Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ cơ điện cho nhà máy thủy điện đồng nai 3

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

HỒ SĨ HƢNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ
CƠ - ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

HỒ SĨ HƢNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ
CƠ - ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

Chuyên ngành
Mã số

: Kỹ thuật điện

: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGÔ VĂN DƢỠNG

Đà Nẵng - năm 2018


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, Trong luận văn có sử
dụng một số nội dung dịch từ các tài liệu Bảo vệ rơle của nhà máy, các tài liệu hướng
dẫn sử dụng của nhà chế tạo, đơn vị cung cấp thiết bị.
Các giải pháp đề xuất nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ cơ điện của nhà
máy là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Hồ Sĩ Hƣng


ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu: ......................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2

6. Tên đề tài ................................................................................................... 2
7. Cấu trúc luận văn ...................................................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3.... 4
1.1. Vị trí địa lý của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 ........................................... 4
1.2. Đặc điểm cấu tạo ............................................................................................ 4
1.3. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................... 5
1.4. Bảo vệ phần cơ điện nhà máy Thủy điện đồng Nai 3. ................................... 6
1.4.1. Bảo vệ phần cơ máy phát bao gồm bảo vệ các phần sau: ................... 6
1.4.2. Bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3: .......................... 10
1.5. Kết luận ........................................................................................................ 13
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG
BẢO VỆ PHẦN CƠ. ......................................................................................... 14
2.1. Bảo vệ gối trục ............................................................................................. 14
2.1.1. Bảo vệ ổ đỡ/ổ hướng trên .................................................................. 14
2.1.2. Bảo vệ gối dưới ................................................................................. 15
2.1.3. Bảo vệ gối Tuabin ............................................................................. 15
2.2. Bảo vệ vượt tốc............................................................................................. 16
2.3. Bảo vệ hệ thống dầu áp lực .......................................................................... 17
2.3.1. hức năng ......................................................................................... 17
2.3.2. Thông số kỹ thuật .............................................................................. 17
2.3.3. Nguyên l làm việc ........................................................................... 18
2.3.4. Các thiết bị giám sát .......................................................................... 18
2.4. Bảo vệ hệ thống nước làm mát ..................................................................... 18
2.4.1. Chức năng ......................................................................................... 18
2.4.2. Thiết bị giám sát ................................................................................ 18
2.5. Bảo vệ nhiệt độ tăng cao trong máy phát: .................................................... 19
2.5.1. Nhiệt độ Stator .................................................................................. 19
2.5.2. Nhiệt độ gió làm mát ......................................................................... 19

iii
2.6. Bảo vệ nhiệt độ tăng cao trong máy biến áp chính ...................................... 19
2.6.1. Bảo vệ nhiệt độ dầu MBA chính (26O) ............................................ 19
2.6.2. Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây MBA chính (26W): ................................. 20
2.6.3. Bảo vệ áp xuất dầu tăng cao (63): ..................................................... 20
2.6.4. Bảo vệ rơle hơi (96): ......................................................................... 20
2.6.5. Bảo vệ mức dầu MBA (71): .............................................................. 21
2.7. Đánh giá hiện trạng bảo vệ phần cơ nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3. ........ 23
2.8. Kết luận ........................................................................................................ 25
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG
BẢO VỆ PHẦN ĐIỆN. ..................................................................................... 26
3.1. Bảo vệ máy phát – Máy biến thế .................................................................. 26
3.1.1. Tổng quan về hệ thống bảo vệ phần điện máy phát – máy biến thế: 26
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của các chức năng bảo vệ: .............................. 27
3.2. Bảo vệ đường dây và trạm phân phối: ......................................................... 63
3.3.1. Tổng quan về hệ thống bảo vệ đường dây: ....................................... 63
3.3.2. Các chức năng bảo vệ đường dây: .................................................... 64
3.3. Đánh giá hiện trạng bảo vệ phần điện: ........................................................ 86
3.4. Kết luận: ....................................................................................................... 87
CHƢƠNG 4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY VẬN
HÀNH CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ CƠ ĐIỆN. ............................................. 89
4.1. Giải pháp cho hệ thống Bảo vệ sự cố phần cơ. ............................................ 89
4.1.1. Bảo vệ các gối trục: ........................................................................... 89
4.1.2. Bảo vệ áp lực dầu điều khiển: ........................................................... 91
4.1.3. Bảo vệ hệ thống nước làm mát ......................................................... 92
4.1.4. Bảo vệ nhiệt độ bên trong máy phát: ................................................ 93
4.2. Giải pháp cho Bảo vệ sự cố phần điện ......................................................... 94
4.2.1. ài đặt các chức năng bảo vệ của Rơle REG670 của tủ RJA và
REG670 của tủ RJB giống nhau: ....................................................................... 94
4.2.2. Tín hiệu đi cắt các máy cắt liên quan, hiện nay chỉ đưa đến 1 cuộn

cắt, phải hiệu chỉnh tín hiện đến cả hai cuộc tríp của máy cắt liên quan. ......... 102
4.2.3. Tín hiệu rơle phát hiện chạm đến rotor chỉ đưa tín hiệu Alarm, cần
phải đưa tín hiệu đi cắt máy cắt và dừng máy................................................... 104
4.2.4. Máy cắt kích từ khi sự cố chưa có interlock với máy cắt đầu cực nên
có thể trong một số trường hợp sẽ mở trước máy cắt đầu cực gây lồng tốc tổ
máy. Cần đưa tín hiệu để máy cắt đầu cực mở trước khi máy cắt kích từ mở. 105


iv
4.2.5. Hiện nay các rơle chỉ được truy xuất tại chỗ, trong khi các rơle đều
đã trang bị cổng kết nối RS482 có thể truy xuất từ xa. Để thuận tiện cho việc
truy xuất nhanh, chính xác các sự cố cần đưa vào vận hành phần mềm truy xuất
rơle từ xa ở phòng điều khiển trung tâm. .......................................................... 105
4.3. Sự phối hợp trong Bảo vệ cơ điện .............................................................. 105
4.3.1. Nhóm sự cố nặng thuộc phần Điện của máy phát: Bao gồm các chức
năng bảo vệ của các rơle số (trừ các chức năng của các nhóm khác) tác động và
gửi tín để dừng nhanh tổ máy tự động theo trình tự như sau: ........................... 105
4.3.2. Nhóm sự cố nặng thuộc phần Điện của máy phát, máy biến áp ..... 105
4.3.3. Nhóm sự cố nặng về phần cơ Tổ máy: Tổ máy tự động dừng nhanh,
trình tự các thiết bị của tổ máy làm việc như sau: ............................................ 105
4.3.4. Nhóm sự cố khẩn cấp của Tổ máy: Tổ máy tự động dừng khẩn cấp,
trình tự các thiết bị của tổ máy làm việc như sau.............................................. 105
4.3.5. Nhóm sự cố: Cắt các máy cắt (51T) ............................................... 106
4.3.6. Nhóm các sự cố ảnh hưởng đến kích từ của tổ máy (24G, 49G, 46),
trình tự các thiết bị của tổ máy sẽ làm việc như sau: ........................................ 106
4.3.7. Nhóm các sự cố dao động từ lưới ảnh hưởng đến tổ máy (40, 32, 78),
trình tự tổ máy sẽ làm việc như sau: ................................................................. 106
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO

v
DANH MỤC BẢNG

Số hiệu
Bảng 2.1.
Bảng 3.1.

Tên bảng
Tổng hợp giá trị cài đặt bảo vệ phần cơ
Tổng hợp giá trị cài đặt bảo vệ phần điện

Trang
22
76


vi
DANH MỤC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

Hình 1.1.

Cấu tạo của nhà máy

5

Hình 1.2.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy Thủy điện

6

Hình 1.3.

Tổng quan hệ thống bảo vệ phần cơ

6

Hình 1.4.

Đấu nối hệ thống bảo vệ phần cơ

7

Hình 1.5.

Cảm biến nhiệt độ RTD

7

Hình 1.6.

Cấu tạo RTD

8

Hình 1.7.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt RTD

8

Hình 1.8.

Bảo vệ máy phát – Máy biến thế

11

Hình 1.9.

Sơ đồ bảo vệ đường dây.

12

Hình 2.1.

Nguyên l đo nhiệt độ dầu MBA

19

Hình 2.2.

Nguyên l đo nhiệt độ cuộn dây máy biến thế

20

Hình 2.3.

Nguyên lý làm việc của rơle hơi

21

Hình 2.4.

Nguyên lý làm việc của rơle mức dầu máy biến thế

21

Hình 2.5.

Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu

22

Hình 2.6.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ phần cơ hiện hữu

23

Hình 3.1.

Sơ đồ bảo vệ tổ máy

26

Hình 3.2.

Sơ đồ bảo vệ máy biến thế

27

Hình 3.3.

Tín hiệu đầu vào của rơle bảo vệ so lệch máy phát

28

Hình 3.4.

Sơ đồ xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ

28

Hình 3.5.

Sơ đồ xảy ra ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ

29

Hình 3.6.

Đặc tính làm việc của Bảo vệ so lệch

29

Hình 3.7.

Sơ đồ logic của bảo vệ so lệch

30

Hình 3.8.

Vùng làm việc của bảo vệ so lệch

31

Hình 3.9.

Logic tác động của bảo vệ

31

Hình 3.10.

Khối tạo tín hiệu Trip do bộ phát hiện lỗi bên trong vùng
bảo vệ

32

Hình 3.11.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang

32

Hình 3.12.

Đặc tuyến làm việc

33

Hình 3.13.

Sơ đồ logic bảo vệ so lệch ngang

34


vii
Hình 3.14.

Đặc tuyến bảo vệ khoảng cách máy phát khi chạm đất 1
pha

36

Hình 3.15.

Đặc tuyến bảo vệ khoảng cách máy phát khi ngắn mạch
nhiều pha

36

Hình 3.16.

Minh họa máy phát làm việc ở chế độ q kích và kém
kích

37

Hình 3.17.

Logic bảo vệ mất kích thích

38

Hình 3.18.

Đặc tính làm việc của bảo vệ mất kích từ

38

Hình 3.19.

Logic làm việc của bảo vệ cơng suất ngược

39

Hình 3.20.

Logic bảo vệ tần số máy phát tăng cao

40

Hình 3.21.

Logic bảo vệ tần số giảm thấp

41

Hình 3.22.

Logic bảo vệ kém điện áp

43

Hình 3.23.

Đặc tuyến khóa của bảo vệ 27

44

Hình 3.24.

Đặc tuyến reset bảo vệ

44

Hình 3.25.

Logic tác động của 50BF

45

Hình 3.26.

Logic tác động cắt các máy cắt liên quan

45

Hình 3.27.

Logic tác động của 59N

46

Hình 3.28.

Đặc tính reset của bảo vệ

47

Hình 3.29.

Sơ độ bảo vệ chạm đất 100% cuộn dây stator máy phát

48

Hình 3.30.

Logic tác động

48

Hình 3.31.

Mơ tả hai máy phát mất đồng bộ

49

Hình 3.32.

Mơ tả hiện tượng mất đồng bộ

50

Hình 3.33.

Logic tác động của bảo vệ

50

Hình 3.34.

Sơ đồ ngun lý bảo vệ máy biến thế

52

Hình 3.35.

Đặc tính làm việc bảo vệ so lệch máy biến thế

54

Hình 3.36.

Logic bảo vệ so lệch máy biến thế tác động

55

Hình 3.37.

Logic trip trong vùng bảo vệ

55

Hình 3.38.

Đặc tính làm việc bảo vệ 24T

58

Hình 3.39.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy phát máy biến thế

59

Hình 3.40.

Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch máy phát máy biến
thế

60

Hình 3.41.

Logic tạo tín hiệu tác động khơng điều kiện và có điều

61


viii
kiện
Hình 3.42.

Logic tạo tín hiệu trip khi phát hiện lỗi trong vùng bảo vệ

62

Hình 3.43.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ đường dây và trạm nhà máy

64

Hình 3.44.

Modul truyền thơng LD M và đường truyền cáp quang

64

Hình 3.45.

Nguyên lý bảo vệ so lệch đường dây

65

Hình 3.46.

Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch đường dây

65

Hình 3.47.

Đặc tuyến làm việc của bảo vệ q dịng có hướng 67

67

Hình 3.48.

Đặc tuyến làm việc của bảo vệ q dịng chạm đất có
hướng 67

67

Hình 3.49.

Đặc tuyến làm việc của bảo vệ khoảng cách khi ngắn
mạch một pha

69

Hình 3.50.

Đặc tuyến làm việc của bảo vệ khoảng cách khi ngắn
mạch hai pha

69

Hình 3.51.

Logic tác động của chức năng SOTF

71

Hình 3.52.

Logic tác động của chức năng 85

71

Hình 3.53.

Logic tác động của bảo vệ khơng đồng pha

73

Hình 3.54.

Logic khởi động chức năng 79

74

Hình 3.55.

Giản đồ thời gian cho đóng lặp lại một pha

74

Hình 3.56.

Tín hiệu trip từ rơle REG670 của tủ RJA

86

Hình 3.57.

Tín hiệu trip từ rơle REG670 của tủ RJB

87

Hình 4.1.

Hình giám sát mức dầu hiện hữu, nước lẫn dầu hiện hữu
(chỉ bảo alarm)

89

Hình 4.2.

Hình hiệu chỉnh đấu nối đưa thêm 2 tiếp điểm vào thước

từ để đưa ra tín hiệu trip ở mức thấp và mức cao cho cả
mạch cứng và mạch mềm.

90

Hình 4.3.

Hình Nguyên lý bảo vệ nhiệt độ bạc ở đỡ hiện tại

90

Hình 4.4.

Nguyên lý bảo vệ nhiệt độ bạc ở đỡ hiệu chỉnh

91

Hình 4.5.

Hình Giám sát mức dầu của bồn dầu điều tốc hiện hữu

91

Hình 4.6.

Giám sát mức dầu của bồn dầu điều tốc hiệu chỉnh

92

Hình 4.7.

Hình Nguyên lý giám sát hệ thống nước hiện hữu

92

Hình 4.8.

Nguyên lý giám sát hệ thống nước hiệu chỉnh

93

Hình 4.9.

Nguyên lý giám sát bảo vệ nhiệt độ máy phát hiện hữu

93


ix
Hình 4.10.

Nguyên lý giám sát bảo vệ nhiệt độ máy phát hiệu chỉnh

94

Hình 4.11.

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ tổ máy hiệu chỉnh đấu nối phần
cứng

94

Hình 4.12.

Đấu nối đầu ra mạch trip đến đồng thời 2 cuộn cắt

103

Hình 4.13.

Đấu nối đầu ra mạch trip đến đồng thời 2 cuộn cắt

103

Hình 4.14.

Đấu nối bảo vệ chạm đất rotor

104


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cơng trình Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 là bậc thang thứ 3 nằm trên sơng
Đồng Nai, Nhiệm vụ chính là cung cấp điện lên hệ thống điện quốc gia với sản lượng
điện trung bình hàng năm là 607 triệu kwh; Hiện nay ơng trình đã hồn thành góp
phần bình đảm bảo an ninh năng lượng, phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại
hố đất nước. Ngồi nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện, Thủy điện Đồng Nai 3 còn
Cắt lũ cho vùng hạ du về mùa mưa, cung cấp nước về mùa khơ và góp phần phát triển

kinh tế - xã hội,
Cơng trình Thủy điện Đồng Nai 3 là Cơng trình có vốn đầu tư lớn hơn 5675 tỷ
đồng, có dung tích hồ chứa lớn 1,69 tỷ m3, phía dưới Cơng trình là hàng loạt các cơng
trình thủy điện khác như: Đồng Nai 4, Đồng Nai 5, Trị An và nhiều khu dân cư sau
đập. Vì vậy, nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra đối với đập dẫn tới làm vỡ đập Đồng Nai 3
sẽ làm ảnh hưởng lớn đến các Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 4, Đồng Nai 5, Trị n và
ảnh hưởng đến dân cư vùng hạ lưu. Như các huyện Bảo Lâm, át Tiên, Đạ Tẻh, tỉnh
Lâm Đồng, huyện Đắk Glong, Đắk R’Lấp tỉnh Đắk Nơng, huyện Bù Đăng tỉnh Bình
Phước, huyện Tân Phú tỉnh Đồng Nai và ảnh hưởng lớn đến Thủy điện Trị An và
thành phố Hồ Chí Minh.
Chính vị trí và tầm quan trọng của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 như vậy nên
việc thiết kế bảo vệ để các nhà máy vận hành an tồn địi hỏi hết sức nghiêm ngặt. Để
bảo vệ, giám sát hoạt động của máy phát điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải của
các nhà máy điện trong nhà máy điện Đồng Nai 3 các nhà thiết kế đã sử dụng các rơle
điện tử thông minh với nhiều chức năng bảo vệ được tích hợp của dòng REX670 gồm:
Bảo vệ tổ máy, MBA sử dụng 2 rơle REG670 (để dự phòng cho nhau) và 1 rơle
RED670 được bố trí tại các tủ RJ1A và RJ1B. Bảo vệ trạm và đường dây sử dụng 4
rơle RED670, 2 rơle REL670 và 4 rơle RE 670 được bố trí tại các tủ từ APR1 ~
APR7. Ngồi ra cịn thiết kế bảo vệ phần cơ bảo vệ các gối trục, hệ thống phụ trợ
(nước, dầu, khí), bảo vệ vượt tốc, bảo vệ chữa cháy…
Tuy nhiên việc phối hợp cài đặt các chức năng bảo vệ của các rơle điện tử cũng
như những rơle bảo vệ phần cơ khí có một số điểm chưa đáp ứng được yêu cầu. Một
số chức năng bảo vệ trong rơle có nhưng chưa đưa vào sử dụng để tăng tính dự phịng.
Hơn nữa để đáp ứng với lộ trình phát triển hiện đại hóa ngành điện và phát triển
lưới điện thông minh theo chủ trương của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nhằm
nâng cao hiệu quả trong công tác điều hành sản xuất kinh doanh các nhà máy điện theo
hướng tập trung, phát huy tối đa hiệu quả trong quá trình tham gia thị trường phát điện
cạnh tranh cũng như định hướng phát triển thị trường điện trong thời gian tới, tối ưu
hóa nguồn nhân lực, địi hỏi Cơng ty Thủy điện Đồng Nai phải nghiên cứu lắp đặt

2
trung tâm điều khiển xa (Operation Control Center: viết tắt OCC) tại trụ sở Công ty ở
Bảo Lộc cách nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 120km.
Để đảm bảo điều khiển xa khi chuyển nhà máy về trạng thái vận hành không
người trực bao gồm: Chuẩn bị cơ sở pháp lý quản lý vận hành, đào tạo nhân lực, xây
dựng đường truyền dữ liệu (Điều khiển, hotline điện, thoại, SCADA), phần mềm, phần
cứng điều khiển, thì việc khảo sát cài đặt lại toàn bộ hệ thống bảo vệ cơ - điện của nhà
máy để tổ máy vận hành an toàn khi khơng có người trực là hết sức cần thiết.
Chính vì các lý do trên, luận văn được chọn với tên đề tài “Nghiên cứu đề xuất
các giải pháp nâng cao độ tin cậy của Hệ thống Bảo vệ cơ - điện cho nhà máy
Thủy điện Đồng Nai 3”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm ra các giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc của hệ thống bảo vệ cơ
điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 khi vận hành không người trực.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Hiện trạng Hệ thống bảo vệ phần cơ nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
- Hiện trạng Hệ thống bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
- Tìm ra các giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc của hệ thống bảo vệ cơ
điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống bảo vệ cơ điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu nguyên lý bảo vệ của sensor nhiệt
độ, áp lực, mức, lưu lượng, biến dòng điện, biến điện áp; Đặc tính bảo vệ, dịng điện,
điện áp, tổng trở, V/f.
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Tiến hành khảo sát bảo vệ thực tế tại nhà máy
Thủy điện Đồng Nai 3.
Phương pháp tổng hợp: Dựa vào kết quả nghiên cứu thực tiễn và lý thuyết, đánh

giá tình trạng làm việc của hệ thống bảo vệ hiện hữu và đưa ra giải pháp để nâng cao
độ tin cậy làm việc của hệ thống bảo vệ cơ điện tại nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 khi
vận hành không người trực.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Tạo tiền đề để thiết kế hệ thống bảo vệ khi cho các nhà máy
không người trực
- Ý nghĩa thực tiễn: Thực hiện áp dụng các giải pháp để triển khai tại nhà máy
Đồng Nai 3, Đồng Nai 4.
6. Tên đề tài
“Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của Hệ thống Bảo vệ cơ điện cho nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3”


3
7. Cấu trúc luận văn
Phần mở đầu:
hương 1: Tổng quan về nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3:
hương 2: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hệ thống bảo vệ phần cơ.
hương 3: Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hệ thống bảo vệ phần điện.
hương 4: Đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy vận hành của hệ thống bảo vệ
cơ điện.
Kết luận.


4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
1.1. Vị trí địa lý của nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
Cơng trình Thủy điện Đồng Nai 3 được xây dựng ở ranh giới giữa 2 tỉnh Lâm
Đồng, Đắk Nơng và nằm trong Hệ thống Thủy điện trên dịng sông Đồng Nai bao gồm
các Thủy điện: Đa Nhim, Đại Ninh, Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Đồng Nai 5

và Trị n. ơng trình được khởi cơng xây dựng từ ngày 26/12/2004, Qua hơn sáu
năm xây dựng đến tháng 1/2011 Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 đã hồn thành hịa
vào lưới điện quốc gia.
Nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 gồm 02 tổ máy có cơng suất 2x90MW với điện
lượng trung bình hàng năm 607 triệu kWh và kết nối với lưới điện quốc gia qua đường
dây 220kV nối vào trạm 500kV Đắk Nông. Từ khi đưa vào vận hành đến nay
(30/4/2018), nhà máy đã sản xuất được 4,025 tỷ kWh góp phần đảm bảo nguồn năng
lượng phục vụ cho việc phát triển KT-XH của Đất nước. Ngồi ra, nhà máy cịn có
nhiệm vụ: chống lũ, tưới tiêu cho hạ du cho bà con nhân dân huyện Đăk Glong – tỉnh
Đăk Nông và huyện Cát Tiên và huyện Đạ Tẻh - tỉnh Lâm Đồng.
1.2. Đặc điểm cấu tạo
Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 có cấu tạo là loại tuabine fransic trục đứng, kiểu
dù. hiều dài từ tâm tuabine đến hết trục trên máy phát là 13m. Để trục thẳng đứng
không bị xê dịch theo phương ngang người ta thiết kế ba ổ hướng (ổ hướng trên, ổ
hướng dưới và ổ hướng tuabine). Để nâng toàn bộ máy phát tuabine người ta thiết kế ổ
đỡ nằm chung bồn dầu làm mát ổ hướng trên. Khi tổ máy quay trục máy sẽ ma sát với
các bạc hướng, bạc đỡ sinh nhiệt. Để giảm nhiệt độ và ma sát người ta cho ngâm toàn
bộ các bạc hướng, bạc đỡ vào một bể dầu và khi dầu này nóng lên thì người ta thiết kế
một hệ thống nước làm mát dầu các ổ.


5

Hình 1.1. ấu tạo của nhà máy
1.3. Nguyên lý hoạt động
Nhà máy thủy điện là nơi chuyển đổi sức nước (thủy năng) thành điện năng.
Nước được trữ từ hồ có dung tích 1,7 triệu m3 nước tạo một thế năng với cột áp 95m.
Nước từ hồ chứa qua đường hầm có đường kính 8m, dài gần 1km, năng lượng dịng
chảy của nước được truyền tới tua-bin nước, tua-bin nước được nối với máy phát điện,
nơi chúng được chuyển thành năng lượng điện.

(MW)
3
(k = 0.0088; Q = 215 m /s; H = 95m; P = 180MW)


6

Hình 1.2. Nguyên l hoạt động của nhà máy Thủy điện
1.4. Bảo vệ phần cơ điện nhà máy Thủy điện đồng Nai 3.
1.4.1. Bảo vệ phần cơ máy phát bao gồm bảo vệ các phần sau:

Hình 1.3. Tổng quan hệ thống bảo vệ phần cơ


7

Hình 1.4. Đấu nối hệ thống bảo vệ phần cơ
a. Bảo vệ nhiệt độ: Gồm có các bảo vệ nhiệt độ bạc, nhiệt độ dầu các ổ và nhiệt
độ gió máy phát:
Nguyên lý hoạt động của dầu dò nhiệt độ RTD:

Hình 1.5. ảm biến nhiệt độ RTD
RTD (Resistance Temperature Detector – nhiệt điện trở – Pt100) hoạt động dựa
trên nguyên tắc điện trở của kim loại tăng lên khi nhiệt độ tăng lên – hiện tượng đó gọi
là nhiệt điện trở suất. Do đó, đo nhiệt độ có thể được suy ra bằng cách đo điện trở của
cảm biến RTD.


8

Hình 1.6. Cấu tạo RTD

Hình 1.7. Nguyên l hoạt động của cảm biến nhiệt RTD
Khi nhiệt độ môi trường tăng hoặc giảm, điện trở RAB (điện trở của RTD) sẽ tăng
hoặc giảm theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ tăng thì điện trở tăng, nhiệt độ giảm thì
điện trở giảm). Đo giá trị điện trở đó ta có thể suy ra ngược lại giá trị của nhiệt độ.
ảm biến RTD có thể được chế tạo từ platin, đồng hoặc niken. Platin được sử
dụng phổ biến nhất vì độ chính xác cao, khả năng lặp lại tốt và tuyến tính trong một
phạm vi nhiệt độ rộng và nó thể hiện sự thay đổi điện trở lớn trên mỗi mức độ thay đổi
nhiệt độ. Đồng và niken thường được sử dụng trong các ứng dụng cơng nghiệp ít quan
trọng do độ chính xác và tuyến tính hạn chế, và các phạm vi nhiệt độ tương đối hẹp.
ác giá trị điện trở thay đổi theo một hệ số
bằng phương trình:

lpha α. Hệ số alpha được xác định

Alpha = (R100 - R0) ÷ 100 R0
(Trong đó, R0 là điện trở của cảm biến tại 0 ° và R100 là điện trở của cảm biến
tại 100 ° )
 Bạc là phần chịu lực cũng như định vị cho phần quay, quay với trọng tâm cân
bằng. Phần tiếp xúc giữa phần tĩnh (ổ bạc) và phần quay (trục của tổ máy) tạo ma sát
và sinh nhiệt. Bạc các ổ trục được phủ một lớp vật liệu ba bít, thơng thường là hợp kim
của thiếc. Vật liệu này có khả năng chống mài mịn, giảm ma sát tiếp xúc và chịu giãn
nở nhiệt tốt, tuy nhiên nhiệt độ nóng chảy của vật liệu này thấp dễ cháy hỏng bề mặt
khi nhiệt độ cao. Khi lớp bề mặt bạc bị hỏng sẽ dẫn tới hiện tượng khơng mịn đều và
gây ra mất cân bằng của hệ quay.
 Dầu trong các ổ bạc có nhiệm vụ bơi trơn và làm mát các bạc hướng, bạc đỡ
khi nhiệt độ dầu tăng cao trong thời gian dài sẽ làm tính chất bôi trơn của dầu bị giảm.
Nguyên nhân làm cho nhiệt độ dầu tăng cao có thể do hiệu suất làm mát của hệ thống

9
làm mát giảm, dầu bôi trơn giảm chất lượng hoặc do độ rung đảo của tổ máy cao.
 Nhiệt độ gió máy phát tăng cao làm nhiệt độ mơi trường trong buồng máy phát
tăng, là nguyên nhân làm già cõi các phần tử cách điện stator, rotor. Nguyên nhân của
nhiệt độ gió máy phát tăng cao có thể do hiệu suất làm mát không tốt hoặc tổ máy làm
việc trong tình trạng q tải lâu dài.
ác đầu dị RTD (PT100) được đặt tại các bộ phận cần được bảo vệ nhiệt độ, đầu
ra của đầu dò được nối lên tủ hiển thị và bảo vệ nhiệt độ “Instrument”. Tại các đồng
hồ nhiệt độ sẽ được cài đặt các giá trị cài đặt tương ứng cho từng bộ phận bảo vệ và
khi đạt giá trị tác động đồng hồ sẽ đóng tiếp điểm gửi tín hiệu lên tủ LCU và thực hiện
dừng tổ máy.
b. Bảo vệ áp lực.
 Hệ thống dầu điều tốc nhằm duy trì áp lực để điều khiển tăng, giảm cơng suất,
dừng máy an tồn, nếu áp lực hệ thống dầu điều tốc giảm thấp cấp một sẽ gửi tín hiệu
đi cảnh báo và giảm thấp cấp 2 sẽ gửi lệnh đi dừng tổ máy.
 Tín hiệu áp lực được giám sát bởi các rơle áp lực đặt trên bồn dầu điều tốc, khi
áp lực giảm thấp xuống giá trị cài đặt rơle sẽ gửi tín hiệu đến tủ điều khiển tại chỗ
(LCU) đồng thời gửi tín hiệu đến các Rơle tương ứng để báo động hoăc dừng máy an
toàn.
c. Bảo vệ sự cố từ hệ thống nước làm mát.
 Khi một trong các điều kiện sau không thỏa mãn, hệ thống nước sẽ báo lỗi
Interruption và gửi tín hiệu đi dừng tổ máy.

 Áp lực nước trước van 4 ngã (van có 2 ngõ vào, 2 ngõ ra dùng để đảo chiều
đi của nước làm mát) không đủ, rơle áp lực SP1 (lắp trước van 4 ngã) sẽ tín hiệu cho
PL điều khiển hệ thống nước.

 Lưu lượng nước trước van 4 ngã không đủ rơle lưu lượng (lắp trước van 4
ngã) gửi tín hiệu cho PL điều khiển hệ thống nước.

 Áp lực nước đệm kín trục không đủ rơle áp lực SP2 (lắp trên đường ống cấp
nước cho đệm kín trục) gửi tín hiệu cho PL điều khiển hệ thống nước.

 Lưu lượng nước đệm kín trục khơng đủ rơle lưu lượng (lắp trên đường ống
cấp nước cho đệm kín trục) gửi tín hiệu cho PL điều khiển hệ thống nước.
 Khi PLC nhận được một trong các lỗi trên sẽ gửi tới LCU cấp nguồn cho rơle
phụ tương ứng và thực hiện báo hiệu hoặc dừng tổ máy theo trình tự dừng máy bảo vệ
phần cơ.
d. Bảo vệ tốc độ.
Tín hiệu tốc độ tổ máy được lấy từ 2 đầu dò tốc độ và TU đầu cực máy phát gửi
đến điều tốc điện và L U, đồng thời tín hiệu này được đưa vào 2 đồng hồ tốc độ tại tủ
LCU, giá trị đặt tại 2 đồng hồ này là 115%nđm khi có vượt tốc điện và 145%nđm khi có
vượt tốc cơ.


10
 Vượt tốc 115% tác động nếu kèm theo các sự cố van phân phối, gãy chốt cắt
cánh hướng khi đang dừng máy thì sẽ đưa tín hiệu đi dừng tổ máy trình tự theo bảo vệ
phần cơ.
 Khi có vượt tốc cơ cấp 2 đặt ở giá trị 145% trong vịng 3s thì dừng máy khẩn
cấp.
e. Bảo vệ rung đảo tăng cao.
 Khi độ rung của tổ máy vượt của tổ máy vượt quá 300 hoặc độ đảo của tổ máy
vượt q 700 thì tín hiệu đi dừng tổ máy sẽ được xuất ra tại máy tính đo độ rung, độ
đảo gửi tới LCU, gửi tín hiệu đến rơle phụ tương ứng để thực hiện dừng máy theo
trình tự dừng máy phần cơ.
1.4.2. Bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3:
- Bảo vệ tổ máy, MBA sử dụng 2 rơle REG670 và 1 rơle RED670 được bố trí
tại các tủ RJ1A và RJ1B.

11

Hình 1.8. Bảo vệ máy phát – Máy biến thế


12
- Bảo vệ trạm và đường dây sử dụng 4 rơle RED670, 2 rơle REL670 và 4 rơle
RE 670 được bố trí tại các tủ từ APR1 ~ APR7

Hình 1.9. Sơ đồ bảo vệ đường dây.
REx670 do hãng chế tạo ABB sản xuất, được sử dụng để bảo vệ, giám sát hoạt
động của máy phát điện, trạm biến áp, đường dây truyền tải của các nhà máy điện nói
chung và nhà máy điện đồng nai 3 nói riêng. Đây là một thiết bị điện tử thông minh
đáp ứng được sự địi hỏi cao về độ tin cậy. Ngồi ra REx670 cịn có khả năng phối hợp
với nhau trong q trình làm việc để tạo một hệ thống bảo vệ dự phòng chắc chắn.
Một số đặc điểm nổi bật của rơle REX670:
- REx670 tương thích với những yêu cầu bảo vệ của hầu hết các nhà máy,
trạm biến áp và đường dây truyền tải.
- REX670 giao tiếp với máy tính cài đặt thông qua phần mềm PCM600 hoặc
cài đặt các chức năng và thông số bảo vệ thông qua hệ thống bàn phím trên rơle.
- Cấu tạo các modul phần cứng và các khe cắm để sẵn rất thuận lợi cho việc


13
mở rộng tính năng bảo vệ cũng như thay thế các modul hỏng.
- Các chức năng bảo vệ rơle có thể lựa chọn On/Off theo yêu cầu bảo vệ.
- Có thể cài đặt, kiểm tra thơng qua máy tính. Đây là tính năng rất tiện lợi cho
người sử dụng.

- Rơle làm việc dựa trên việc xử lý tín hiệu số nên nâng cao tính chính xác.
- Có khả năng tự giám sát một cách liên tục phần cứng của bản thân rơle.
- Các thủ tục kiểm tra định kỳ bằng phần mềm.
- Thiết lập các thông số, cài đặt và ghi lại bằng máy tính.
- Hiển thị các sự kiện, ghi nhận và in ra các sự kiện.
- Tính năng làm việc ổn định lâu dài.
- Giao tiếp và phối hợp với trạm điều khiển.
Các bảo vệ phần cơ phần điện nêu trên giúp bảo vệ, giám sát hoạt động Nhà máy
Thủy điện Đồng Nai 3 đảm bảo vận hành an toàn, Tuy nhiên việc phối hợp cài đặt các
chức năng bảo vệ của các rơle điện tử có một số điểm chưa đáp ứng được yêu cầu.
Một số chức năng bảo vệ trong rơle có nhưng chưa đưa vào sử dụng để tăng tính dự
phịng.
1.5. Kết luận
Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 có vị trí địa l quan trọng nằm giữa 2 tỉnh Lâm
Đồng, Đắk Nông, là nhà máy có hồ chứa lớn nhất thượng nguồn trong các nhà máy
thuộc sông Đồng Nai đồng thời cung cấp vào phụ tải lớn nhất của cả nước đòi hỏi nhà
máy phải được vận hành tuyệt đối an toàn để đảm bảo an toàn cho hạ du và an ninh
năng lượng quốc gia.
Hệ thống bảo vệ cơ điện trong nhà máy được thiết kế tương đối đầy đủ, tuy nhiên
một số chức năng chưa được đưa vào hoạt động đầy đủ như hệ thống bảo vệ gối trục,
hệ thống nước làm mát, bảo vệ nhiệt độ máy phát, các chức năng của rơle số REX…
Hơn nữa để đáp ứng với lộ trình phát triển hiện đại hóa ngành điện và phát triển lưới
điện thơng minh theo chủ trương của Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) là điều
khiển từ xa các nhà máy thì cần phải khảo sát cài đặt lại toàn bộ hệ thống bảo vệ cơ
điện của nhà máy để tổ máy vận hành an tồn khi khơng có người trực.


14
CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG BẢO VỆ PHẦN CƠ.

2.1. Bảo vệ gối trục
2.1.1. Bảo vệ ổ đỡ/ổ hướng trên
a. Chức năng ổ đỡ/ổ hướng trên: Ổ đỡ có chức năng chịu tồn bộ tải trọng phần
quay của tổ máy và cho phép trục của tổ máy quay tròn đều nhờ mặt gương xoay trên
bề mặt bạc; Ổ hướng trên có chức năng định vị phần trên trục của tổ máy quay không
bị lệch tâm theo phương thẳng đứng.
b. Thông số kỹ thuật:
Thông số kỹ thuật ổ đỡ
STT Thông số

Đơn vị

1

Tải trọng nâng

460 tấn

2

Số lượng bạc

8 chiếc

3

Vật liệu tráng bề mặt bạc

PTFE (teflon)

Thông số kỹ thuật ổ hướng trên:
STT Thơng số

Đơn vị:

1

Khe hở một bạc với trục

0,12÷0,15mm

2

Số lượng bạc

8 chiếc

3

Vật liệu tráng bề mặt bạc

Ba bít

c. C c thi t gi s t bảo vệ:
- 08 RTD giám sát nhiệt độ bạc đỡ loại PT100.
- 08 RTD giám sát nhiệt độ ổ hướng loại PT100.
- 02 đầu dò nhiệt độ dầu loại PT100.
- 01 thước phao đo mức dầu.
- 01 sensor mức dầu loại LT-J.
- 01 đầu dò nước lần dầu loại LT-WIO-T-D-60000-UI.

- 01 thước thủy tinh giám sát mức dầu.
- 02 Sensor đo độ đảo ổ hướng trên loại TR-81.
Trong các thiết bị giám sát nêu trên chỉ có 4 tín hiệu nhiệt độ ổ đỡ, 2 tín hiệu
nhiệt độ ổ hướng và tín hiệu nhiệt độ dầu tăng cao có cài đặt giá trị đi dừng máy khi
vượt ngưỡng giá trị cài đặt, các tín hiệu còn lại như mức dầu giảm thấp, nước lẫn dầu
chỉ đưa tín hiệu đi cảnh báo.