Giải pháp tự động hóa không người trực trạm biến áp 110kv liên trì thành phố đà nẵng

TĨM TẮT Tên đề tài: Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Số thẻ SV: 105120227 Lớp: 12D2 Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển, bảo vệ trạm biến áp 110kV Liên Trì, từ đề xuất số giải pháp nâng cấp trạm Liên Trì từ kiểu trạm truyền thống lên mơ hình tự động hóa không người trực, giải pháp chủ yếu nằm phần hệ thống điều khiển rơle bảo vệ trạm, bên cạnh việc xây dựng hệ thống thơng tin SCADA cho trạm Liên Trì Tất cơng việc bao gồm: tìm hiểu tình hình phát triển phụ tải thành phố Đà Nẵng để từ cho thấy tính cấp thiết việc phát triển rộng rãi mơ hình trạm biến áp tự động hóa khơng người trực; khảo sát trạng trạm biến áp 110kV Liên Trì để tìm mặt hạn chế trạm biến áp kiểu truyền thống công tác quản lý, vận hành; đề xuất số giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm Liên Trì; tính tốn minh họa cho chức bảo vệ so lệch máy biến áp Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan lưới điện thành phố Đà Nẵng, bao gồm trạm biến áp, phương thức vận hành, dự báo phát triển phụ tải để cuối nêu lên cần thiết việc phát triển nhân rộng mơ hình trạm biến áp tự động hóa không người trực địa bàn thành phố Đà Nẵng Chƣơng 2: Giới thiệu vị trí, vai trị, phương thức vận hành, quy mơ trạm Liên Trì; với việc tìm hiểu trạng trạm (đang vận hành theo kiểu truyền thống), rút nhận xét để đưa đến kết luận cho việc nâng cấp trạm theo mơ hình trạm tự động hóa khơng người trực Chƣơng 3: Giới thiệu mơ hình trạm biến áp tự động hóa, tiêu chuẩn IEC 61850 đưa giải pháp nâng cấp hệ thống điều khiển, bảo vệ theo sau việc xây dựng hệ thống thông tin SCADA mới, cuối nêu thêm số giải pháp cho số hệ thống khác (không trọng phạm vi đề tài này) Chƣơng 4: Tính tốn minh họa cho chức bảo vệ so lệch máy biến áp (sử dụng độ dốc đặc tính hãm rơle so lệch thay mới: SEL-787) ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: LÊ TRẦN HOÀNG VIỆT Số thẻ sinh viên: 105120227 Lớp: 12D2 Khoa: ĐIỆN Ngành: Kỹ thuật điện-điệntử Tên đề tài đồ án: Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Thông số thiết bị thứ trạm Liên Trì lấy từ Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng…………………………………… ……………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan hệ thống điện thành phố Đà Nẵng Chương 2: Giới thiệu trạm biến áp 110kV Liên Trì (E11) Chương 3: Một số giải pháp tự động hóa trạm biến áp Liên Trì Chương 4: Tính tốn minh họa cho chức bảo vệ so lệch máy biến áp (87T) ………………………………………………………………………………………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Bản vẽ số 1: Sơ đồ lưới điện thành phố Đà Nẵng (A3, A0) Bản vẽ số 2: Sơ đồ mặt thiết bị trạm biến áp 110kV Liên Trì (A3, A0) Bản vẽ số 3: Sơ đồ thứ trạm biến áp 110kV Liên Trì (A3, A0) Bản vẽ số 4: Sơ đồ phương thức đo lường-bảo vệ trạm Liên Trì (A3, A0) Bản vẽ số 5: Sơ đồ hệ thống thông tin SCADA hữu trạm Liên Trì (A3, A0) Bản vẽ số 6: Sơ đồ hệ thống điều khiển theo mơ hình (A3, A0) Bản vẽ số 7: Sơ đồ phương thức đo lường-bảo vệ sau nâng cấp (A3, A0) Bản vẽ số 8: Sơ đồ hệ thống thông tin liên lạc sau nâng cấp (A3, A0) … ……………………………………………………………………………………… Họ tên người hướng dẫn: Ts.Trần Tấn Vinh Phần/ Nội dung: Cả đồ án Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: …15… /…02…./…2017… … 12… /…05…./…2017… Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Trƣởng Bộ môn……………………… Ngƣời hƣớng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Trong phát triển kinh tế, khơng thể khơng nhắc đến vai trị ngành Điện lực Đây nhân tố thúc đẩy sản xuất, nâng cao lực cạnh tranh, thu hút đầu tư, tạo điều kiện phát triển cho ngành kinh tế khác; ngành Điện phát triển bền vững đảm bảo vấn đề an ninh lượng Nền khoa học công nghệ giới ngày đạt thành tựu đáng khích lệ, đặc biệt ứng dụng tự động hóa vào sản xuất; năm qua, việc xây dựng Lưới điện Thông minh (LĐTM) với việc tiến hành tự động hóa lĩnh vực sản xuất điện đem lại nhiều hiệu nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, giảm nhân cơng… Hịa theo xu chung giới, ngành Điện lực Việt Nam năm qua có bước chuyển mạnh mẽ, thể việc tiến hành xây dựng ngày hồn thiện mơ hình LĐTM mà trọng tâm q trình tự động hóa trạm biến áp Hiện nay, tự động hóa trạm biến áp triển khai số trạm, đặc biệt trạm 500kV, 220kV, số trạm 110kV khu vực miền Trung xây dựng áp dụng hệ thống điều khiển bảo vệ máy tính Tam Quan, Bình Chánh, Hịa Thuận, Duy Xun Riêng Cơng ty trách nhiệm hữu hạn thành viên (TNHH MTV) Điện lực Đà Nẵng có trạm vận hành khơng người trực (Hịa Liên, Xn Hà), qua giúp cho việc giám sát, điều khiển, cấu hình thiết bị từ xa nhanh chóng, dễ dàng Xuất phát từ thực tế này, đề tài tập trung việc nghiên cứu, tìm hiểu đề xuất giải pháp để nâng cấp trạm biến áp 110kV Liên Trì thành trạm biến áp không người trực Luận văn đưa tiêu chí trạm biến áp khơng người trực, yêu cầu để kết nối trạm biến áp không người trực đến trung tâm điều khiển xa (TTĐKX) mơ hình vận hành hệ thống điện tương lai Trong thời gian qua, nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáoTS.Trần Tấn Vinh tập thể cán cơng nhân viên phịng Điều độ Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng đơn vị khác Tổ quản lý 110kV, trạm biến áp 110kV Liên Trì, Tổ thao tác lưu động trạm 110kV Xuân Hà, em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cá nhân, tập thể nêu ! Đà Nẵng, ngày 12 tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hồng Việt i CAM ĐOAN Kính gửi : - Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng - Khoa: Điện Tôi tên là: Lê Trần Hồng Việt Lớp: 12D2 Tơi xin cam đoan đề tài không chép đề tài có trước đây, sử dụng tư liệu từ phịng Điều độ Cơng ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng số tư liệu trích dẫn nguồn rõ ràng, hướng dẫn thầy giáoTS.TRẦN TẤN VINH Các quy định, số liệu, kết nêu đề tài trung thực dựa theo thông tin cung cấp từ Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng Nếu sai, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hồng Việt ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu cảm ơn Lời cam đoan liêm học thuật Mục lục Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt i ii iii v vi Trang MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 1.1 Giới thiệu chung lƣới điện thành phố Đà Nẵng 1.1.1 Nguồn điện 1.1.2 Lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng 1.1.3 Thống kê 1.2 Phƣơng thức điều khiển 1.3 Yêu cầu phát triển lƣới điện thành phố Đà Nẵng 1.4 Kết luận CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 110KV LIÊN TRÌ (E11) 2.1 Sơ lƣợc trạm biến áp 110kV Liên Trì 2.1.1 Vị trí, vai trị 2.1.2 Phương thức vận hành 2.1.3 Quy mô trạm 2.2 Các vẽ thiết bị 2.2.1 Mặt trạm 2.2.2 Phần thứ 2.2.3 Phần nhị thứ 2.3 Hệ thống thông tin liên lạc SCADA 27 2.4 Kết luận 29 CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA KHƠNG NGƢỜI TRỰC TRẠM BIẾN ÁP 110kV LIÊN TRÌ 3.1 Tổng quan trạm biến áp tự động hóa 30 3.2 Các giao thức truyền thông 31 3.3 Một số giải pháp nâng cấp 37 3.3.1 Hệ thống điều khiển rơle bảo vệ iii 3.3.2 Hệ thống thông tin SCADA 3.3.3 Một số hệ thống khác 3.4 Kết luận 58 CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN MINH HỌA CHO CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP (87T) 4.1 Các bảo vệ dùng cho máy biến áp 59 4.2 Giới thiệu chức bảo vệ so lệch máy biến áp 60 4.2.1 Vai trò bảo vệ so lệch máy biến áp 4.2.2 Nguyên lý làm việc yếu tố ảnh hưởng 4.3 Giới thiệu rơle SEL-787 65 4.4 Tính tốn minh họa cho chức BVSL máy biến áp T1 66 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ HÌNH 1.1: Sơ đồ khối chức kết nối đến RTU HÌNH 2.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển theo kiểu truyền thống áp dụng trạm biến áp 110kV Liên Trì HÌNH 2.2: Hiện trạng kết nối SCADA trạm Liên Trì HÌNH 2.3: Sơ đồ hệ thống thơng tin SCADA hữu HÌNH 3.1: Cấu trúc chung mơ hình trạm tự động hóa HÌNH 3.2: Lớp vật lý HÌNH 3.3: Phương thức kết nối truyền thơng theo giao thức IEC 60870-5-101 HÌNH 3.4: Kiến trúc TCP/IP HÌNH 3.5: Đầu cắm cổng Ethernet HINH 3.6 : Phương thức kết nối truyền thông theo giao thức IEC 60870-5-104 HÌNH 3.7: Cấu hình truyền thơng hệ thống tự động hóa trạm chuẩn IEC 61850 HÌNH 3.8: Sơ đồ hệ thống điều khiển theo mơ hình HÌNH 3.9: Sơ đồ hệ thống truyền thơng SCADA sau nâng cấp HÌNH 3.10: Mơ hình hệ thống Access Control HÌNH 4.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA HÌNH 4.2: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc HÌNH 4.3: Giản đồ vector ngun lý BVSL có hãm HÌNH 4.5: Hãm sóng hài bậc cao HÌNH 4.6: Mặt trước rơle SEL-787 HÌNH 4.7: Mặt sau rơle SEL-787 HÌNH 4.8: Sơ đồ nguyên lý nối dây bảo vệ so lệch hãm MBA HÌNH 4.9: Đặc tính so lệch hãm theo Datasheet hãng SEL HÌNH 4.10: Đặc tính so lệch hãm xây dựng BẢNG 1.1: Thông số chiều dài đường dây BẢNG 2.1: Điện áp làm việc TU 171 (172) BẢNG 2.2: Hệ thống rơle hữu trạm Liên Trì BẢNG 3.1: Cấu trúc IEC 60870-5-101 theo lớp IEC 60870-5 BẢNG 3.2: Các rơle thay v DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TTĐK(X): Trung tâm điều khiển (xa) TBA: Trạm biến áp MBA: Máy biến áp XT: Xuất tuyến HTPP: Hệ thống phân phối IED: Intelligent Electronic Device (Thiết bị điện tử thông minh) BCU: Bay Control Unit-Phần tử điều khiển mức ngăn Công ty TNHH MTV: Công ty trách nhiệm hữu hạn thành viên A3: Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Trung B35: Phòng Điều độ Điện lực Đà Nẵng E11: Trạm biến áp 110kV Liên Trì SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition (Hệ thống giám sát, điều khiển thu thập liệu) IEC: International Electrotechnical Commission (Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế) GOOSE: Generic Object-Oriented Substation Event (Bản tin kiện hướng đối tượng trạm thống nhất) FE: Fast Ethernet EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam HMI: Human-Machine Interface (Giao diện người-máy) I/O: Input/Output (Thiết bị xử lý tín hiệu đầu vào/ra) BI/BO: Binary Input/Output (Thiết bị xử lý tín hiệu đầu vào/ra số) OLTC: Onload Tap Change (Bộ điều áp tải) AR: Auto Recloser (Thiết bị tự động đóng lặp lại) IRIG-B: Inter-Range Instrumentation Group time code (Giao thức đồng thời gian qua cáp đồng trục) GPS: Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu) LAN: Local Area Network (Mạng nội bộ) WAN: Wide Area Network (Mạng diện rộng) SNTP: Simple Network Time Protocol (Giao thức đồng thời gian qua mạng Ethernet) vi Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng MỞ ĐẦU Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, để góp phần nâng cao suất lao động giảm bớt sức người việc tự động hóa sản xuất cần thiết Các công nghệ nhằm nâng cao khả tự động hóa dần ứng dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế ngành Điện khơng ngoại lệ, điển hình việc phát triển nhân rộng mơ hình trạm biến áp tự động không người trực (TBA KNT) Đề tài thực nhằm tìm hiểu số giải pháp nâng cấp trạm biến áp kiểu truyền thống thành trạm tự động khơng người trực Đây giải pháp tối ưu cho hệ thống điện thành phố Đà Nẵng Thơng qua việc huy, thao tác vận hành, đóng cắt thiết bị từ xa, trung tâm điều khiển TBA KNT mang lại nhiều lợi ích thiết thực: - Giảm nhân - Giảm điện - Bảo trì tốt hơn, rút ngắn thời gian bảo trì, bảo dưỡng - Giảm điện không cung cấp - Huấn luyện nhân viên vận hành tốt (chức mô phỏng) - Hạn chế tai nạn lao động điện, giảm cố thao tác nhầm Mục tiêu cần đạt đề tài này: - Nâng cấp hệ thống điều khiển bảo vệ trạm đảm bảo điều kiện vận hành không người trực - Xây dựng hệ thống điều khiển máy tính trạm, kết nối đến thiết bị theo giao thức IEC 61850 - Kết nối trạm trung tâm điều khiển thuộc Cơng ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng để thao tác, giám sát, thu thập liệu cần thiết phục vụ cho công tác quản lý vận hành tất trạm biến áp Cơ sở pháp lí: Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án phát triển Lưới điện Thông minh Việt Nam ( Quyết định số 1670/QĐ-TTg ngày 8-11-2012) Ngay sau Bộ Công thương thành lập Ban đạo phát triển Lưới điện Thông minh (Quyết định số 350/QĐ-BCT ngày 17/1/2013) Theo thơng báo số 79/TB-VPCP ngày 24-2-2014, Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) có nhiệm vụ hồn thiện Đề án tổng thể phát triển lưới điện Thông minh với nội dung lộ trình triển khai cụ thể, có việc phát triển mơ hình tự động hóa khơng người trực trạm biến áp Theo Quyết định số 312/QĐSinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng (vân tay code) đăng ký Bên cửa có hệ nút nhấn “Exit” để mở cửa nhanh Hình 3.10 Mơ hình hệ thống Access Control - Thông tin người vào/ra nhà điều hành phải hệ thống ghi nhận vào chương trình phần mềm quản lý Access Control cài đặt máy tính trạm Trung tâm thao tác gồm: thông tin chi tiết người vào, thời điểm - Công tác cài đặt thông số, khai thác liệu hệ thống AC thực cấp quản lý Trung tâm điều khiển, cấp vận hành trạm khơng có chức - Tín hiệu trạng thái đóng mở cửa TBA 110kV phải đưa đến BCU để tích hợp vào chương trình phần mềm giám sát TTĐKX - Dữ liệu thông tin vào/ra TBA 110kV lưu trữ tập trung Access Control Server (kết hợp camera Server) TTĐK đảm bảo lưu trữ tối thiểu 30 ngày liên tục Ngồi kể đến nhiều giải pháp nâng cấp khác giải pháp cho hệ thống phòng cháy chữa cháy (xây dựng trung tâm báo cháy tự động), hệ thống điều khiển cấp nguồn tự dùng, nâng cấp hệ thống tủ điều khiển… Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 57 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng 3.4 Kết luận Chương đưa số giải pháp cho tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì dựa theo trạng trạm, bên cạnh việc đề xuất số rơle sử dụng cho việc nâng cấp Trạm Liên Trì sau tự động hóa khơng cịn cần người trực trạm nữa, thông tin, liệu từ trạm tập trung trung tâm điều khiển để kỹ sư vận hành theo dõi, xử lý Bên cạnh đó, việc phối hợp làm việc thiết bị phân tán trạm thực dễ dàng giao thức IEC 61850 Và đề cập, việc xây dựng mơ hình trạm biến áp không người trực giúp quản lý, vận hành lưới điện tốt mà giảm bớt chi phí nhân cơng thời gian khắc phục cố, đảm bảo tính an tồn, tin cậy việc cung cấp điện Chương trình bày phần tính tốn minh họa cho bảo vệ so lệch máy biến áp trạm Liên Trì Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 58 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng CHƢƠNG 4: TÍNH TỐN MINH HỌA CHO CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP (87T) Máy biến áp phần tử thiếu trạm biến áp, thiết bị quan trọng truyền tải điện Do vậy, việc xây dựng hệ thống bảo vệ cho MBA cần phải đảm bảo độ tin cậy, ứng phó với cố bên bên Ở chương ta vào tính toán độ tin cậy cho chức bảo vệ so lệch MBA (chức 87T) 4.1 Các bảo vệ dùng cho máy biến áp Hình 4.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 59 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng 87T: Bảo vệ so lệch MBA 87N (50REF): Bảo vệ so lệch dịng thứ tự khơng 50/51: Bảo vệ dòng cấp tác động 50/51N: Bảo vệ dòng chạm đất cấp tác động 96B: Bảo vệ dòng dầu MBA lực, cấp tác động 96P: Bảo vệ dòng dầu điều chỉnh điện áp 26Q: Bảo vệ nhiệt độ dầu MBA tăng cao, cấp tác động 26W: bảo vệ cuộn dây phía MBA tăng cao, cấp tác động 71Q1: Bảo vệ mức dầu MBA giảm thấp cho thùng dầu MBA 71Q2: Bảo vệ mức dầu MBA giảm thấp cho thùng dầu điều áp tải 63Q: Bảo vệ áp suất dầu bên MBA tăng cao 4.2 Giới thiệu chức bảo vệ so lệch máy biến áp 4.2.1 Vai trò bảo vệ so lệch máy biến áp (BVSL MBA) - Máy biến áp bảo vệ bảo vệ q dịng điện bên phía sơ cấp thứ cấp (F50/51-50/51N) Tuy nhiên, nhược điểm bảo vệ dòng điện thời gian tác động chậm, đồng thời bảo vệ q dịng điện khơng xác định xác có cố bên máy biến áp hay bên ngồi lưới điện nên tác động khơng chọn lọc - Bảo vệ so lệch máy biến áp - 87T xác định xác có cố xảy bên máy biến áp (tính chọn lọc) lệnh tác động nhanh - khoảng chu kỳ (20ms đến 30ms) nên thường dùng làm bảo vệ cho máy biến áp có cơng suất từ trung bình trở lên Nhiệm vụ bảo vệ chống ngắn mạch cuộn dây đầu MBA, dây dẫn nối MBA với góp 4.2.2 Nguyên lý làm việc yếu tố ảnh hưởng [22] - Bảo vệ so lệch MBA thuộc loại bảo vệ so lệch dọc, dựa theo nguyên lý so sánh biên độ dòng điện hai đầu phần tử Tín hiệu dịng điện đem so sánh lấy từ phía thứ cấp TI nối vào đầu phần tử cần bảo vệ - Vùng tác động bảo vệ giới hạn vị trí đặt tổ máy biến dòng đầu phần tử bảo vệ (ở MBA) Vì bảo vệ so lệch bảo vệ chọn lọc tuyệt đối Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 60 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Hình 4.2 Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc - Điều kiện bảo vệ so lệch máy biến áp hoạt động là: + Tỷ số biến máy biến dòng điện phải chọn phù hợp với tỷ số biến máy biến áp + Tổ đấu dây thứ cấp biến dòng điện phải phù hợp với tổ đấu dây máy biến áp - Trên lý thuyết, chế độ làm việc bình thường cố ngồi vùng bảo vệ, trị số dòng điện chạy vào vùng bảo vệ trị số dòng chạy vùng bảo vệ, dòng điện chạy qua rơle hiệu hai dòng thứ cấp TI 0, rơle không tác động Nếu cố vùng bảo vệ, dòng điện chạy qua rơle tổng dòng thứ cấp BI, khác 0, rơle tác động cắt máy cắt - Trong thực tế, sai số thiết bị hệ thống, đặc biệt máy biến dòng TI, chế độ làm việc bình thường Vì ln tồn dịng điện khơng cân chạy rơle, làm rơle tác động nhầm: IKCBtt=IKCBfi+IKCBµ+IKCBU+IKCBnI IKCBfi: sai số TI; IKCBµ: dịng từ hóa MBA; IKCBU: điều chỉnh điện áp MBA; IKCBnI: chọn dòng định mức sơ TI khác với tỉ số biến đổi MBA *Giá trị IKCBtt đạt cực đại trường hợp sau: 1/ Khi ngắn mạch ngoài: IKCBttmax=IKCBfi +IKCBU+IKCBnI 2/ Khi đóng MBA khơng tải: IKCBttmax= IKCBµ - Để khắc phục tình trạng trên, người ta sử dụng nhiều phương pháp, phổ biến nối TI qua biến dòng bão hòa trung gian sử dụng bảo vệ so lệch có hãm Ở ta xét đến bảo vệ so lệch có hãm: Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 61 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Với việc sử dụng cuộn hãm, nguyên lý làm việc bảo vệ tác động giá trị dòng làm việc bảo vệ (dòng so lệch) lớn tích hệ số hãm với giá trị dịng hãm Trong dịng so lệch (Ilv hay Isl) dịng hãm (Ih) tính theo biểu thức: ̇ | |̇ | |̇ |̇ | |̇ ̇ | Chú thích: IT1 IT2 giá trị dịng điện thứ cấp TI phía MBA cịn k hệ số hãm (thường lấy 0,5) Để cho dễ hình dung, ta biểu diễn biểu thức dạng vector: Hình 4.3 Giản đồ vector nguyên lý BVSL có hãm Isl/IN IDIFF>> IDIFF> IH1 IHCS2 IH2 IADD ON STAB IH2IH3 IREST/IN Hình 4.4 Đặc tính làm việc bảo vệ so lệch có hãm - Nếu ta sử dụng đồ thị với trục dòng hãm ( ) trục dòng so lệch ( ) tọa độ điểm ứng với cố vùng nằm đường thẳng góc Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 62 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng 45° Các giá trị cài đặt vào rơle giá trị tương đối so với dòng định mức đối tượng bảo vệ (tham số IN) - Đặc tính làm việc rơle chia vùng: Vùng tác động (nằm phía đường đặc tính tác động) vùng khóa (nằm phía đặc tính tác động) Rơle liên tục giám sát giá trị ( ) ( ) , ứng với trạng thái làm việc đối tượng có cặp giá trị ( ; ) tương ứng, tọa độ điểm làm việc rơi vào vùng tác động rơle tác động không tác động rơi vào vùng khóa Đặc tính tác động rơle chia nhiều đoạn với độ dốc khác mục đích để đảm bảo cho rơle làm việc xác với trạng thái vận hành đối tượng bảo vệ hãm với cố vùng đảm bảo độ nhạy tác động cao với cố vùng + Đoạn đặc tính (a), biểu diễn ngưỡng nhạy rơle xét đến dịng khơng cân cố định qua rơle chế độ làm việc bình thường + Đoạn đặc tính (b), xét đến dịng khơng cân sai số TI sinh ra, khác tỷ số biến dòng, thay đổi đầu phân áp máy biến áp Đoạn biểu diễn mức hãm cao + Đoạn đặc tính (c), biểu diễn mức hãm cao nhằm đảm bảo cho rơle làm việc tin cậy điều kiện dịng khơng cân lớn + Đoạn đặc tính (d) biểu diễn ngưỡng tác động cắt nhanh bảo vệ Khi dòng so lệch đạt đến trị số ngưỡng này, bảo vệ tác động cắt nhanh mà không quan tâm đến dịng hãm (Ih) Qua hình vẽ ta thấy đường đặc tính cố ln nằm vùng tác động Các dòng điện so lệch dòng điện hãm biểu diễn hệ trục tọa độ theo đơn vị tương đối định mức Hãm bổ sung - Vùng hãm bổ sung nhằm tăng cường độ ổn định rơle trường hợp TI bị bão hoà mạnh ngắn mạch Rơle trang bị thiết bị báo bão hoà, thiết bị phát bão hoà khởi động hãm bổ sung - Sự bão hoà TI ngắn mạch phát dòng hãm lớn, dòng hãm nhanh chóng chuyển điểm làm việc vào vùng hãm nhanh chóng chuyển điểm làm việc vào vùng hãm bổ sung Khi xuất ngắn mạch trong, điểm làm việc chuyển đến đặc tính cố, thiết bị báo bão hoà thực định nửa chu kỳ đầu sau cố xuất Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 63 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng - Phạm vi hãm bổ sung nhằm tránh cho rơle tác động nhầm lẫn máy biến dòng bão hòa trường hợp xảy ngắn mạch ngoài, giới hạn đường kéo dài đoạn đặc tính b bắt đầu trị số dịng điện IADD ON STAB Chức phân tích tần số, hãm số sóng hài bậc cao - Dịng so lệch xuất khơng cố máy biến áp kích thích máy biến áp mà cịn dịng từ hố xung kích đóng máy biến áp khơng tải, máy biến áp kích thích Các trường hợp phát cách phân tích thành phần sóng hài bậc cao chứa chúng - Dịng xung kích lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức máy biến áp đặc trưng thành phần hài bậc chứa (gấp đơi tần số cơng nghiệp) hài thường khơng có trường hợp cố ngắn mạch - Bên cạnh sóng hài bậc thành phần bậc cao khác xuất Đặc biệt thành phần hài bậc 5, tăng lên cách đột ngột máy biến áp bị kích thích - Các lọc số dùng để thực phân tích Fourier dịng so lệch (Isl) Khi lượng hài vượt giá trị đặt rơle bị hãm Hình 4.5 Hãm sóng hài bậc cao Khởi động cắt Khi dòng so lệch đạt tới 75% giá trị đặt, bảo vệ khởi động Để có định phát tín hiệu cắt cần thoả mãn tiêu chuẩn sau: Dịng so lệch tần số cơng nghiệp cần vượt giá trị chỉnh định Lượng hài bậc hậc không vượt giá trị đặt Tỷ số dòng so lệch dòng hãm thể cố bên vùng bảo vệ Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 64 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng *Trong trường hợp đặc biệt, hai tiêu chuẩn chấp thuận trước tín hiệu cắt đưa đến rơle cắt: Quyết định cắt tồn suốt thời gian trễ TDIFF (nếu đặt thời gian trễ) Khơng có tín hiệu khố người (bảo vệ khố qua cổng nhị phân) Nếu tiêu chuẩn đáp ứng, rơle cắt tác động Rơle trở chu kỳ khởi động không nhận tín hiệu dịng so lệch, tức giá trị so lệch tụt thấp 50% giá trị đặt 4.3 Giới thiệu rơle SEL-787 [23] SEL 787 rơle bảo vệ thiết kế để thực chức bảo vệ so lệch dịng (chức chính) bảo vệ q dòng cho máy biến áp cuộn dây, cái, máy phát điện,… *Các chức SEL-787: - Bảo vệ so lệch (F87/87N) - Bảo vệ dòng cắt nhanh (50/50N) - Bảo vệ q dịng có thời gian (51/51N) - Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF) Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 65 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Hình 4.6 Mặt trước rơle SEL-787 Hình 4.7 Mặt sau rơle SEL-787 *Giao thức hỗ trợ: Modbus RTU slave, Modbus TCP/IP, DNP3 nối tiếp DNP3 LAN/ WAN, Ethernet® FTP, Telnet, SNTP, MIRRORED BITS®, IEC 61850… *Chuẩn kết nối: RS232 (EIA-232), RS485 (EIA-485), Ethernet 4.4 Tính tốn minh họa cho chức BVSL máy biến áp T1 (87T) Đối với sơ đồ thứ trạm Liên Trì, rơle so lệch MBA T1 lấy tín hiệu đầu vào dòng điện thứ cấp TI sau: + TI phía 110kV MBA T1 TI 131 + TI phía 22kV MBA T1 TI 431 Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 66 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng Khi có cố ngắn mạch bên máy biến áp T1, rơle SEL-787 với chức bảo vệ so lệch tác động đưa tín hiệu cắt máy cắt 131 431 Ở ta sử dụng bảo vệ 87T cho MBA cuộn dây (Yo-Yo), TI 131 có tỷ số n1=400/5, TI 431 có tỷ số n2=2400/5 (cả nối Yo-Yo) Thông số MBA T1 : Sđm=63MVA; UđmC=115kV 9x1,78%Uđm); UđmT=24kV; UđmH=11kV (không dùng) Chọn I ADD ON STAB=6 Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý nối dây bảo vệ so lệch hãm MBA - Dòng so lệch ngưỡng thấp (giá trị khởi động dòng so lệch đoạn a đồ thị hình 4.4) tính theo biểu thức: IDIFF>=kat.IKCB=kat.Isltt=kat.(kđn.kkck.fi+∆Uđc).INngmax (4.1) Trong đó: kat: hệ số an tồn (kat =1,2 1,3); kđn: hệ số đồng (kđn=0 1)-vì 2TI khác hoàn toàn nên lấy giá trị 1; kkck: hệ số khơng chu kì (kkck=1)-kể đến ảnh hưởng thành phần khơng chu kì dịng ngắn mạch trình độ; fi: sai số tương đối cho phép TI (fi=0,1); ∆Uđc: phạm vi điều chỉnh điện áp đầu phân áp-T1 có 19 nấc điều chỉnh ( 9x1,78%), nên ∆Uđc=9x1,78%=0,1602; INngmax: dòng ngắn mạch max Thế vào (4.1) ta được: Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 67 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng IDIFF>=(1,2 1,3).(1.1.0,1+0,1602).INngmax (0,31 0,34).INngmax Lấy IDIFF>=0,32 Từ Datasheet hãng SEL ta có đặc tính: Hình 4.9 Đặc tính so lệch hãm theo Datasheet hãng SEL Từ đặc tính ta lấy dộ dốc đoạn b hình 4.4 25%, nghĩa là: tg 1 = 0,25 1 Đoạn đặc tính c có dịng hãm sở: 2,5)  ta chọn IHCS2 = 2,5 Độ dốc đoạn đặc tính c theo đặc tính lấy từ Datasheet 70% Gọi x, y, z giá trị dịng so lệch gióng qua trục trung từ điểm thuộc phần đường thẳng kéo dài đoạn b hình 4.4 (các điểm gióng lên phần đường thẳng kéo dài từ giá trị dòng IHCS2 = (2 hãm IHCS2=2,5; IH2; I ADD ON STAB=6).Ta có : 1 2 ( ) ( ) 2 2 2 1 Tính dịng so lệch mức cao IDIFF>>: giới hạn phía đường đặc tính (đoạn d) Rơle phải tác động cắt nhanh, khơng phụ thuộc đặc tính hãm giá trị dòng so lệch vào rơle lớn IDIFF>> Dòng điện cố xẩy ngắn mạch pha vùng bảo vệ xác định theo biểu thức: Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 68 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng I(3)N = Tuy nhiên, nối với hệ thống có cơng suất vơ lớn, lúc Xht= 0, đó: I(3)N = Trong hệ đơn vị tương đối, chọn Scb công suất máy biến áp Xb=UN% Do I(3)N = Từ đó, giá trị dịng điện chạy qua máy biến áp lớn I(3)N = chắn cố lúc nằm vùng bảo vệ Và giá trị giá trị cài đặt vào rơle để xác định đoạn (d) IDiff>> Ta có IDIFF>> = = = 9,09 => Chọn giá trị đặt cho vào rơle đoạn (d) 9,09 2 *Như ta xong phần tính tốn xây dựng đặc tính so lệch hãm rơ le SEL-787 dùng cho bảo vệ so lệch MBA T1, kết trình bày đồ thị : Hình 4.10 Đặc tính so lệch hãm xây dựng Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 69 Giải pháp tự động hóa khơng người trực trạm biến áp 110kV Liên Trì-thành phố Đà Nẵng KẾT LUẬN Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực truyền thông thông tin kéo theo hàng loạt thiết bị công nghệ ứng dụng thiết thực công nghiệp tồn xã hội Các sản phẩm đóng vai trò quan trọng việc nâng cao việc tự động hóa sản xuất nói chung tự hóa hệ thống điện nói riêng, mà cụ thể tự động hóa trạm biến áp Có nhiều giải pháp để tự động hóa trạm biến áp khơng người trực Tuy nhiên tùy thuộc vào điều kiện thực tế để tính tốn lựa chọn giải pháp cho phù hợp Sau thời gian nghiên cứu, đồ án xây dựng hoàn thiện giải vấn đề sau: - Đánh giá tính cấp việc phát triển mơ hình trạm tự động hóa khơng người trực - Đánh giá q trình tự động hóa trạm Việt Nam q trình phát triển lưới điện thành phố Đà Nẵng - Phân tích đặc điểm trạng trạm Liên Trì đánh giá mặt hạn chế mơ hình trạm cũ, từ đề xuất số giải pháp cho việc tự động hóa trạm - Tính tốn xây dựng đặc tính bảo vệ so lệch có hãm cho rơle SEL-787 Do điều kiện thời gian khả có hạn, đề tài chưa giảng dạy, tài liệu tham khảo khơng đầy đủ nên nội dung đồ án cịn mặt hạn chế cần tiếp tục nghiên cứu để khắc phục, mong q thầy góp ý để em hồn thiện vốn kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 12 tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Sinh viên thực hiện: Lê Trần Hoàng Việt Hướng dẫn: TS.Trần Tấn Vinh 70