(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN XUÂN TRUNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 Thái Nguyên - năm 2020 download by : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Nguyễn Xuân Trung NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Tường Thái Nguyên – năm 2020 download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH I Giới thiệu chung: II Nâng cao độ xác định vị điểm cố đường dây truyền tải điện III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía: IV Nguyên lý định vị cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH, TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV NINH BÌNH – NHO QUAN 22 I Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 22 II Tổng quan trạm biến áp 500 kV Nho Quan 23 III Tổng quan đường dây tải điện Nho Quan – Ninh Bình 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BẢO VỆ KỂ TỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 26 I Phân tích dạng ngắn mạch chương trình ETAP 26 II Xác định yếu tố ảnh hưởng tới độ xác bảo vệ khoảng cách 322 KẾT LUẬN CHƯƠNG 37 CHƯƠNG 4: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG THU THẬP ĐƯỢC TỪ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY 388 I Phương pháp định vị cố dựa theo tín hiệu đo lường từ phía dùng phần mềm Digsi Sigra Siemens: 388 II Mô ngắn mạch đường dây chương trình ATPDraw 455 III Kết mô 533 KẾT LUẬN CHƯƠNG 59 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 600 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 612 TÀI LIỆU THAM KHẢO 623 PHỤ LỤC 644 download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Hình Đặc tính tác động loại MhO Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính tốn tổng trở cố pha - pha .101 Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính tốn tổng trở cố pha - đất 112 Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính toán tổng trở cố pha - đất .122 Hình Sự cố chạm đất đường dây có hai nguồn cấp .134 Hình Ảnh hưởng điện trở điểm cố đến tổng trở đo 155 Hình Ảnh hưởng điện kháng tương hỗ đường dây song song 166 Hình Các cấu hình đường dây song song 177 Hình 10 Ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện Ki lên số đo .178 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý đường dây bị cố với hai nguồn cấp 19 Hình 12 Sơ đồ thay đường dây cố 19 Hình Sơ đồ mô đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 266 Hình Sơ đồ nguyên lý bảo vệ 21 322 Hình Bản ghi thơng tin cố ngày 9.5.2020…………………………………….40 Hình Lấy thơng tin cố Sigra…………………………………………………40 Hình Biến thiên dòng điện pha 411 Hình 4 Biến thiên điện áp pha .422 Hình Chức bảo vệ rơle 422 Hình Chuỗi cách điện pha C vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 bị phóng điện .444 Hình Mỏ phóng sét làm việc vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 .444 Hình 8: Sơ đồ mơ đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch pha 47 Hình Sơ đồ mô đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch pha .477 Hình 10 Mơ hình điện áp nguồn hệ thống 48 Hình 11 Dữ liệu đường dây không mô đun LCC 49 Hình 12 Mơ hình tổng trở pha-đất 51 Hình 13 Đầu đo điện áp dịng điện 52 Hình 14 Mơ hình điểm ngắn mạch 52 Hình 15 Cài đặt thơng số chương trình 522 Hình 16 Biến thiên dòng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha 54 Hình 17 Biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây ngắn mạch pha .555 Hình 18 Biến thiên dòng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha 577 Hình 19: Biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây ngắn mạch pha .588 download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Bảng Tổng kết loại cố mạch vòng đo lường tương ứng 10 Bảng Thông số nguồn hệ thống………………………………………………….27 Bảng Thông số dây dẫn dây chống sét 27 Bảng 3 Thông số cấu trúc đường dây 28 Bảng Điện trở điện kháng thứ tự thuận đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 333 Bảng Điện trở điện kháng thứ tự khơng đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTT vùng 344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng .344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng có kể tới điện trở hồ quang 355 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng có kể đến hồ quang vị trí ngắn mạch .355 Bng Khả mô cña ATP 45 Bảng Thông số đường dây 51 Bảng 3: Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha 566 Bảng 4 Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha .577 download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỞ ĐẦU Đường dây truyền tải điện đóng vai trò quan trọng hệ thống điện Trong cơng tác quản lý vận hành việc xác định xác điểm cố giúp nhanh chóng xác định phần tử bị cố, làm giảm thời gian ngừng cung cấp điện, giảm số lượng nhân lực để khắc phục cố này, việc xác định xác điểm cố xác định xác tổng trở đường dây giúp cho kết qủa tính tốn chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làm việc xác Trên thực tế có nhiều phương pháp sử dụng để xác định điểm cố, tùy theo đối tượng đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối đường cáp Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách công cụ vừa làm nhiệm vụ bảo vệ, phát cố vừa định vị vị trí điểm cố đường dây Tuy nhiên rơle khoảng cách hoạt động dựa tín hiệu đo lường đầu, kết định vị điểm cố thường bị sai lệch bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Trong nhiều trường hợp sai số lên tới hàng chục km điều gây khó khăn cho công tác khắc phục sau cố Tổng trở đường dây tính tốn lý thuyết, nhiên, tính tốn dựa giả thiết đường dây đồng nhất, điện trở suất đất khơng đổi suốt dọc tuyến…và kết tính tốn thường có sai số đáng kể so với giá trị thực tế (đặc biệt tổng trở thứ tự không đường dây) Một số hãng sản xuất chế tạo thiết bị thí nghiệm để đo tổng trở đường dây, thiết bị định vị cố chuyên dụng, nhiên phương pháp phức tạp, thiết bị đắt tiền, cần phối hợp nhiều đơn vị Xuất phát từ thực tế đó, luận văn sâu vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng bảo vệ khoảng cách định vị cố rơle kỹ thuật số” Kết nghiên cứu mô áp dụng mơ hình tuyến đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan tính tốn kết mơ chứng minh ưu điểm thuật toán Về mặt cấu trúc luận văn chia thành chương - Chương 1: Những yếu tố ảnh hưởng tới làm việc xác bảo vệ khoảng cách - Chương 2: Tổng quan Trạm biến áp 220kV Ninh Bình, trạm biến áp 500kV Nho Quan đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Chương 3: Xác định tham số bảo vệ kể tới yếu tố ảnh hưởng tới độ xác bảo vệ khoảng cách - Chương 4: Định vị cố dựa tín hiệu đo lường thu thập từ hai đầu đường dây download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH I Giới thiệu chung: Hệ thống điện ngày phát triển phức tạp, q trình vận hành ln ln xảy cố hư hỏng phần tử hệ thống Trong trường hợp cố, phần tử cố yêu cầu tách khỏi hệ thống để giảm thiểu thiệt hại cho phần tử cố loại bỏ chế độ vận hành khơng bình thường cho hệ thống Hành động cần phải thực cách nhanh chóng xác cách rơle bảo vệ tự động Đồng thời cố xảy đường dây (phân phối truyền tải), yêu tố quan trọng xác định vị trí điểm cố nhanh tốt để nâng cao chất lượng dịch vụ Nếu vị trí lỗi khơng xác định cách nhanh chóng tạo cắt điện kéo dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng xảy ảnh hưởng đến độ tin cậy cấp điện Tất trường hợp nêu lên tầm quan trọng nghiên cứu định vị cố vấn đề thu hút ý rộng rãi nhà nghiên cứu hệ thống điện năm gần II Nâng cao độ xác định vị điểm cố đường dây truyền tải điện Hệ thống đường dây truyền tải điện ngày phát triển lớn mạnh số lượng độ phức tạp Tính đến thời điểm tại, lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện quản lý vận hành có 2.977km đường dây 500kV 7.463km đường dây 220kV Theo “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030” lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện quản lý vận hành xây dựng đưa vào vận hành thêm theo giai đoạn 2021-2030 680km đường dây 500kV, Bảng 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Hạng mục ĐZ 500kV ĐZ 220kV Đơn vị Km Km 2021-2025 680 1.606 2026-2030 760 2.168 Với mặt lưới điện Công ty truyền tải điện quản lý vận hành trải rộng 28/63 tỉnh thành nước, đa số đường dây truyền tải điện qua khu vực dân cư, đồi núi cao hiểm trở Trong trình vận hành, phần tử lưới ln có khả xảy cố nguyên nhân khách quan chủ quan gây nên, theo số liệu thống kê Công ty Truyền tải điện 1, tính riêng tháng đầu năm 2020 xảy 16 cố thoáng qua cố kéo dài đường dây 220 500kV, cơng tác xác định vị trí cố khó khăn, tiêu tốn nhiều cơng sức, chi phí Với mục tiêu yêu download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật cầu ngày nâng cao chất lượng điện nâng cao hiệu suất lao động việc áp dụng giải pháp để xác định vị trí cố cách xác cần thiết Định vị cố xác giúp phát nhanh điểm cố, kể cố thoáng qua cố trì Sự cố thống qua khắc phục thơng qua tự động đóng lại Tuy nhiên xác định sớm nhanh chóng điểm bị hư hỏng giúp ngăn ngừa cố xảy Mặt khác cố thoáng qua, phần tử hệ thống khôi phục điện, yếu tố gây cố tách khỏi lưới công tác xác định nguyên nhân cố khó khăn, việc định vị xác điểm cố giúp khoanh vùng xác nhanh chóng xác định ngun nhân cố Với cố vĩnh cửu, yêu cầu xác định nhanh, xác điểm cố để tách phần tử cố khỏi lưới, nhanh chóng xử lý khôi phục lưới điện, giảm thời gian ngừng cung cấp điện Nếu vị trí cố khơng xác định cách nhanh chóng, làm điện thời gian dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng xảy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng lớn Hiện nay, đường dây truyền tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường trang bị bảo vệ bảo vệ khoảng cách bảo vệ so lệch dọc đường dây Thực tế cho thấy chức định vị điểm cố rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km) Điều xảy nguyên lý định vị cố sử dụng rơle khoảng cách dựa vào tín hiệu đo lường chỗ (sử dụng tín hiệu đo lường từ phía), chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố bên gây nên sai số lớn Các rơle so lệch dọc đường dây đại tích hợp thêm chức định vị điểm cố có khả làm việc với độ xác cao rơle loại sử dụng nguyên lý định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây Tuy nhiên, hầu hết tài liệu rơle khơng đề cập đến thuật tốn phương pháp xác định điểm cố thực tế phép định vị cố rơle so lệch dọc đường dây có sai số lớn Một phần quan trọng vận hành lưới truyền tải điện tính tốn cài đặt chỉnh định rơle tính tốn chế độ vận hành lưới Các tính tốn u cầu xác định tổng trở đường dây xác tốt Tuy nhiên, tổng trở đường dây phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa chất nơi đường dây qua, điện trở suất đất thay đổi việc tính tốn giá trị tổng trở phần mềm trở nên thiếu xác, mặt khác đường dây sau thời gian vận hành cải tạo, sửa chữa dẫn đến làm thay đổi thông số kỹ thuật đường dây nên việc xác định tổng trở khó khăn download by : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Xuất phát từ thực tế công tác vận hành lưới truyền tải điện nêu trên, cần có nghiên cứu làm rõ ưu điểm thuật toán sử dụng để định vị cố xác định xác tổng trở đường dây Các mục trình bày chi tiết phương pháp định vị cố xác định tổng trở đường dây truyền tải điện Có nhiều phương pháp định vị cố đề xuất áp dụng đường dây truyền tải điện, phương pháp có ưu nhược điểm riêng có phạm vi áp dụng định tùy theo sở hạ tầng sẵn có trạm đường dây, phân loại theo nhóm chính: định vị cố dựa tính tốn tổng trở đường dây định vị cố dựa đo lường dạng sóng lan truyền đường dây, số phương pháp ngày sử dụng sau: - Định vị cố dựa tín hiệu đo lường dịng điện điện áp cuối đường dây, chủ yếu phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía đường dây phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây - Định vị cố dựa phương pháp sóng lan truyền (travelling wave method) - Định vị cố dựa phương pháp tần số cao (high-frequency methods) III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía: Thuật tốn xác định vị trí cố dựa tín hiệu đo lường từ phía đơn giản kinh tế so với phương pháp định vị cố khác Thuật tốn thiết kế để tính tốn vị trí cố dựa tín hiệu đo lường ba pha dòng điện điện áp đầu đường dây Ngồi có số thuật tốn sử dụng điện áp ba pha dòng điện ba pha Các vector quay với tần số tín hiệu đo lường liệu mẫu xử lý thuật tốn Các thơng số trở kháng đường dây xác định để xác định khoảng cách đến điểm cố Nguyên lý làm việc: Hình 1 Đường dây truyền tải Cơng ty Truyền tải quản lý download by : skknchat@gmail.com ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Nguyễn Xuân Trung NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201... đơn vị Xuất phát từ thực tế đó, luận văn sâu vào nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu nâng cao chất lượng bảo vệ khoảng cách định vị cố rơle kỹ thuật số? ?? Kết nghiên cứu mô áp dụng mơ hình tuyến đường... ngày nâng cao chất lượng điện nâng cao hiệu suất lao động việc áp dụng giải pháp để xác định vị trí cố cách xác cần thiết Định vị cố xác giúp phát nhanh điểm cố, kể cố thoáng qua cố trì Sự cố thống