Tài liệu Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối thành phố quảng ngãi

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ......................................................................................................4 1.1. Đặc điểm về lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi .......................................4 1.2. Các thiết bị bảo vệ trong lƣới điện phân phối ...........................................................5 1.2.1. Máy cắt ............................................................................................................5 1.2.2. Rơle .................................................................................................................6 1.2.3. Máy cắt tự động đóng lại-Recloser ...............................................................10 1.2.4. Dao cắt có tải-LBS ........................................................................................14 1.2.5. Dao cách ly phân đoạn tự động ....................................................................15 1.3. Hiện trạng và xu thế tự động hóa lƣới điện phân phối lƣới phân phối ...................15 1.3.1. Hiện trạng về tự động hóa phân phối lưới phân phối TP Quảng Ngãi ........15 1.3.2. Xu thế phát triển tự động hóa lưới điện phân phối........................................16 1.3.3. Các mô hình triển khai tự động hóa lưới điện phân phối .............................17 1.4. Kết luận Chƣơng 1 ..................................................................................................19 Chƣơng 2: QUY TRÌNH GIẢI PHÁP DAS VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI..................................21 2.2. Quy trình giải pháp công nghệ DAS cho lƣới điện phân phối ..............................22 2.2.1. Phối hợp giữa các thiết bị tự đóng lại phân đoạn ........................................22 2.2.2. Phối hợp giữa thiết bị tự đóng lại với dao cách ly hoặc dao cắt có tải tự động làm thiết bị phân đoạn...........................................................................................31 2.2.3. Phối hợp giữa thiết bị tự đóng lại với dao cách ly phân đoạn tự động ........35 2.3. Các phƣơng pháp phối hợp bảo vệ trong lƣới điện phân phối ...............................38 2.3.1. Phối hợp bảo vệ giữa rơle và recloser ..........................................................38 2.3.2. Phối hợp bảo vệ giữa rơle và rơle ................................................................39 2.3.3. Phối hợp máy cắt kết hợp tự đóng lại với cầu chì ........................................40 2.4. Kết luận Chƣơng 2 ..................................................................................................44 Chƣơng 3: GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA MẠCH VÒNG CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI ............................................................................ 46 3.1. Đánh giá hiện trạng về LĐPP Thành phố Quảng Ngãi ..........................................46 3.2. Đặc điểm hiện trạng và giải pháp mạch vòng XT 475-E16 và 476-E17 ................50 3.2.1. Đặc điểm hiện trạng ......................................................................................50 3.2.2. Giải pháp cải tạo mạch vòng xuất tuyến 476-E17 và 475-E16 ....................51 3.2.3. Vận hành mạch vòng xuất tuyến 476-E17 và 475-E16 sau cải tạo…..........53 3.3. Kết luận Chƣơng 3 ..................................................................................................55 Chƣơng 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT VÀ TÍNH TOÁN PHỐI HỢP BẢO VỆ XUẤT TUYẾN 476-E17 VÀ 475-E16 .............................................................. 57 4.1. Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT ....................................................................57 4.2. Tính toán chỉnh định và phối hợp bảo vệ cho xuất tuyến 476-E17và 475-E16 .....59 4.2.1. Tính toán và chọn các thông số.....................................................................59 4.2.2. Tính toán giá trị chỉnh định cho các thiết bị bảo vệ .....................................61 4.2.3. Phối hợp bảo vệ thiết bị bằng phần mềm VPROII ........................................65 4.3. Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện bằng phần mềm PSS/ADEPT cho mạch vòng 476-E17 và 475-E16 trƣớc và sau cải tạo ................................................... 70 4.3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................70 4.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện ............................................70 4.3.3. Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện ..................................................72 4.4. Kết luận Chƣơng 4 ..................................................................................................74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................78 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI Học viên: TRƢƠNG QUANG HUY Mã số: 60.52.02.02 Khóa: 34.KTĐ.QNg Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: - Trong giai đoạn hiện nay, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là nhiệm vụ hàng đầu của nghành điện nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho khách hàng một cách tốt nhất. Các thiết bị đóng cắt trên lƣới điện phân phối đƣợc đầu tƣ cơ bản, đáp ứng yêu cầu công tác vận hành, tuy nhiên một số vị trí lắp đặt thiết bị đóng cắt chƣa hợp lý, dẫn đến tình trạng phạm vi mất điện rộng khi có tình huống sự cố, cắt điện bảo dƣỡng. Nhiều vị trí còn bố trí thiết bị đóng cắt tại điểm hở là các dao cách ly do vậy chƣa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc khi có điện. Với yêu cầu của khách hàng ngày càng cao về số lƣợng, chất lƣợng và độ tin cậy cung cấp điện, thì việc tự động hoá lƣới điện phân phối, phối hợp các thiết bị đóng cắt trên tuyến nhằm tự động cô lập điểm sự cố và tái cấu trúc lƣới điện sau sự cố, điều khiển thiết bị đóng cắt điện từ xa sẽ đem lại hiệu quả kinh tế do rút ngắn đƣợc thời gian mất điện, phạm vi mất điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đáp ứng ngày càng cao nhu cầu dùng điện của khách hàng. Với những lý do trên, đề tài “Giải pháp tự động hóa cho lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi”. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt đƣợc và đƣa ra các hƣớng phát triển tiếp theo. Từ khóa:- tự động hóa, lƣới điện phân phối, thiết bị đóng cắt, thời gian mất điện, độ tin cậy. AUTOMATIC SOLUTIONS FOR ELECTRIC NETWORK DISTRIBUTING IN QUANG NGAI CITY Abstract - In recent years, to upgrade the credibility while distributing electric is the fundamental mission in electrical industry to ensure that this service is safe and can be provided consistently and in the best condition for the customers. The switching devices on the distributing electric network were invested at basic level, only meet up with operation business, however, in a few positions that these witching devices were install, the operation were not reasonable, which leads to power-off condition on a large scale when encounter problems, cutting electric for maintanance. Many positions also distribute switching devices at splitting points, which are disconnecting switch and therefore can not be closed/ cut to serve the operation of closing the connection when there is electricity. With the increasing demand of the customers in terms of quality, quantity and credibility while proving electrical services, the automatic solutions for distributing electric network, in corporation with switching devices on the linear to automatically isolate the failed points and restructure the electric network after encounting with issues, as well as control remoted switching devices will bring more economical effect as the duration and the scale of cutting-off power is lessened, which will raise the creadibility of the electrical service provider and please the high demand of the customer mentioned. With the above reasons, the topic “Automatic solutions for electric network distributing in Quang Ngai City”. The achieved results are summarized and perspective of the work is provided. Key words: - Automatic; electric network distributing; switching devices: creadibility; DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT HTĐ - Hệ thống điện LĐPP - Lƣới điện phân phối MC - Máy cắt TBA - Trạm biến áp MBA - Máy biến áp BU - Máy biến điện áp BI - Máy biến dòng điện TĐHMV - Tự động hóa mạch vòng TĐL - Tự đóng lại BVRL - Bảo vệ rơ le BV - Bảo vệ NM - Ngắn mạch REC - Máy cắt tự đóng lại SEC - Dao cách ly phân đoạn tự động LBS - Dao cắt có tải DCL - Cầu dao liên lạc FCO - Cầu chì tự rơi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Nội dung Trang 1 Bảng 1.1 Tình hình mang tải các TBA 110KV khu vực TP Quảng Ngãi 15 2 Bảng 1.2 Khối lƣợng đƣờng dây lƣới điện phân phối TP Quảng Ngãi 15 3 Bảng 1.3 Khối lƣợng trạm biến áp phụ tải TP Quảng Ngãi 15 4 Bảng 1.4 Tham số đƣờng cong đặc tính phụ thuộc 19 5 Bảng 1.5 Họ đƣờng đặc tính theo tiêu chuẩn ANSI 20 6 Bảng 1.6 Tình hình thực hiện các chỉ số ĐTCCCĐ TP Quảng Ngãi năm 2017 28 7 Bảng 2.1 Các quy tắc tự động hóa mạch vòng đối với FR 39 8 Bảng 2.2 Các quy tắc tự động hóa mạch vòng đối với FR 40 9 Bảng 2.3 Các quy tắc tự động hóa mạch vòng đối với FR 40 10 Bảng 4.1 Thông số ngắn mạch các vị trí xuất tuyến 475-E16 70 11 Bảng 4.2 Thông số ngắn mạch các vị trí xuất tuyến 476-E17 70 12 Bảng 4.3 Bảng tính giá trị chỉnh định rơle XT 476- E17 và 475-E16 75 13 Bảng 4.4 Bảng hệ số nhân thời gian TP 76 14 Bảng 4.5 Phiếu chỉnh định rơ le cho xuất tuyến 475-E16 80 15 Bảng 4.6 Phiếu chỉnh định rơ le cho xuất tuyến 476-E17 81 16 Bảng 4.7 Số liệu tính toán độ tin cậy cung cấp điện 83 17 Bảng 4.8 Các thông số mạch vòng 476- E17 và 475-E16 84 18 Bảng 4.9 So sánh chỉ số độ tin cậy trƣớc và sau cải tạo 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Nội dung STT Tên hình Trang 1 Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống BVRL kỹ thuật số 18 2 Hình 1.2 Logic cắt I>, I>>& I>>> 19 3 Hình 1.3 Đặc tính cắt từ chức năng bảo vệ quá dòng 19 4 Hình 1.4 Họ đƣờng cong của IEC 20 5 Hình 1.5 Recloser VWVE27 22 6 Hình 1.6 Recloser có cuộn cắt nối tiếp 23 7 Hình 1.7 Đặc tính T-C tiêu biểu Thủy lực 23 8 Hình 1.8 Sơ đồ khối của mạch điều khiển 24 9 Hình 1.9 Đặc tính T-C tiêu biểu của Recloser điều khiển số 24 10 Hình 1.10 Mô tả hoạt động đồng thời/ không đồng thời REC 26 11 Hình 1.11 Mô tả hoạt động có phối hợp chuỗi 26 12 Hình 1.12 Thiết bị dao cắt có tải 26 13 Hình 1.13 SEC của hãng Cooper 27 14 Hình 1.14 Mô hình tự động hóa tập trung 29 15 Hình 1.15 Sơ đồ triển khai tự động hóa tập trung 30 16 Hình 1.16 Mô hình tự động hóa phân tán 31 17 Hình 1.17 Sơ đồ triển khai tự động hóa phân tán 31 18 Hình 2.1 Sơ đồ 2 nguồn cung cấp tự động hóa mạch vòng 34 19 Hình 2.2 Quy trình tự động phục hồi hệ thống LĐPP 36 20 Hình 2.3 Hệ thống tự động hóa mạch vòng qua hệ thống SCADA 41 21 Hình 2.4 Sự cố giữa recloser TR và Mra2 của nguồn TBA2 42 22 Hình 2.5 Trạng thái sau khi TR đóng lặp không thành công 42 23 Hình 2.6 Phối hợp phân đoạn khi sự cố giữa phân đoạn LBS1 và LBS2 với hệ thống DAS–SCADA 43 24 Hình 2.7 Ra lệnh đóng LBS3 từ xa qua hệ thống DAS và SCADA sau khi thực hiện lệnh đóng lại thành công 44 25 Hình 2.8 Sơ đồ khối DCL hoặc dao cắt có tải làm việc theo nguyên tắc đếm xung dòng ngắn mạch 45 26 Hình 2.9 Sơ đồ khối DCL hoặc dao cắt có tải làm việc theo nguyên tắc đếm xung điện áp 45 27 Hình 2.10 Sơ đồ tự động hóa mạch vòng 48 28 Hình 2.11 Giản đồ thời gian phối hợp hoạt động của mạch vòng 49 29 Hình 2.12 Sự phối hợp giữa R1, R2 và R3 50 30 Hình 2.13 Minh họa cho DDPP đƣợc bảo vệ bởi các rơle R1 và recloser R2,R3 50 31 Hình 2.14 Xác định độ phân cấp về thời gian 52 32 Hình 2.15 Nguyên tắc phối hợp các bảo vệ quá dòng liền kề 53 33 Hình 2.16 Sơ đồ điển hình phối hợp Rec với cầu chì 53 34 Hình 2.17 Phối hợp đặc tính Rec và cầu chì 54 35 Hình 2.18 Chu kỳ nhiệt độ cầu chì 54 36 Hình 2.19 Phối hợp Rec và cầu chì thích hợp với quá trình phát nóng 37 Hình 3.0 Sơ đồ các XT LĐPP 22kV khu vực TP Quảng Ngãi 59 38 Hình 3.1 Sơ đồ 2 xuất tuyến 476- E17 và 475-E16 hiện trạng 60 39 Hình 3.2 Sơ đồ 2 xuất tuyến 476- E17 và 475-E16 sau cải tạo 62 40 Hình 3.3 XT 476-E17 cấp điện đến vị trí 475-E16/26 khi sự cố 62 41 Hình 3.4 XT475-E16 cấp điện đến vị trí 476-E17/61 khi sự cố 63 42 Hình 3.5 Sơ đồ các điểm sự cố ngắn mạch trong mạch vòng 63 43 Hình 3.6 Sơ đồ mạch vòng khi sự cố tại F1 64 44 Hình 3.7 Sơ đồ mạng khi cách ly sự cố F2 64 45 Hình 4.1 Giao diện chính của chƣơng trình PSS/ADEPT 68 46 Hình 4.2 Lƣu đồ thuật toán tính toán phối hợp bảo vệ 77 47 Hình 4.3 XT475-E16 cấp điện cho XT476- E17 khi sự cố F1 78 48 Hình 4.4 Phối hợp BV quá dòng rơ le 50/51 khi sự cố F1 78 49 Hình 4.5 Phối hợp BVrơle chống chạm đất 50N/51N sự cố F1 79 50 Hình 4.6 XT 475-E16 cấp điện cho XT 476- E17 khi sự cố F3 79 51 Hình 4.7 Phối hợp bảo vệ quá dòng rơ le 50/51 khi sự cố F3 79 52 Hình 4.8 Phối hợp BV rơ le chống chạm đất 50N/51N khi sự cố F3 80 53 Hình 4.9 Sơ đồ tính độ tin cậy XT 476-E17 và 475- E16 hiện tại 84 54 Hình 4.10 Sơ đồ tính độ tin cậy XT 476-E17 và 475- E16 sau cải tạo 85 55 11 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giai đoạn hiện nay, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là nhiệm vụ hàng đầu của ngành điện nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho khách hàng một cách tốt nhất. Trên hệ thống lƣới điện phân phối ở nƣớc ta hiện nay, việc thực hiện thao tác đóng/cắt các thiết bị nhánh rẽ, phân đoạn để phục vụ cô lập và tìm điểm sự cố còn thao tác một cách rất thủ công và mất rất nhiều thời gian.Khi có sự cố trên đƣờng dây trung áp máy cắt đầu nguồn cắt, nhân viên trực vận hành bắt đầu đi cắt các thiết bị phân đoạn từ xa đến gần để xác định và cách ly phân đoạn bị sự cố. Đối với lƣới mạch vòng, sau khi cách ly phân đoạn bị sự cố mới tiến hành xem xét đóng các thiết bị phân đoạn để cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố. Các thiết bị đóng cắt trên lƣới điện phân phối đƣợc đầu tƣ cơ bản, đáp ứng yêu cầu công tác vận hành, tuy nhiên một số vị trí lắp đặt thiết bị đóng cắt chƣa hợp lý, dẫn đến tình trạng phạm vi mất điện rộng khi có tình huống sự cố, cắt điện bảo dƣỡng. Nhiều vị trí còn bố trí thiết bị đóng cắt tại điểm hở là các dao cách ly do vậy chƣa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc khi có điện. Ngoài ra, khi lắp đặt và phối hợp các thiết bị lại với nhau để phối hợp bảo vệ cho xuất tuyến thì việc chọn các thông số chỉnh định nhƣ tính toán lý thuyết đôi khi không đảm bảo độ nhạy và bậc thời gian Δt giữa các đƣờng đặc tuyến. Với yêu cầu của khách hàng ngày càng cao về số lƣợng, chất lƣợng và độ tin cậy cung cấp điện, thì việc tự động hoá lƣới điện phân phối, phối hợp các thiết bị đóng cắt trên tuyến nhằm tự động cô lập điểm sự cố và tái cấu trúc lƣới điện sau sự cố, điều khiển thiết bị đóng cắt điện từ xa sẽ đem lại hiệu quả kinh tế do rút ngắn đƣợc thời gian mất điện, phạm vi mất điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đáp ứng ngày càng cao nhu cầu dùng điện của khách hàng. Với những lý do trên, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Giải pháp tự động hóa cho lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi” 2. MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Mục đích: Đề xuất các giải pháp phối hợp, sắp xếp các thiết bị đóng cắt trên lƣới điện trung áp nhằm nâng cao năng lực tự động hóa lƣới điện. 12 - Mục tiêu: Tính toán phối hợp thiết bị tự động, các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện cho lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a. Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng một số thành tựu về tự động hóa lƣới điện để triển khai áp dụng tính toán về chỉ tiêu độ tin cậy trên lƣới điện trung áp cho khu vực Thành phố Quảng Ngãi. b. Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các giải pháp về tự động hóa lƣới điện đang đƣợc triển khai hiện nay ở Việt Nam. Ứng dụng giải pháp tự động hóa vào hệ thống lƣới điện trung áp thuộc khu vực Thành phố Quảng Ngãi. Tính toán phối hợp bảo vệ và chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện cho mạch vòng điển hình sau khi thực hiện giải pháp về tự động hóa. 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỂN Công tác thao tác các thiết bị đóng cắt trên lƣới điện phân phối hiện đang đƣợc thực hiện bằng công tác thủ công, việc phân đoạn cô lập để tìm điểm sự cố, khoanh vùng sự cố mất nhiều thời gian, làm tăng phạm vi và thời gian mất điện của khách hàng. Do vậy việc nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động hóa lƣới điện phân phối là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào lƣới điện phân phối sẽ mang lại hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao chỉ số độ tin cậy cung cấp điện. Từng bƣớc cung ứng điện an toàn, liên tục cho khách hàng sử dụng điện. 5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết của tự động hóa lƣới điện (DAS), kết hợp với việc nghiên cứu áp dụng tính toán chỉ số độ tin cậy trên lƣới điện phân phối cụ thể. Áp dụng các phần mềm hỗ trợ mô phỏng phối hợp đặc tuyến thiết bị bảo vệ trên lƣới điện phân phối để đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ tác động chọn lọc. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn đƣợc biên chế thành 4 chƣơng và phụ lục. Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau: 13 Chƣơng 1: Tổng quan. Chƣơng 2: Quy trình giải pháp DAS và các phƣơng pháp phối hợp bảo vệ trong tự động hóa lƣới điện phân phối. Chƣơng 3: Giải pháp tự động hóa mạch vòng cho lƣới điện phân phối TP Quảng Ngãi. Chƣơng 4: Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và tính toán phối hợp bảo vệ xuất tuyến 476-E17 và 475-E16. TÀI LIỆU THAM KHẢO BẢN SAO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI 14 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1. Đặc điểm về lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi Lƣới điện phân phối trung tâm Thành phố Quảng Ngãi đƣợc xây dựng, phát triển liên tục qua nhiều năm cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội và nhu cầu sử dụng điện của khách hàng. Với đặc thù là thành phố du lịch và là trung tâm kinh tế - chính trị - xã hội của TỉnhQuảng Ngãi, do đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo cấp điện an toàn, liên tục là nhiệm vụ chính trị của ngành điện . Trong trƣờng hợp lƣới điện vận hành bình thƣờng, lƣới điện trung áp đƣợc kết nối mạch vòng vận hành hở.Mạch vòng các xuất tuyến đƣợc liên kết với nhau bằng dao cắt có tải LBS (Load Break Switch), máy cắt tự đóng lại REC (Automatic Circuit Recloser), dao cách ly DS (Disconnector Switch), hoặc thiết bị nối mạch vòng RMU (Ring Main Unit) đối với đƣờng dây cáp ngầm. Khi cần sửa chữa hoặc xử lý sự cố thì việc cung cấp điện cho các hộ phụ tải không nằm trong khu vực sự cố đƣợc tái xác lập nhờ chuyển đổi thủ công nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt các thiết bị phân đoạn hay các thiết bị nối mạch vòng theo phƣơng thức vận hành mới. Trong các năm qua, Công ty Điện lực Quảng Ngãiđã không ngừng cải tạo, đầu tƣ, xây dựng các tuyến đƣờng dây trung áp nhằm kết nối mạch vòng giữa các trạm biến áp 110kV và giữa các xuất tuyến trung áp cùng trạm biến áp 110kV đáp ứng theo tiêu chí N-1. Đến thời điểm hiện nay, toàn bộ các xuất tuyến 22kV khu vực Thành phố Quảng Ngãiđều có khả năng khép vòng và hỗ trợ liên lạc qua lại với nhau khi cần thiết. Thành phố Quảng Ngãi đƣợc cung cấp điện từ các trạm biến áp 110kV Quảng Ngãi (E16), 110 kV Tịnh Phong (E17), 110kV Quảng Phú với tình hình mang tải các TBA nhƣ (bảng 1.1) 15 Bảng 1.1 Tình hình mang tải các TBA 110KV khu vực Quảng Ngãi STT Tên trạm biến áp 1 2 Quảng Ngãi (E16) Tịnh Phong (E17) Quảng Phú 3 MBA Sđm (MVA) T1 25 110/38,5/22 42.0 T2 40 110/38,5/22 45.0 T1 40 110/22 45.0 T2 40 110/22 45.0 T1 40 110/22 45.0 Tổng U (kV) Pmax (MW) 185 222 Khối lƣợng đƣờng dây LĐPP của Điện lực Thành phố Quảng Ngãi thuộc Công ty Điện lực Quảng Ngãi quản lý đến 31/12/2017 nhƣ bảng 1.2 và bảng 1.3. Bảng 1.2 Khối lượng đường dây lưới điện phân phối TP Quảng Ngãi STT Điện lực 35kV 1 ĐL TP Quảng Ngãi 9,91 2 ĐL Sơn Tịnh 6,48 3 ĐL Tƣ Nghĩa / Toàn Thành phố Quảng Ngãi 16,39 Đƣờng dây (km) 22kV Cáp ngầm 22kV Tổng 67,64 86,73 104,65 259,02 115,54 101,42 112,9 329,86 37,994 8,213 8,25 54,457 Bảng 1.3 Khối lượng trạm biến áp phụ tải TP Quảng Ngãi Trạm biến áp Tổng STT Điện lực 35(kV) 22(kV) 35/0,4 22/0,4 22/0,2 1 ĐL TP Quảng Ngãi 20 580 6 606 2 ĐL Sơn Tịnh 8 338 24 370 3 ĐL Tƣ Nghĩa / 326 1 327 Thành phố Quảng Ngãi 28 1244 31 1.303 1.2. Các thiết bị bảo vệ trong lƣới điện phân phối Hiện nay có rất nhiều thiết bị bảo vệ tự động đƣợc sử dụng trong lƣới phân phối nhằm đảm bảo cho hệ thống điện vận hành an toàn, linh hoạt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các thiết bị bảo vệ này có ba chức năng cơ bản sau: đóng cắt không tải, đóng cắt các dòng điện liên tục bình thƣờng, đóng cắt các dòng ngắn mạch. 16 Để phục vụ cho nội dung của đề tài, trong phần này sẽ giới thiệu ngắn gọn một số thiết bị đóng cắt điển hình bảo vệ cho lƣới phân phối, bao gồm máy cắt/ rơle, máy cắt tự động đóng lại (Recloser). 1.2.1. Máy cắt Máy cắt đƣợc phân loại tùy thuộc theo môi trƣờng cắt và khả năng tích trữ năng lƣợng. Phân loại máy cắt theo môi trƣờng cắt nhƣ sau: - Môi trƣờng ngắt bằng dầu. - Môi trƣờng ngắt bằng chân không. - Môi trƣờng ngắt bằng khí SF6. 1.2.1.1. Máy cắt dầu: gồm có hai loại là máy cắt nhiều dầu và máy cắt ít dầu - Máy cắt nhiều dầu: Đối với máy cắt này dầu vừa làm nhiệm vụ cách điện vừa dập hồ quang. Nhờ dầu nhiều nên cách điện rất tốt nhƣng do thể tích dầu quá lớn, năng lƣợng dập tắt hồ quang phát sinh nhiều, thùng dầu có thể bị nổ nếu cắt hồ quang không thành công và gây nhiều khó khăn trong việc bảo dƣỡng máy cắt. - Máy cắt ít dầu: Đối với máy cắt ít dầu thì dầu chỉ làm nhiệm vụ dập hồ quang, còn cách điện là cách điện rắn. 1.2.1.2. Máy cắt SF6: Máy cắt SF6 có tính cách điện và khả năng dập hồ quang tốt, độ bền điện môi phục hồi nhanh khi dòng điện dừng. Nhƣng do SF6 rất đắt tiền nên chỉ dùng cho hệ thống khép kín. Về cơ bản loại máy cắt này có ba loại: loại áp suất kép, loại khí nén, máy cắt dập hồ quang tự phát. Các máy cắt này chỉ sinh ra quá áp đóngcắt nhỏ khi đóng cắt các dòng cảm ứng nhỏ (đóng cắt không tải máy biến áp). Tuy nhiên, vì loại này có thể gặp sự cố khi đóng cắt các dòng dung (do thời gian phóng hồ quang rất dài, có nguy cơ không đóng cắt đƣợc, do dòng khí không có hoặc có quá ít ) nên cần trang bị thêm pittông phụ để đảm bảo đóng cắt dòng dung tốt. 1.2.1.3. Máy cắt chân không: Trong chân không, hồ quang bị dập tắt hoàn toàn khác hẳn so với trong chất khí.Bộ phận đóng cắt của máy cắt chân không là buồng cắt chân không. Bên trong buồng cắt chân không áp suất không dƣới 10-7 bar. Máy cắt chân không không có môi chất dập hồ quang.Các đặc tính của vật liệu làm tiếp điểm và hình dạng tiếp điểm quyết định đặc điểm đóng cắt và công suất cắt của máy cắt. 17 Thực tế cho thấy máy cắt chân không và máy cắt SF6 có nhiều ƣu điểm hơn so với các loại máy cắt khác nên chúng đƣợc sử dụng rất nhiều trong lƣới phân phối. Các giá trị định mức cơ bản và các ứng dụng của máy cắt đƣợc qui định theo tiêu chuẩn ANSI nhƣ sau: - Điện áp định mức cực đại (kV). - Hệ số giới hạn điện áp định mức (K). - Dòng định mức tại tần số 50Hz (A). - Dòng ngắn mạch định mức (kA). - Thời gian ngắt định mức (chukỳ). - Thời gian mở trễ cho phép (s). - Dòng điện đối xứng cực đại có khả năng ngắt đƣợc. - Dòng điện cho phép qua máy cắt trong thời gian 3s khi có ngắn mạch. - Khả năng đóng và khóa của máy cắt. 1.2.2. Rơ le 1.2.2.1. Khái niệm Rơle là một thiết bị tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt đƣợc các giá trị khác nhau. Hiện nay, có rất nhiều loại rơle với các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau.Trong lƣới phân phối hiện đang sử dụng phổ biến rơle quá dòng (50, 51, 50N, 51N). Hiện nay rơ le kỹ thuật số đã áp dụng tƣơng đối phổ biến, cấu trúc tổng thể nhƣ hình 1.1, bao gồm các mô đun chính sau: - Mô đun đầu vào. - Mô đun chuyển đổi tƣơng tự - số (A-D). - Mô đun chức năng bảo vệ. - Mô đun nguồn. - Mô đun đầu ra. - Mô đun truyền thông, giao tiếp. 18 Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống BVRL kỹ thuật số 1.2.2.2. Rơle bảo vệ quá dòng a. Nguyên lý làm việc Rơle bảo vệ quá dòng là loại bảo vệ phản ứng với dòng qua phần tử đƣợc bảo vệ, logic cắt của bảo vệ nhƣ (hình 1.2).Rơle sẽ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị tăng quá một giá trị định trƣớc nào đó (hình 1.3).LĐPP TP Quảng Ngãi sử dụng rơle bảo vệ quá dòng chủ yếu bao gồm các chức năng sau: Có 3 cấp bảo vệ I>, I>> và I>>> có thể lựa chọn và làm việc độc lập nhau. Cấp 3 (I>>>) làm việc với đặc tính thời gian độc lập. Cấp 1 (I>) và cấp 2 (I>>) có thể chọn làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (DT) hoặc phụ thuộc (IDMT). b. Đặc tính T-C Hiện nay đƣợc phân loại theo tiêu chuẩn IEC và ANSI. Thời gian tác động phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện, thời gian tác động giảm khi dòng điện tăng. Đƣờng cong mô tả đặc tính quá dòng có thời gian phụ thuộc đƣợc mô tả theo quan hệ sau: t(I)= 𝐴 𝑀𝑃 −1 + 𝐵 .K(Ts) Trong đó:  - A, B, P: các hằng số tiêu biểu cho họ đƣờng cong tiêu chuẩn. - M: Bội số dòng . - TS : thời gian đặt của Rơle 𝑀= 𝐼𝑅 𝐼𝐾Đ 19 - -K : hằng số xác định thời gian đặt (TIMEDIAL) Hình 1.2 - Logic cắt I>, I>>& I>>> Hình 1.3 - Đặc tính cắt từ chức năng bảo vệ quá dòng Theo tiêu chuẩn IEC, đƣờng cong có 3 dạng đƣợc xác định qua các tham số tƣơng ứng tại (bảng 1.4) Bảng 1.4 - Tham số đường cong đặc tính phụ thuộc Đặc tính Tên đặc tính A B P K Min TD Max TD A IEC_A Dốc tiêu chuẩn 0.14 0 0.02 0.3366 0.017 10.099 B IEC _B Rất dốc 13.500 0 1 0.6667 0.033 20.000 C IEC_C Cực dốc 80.000 0 2 1.2375 0.062 37.125 Ngoài ra theo tiêu chuẩn ANSI còn có 5 họ đƣờng đặc tính nhƣ bảng (1.5) 20 Bảng 1.5 – Họ đường đặc tính theo tiêu chuẩn ANSI MI SI VI I EI IEEE Trung bình IEEE Tiêu chuẩn IEEE Rất dốc 0.0104 0.00342 3.88 0.0266 0.00262 0.0963 0.02 0.02 2 4.1106 13.3001 7.3805 0.21 0.67 0.37 123.3 399.0 221.4 IEEE Dốc 5.95 0.18 2 4.165 0.21 124.9 IEEE Cực dốc 5.67 0.0352 2 10.814 0.54 324.4 Họ đƣờng cong của IEC đƣợc minh họa trên (hình 1.4), trên đó trục tung là thời gian tính bằng giây và có độ chia tỷ lệ theo thang logarit còn trục hoành là độ lớn của dòng điện trong đơn vị tƣơng đối hay còn gọi là bội số dòng M và cũng thƣờng chia theo thang logarit. Rơle quá dòng thời gian rất dốc đƣợc sử dụng cho các trƣờng hợp mà ở đó dòng điện sự cố giảm đáng kể so với khoảng cách từ nguồn tăng lên, rơle hoạt động trên đƣờng đặc tính rất dốc đặc biệt hiệu quả đối với sự cố chạm đất. Rơle quá dòng thời gian cực dốc đƣợc sử dụng khi rơle làm việc trên đặc tính dốc và đặc tính tiêu chuẩn không chọn lọc đƣợc. Nhất là đối với các phần tử liên quan đến nhiệt năng nhƣ đặc tính Hình 1.4 – Họ đường cong của IEC cầu chì . . . * Thông số của bảo vệ quá dòng a. Dòng khởi động + Đối với bảo vệ quá dòng có thời gian (51): 𝐼𝐾Đ = 𝐾𝑠đ . 𝐾𝑚𝑛 . 𝐾𝑎𝑡 . 𝐼𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥 = 𝐾. 𝐼𝑙𝑣𝑚𝑎𝑥 𝐾𝑡𝑣 21 Trong đó:  Ilvmax: dòng làm việc cực đại qua bảo vệ trong chế độ làm việc bình thƣờng, dòng này phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống, đƣờng dây, tải, chế độ vận hành.  Kat: hệ số an toàn, thƣờng chọn Kat = 1,2 1,3 đối với rơle điện cơ, và Kat=1,15 đối với rơle số.  Ktv: hệ số trở về Thông thƣờng đối với rơle cơ Ktv = 0,85  0,9; đối với rơle số Ktv = 0,960.98.  Kmm: hệ số mở máy của động cơ, Kmm = 1,2- 1,8, trong trƣờng hợp đối tƣợng bảo vệ gồm nhiều động cơ nên có hệ số mở máy lớn (Kmm =2-3).  Ksd: hệ số sơ đồ, tùy thuộc vào sơ đồ đấu dây của BI với rơle (3) 𝐾𝑠đ (3) = 𝐼𝑠 (3) 𝐼𝑡  Dòng khởi động của rơle 𝐼𝐾Đ𝑅 = 𝐼𝐾Đ (3) .𝑘 𝑛1 𝑆Đ + Đối với bảo vệ cắt nhanh (50): 𝐼𝐾Đ = 𝐾𝑎𝑡 . 𝐼𝑁𝑔𝑚𝑎𝑥 Với INgmax là dòng ngắn mạch cực đại ở cuối vùng bảo vệ của rơle đó. b. Thời gian bảo vệ: Thời gian tác động của bảo vệ có thời gian (51) gần nguồn hơn phải lớn hơn thời gian tác động cực đại của bảo vệ phía xa nguồn để đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ. 𝑡𝑛−1 = 𝑡𝑛(𝑚𝑎𝑥) + 𝑑𝑡(dt là độ phân cấp về thời gian) Đối với rơle điện cơ thƣờng chọn dt = 0,5s; còn đối với rơle số có thể lấy từ 0,2s đến 0,35s tùy thuộc vào loại máy cắt sử dụng. Độ nhạy: 𝐾𝑁 = 𝐼𝑁𝑚𝑖𝑛 𝐼𝐾Đ 22 Độ Với INmin là dòng điện ngắn mạch bé nhất khi ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ. Yêu cầu: KN> 1,5: đối với bảo vệ chính. KN = 1,1 1,3: đối với bảo vệ dự trữ. 1.2.3. Máy cắt tự động đóng lại - Recloser 1.2.3.1. Khái niệm Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) là một loại thiết bị trọn bộ gồm: máy cắt và mạch điều khiển cảm nhận tín hiệu dòng điện, để định thời gian cắt và đóng lại đƣờng dây một cách tự động khi sự cố thoáng qua, tái lập cung cấp điện. Nếu sự cố kéo dài Recloser sẽ khóa TĐL sau một số lần tác động đƣợc đặt trƣớc và nhƣ vậy cô lập phầnbị sự cố ra khỏi hệ thống.Hình 1.5 trình bày một loại Recloser VWVE27 có môi trƣờng dập tắt hồ quang bằng chân không, điều khiển số. 1.2.3.2. Phân loại: Máy cắt tự động đóng lại đƣợc phân ra các loại nhƣ sau: - Loại tác động ba pha. - Điều khiển bằng thủy lực hay điện tử. - Phƣơng pháp dập hồ quang. Hình 1.5 – Recloser VWVE27 a. Recloser ba pha 23 Recloser ba pha đƣợc dùng khi cần cắt và đóng cả ba pha đối với bất kỳ một sự cố lâu dài nào và để ngăn chặn trình trạng vận hành hai pha đối với các phụ tải ba pha, ví dụ nhƣ động cơ ba pha loại lớn. b. Recloser thủy lực hay điện tử * Recloser thủy lực: Hệ thống điều khiển thủy lực đƣợc sử dụng trong Recloser ba pha. Bộ điều khiển này là bộ phận chính của Recloser, nó nhận biết quá dòng điện bằng một cuộn cắt đƣợc mắc nối tiếp với đƣờng dây. Khi dòng chạy qua cuộn dây vƣợt quá giá trị đặt, một pittông đƣợc hút về phía cuộn cắt làm cho tiếp điểm Recloser mở ra.Việc đặt thời gian chuỗi đóng lại đƣợc thực hiện bằng cách bơm dầu vào các ống thủy lực riêng biệt.Cấu trúc của Recloser cuộn cắt mắc nối tiếp với tải cho ở hình 1.6 và đặc tính thời gian dòng điện tiêu biểu của Recloser thủy lực đƣợc cho ở hình 1.7. * Recloser điện tử: Bộ điều khiển điện tử cho phép thay đổi các đặc tính T-C, giá trị dòng cắt và chuỗi tác động của Recloser một cách tiện lợi. Ngoài ra, hàng loạt các phụ kiệncó sẵn để bổ sung vào các đặc điểm cơ bản của Recloser nhằm giải quyết các vấn đề áp dụng khác nhau. Hình 1.6 -Recloser có cuộn cắt nối tiếp Hình 1.7 - Đặc tính T-C tiêu biểu Thủy lực Recloser điện tử có các bộ phận cấu thành sử dụng mạch số hay vi xử lý. Chức năng của các bộ phận này đƣợc minh họa ở hình 1.8.