Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp của nhà máy thủy điện đại ninh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.22 MB, 107 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
THÁI VĨNH THẠCH
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA
SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60.52.02.02
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ THỊ TỊNH MINH
Đà Nẵng – Năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung luận văn này do chính tơi nghiên
cứu, tính tốn và phân tích. Trong luận văn có trích dẫn một số tài liệu
chuyên ngành điện của Việt Nam và một số bài báo trên thế giới.
Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính tốn trung thực của
tơi, không sao chép của ai hay lấy số liệu đã được công bố.
Nếu sai với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Tác giả
Thái Vĩnh Thạch
TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA
SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP
CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
Học viên: Thái Vĩnh Thạch
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202 Khoá: K33
Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng liên kết hệ thống sản
xuất, truyền tải và phân phối. Vì vậy, việc nghiên cứu bảo vệ rơle cho máy biến áp là cần
thiết, đặc biệt là đối với nhà máy thủy điện. Bảo vệ so lệch được dùng làm bảo vệ chính
cho máy biến áp. Trong bảo vệ so lệch máy biến áp, dịng khơng cân bằng xuất hiện là do
ảnh hưởng của các yếu tố như dịng từ hóa, tỷ số biến dịng, sóng hài, dịng thứ tự khơng,
điều chỉnh nấc phân áp, q từ thơng, bão hịa máy biến dòng. Những yếu tố trên làm giảm
độ tin cậy trong hoạt động của rơle so lệch. Trong đó yếu tố sóng hài xuất hiện trong máy
biến áp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự làm việc đúng đắn của rơ le. Đầu tiên, luận
văn giới thiệu tổng quan về hệ thống bảo vệ rơ le Nhà máy thủy điện Đại Ninh. Tiếp theo,
luận văn tìm hiểu lý thuyết về bảo vệ so lệch máy biến áp, sóng hài trong máy biến áp và
các phương pháp hạn chế sóng hài. Sau đó, luận văn xây dựng mơ hình mơ phỏng ảnh
hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp bằng Matlab-Simulink. Cuối cùng,
bằng phương pháp mô phỏng dựa trên phần mềm Matlab-Simulink, luận văn tiến hành
xem xét ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp.
Từ khoá – Máy biến áp lực, bảo vệ so lệch, dịng điện từ hóa, sóng hài, phân
tích Fourier.
Abstract - Transformer is one of the important components permitting a
connection between 3 parts: production, transmission and distribution systems. Therefore,
the study of transformers relay protection is necessary, especially for hydropower plants.
Differential protection is used as the main protection for the transformer. In differential
transformer protection, unbalanced currents appear due to magnetization currents, currents
ratio, harmonic currents, on load tap change, overexcitation, and current transformer (CT)
saturation. The above factors, especially harmonic currents, reduce the reliability of the
differential relay operation. The first chapitre of this thesis introduces an overview of the
relay protection system of Dai Ninh Hydropower Plant. The next chapitres of the thesis
mention about the theory of transformer protection, transformer harmonic, and harmonic
distortion methods. Then, the effect of harmonics on transformer protection is simulated by
Matlab-Simulink. Finally, the results of effect on harmonics on differential transformer
protection are tested at Dai Ninh Hydropower Plant.
Key words - Power transformer, Differential protection, Inrush current, Harmonics,
Fourier analysis.
MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn ............................................................ 3
6. Bố cục luận văn.......................................................................................... 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH ....................................................................................... 4
1.1. GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH ............................... 4
1.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................... 4
1.1.2. Mục đích .............................................................................................. 4
1.1.3. Thủy văn .............................................................................................. 4
1.1.4. Hồ chứa ................................................................................................ 5
1.1.5. Các đập chính và đập phụ: dùng để ngăn dịng chảy chính của sơng
để tạo dung tích hồ chứa. ....................................................................................... 6
1.1.6. Đập tràn................................................................................................ 6
1.1.7. Đập tràn sự cố ...................................................................................... 6
1.1.8. Kênh nối 2 hồ....................................................................................... 7
1.1.9. Cửa nhận nước ..................................................................................... 7
1.1.10. Đường hầm dẫn nước ........................................................................ 7
1.1.11. Giếng điều áp ..................................................................................... 7
1.1.12. Nhà van .............................................................................................. 8
1.1.13. Đường ống áp lực .............................................................................. 8
1.1.14. Nhà máy: các thơng số kỹ thuật chính như Bảng 1- 4:...................... 9
1.1.15. Đường hầm xả: kết hợp với kênh xả để dẫn nước ra hạ lưu sau khi
chạy máy. Các thơng số kỹ thuật chính như Bảng 1- 5: ........................................ 9
1.1.16. Kênh xả: các thông số kỹ thuật chính như Bảng 1- 6:....................... 9
1.2. HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH .......... 9
1.2.1. Hệ thống rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2 .................................................. 9
1.2.2. Hệ thống rơ le bảo vệ TBA 220/110kV.............................................10
1.2.3. Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV ..................................11
1.2.4. Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV .................................12
1.3. BẢO VỆ SO LỆCH MBA [1], [2], [3] .........................................................13
1.3.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc khơng bình thường xảy ra với
MBA .................................................................................................................13
1.3.2. Ngun lý làm việc bảo vệ so lệch ....................................................13
1.3.3. Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch có hãm .......................................15
1.3.4. Giới thiệu Rơle MiCOM P63x (P631, P632, P633, P634) [4] ..........16
1.4. TÓM TẮT CHƯƠNG 1 ................................................................................25
CHƯƠNG 2. SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI
TRONG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP ....................................................26
2.1. TỔNG QUAN SÓNG HÀI ...........................................................................26
2.1.1. Định nghĩa sóng hài ...........................................................................26
2.1.2. Khái quát về các nguồn hài sinh ra trong hệ thống điện ...................26
2.1.3. Tác hại của sóng hài ..........................................................................26
2.2. NGUỒN SINH RA SÓNG HÀI TRONG MBA ..........................................27
2.2.1. Dịng từ hóa của MBA [6] .................................................................27
2.2.2. Các thành phần sóng hài trong q trình đóng xung kích MBA [5] .....
.................................................................................................................29
2.2.3. MBA bị quá kích thích [5] .................................................................30
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRONG
BẢO VỆ SO LỆCH MBA ...................................................................................31
2.3.1. Phương pháp hãm thành phần sóng hài [7] .......................................31
2.3.2. Phương pháp khóa thành phần sóng hài [7] ......................................32
2.4. TÓM TẮT CHƯƠNG 2 ................................................................................35
CHƯƠNG 3. MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ẢNH HƯỞNG SĨNG HÀI ĐẾN BẢO
VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP BẰNG MATLAB – SIMULINK ......................36
3.1. TỔNG QUAN VỀ MATLAB-SIMULINK ..................................................36
3.1.1. Matlab [8] ..........................................................................................36
3.1.2. Simulink [8] .......................................................................................36
3.2. MƠ HÌNH HĨA BẢO VỆ SO LỆCH MBA (87T) BẰNG MATLAB/
SIMULINK ..........................................................................................................37
3.2.1. Giới thiệu về sơ đồ bảo vệ MBA AT3 tại NMTĐ Đại Ninh .............37
3.2.2. Mô hình hóa 87T tại nhà máy thủy điện Đại Ninh bằng Simulink .......
.................................................................................................................37
3.3. TÓM TẮT CHƯƠNG 3 ................................................................................52
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG RƠLE MiCOM P633 BẢO VỆ MBA
AT3 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH.........................................................53
4.1. CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT ........................................................................53
4.2. PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE .................................................54
4.2.1. Trường hợp làm việc bình thường .....................................................54
4.2.2. Đóng xung kích phía 220kV ..............................................................57
4.2.3. Sự cố ngồi vùng bảo vệ: NM 3 pha phía 110kV .............................60
4.2.4. Sự cố trong vùng bảo vệ khi MBA có tải: NM 3 pha phía 220kV ....63
4.2.5. Sự cố trong vùng bảo vệ khi MBA không tải: NM 3 pha phía 22kV....
.................................................................................................................66
4.3. TĨM TẮT CHƯƠNG 4 ................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................74
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
1. CÁC KÝ HIỆU
87T
: Bảo vệ so lệch Máy biến áp
2. CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NMTĐ
: Nhà máy thủy điện
MBA
: Máy biến áp
MC
: Máy cắt
TBA
: Trạm biến áp
DZ
: Đường dây
H1
: Tổ máy phát số 1
H2
: Tổ máy phát số 2
CT
: Máy biến dòng điện
PT
: Máy biến điện áp
NM
: Ngắn mạch
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
hiệu
Tên bảng
Trang
1.1
Bảng tổng hợp thủy văn Nhà máy Thủy điện Đại Ninh
5
1.2
Bảng tổng hợp thông số hồ chứa
6
1.3
Bảng tổng hợp thông số Đập tràn
6
1.4
Bảng tổng hợp thông số Nhà máy
9
1.5
Bảng tổng hợp thông số Đường hầm xả
9
1.6
Bảng tổng hợp thông số Kênh xả
9
1.7
Rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2
10
1.8
Rơ le bảo vệ TBA 220/110kV
10
1.9
Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV
12
1.10
Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV
12
1.11
Chú thích các ký hiệu mặt trước rơ le MiCOM P63x
17
4.1
Thông số cài đặt chức năng 87T rơ le MiCOM P633 MBA
AT3 NMTĐ Đại Ninh
53
4.2
Tổng hợp kết quả mô phỏng
69
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Tên hình
Sơ đồ ngun lý bảo vệ so lệch
Sự làm việc của 87 ở chế độ bình thường
Sự làm việc của 87 ở chế độ sự cố ngoài vùng bảo vệ
Sự làm việc của 87 ở chế độ sự cố trong vùng bảo vệ
Sự làm việc của 87 ở chế độ bình thường và N ngồi
Sự làm việc của 87 ở chế độ sự cố trong vùng bảo vệ
Mặt trước rơ le MiCOM P63x
Cấu trúc phần cứng của rơle MiCOM P63x
Cân bằng dòng điện thứ cấp CT
Đặc tuyến bảo vệ so lệch
Đoạn 1 Đặc tuyến bảo vệ so lệch
Đoạn 2 Đặc tuyến bảo vệ so lệch
Đoạn 3 Đặc tuyến bảo vệ so lệch
Sơ đồ nguyên lý MBA 1 pha
Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa lõi thép (lý tưởng)
Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa khi có kể đến từ trễ
Mật độ từ cảm trong lõi thép khi có và khơng có từ dư Br
Dịng điện xung khơng tải của MBA 5MVA, Br-1,3T, α=0
Dịng từ hóa và các thành phần hài bậc cao theo điện áp.
Sơ đồ logic của rơle so lệch hãm với nguyên lý hãm thành phần
2.7
sóng hài (Harmonic Restraint)
Đặc tuyến làm việc của bảo vệ so lệch hãm dùng phương pháp
2.8
hãm thành phần sóng hài
Sơ đồ logic của rơ le so lệch có hãm với nguyên lý khóa thành
2.9
phần sóng hài (Harmonic Blocking)
Sơ đồ logic của rơle so lệch có hãm với nguyên lý khóa thành
2.10
phần sóng hài bậc 2 và bậc 5
3.1 Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA AT3
3.2 Khối MBA 3 pha 3 cuộn dây
3.3 Khai báo khối MBA 3 pha 3 cuộn dây
3.4 Khối MC 3 pha
3.5 Khối đo lường dòng, áp 3 pha
Trang
13
14
14
15
16
16
17
18
20
22
23
24
24
27
27
28
29
30
31
32
32
33
34
37
38
38
39
39
Số
hiệu
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Tên hình
Trang
Khối sự cố Three – Phase Fault
Khối phụ tải Three Phase-Series RLC Load
Khai báo phụ tải phía 110kV và 22kV
Khối nguồn Three Phase Source và khai báo
Sơ đồ khối tổng quát mô phỏng sự làm việc của 87T
Sơ đồ nguyên lý khối đo lường dòng điện lấy từ các phía MBA
Sơ đồ ngun lý khối đo lường dịng điện trước khi đưa khối
"I_diff và I_bias Calculation"
Khai báo tỷ số CT các phía MBA
Khai báo hệ số điều chỉnh biên độ
Khai báo hệ số điều chỉnh góc pha
Khối I_diff & I_bias Calculation
Sơ đồ khối Calculation I_diff ABC & I_bias ABC
Sơ đồ nguyên lý khối Calculation I_diffA & I_biasA
Khối Relay_Decision
Sơ đồ nguyên lý khối Relay_decision
Sơ đồ nguyên lý khối Relay_decision B
Sơ đồ nguyên lý khối Harmonic Calculation
Khai báo phân tích hài bậc cơ bản và bậc 2 bằng khối Fourier
Sơ đồ nguyên lý khối Harmonic Calculation Ia1
Sơ đồ nguyên lý khối "Relay_decision" kết hợp khối
"Calculation Harmonic"
Sơ đồ tổng quát mô phỏng rơ le 87T
Đặc tuyến bảo vệ 87T bằng M-file
Mơ hình mơ phỏng ở trạng thái làm việc bình thường
Dịng điện các phía MBA (Bình thường)
Kết quả phân tích sóng hài (Bình thường)
Logic trip bảo vệ so lệch và khóa sóng hài bậc 2 (Bình thường)
Đặc tuyến so lệch (Bình thường)
Mơ hình mơ phỏng ở trạng thái đóng xung kích
Dịng điện các phía MBA (Đóng xung kích)
Dạng sóng dịng điện 3 pha phía 220kV (Đóng xung kích)
Kết quả phân tích sóng hài (Đóng xung kích)
40
40
40
41
42
43
43
44
44
44
45
45
46
47
47
48
49
49
49
50
51
51
54
55
55
56
56
57
57
58
58
Số
hiệu
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
Tên hình
Trang
Logic trip bảo vệ so lệch và khóa sóng hài bậc 2
Đặc tuyến so lệch (Đóng xung kích)
Mơ hình mơ phỏng NM ngồi 3 pha phía 110kV
Dạng sóng dịng điện các phía của MBA (NM ngồi)
Kết quả phân tích sóng hài (NM ngồi)
Logic trip bảo vệ so lệch và khóa sóng hài bậc 2 (NM ngồi)
Đặc tuyến so lệch (NM ngồi)
Mơ hình mơ phỏng ở trạng thái NM 3 pha trong vùng bảo vệ
phía 220kV
Dạng sóng dịng điện các phía của MBA
Kết quả phân tích sóng hài ( NM trong vùng MBA mang tải)
Logic trip bảo vệ so lệch và logic khóa sóng hài bậc 2 (NM
trong vùng khi MBA mang tải)
Đặc tuyến so lệch (NM trong vùng khi MBA mang tải)
Mơ hình mơ phỏng ở trạng thái NM 3 pha trong vùng bảo vệ
phía 22kV
Dạng sóng dịng điện các phía của MBA và tín hiệu Trip Signal
(NM trong vùng khi MBA khơng tải)
Kết quả phân tích sóng hài (NM trong vùng khi MBA không
tải)
Logic trip bảo vệ so lệch và khóa sóng hài bậc 2 (NM trong
vùng khi MBA không tải)
Đặc tuyến so lệch (NM trong vùng MBA không tải)
59
60
60
61
61
62
62
63
64
64
65
65
66
67
67
68
68
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong hệ thống điện, sự làm việc tin cậy của hệ thống bảo vệ là một
trong những chỉ tiêu đánh giá khả năng cung cấp điện. MBA là một trong
những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân
phối. Vì vậy, việc nghiên cứu bảo vệ rơle cho MBA là rất cần thiết, đặc biệt là
đối với nhà máy thủy điện.
Hệ thống bảo vệ MBA sử dụng nhiều chức năng bảo vệ khác nhau
trong đó bảo vệ so lệch được sử dụng là bảo vệ chính. Để bảo vệ so lệch
MBA làm việc đúng, tin cậy cần phải tính tốn đầy đủ các hư hỏng bên trong
cũng như các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của
MBA.
Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch là so sánh biên độ dòng điện ở
các phía của phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch giữa các dòng điện vượt
quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động. Tuy nhiên, đối với bảo vệ so lệch
MBA, dịng khơng cân bằng lớn có thể xuất hiện gây cho bảo vệ tác động
nhầm mặc dù khơng có sự cố nào xảy ra trong vùng bảo vệ. Dịng khơng cân
bằng này xuất hiện là do ảnh hưởng của các yếu tố như ảnh hưởng của tổ đấu
dây, tỷ số biến dịng ở các phía khác nhau, sóng hài, dịng thứ tự khơng, điều
chỉnh nấc phân áp, bão hịa mạch từ, dịng từ hóa,…. Những yếu tố trên làm
giảm độ tin cậy trong hoạt động của rơle so lệch. Trong đó yếu tố sóng hài
xuất hiện trong MBA gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự làm việc đúng đắn
của rơ le.
Nhà máy thủy điện Đại Ninh được đưa vào vận hành từ năm 2007 với
công suất lắp đặt 300MW bao gồm 2 tổ máy. MBA chính T1, T2 nhận nhiệm
vụ truyền tải công suất từ máy phát H1, H2 đưa lên TBA 220/110kV qua
MBA AT3, AT4 truyền tải công suất cung cấp cho các phụ tải tỉnh Bình
2
Thuận và cung cấp công suất cho hệ thống qua TBA 500kV Di Linh. Với
nhiệm vụ đặc biệt quan trọng và việc lắp đặt nhiều MBA đã có thời gian vận
hành khá lâu nên việc nghiên cứu nguyên lý làm việc cũng như các yếu tố ảnh
hưởng đến bảo vệ so lệch MBA là thực sự cần thiết.
Xuất phát từ các lý do trên, đề tài tập trung: “NGHIÊN CỨU ĐÁNH
GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY
BIẾN ÁP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH”. Đề tài tiến hành
nghiên cứu nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch có hãm MBA, các phương
pháp hãm thành phần sóng hài dựa trên nguyên lý của rơ le MiCOM P633 của
AREVA mà NMTĐ Đại Ninh đang sử dụng. Tiếp theo, tác giả xây dựng mơ
hình bảo vệ so lệch MBA bằng cách sử dụng các khối thiết bị có sẵn trong thư
viện Matlab - Simulink để tiến hành mơ phỏng các dạng sự cố và phân tích sự
làm việc của rơ le có xét đến ảnh hưởng của yếu tố sóng hài. Từ các kết quả
mơ phỏng, người sử dụng có thể đánh giá được ảnh hưởng của sóng hài đến
sự làm việc của rơ le MiCOM P633 của Nhà máy. Ngồi ra kết quả mơ phỏng
cũng được sử dụng tham khảo để phân tích sự cố và dùng cho công tác đào
tạo tại đơn vị.
2. Mục tiêu nghiên cứu
‒ Nghiên cứu sự hình thành, các ảnh hưởng và các phương pháp hãm
thành phần hài bậc cao trong bảo vệ so lệch MBA.
‒ Tiến hành thực hiện các mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch trên phần
mềm Matlab - Simulink khi có sự ảnh hưởng của sóng hài.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
‒ Đối tượng nghiên cứu: rơ le MiCOM P633 của AREVA.
‒ Phạm vi nghiên cứu: đề tài chủ yếu tập trung nghiên cứu ảnh hưởng
của sóng hài đến sự làm việc của bảo vệ so lệch MBA.
3
4. Phương pháp nghiên cứu
Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp
nghiên cứu như sau:
‒ Nghiên cứu nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch MBA.
‒ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến dịng khơng cân bằng, cụ thể
các biện pháp nhằm hãm thành phần sóng hài bậc cao.
‒ Mơ phỏng ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của bảo vệ so
lệch MBA bằng Matlab-Simunlink.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn
‒ Hệ thống hóa khoa học các lý thuyết về bảo vệ rơle.
‒ Đánh giá yếu tố sóng hài ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch MBA.
‒ Phân tích sự cố.
‒ Kiểm nghiệm sự làm việc của bảo vệ so lệch trong thực tế.
‒ Dùng cho công tác đào tạo nâng bậc, giữ bậc và sát hạch nghề tại
đơn vị.
6. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận chung, nội dung của đề tài bao
gồm các chương sau:
Chương 1 Tổng quan về hệ thống rơ le bảo vệ Nhà máy Thủy điện Đại
Ninh
Chương 2 Sóng hài và các phương pháp hạn chế sóng hài trong bảo vệ
so lệch MBA
Chương 3 Mơ hình mơ phỏng ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so
lệch MBA bằng Matlab-Simulink
Chương 4 Kết quả mô phỏng rơ le MiCOM P633 bảo vệ MBA AT3
Nhà máy thủy điện Đại Ninh
4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ
MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
1.1.
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
Nhà máy thủy điện Đại Ninh nằm trên địa phận hai tỉnh: Lâm Đồng (bao
gồm kênh dẫn vào, cửa nhận nước, phần thượng lưu của hầm dẫn dịng) và
Bình Thuận (phần hạ lưu của hầm dẫn dịng, đường ống áp lực, nhà máy và
các cơng trình hạ lưu khác) với các thông tin cơ bản sau:
1.1.1. Vị trí địa lý
Cơng trình đầu mối nằm tại điểm hợp lưu của sông Đa Nhim và Đa
Queyon, trên quốc lộ 20 cách thành phố Hồ Chí Minh 260 km về phía Tây
Bắc và cách thành phố Đà Lạt (tỉnh Lâm Đồng) 45 km về phía Đơng – Nam.
Tuyến năng luợng trên sơng Lũy: thuộc địa phận huyện Bắc Bình, tỉnh
Bình Thuận.
Nhà máy nằm cách thành phố Hồ Chí Minh: 230 km trên quốc lộ 1 và 38
km ngoài quốc lộ 1.
1.1.2. Mục đích
Dự án thủy điện Đại Ninh là cơng trình lợi ích tổng hợp của 2 nhiệm vụ
sau:
- Cung cấp điện cho Hệ thống điện Miền Nam. Vì tiềm năng lưu trữ của
đập nên dự án có khả năng phối hợp đáp ứng sự điều chỉnh công suất theo
mùa giữa các nhà máy thủy điện Đa Nhim, Trị An, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4,
Thác Mơ, Hàm Thuận – Đa Mi.
- Chuyển nước từ lưu vực sông Đồng Nai xuống lưu vực sông Lũy để
cung cấp một phần cho hệ thống thủy lợi tỉnh Bình Thuận thơng qua việc
cung cấp nước để vận hành nhà máy thủy điện Bắc Bình.
1.1.3. Thủy văn
5
Các thông số thủy văn như Bảng 1- 1 dưới đây:
Bảng 1- 1: Bảng tổng hợp thủy văn Nhà máy Thủy điện Đại Ninh
Đa Nhim Đa Queyon Hợp lưu
Diện tích lưu vực, kể cả Dran
km2
1463
470
1933
Diện tích lưu vực, khơng kể Dran
km2
688
470
1158
Lượng mưa trung bình năm *
mm
1615
1589
Dịng chảy trung bình năm*
mm
686
795
730
Lưu lượng trung bình
m3/s
14,96
11,85
26,81
472
374
864
780
550
1090
100 năm
1450
1130
1980
1000 năm
2900
2250
4100
Tổng lượng dịng chảy *
Lũ 20 năm
106m3
* Dựa trên mơ hình mưa/dịng chảy
* Dựa trên lưu lượng thực đo tại Đại Ninh
1.1.4. Hồ chứa
Hồ chứa là nơi tích nước để phục vụ cho q trình chạy máy của nhà
máy thủy điện.
Hồ chứa Thuỷ điện Đại Ninh là tổng hợp hai hồ chứa riêng biệt, hồ Đa
Nhim và hồ Đa Queyon, được tạo thành bởi các đập xây dựng chắn ngang
sông Đa Nhim và Đa Queyon cùng với bốn đập phụ được xây dựng để giữ
cho mực nước các hồ này đạt được MNDBT. Phía bên hồ Đa Nhim bố trí 3
cửa tràn xả lũ và đập xả cầu chì cịn phía hồ Đa Queyon thì bố trí hạng mục
cửa nhận nước. Các thơng số về hồ chứa được mô tả trong Bảng 1- 2 dưới
đây:
6
Bảng 1- 2: Bảng tổng hợp thông số hồ chứa
Đa Nhim
Mực nước
thường
dâng
bình
Đa Queyon
Hợp lưu
880
m
880
880
Mực nước gia cường
m
882,6
883,6
Mực nước chết
m
860
860
km2
4,73
14,14
18,87
Dung tích hữu ích tại
MNDBT
106 m3
66,54
185,19
251,73
Dung tích chết
106 m3
26,64
41,40
68,04
Dung tích tồn bộ tại
MNDBT
106 m3
93,18
226,59
319,77
Diện tích
MNDBT
mặt
hồ
tại
1.1.5. Các đập chính và đập phụ: dùng để ngăn dịng chảy chính của sơng
để tạo dung tích hồ chứa.
1.1.6. Đập tràn
Cửa van đập tràn dùng để đóng và điều tiết mực nước hồ (xả nước khi
có lũ). Các thông số của đập tràn như Bảng 1- 3:
Bảng 1- 3: Bảng tổng hợp thông số Đập tràn
Loại
Cửa van cung , 3 cửa ( H = 18,75m, W = 15 m)
Lưu lượng thiết kế
m3/s
6099 tại mực nước 880,0m
Lưu lượng lũ cực hạn
m3/s
7455 tại mực nước 882,6m
1.1.7. Đập tràn sự cố
- Loại: Đê cầu chì (2 khoang, mỗi khoang 20 m).
- Lưu lượng thiết kế lũ cực hạn: 3176 m3/s tại mực nước 882,6 m.
7
- Kết cấu cầu chì là một khối đắp bằng đất chống thấm, đá và các lớp lọc.
Nó có chức năng như một đập dâng và có hệ số an tồn như các đập chính và
các đập phụ.
- Có khả năng tự phá hủy để xả nước xuống hạ lưu bảo vệ cho cơng trình
hồ đập khi có lũ lớn về và đã xả tràn hết công suất rồi nhưng nước lũ vẫn cứ
về nhiều.
1.1.8. Kênh nối 2 hồ
Kênh nối hai hồ dùng để dẫn nước từ hồ Đa Nhim sang hồ Đa Queyon
và ngược lại.
1.1.9. Cửa nhận nước
Là hạng mục đầu tiên của tuyến năng lượng, được dùng để lấy nước
vào đường hầm dẫn nước phục vụ cho chạy máy. Ngồi ra nó dùng chặn nước
khi có u cầu kiểm tra bảo dưỡng đường hầm, đường ống.
- Mục đích các thiết bị đặt trong cửa lấy nước:
+ Lưới chắn rác ngăn giữ không cho rác bẩn vào cửa gây hư hại cho các
bộ phận cơng trình turbine.
+ Cửa van sửa chữa đặt ngay sau lưới chắn rác. Cửa này chỉ đóng khi cần
sửa chữa cơng trình cửa lấy nước và phần đầu đường dẫn.
+ Cửa van vận hành để đóng mở hồn tồn cho dịng chảy vào đường
dẫn.
1.1.10. Đường hầm dẫn nước
Dẫn nước từ cửa nhận nước đến đường ống áp lực rồi đến ống phân phối
nước vào turbine để chạy máy.
Đường hầm áp lực với chiều dài 11254 m bao gồm 17 m kết cấu của cửa
nhận nước.
1.1.11. Giếng điều áp
8
- Giải tỏa áp lực nước trong đường ống mỗi khi có hiện tượng nước va
do cắt tải hoặc dừng máy đột ngột nhằm bảo vệ đường hầm dẫn nước, đường
ống áp lực và hệ thống van chính.
- Bổ sung lượng nước tức thời cho quá trình tăng tải đột ngột (cho 1 tổ
máy).
-
Tạo dòng chảy thuận từ đường hầm vào đường ống do thơng với khí
trời.
1.1.12. Nhà van
- Chặn dòng sự cố chảy tự do trong trường hợp đoạn đường ống áp lực
phía hạ lưu van bị sự cố.
- Cho phép kiểm tra đường ống áp lực, mà không cần rút nước đường
hầm thượng lưu.
- Bảo vệ cho các thiết bị phía nhà máy khi có trục trặc hệ thống điều
khiển van chính, có nghĩa là khi dừng máy ở bất kỳ chế độ nào, nếu van cầu
khơng đóng được khi kim và cần gạt đang mở thì sẽ đưa tín hiệu để đóng van
bướm khẩn cấp.
- Nhà Van được thiết kế với một đĩa van đóng bằng đối trọng. Đĩa van sẽ
được mở bằng hệ thống dầu áp lực. Khi mở van sẽ khơng bị khóa và khi đóng
thì sẽ có một thiết bị lock để chốt van lại được điều khiển bằng thủy lực nhằm
ngăn ngừa khi có trục trặc hệ thống điều khiển van mở ra gây nguy hiểm cho
người và thiết bị. Ngoài ra, ở đầu ra của nhà van còn được thiết kế một thiết bị
dò quá tốc (lưu tốc) để bảo vệ khi có sự cố vỡ đường ống áp lực sẽ kích hoạt
van đóng lại (giá trị vượt tốc 80 m3/s).
1.1.13. Đường ống áp lực
- Dùng dẫn nước từ nhà van về phân phối cho 2 tổ máy với áp lực cột
nước lớn cho chạy máy.
9
1.1.14. Nhà máy: các thơng số kỹ thuật chính như Bảng 1- 4:
Bảng 1- 4: Bảng tổng hợp thông số Nhà máy
Loại
Cao trình sàn
Số tổ máy
Loại tuabin
Cao trình tâm bánh xe công tác
Mực nước max ở hạ lưu
Lưu lượng thiết kế
Cột nước thiết kế
Công suất tổ máy
Vận tốc quay
Tần số / điện áp/ công suất máy phát
Công suất cần cẩu
Hở
m
232
2
Turbine Pelton với 6 vòi phun
m
210
m
206,7
3
m /s
55,4
m
627 (max 670, min 603)
MW
150
Vòng/phút
333
50 Hz / 13,8 kV / 176,5 MVA
tấn
280/20
1.1.15. Đường hầm xả: kết hợp với kênh xả để dẫn nước ra hạ lưu sau khi
chạy máy. Các thơng số kỹ thuật chính như Bảng 1- 5:
Bảng 1- 5: Bảng tổng hợp thông số Đường hầm xả
Loại: Mặt cắt
Chiều dài
Không áp, bọc bê tơng
m
682
1.1.16. Kênh xả: các thơng số kỹ thuật chính như Bảng 1- 6:
Bảng 1- 6: Bảng tổng hợp thông số Kênh xả
Chiều dài
1.2.
m
214,5
HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH
Hệ thống rơ le bảo vệ Nhà máy thủy điện Đại Ninh bao gồm hệ thống
bảo vệ tổ máy, hệ thống bảo vệ trạm biến áp 220/110kV và hệ thống bảo vệ tự
dùng 22/0.4kV, cụ thể như sau:
1.2.1. Hệ thống rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2
Bao gồm các rơle với các chức năng như Bảng 1- 7.
10
Bảng 1- 7: Rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2
STT
Tên Rơ le/
Hãng sản xuất
Các chức năng
50/51, 21G, 40, 60, 46,
59NG, 27/59, 32R, 37
Đối tượng bảo vệ
1
MiCOM P342/ Areva
2
MiCOM P122/ Areva 50/51, 51N
T1, T2
3
MiCOM P921/ Areva 59N
H1, H2
4
MiCOM P632/ Areva 87TL, 87N, 24
T1, T2, DZ
5
MiCOM P633/ Areva 87GT, 50/51AXT
H1, H2, T1, T2
6
MX3IPG2A/Areva
H1, H2
64R
H1, H2
1.2.2. Hệ thống rơ le bảo vệ TBA 220/110kV
Bao gồm các rơle với các chức năng như Bảng 1- 8.
Bảng 1- 8: Rơ le bảo vệ TBA 220/110kV
Stt
Tên Rơ le/
Hãng sản xuất
Các chức năng
Đối tượng
bảo vệ
1
MiCOM P122/ Areva 50/51, 50N/51N
MC200
2
MiCOM P921/ Areva 59B1, 59B2, 59B3
3
MiCOM P633/ Areva 87T
AT3
4
MiCOM
P122_110kV/ Areva
50/51, 50N/51N
AT3
5
MiCOM
P122_220kV/ Areva
50/51, 50N/51N
AT3
6
MiCOM P643/ Alstom 87T1, 87T2, 64REF, 49
TC21, TC22,
TC29
AT4
11
Stt
Tên Rơ le/
Hãng sản xuất
Các chức năng
Đối tượng
bảo vệ
7
MiCOM
50/51, 50N/51N
P143_110kV/ Alstom
AT4
8
MiCOM
50/51, 50N/51N
P143_220kV/ Alstom
AT4
9
MiCOM P143/ Alstom 50/51, 50N/51N
MC112
10
MiCOM P94V/
Alstom
27/59
TC11, TC12
11
MiCOM P741, P742/
Areva
87B, 50BF
TC21, TC22
12
MiCOM P741, P742/
Alstom
87B, 50BF
TC11, TC12
7SD522, 7SA522,
Siemens
87L, 50/51, 50/51N,
SOTF,21, 67N, AR, PS,
Backup O/C, 59, 50BF,
Teleprot
DZ 271, 272
7SA522, Siemens
21, 67N, SOTF, AR, PS,
Backup O/C, 59, 50BF,
Teleprot
DZ 173
13
14
1.2.3. Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV
Bao gồm các rơle với các chức năng như bảng 1.9.
12
Bảng 1- 9: Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV
STT
Tên Rơ le/
Hãng sản xuất
Các chức năng
Đối tượng bảo vệ
1
Sepam1000+(T20),
Schneider
50/51, 50N/51N
DZ 471
2
Sepam1000+(T20),
Schneider
50/51, 50N/51N
MC433
3
Sepam1000+(T20),
Schneider
50/51, 50N/51N
MC443
4
Sepam1000+(T20),
Schneider
50/51, 50N/51N
MC400
5
Sepam1000+(T20),
Schneider
50/51, 50N/51N
MC445
6
Sepam1000+(B21),
Schneider
59N
TU C41
7
Sepam1000+(B21),
Schneider
59N
TUC43
1.2.4. Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV
Bao gồm các rơle với các chức năng như Bảng 1- 10.
Bảng 1- 10: Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV
STT
1
Tên Rơ le/
Hãng sản xuất
Micrologic 2.0A,
Schneider
Các chức năng
Đối tượng bảo vệ
49
Hệ thống tự dùng
400VAC
13
1.3.
BẢO VỆ SO LỆCH MBA [1], [2], [3]
1.3.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc khơng bình thường xảy ra với
MBA
Những sự cố bên trong MBA như: Sự cố pha - pha, pha - đất các cuộn
dây. Chạm chập các vòng dây trên cùng cuộn dây. Chạm đất (vỏ) và ngắn
mạch chạm đất. Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp. Phóng điện sứ xuyên. Mức
dầu tăng cao hoặc giảm thấp.
Những hư hỏng và chế độ làm việc khơng bình thường bên ngoài MBA
như: Ngắn mạch nhiều pha hoặc một pha trong hệ thống. Dịng tăng cao do
ngắn mạch ngồi hoặc q tải. Dịng từ hóa nhảy vọt khi đóng MBA không
tải. Áp suất thùng dầu tăng cao. Sét đánh lan truyền vào trạm. Sự xâm ẩm của
hơi nước vào dầu cách điện. Nhiệt độ dầu tăng cao.
1.3.2. Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch
−
Hình 1 - 1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch
Sơ đồ nguyên lý của rơle so lệch như Hình 1 - 1. Bảo vệ hoạt động
trên nguyên tắc so sánh các giá trị biên độ dòng điện đi vào và đi ra của đối
tượng bảo vệ. Nếu sự sai khác của hai dòng điện vượt quá giá trị cài đặt, bảo
vệ sẽ tác động. Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt
của các CT các phía của phần tử được bảo vệ.
Dòng điện chạy qua rơ le như công thức (1- 1).
˙
ΔI =IT1 +IT2
(1- 1)
14
−
Sự làm việc của bảo vệ so lệch ở chế độ bình thường và ngắn mạch
ngồi (Hình 1 - 2, Hình 1 - 3). Dịng chạy qua rơle là dịng chênh lệch do sai
số của CT các phía.
Hình 1 - 2: Sự làm việc của 87 ở chế độ bình thường
Hình 1 - 3: Sự làm việc của 87 ở chế độ sự cố ngoài vùng bảo vệ
Bỏ qua sai số CT, ta có dịng qua rơ le như cơng thức (1- 2):
I T1 = - I T2
ΔI=0
−
(1- 2)
Chế độ sự cố trong vùng bảo vệ (Hình 1 - 4). Dịng chạy qua rơle
bằng tổng dịng hai phía, có giá trị lớn, rơle sẽ tác động.
