Tài liệu Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp của nhà máy thủy điện đại ninh

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