Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐẦU PHÂN ÁP ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA R...

Tài liệu NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐẦU PHÂN ÁP ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠLE SO LỆCH KỸ THUẬT SỐ

.PDF
10
82
105

Mô tả:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐẦU PHÂN ÁP ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠLE SO LỆCH KỸ THUẬT SỐ
PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC ĐIỀU CHỈNH ĐẦU PHÂN ÁP ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠLE SO LỆCH KỸ THUẬT SỐ Lê Thị Kim Nhung, Lê Duy Nhân Trường Cao đẳng Điện lực miền Trung Tóm tắt: Bằng phương pháp mô phỏng dựa trên phần mềm Matlab, bài viết tiến hành xem xét đặc tính của bảo vệ so lệch máy biến áp điều áp dưới tải. Từ đó đề xuất phương pháp cải thiện đặc tính nhằm nâng cao độ nhạy của bảo vệ so lệch kỹ thuật số. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bảo vệ so lệch (BVSL) là bảo vệ chính cho các máy biến áp (MBA) điện lực có điện áp từ 110kV trở lên. Đặc điểm chung của BVSL là làm việc tin cậy, tác động nhanh khi có sự cố xảy ra bên trong vùng bảo vệ [2]. Nguyên tắc của BVSL là so sánh trực tiếp các dòng điện trên các nhánh của đối tượng bảo vệ. Hình 1. Sơ đồ bảo vệ so lệch máy biến áp hai cuộn dây Khi áp dụng bảo vệ so lệch cho máy biến áp có điều áp dưới tải (OLTC), điều độ hệ thống điện chỉ tính toán giá trị chỉnh định rơle cho một nấc phân áp chung nhất, thông thường là nấc 9. Với cách tính toán này hệ số cài đặt vào rơ le phải có giá trị lớn để bảo vệ không tác động nhầm khi nấc phân áp ở các vị trí biên (độ dốc hãm k1>0.245) [2]. Khi đó BVSL chỉ phát hiện được sự cố chạm chập trong khoảng 60% cuộn dây MBA [9]. Để nâng cao độ nhạy cho bảo vệ so lệch 529 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC MBA bài báo trình bày các biểu thức toán học về cài đặt tham số bảo vệ tương ứng với vị trí đầu phân áp, tính chọn giá trị cài đặt và mô phỏng bằng Matlab Simulink. 2. NÂNG CAO ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ SO LỆCH 2.1. Phương pháp Bảo vệ so lệch máy biến áp thường được sử dụng để xử lý các sự cố ngắn mạch, chạm chập các vòng dây,… bên trong MBA. Khi MBA làm việc ở các đầu phân áp biên thì rơle phải cài đặt hệ số dòng lớn (là hệ số giữa dòng so lệch và dòng hãm). Với tốc độ phát triển trong kỹ thuật thông tin và truyền thông, rơle số có thể chứa nhiều thông tin hơn một thiết bị bảo vệ. Đây là điều kiện thuận lợi để thực hiện điều chỉnh tự động tham số bảo vệ so lệch có xét đến vị trí đầu phân áp. Phương pháp bài báo đề cập nhằm cải thiện độ nhạy của rơle so lệch MBA có OLTC trong trường hợp xảy ra sự cố ngắn mạch giữa các vòng dây hoặc ngắn mạch 1 pha gần điểm trung tính. Phương pháp này dựa trên việc giám sát vị trí của đầu phân áp và cho tín hiệu chỉ dẫn đến rơle số để thay đổi giá trị cài đặt theo vị trí đầu phân áp mới. 2.2. Biểu thức toán học về việc cài đặt vị trí đầu phân áp Hình 2 là sơ đồ nguyên lý thực hiện bảo vệ MBA có OLTC bằng rơle so lệch kỹ thuật số. Giả thiết rằng đầu phân áp ở phía cao áp, như hình 2. Khi vị trí đầu phân áp ở giữa, ta có: I 2 N1  I1 N 2 ' I2  I2 n2 I1'  I1 n1 Hình 2. Sơ đồ thực hiện bảo vệ MBA có OLTC bằng rơle so lệch kỹ thuật số (sơ đồ một pha) 530 PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện Dòng so lệch I d  I1  I 2 ' Id  ' 1 I1 I 2 N    I1   1  n1 n2  n1 N 2 n2  Với I1 & I2 tương ứng là dòng sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp ' I1' & I 2 tương ứng là dòng thứ cấp của máy biến dòng được nối với phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp N1 & N2 tương ứng là số vòng dây của cuộn sơ và thứ cấp máy biến áp n1 & n2 tương ứng là tỉ số biến của máy biến dòng được nối với phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp Bây giờ, nếu di chuyển đầu phân áp, N1 được tăng giảm  N , lúc đó dòng so lệch: 1 N N  ' I d  I1   1    n1 N 2 n2 N 2 n2  (1) Giá trị nhỏ của dòng từ hóa Im không ảnh hưởng đến dòng so lệch được cho trong công thức ' (2.2.1). Nhưng trong trường hợp điện áp quá kích thích, giá trị Im ảnh hưởng đến I1 và I d . Vì vậy công thức (2.2.1) có thể được viết lại có tính đến ảnh hưởng của Im N ' '  I d  I1' 1  I m ( p.u )  I 2 1   [7]  N1  2.3. Chọn giá trị cài đặt cho bảo vệ so lệch MBA Dựa vào cơ sở lý thuyết ở phần trên, khi có sự phản hồi vị trí đầu phân áp về rơle, lúc đó ta sẽ bù sai số điện áp do các đầu phân áp. Như vậy đã loại bỏ được sai số của OLTC trong giá trị cài đặt của bảo vệ so lệch. Các giá trị của bảo vệ so lệch được cài đặt lại như sau: k1 = 10% (tổng sai số của HV CT và LV CT) IS1 = 0,5 x k1 + P’ = 0,5 x 10% + 10% = 15% IS2 = 2In k2 = 100% Ta có đường đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch khi xét đến sai số của OLTC và khi loại trừ được sai số của OLTC như hình 3. 531 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC a b Hình 3. Đặc tính của bảo vệ so lệch MBA Đường a: Có xét đến sai số của OLTC; đường b: Loại bỏ được sai số của OLTC 3. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP OLTC Lưới điện sử dụng mô phỏng nghiên cứu xem xét gồm 01 MBA lấy điện từ lưới hệ thống 110kV cấp điện cho phụ tải cuối đường dây như trên hình 4. Tham số đường dây, máy biến áp, máy cắt và điện trở ngắn mạch được tham khảo từ các tài liệu [5], [9], [11] và thư viện của Simulink. Sử dụng chương trình Matlab Simulink tiến hành mô phỏng và xem xét một số đặc tính như đặc tính sự cố, đặc tính dòng so lệch, dòng hãm, dòng sự cố và đặc tính cắt của rơle so lệch khi đầu phân áp của MBA ở vị trí giữa (tap 0) và vị trí biên (tap -8), tải định mức, ngắn mạch ngoài (N2) và ngắn mạch trong vùng bảo vệ (N1). Hình 4. Mô hình lưới điện Sơ đồ khối mô phỏng bảo vệ so lệch MBA OLTC trong lưới điện thực hiện trên chương trình Matlab simulink thể hiện trên hình 5. Sơ đồ thuật toán dùng để tính toán xác định Idiff và Ibias thể hiện trên hình 6. Sơ đồ nguyên lý để tính toán Idiff và Ibias thể hiện trên hình 7. 532 PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện Cho mô hình chạy mô phỏng theo 03 trường hợp sau:  Trường hợp 1: Với đặc tính làm việc của rơle so lệch MBA được cài đặt theo các giá trị thông thường (IS1 = 0,25; IS2 = 2; k1 = 0,25; k2 = 1);  Trường hợp 2: Với đặc tính làm việc của rơle so lệch MBA được cài đặt theo các giá trị (IS1 = 0,15; IS2 = 2; k1 = 0,1; k2 = 1) không có sự phản hồi vị trí đầu phân áp về rơle so lệch số;  Trường hợp 3: Với đặc tính làm việc của rơle so lệch MBA được cài đặt theo các giá trị (IS1 = 0,15; IS2 = 2; k1 = 0,1; k2 = 1) kết hợp với sự phản hồi vị trí đầu phân áp về rơle so lệch số. Hình 5. Sơ đồ khối mô phỏng bảo vệ so lệch MBA OLTC trong lưới điện 533 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NhË I S1,I S2,k1 ,k2 p I diff , I bias N I diff > k1I bias+I S1 Y > I bias I S2 Y N I diff > k2I bias (k 2-k1) I S2 + I S1 Y TRIP NO TRIP Hình 6. Sơ đồ thuật toán của khối tính toán Idiff và Ibias 534 N PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện 1 i1 |u| u m agnitude signal angle D2R Fourier1 4 i4 Re Im Re Im Magnitude-Angle Complex to to Complex Real-Imag Degrees to Radians |u| u 2 |u| u Re Im 0.5 Magnitude-Angle Complex to to Complex1 Real-Imag1 m agnitude signal angle 1 Idiff a Real-Imag to Complex to Complex Magnitude-Angle Ibias a Product Constant D2R Fourier Degrees to Radians1 0.01875 8 Constant3 Tap 2 i2 Product3 |u| u m agnitude signal angle Magnitude-Angle to Complex2 Fourier4 Re Im Re Im Complex to Real-Imag2 |u| u 3 Idiff b Real-Imag to Complex to Complex1 Magnitude-Angle1 D2R 4 Degrees to Radians2 7 |u| u Angle(Deg) 5 i5 Re Im Product1 0.5 Magnitude-Angle Complex to to Complex3 Real-Imag3 m agnitude signal angle Ibias b Constant1 D2R Fourier2 Degrees to Radians3 0.01875 Constant4 3 i3 Product4 |u| u m agnitude signal angle Magnitude-Angle to Complex4 Fourier5 Re Im Re Im Complex to Real-Imag4 |u| u 5 Idiff c Real-Imag to Complex to Complex2 Magnitude-Angle2 D2R 6 Degrees to Radians4 |u| u Re Im Magnitude-Angle Complex to to Complex5 Real-Imag5 6 i6 m agnitude signal angle Product2 Ibias c 0.5 Constant2 D2R Fourier3 Degrees to Radians5 0.01875 Constant5 Product5 Hình 7. Sơ đồ nguyên lý khối tính toán Idiff và Ibias 535 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Với mô hình mô phỏng như phần 3 ta thấy được đặc tính sự cố khi có ngắn mạch trong và ngoài vùng bảo vệ như hình 8. Hình 8. Đặc tính sự cố a) Ngắn mạch ngoài; b) Ngắn mạch trong Bảng 1 thống kê tình trạng làm việc của bảo vệ khi hệ thống làm việc với tải định mức, ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, ngắn mạch trong vùng bảo vệ với điện trở ngắn mạch khác nhau tương ứng với 03 trường hợp mô phỏng ở phần 3. Bảng 1. Thống kê tình trạng làm việc của bảo vệ so lệch Sự cố máy biến áp Các trường hợp Tải định mức Ngắn mạch ngoài Điện trở ngắn mạch 30  [11] Điện trở ngắn mạch 100  [11] Nấc 0 Nấc -8 Nấc 0 Nấc -8 Nấc 0 Nấc -8 Nấc 0 Nấc -8 Trường hợp 1 Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Sai Sai Trường hợp 2 Đúng Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Trường hợp 3 Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng 5. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Với ba trường hợp được mô phỏng cho thấy đặc tính làm việc của rơle so lệch MBA OLTC được cài đặt theo các giá trị (IS1 = 0,15; IS2 = 2; k1 = 0,1; k2 = 1) kết hợp với sự phản hồi vị trí đầu phân áp về sẽ bảo vệ được các trường hợp sự cố trong MBA. Vậy với phương pháp giám sát thích nghi nếu ứng dụng vào lưới thực tế, bảo vệ so lệch kỹ thuật số có thể cách ly được sự cố chạm đất và ngắn mạch giữa các vòng dây của MBA mà không cần sử dụng thêm bảo vệ 536 PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện chống chạm đất. Điều này làm giảm chi phí đầu tư, chi phí vận hành - bảo dưỡng hệ thống bảo vệ các MBA có OLTC. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lê Kim Hùng (2004), Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện, NXB Đà Nẵng. [2] GS. VS Trần Đình Long (2000), Bảo vệ các hệ thống điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [3] TS Nguyễn Hoàng Việt (2003), Bảo vệ Rơle và Tự động hoá trong hệ thống điện, NXB Đại Học Quốc Gia Tp. HCM. [4] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. [5] Vũ Hoài Nam (2010), Nghiên cứu phân ích và mô phỏng rơle số bảo vệ máy phát nhà máy thủy điện áp dụng cho nhà máy Sê San 4. [6] SIEMENS (2005), Protection of a Three Winding Transformer. [7] Ahmed A Y, Al-Mously S I (2001), Sensitivity Improvement of the Digital Differential Relay for Internal Ground Fault Protection in the Power Transformer with Tap Changer, IEEE Porto Power Tech Proceedings conf.,pp.532-538. [8] T. Hayder, U. Schaerli, K. Feser, L. Schiel (2003), New algorithms to improve the sensitivity of differential protection of regulating transformers, IEEE Bologna power Tech Conf. [9] P. Bastrad, P. Bemand, and M. Meunier (Apr. 1994), A transformer model for winding fault studies, IEEE Trans. Power Delivery, vol. 9, pp. 690-699. [10] Thabo Modisane (2010), Performance Analysis of Voltage Regulating Relays with Circulating Current Control Algorithms Using Hardware-In-Loop Real-Time Simulator Techniques. [11] Gerhard Ziegler (2005), Numerical Differential Protection principles and application, SIEMENS, Berlin. [12] W K Zhao, J H He, Z Q Bo, A Klimek (2007), The Improvement of the Digital Differential Relay in On-load Tap Changer Transfomer. . 537
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan