như tự động đóng lại, kết hợp với
các bảo vệ phía sau (như cầu chì, máy cắt, recloser,…) có kích thước nhỏ gọn, giảm diện
tích phòng máy, tiết kiệm chi phí;
14
Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ. Ví dụ có
thể chọn các đặc tuyến bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc có các độ nghiêng khác
nhau sao cho phù hợp với đối tượng bảo vệ;
Độ tin cậy cao, chính xác và độ sẵn sàng cao, giảm được tần suất thí nghiệm định kỳ
(thời gian thí nghiệm định kỳ từ 3 đến 6 năm), do vậy cung cấp điện được ổn định và
liên tục;
Công suất tiêu thụ nhỏ: khoảng 0,2VA (rơle cơ là 10VA);
Thực hiện các chức năng đo lường, hiển thị các thông số của hệ thống ở chế độ làm
việc bình thường và lưu giữ các dữ liệu cần thiết khi sự cố giúp cho việc phân tích, tìm
nguyên nhân sự cố được chính xác và thuận tiện hơn;
Dễ dàng lấy được thông tin của rơle và cài đặt lại thông qua cổng giao tiếp của rơle
(được thiết kế theo quy chuẩn quốc tế) với máy tính. Dễ dàng liên kết với các thiết bị
bảo vệ khácvà với mạng lưới thông tin đo lường như hệ thống SCADA…
Từ bộ nhớ của rơle số có thể nhận được các thông tin sau:
Khoảng cách đến điểm sự cố;
Dòng và áp của sự cố;
Thông số chỉ định, các đại lượng chỉnh định;
Thông số phụ tải (P, Q, U, I, f).
Bên cạnh những ưu điểm trên rơle số cũng có một số nhược điểm đó là:
Giá thành khá cao đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các rơle;
Đòi hỏi người chỉnh định và vận hành có một trình độ cao;
Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị.
15
2.1.2 Cấu trúc phần cứng của rơle kỹ thuật số
Hình 2.1 Cấu trúc phần cứng (điển hình) của rơle kỹ thuật số
Điện áp đầu vào hoặc dòng điện đầu vào của rơle được lấy qua các máy biến dòng điện
(TI) và máy biến điện áp (TU) từ đối tượng bảo vệ. Lưu ý tín hiệu tương tự chỉ chuyển
sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các tín hiệu dòng điện thì trước tiên phải
biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở
có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện.
Sau đó các tín hiệu này được lọc bằng bộ lọc giải mã.
Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ TI, TU sau khi được biến đổi thành tín hiệu
phù hợp. Các tín hiệu đã được biến đổi này được đưa vào bộ chọn kênh. Bộ xử lý trung
tâm sẽ gửi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ chọn kênh đưa vào bộ biến
đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số và đưa vào bộ vi
xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ mẫu (S/H).
Vì các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường rất đắt nên khi thiết kế người ta cố
gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà trong
bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn các tín hiệu cần thiết cung
cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng 25s nên phải
16
