BÁO CÁO " PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI " pot

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A LƯỚI ANALYZING AND ASSESSING THE DYNAMIC STABILITY FOR ALUOI HYDROELECTRIC POWER PLANT SVTH: Lê Kim Phước, Nguyễn Văn Thức, Mai Công Phúc Lớp 07ĐHT, Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng GVHD: PGS.TS Đinh Thành Việt Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng TÓM TẮT Ổn định động của nhà máy điện có liên quan trực tiếp đến ổn định động của toàn hệ thống điện. Trong quá trình vận hành hệ thống điện thường xảy ra các sự cố gây mất ổn định động nhà máy điện có thể dẫn đến mất ổn định động toàn hệ thống điện. Bài báo trình bày kết quả phân tích, đánh giá ổn định động cho nhà máy thủy điện A Lưới và ảnh hưởng nhà máy A Lưới đến ổn định động của hệ thống điện. ABSTRACT Dynamic stability of the power plant has a direct relation to the dynamic stability of the whole power system. During the process of operating the power system, there usually occur the instability contingencies of any power plant which can lead to instability of the entire electrical system. This paper presents the results of analyzing and assessing the dynamic stability of A Luoi hydroelectric power plant and its influences to the dynamic stability of the electricity system. 1. Đặt vấn đề Đánh giá ổn định động (ÔĐĐ) của hệ thống điện (HTĐ) là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất trong quá trình thiết kế và vận hành HTĐ. ÔĐĐ là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục hồi trạng thái ban đầu hoặc gần với trạng thái ban đầu (trạng thái vận hành cho phép) [1]. Nhà máy thuỷ điện A Lưới xây dựng trên sông A Sáp, tỉnh Thừa Thiên Huế là nhà máy (NM) có công suất lớn với công suất lắp máy 2x85 MW. Nhà máy A Lưới tham gia vào hệ thống sẽ có những tác động nhất định đến ÔĐĐ của hệ thống. Các sự cố làm NM A Lưới mất ÔĐĐ có thể gây mất điện trên diện rộng, dẫn đến thiệt hại lớn về kinh tế. Phân tích đánh giá ÔĐĐ cho nhà máy A Lưới là rất quan trọng, giúp ta có những giải pháp bảo vệ rơle và vận hành nhà máy an toàn, hiệu quả nhất, giảm nguy cơ mất ÔĐĐ nhà máy đồng thời nâng cao độ ổn định cho hệ thống điện. Phân tích đánh giá ÔĐĐ nhà máy A lưới dựa trên những lý thuyết tiêu chuẩn ÔĐĐ về góc lệch roto, thời gian cắt tới hạn, các đường cong quá độ của các đại lượng Cơ - Điện khi xảy ra kích động, so sánh chế độ tới hạn với chế độ vận hành để kết luận khả năng ÔĐĐ. Để phân tích ÔĐĐ nhà máy thủy điện A Lưới, nhóm tác giả sử dụng phần mềm PSS/E [6] với bộ số liệu về HTĐ Việt Nam đã được cập nhật năm 2012, có sự tham gia của nhà máy thủy điện A Lưới [5], nhờ đó việc tính toán được thực hiện nhanh chóng và kết quả tính toán đủ tin cậy. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 2 2. Phạm vi tính toán ÔĐĐ đối với nhà máy thủy điện A Lưới Nhà máy A Lưới được kết nối vào thanh góp trạm 220kV A Lưới từ đó cấp điện đến trạm 220kV Huế và trạm 220kV Đông Hà qua 2 đường dây (ĐD) đơn 220kV. Quá trình tính toán ở chế độ cực đại, các tổ máy A Lưới đều phát hết công suất, các máy biến áp được vận hành song song. Tính toán ÔĐĐ cho NM A Lưới khi xảy ra các kích động lớn trên các tổ máy phát A Lưới, các ĐD 220kV A Lưới - Đông Hà, A Lưới - Huế, Đông Hà - Đồng Hới, Huế - Hòa Khánh và các trạm biến áp 220kV và 500kV lân cận (xem Hình 1). Hình 1.Sơ đồ đấu nối khu vực 3. Đánh giá kết quả 3.1. Ảnh hưởng của thời gian cắt ngắn mạch đến ÔĐĐ nhà máy A Lưới Giả thiết xảy ra ngắn mạch 3 pha đầu ĐD A Lưới - Huế, sau khoảng thời gian T cắt thì ĐD bị cắt ra. Thời gian cắt sự cố càng sớm thì góc lệch roto càng nhỏ, thời gian tắt dao động càng nhanh, ÔĐĐ của nhà máy càng cao. Thời gian cắt phần tử sự cố vượt qua thời gian cắt tới hạn (T cắt th ) ứng với góc lệch roto tăng vô hạn thì NM sẽ bị mất ÔĐĐ [2] (xem Hình 2). Bảng 1 trình bày thời gian cắt tới hạn tại các vị trí xảy ra ngắn mạch 3 pha gần nhà máy A Lưới, T cắt th trong các trường hợp sự cố đều lớn hơn 0.2s, đảm bảo cho các bảo vệ rơle hoạt động tốt trước thời gian này. Bảng 1. Thời gian cắt tới hạn Ngắn mạch 3 pha trên T cắt th (s) ĐD A Lưới – Huế Đầu ĐD 0.22 Cuối ĐD 0.25 ĐD A Lưới – Đông Hà Đầu ĐD 0.27 Cuối ĐD 0.50 MBA A Lưới 0.28 Hình 2. Góc lệch roto của NM A Lưới với thời gian cắt ngắn mạch khác nhau Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 3 3.2. Đánh giá ÔĐĐ của nhà máy A Lưới dựa vào góc lệch roto tương đối Để đánh giá trực quan hơn về khả năng ÔĐĐ của nhà A Lưới ta so sánh góc lệch roto tương đối giữa nhà máy A Lưới với nhà máy A Vương khi xảy ra sự cố trên đường dây liên kết giữa 2 nhà máy. Giả thiết xảy ra ngắn mạch 3 pha trên ĐD A Lưới - Huế, bình thường bảo vệ rơle tác động cắt ĐD ra sau 0.1s, để đánh nặng sự cố ta cho sau 0.2s ĐD mới được cắt ra. Tại cùng một thời điểm của quá trình quá độ góc lệch tuyệt đối nhà máy A Vương giảm nhưng ngược lại góc lệch tuyệt đối A Lưới tăng lên, dẫn tới góc lệch roto tương đối giữa 2 nhà máy tăng lên (xem Hình 3). 3.3. Ảnh hưởng của tự động đóng lặp lại (TĐL) đến ÔĐĐ nhà máy A Lưới Giả thiết xảy ra ngắn mạch 3 pha trên ĐD A Lưới - Huế, sau 0.2s ĐD bị cắt ra và sau khoảng thời gian 1.2s ĐD được đóng lặp lại. TĐL thành công làm dao động quá độ tắt nhanh hơn, từ 9s xuống còn 5s. Khi TĐL thành công điện áp đầu cực máy phát phục hồi nhanh hơn, đối với TĐL không thành công ĐD bị cắt ra điện áp đầu cực máy phát A Lưới dao động mạnh sau đó tăng lên cao hơn so với giá trị đầu trước ngắn mạch (xem Hình 4). Trong trường hợp này TĐL thành công hay không đều không làm mất ÔĐĐ của NM A Lưới. 3.4. Ảnh hưởng của việc cắt 1 tổ máy phát đang làm việc đến ÔĐĐ của tổ máy còn lại Đánh giá ÔĐĐ của tổ máy phát H1 trong 2 trường hợp khi ngắn mạch 3 pha xảy ra trên MBA của tổ máy H2 làm máy phát H2 và MBA bị cắt ra sau thời gian 0.1s và trường hợp cắt đột ngột máy phát H2 ra không phải do ngắn mạch (xem Hình 5). Cắt 1 tổ máy của NM A Lưới đang làm việc song song không làm mất ÔĐĐ cho tổ máy còn lại, dao động trên tổ máy H1 nhỏ và tắt nhanh dưới 3s, dao động góc lệch roto không lớn. Thời điểm đầu ngắn mạch độ lệch tần số đầu cực H1 tăng lên 2.7% (51.4 Hz) nhưng vẫn nằm trong tần số hoạt động cho phép của NM [4]. Hình 4. Góc lệch roto và điện áp đầu cực khi sử dụng TĐL Hình 5. Góc lệch roto và độ lệch tần số NM khi cắt một tổ máy Hình 3. Góc lệch roto tương đối Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 4 Hình 8. Biến thiên điện áp trên trạm 500kV Đà Nẵng khi cắt 2 tổ máy 3.5. Ảnh hưởng của nhà máy A Lưới đến tổng trở tính toán bảo vệ rơle Khi xảy ra sự cố, quá trình quá độ của nhà máy A Lưới gây biến thiên tổng trở trên ĐD có thể làm bảo vệ rơle khoảng cách tác động sai gây nên cắt sự cố không chọn lọc. Giả thiết xảy ra ngắn mạch 3 pha với thời gian cắt ngắn mạch là 0.1s thời gian TĐL thành công là 1s. Khi ngắn mạch trên ĐD A Lưới- Huế, biến thiên tổng trở mạnh nhất đo được trên ĐD Huế - Hòa Khánh; khi ngắn mạch trên ĐD A Lưới - Đông Hà, biến thiên tổng trở mạnh nhất đo được trên ĐD Đông Hà - Đồng Hới (xem Hình 6). Do đó trên 2 ĐD Huế - Hòa Khánh và Đông Hà - Đồng Hới phải đặt chức năng chống dao động công suất cho bảo vệ khoảng cách. 3.6. Ảnh hưởng nhà máy A Lưới đến biến thiên điện áp hệ thống điện Giả thiết hệ thống điện đang vận hành bình thường thì 1 tổ máy của nhà máy A Lưới bị cắt ra đột ngột. Trên các thanh cái cao áp trạm biến áp 500kV Đà Nẵng và các trạm 220kV lân cận, dao động điện áp không lớn và tắt khá nhanh (xem Hình 7). Điện áp thiết lập sau sự cố vẫn nằm trong khoảng điện áp vận hành cho phép [4]. Khi mất 2 tổ máy A Lưới cùng lúc cho kết quả dao động điện áp tắt nhanh hơn so với việc mất đột ngột 1 tổ máy (xem Hình 8). 3.7. Ảnh hưởng của sự cố xếp chồng đến ÔĐĐ nhà máy A Lưới Ngắn mạch 1 pha chạm đất có xác suất xảy ra cao, ta giả thiết ngắn mạch 1 pha chạm đất xảy ra đồng thời trên hai đường dây 220kV bất kỳ, chọn thời gian cắt ngắn mạch 0.1s, thời gian TĐL thành công là 1s. Đánh giá ÔĐĐ của nhà máy A Lưới dựa trên góc lệch roto tuyệt đối của nhà máy. Sự cố xếp chồng trên ĐD A Lưới - Huế và A Lưới - Đông Hà là nặng nề nhất gây mất ÔĐĐ nhà máy A Lưới (xem Bảng 2), khi đó cần phải cắt nhanh NM A Lưới ra khỏi hệ thống để tránh gây ảnh hưởng đến ÔĐĐ hệ thống. Hình 6. Tổng trở biến thiên trên ĐD khi xảy ra ngắn mạch. Hình 7. Biến thiên điện áp trên các trạm biến áp lân cận khi cắt một tổ máy Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 5 Bảng 2. Đánh giá ÔĐĐ đối với sự cố xếp chồng Ngắn mạch 1 pha chạm đất xếp chồng trên ĐD Góc lệch roto (độ) Đánh giá A Lưới - Huế A Lưới – Đông Hà ∞ Mất ÔĐĐ A Lưới - Huế Đông Hà – Đồng Hới 43 ÔĐĐ A Lưới – Đông Hà Huế - Hòa Khánh 43 ÔĐĐ Huế - Hòa Khánh Đông Hà – Đồng Hới 47 ÔĐĐ 4. Kết luận Nhà máy thủy điện A Lưới có khả năng chịu được các kích động lớn như ngắn mạch 3 pha trên các đường dây 220kV lân cận, cắt đột ngột 1 tổ máy A Lưới hay chịu được đa số các sự cố xếp chồng 1 pha chạm đất mà không bị mất ÔĐĐ. Cắt nhanh sự cố có tác dụng tăng đáng kể độ ÔĐĐ cho nhà máy A Lưới. TĐL trên các đường dây 220kV thành công có tác dụng làm các dao động quá độ tắt nhanh hơn. Góc lệch roto tương đối giữa nhà máy A Lưới và nhà máy A Vương khi xảy ra sự cố không lớn (< 360 0 ) nên ÔĐĐ nhà máy vẫn được đảm bảo. Khi có sự cố xảy ra trên ĐD lân cận nhà máy A Lưới sẽ xuất hiện sự biến thiên lớn tổng trở trên các ĐD trong hệ thống, điều này dễ dẫn đến bảo vệ rơle khoảng cách tác động nhầm. Để bảo vệ rơle làm việc tin cậy cần đưa các chức năng nhận biết dao động công suất vào làm việc. Việc cắt 1 hay 2 tổ máy A Lưới không gây biến thiên lớn điện áp trên các trạm biến áp lân cận, sau khi cắt thì điện áp các nút hệ thống vẫn nằm trong khoảng điện áp vận hành cho phép. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lã Văn Út (2000), Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [2] Nguyễn Minh Cường (2008), Ổn Định Hệ Thống Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên. [3] PGS.TS Ngô Văn Dưỡng, Nguyễn Duy Dũng (2008), “Đánh giá ảnh hưởng của nhà máy thủy điện A Vương đến các chế độ vận hành của hệ thống điện Việt Nam”, Tạp chí KH & CN, đại học Đà Nẵng, (2/2008). [4] Bộ công nghiệp (2006), Quy định đấu nối vào hệ thống điện quốc gia. [5] Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia, Thông số hệ thống điện Việt Nam năm 2012. [6] Siemens Power Transmission & Distribution, Inc, (2005), PSS/E TM 30.2 USER MANUAL. . máy thủy điện A Lưới và ảnh hưởng nhà máy A Lưới đến ổn định động c a hệ thống điện. ABSTRACT Dynamic stability of the power plant has a direct relation. mất ổn định động nhà máy điện có thể dẫn đến mất ổn định động toàn hệ thống điện. Bài báo trình bày kết quả phân tích, đánh giá ổn định động cho nhà máy