Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110kv xi măng hạ long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT NGUYỄN VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 kV XI MĂNG HẠ LONG Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI ĐÌNH THANH HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà nội, ngày 08 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Kiên MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương - GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV KIM SƠN – ĐÔNG TRIỀU 1.1 Sơ lược lịch sử trạm 1.2 Các thơng số phía 110 kV trạm 1.3 Các thơng số kỹ thuật phía 35 kV trạm 1.4 Các thơng số kỹ thuật phía 22kV trạm 11 1.5 Các thiết bị bảo vệ trạm 12 Chương - NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 110kV KIM SƠN – ĐÔNG TRIỀU 13 2.1 Giới thiệu rơ le kỹ thuật số hãng Siemens…………………………… 13 2.1.1 Rơ le kỹ thuật số 7UT613…………………………………………… 13 2.1.1.1 Giới thiệu tổng quan rơ le 7UT613………………………… 13 2.1.1.2 Nguyễn lý hoạt động chung rơ le 7UT613………….……… 16 2.1.1.3 Một số thông số kỹ thuật rơ le 7UT613…………………… 18 2.1.1.4 Cách chỉnh định cài đặt thông số cho rơ le 7UT613………… 19 2.1.1.5 Chức bảo vệ so lệch máy biến áp rơle 7UT613………… 20 2.1.1.6 Chức bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) 7UT613… 24 2.1.1.7 Chức bảo vệ dòng rơle 7UT613………………… 25 2.1.1.8 Chức bảo vệ chống tải………………………………… 25 2.1.1.9 Đánh giá rơle kỹ thuật số 7UT613……………………………… 26 2.1.2 Rơ le kỹ thuật số 7UT513…………………………………………… 26 2.1.2.1 Giới thiệu tổng quan Rơ le 7UT513…………………………… 26 2.1.2.2 Một số tính hoạt động Rơ le…………………………… 27 2.1.2.3 Các thông số kỹ thuật phạm vi chỉnh định…………………… 27 2.1.2.4 Các chức bản…………………………………………… 29 2.1.3 Bảo vệ dòng 7SJ600……………………………………………… 31 2.1.3.1 Thơng số kỹ thuật chính………………………………………… 31 2.1.3.2 Đặc tính làm việc rơ le phạm vi chỉnh định……………… 31 2.1.3.3 Bảo vệ tải…………………………………………………… 34 2.1.3.4 Chức tự động đóng lại (TĐL)……………………………… 36 2.1.3.5 Chức bảo vệ q dịng thứ tự khơng……………………… 37 2.1.3.6 Đánh giá rơ le 7SJ600…………………………………………… 38 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOM.P hãng ALSTOM- Pháp…… 38 2.2.1 Rơle kỹ thuật số MICOM.P122C…………………………………… 38 2.2.1.1 Giới thiệu chung rơle MICOM.P122C……………………… 38 2.2.1.2 Thông số kỹ thuật MICOM.P122C………………………… 39 2.2.1.3 Chức rơle MICOM.P122C………………………….… 41 2.2.1.4 Đánh giá rơle MICOM.P122C…………………………………… 42 2.2 2.2.2 Rơle kỹ thuật số họ MICOM P63x………………………………… 43 2.2.2.1 Giới thiệu chung rơle kỹ thuật số họ MICOM P63x…………… 43 2.2.2.2 Các thông số kỹ thuật họ Micom P63x……………………… 43 2.2.2.3 Các chức họ rơle Micom P63x………………… 45 2.2.2.4 Đánh giá rơ le Micom P63x…………………………………… 50 Giới thiệu rơ le kỹ thuật số SEL – Mỹ………………………………… 51 2.3.1 Rơle bảo vệ so lệch SEL 387………………………………………… 51 2.3.1.1 Giới thiệu rơle…………………………………………………… 51 2.3.1.2 Các chức rơle…………………………………………… 51 2.3.1.3 Giới thiệu rơle SEL-387-6…………………………………… 51 2.3 2.3.2 Rơ le bảo vệ dòng SEL-451…………………………………… 60 2.3.2.1 Giới thiệu tổng quan rơle SEL-451…………………………… 60 2.3.2.2 Giới thiệu rơle SEL- 451-5…………………………………… 61 Lựa chọn rơle kỹ thuật số……………………………………………… 66 2.4 Chương - TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 115/38,5/22 KV KIM SƠN – ĐÔNG TRIỀU 68 3.1 Bảo vệ tải máy biến áp………………………………………………… 69 3.2 Bảo vệ dòng…………………………………………………………… 71 3.2.1 Bảo vệ dòng ngưỡng thấp (I>51) phía 23kV……………………… 71 3.2.2 Bảo vệ dịng ngưỡng thấp (I>51) phía 35kV……………………… 72 3.2.3 Bảo vệ q dịng phía 110kV…………………………………………… 73 3.3 Bảo vệ so lệch dọc………………………………………………………… 75 3.3.1 Xây dựng đặc tính bảo vệ so lệch dọc………………………………… 76 3.3.2 KiĨm tra sù lµm viƯc vµ độ nhạy bảo vệ 79 3.4 Bo v chng chạm đất hạn chế, I0 /(87N)……………………………… 82 3.5 Khóa sóng hài …………………………………………………………… 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 90 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật thiết bị điện phía 110kV Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật máy cắt Bảng 1.3 Chu trình thao tác O– 0,3s – CO – 3min CO – CO – 15s – CO Bảng 1.4 Thông số máy biến dòng Bảng 1.5 Thông số máy biến điện áp Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật dao cách ly cao áp Bảng 1.7 Thông số kỹ thuật máy biến áp Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật chống sét van Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật thiết bị điện phía 35kV Bảng 1.10 Thơng số kỹ thuật máy cắt Bảng 1.11 Thơng số máy biến dịng Bảng 1.12 Thông số máy biến điện áp Bảng 1.13 Thông số kỹ thuật dao cách ly cao áp Bảng 1.14 Thông số kỹ thuật chống sét van Bảng 1.15 Thông số kỹ thuật thiết bị điện phía 22kV 11 Bảng 1.16 Thơng số kỹ thuật máy cắt 11 Bảng 1.17 Thông số kỹ thuật máy biến dòng 11 Bảng 1.18 Thông số kỹ thuật máy biến điện áp 12 Bảng 2.1 Cài đặt thông số rơle 7UT613 20 Bảng 2.2 Thông số đầu vào/ra MICOM.P122C………………………… 39 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật rơle MICOM.P122C 40 Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật máy biến áp 68 Bảng 3.2 Kết tính tốn ngắn mạch 68 Bảng 3.3 Cài đặt nhiệt độ phía ……………………………………… 70 Bảng 3.4 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 23kV……………………… 71 Bảng 3.5 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 35kV……………………… 72 Bảng 3.6 Bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV…………………… 74 Bảng 3.7 Bảo vệ cực đại ngưỡng cao phía 110kV………………………… 75 Bảng 3.8 Các thơng số bảo v so lch dc 75 Bng 3.9 Cài đặt giá trị vào rơle 7UT613 81 Bảng 3.10 Kết tính tốn bảo vệ chạm đất 83 Bảng 3.11 Cài đặt thông số cho máy biến áp……………………………… 83 Bảng 3.12 Cài đặt thơng số cho rơle phía 110 kV 84 Bảng 3.13 Cài đặt thơng số cho rơle phía 35 kV……………………… 85 Bảng 3.14 Cài đặt thơng số cho rơle phía 22 kV……………………… 86 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Tồn cảnh trạm 110kV Kim Sơn – Đơng Triều…………………… Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110 kV Kim Sơn – Đơng Triều………… 10 Hình 2.1 Rơle so lệch 7UT613 13 Hình 2.2 Cấu trúc phần cứng bảo vệ so lệch 7UT613 17 Hình 2.3 Ngun lí bảo vệ so lệch dịng điện rơle 7UT613 20 Hình 2.4 Đặc tính tác động rơle 7UT613 21 Hình 2.5 Đặc tính hãm rơle 7UT613 22 Hình 2.6 Ngun lí bảo vệ chống hạn chế 7UT613 24 Hình 2.7 Đặc tính tác động bảo vệ chống chạm đất hạn chế 24 Hình 2.8 Đặc tính thời gian bảo vệ tải nhiệt rơ le 7UT513 29 Hình 2.9 Đặc tính thời gian phụ thuộc rơ le 7UT513 30 Hình 2.10 Đặc tính thời gian phụ thuộc rơle 7SJ600 33 Hình 2.11 Đặc tính thời gian bảo vệ tải rơle 7SJ600 36 Hình 2.12 Đặc tính bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc rơle P122C… 41 Hình 2.13 Sơ đồ chức giám sát mạch cắt rơle P122C……………… 42 Hình 2.14 Sơ đồ chức rơle Micom P633…………………………… 45 Hình 2.15 Đặc tính cắt bảo vệ so lệch……………………………………… 47 Hình 2.16 Đặc tính cắt bảo vệ dịng chạm đất có giới hạn………………… 49 Hình 2.17 Đặc tính tác động so lệch có hãm……………………………… 55 Hình 2.18 Dịng điện bù cho cuộn dây thứ nhất……………………………… 55 Hình 2.19 Dịng điện so lệch dịng điện hãm……………………………… 56 Hình 2.20 Bảo vệ REF cho MBA tự ngẫu……………………………………… 57 Hình 2.21 Nhiệt độ dầu nhiệt độ cuộn dây………………………………… 58 Hình 2.22 Chức rơle SEL-451……………………………………… 61 Hình 2.23 Đặc tính độ dốc tiêu chẩn (Standard Inverse)……………………… 64 Hình 2.24 Logic hư hỏng máy cắt điện để cắt dòng điện cố………………… 65 Hình 3.1 Sơ đồ nối dây rơle 7UT613 cho máy biến áp cuộn dây trung tính 76 máy biến áp nối đất trực tiếp………………………………………… Hình 3.2 Đường đặc tính làm việc rơle 7UT613………………………… 79 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Điện nguồn lượng quan trọng sống người, sử dụng hầu hết lĩnh vực kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ Khi thiết kế vận hành hệ thống điện cần phải quan tâm đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc bình thường Để đảm bảo cho lưới điện vận hành an tồn, ổn định khơng thể thiếu thiết bị bảo vệ tự động hoá Hệ thống rơle bảo vệ có nhiệm vụ ngăn ngừa cố, phát nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống, khắc phục chế độ làm việc khơng bình thường, hạn chế tối đa thiệt hại cố gây nên trì khả làm việc liên tục hệ thống Vì đề tài "Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long" mang tính thiết Mục đích nghiên cứu Lựa chọn, tính tốn chỉnh định hình thức rơle bảo vệ cho trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Trạm biến áp 110kV Xi măng Hạ Long - Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long Nội dung đề tài - Giới thiệu tổng quan trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long - Nghiên cứu lựa chọn rơle kỹ thuật số trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long - Tính tốn chỉnh định rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110 kV Xi măng Hạ Long - Kết luận kiến nghị 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với nội dung đề tài giao:"Nghiên cứu ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ cho trạm biến áp 115kV Xi măng Hạ Long", luận văn giải vấn đề sau đây: Giới thiệu sơ lược vị trí địa lý, vai trò trạm biến áp 110kV Xi măng Hạ Long, tình hình cung cấp điện, đánh giá trạng làm việc trạm Giới thiệu hình thức bảo vệ rơle sử dụng trạm: - Bảo vệ tải máy biến áp - Bảo vệ dòng - Bảo vệ so lệch dọc - Bảo vệ chống chạm đất hạn chế - Khóa sóng hài Giới thiệu thơng số kỹ thuật, chức làm việc rơle kỹ thuật số sử dụng Việt Nam hãng ABB Thụy Điển, SIEMENS Đức, SEL Mỹ … Đánh giá ưu nhược điểm loại rơle kỹ thuật số, lựa chọn ứng dụng rơle kỹ thuật số trường hợp cụ thể, từ làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật viên cơng tác ngành điện Tính tốn chỉnh định hình thức bảo vệ cho trạm: bảo vệ tải, cực đại, so lệch dọc rơle kỹ thuật số 7UT612, 7SJ600 cho máy biến áp trạm biến áp: + Bảo vệ so lệch dọc có hãm dùng rơle 7UT612; + Bảo vệ dịng dùng rơle 7SJ600 làm bảo vệ chính, rơle 7UT612 làm bảo vệ dự phòng; + Bảo vệ chống chạm đất hạn chế dùng rơle 7UT612; + Bảo vệ tải nhiệt dùng rơle 7UT612 Kiến nghị 86 Rơle kỹ thuật số 7UT612, 7SJ600 có dung lượng nhớ lớn, ghi lại nhiều thơng số, lưu lại nhiều kiện lỗi cố hệ thống điện, tiện lợi công tác vận hành, giám sát lưới điện, đặc biệt với trạm biến áp cao áp, đề nghị quan chức tạo điều kiện để ứng dụng bảo vệ cho trạm biến áp 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bá Đề (1997), Bảo vệ rơle hệ thống điện mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội Đào Kim Hoa, Phạm Văn Hoà, Nguyễn Hữu Khải, Trịnh Hùng Thám, Đào Quang Trạch, Lã Văn út (1991), Nhà máy điện trạm biến áp, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2001), Hệ thống cung cấp điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2001), Hệ thống cung cấp xí nghiệp công nghiệp đô thị nhà cao tầng, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Đình Long (2000), Bảo vệ hệ thống điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Đình Long (1990), Bảo vệ rơle hệ thống điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa (2006), Rơle bảo vệ hệ thống điện mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê (2003), Cung cấp điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đinh Văn Thắng, Kim Ngọc Linh (1996), “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật số bảo vệ chạm đất pha lưới 6- 10kV”, Hội Nghị Khoa học lần thứ 12, Báo cáo khoa học, Hà Nôi 10 Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm (2001), Rơle số lý thuyết ứng dụng, Nxb Giáo dục, Hà Nội PHỤ LỤC TÍNH TỐN NGẮN MẠCH 1.1 Điện kháng phần tử phần tử sơ đồ thay Trạm biến áp 110/6 kV trạm E5.17 Xi măng Hạ Long (XMHL) có MBA, máy có cơng suất 25 MVA Trạm biến áp 110/6kV E5.17 XMHL cung cấp nguồn trực tiếp từ trạm T500 Quảng Ninh đường dây có mã hiệu AC-240 có chiều dài 3,5km,và trạm 220kV E5.8 Hồnh Bồ đường dây có mã hiệu AC-240 chiều dài 11,5km với công suất cắt máy cắt đầu cực: √ √ √ √ Sơ đồ tính tốn ngắn mạch thể hình Và sơ đồ thay hình Trường hợp dịng ngắn mạch lớn vận hành song song hai máy biến áp T1 T2, tuyến đường dây làm việc song song Trường hợp dòng ngắn mạch nhỏ vận hành độc lập máy biến áp tuyến đường dây vận hành Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện từ trạm T500 Quảng Ninh trạm E5.8 Hồnh Bồ thể hình AC240/3,5km AC240/11,5km AC185/2,1km Hình Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện từ trạm T500 Quảng Ninh trạm E5.8 Hoành Bồ Chọn Scb = 100MVA, Ucb1 = 115kV, Ucb2 = 6,3kV Xác định dòng điện phía: I cb1  I cb  S cb  100.10  502 (A) 3.U cb1 3.115 S cb 100.10  3.U cb  9164 (A) 3.6,3 Trường hợp 1: tuyến đường dây từ E5.8 Hoành Bồ làm việc:  Ngắn mạch N: TT Đại lượng quy đổi Nguồn hệ thống Đường dây AC-240 Ký hiệu (11,5 km) Đường dây AC 185 (2,1 km) Máy biến áp Máy biến áp Xác định tổng trở kháng điểm ngắn mạch: Kết XB1/0,04 XD2/0,035 XD1/0,0065 XB2/0,48 Hình sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch Vì cơng suất nguồn vơ lớn nên dịng ngắn mạch ba pha xác định theo công thức: Trong đó: √ √ Vậy: √ √ Vậy giá trị dịng ngắn mạch N: 16,17 (kA) 14 (kA)  Ngắn mạch điểm N1: vậy: √ √ Vậy giá trị dòng ngắn mạch N: 105,9 (kA) 91,7 (kA) Trường hợp 2: tuyến đường dây từ T500 Quảng Ninh làm việc:  Ngắn mạch N: TT Đại lượng quy đổi Nguồn hệ thống Ký hiệu Kết Đường dây AC-240 (3,5 km) Đường dây AC 185 (2,1 km) X *C  Máy biến áp T500 X *T  U C % S cb 4,17 100   0,0092 100 S đm 100 450 U T % Scb 15,25 100   0,034 100 S đm 100 450 X *H  Máy biến áp T1,T2 UCN % C T  U %  U C  H %  U T  H %  19,42  4,17  15,25  4,17% 2 UTN % C T  U %  U T  H %  U C  H %  19,42  15,25  4,17   15,25% 2 UHN% C H  U %  U T  H %  U C T %  4,17  15,25  19,42  0% 2 XD1/0,011 XD2/0,0065 XB3/0,48 Hình sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch Xác định tổng trở kháng điểm ngắn mạch: Vì cơng suất nguồn vơ lớn nên dịng ngắn mạch ba pha xác định theo cơng thức: đó: √ √ √ √ vậy: Vậy giá trị dòng ngắn mạch N: 17,97 (kA) 15,56 (kA)  Ngắn mạch N1: vậy: √ √ Vậy giá trị dòng ngắn mạch N1: 308,4 (kA) 267,1 (kA) Trường hợp 3: tuyến đường dây làm việc song song (dòng ngắn mạch max)  Ngắn mạch N: TT Đại lượng quy đổi Nguồn hệ thống Ký hiệu Kết Đường dây AC-240 (3,5 km) Đường dây AC 185 (2,1 km) X *C  Máy biến áp T500 X *T  U C % S cb 4,17 100   0,0092 100 S đm 100 450 U T % Scb 15,25 100   0,034 100 S đm 100 450 X *H  Nguồn hệ thống Đường dây AC-240 (11,5 km) Máy biến áp B1 Máy biến áp B2 Hình sơ đồ thay tính tốn ngắn mạch Xác định tổng trở kháng điểm ngắn mạch: Vì cơng suất nguồn vô lớn nên thành phần chu kỳ thời điểm xác định cơng thức: đó: √ √ √ √ vậy: Vậy giá trị dòng ngắn mạch N: 36,01 (kA) 31,19 (kA)  Ngắn mạch N1: vậy: √ √ Vậy giá trị dòng ngắn mạch N: 521,6 (kA) 451,7 (kA) Bảng Kết tính tốn ngắn mạch Điểm ngắn Nguồn Nguồn Cả mạch Quảng Ninh Hoành Bồ Nguồn pha N kA pha, kA pha N1 kA pha, kA - 17,97 16,17 36,01 15,56 14 31,19 308,4 105,9 521,6 261,1 91,7 451,7 INmax Dịng ngắn mạch pha phía 6kV quy đổi phía 110kV INmin 36,01 14 521,6 91,7 Bảng Kết tính tốn ngắn mạch sau quy đổi Điểm ngắn mạch INmax, kA N 3pha 110kV),kA INmin (sau quy đổi phía 110kV) 2pha 3pha 2pha 36,01 14 INmin ,kA INmax(sau quy đổi phía N1 91,7 2,35 0,66 4,33 Do phía hạ áp máy biến áp 6kV – sử dụng mạng pha trung tính cách ly giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ thường ngắn mạch pha, ngắn mạch lớn thường pha Do để phục vụ tính tốn chỉnh định rơle sử dụng giá trị dịng điện ngắn mạch lớn nhỏ thống kê bảng