NGHIÊN cứu, TÍNH TOÁN, mô PHỎNG bảo vệ RELAY CHO NHÀ máy điện NHIỆT dư 6x60 MW hòa PHÁT DUNG QUẤT 1 BẰNG ETAP

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAPSTONE PROJECT CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN, MÔ PHỎNG BẢO VỆ RELAY CHO NHÀ MÁY ĐIỆN NHIỆT DƯ 6x60 MW HÒA PHÁT DUNG QUẤT BẰNG ETAP” GVHD: TS PHẠM VĂN KIÊN ĐVHT: KS NGUYỄN ĐÌNH TIẾN SVTH: NGUYỄN MẪN 17D1 BÙI TRƯỜNG THỌ 17D1 NGUYỄN VĂN KIỆP 17D1 NỘI DUNG CHÍNH Tổng Tổng quan quan nhà nhà máy máy và tính tính cấp cấp thiết thiết đề đề tài tài Cơ sở lý thuyết tính tốn bảo vệ Mơ hình hóa hệ thống relay mơ bảo vệ cho nhà máy Nhận xét kết luận GIỚI THIỆU NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN GIỚI THIỆU + Để tận dụng phần nhiệt dư sau hệ thống nồi hơi, dập cốc khơ, góp phần chủ động nguồn điện giảm lượng công suất nhập từ lưới, công ty cổ phần thép Hòa Phát Dung Quất đầu tư xây dựng nhà máy phát điện nhiệt dư + Nhà máy có tổ máy phát 6x60MW hòa lên hệ thống điện KLH qua máy biến áp tăng áp 10/35kV-75MVA + Mỗi tổ máy phát-máy biến áp hoạt động độc lập phát công suất lên hệ thống 110kV cấp cho phân xưởng, nhà máy KLH Sơ đồ sơi nhà máy điện nhiệt dư Hòa Phát Dung Quất hồn thiện Tính cấp thiết đề tài LÝ DO Trong trình vận hành, nhà máy xảy số cố ngắn mạch tác động nhầm không tác động bảo vệ rơ le làm ảnh hưởng lớn đến sản xuất Ví dụ cố ngày 29/09/2020 nổ đầu cáp 35kV nhiên bảo vệ chạm đất không tác động gây cố ngắn mạch pha Do vậy, đề tài “Nghiên cứu, tính tốn mơ bảo vệ rơle cho nhà máy phát điện nhiệt dư 6x60MW Hoà Phát Dung Quất ETAP” nghiên cứu tính tốn thơng số cài đặt mô loại rơle phối hợp mơ phần mềm ETAP để đánh giá khách quan thông số cài đặt nhà máy trước đề xuất thử nghiệm thực tế thử nghiệm chạy thử tổ máy số số Sự cố nổ đầu cáp 35kV 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN RELAY - Các dòng relay kỹ thuật số sử dụng hệ thống: 7UM85, 7SJ85, 7SJ804, 7SK804 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN BẢO VỆ MÁY PHÁT TT Thông số Giá trị Công suất định mức 60 MW 2 Tần Tần số số định định mức mức 50 50 Hz Hz 3 Điện Điện áp áp định định mức mức 10.5 10.5 kV kV 4 Tốc độ quay định mức Tốc độ quay định mức 3000 r/min 3000 r/min 5 Hệ số công suất Hệ số công suất 0.8 0.8 6 Hiệu suất Hiệu suất ≥ 97% ≥ 97% 7 Phương thức nối Phương thức nối Y Y 8 Điện kháng đồng dọc trục 208.58% 208.58% 9 Điện kháng đồng ngang trục 206.48% 206.48% 10 10 Điện kháng độ dọc trục 23.59% 23.59% 11 Điện kháng siêu độ dọc trục 16.91% 12 Khả chịu q tải 10 ％ Thơng số Máy phát 60MW Hệ thống chức bảo vệ máy phát nhà máy 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP TT Thơng số Giá trị Công suất định mức 75 MVA Tổ đấu dây YN,d11 Tiêu chuẩn áp dụng IEC60076 Tần số định mức 50 HZ Điện áp định mức (38.5 ±2x2.5%) /10.5 kV Điện áp chịu tối đa 40.5/12 kV Un% 10.35% Dòng điện định mức 1125/4124 A Khả chịu dòng ngắn mạch phía CA 31.5 kA 10 Khả chịu dịng ngắn mạch phía HA 63 kA 11 Dịng từ hố 0,3% 12 Tổn hao không tải (Po) 38,78 kW 13 Tổn hao có tải - Nấc Pcu 224,2kW Thơng số MBA 10.5/35kV Hệ thống chức bảo vệ MBA nhà máy 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN BẢO VỆ KHÁNG ĐIỆN VÀ TỰ DÙNG TT Thông số Giá trị Điện áp định mức 10 kV Dòng điện định mức 1500 A X k% 6% Dung lượng kháng 3x8660.3 kVAr  Điện cảm L 0.735 mH Dòng ngắn mạch chịu 4s 37.5 kA Thông số kháng điện TT Tên Cơng suất kVA Cơng suất kW Điện áp kV Dịng điện A Cosµ MBA FGD 1250 1000 10.5 68 0.8 Trạm nén khí 6000 10.5 Quạt hút NHND 710 10 51 0.85 Quạt hút NHKT 560 10 41 0.84 MBA tự dùng 2000 1600 10.5 110 0.8 MBA TNK 2000 1600 10.5 110 0.8 Động BCN 1400 10 93 0.9 10 43.3 0.79 Hệ thống chức bảo vệ kháng điện phụ tải nhà máy Thông số tự dùng Động BNTH 560 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN MƠ HÌNH HĨA Sơ đồ mơ tổ máy Etap 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN NGẮN MẠCH Vị trí Vị trí 1SW4 (CB MBA1) (A) (kA) (kA) (kA) (kA) 1125 17.28 7.33 20.52 2.6 1SW4 (CB MBA1) 1-GCB (CB MF1) 1125 4124 17.28 24.15 7.33 14.5 20.52 0.009 2.6 8.58 1-GCB (CB MF1) 1-QF4 (CB KD1) 4124 1500 24.15 49.8 14.5 17.69 0.009 0.009 8.58 3.3 1-QF4 (CB KD1) 1AH07 (CBKD1’) 1500 1500 49.8 17.69 17.69 5.49 0.009 0.009 3.3 3.3 1AH07 (CBKD1’) 1AH01 1500 68 17.69 17.69 5.49 0.491 0.009 0.009 3.3   1AH01 1AH02 68 366.6 17.69 17.69 0.491 2.62 0.009 0.009     1AH02 1AH03 366.6 51 17.69 17.69 2.62 0.387 0.009 0.009     1AH03 1AH04 51 51 17.69 17.69 0.387 0.387 0.009 0.009     1AH04 1AH05 51 51 17.69 17.69 0.387 0.387 0.009 0.009     1AH05 1AH06 51 51 17.69 17.69 0.387 0.387 0.009 0.009     1AH06 1AH08 51 110 17.69 17.69 0.387 0.786 0.009 0.009     1AH08 1AH10 110 110 17.69 17.69 0.786 0.786 0.009 0.009     1AH10 1AH11 110 93 17.69 17.69 0.786 0.76 0.009 0.009     1AH11 1AH12 93 93 17.69 17.69 0.76 0.76 0.009 0.009     1AH12 1AH13 93 43.3 17.69 17.69 0.76 0.329 0.009 0.009     1AH13 1AH14 43.3 43.3 17.69 17.69 0.329 0.329 0.009 0.009     1AH14 1AH15 43.3 43.3 17.69 17.69 0.329 0.329 0.009 0.009     1AH15 1AH16 43.3 1250 17.69 24.53 0.329 4.25 0.009 0.009     1AH16 1250 24.53 4.25 0.009   Giá trị dòng ngắn mạch trường hợp Vị trí Vị trí (kA) (kA) (kA) (kA) Phía cao MBA1 Phía cao MBA1 (CB MBA1) (CB MBA1) 17.28 17.28 14.99 14.99 18.67 18.67 20.39 20.39 Đầu cực MF1 Đầu cực MF1 (CB MF1) (CB MF1) 24.15 24.15 21.64 21.64 0.004 0.004 0.009 0.009 Đầu vào kháng điện (CB KD1) Đầu vào kháng điện (CB KD1) 49.8 49.8 43.68 43.68 0.004 0.004 0.009 0.009 Đầu vào tự dùng Đầu vào tự dùng 1AH07 (CBKD1’) 1AH07 (CBKD1’) 17.69 17.69 15.42 15.42 0.004 0.004 0.009 0.009 Bus Bus tự tự dùng dùng 1 24.53 24.53 21.14 21.14 0.004 0.004 0.009 0.009 Thơng số dịng làm việc dịng ngắn mạch cố vị trí 10 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN  BẢO VỆ MÁY PHÁT    Bảo vệ chạm đất Stator 64S-90% Sử dụng điện áp dư điểm trung tính máy phát Vng = Vpri = 6.062 = 3.5(kV) - Điện áp xuất 10% từ cuộn dây đến điểm trung tính: 10%× Vng = 10%× 3.5 = 0.35(kV) - Điện áp thứ cấp MBA trung tính lúc : Sơ đồ bảo vệ - Tỉ số MBA nối đất trung tính: NGT = Vpri Vsec - Điện áp trung tính nối đất máy phát cố đuôi máy phát: = 6062(V) 220(V) Vsec = 0.35× 220 = 12.7(V) 6.062 - Để bảo vệ 90% cho cuộn dây, cài đặt giá trị điện áp nhỏ 12.7(V) → Cài đặt: V0 = 11(V) Thời gian tác động: t=1(s) 14 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN  BẢO VỆ MÁY PHÁT    Sử dụng điện áp dư đuôi máy phát ∆V dịng điểm trung tính 6062 RR = RNGR ( ) = 1.( ) = 759.23( Ω) Vsec 220 6062 I = = 7.98(A) - Dòng chạm đất: GF 759.23 10%× IGF = 0.1× 7.98 = 0.798(A) - Bảo vệ 90%: - Dòng điện chạm đất thứ cấp: IE = 0.798× = 0.099(A) 40  → Cài = 0.08(A) - Điện áp cuộn dây tam giác hở chạm đất pha đuôi MF :   - Giá trị điện trở nối đất trung tính MF: Vpri Bảo vệ chạm đất Stator 64S-90% với NCT = 40 - Bảo vệ 90% cuộn dây, điện áp cuộn dây tam giác hở:   - Điện áp thứ cấp cuộn tam giác hở:    → = 11.01(V)   → Cài = 10.5(V) - Thời gian tác động: t = 0.5s Sơ đồ nguyên lý bảo vệ 15 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN BẢO VỆ Q DỊNG - Dịng khởi động 50: - Dòng khởi động 51/67:  Bảo vệ dòng 50/51/67/67N I50 = (1.2 ữ 1.5) ì I Nng max I51/67 = (1.2 ữ 1.4) ì Ilv max - Dũng khởi động 67N: I67N = 1.2× K kcbtt = 1.2× K kck × Kdn × fBI × INngmax -Thời gian khởi động cài theo đặc tính phụ thuộc: + Chọn tiêu chuẩn IEC: Normal Inverse (NI) + Bội số dòng: + Thời gian tác động: I3N k= I kdR × CT 0.14 t = 0.02 × Tp k −1 Đặc tính phụ thuộc NI Hướng bảo vệ 67 67N 16 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN BẢO VỆ MÁY PHÁT  Bảo vệ q dịng có hướng 67 - Dòng khởi động sơ cấp: Isc = k at × Ilv max = 1.2 × 4124 = 4948.9(A) - Dòng khởi động relay: I kd = Isc 4948.9 = = 4.124 CT 1200 - Thời gian khởi động cấp 1: chọn đặc tính độc lâp t=0.3s: - Thời gian khởi động cấp cài theo đặc tính phụ thuộc: + Chọn tiêu chuẩn IEC: Normal Inverse (NI) + Thời gian tác động: 1.8s + Bội số dòng: + Ta có: - Hướng tác động: hướng thuận I3N 24.15× 1000 k= = = 4.88 I kdR × CT 4.124× 1200 0.14 t= × Tp = 1.8 → Tp = 0.41 0.02 4.88 − Đặc tính phụ thuộc NI 17 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN  BẢO VỆ TỰ DÙNG Xét động quạt hút NHND: Bảo vệ q dịng 50/51/67N - Dịng khởi động 51: Tên Cơng suất kVA Điện áp kV Dịng điện A Cosµ Quạt hút NHND 710 10 51 0.85 I51 = 1.4 × I lv max 1.4 × 51 = = 3.57(A) CT 20 + Thời gian tác động: chọn đặc tính độc lâp t=20s - Dòng khởi động 67N: Biến dòng BI Sơ cấp Dòng điện (A) 100 Thứ cấp - Dịng khởi động 50: I50 = 1.5 × I Nng max CT + Thời gian tác động: t=0s = 1.5 × 387 = 29.03(A) 20 1.2× K kck × Kdn × fBI × I lvmax CT 1.2× 1× 1× 0.05× 51 = = 0.16(A) 420 I67N = + Hướng tác động: hướng thuận (từ TC10kV vào động cơ) + Thời gian tác động: t=0.3s 18 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TỐN TÍNH TỐN 19 3.MƠ PHỎNG BẢO VỆ hiệu chỉnh SƠ ĐỒ BẢO VỆ 20 3.MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG BẢO VỆ ĐẶC TÍNH Q DỊNG - Các đặc tính xác định từ bảo vệ xa nguồn (động cơ/MBA tự dùng) đến bảo vệ gần nguồn (MF HT35kV) - Các đường đặc tính đảm bảo phối hợp có tính chọn lọc, vùng làm việc chắn - Bảo vệ cho phụ tải tự dùng Một tự dùng cố cắt nhanh (RL03-50) 0s lập cố, có hệ thống tự dùng phịng Trường hợp relay khơng tác động relay BVMF1 BVMBA1 tác động, khơng để ảnh hưởng tới tổ máy phát lại Đặc tính phối hợp bảo vệ q dịng pha 21 KẾT QUẢ mô BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP Xét chạm đất pha phía cao áp máy biến áp: + Bảo vệ BVMBA1-87 tác động với thời gian 0s + Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ngưỡng dòng 7,567kA với thời gian cắt 0,3s + Bảo vệ dự phòng BVMBA1 tác động 17,281kA với thời gian cắt 0,4s Chạm đất pha phía cao áp máy biến áp 22 KẾT QUẢ mô BẢO VỆ MÁY PHÁT Xét ngắn mạch pha phía đầu cực máy phát: + Bảo vệ BVMF1-87 tác động với thời gian 0s + Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ngưỡng dòng 21.637kA với thời gian cắt 0,3s + Bảo vệ dự phòng BVMBA1 tác động 7.33kA với thời gian cắt 0,4s Ngắn mạch pha đầu cực máy phát 23 KẾT QUẢ Mô BẢO VỆ MÁY PHÁT Xét chạm đất pha máy phát: + Bảo vệ chạm đất 64S-90% BVMF1 tác động với thời gian 0.5s + Trường hợp cố vùng 5-10% gần điểm trung tính, có bảo vệ 64S100% báo tín hiệu cảnh báo Chạm đất pha máy phát 24 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT BẢO VỆ KHÁNG ĐIỆN Xét ngắn mạch pha kháng điện: + Bảo vệ BVKD1-87 tác động cắt với thời gian 0s + Bảo vệ dự phòng BVMF1 tác động ngưỡng dòng 8.58kA với thời gian cắt 0,3s + Bảo vệ dự phòng BVMB1 tác động ngưỡng dòng 2,605kA với thời gian cắt 0,4s Ngắn mạch pha kháng điện 25 KẾT QUẢ mô Phỏng BẢO VỆ TỰ DÙNG  Xét chạm đất pha Động quạt hút NHND (1AH03): + Bảo vệ bảo vệ q dịng chạm đất có hướng RL03 tác động cắt ngưỡng dịng 9A với thời gian 0.3s + Bảo vệ dự phòng bảo vệ q dịng chạm đất có hướng BVKD1’ tác động ngưỡng dòng 9,372kA với thời gian cắt 0,5s (Sau sử dụng Zct 50/5A) Chạm đất pha phụ tải tự dùng 26 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT  Nhận xét: + Sau mơ thấy tính tốn đảm bảo tính bảo vệ cho đối tượng cụ thể nhà máy có cố 2,3 pha, pha chạm đất Các phần tử bảo vệ cách chọn lọc, tin cậy sử dụng bảo vệ so lệch làm bảo vệ + Theo lý thuyết tính tốn riêng trường hợp cố chạm đất pha phía tự dùng, bảo vệ 67N số vị trí khơng tác động: trạm khí nén, đầu vào bus 10kV, MCLL10kV, đầu vào kháng điện  Hạn chế: + Do hạn chế phần mềm Etap nên chưa thể đánh giá hết bảo vệ 40, 78, 64R, 64S, 32  Giải pháp đề xuất: + Đối với trường hợp chạm đất phía 10kV, dịng chạm đất nhỏ (< 10A) trung tính MF nối đất qua MBA trung tính, rơle 67N khơng tác động, thực tế vận hành nhà máy thiết lập giá trị giá trị nhỏ tỉ số CT thiết bị lớn nên không tác động Trên sở ứng dụng q dịng thứ tự khơng ZCT số vị trí (đầu vào 10kV, MCLL10kV) mà bảo vệ 67N không tác động + Đồng thời kiến nghị nên sử dụng ZCT cho tất xuất tuyến trạm 10kV lại đường dây cáp dẫn tới trạm, xuất tuyến ngắn (