Tài liệu Phân tích, đánh giá rơle ge l90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kv ba đồn thành phố đồng hới

MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................2 6. Bố cục luận văn .......................................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ..3 1.1. Các đặc điểm của lưới điện truyền tải ..................................................................3 1.1.1. Tình hình sự cố trên lưới điện truyền tải .......................................................3 1.1.2. Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền tải ....................4 1.1.2.1. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV ...........................4 1.1.2.2. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV ...........................5 1.2. Các chức năng bảo vệ chính cho đường dây truyền tải điện cao áp ....................6 1.2.1. Bảo vệ khoảng cách .......................................................................................6 1.2.1.1. Sơ đồ logic ..............................................................................................6 1.2.1.2. Công thức chỉnh định .............................................................................6 1.2.1.3. Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách ......................................7 1.2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách ...........8 1.2.2. Bảo vệ so lệch ................................................................................................9 1.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch .......................................................9 1.2.2.2. Đặc tính làm việc của bảo vệ ................................................................10 1.2.2.3. Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch ..............................................10 1.2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ so lệch .................11 1.3. Kết luận...............................................................................................................11 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI ................................12 2.1. Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây.......................................................12 2.2. Tính toán ngắn mạch đường dây ........................................................................12 2.3. Chức năng bảo vệ so lệch dòng điện trong GE L90 [9] .....................................17 2.3.1. Nguyên lý làm việc......................................................................................17 2.3.2. Loại bỏ suy giảm độ lệch ............................................................................18 2.3.3. Tính toán phaselets ......................................................................................19 2.3.4. Đặc tính hãm................................................................................................20 2.3.5. Sơ đồ logic của bảo vệ so lệch ....................................................................22 2.3.6. Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ so lệch dòng điện ........................22 2.4. Chức năng bảo vệ khoảng cách ..........................................................................24 2.4.1. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................24 2.4.2. Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ khoảng cách ................................26 2.4.2.1. Cài đặt chung cho bảo vệ khoảng cách. ...............................................26 2.4.2.2. Cài đặt chức năng khoảng cách pha - pha (21). ...................................27 2.4.2.3. Cài đặt chức năng khoảng cách pha - đất (21G) ..................................30 2.5. Kết luận...............................................................................................................32 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L CỦA RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK ...............................................33 3.1. Tổng quan về Matlab/Simulink ..........................................................................33 3.1.1. Matlab ..........................................................................................................33 3.1.2. Simulink ......................................................................................................33 3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng rơle GE L90 ........................................................33 3.2.1. Thông số của mô hình .................................................................................33 3.2.2. Xây dựng mô hình bảo vệ so lệch dọc đường dây ......................................34 3.2.3. Xây dựng khối nguyên lý làm việc của rơle so lệch GE L90 .....................37 3.3. Áp dụng mô hình mô phỏng để phân tích sự làm việc của rơle .........................42 3.3.1. Chế độ làm việc bình thường ......................................................................42 3.3.2. Sự cố một pha trong vùng bảo vệ ................................................................43 3.3.3. Sự cố một pha ngoài vùng bảo vệ ...............................................................46 3.4. So sánh, phân tích đánh giá ................................................................................48 3.5. Kết luận...............................................................................................................48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................51 PHỤ LỤC ......................................................................................................................52 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao) BẲN SAO CÁC BIÊN BẢN, NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ. TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE GE-L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Học viên: Nguyễn Văn Ngọc Chuyên nghành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Khoá: K34 Tóm tắt - Bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ quan trọng luôn được sử dụng trên đường dây truyền tải do tính tác động nhanh, có thể tác động với mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối. Luận văn này nghiên cứu phân tích, đánh giá rơle GE-L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. Luận văn đã thực hiện phân tích, tính toán thông số chỉnh định cho rơle GE-L90. Dưạ trên nguyên lý làm việc, sơ đồ logic bảo vệ của GE-L90 và thông số tính toán chỉnh định tác giả đã xây dựng mô hình mô phỏng đặc tính làm việc của rơle GE-L90 trên nền Matlab/Simulink. Từ kết quả mô phỏng, tác giả đã có được một số đánh giá về rơle bảo vệ này. Mô hình mô phỏng này cũng giúp nhân viên vận hành kiểm tra, đánh giá thông số chỉnh định, phân tích nắm rõ đặc tính hoạt động của rơle để phục vụ cho công tác vận hành, nhằm nâng cao năng lực vận hành góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn lưới điện. Từ khoá – bảo vệ so lệch; đường dây truyền tải; rơle GE-L90; sơ đồ logic; lưới điện. ANALYSIS, ASSESSMENT GE-L90 DIFFERENTIAL PROTECTION FOR 220KV LINE BA DON – DONG HOI CITY Abstract - Differential protection is an important protection, it is always used for power transmission lines with no time-delay effect, which can affect all types of short circuits and ensures absolute selectivity. This thesis investigates the analysis and evaluation of the GE-L90 relay to protect the 220kV line of Ba Don – Dong Hoi city. The thesis has analyzed, calculated parameters for the relay GE-L90. Based on the working principle, the GE-L90's protective logic scheme and calculated parameters, the author has developed a working model of the GE-L90 relay based on Matlab/Simulink software. From simulation results, the author has obtained some evaluation of this protection relay. This simulation model also allows the operator to check and evaluate the adjustment parameters, to understand the operational characteristics of the relay for operation, to improve operational capability, to ensure the safe operation of the power grid. Key words – differential protection; power transmission lines; GE-L90 relay; logic scheme; the power grid. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT CT (TI) Máy biến dòng điện (Current Transformer) EVNNPT Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia VT (TU) Máy biến điện áp (Voltage Transformer) TBA Trạm biến áp CÁC KÍ HIỆU F21 Bảo vệ khoảng cách F87L Bảo vệ so lệch dọc đường dây T220 Trạm biến áp 220kV DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1. 1.2. Tên bảng Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2016 Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2017 Trang 3 3 2.1. Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 220kV 13 2.2. Dòng điện ngắn mạch ba pha 17 2.3. Dòng điện ngắn mạch một pha 17 2.4. Thông số chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch 24 3.1. Thông số nguồn điện 33 3.2. 3.3. Thông số đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới Tham số cài đặt chức năng bảo vệ so lệch cho GE-L90 34 34 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7. 2.8. 2.9. 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 3.1. 3.2. 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Tên hình Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 500 kV Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 220 kV Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến đặc tuyến của bảo vệ khoảng cách Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dòng so lệch Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - thành phố Đồng Hới Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch Mô tả đặc tính tác động của rơle GE L90 Sự thay đổi vùng hãm khi thay đổi các giá trị chỉnh định Sơ đồ logic của chức năng bảo vệ khoảng cách pha GE L90 Sơ đồ logic vùng 1 tác động của bảo vệ khoảng cách Sơ đồ logic vùng 2 tác động của bảo vệ khoảng cách Sơ đồ logic vùng 3 tác động của bảo vệ khoảng cách Sơ đồ logic ghi nhớ điện áp trong bảo vệ khoảng cách Đặc tính Mho có hướng Đặc tính Mho vô hướng Đặc tính Quad có hướng Đặc tính Quad vô hướng Các biến thể của đặc tính Mho Các biến thể của đặc tính tứ giác Đặc tính tứ giác trong bảo vệ khoảng cách pha - đất Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 1 Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 2 Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 3 Sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch dọc đường dây Mô hình mô phỏng rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây Hệ thống nguồn điện Thông số phụ tải điện Khối tín hiệu dòng các pha Khối tính toán dòng so lệch bình phương cho từng pha Sơ đồ khối tính toán dòng hãm bình phương cho từng pha Trang 4 5 6 7 8 9 10 12 13 21 22 25 25 25 26 27 27 27 28 28 28 28 30 31 31 31 34 35 35 36 37 38 39 Số hiệu 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 Tên hình Trang Sơ đồ khối tính dòng hãm khi (ILOC_TRAD)2 < BP2 Sơ đồ khối tính dòng hãm khi (ILOC_TRAD)2 > BP2 Sơ đồ khối tính toán cắt một pha Sơ đồ đưa ra lệnh cắt chung của rơle Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây Dòng điện đo lường ở chế độ làm việc bình thường Đặc tính hãm của rơle GE L90 trong chế độ làm việc bình thường Giá trị so lệch, hãm và quyết định cắt của bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường Dòng điện ba pha trước và trong khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A trong vùng bảo vệ Đặc tính hãm của rơle khi ngắn mạch một pha trong vùng bảo vệ Giá trị dòng so lệch, dòng hãm và quyết định TRIP khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ Dòng điện đường dây khi thực hiện cắt ngắn mạch Mô hình ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ Dòng điện ba pha khi ngắn mạch một pha ngoài vùng bảo vệ Đặc tính hãm của rơle khi ngắn mạch một pha ngoài vùng bảo vệ Các giá trị tính toán dòng so lệch, dòng hãm và quyết định TRIP khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ 39 39 40 41 41 42 42 43 44 44 45 45 46 46 47 47 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống xã hội hiện nay. Việc sản xuất, truyền tải phải trải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn nên không thể tránh khỏi những sự cố hư hỏng. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải và đảm bảo sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng những thiết bị bảo vệ và tự động hoá. Trong các thiết bị này, rơle bảo vệ là thiết bị đóng vai trò hết sức quan trọng. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, các hãng đã sản xuất ra nhiều thiết bị rơle ngày càng hiện đại, tích hợp nhiều chức năng và hoạt động chính xác hơn nên việc nghiên cứu tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle để áp dụng trong vận hành là vấn đề cấp thiết góp phần cho đảm bảo an toàn hệ thống điện. Trên lưới điện truyền tải, sự cố trên đường dây chiếm 60÷70% nên vấn đề bảo vệ rơle cho đường dây truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên tục cho phụ tải và an ninh năng lượng. Trong những chức năng bảo vệ, chức năng so lệch dọc là một bảo vệ chính bắt buộc phải có do thời gian tác động nhanh, có thể tác động với mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối. Hiện nay, Truyền tải điện Quảng Bình đang sử dụng rơle GE L90 để làm bảo vệ so lệch dọc cho đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. Rơle GE L90 là một trong những rơle bảo vệ mới, chưa được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện, tài liệu chưa đầy đủ và chủ yếu bằng tiếng anh nên gây khó khăn cho nhân viên vận hành. Trong những năm gần đây, xác suất sự cố tại Truyền tải điện Quảng Bình tương đối lớn, vì vậy để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và năng lực quản lý vận hành cần nghiên cứu một cách đầy đủ về loại rơle này. Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Phân tích, đánh giá rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới nhằm nắm rõ đặc tính hoạt động và sơ đồ logic của rơle kĩ thuật số đồng thời tính toán một số trường hợp sự cố trên đường dây để mô phỏng sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch GE L90. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu 2 Rơle kĩ thuật số GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tính toán chỉnh định rơle số GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới đồng thời mô phỏng đặc tính hoạt động của chức năng so lệch cho các trường hợp sự cố trong vùng bảo vệ, ngoài vùng bảo vệ trên nền Matlab/Simulink để phân tích, đánh giá bảo vệ. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Một số lý thuyết về tính toán ngắn mạch, lý thuyết về bảo vệ rơle trong hệ thống điện, đặc biệt là lý thuyết về bảo vệ so lệch dọc đường dây. 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so lệch của rơle GE L90 cho đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Rơle GE L90 là một trong những rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây mới được đưa vào sử dụng trong hệ thống điện những năm gần đây nên những nghiên cứu về rơle này chưa nhiều, nhất là việc áp dụng Matlab/Simulink mô phỏng đặc tính của bảo vệ để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle, từ đó thực hiện chỉnh định rơle cho phù hợp cũng như lựa chọn hợp lý các thiết bị đo lường, mạch nhị thứ có liên quan. Việc sử dụng mô hình mô phỏng sẽ giúp cho nhân viên vận hành áp dụng thực tế phục vụ công tác kiểm tra thông số cài đặt, phân tích và nghiên cứu sự làm việc của rơle ở trạng thái vận hành bình thường cũng như khi xảy ra các sự cố trên đường dây đồng thời cũng đáp ứng phục vụ công tác vận hành, phân tích và xử lý nhanh khi có sự cố xảy ra nhằm khôi phục lại chế độ vận hành của hệ thống, đảm bảo vận hành lưới điện an toàn, liên tục và tiết kiệm. 6. Bố cục luận văn Nội dung luận văn gồm có các phần chính như sau: Phần mở đầu Chương 1: Tổng quan hệ thống bảo vệ đường dây truyền tải Chương 2: Tính toán chỉnh định rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới Chương 3: Mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng F87L của rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới trên nền Matlab/Simulink. Kết luận và kiến nghị. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 1.1 Các đặc điểm của lưới điện truyền tải 1.1.1 Tình hình sự cố trên lưới điện truyền tải Hệ thống truyền tải điện do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) quản lý vận hành có tổng số 24.365 km đường dây (bao gồm 7.503 km đường dây 500 kV và 16.862 km đường dây 220 kV); 140 trạm biến áp (gồm 28 trạm biến áp 500 kV và 112 trạm biến áp 220 kV) với tổng dung lượng máy biến áp là 77.613 MVA. Với hệ thống đường dây truyền tải trải dài và qua nhiều địa bàn có địa hình phức tạp nên sự cố trên đường dây chiếm 60÷70% tổng số sự cố trên lưới điện truyền tải. Do vậy, vấn đề bảo vệ rơle cho đường dây có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên tục cho phụ tải và an ninh năng lượng. Số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2016 và 2017 được tổng hợp như trong Bảng 1.1 và 1.2. Bảng 1.1. Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2016 Đối tượng Cấp sự cố điện áp 500kV Đường dây 220kV Trạm biến áp Phân loại Số lần (lần) Sự cố kéo dài 17 Sự cố thoáng qua 29 Sự cố kéo dài 45 Sự cố thoáng qua 64 Trạm biến áp 500kV 28 Trạm biến áp 220kV 42 Tổng số lần Tỷ lệ (%) 46 155 68.89 109 70 31.11 Bảng 1.2. Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2017 Đối tượng sự cố Cấp điện áp 500kV Đường dây 220kV Trạm biến áp Phân loại Số lần (lần) Sự cố kéo dài 8 Sự cố thoáng qua 15 Sự cố kéo dài 12 Sự cố thoáng qua 32 Trạm biến áp 500kV 15 Trạm biến áp 220kV 19 Tổng số lần Tỷ lệ (%) 23 67 66.34 44 34 33.66 4 1.1.2 Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền tải 1.1.2.1 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV Đường dây 500kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơle bảo vệ đường dây với cấu hình như sau: Thiết bị rơle bảo vệ số 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, SOFT, 50-STUB, 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 85, FR, FL. Thiết bị rơle bảo vệ số 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 68 (B/T), SOFT, 50-STUB, 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 85, FR, FL. Chức năng 25/79 được dự phòng đúp và được tích hợp vào trong hai thiết bị bảo vệ trên hoặc sử dụng thiết bị riêng và có mạch khoá liên động đảm bảo không đóng máy cắt nhiều lần vào sự cố duy trì. Thiết bị rơle bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dòng điện từ các cuộn dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau. Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây. Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT/PUTT, 79 và các mạch nhị thứ đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 500kV. Cô lập thiết bị rơle bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất kỳ chức năng nào của thiết bị bảo vệ rơle số 2 (hoặc số 1 tương ứng) và các chức năng bảo vệ và tự động như 25/79, 50BF. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV được thể hiện như Hình 1.1. Hình 1.1. Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 500 kV 5 1.1.2.2 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV Đường dây 220kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơle bảo vệ đường dây với cấu hình như sau: Thiết bị rơle bảo vệ số 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, SOFT, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL. Thiết bị rơle bảo vệ số 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 68 (B/T), SOFT, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL. Các chức năng bảo vệ và tự động 25/79, 27/59 không phải dự phòng và được tích hợp vào một trong hai thiết bị rơle bảo vệ trên hoặc sử dụng thiết bị riêng. Thiết bị rơle bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dòng điện từ các cuộn dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau. Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây. Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT/PUTT, 79 và các mạch nhị thứ đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 220kV. Cô lập thiết bị rơle bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất kỳ chức năng nào của thiết bị rơle bảo vệ số 2 (hoặc số 1 tương ứng). Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV được thể hiện như Hình 1.2. Hình 1.2. Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 220 kV 6 1.2 Các chức năng bảo vệ chính cho đường dây truyền tải điện cao áp 1.2.1 Bảo vệ khoảng cách 1.2.1.1 Sơ đồ logic Bảo vệ khoảng cách làm việc theo giá trị khoảng cách đo lường từ chỗ đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch. Giá trị này phụ thuộc vào trị số dòng điện, điện áp tại nơi đặt bảo vệ rơle và góc lệch giữa chúng. Bảo vệ khoảng cách bao gồm các cơ cấu chính sau: Cơ cấu tác động làm nhiệm vụ khởi động bảo vệ khi có sự cố ngắn mạch. Cơ cấu xác định khoảng cách có nhiệm vụ đo khoảng cách từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến điểm xảy ra ngắn mạch. Cơ cấu định thời gian, duy trì một khoảng thời gian trễ cho bảo vệ. Cơ cấu định hướng được sử dụng trong trường hợp bảo vệ cho mạng điện kín. Thông thường, bảo vệ khoảng cách được xây dựng với nhiều cấp tác động nhằm mục đích tăng cường độ tin cậy và tính chọn lọc của bảo vệ. Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách 3 cấp có thời gian được thể hiện trên Hình 1.3. Hình 1.3. Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách 1.2.1.2 Công thức chỉnh định Tổng trở chỉnh định trên rơle Zsec được tính theo công thức: I prim Zsec I sec .Z U prim prim Usec trong đó: Iprim: dòng điện phía sơ cấp của TI. Isec: dòng điện phía thứ cấp của TI. Uprim: điện áp phía sơ cấp của TU. Usec: điện áp phía thứ cấp của TU. Zprim: tổng trở nhất thứ. Zsec: tổng trở nhị thứ. Rơle tác động khi giá trị tổng trở đo được trên rơle nhỏ hơn giá trị đặt. 7 1.2.1.3 Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách [12] Khi xảy ra sự cố, điểm làm việc của bảo vệ khoảng cách luôn rơi vào đường tổng trở đường dây. Tuy nhiên, do sai số hoặc do sự cố có thể xảy ra qua tổng trở trung gian nên giá trị rơle đo được khi sự cố có thể rơi ra lân cận đường tổng trở đường dây. Vì vậy, để đảm bảo rơle bảo vệ làm việc tin cậy người ta thường cố ý mở rộng đặc tuyến tác động về cả hai phía của đường dây. Thực tế, nhằm đáp ứng tốt hơn với mọi loại sự cố và chế độ vận hành của hệ thống, người ta thường sử dụng đồng thời hai đặc tính tổng trở là Mho và Quadramho gồm có 5 vùng bảo vệ và một vùng Z1B trên mặt phẳng Z. Trục thực đặt điện trở R, X / R. trục ảo đặt điện kháng X, góc pha của đặc tuyến là tan Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách được thể hiện như Hình 1.4. Hình 1.4. Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách Xét đường dây AB có một nguồn cung cấp (như Hình 1.5) sử dụng rơle có đặc tuyến Mho là vòng tròn đi qua góc 0, tổng trở đặt Zđ có đường kính là tổng trở đường dây AB muốn bảo vệ và có cung góc đường dây φ. Khi đường dây bị sự cố tại N1, rơle tác động theo thời gian vùng 1. Nhưng sự cố tại điểm N2 rơle tác động với thời gian lớn hơn vùng 1. Như vậy, do ảnh hưởng của tổng trở sự cố RN nên bảo vệ rơle và tổng trở của đoạn đường dây tại vị trí đặt bảo vệ đến vị trí sự cố sẽ làm cho bảo vệ khoảng cách có đặc tính Mho tác động không như mong muốn. Để khắc phục nhược điểm này, ta dùng rơle khoảng cách có đặc tuyến kiểu tứ giác (Quadramho) vì rơle này có đặc tuyến bao trùm trục R lớn hơn. Do đó, rơle tổng trở có đặc tuyến tứ giác có thể xem như rơle điện kháng vì lúc đó sự tác động của nó phụ thuộc vào giá trị điện kháng đo được ở đầu cực rơle. 8 Hình 1.5. Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến đặc tuyến của bảo vệ khoảng cách 1.2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách Trong thực tế, bảo vệ khoảng cách bị ảnh hưởng bởi các yếu tố được chia làm hai nhóm như sau: Nhóm thứ nhất bao gồm các sai số trong khâu đo lường của sơ đồ bảo vệ khoảng cách: Sai số của các máy biến dòng điện và máy biến điện áp. Sai số của bản thân rơle khoảng cách. Sai số trong việc tính toán giá trị tổng trở của các đường dây được bảo vệ. Các sai số trong nhóm này được ngăn ngừa bằng cách đưa hệ số an toàn vào trong các công thức tính toán giá trị tổng trở khởi động của các vùng khoảng cách. Nhóm thứ hai bao gồm các yếu tố của bản thân lưới điện và sự cố: Điện trở quá độ tại chỗ ngắn mạch: được khắc phục bằng cách sử dụng đặc tuyến kiểu tứ giác (Quadramho) để phát hiện và loại trừ sự cố chạm đất, và đặc tuyến kiểu trong (Mho) phát hiện sự cố pha - pha. Hệ số phân bố dòng điện của lưới điện làm cho dòng điện chạy qua rơle khác với dòng điện tại chỗ sự cố. Tụ bù dọc đường dây: hiện nay ở các bộ tụ người ta thường trang bị hệ thống bảo vệ tụ bao gồm điện trở phi tuyến (Varisstor ZnO), khe hở phóng điện và máy cắt điện đấu song song bộ tụ. Vì vậy thường cài đặt vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tác động chậm lại khoảng 0,1 - 0,15s, tức tác động sau khi các bộ tụ đã được nối tắt để ngăn chặn sự tác động sai của sơ đồ bảo vệ khoảng cách. Quá trình dao động điện trong hệ thống điện: dao động công suất xảy ra khi có ngắn mạch ngoài hoặc thao tác đóng cắt máy cắt trên hệ thống làm thay đổi các giá trị dòng, áp, góc pha và tổng trở dẫn đến tốc độ của quỹ 9 tích tổng trở ba pha dZ/dt hay ΔZ/Δt di chuyển từ vùng tải bình thường tiến gần đến vùng khởi tạo của bảo vệ khoảng cách (vùng 3 hoặc vùng 4). 1.2.2 Bảo vệ so lệch 1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dòng so lệch được thể hiện trong Hình 1.6. Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dòng so lệch Các máy biến dòng TI được đặt ở hai đầu phần tử được bảo vệ và có tỷ số biến đổi nI như nhau. Quy ước hướng dương của tất cả các dòng điện theo chiều mũi tên như trên Hình 1.6, ta có: . . IR . I I T I II T - Trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài (điểm ngắn mạch N’): Trường hợp lý tưởng xem như các TI không có sai số, bỏ qua dòng dung và dòng rò của đường dây được bảo vệ thì: . IR . . 0 I I T I II T bảo vệ sẽ không tác động. - Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm ngắn mạch N”): dòng I I S và I II S khác nhau cả trị số và góc pha. Khi hướng dòng quy ước như Hình 6 thì dòng ở chỗ hư hỏng là: . IN . . I I S I II S . IR . . I I T I II T . IN nI Nếu dòng I R vào rơle lớn hơn dòng khởi động I KÑR thì rơle khởi động và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống. 10 Khi nguồn cung cấp từ một phía ( I II S IR I I T và bảo vệ cũng sẽ khởi động nếu I R 0 ), lúc đó chỉ có dòng I I T ; dòng I KÑR . 1.2.2.2 Đặc tính làm việc của bảo vệ Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch được thể hiện trong Hình 1.7. Hình 1.7. Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch Nhánh a: đặc trưng cho ngưỡng độ nhạy của bảo vệ so lệch do ảnh hưởng của sai số TI (dòng từ hoá). Nhánh b: kể đến ảnh hưởng sai số từ tỷ số TI, sơ đồ đấu dây TI, các đầu phân áp,... Nhánh c: ảnh hưởng hãm lớn nhất khi kể đến bão hoà TI. 1.2.2.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch Để bảo vệ so lệch có thể làm việc đúng, phải chỉnh định dòng khởi động của nó lớn hơn dòng điện không cân bằng tính toán lớn nhất khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ: Kat .I kcbttMax I kñ với I kcbttMax là dòng không cân bằng tính toán cực đại. I kcbttMax fi max .kñn .kkcb .I ngoaøi max trong đó: fi max - sai số cực đại cho phép của TI trong tình trạng ổn định. fi max 10% 0,1 k ñn - hệ số đồng nhất của các TI; kñn 0 1 11 kñn 0 - khi các TI hoàn toàn giống nhau kñn 1 - khi các TI khác nhau hoàn toàn Ikck - hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch. Ingoài max - thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất. 1.2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ so lệch [12] Ảnh hưởng của dòng điện nạp do điện dung của đường dây: đối với đường dây cao áp và siêu cao áp, thành phần điện dung khá lớn gây ảnh hưởng không nhỏ đến thông số đường dây, nó làm cho dòng so lệch hai đầu đường dây lệch nhau một góc φ và dòng so lệch có giá trị I R I I I II IC . Vì vậy, dòng khởi động của rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây được tính theo hai điều kiện: Ikđ = (2,5 ÷ 4).IC và Ikđ = 0,2.IN (với IC là dòng dung kháng đường dây; IN là dòng điện định mức nhị thứ TI). Trong hai điều kiện trên, điều kiện nào cho dòng khởi động lớn hơn sẽ chọn làm dòng khởi động tính toán của rơle bảo vệ. 1.3 Kết luận Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu tổng quan về lưới truyền tải điện do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) quản lý, đồng thời tìm hiểu tình hình sự cố và các yêu cầu trang bị hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây truyền tải điện. Cũng trong chương 1, tác giả đã nêu lại sơ đồ nguyên lý, đặc tính làm việc, các yếu tố ảnh hưởng tới hai nguyên lý bảo vệ chính cho đường dây dẫn điện là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch. 12 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI 2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây Đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới có chiều dài 43km, sử dụng dây phân pha, mỗi pha gồm 02 dây ACSR-330/43. Sử dụng dây chống sét kết hợp dây cáp quang loại OPGW80 để truyền tín hiệu bảo vệ và thông tin. Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới được thể hiện như Hình 2.1. Hình 2.1. Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - thành phố Đồng Hới Thông số của đường dây như sau: Tổng trở thứ tự thuận đơn vị: z1 = 0,0446 + j0,298 (Ω/km). Tổng trở thứ tự không đơn vị: z0 = 0,272 + j0,853 (Ω/km). Dòng điện định mức dây dẫn: Iđm = 1200A. Biến dòng điện cung cấp cho rơle bảo vệ tại hai đầu đường dây có tỷ số biến nI = 1200/1A. Biến điện điện áp cung cấp cho rơle bảo vệ tại hai đầu đường dây có tỷ số biến nU = 220/0,11 kV. 2.2 Tính toán ngắn mạch đường dây Sử dụng chương trình PSS/E (Power System Simulator for Engineer) để tính toán dòng ngắn mạch liên quan đến các thanh cái đấu nối đến các TBA 220kV, kết quả tính toán đã cập nhật phụ tải và hệ thống đến giai đoạn năm 2018. Giá trị tính toán ứng với giá trị phụ tải cực đại, dòng điện ngắn mạch ba pha và một pha tại thời điểm năm 2018. Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trên các thanh cái T220 Ba Đồn và T220 Đồng Hới được tổng hợp trong Bảng 2.1. 13 Bảng 2.1. Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 220kV Dòng ngắn mạch 3 pha Dòng ngắn mạch 1 pha Trạm biến áp /I+/ AN(I+) /IA/ AN(IA) [BADON 220] AMPS 10175,9 -88,68 9073,8 -87,40 [DONGHOI 220] AMPS 9050,6 -88,56 8041,3 -88,45 Tính toán ngắn mạch đường dây 220kV Ba Đồn – Đồng Hới. Tính toán ngắn mạch 3 pha: Từ kết quả tổng dòng ngắn mạch thanh cái 220kV tại TBA Ba Đồn và TBA Đồng Hới 10175,9( A); I N DH I N BD 0,298.43 12,814( ) Điện kháng đường dây: XÑD Từ I N BD 10175,9( A) X Từ I N DH 9050,6( A) X 9050,6( A) 220 1 12,482( ) 3.I N BD 220 2 14,034( ) 3.I N DH Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch được thể hiện như Hình 2.2. Hình 2.2 - Sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch Khi ngắn mạch tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn, ta có: X tñ X HT 1 ( X HT 2 X ÑD ) X HT 1 X HT 2 X ÑD X 1 12,482( ) (2.1)