Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối tân thuận nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.84 MB, 147 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
---------------------------
NGUYỄN TRUNG NAM
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TỰ
ĐỘNG HĨA TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
TÂN THUẬN NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Phúc Khải
Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Nhật Nam
Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS. TS. Trương Việt Anh
Chữ ký:
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày 05 tháng 01 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: TS. Trần Hoàng Lĩnh
2. Thư ký: TS. Nguyễn Ngọc Phúc Diễm
3. PB1: TS. Nguyễn Nhật Nam
4. PB2: PGS. TS. Trương Việt Anh
5. UV: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản
lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN TRUNG NAM ..............................MSHV:1670811 ..............
Ngày, tháng, năm sinh: 22/06/1993 ...........................................Nơi sinh: Tp. HCM .........
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện ..................................................... Mã số : 60520202..........
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối Tân Thuận nhằm
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1 :Tổng quan
Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của các thiết bị đóng
cắt trên lưới điện phân phối
Chương 3 :Xây dựng mơ hình tự động hóa
Chương 4 :Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối
Chương 5 :Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :13/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. Nguyễn Phúc Khải
Tp. HCM, ngày 07 tháng 12 năm 2018.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô khoa Điện-Điện tử trường
Đại Học Bách Khoa TPHCM đã hướng dẫn tơi trong suốt q trình học tập,
nghiên cứu. Đặc biệt, tôi cảm ơn Thầy Nguyễn Phúc Khải đã tận tình
hướng dẫn tơi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp. Các Thầy đã chỉ ra
những thiếu sót, bổ sung những kiến thức thực tế hữu ích giúp tơi hoàn
thành quyển luận văn này.
Sinh viên thực hiện đề tài
Nguyễn Trung Nam
TĨM TẮT
Điện năng là nguồn năng lượng chính trong đời sống sinh hoạt cũng
như quá trình sản xuất. Nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối là yêu cầu
rất quan trọng hiện nay. Vì vậy, tơi lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ tự động hóa trên lưới điện phân phối Tân Thuận nhằm
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện”.
Luận văn của tôi gồm 05 chương với nội dung chính là xây dựng mơ
hình tự động hóa lưới điện phân phối và đánh giá ứng dụng trên lưới điện
Tân Thuận.
Tóm tắt nội dung chính:
Chương 1 :Tổng quan
Chương 2 :Đặc tính kỹ thuật và khả năng vận hành tự động hóa của
các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối
Chương 3 :Xây dựng mô hình tự động hóa
Chương 4 :Giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối
Chương 5 :Kết quả ứng dụng trên lưới điện phân phối Tân Thuận
ABSTRACT
Electricity is the main energy source in daily life as well as
production process. Improving the distribution grid reliability is a very
important requirement today. Therefore, I selected the topic "A study on
the distribution automation system for Tan Thuan distribution network to
enhance reliability.".
My thesis consists of 05 chapters with the main content is to build a
model of automating the distribution grid and evaluating applications on
Tan Thuan grid.
Summary of main content:
Chapter 1: Overview
Chapter 2: Technical properties and automation operation capability
of switchgear on distribution grid
Chapter 3: Building automation model
Chapter 4: Automation solutions on distribution grid
Chapter 5: Application results on Tan Thuan distribution grid
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn
này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TBA
: Trạm biến áp
BVRL
: Bảo vệ relay
MBA
: Máy biến áp
MC
: Máy cắt
CT
: Máy biến dòng điện
REC
: Recloser – Thiết bị tự đóng lại
DAS
: Distribution Automation System - Hệ thống tự động hóa
lưới điện phân phối
MAIFI
: Momentary Average Interruption Frequency Index - Chỉ số
về số lần mất điện thống qua trung bình của lưới điện
phân phối
SAIFI
: System Average Interruption Frequency Index - Chỉ số về
số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối
SAIDI
: System Average Interruption Duration Index - Chỉ số về
thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC VIẾT TẮT
Chƣơng 1 TỔNG QUAN ...................................................................................................01
I.
II.
GIỚI THIỆU ..............................................................................................................01
1.
Lưới điện truyền tải ..........................................................................................01
2.
Lưới điện phân phối ..........................................................................................02
3.
Lưới điện thông minh (Smart grid)...................................................................03
4.
Tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) ..........................................................06
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................07
1.
Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................07
2.
Giá trị thực tiễn của luận văn ............................................................................08
Chƣơng 2 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG ........
HÓA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .............09
I.
II.
III.
THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.......................................09
1.
Cầu chì ..............................................................................................................09
2.
LBS (Load break switch) ..................................................................................12
3.
RMU (Ring main unit) .....................................................................................13
4.
Recloser ............................................................................................................14
5.
Máy cắt và relay................................................................................................22
CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG ....................................................................30
1.
Cấu trúc OSI/ISO của giao thức truyền thông ..................................................30
2.
Giao thức IEC 60870-5-101 .............................................................................32
3.
Giao thức IEC 60870-5-104 .............................................................................34
TIÊU CHUẨN IEC 61850 VÀ CÁC THIẾT BỊ IED ................................................37
1.
Tổng quan tiêu chuẩn IEC 61850 .....................................................................37
2.
Thiết bị IED hỗ trợ tiêu chuẩn IEC 61850 .......................................................37
Chƣơng 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG HĨA ....................................................39
I.
II.
III.
IV.
ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH TỰ ĐỘNG HĨA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI........................39
ĐÁNH GIÁ TUYẾN DÂY ĐẠT YÊU CẦU TỰ ĐỘNG HÓA ...............................41
1.
Giới thiệu phần mềm PSS/Adept ......................................................................41
2.
Các bài toán đánh giá đạt yêu cầu vận hành tự động hóa .................................42
GIỚI THIỆU TUYẾN DÂY PHÚ MỸ - BỜ BĂNG ................................................43
1.
Tuyến dây Phú Mỹ............................................................................................43
2.
Tuyến dây Bờ Băng ..........................................................................................43
KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG HÓA TUYẾN DÂY BỜ BĂNG – PHÚ
MỸ .............................................................................................................................44
1.
Trường hợp 1 ....................................................................................................46
2.
Trường hợp 2 ....................................................................................................51
3.
Trường hợp 3 ....................................................................................................56
4.
5.
6.
7.
Trường hợp 4 ....................................................................................................61
Trường hợp 5 ....................................................................................................65
Trường hợp 6 ....................................................................................................70
Trường hợp 7 ....................................................................................................75
Chƣơng 4 GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ..............80
I.
II.
III.
SCADA ......................................................................................................................80
1.
Khái niệm..........................................................................................................80
2.
Chức năng của hệ thống SCADA trong hệ thống điện .....................................80
3.
Thành phần của hệ thống SCADA ...................................................................82
HỆ THỐNG DAS – SURVALENT ...........................................................................84
1.
Tổng quan .........................................................................................................84
2.
SCADA SERVER ............................................................................................84
3.
SCADA CLIENT..............................................................................................85
4.
WORLDVIEW (phần mềm HMI) ....................................................................87
5.
REPLICATOR (phần mềm Historical) ............................................................88
GIẢI THUẬT FLISR .................................................................................................88
1.
Khái niệm..........................................................................................................88
2.
Chức năng FLISR hệ thống DAS – Survalent ..................................................91
3.
Phương pháp xây dựng FLISR hệ thống DAS – Survalent ..............................92
4.
Kết quả thử nghiệm FLISR trên hệ thống DAS – Survalent ............................94
Chƣơng 5 KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TÂN
THUẬN ...............................................................................................................................115
I.
II.
VẬN HÀNH THỰC TẾ DAS....................................................................................116
1.
Vận hành DAS ở chế độ tự động – Mode Global FLISR = Auto.....................119
2.
Vận hành DAS ở chế độ bán tự động – Mode Global FLISR=Semi-Auto ......120
3.
Thực tế vận hành xử lý sự cố trên lưới điện Tân Thuận ...................................121
ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...................................................127
1.
Đánh giá về kỹ thuật .........................................................................................127
2.
Đánh giá về kinh tế ...........................................................................................129
3.
Đánh giá về an ninh quốc phòng ......................................................................134
4.
Hướng phát triển của đề tài...............................................................................134
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
I.
GIỚI THIỆU
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây truyền tải và phân phối được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ
sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.
Tuỳ theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được phân chia thành
cấp điện áp khác nhau. Lưới điện Việt Nam hiện nay được chia làm các cấp
sau:
Lưới truyền tải 110kV, 220 kV và 500kV.
Lưới phân phối trung áp 6kV, 10kV, 15kV, 22 kV, 35kV, 110kV.
Lưới phân phối hạ áp 0,4kV và 0,22 kV.
Lưới phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa
phương (một thành phố, quận, huyện ) có bán kính cung cấp điện nhỏ, dưới
50km.
1.
Lƣới điện truyền tải
Lưới truyền tải làm nhiệm vụ chuyển tải công suất đến các trạm điện
phân phối và các phụ tải lớn. Các đặc điểm của lưới truyền tải:
- Các đường dây truyền tải thường là đường dây trên không ba pha
ba dây, khơng có dây trung tính nhưng có trung tính nối đất tại các
trạm biến áp.
- Có cấp điện áp từ 110kV trở lên.
_________________________________________________________________________________
Trang 1
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
Hình 1.1 Lưới điện truyền tải
2.
Lƣới điện phân phối
Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung
gian (hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải.
- Có cấp điện áp đến 110kV.
- Yêu cầu đối với lưới phân phối:
o Đảm bảo cung cấp điện tin cậy.
o Lưới phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc
phát triển lưới điện trong tương lai.
o Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn
định điện áp. Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm.
o Vận hành hiệu quả về kinh tế: tránh làm hư hỏng thiết bị, chi phí
vận hành thấp nhất, tránh tổn thất phi kỹ thuật.
_________________________________________________________________________________
Trang 2
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
Hình 1.2 Lưới điện phân phối
3.
Lƣới điện thông minh (Smart Grid)
Lưới điện thông minh được định nghĩa là hệ thống lưới điện sử dụng
công nghệ số và những công nghệ tiên tiến khác để giám sát và quản lý
việc truyền tải điện từ tất cả các nguồn phát để đáp ứng nhu cầu sử dụng
điện của khách hàng. Lưới điện thông minh kết hợp những nhu cầu và năng
lực của tất cả các nhà máy phát điện trên thị trường điện, người điều hành
lưới điện, khách hàng sử dụng điện nhằm vận hành hệ thống điện với độ tin
cậy cao, hiệu quả và an tồn với chi phí đầu tư và ảnh hưởng về mơi trường
ở mức thấp nhất.
Mơ hình lưới điện thông minh gồm các cấu phần như sau:
- SCADA/DMS/OMS (Supervisory control and data acquisition/
Distribution management system/ Outage mangagement system) là
tổ hợp hệ thống giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu và điều
khiển. Trên cơ sở đó thực hiện các bài toán quản lý lưới điện phân
phối và quản lý thông tin mất điện.
_________________________________________________________________________________
Trang 3
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
- Mini-Scada là hệ thống thao tác từ xa gồm các thiết bị đóng cắt
(Recloser/RMU) được lắp đặt trên lưới điện phân phối, được kết nối
và truyền tín hiệu về trung tâm điều khiển bằng hệ thống truyền tin
(3G/GPRS, cáp quang). Khi một sự cố xảy ra, việc cô lập sự cố
được thực hiện bằng các chức năng bảo vệ của Recloser, máy cắt
hoặc RMU (nếu có hệ thống relay bảo vệ). Các thiết bị đóng cắt
được điều khiển từ xa bởi người vận hành bằng cách ra lệnh từ phần
mềm điều khiển trung tâm.
- DAS (Distribution automation system) là mơ hình dựa trên hệ thống
mini-scada theo cấu trúc dạng vòng; kết nối và truyền tín hiệu với
trung tâm điều khiển. Hệ thống này hoạt động hoàn toàn tự động
theo các kịch bản có sẵn hoặc theo các tiêu chí ràng buộc khác nhau
để người dùng lựa chọn và quyết định (DMS).
- SAS (Subtation automation system) là hệ thống tự động hóa trạm
110kV với đầy đủ các tính năng như bảo vệ, giám sát và điều khiển
từ xa.
- AMR (automated meter reading) là hệ thống có nhiệm vụ quản lý
dữ liệu sử dụng điện của khách hàng.
- ADR (Automatic Demand Response) là hệ thống tự động điều
khiển phụ tải được thực hiện dựa trên sự thỏa thuận giữa đơn vị
phân phối điện và khách hàng nhằm cân bằng cung cầu.
- RES (Renewable Energy System) là hệ thống quản lý các nguồn
năng lượng tái tạo được kết nối vào lưới điện, có chức năng phân
tích và dự báo nhu cầu phụ tải cũng như khả năng đáp ứng của hệ
thống để điều chỉnh lượng công suất đáp ứng một cách phù hợp.
- DSM (Demand Site Management) là hoạt động nghiên cứu và quản
lý nhu cầu phụ tải được phát triển trên tầng ứng dụng của smart
grid.
_________________________________________________________________________________
Trang 4
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
- CIS (Customer Information System) là một hệ thống hỗ trợ đơn vị
phân phối điện có thể quản lý các thơng tin khách hàng và tương tác
với khách hàng trong việc cung cấp các dịch vụ cung ứng điện.
- GIS/AM/FM
(Geographic
Information
System/
Automated
Mapping/ Facilities Management) là hệ thống cho phép kết nối các
hệ cơ sở dữ liệu khác để xử lý, phân tích và hiển thị thuộc tính
khơng gian của các đối tượng một cách trực quan trên bản đồ.
- CRM (Customer Relationship Management) là hệ thống quản lý và
phân tích sự tương tác với khách hàng và dữ liệu khách hàng với
mục tiêu cải thiện quan hệ kinh doanh với khách hàng, hỗ trợ khách
hàng và điều hành phát triển kinh doanh.
- WFM (Work Force Management) là tất cả những hoạt động cần
thiết để duy trì lực lượng lao động sản xuất bao gồm việc quy hoạch
nguồn nhân lực, huấn luyện và phát triển, tuyển dụng, quản lý công
việc và thời gian, lập lịch thi công và dự báo.
- CIM (Common Information Model) là một chuẩn mà nó cho phép
các phần mềm ứng dụng trao đổi thông tin về lưới điện.
_________________________________________________________________________________
Trang 5
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
Hình 1.3 Mơ hình lưới điện thơng minh
4.
Tự động hóa lƣới điện phân phối (DAS)
Sự cố trên lưới điện phân phối gây gián đoạn cung cấp điện cho khách
hàng. Phát hiện nhanh chóng vị trí sự cố và có những biện pháp xử lý, sửa
chữa kịp thời những sự cố này là rất quan trọng trong việc duy trì hệ thống
điện tin cậy.
Hệ thống tự động hóa lưới phân phối (DAS – Distribution Automation
System) cung cấp các chức năng điều khiển và giám sát từ xa các thiết bị
phân đoạn tự động và phối hợp vận hành giữa các phân đoạn trên lưới phân
phối. Nhờ đó thực hiện được việc cơ lập nhanh phân đoạn bị sự cố và khôi
phục cung ứng điện cho phần cịn lại của hệ thống khơng bị sự cố, khắc
phục tình trạng kéo dài thời gian mất điện trên diện rộng của khách hàng do
cách xử lý sự cố kiểu thủ công.
_________________________________________________________________________________
Trang 6
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
II.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Đa phần sự cố là sự cố thoáng qua nên đặt ra một yêu cầu về hạn chế
tối đa thời gian mất điện, đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng.
Khi bị sự cố kéo dài cần cô lập nhanh phân đoạn bị sự cố, khôi phục
cung cấp điện cho phần cịn lại của hệ thống khơng bị sự cố, khắc phục tình
trạng kéo dài thời gian mất điện trên diện rộng của khách hàng do cách xử
lý sự cố kiểu thủ cơng.
Ta thấy tự động hóa lưới điện phân phối vừa là giải pháp vừa là xu
hướng phục vụ cho công tác cải thiện chất lượng cung cấp điện của lưới
điện phân phối.
1.
Phạm vi nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu, xây dựng mơ hình tự động hóa. Đưa ra các yêu
cầu cho việc tự động hóa lưới điện phân phối dựa trên mơ hình mơ phỏng
trên PSS/Adept và thực tế vận hành.
Các bước tiến hành:
- Thu thập tài liệu, thông số liên quan đến đường dây mô phỏng trên
PSS/Adept.
- Tính tốn khả năng vận hành của dây dẫn, phối hợp bảo vệ giữa các
Recloser. Từ đó đưa ra giải thuật cho việc vận hành tự động hóa
cho nhiều tuyến dây.
- Xây dựng mơ hình tự động hóa trên hệ thống Survalent với giải
thuật đưa ra. Đánh giá khả năng vận hành của hệ thống mô phỏng
trên Survalent.
- Đưa ra những đánh giá về khả năng và yêu cầu của tự động hóa lưới
điện phân phối.
_________________________________________________________________________________
Trang 7
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
2.
Giá trị thực tiễn của luận văn
- Nghiên cứu đưa ra những yêu cầu cần thiết để vận hành tự động hóa
lưới điện phân phối.
- Lợi ích mang lại từ việc tự động hóa lưới điện phân phối đối với kỹ
thuật, kinh tế, an ninh quốc phòng.
- Làm tiền đề nghiên cứu tự động hóa trạm.
_________________________________________________________________________________
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
CHƢƠNG 2
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG VẬN HÀNH TỰ
ĐỘNG HĨA CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TRÊN
LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Để đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả và an tồn nhất khi hệ
thống xảy ra sự cố thì vai trị của hệ thống bảo vệ là cực kì quan trọng. Bên
cạnh đó khả năng đáp ứng tự động hóa của các thiết bị bảo vệ rất được chú
trọng nhằm xây dựng hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối.
Trong chương này sẽ tìm hiểu các thiết bị bảo vệ trong lưới phân phối
và các giao thức truyền thơng đang được sử dụng hiện nay.
I.
THIẾT BỊ ĐĨNG CẮT TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.
Cầu chì
1.1. Khái niệm và chức năng
Cầu chì là thiết bị bảo vệ đơn giản nhất đang dùng để bảo vệ quá dòng
ở hệ thống phân phối. Cầu chì thực hiện theo nguyên lý tự chảy hoặc uốn
cong để tách ra khỏi mạch điện khi cường độ dòng điện trong mạch tăng
đột biến.
Ưu điểm của cầu chì so với các thiết bị bảo vệ khác là rẻ tiền, dễ thay
thế. Khi xảy ra sự cố quá dòng, ngắn mạch trên hệ thống các dây chảy này
sẽ mở, giải trừ các quá dòng điện và bảo vệ thiết bị tránh quá tải và ngắn
mạch.
1.2. Cấu tạo và đặc tính bảo vệ
Cấu tạo: thành phần cơ bản của cầu chì dây chảy là một phần tử chảy
được chế tạo bằng chì, một dây chịu lực nối song song với phần tử chảy để
chịu lực kéo của dây chảy. Cấu trúc dây chảy sử dụng một đầu dạng nút và
một đầu rời được thiết kế để có thể lắp lẫn về cơ khí ở các cầu chì tự rơi
_________________________________________________________________________________
Trang 9
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
hay các thiết bị có sử dụng dây chảy. Quanh phần tử chảy là một ống phụ
trợ sinh khí để dập tắt các dịng sự cố nhỏ.
Hình 1.4 Cấu tạo dây chảy 1 phần từ chảy
Cầu chì 2 phần tử chảy có cấu trúc tương tự 1 phần từ chảy ở trên
nhưng sử dụng hai phần tử chảy để giảm dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian
dài và không làm giảm các dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian ngắn của dây
chảy. Các loại này có sự ứng dụng đặc biệt trong các bảo vệ q dịng.
Đặc tính bảo vệ: Đặc tính của 1 cầu chì được xác định bởi đặc tuyến
thời gian – dòng điện TCC. Tổng thời gian cắt là thời gian chảy trung bình
với sai số cộng của nhà sản xuất cộng với thời gian dập hồ quang sinh ra.
Các dây chảy loại K và T tương ứng là các loại nhanh và chậm được
tiêu chuẩn hóa ở thập kỷ 50. Dây chảy loại K ấn định tỉ số tốc độ 6 - 8 và
loại T là 10 - 13. Tỉ số tốc độ là tỉ số của dòng điện chảy ở 0,1s và ở 300s
hay 600s tùy thuộc vào dòng định mức của dây chảy.
Dây chảy định mức "N" là loại đầu tiên được tiêu chuẩn hóa theo các
đặc tính cầu chì, dây chảy sẽ tải liên tục 100% dịng định mức của nó và sẽ
chảy ở ít nhất 230% dòng định mức trong thời gian 5 phút.
_________________________________________________________________________________
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
Đặc tuyến dây chảy điển hình của các loại dây chảy khác nhau được
minh họa ở hình 1.5 Chú ý rằng có nhiều loại dây chảy khơng theo tiêu
chuẩn có đặc tính khá với các đặc tuyến điển hình nêu ở dưới đây.
Hình 1.5 So sánh các đặc tuyến thời gian - dòng điện của các loại dây chảy
1.3. Phân loại
Hiện nay cầu chì có rất nhiều loại, thuận cho việc chọn các đặc tính
vận hành phù hợp như: cầu chì tự rơi, cầu chì chân khơng và cầu chì hạn
dịng. Loại thông dụng nhất trên lưới phân phối là thiết bị bảo vệ dạng tự
rơi.
_________________________________________________________________________________
Trang 11
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
2.
LBS (Load break switch)
LBS hay dao cắt phụ tải là cơ cấu đóng ngắt cơ khí có khả năng đóng
dẫn và cắt dịng điện.
Dao cắt phụ tải có thể được cấu tạo từ dao cách ly đặc biệt và cầu chì
tạo thành cầu dao cắt bằng khơng khí.
Dao cắt phụ tải cũng có cơ cấu cắt chân khơng và cắt bằng khí SF6.
Thiết bị này tương đối rẻ tiền.
Hình 1.6 Hình ảnh LBS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Thùng chứa dầu
Dầu MBA
Nắp thùng
Hai sứ xuyên
Lò xo cắt
Buồng truyền động
Tiếp điểm tĩnh
Tiếp điểm động
Lớp lõi cách điện
Hình 1.7 Mặt cắt LBS
_________________________________________________________________________________
Trang 12
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
3.
RMU (Ring main unit)
Tủ RMU là tủ điện trung thế được thiết kế theo cấu trúc tủ kim loại
kín hồn tồn, cách điện sử dụng là khí SF6, khơng khí hoặc chân không.
Tủ được sử dụng cho hệ thống phân phối trung thế.
2.1. Cấu tạo và chức năng
Tủ RMU được phân chia và kết nối với nhau bằng những ngăn riêng
biệt, theo các quy chuẩn RMU 2 ngăn, 4 ngăn, 6 ngăn tùy theo yêu cầu của
khách hàng với chức năng
- Tủ thiết kế mở rộng được (Extensinble)
- Loại hai thiết kế không mở rộng được (Compact)
2.2. Ưu điểm hệ thống tủ RMU
- Tích hợp hệ thống hiện đại khơng có sự rò rỉ dòng điện khi các tiếp
điểm ở trạng thái mở. Với khí SF6, khả năng dập điện tối đa ở mọi
môi trường.
- Được thiết kế theo tuần tự logic cài sẵn (khóa van an tồn). RMU
hạn chế tối đa thao tác sai của người vận hành, giảm thiểu dòng
điện xung kích quá máy biến áp.
- Trang bị hệ thống giải phóng áp lực khi có sự cố về áp.
- Tích hợp hệ thống điện tử phát hiện và báo dòng sự cố pha – pha,
dòng chạm đất.
- Khả năng điều khiển và giám sát từ xa.
2.3. Ứng dụng
Tủ RMU được lắp đặt cạnh trạm biến áp ngoài trời, phân phối, trạm
ngắt. Lắp đặt trong các trạm điện nhà máy khu công nghiệp.
_________________________________________________________________________________
Trang 13
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
4.
Recloser
4.1. Giới thiệu
Sự cố trên đường dây có đến 70% - 80% mang tính thống qua.
Những hư hỏng thống qua thường xảy ra do sự phóng điện bề mặt, do sét
đánh, cành cây rơi, tai nạn chim chóc hoặc gió mạnh làm dây dẫn chạm vào
nhau... Khi có sự cố, máy cắt cắt mạch một khoảng thời gian đủ để cho môi
trường chỗ sự cố khơi phục lại tính chất cách điện thì tự đóng lại đường
dây, và đường dây có thể tiếp tục làm việc bình thường, nhanh chóng khơi
phục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, giữ vững chế độ đồng bộ và ổn định
của hệ thống. Máy cắt này gọi là máy cắt tự đóng lại ( Recloser).
Recolser là thiết bị hợp bộ chứa trong đó một mạch cần thiết để cảm
nhận được quá dòng, thời gian xảy ra q dịng, ngắt được q dịng, và tự
động đóng lại để kích hoạt lại đường dây.
Nếu sự cố là vĩnh cửu thì Recloser sẽ cắt hẳn sau 3 hoặc 4 lần đóng lại
vì vậy sẽ cách ly phần bị hư hỏng khỏi các phần chính của hệ thống
Làm việc với hiệu quả cao, phần nào giúp phát hiện, thu hẹp và cô lập
khu vực sự cố ra khỏi hệ thống đáp ứng được tính liên tục của hệ thống
điện.
4.2. Phân loại
Recloser được phân loại dựa vào các yếu tố sau:
- Theo số lần đóng lại: 1 lần hoặc 2 lần.
- Theo số pha thực hiện: một pha hoặc ba pha.
- Theo mơi trường dập hồ quang: dầu, chân khơng, khí SF6.
- Theo kỹ thuật điều khiển: điều khiển cơ, thủy lực, điều khiển theo
kỹ thuật từ hay kỹ thuật điện tử.
- Theo vật liệu cách điện: dầu, khơng khí, khí SF6, như epoxo.
_________________________________________________________________________________
Trang 14
Luận văn tốt nghiệp
SVTH: Nguyễn Trung Nam – 1670811
__________________________________________________________________________
4.2.1. Recloser một pha
Chức năng
Recloser một pha dùng để bảo vệ cho các đường dây một pha, hoặc
một nhánh rẽ của đường dây ba pha. Có thể dùng để bảo vệ hệ thống ba
pha mà các nhánh rẽ của hệ thống mà phần là tải một pha.
Do vậy khi có sự cố pha – đất vĩnh cửu xảy ra thì Recloser chỉ cắt pha
đó và duy trì hai pha cịn lại của hệ thống
Tuy nhiên loại này hiện nay rất ít dùng vì khơng kinh tế, xu hướng
hiện nay là dùng Recloser ba pha.
Cấu tạo Recloser một pha
Hình 1.8 Cấu trúc bên ngoài và bên trong của Recloser một pha dập hồ quang bằng dầu
_________________________________________________________________________________
Trang 15
