Luận văn nghiên cứu giải pháp thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống rơ le bảo vệ máy biến áp động lực 25000kVA điện áp 110kv35kv

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp hà nội
-------------***-------------

Nguyễn văn khoa

Nghiên cứu giải pháp thiết kể cải tạo
nâng cấp hệ thống rơ le bảo vệ máy biến áp
động lực 25000kva điện áp 110kv/35kv

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: Điện khí khoá sản xuất Nông nghiệp
và nông thôn
MÃ số: 60.52.54
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. trần mạnh hïng

hµ néi - 2011

1


LỜI CAM ðOAN
Tác giả xin cam ñoan luận văn ñược thực hiện dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Trần Mạnh Hùng. Kết quả nghiên cứu luận văn ñược thực hiện tại Chi
nhánh Lưới điện cao thế Nam ðịnh – Cơng ty Lưới điện cao thế miền Bắc.
Tác giả hồn tồn chịu trách nhiệm với nội dung của luận văn khơng có sự sao chép
từ các luận văn khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2011

Tác giả

Nguyễn Văn Khoa

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

i


LỜI CẢM ƠN
Trước hết tác giả xin cảm ơn PGS. TS Trần Mạnh Hùng ñã quan tâm, ñộng viên và
khuyến khích tác giả hồn thành luận văn.
Tác giả chân thành cảm ơn tới các Thầy, Cơ giáo Bộ mơn điện kỹ thuật khoa
Cơ - ðiện trường ðại học nông Nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện cho tác giả hoàn thành tốt luận văn.
Tác giả cũng chân thành cảm ơn các Thầy, Cô và Cán bộ Công nhân viên
Viện sau ðại học trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành khố học.
Tác giả chân thành cảm ơn Ơng Vũ Anh Cường phó Giám đốc Chi nhánh
Lưới điện cao thế Nam ðịnh cùng tập thể lãnh ñạo Chi nhánh tạo ñiều kiện ñể tác
giả tiếp cận các hồ sơ, tài liệu Kỹ thuật và hướng dẫn tìm hiểu thực tiễn thiết bị để
cập nhật thơng tin hồn thành luận văn.
Cuối cùng, nhưng cũng rất quan trọng, tơi bầy tỏ lịng biết ơn chân tình của
mình tới gia đình, những người thân yêu gần gũi nhất và các ñồng nghiệp ñã cùng san
sẻ gánh vác mọi cơng việc, tạo điều kiện cho tác giả yên tâm hoàn thành luận văn.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

ii


MỤC LỤC

Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục bảng

v

Danh mục hình

vi

LỜI NĨI ðẦU

1

Chương I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG

3

RƠLE SỐ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 110kV/35kV

3

1.1.

Hệ thống điện Quốc Gia.

3

1.2.

Vai trị của máy biến áp lực trong hệ thống ñiện

4

1.2.1

Sự cố bên trong máy biến áp lực.

4

1.2.2. Sự cố bên ngoài máy biến áp lực.

5

1.3.

Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

5

1.4.

Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ máy biến áp trên thế
giới.

6

1.5.

Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ trong nước.

7

1.6.

Mục tiêu của ñề tài:

8

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

9

2.1 .

Phương pháp tiếp cận.

9

2.2.

Nghiên cứu lý thuyết.

10

2.3

ðiều tra khảo sát.

11

2.4.

Giải pháp cải tạo nâng cấp.

11

Chương 3: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI

14

3.1.

Bảo vệ máy biến áp bằng rơle kỹ thuật số.

14

3.1.1

Nguyên lý làm việc của thiết bị bảo vệ:

14

3.1.2

Những yêu cầu ñối với hệ thống rơle bảo vệ:

15

3.2.

Cơ cấu chung của hệ thống bảo vệ

16

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

iii


3.2.1. Kết quả ứng dụng rơle kỹ thuật số trong nước

17

3.2.2

Các nhược ñiểm của rơle ñiện từ

18

3.2.3. Các ưu ñiểm của rơle kỹ thuật số

18

Chương 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

22

4.1

Kết quả khảo sát

22

4.1.1

Khái quát chung các trạm biến áp thuộc tỉnh Nam ðịnh

22

4.1.2. Hiện trạng trạm biến áp (E3.4) Phi Trường

24

4.1.3

Nhiệm vụ của trạm.

28

4.2.

SỐ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TỐN.

33

4.2.1. ðiện kháng của hệ thống

34

4.2.2. ðiện kháng của máy biến áp

35

4.3.

36

TÍNH TỐN DỊNG ðIỆN NGẮN MẠCH.

4.3.1. ðiểm ngắn mạch N1.

36

4.3.2. ðiểm ngắn mạch N2.

47

4.3.3. ðiểm ngắn mạch N3.

50

4.3.4. ðặt vấn ñề phương án cải tạo nâng cấp trạm ( E3.4) Phi Trường:

53

4.4.

54

GIỚI THIỆU RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH 7UT633

4.4.1 Tổng quan về rơle 7UT633.

54

4.4.2. Một số thông số kỹ thuật của rơle 7UT633

56

4.4.3 Nguyên lý hoạt ñộng chung của rơle 7 UT633.

58

4.4.4. Cách chỉnh định và cài đặt thơng số cho rơle 7UT633

60

4.4.5. Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp:

61

4.4.6

66

Chức năng bảo vệ chống chạm ñất hạn chế (REF) của 7UT633.

4.4.7. Chức năng bảo vệ quá dòng của rơle 7UT633.

69

4.4.8. Chức năng bảo vệ chống quá tải.

69

Kết luận

71

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

iv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1. Các trạm biến áp 110kV thuộc Chi nhánh lưới ñiện cao thế ở thành
phố Nam ðịnh quản lý vận hành.

22

Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các rơle bảo vệ chính tại các trạm biến áp mới xây
dựng từ năm 2000 ñến nay.

23

Bảng 4.3

47

Bảng 4.4

49

Bảng 4.5

51

Bảng 4.6

61

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ

16

Hình 3.2: Sơ đồ khối của Rơle bảo vệ dùng vi xử lý

20

Hình 4.1. Cấu trúc phần cứng của bảo vệ so lệch 7UT633

59

Hình 4.2 Nguyên lý bảo vệ so lệch MBA rơle 7UT633

61

Hình 4.3 ðặc tính tác ñộng của rơle 7UT633.

63

Hình 4.4 Vùng hãm bổ sung

65

Hình 4.5 Ngun lí bảo vệ chống chạm đất hạn chế trong 7UT633.

67

Hình 4.6 ðặc tính tác động của bảo vệ chống chạm đất hạn chế.

69

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

vi


LỜI NÓI ðẦU
Năng lượng ðiện là nguồn năng lượng quan trọng mang tính sống cịn đối với
mọi nền kinh tế. Nó góp phần tạo dựng nên cuộc sống văn minh nhân loại hiện nay.
Hầu như trên mọi lĩnh vực cuộc sống đều có sự hiện diện của năng lượng điện dưới
nhiều hình thái.
Ở Việt Nam năng lượng điện cũng đã có mặt hàng trăm năm; cùng với nó là
q trình thiết lập cơ sở hạ tầng, hình thành ngành cơng nghiệp ðiện. Trong những
năm ñất nước tiến hành ñổi mới, nhất là q trình Cơng nghiệp hóa hiện nay, ðiện
năng có vai trị khơng thể thay thế. Ngành Cơng nghiệp ðiện ñược nhà nước quan
tâm với phương châm “ ðiện ñi trước một bước ”, hình thành và phát triển một hệ
thống ñiện Quốc gia thống nhất trong cả nước với một hệ thống truyền tải, phân
phối hiện ñại.
ðể duy trì hệ thống ðiện Quốc gia làm việc ổn định, tin cậy, cần thiết lập
ñược một cơ sở hạ tầng tốt, một đội ngũ chun viên giỏi; trong đó vai trò của hệ
thống thiết bị bảo vệ cực kỳ quan trọng.
Trong suốt quá trình phát triển ngành ðiện lực Việt Nam, việc ñịnh hướng,
quy hoạch tổng thể chưa thực hiện hồn chỉnh được: Hệ thống phân phối phân tán,
kết cấu bất hợp lý, quá nhiều cấp ñiện áp, thiết bị ña chủng loại theo rất nhiều tiêu
chuẩn; Rất nhiều cơ sở, thiết bị quá cũ, công nghệ lạc hậu, xuống cấp thường xun

gây sự cố… địi hỏi cấp bách việc cải tạo, nâng cấp và hiện đại hóa.
Trong hệ thống truyền tải, phân phối điện, Rơle bảo vệ đóng vai trị quan
trọng, nó canh giữ để loại trừ sự cố từng phần của hệ thống, khơng để sự cố tràn lan,
bảo vệ thiết bị. Các thế hệ rơle ñiện từ làm việc đã q lâu, rơ rão, cơng nghệ lạc
hậu, kém tin cậy cần ñược thay thế dần bằng thế hệ rơle kỹ thuật số hiện đại, đa
chức năng, có khả năng tự giám sát và tin cậy.
Với nhận thức như trên, tác giả chọn ñề tài “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP
THIẾT KẾ CẢI TẠO NÂNG CẤP HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP
ðỘNG LỰC 25000kVA ðIỆN ÁP 110kV/ 35kV ”

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

1


Luận văn này ra ñời, nhằm nghiên cứu khả năng cải tạo mơ hình trạm biến áp
110kV đang vận hành sử dụng rơle ñiện từ bảo vệ thay thế bằng rơle kỹ thuật số
nhằm tăng cường ñộ tin cậy của thiết bị bảo vệ, kéo dài tuổi thọ phục vụ và tiết
kiệm chi phí.
Luận văn gồm 4 chương
Chương 1 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG RƠLE SỐ
BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 110kV/35kV
Chương 2 : PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 3 : CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI ðỀ TÀI
Chương 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Trong thời gian thực hiện luận văn này, với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS
Trần Mạnh Hùng, tác giả đã hồn thành luận văn. Tuy nhiên khơng tránh khỏi thiếu
sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của của các thầy cơ giáo và
các đồng nghiệp.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

2


Chương I
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG
RƠLE SỐ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 110kV/35kV
1.1. Hệ thống ñiện Quốc Gia
Hệ thống ñiện quốc gia Việt Nam hiện ñang ñược, vận hành theo sự chỉ huy
thống nhất qua 3 cấp, cung cấp nguồn năng lượng quan trọng cho nhu cầu phát triển
Kinh tế, chính trị, an ninh quốc phịng, văn hóa, xã hội trong cả nước. Nguồn cung
cấp điện từ các nhà máy ñiện thuộc sở hữu ña thành phần (tổng công suất năm 2010
khoảng 22.785MVA) và nguồn mua ñiện thương phẩm từ nước ngoài ñược truyền
tải trên lưới ñiện Quốc gia cấp ñiện áp 500, 220kV. Lưới ñiện miền (lưới ñiện cao
thế miền) quản lý vận hành các ñường dây, trạm biến áp, cấp ñiện áp 110kV. Tại
các ñịa phương, các Công ty ðiện lực thực hiện việc quản lý truyền tải phân phối
lưới ñiện trung áp, kinh doanh điện năng đến các hộ tiêu thụ.
Cơng ty Lưới ñiện cao thế miền Bắc ñược giao nhiệm vụ quản lý vận hành
lưới điện 110kV miền Bắc (khơng bao gồm lưới điện 110kV của các Cơng ty
TNHH một thành viên ðiện lực Hải Phịng, Hải Dương, Ninh Bình và Tổng Cơng
ty ðiện lực Hà Nội).
Tại mỗi tỉnh, cịn lại đều có các Chi nhánh Lưới điện cao thế tỉnh làm nhiệm
vụ quản lý vận hành, sửa chữa ñường dây và trạm biến áp 110kV trên ñịa bàn tỉnh.
Lưới hệ thống: Nối các nhà máy ñiện với nhau và với các nút phụ tải khu
vực. Ở Việt Nam lưới hệ thống do Trung tâm ðiều ñộ hệ thống ñiện Quốc gia (A0)
quản lý, chỉ huy thao tác vận hành ở mức ñiện áp 500 KV
Lưới truyền tải: Phần lưới từ trạm trung gian khu vực ñến thanh cái cao áp cung
cấp ñiện cho trạm trung gian ñịa phương. Thường từ 110kV - 220kV do các Trung tâm
ðiều ñộ hệ thống ñiện miền (A1, A2, A3) quản lý, chỉ huy thao tác vận hành.

Lưới phân phối: Từ các trạm trung gian ñịa phương ñến các trạm phụ tải
(trạm phân phối). Lưới phân phối trung áp (6kV - 35kV) do sở ñiện lực tỉnh quản lý
và phân phối hạ áp (380/220V). Ở lưới này, do các phịng ðiều độ (B) thuộc các
Cơng ty ðiện lực (B1, B2, B3… ) quản lý, chỉ huy thao tác vận hành.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

3


Năm 2011 Tập đồn ðiện lực Việt nam phấn đấu sản xuất và mua 112,6 tỷ
kWh ñiện (tăng 15,78% so với mước thực hiện năm 2010), trong đó điện do EVN
sản xuất là 48,1 tỷ kWh, điện mua ngồi là 64,5 tỷ kWh. Tương ứng tổng sản lượng
ñiện thương phẩm cung ứng là 98,53 tỷ kWh, tăng 15,11% so với năm 2010
1.2. Vai trò của máy biến áp lực trong hệ thống ñiện
Hệ thống ñiện Quốc gia là một hệ thống phức tạp gồm rất nhiều chủng loại
thiết bị và cấp ñiện áp. Việc kết nối các cấp ñiện áp trên hệ thống thông qua các
máy biến áp lực. Trong q trình truyền tải điện, để giảm trị số dịng ñiện mang lại
lợi ích lớn do tổn thất ñiện năng giảm, chi phí kim loại mầu giảm, nhờ vây ta có thể
truyền tải cơng suất lớn đi xa. Ngược lại, ở nơi tiêu thụ lại thường sử dụng thiết bị
có ñiện áp ñịnh mức thấp hơn, do vây ta cần thiết bị (máy biến áp) giảm điện áp
xuống mức thích hợp.
Rõ ràng máy biến áp có vai trị rõ rệt trong truyền tải, phân phối và sử dụng
ñiện. Máy biến áp điện lực là một thiết bị từ tĩnh có chức năng biến ñổi ñiện áp
xoay chiều vào/ra với tần số khơng thay đổi để phục vụ q trình truyền tải, phân
phối và sử dụng ñiện năng. Máy biến áp là thiết bị rất quan trọng trong hệ thống
ñiện và trong trạm biến áp nó là thiết bị có giá trị cao nhất.
Như chúng ta ñã biết các nhà máy ñiện thường ở rất xa các hộ tiêu thụ ñiện,
mặt khác các tổn hao trên ñường dây và tiết diện dây dẫn tỷ lệ nghịch với ñiện áp.
Nên việc truyền tải ñiện năng từ nhà máy ñiện ñến hộ tiêu thụ trong hệ thống ñiện
hiện nay thực hiện qua nhiều cấp điện áp. Do đó tổng dung lượng máy biến áp trong

hệ thống thường phải gấp 4 - 5 lần tổng công suất của nguồn phát.
Do tuổi thọ của các máy biến áp trong hệ thống có khi tới 50 năm hoặc hơn
nữa và phụ thuộc công nghệ khi chế tạo do vậy trong vận hành thì các máy biến áp
có thể xảy ra các sự cố khơng mong muốn bên trong máy biến áp. Hơn nữa nó chính
là đối tượng cần ñược bảo vệ nhất trong trạm biến áp do vai trị và giá trị của nó.
1.2.1 Sự cố bên trong máy biến áp lực
Sự cố bên trong ñược chia làm hai loại sự cố: sự cố trực tiếp và sự cố gián tiếp.
+ Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, như hỏng cách ñiện làm thay
đổi đột ngột các thơng số điện.
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

4


+ Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếu khơng
được phát hiện và xử lý kịp thời ( như quá nhiệt bên trong máy biến áp, áp suất dầu
tăng cao ….)
1.2.2. Sự cố bên ngồi máy biến áp lực
- Dịng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.
- Mức dầu bị hạ thấp do nhiệt độ khơng khí xung quanh giảm ñột ngột.
- Quá ñiện áp khi chạm ñất một pha trong hệ thống điện có trung tính cách
điện hoặc q điện áp nội bộ.
Từ những sự cố khơng mong muốn của máy biến áp thì nhất thiết cần phải có thiết
bị bảo vệ, thiết bị bảo vệ thì ñược quy ñịnh là bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng.
1.3. Các phương pháp bảo vệ máy biến áp
Trong lịch sử phát triển ngành ñiện lực, việc phát triển cơng nghệ thiết bị
ln kèm theo hồn thiện cơng nghệ bảo vệ. Thế hệ ñơn giản nhất bảo vệ quá dịng
điện máy biến áp chỉ duy nhất bằng dây chẩy phía sơ cấp. Hiện nay với máy biến áp
cơng suất nhỏ cơng suất vài MVA trở xuống thường vẫn được bảo vệ kiểu này kết
hợp với aptomat phía thứ cấp (máy biến áp hạ thế). Việc bảo vệ tăng áp lực bên

trong thùng dầu MBA thực hiện bằng mặt kính phịng nổ.
Với những máy biến áp cơng suất lớn hơn (6.300kVA trở lên), bắt buộc phải
thực hiện bảo vệ rơle, thao tác đóng cắt bằng máy cắt. Tùy theo cơng suất, mức ñộ
quan trọng của phụ tải… ñể thực hiện các chức năng bảo vệ theo quy ñịnh (Quy
phạm trang bị điện).
Với máy biến áp truyền tải, phân phối cơng suất lớn, ngày nay việc thực hiện
phương thức bảo vệ phải được thực hiện đầy đủ các bảo vệ chính (bảo vệ so lệch
dọc; bảo vệ rơle hơi; bảo vệ rơle dòng dầu), bảo vệ dự phòng (bảo vệ quá dịng, q
dịng chạm đất, q tải, q nhiệt độ, mức dầu, áp lực, chống tăng áp…).
Tùy theo ñiều kiện kinh tế và thiết bị mà từng nơi có thể sử dụng các chủng
loại thiết bị bảo vệ, thiết bị đóng cắt khác nhau nhưng phải ñảm bảo các quy ñịnh về
tích hợp bảo vệ.
Với các máy biến áp loại này, ñể phòng nổ người ta sử dụng thiết bị chống
tăng áp thay cho ống phòng nổ truyền thống.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

5


Bảo vệ chính là các bảo vệ như
+ Bảo vệ so lệch
+ Rơle ga (hai cấp: hơi nhẹ bảo tín hiệu; hơi nặng cắt máy cắt các phía).
+ Rơle dịng dầu
Các bảo vệ dự phòng
+ Bảo vệ quá dòng pha và q dịng chạm đất có thời gian
+ Bảo vệ chống quá tải
+ Bảo vệ quá dòng pha và quá dịng chạm đất cắt nhanh
+ Bảo vệ áp lực
+ Bảo vệ nhiệt độ dầu và nhiệt độ cuộn dây…
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ máy biến áp trên thế giới

Xã hội càng phát triển, yêu cầu cấp ñiện liên tục và ñảm bảo chất lượng ñiện
năng càng địi hỏi cao. Việc ngừng cung cấp điện để sửa chữa cần phải được thơng
báo trước vài ngày để bố trí sản xuất hợp lý, tránh hư hỏng sản phẩm… Các u cầu
này thường được luật hóa. Do đó kết cấu lưới, hệ thống thiết bị dự phòng, nguồn
thay thế… phải ln trong phương thức vận hành để sãn sàng thay ñổi kết lưới khi
xẩy ra sự cố tại một phần tử nào đó, khi ấy chỉ phần tử sự cố bị tách khỏi vận hành
mà không gây ảnh hưởng đến hệ thống. Tuy nhiên cũng khó tránh khỏi những sự cố
bất khả kháng như thiên tai, sự sếp chồng sự cố.
Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện ñại ngày nay cho phép chế tạo
những loại rơle phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hồn hảo nhằm nâng cao
độ nhậy của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có
những đột biến của phụ tải. Một xu hướng mới trong chế tạo bảo vệ là tích hợp rất
nhiều tính năng hoặc hầu hết tính năng bảo vệ một trạm biến áp cho một hoặc vài
ñơn nguyên ñược bố trí tại tủ bảo vệ đặt ngồi trời. Mơ hình này làm giảm rất nhiều
cáp nhị thứ; đường đi của dịng điện nhị thứ ngắn hơn nhiều, nó làm tăng độ nhậy,
hạn chế hư hỏng và đơn giản hóa mạch bảo vệ. Hệ thống này có khả năng kết nối
giám sát, ñiều khiển từ xa (hệ thống Scada) truyền dẫn tín hiệu bằng sợi quang học.
Hiện nay việc ứng dụng cơng nghệ điều khiển tích hợp trạm biến áp tự động
giám sát (trạm biến áp khơng người trực) trong việc truyền tải và phân phối là xu
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

6


hướng chung của thế giới nhằm giảm chi phí vận hành, nâng cao ñộ tin cậy cung
cấp ñiện. Cũng như giảm thời gian thiết kế, ñưa vào sử dụng và truy tìm sự cố cho
hệ thống một cách nhanh nhất và giảm tối thiểu các sự cố không mong muốn.
1.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng Rơle bảo vệ trong nước
Cùng với lịch sử xây dựng và phát triển ñất nước, ngành ñiện lực cũng trải qua
nhiều giai ñoạn xây dựng và ñầu tư; từ những cơ sở ban ñầu do Người Pháp xây

dựng, trải qua những năm tháng chiến tranh, hệ thống XHCN hình thành và phát
triển với hệ thống thiết bị kỹ thuật (tiêu chuẩn ΓOCT... ) chủ yếu do Liên Xô, Trung
Quốc sản xuất: các nhà máy phát ñiện, hệ thống truyền tải ñến cấp ñiện áp 110kV,
hệ thống lưới điện phân phối trung tính cách điện cấp ñiện áp 35, 10, 6kV, hệ thống
lưới ñiện sử dụng 110, 220VAC. Hệ thống bảo vệ rơle cho hệ thống cung cấp, phân
phối sử dụng các thế hệ rơle điện từ, máy cắt cao áp khơng khí hoặc dầu. Trong suốt
những năm tháng chiến tranh, hệ thống ñiện này ñã ñảm bảo nguồn năng lượng
ðiện cho sự nghiệp xây dựng và bảo vệ ðất nước...
Ưu ñiểm của hệ thống ðiện này là kết cấu vững chắc, khả năng quá tải cao,
có thể vận hành khá lâu trong tình trạng chạm đất một pha.
Nhược điểm của hệ thống trung tính cách ñiện là cách ñiện hệ thống phải
chịu ñược ñiện áp dây, các hiện tượng cộng hưởng trên hệ thống khi xẩy ra chạm
ñất lâu ở ñường dây dài gây hư hỏng hàng loạt thiết bị như cách ñiện, các thiết bị
trạm như TU, TI, máy cắt...
ðối với hệ thống rơle bảo vệ, dịng điện thứ cấp TI cao (thường TI chế tạo
dịng điện thứ cấp 5A), do tiếp xúc mặt tiếp điểm, hệ thống điện từ làm việc có quán
tính, lại tiêu tốn năng lượng nên nhiều khi bị ảnh hưởng rất nhiều bởi ñiện trở tiếp
xúc các mối nối, ñiện trở dây nối. Hơn nữa các thế hệ rơle ñiện từ này ñều ñã làm
việc quá lâu trên lưới, ñộ tin cậy sử dụng ñã giảm nhiều: ma sát bộ phận truyền
động, kẹt cơ khí, phát nhiệt cuộn dây, ñộ nén chặt tiếp ñiểm kém (tiếp xúc giảm), sơ
ñồ nối dây khá phức tạp, số lượng rơle sử dụng quá nhiều...
Hiện nay, vẫn còn một số trạm biến áp ở cịn sử dụng các rơle điện từ trong
bảo vệ máy biến áp, ñây là những nguyên nhân dẫn ñến tình trạng tác ñộng sai làm
gián ñoạn cung cấp ñiện không mong muốn gây thiệt hại rất lớn cho nghành điện và
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

7


cho xã hội. Ví dụ như với các phụ tải quan trọng (hộ tiêu thụ điện loại 1), các lị

luyện kim cao tần, lị sản xuất kính quang học cao cấp, cơ sở sản xuất giống gia
cầm, các cơ sở y tế, quốc phịng... Chính vì thế mà hàng năm nghành ñiện phải ñầu
tư nâng cấp một số trạm cũ do liên xơ giúp ta xây dựng để đáp ứng việc cung cấp
điện an tồn liên tục.
Luật ðiện lực ra ñời năm 2004 cũng ñặt ra yêu cầu về ñảm bảo chất lượng
cung cấp ñiện cho khách hàng. Một yêu cầu quan trọng nhất là giảm ñến mức tối
thiểu thời sự cố khơng mong muốn để hạn chế sự hư hỏng sản phẩm trong q trình
sản xuất.
Qua tổng quan điều tra các trạm biến áp 110kV khu vực Nam ðịnh ta thấy:
ðối với các trạm biến áp ñược xây dựng từ những năm 1990 trở về trước do
Liên xô và Trung quốc giúp ta xây dựng hệ thống rơle ñiện từ bảo vệ quá cũ lạc
hậu, nhất là rơle bảo vệ so lệch dẫn đến tình trạng rơle so lệch tác động khơng chọn
lọc gây mất điện diện rộng khơng mong muốn như tác ñộng khi sự cố xẩy ra ngồi
vùng bảo vệ (ngắn mạch gần) hoặc các xung động hệ thống khác dẫn ñến việc phải
tách máy biến áp ra để thí nghiệm. Rõ ràng việc phải ngừng thiết bị vận hành làm
mất sản lượng ñiện bán ñược của ngành ðiện, tăng chi phí thí nghiệm kiểm tra
nhưng hơn hết là làm gián ñoạn các hoạt ñộng kinh tế, chính trị, văn hóa… tại khu
vực rộng lớn gây thiệt hại kinh tế rất lớn cho xã hội. Vì vậy mà trước những thực
trạng hiện nay việc cải tạo nâng cấp hệ thống bảo vệ là cần thiết.
1.6. Mục tiêu của ñề tài:
Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn, kế thừa kinh nghiệm và thành tựu
khoa học của các nước tiên tiến trên thế giới, thiết kế cải tạo nâng cấp rơle so lệch
bảo vệ máy biến áp ñộng lực 25000kVA nhằm nâng cao chất lượng và hiệu suất
cung cấp điện (giảm chi phí trong q trình vận hành), tiết kiệm các chi phí trong
q trình bảo trì bảo dưỡng, đảm bảo an ninh quốc phịng cũng như sự phát triển
của đất nước.

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

8

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
ðể thực hiện mục tiêu của ñề tài ñã ñặt ra cần thiết phải thực hiện các
nội dung sau:
- Tổng quan và điều tra khảo sát tình hình úngw dụng rơle kỹ thuật số
trong và ngồi nước, hình thành mục tiêu và nội dung nghiên cứu của ñề tài.
- Xây dựng phương pháp nghiên cứu và ñiều tra khảo sátcác trạm biến
áp ở thành phố Nam ðịnh.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn lựa chọn thiết bị bảo vệ cho
máy biến áp ñộng lực.
- ðánh giá hiệu quả cung cấp điện trong q trình ứng dụng rơle kỹ
thuật số trong bảo vệ máy biến áp.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp tiếp cận
- Dựa trên kết quả khảo sát thực tế tại chín Trạm biến áp tại tỉnh Nam ðịnh cụ
thể các trạm ñã ñi khảo sát (Trạm Trình Xuyên (E3.1), Trạm Phi Trường (E3.4),
Trạm Mỹ xá (E3.9), Trạm Mỹ xá (E3.9), Trạm Lạc Quần, Trạm Nghĩa Hưng
(E3.10), Trạm Hải Hậu (E3.11), Trạm Nam Ninh (E3.12), Trạm Giao Thủy (E3.13),
Trạm mỹ Lộc), trực tiếp quan sát nhóm thiết bị bảo vệ làm việc tại các trạm biến áp,
trực tiếp quan sát thiết bị bảo vệ làm việc, thu thập thơng tin, tài liệu kỹ thuật nói về
thiết bị bảo vệ và kinh nghiệm trong của cán bộ công nhân trong các trạm trong
công tác quản lý vận hành các trạm biến áp 110kV (chín trạm), nhất là các trạm
biến áp 110kV trên ñịa bàn tỉnh Nam ðịnh do Chi nhánh Lưới ñiện cao thế Nam
ðịnh quản lý vận hành.
- Dựa trên hồ sơ quản lý vận hành và thống kê sự cố, từ đó phân tích ngun
nhân, đánh giá về độ tin cậy của nhóm thiết bị làm việc khơng bình thường trong
suốt q trình làm việc cụ thể ở đây là nhóm thiết bị bảo vệ. Trong đó đặt trọng tâm

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

9


vào nhóm đối tượng có thời gian làm việc trên 25 năm trở lên (nhóm đối tượng lạc
hậu về cơng nghệ).
- Phân tích các sự cố liên quan đến nhóm ñối tượng bảo vệ ñã làm việc quá lâu
trên lưới từ đó làm cơ sở lý thuyết khi ứng dụng ñưa thiết bị mới vào hệ thống vào
hệ thống (các khiếm khuyết bộc lộ trong quá trình vận hành và sự hư hỏng thường
gặp của thiết bị đó.)
- Lập phương án kỹ thuật cho việc thay thế thiết bị bảo vệ phải đảm bảo tính
ưu việc hơn hẳn và khả năng thay thế trong điều kiện khơng thể có thiết bị nào ưu
việt hơnnhưng phải ñảm bảo thời gian ngừng cấp điện khơng kéo dài.
- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với các yêu cầu về ñộ tin cậy, chất lượng thiết
bị thay thế, nhất là các đặt tính làm việc, các tính năng chính, các tính năng mở
rộng, khả năng kết nối vào hệ thống, khả năng sử dụng tiếp trong q trình hiện đại
hóa sau này… Các thơng tin về thiết bị ñều do các nhà chế tạo thiết bị cung cấp đảm
bảo chính xác, đầy đủ.
- Sau khi lập ñược phương án, tham vấn các chuyên gia về tính khả thi với cơ
sở; từ kết cấu sơ ñồ bảo vệ hiện tại, ñưa ra giải pháp cuối cùng cho phương án và
ñánh giá kết quả.
- Tiếp tục ñiều tra khảo sát một số trạm biến áp xây dựng cùng thời điểm hiện
cịn sử dụng các thiết bị tương tự… từ đó, đưa kết quả nghiên cứu cải tạo nâng cấp
hệ thống bảo vệ cho máy biến áp vào ứng dụng.
2.2.3. Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập các tài liệu hướng về thiết bị bảo vệ máy biến áp, tính tốn thiết kế
nâng cấp hệ thống bảo vệ cụ thể ở ñây là thiết bị bảo vệ so lệch. Các tài liệu về thiết
bị bảo vệ so lệch của một số hang ñang cung cấp tại Việt Nam ñặc biệt quan tâm
ñến các hang ñang cung cung cấp thiết bị bảo vệ có uy tín tại miền Bắc cụ thể như

hãng Siemens, Areva .....Từ đó tính tốn thiết kế, nâng cấp thiết bị bảo vệ cho máy
biến áp. Các tài liệu chuyên ngành về hệ thống ñiện, các bài báo khoa học, cơng
trình nghiên cứu khoa học về nâng cấp hệ hệ thống bảo vệ đã được cơng bố và sử
dụng trong và ngồi nước. Các thơng tin trên các sách báo, mạng internet, …
- Nghiên cứu các tài liệu đã thu thập từ đó tổng hợp các kết quả nghiên cứu
là cơ sở lí luận để tính toán thiết kế cải tạo nâng cấp hệ thống bảo vệ.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

10


2.2.4. ðiều tra khảo sát.
- ðiều tra khảo sát tại các trạm biến áp (chín trạm biến áp) tại thành phố
Nam ðịnh ñặc biệt quan tâm ñến thiết bị bảo vệ máy biến áp . Kế thừa kết quả khảo
sát tại các trạm ở khu vực phía bắc mà các tác giả đẫ khảo sát trước đó .
- Khảo sát về thiết bị bảo vệ tại các trạm biến áp ñánh giá kết quả làm việc
của thiết bị trên cơ sở đó rồi đưa ra giải pháp cải tạo nâng cấp tại trạm (E3.4) Phi
trường.
Các số liệu ñiều tra và kết quả khảo sát trạm biến áp trung áp phải ñược ghi chép
vào các bảng 2.1 về công suất và ñịa bàn cấp ñiện v.v. như sau:
T.T

Tên TBA

Công suất

Năm

(kVA)

vận hành

ðịa chỉ cấp ñiện

1

…

…

…

…

2

…

…

…

…

3

…

…

…

và Bảng 2.2 về tổng hợp các rơle bảo vệ chính tại các trạm biến áp mới xây dựng từ
năm 2000

1

…

…

…

…

Bảo vệ q
dịng có
hướng
đường dây
110kV
…

2

…

...

…

...

...

3

...

...

...

...

...

T.T

Tên Trạm

Bảo vệ so lệch

Bảo vệ
q dịng

Bảo vệ khoảng
cách đường dây
110kV

2.2.5. Giải pháp cải tạo nâng cấp
Dựa vào các thông số kĩ thuật của trạm ñang vận hành, kết quả nghiên cứu
thực nghiệm ứng dụng trong và ngoài nước, kết quả nghiên cứu khảo sát tại các
trạm biến áp thuộc tỉnh Nam ðịnh (cụ thể là chín trạm tên các trạm đã trình bày ở
mục 2.1). Trên cơ sở đó đưa ra giải pháp cải tiến nâng cấp hệ thống rơle bảo vệ máy
biến áp động lực 25.000kVA.
Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

11


Dựa trên các tài liệu còn lưu trữ trạm (E3.4) Phi Trường thành phố Nam
ðịnh. Từ đó tính tốn thiết kế rơle bảo vệ so lệch bảo vệ máy biến áp cho phù hợp,
trình độ khoa học cơng nghệ và điều kiện của Việt Nam.
Tính tốn các thơng số lựa chọn các thiết bảo vệ phù hợp với trạm biến áp
( E3.4) Phi Trường. Ở ñây phải quan tâm ñến quá trình mở rộng nâng cấp trạm mà
thiết bị mà ta thay thế không lạc hậu khi mà nghành công nghiệp điện đang từng
bước hiện đại hố cụ thể là Việt Nam đang trong q trình thử nghiệm trạm giám
sát tự động ( khơng người trực) như sau:
- Tính chọn cơng suất MBA động lực Scb =100 MVA (Việc tính tốn ngắn mạch
được thực hiện trong hệ đơn vị tương ñối).
-Tính ñiện kháng tính trong hệ ñơn vị tương ñối cơ bản được xác định theobiểuthức
X HT*cb =

chọn

Icb
IN

Ucb= Utb

-Tính cấp điện áp 110 kV có Utb1= 115 kV theo cơng thức

Icb1 =

Scb
3.U cb1

= kA

-Tính cấp điện áp 35 kV có Utb2= 38,5 kV theo cơng thức

Icb2 =

Scb
3.U cb2

= kA

-Tính cấp điện áp 6 kV có Utb3= 6,6 kV theo cơng thức

Icb3 =

Scb
3.U cb3

= kA

- Tính điện kháng thứ tự khơng tính từ cơng thức dịng ngắn mạch một pha.
1

3.E
−b ± b2 − 4ac
m( ) .E
IN =
→ X0∑ = (1) − (X1∑ + X2∑ )
2a
X1∑ + X2∑ + X0∑
IN

(1)

với X1∑ = X 2 ∑

và

I N (*cb ) =

I N (kA)
I cb1

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

12


Tính tốn điện kháng hệ thống tính đến thanh cái 110kV
trong chế ñộ cực ñại

I

min
X1H
=

I

X 0min
∑ =

cb
max
N3pha

3.E
min
I cb1 -2.X1H
max
I N1pha

Chế độ cực tiểu:
max
X1H
=

Icb
I

X 0max
∑ =

min
N3pha

3.E
I

min
N1pha

max
I cb1 -2.X 1H

Tính tốn điện kháng của máy biến áp theo công thức sau

UCN =

1 C-T C-H T-H
( UN +UN -UN )
2

UTN =

1
C-H
T-H
. ( UC-T
N -U N +U N )
2

UHN =

1
C-H
T-H
.( -UC-T
N +U N +U N )
2

ðiện kháng các cuộn dây

U CN Scb
XC =
×
100 Sdm

;

XT = 0

;

U HN Scb
XH =
×
100 Sdm

Ngồi tính tốn như trên ta cần phải tính tốn ngắn mạch tại một số điểm như trình
bày ở chương 4

Trường ðại học Nơng Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật………………………………

13