Nghiên Ứu Đánh Giá Độ Tin Ậy Ủa Á Phương Thứ Bảo Vệ Máy Biến Áp.pdf

B GIÁO DỘ ỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ Nguy n Th Hùngễ ế Nghiên cứu đánh giá độ tin c y cậ ủa các phương thức b o v máy bi n ápả ệ ế LUẬN VĂN THẠC SĨ ỌKHOA H C K N Ỹ THUẬT ĐIỆ NGƯ[.]

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

MỞ ĐẦU 6

Chương 1 CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ 8

1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ 8

1.2 Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ 9

1.3 Một số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ 14

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất nghiên cứu 17

Chương 2 CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 18

2.1 Các chỉ tiêu phổ biến để đánh giá độ tin cậy 18

2.1.1 Giới thiệu chung 18

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của các phần tử 18

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ 20

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 25

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy 25

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố 27

3.3 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản 29

Chương 4 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 32

4.1 Giới thiệu về trạm biến áp Đông Anh 500kV và phương thức bảo vệ 32

4.1.1 Giới thiệu về trạm biến áp 32

4.1.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ của máy biếp áp AT3 tại trạm 33

4.1.3 Ma trận cắt hiện đang sử dụng 36

4.2 Các kịch bản đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp AT3 tại trạm biến áp Đông Anh 500kV 38

4.2.1 Các giả thiết khi tính toán độ tin cậy của các sơ đồ bảo vệ MBA 38

4.2.2 Các kịch bản so sánh độ tin cậy sơ đồ phương thức bảo vệ MBA 39

4.3 Giá trị không sẵn sàng của một số phần tử 41

4.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính toán cây sự cố 45

4.5 Kết quả đánh giá và các nhận xét 48

4.5.1 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 3 (sơ đồ rút gọn) 48

4.5.2 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 2

(sơ đồ mở rộng) 51

4.5.3 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 54

4.5.4 Đánh giá kết quả 57

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 60

PHỤ LỤC 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan lu n văn là kậ ết qu nghiên c u của riêng tôi, không sao chép ả ứcủa ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung luận văn có tham khảo,

s dử ụng và trích dẫn các tài liệu, thông tin đã được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

Nguyễn Thế Hùng

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Trang

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ không có dự phòng 23

Hình 2.2 Hệ thống bảo vệ có dự phòng 23

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp 28

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song 28

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây 30

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng 31

Hình 4.1Sơ đồ một sợi trạm 220/110kV Đông Anh 32

Hình 4.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ 33

Hình 4.3 Ma trận cắt của các bảo vệ cho náy biến áp AT3 33

Hình 4.4 Ma trận cắt của phương thức bảo vệ MBA AT3 Đông Anh 37

Hình 4.5 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 40

Hình 4.6 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 41

Hình 4.7 Sơ đồ phương thức bảo vệ 3(sơ đồ rút gọn) 41

Hình 4.8 Giao diện chính của phần mềm 46

Hình 4.9 Các biểu tượng có sẵn trong phần mềm 47

Hình 4.10 Giao diện quản lý dữ liệu của OpenFTA 47

Hình 4.11 Các chức năng hỗ trợ phân tích, tính toán cây sự cố 48

Hình 4.12 Sơ đồ phương thức bảo vệ 3 (sơ đồ rút gọn) 49

Hình 4.13 Cây sự cố với sơ đồ 3 (sơ đồ rút gọn) 49

Hình 4.14 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 51

Hình 4.15 Cây sự cố với sơ đồ 2 (sơ đồ mở rộng) 53

Hình 4.16 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 54

Hình 4.17 Cây sự cố với sơ đồ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 56

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng biểu Trang

Bảng 4.1 Thống kê các chỉ số độ không sẵn sàng của một số phần tử 45Bảng 4.2 So sánh mức độ không sẵn sàng của các sơ đồ phương thức bảo vệ khác

Bảng 4.3 Mức độ đóng góp của các hư hỏng tới độ không sẵn sàng của sự kiện đỉnh 58

MỞ ĐẦU

Hệ thống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạt động với độ tin cậy cao, tuy nhiên do hệ thống gồm nhiều thiết bị hợp thành nên vẫn có những sự cố xảy ra

và có thể dẫn tới những thiệt hại lớn cho hệ thống

Có thể thấy phương thức bảo vệ của các thiết bị chính trong hệ thống đã được qui định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu nối các thiết bị và mạch nhị thứ còn khác nhau giữa các trạm Việc khác nhau của hệ thống nhị thứ là do quan điểm thiết kế của các hãng không giống nhau Vấn đề cần được thảo luận là phương thức bảo vệ và hệ thống mạch nhị thứ nào sẽ có độ tin cậy cao hơn và phù hợp

về mặt kinh tế

Xuất phát từ lý do này, luận văn đã đi sâu nghiên cứu cách thức đánh giá định lượng độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ, phương pháp sử dụng là phương pháp cây sự cố Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn đối với phương thức bảo vệ máy biến áp vì đây là thiết bị phổ biến trên lưới điện và có giá thành lớn Phần tính toán áp dụng kết quả nghiên cứu sẽ thực hiện đối với sơ đồ

Anh, Hà Nội

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 5 chương

bảo vệ; đồng thời giới thiệu ác sơ đồ phương thức c chung bảo vệ máy biến áp 220kV & 500kV và các hư hỏng thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ Trong chương này cũng đặt ra mục tiêu nghiên cứu của luận văn

thống điều khiển bảo vệvà các giải pháp để nâng cao độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ

sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

sàng loại trừ sự cố trong vùng đối với một số sơ đồ bảo vệ máy biến áp phổ biến với mức độ dự phòng tăng dần Phạm vi áp dụng là với sơ đồ bảo vệ máy

biến áp AT3 220kV trạm Đông Anh Phần mềm OpenFTA được sử dụng để xây dựng và đánh giá mức độ không sẵn sàng.

Chương 1 CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ

THỐNG RƠLE BẢO VỆ 1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ

Nhiệm vụ ích nh c a thiết bị ảủ b o vệ rơle là t ng cắt phần tửự độ hư h ng ỏ

ra kh i hỏ ệ thống điện, ghi nhận phát hiện ra tình trạng làm việc không bình thường c a các phầ ửủ n t hư h ng trong hệ ốỏ th ng đi n Tùy vào mứệ c độ tình trạng làm việc bất thường mà rơle bảo vệ có th ch ể ỉ báo tín hi u hoặ tác động ệ c

bảo vệ ự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy c t c a các ph d ắ ủ ần tử lân c n Cậ ần phân biệt hai khái niệm chọn lọc

+ Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có th ểlàm việc như là bảo vệ ự d trữ khi ng n mạch phần tửắ lân c n ậ

+ Chọn lọc tuyệ ốt đ i: Bảo vệ chỉ làm việ c trong trường hợp ngắn mạch ởchính phần tử đư c b o vệ ợ ả

b) Tác động nhanh

Càng cắt nhanh ph n tầ ử ị b ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá ho i ạ

của phần tử ấy, càng giảm được th i gian t t thờ ụ ấp điện áp ở các h tiêu thộ ụ và càng có khả năng gi n đ nh của hữ ổ ị ệ thống đi n Đểệ gi m thờả i gian cắt ngắn

mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị ảo vệ rơle Tuy nhiên trong b

một số trường hợ ểp đ thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể ỏ th a mãn

yêu cầu chọ ọc Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau n l

c) Độ ạ nh y

Bảo vệ rơle cần phả ủi đ độ nhạy đố ới v i nhưng hư hỏng và tình tr ng làm việc ạkhông bình thường có thể xuất hiện nhở ững ph n tầ ử được bảo vệ trong hệ thống đi n Thư ng độệ ờ nh y đư c đ c trưng b ng hệ ố độạ ợ ặ ằ s nhạy Kn Đối với các bảo vệ làm việc theo các đ i lư ng tăng khi ngạ ợ ắn mạch, hệ ố độ s nh y đư c ạ ợxác định b ng t s giằ ỷ ố ữa đ i lư ng tác đạ ợ ộng t i thiểố u (ví d : dòng ngắụ n m ch ạnhỏ nh t) khi ngắn mạch trấ ực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đ i lưạ ợng đặt (tức dòng khở ội đ ng)

d) Đảm b độảo tin c y ậ

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khở ội đ ng và tác động một cách chắc chắn trong t t cấ ả các trư ng hợp ng n mờ ắ ạch trong vùng bảo vệ và các tình tr ng làm ạviệc không bình thư ng đã đờ ịnh trước M t khác bặ ảo vệ không được tác động khi ng n mắ ạch ngoài Nếu b o v có nhiả ệ ệm vụ ự d trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ng n mắ ạch trong vùng dự ữ ả tr b o v này phệ ải khở ội đ ng nhưng không đư c ợtác động khi b o v ả ệchính đặt gần chỗ ng n mắ ạch hơn chưa tác động Để tăng tính đảm b o c a b o v c n: ả ủ ả ệ ầ

+ Dùng rơle có chất lượng cao

+ Chọn sơ đồ bảo vệ rơle đơn giản nhất

tiếp xúc tốt

+ Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ

1.2 Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ

Hiện nay, hệ thống đường dây và các máy biến áp truyề ản t i đi n năng đóng ệ

một vai trò quan trọng trong việc đưa đi n năng sệ ản xuất đư c đợ ến hộ tiêu thụ

S ố lượng các trạm biến áp truyền tải đi n tăng lên không ngệ ừng do phải đáp

ứng nhu c u tăng r t nhanh c a ph t i Việc sầ ấ ủ ụ ả ử ụ d ng các máy biến áp ở các

nhiều chính vì vậy mà phương thức sử ụ d ng dùng đ bể ảo vệ cho máy bi n áp ếphần tử quan trọng nhất trong trạm biến áp ngày càng tr nên quan trở ọng Bên

cạnh các yêu cầu kỹ thuậ các yêu cầu về tính kinh tết, ngày càng đư c quan ợtâm nhằm nâng cao độtin cậy để ả b o v máy bi n áp tệ ế ốt hơn và t i ưu vố ề ặ m t kinh t ế

Việc phát hiện loạ ừi tr nhanh s c bên trong máy biếự ố n áp giúp tăng khảnăng cung c p điấ ện liên t c cho toàn h thụ ệ ống đi n Theo quy đệ ịnh m i c a ớ ủEVN ban hành năm 2016 về ấ c u hình hệ ố th ng và quy cách k thu t c a rơle ỹ ậ ủ

bảo vệ cho các máy biến áp 500kV; 220kV và 110kV như sau (trích lược): a) Cấu hình hệ ống rơle bảo vệ đốth i v i máy biớ ến áp 500/220kV:

+ Bảo vệ chính 1 Được tích hợp các chứ: c năng bảo vệ F87T, 49, 64, 50/51,50N/51N Tín hiệu dòng điện các phía l y t máy bi n dòng chân sứ máy ấ ừ ếbiến áp

+ Bảo vệ chính 2 Được tích hợp các chứ: c năng bảo vệ F87T, 49, 64, 50/51, 50N/51N Tín hiệu dòng điện các phía l y từấ máy biến dòng ngăn máy

cắ ầt đ u vào các phía máy biến áp

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây 500kV: Được tích hợp các chức năng d

bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đượ ấệ c l y từ máy biến dòng ngăn máy c t đắ ầu vào phía 500kV của máy biến áp, tín hiệu

đi n áp đưệ ợ ấc l y t máy biừ ến điện áp thanh cái 500kV

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây 220kV: Được tích hợp các chức năng d

bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đượ ấệ c l y từ máy biến dòng ngăn máy c t đắ ầu vào phía 220kV của máy bi n áp, tín hiế ệu

đi n áp đưệ ợ ấc l y t máy biừ ến điện áp thanh cái 220kV

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây trung áp d : Được tích h p các chợ ức năng bảo vệ 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đưệ ợc lấy từmáy bi n dòng chân sế ứ cu n trung á ủộ p c a máy biến áp

+ Chức năng rơle bảo vệ nhiệ ột đ dầu, cuộn dây máy biến áp (26), rơle áp lực máy biến áp (63), rơle ga cho bình d u chính và ngăn đi u áp dưầ ề ới tải (90),

rơle báo mức dầu tăng cao (71) được trang bị đồ ng b v i máy biếộ ớ n áp, được

gửi đi cắt trực tiếp máy cắt hai phía thông qua rơle chỉhuy cắt hoặc được gửi đi

cắ ồt đ ng thời thông qua hai bộ ảo vệ chính và d b ự phòng c a máy biếủ n áp.b) Cấu hình hệ ố th ng rơle b o vệ đố ớả i v i máy bi n áp 220/110kV: ế

+ Bảo vệ chính 1 Được tích hợp các chứ: c năng bảo vệ F87T, 49, 64, 50/51, 50N/51N tín hiệu dòng điện các phía l y từấ máy bi n dòng chân sứ máy ếbiến áp

+ Bảo vệ chính 2 Được tích hợp các chứ: c năng bảo vệ F87T, 49, 64, 50/51, 50N/51N tín hiệu dòng điện các phía l y t máy biến dòng ngăn máy cắt ấ ừđầu vào các phía máy biến áp

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây 220kV: Được tích hợp các chức năng d

bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đượ ấệ c l y từ máy biến dòng ngăn máy c t đắ ầu vào phía 220kV của máy bi n áp, tín hiế ệu

đi n áp đưệ ợ ấc l y từ máy biến điện áp thanh cái 220kV

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây 110kV: Được tích hợp các chức năng d

bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đượ ấệ c l y từ máy biến dòng ngăn máy c t đắ ầu vào phía 110kV của máy bi n áp, tín hiế ệu

điện áp ợ ấđư c l y t máy biừ ến điện áp thanh cái 110kV

+ Bảo vệ ự phòng cho các cuộn dây trung áp d : Được tích h p các chợ ức năng bảo vệ 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đưệ ợc lấy từmáy bi n dòng chân sế ứ cu n trung áp c a máy biộ ủ ến áp

+ Chức năng rơle bảo vệ nhiệ ột đ dầu, cuộn dây máy biến áp (26), rơle áp

lực máy biến áp (63), rơle ga cho bình d u chính và ngăn đi u áp dưầ ề ới tải (9 ), 0rơle báo mức dầu tăng cao (71) được trang bị đồ ng b v i máy biếộ ớ n áp, được

gửi đi cắt trực tiếp máy cắt ba phía thông qua rơle chỉhuy cắt hoặc được gửi đi

cắt đồng thời thông qua hai bộ ảo vệ chính và dự phòng của máy biến áp b(F87T1, F87T2)

c) Cấu hình hệ ống rơle bảo vệ đốth i v i máy biớ ến áp 110kV:

+ Bảo vệ chính: Được tích hợp các chức năng bảo vệ F87T, 49, 64 (theo

nguyên lý tổng trở thấp), 50/51, 50N/51N Tín hiệu dòng điện các phía lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắ ầt đ u vào các phía c a máy bi n áp ủ ế

+ Bảo vệ ự phòng cho cuộn dây 110kV: Đượ d c tích h p các ch c năng ợ ứ

bảo vệ 67/67N, 50/51, 50N/51N, 27,59,50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đượ ấệ c l y từ máy bi n dòng chân s 110kV cế ứ ủa máy bi n áp, tín hiế ệu đi n áp đưệ ợc lấy từmáy biến điện áp thanh cái 110kV

+ Bảo vệ ự phòng cho cuộn dây trung áp 1: Đư d ợc tích h p các chợ ức năng

bảo vệ 50/51, 50N/51N, 50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đưệ ợ ấc l y t máy bi n ừ ếdòng chân sứ cuộn trung áp 1 của máy bi n áp ế

+ Bảo vệ ự phòng cho cuộn dây trung áp 2: Đượ d c tích h p các ch c ợ ứnăng bảo vệ 50/51, 50N/51N, 50BF, 74 tín hiệu dòng đi n đưệ ợc lấy từ máy biến dòng chân sứ cuộn trung áp 2 của máy bi n áp ế

+ Chức năng rơle bảo vệ nhiệ ột đ dầu, cuộn dây máy biến áp (26), rơle áp

lực máy biến áp (63), rơle ga cho bình d u chính và ngăn đi u áp dưầ ề ới tải (9 ), 0rơle báo mức dầu tăng cao (71) được trang bị đồ ng b v i máy biếộ ớ n áp, được

gửi đi cắt trực tiếp máy cắt ba phía thông qua rơle chỉ huy cắt hoặc được gửi đi

cắ ồt đ ng thời thông qua bộ ảo vệ b chính và d phòng 110kV của máy biến áp ự(F87, F67/67N)

Ví dụ ề v sơ đ phương thồ ức bảo vệ đối với các ngăn lộvà máy biến áp:

1.3 Một số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ

H ệthống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạ ộ t đ ng vớ ội đ tin cậy cao, tuy nhiên

do hệ ố th ng gồm nhiều thiết bị ợ h p thành nên vẫn có những sự ố ả c x y ra như liệt kê sau đây:

a) Hư hỏng phần cứng rơle c a rơle bủ ảo vệ

Bảo vệ cho các máy áp là hệ thống các rơle bao g m rơle s , rơle điồ ố ện cơ Về

mặt cấu tạo các rơle kỹ thuật số bao gồm các linh kiện điện tử các phần tử,

bảng mạch như IC, chíp, điốt, transito , tr ụ điện…Các linh kiện điện tử này đượ ổ ợc t h p thành các đ u vào input và đ u ra output đầ ầ ể thực hiện cơ cấu tác

động m i khi rơle th c hi n ch c năng b o v Rơle b o v luôn luôn ho t ỗ ự ệ ứ ả ệ ả ệ ạ

động 24/24h trong ngày luôn luôn s n sàng đ tác đ ng khi có s c x y ra ẵ ể ộ ự ố ảtrong máy biến áp, mặt khác các linh kiện điện tử cũng có tu i thọổ nh t đ nh ấ ịchính vì vậy mà có xác suất hư hỏng nhấ ịt đnh dẫn đến nguyên nhân làm rơle

-11

FROM TVT09-E09

FROM CT INCOMING BAY 110kV AT1 TRANS (E09) AT1 TRANS.D04

FROM CT 220kV

WTI, OTI

87T1,49,64,FR AVR

AT3

BH OL

WT OT

FR - FAULT RECORDER

F50/51 - INSTANTANEOUS AND TIME O/C PROTECTION F50/51N - INSTANTANEOUS AND TIME GROUND O/C PROTECTION F50BF - BREAKER FAILURE PROTECTION

AVR - TRANSFORMER VOLTAGE REGULATOR BCU - BAY CONTROL UNIT

WTI - WINDING TEMPERATURE INDICATOR, OTI - OIL TEMPERATURE INDICATOR TPI - TAP CHANGER POSITION INDICATOR

OL - LOW OIL LEVER RELAY

OT - HIGH OIL TEMPERATURE PROTECTION

LEGEND:

5P20 0,5

5P20 5P20 5P20 0,5 5P20

5P20

50/51,50/51N

87T2,49,FR 50/51,50/51N

F59N - ZERO SEQUENCE OVERVOLTAGE PROTECTION

FROM CT INCOMING BAY 22kV AT1 TRANS.

F74 - TRIP CIRCUIT SUPERVISION 5P20

0,4kV

M

kV 3 0,11 3

23 0,11VTK13

TM1-560

5P20 TO 87T2 OF AT1 TRANS.

3P 0.5

Wh/VARh TM 0.5

7PA22X 286

A - AMPEMET - AMPEMET DELECTOR SWITCH

không tác động khi có s c x y Bên cự ố ả ạnh các rơle kỹ thuật số ả b o vệ máy

biến áp còn có rơle điệ cơ, các rơle cơ này hoạn t đồng dựa trên nguyên lý điện

t , ừ được cấu tạo từ các cuộn dây, mạch điện từ và các ti p đi m Qua quá trình ế ểhoạ ột đ ng lâu dài rơle cơ cũng bị ả nh hư ng và hư hở ỏng như đứt dây, già hóa

mạch điện từ, các tiếp điểm của rơle tiếp xúc kém

b) Hư hỏng nguồn làm vi c cho rơle b o vệ ệ ả

Trong bất cứ trạm biến áp nào cũng luôn luôn có h th ng nguồn AC/DC cung ệ ốcấp cho toàn bộ ệ h th ng mạch bảo vệố cũng như điều khi n cể ủa các thi t b ế ịmáy cắt, dao cách ly…Khi có sự ố ả c x y ra cho dù rơle có hoạ ột đ ng đúng và tác động nhưng nếu thi u h thốế ệ ng ngu n DC cung c p thì máy c t cũng không ồ ấ ắthể ắ c t được, chính vì lẽ đó mà hệ ố th ng ngu n AC/DC trong trạm biến áp rất ồquan trọng Theo quy chuẩn của EVN thì trong trạm biến áp thường có hai hệ

thống nguồn DC riêng bi t và hoệ ạt động độc lập với nhau Nguồn DC được d ựphòng nóng bằng hai hệ thống acquy độc lập Hai hệ thống acquy độc lập này được ph n p bằng hai hệ ốụ ạ th ng đi n AC riêng bi t c a trệ ệ ủ ạm M t ngu n l y tộ ồ ấ ừ nguồn tự dùng địa phương bên ngoài trạm, một nguồn AC lấy qua máy biến áp

t ựdùng trong trạm điện Với thi t kế ế ệ h thống nguồn AC/DC như vậ ảy đ m bảo cho hệ ố th ng m ch nhạ ị ứ th điều khiển bảo vệ hoạ ột đ ng tin cậy giúp cho rơle

sẵn sàng tác động cô lập phần tử ị hư hỏng khi có sự ố ảy ra Tuy nhiên xác b c xsuất hư hỏng hệ ố th ng nguồn AC, DC vẫn có thể ả x y ra như hư hỏng acquy, hư

hỏng tủ chỉnh lưu AC DC, hư hỏng các máy biến áp tự dùng cung cấ/ p điện từ22/0,4kV, hư hỏng attomat v.v Chính vì vậy khi xét đến tổng quan về độ tin

cậy của cả ệ thống role bảo vệ ủa máy biến áp trong trạ h c m điện ầc n ph i xét ả

tới hệ thống DC này

c) Hư hỏng biến dòng điện, biến điện áp

Các biến dòng điện và biến điện áp cung c p tín hiệấ u để rơle liên tục kiểm tra

và phát hi n các tình trệ ạng làm việ ấc b t thường hoặ ự ốc s c Khi có sự ố ả c x y ra,

các giá trị dòng điện và đi n áp này vưệ ợt quá (hoặc giảm thấp hơn) giá trị cài

đặt trong rơle thì rơle sẽ tác đ ng g i l nh t i c t các máy c t đ cô l p đi m s ộ ử ệ ớ ắ ắ ể ậ ể ự

cố Xác xuất hư hỏng biến dòng điện và biến điện áp là rất nhỏ và chi m một tỷ ế

l ệthấp trong thực tế

d) Hư hỏng, đấu sai mạch nhị rơle bảo vệ

Bên cạnh những nhân tố khách quan thì nhân tố ủ ch quan c a con ngư i cũng ủ ờ

là một trong nguyên nhân gây ra sai sót khiến rơle tác động nhưng không cắt được khi có sự ố ả c x y ra Rơle mu n làm việố c được cần phải đấu các mạch

điện nhị ứ th liên quan như mạch l c dòng điự ện, điện áp c p cho rơle, m ch ấ ạnguồn DC nuôi, mạch các input đầu vào nhị phân, các đ u ra output tiếầ p điểm làm việc đi cắt các máy c t Rơle ho t đ ng c t đúng đư c máy c t theo yêu ắ ạ ộ ắ ợ ắ

cầu chỉ khi các mạch này đúng với nguyên lý thiết kế ủ c a rơle Thực tế cho

th xác ấy suất x y ra viả ệc đấu sai mạch nhị ứ này khá nhiều, lý do có thể th là là

do trình độ, do k năng và c do hi u sai vềỹ ả ể nguyên lý hoạt động của rơle dẫn

đến nh m l n ầ ẫ

e) Sai sót khi cài đặt và cấu hình rơle

Một nguyên nhân khá phổ biến dẫ ớ ệ ốn t i h th ng rơle b o v không ho t đ ng ả ệ ạ ộnhư mong muốn là do sai sót khi cấu hình rơle, cài đặt giá trị tác đ ng, cài độ ặt các output, input cho rơle bảo vệ Như chúng ta đã bi t rơle là mế ột sản ph m ẩđiện tử thông minh của con ngư i dùng đờ ể ả b o v cho các thi t b đi n, tuy ệ ế ị ệnhiên tùy vào đối tượng b o vệ mà nó cần phảả i đư c cài đợ ặt các thông số phù

hợp theo tính toán trước Công việc này này đòi h i ngư i cài đỏ ờ ặt và cấu hình rơle ph i có chuyên môn, trình đả ộ và đư c đào t o Công viợ ạ ệc cài đặt không đúng sẽ ẫ đế d n n rơle làm vi c sai, làm vi c không đúng gây ệ ệ ảnh hưởng t i tu i ớ ổthọ ủ c a thi t bế ị ệ đi n nói riêng và ảnh hư ng đở ến các thi t b khác lân cế ị ận Ngày nay dưới tác động c a khoa h c và k thu t các lo i rơle k thu t s phát tri n ủ ọ ỹ ậ ạ ỹ ậ ố ểkhông ngừng cả ề ố v s lượng và chất lượng, ngày càng có nhiều hãng rơle và nhiều chủng loại rơle khác nhau, sử ụ d ng nhiều loại phần mềm khác nhau để cài đặt cũng như cấu hình chức năng bảo v Chính vì thếệ khi m t chủộ ng lo i ạhay một hãng rơle m i đưa vào v n hành trên lướ ậ ới công việc cài đặt cũng như thí nghiệm đôi khi cũng xảy ra sai sót dẫn đến nguyên nhân không cắt được

máy cắt khi có s c x y ra ự ố ả

f) Hư hỏng của bản thân máy cắt

Một yếu tố quan trọng chính dẫn tới vi c hệ ệ thống rơle không loại trừ được sự

c ố chính là do hư hỏng của bả thân máy cắt Mặn c dù rơle bảo vệ đã tác động,

mạch nhị thứ làm việc tốt, các cuộn cắt đã làm vi c nhưng máy cệ ắ ẫt v n không

cắt đư c đó là do nguyên nhân như hư hợ ỏng chính cuộn cắ cuộn cắt bị ỏng, t, hcác cơ cấu cơ khí của máy cắt bị ẹ k t làm cho các trụ ự c c của máy cắt không thể tách r i tiờ ếp điểm chính của máy c Xác suắt ất hư hỏng này nói chung xảy ra khá ít và hiếm khi g p ặ trong th c tự ế

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất nghiên cứu

H ệthống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạ ộ t đ ng vớ ội đ tin cậy cao, tuy nhiên

do hệ ố th ng gồm nhiều thiết bị ợ h p thành nên vẫn có những sự ố ả c x y ra và có

thể ẫ d n tới những thiệt h i lạ ớn cho hệ ống th

Có thể thấy phương thứ ảc b o v c a các thi t b chính trong h th ng đã đư c ệ ủ ế ị ệ ố ợqui định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu nối các thi t b và m ch nh th còn ế ị ạ ị ứkhác nhau giữa các trạm Cấu hình của các hệ thống nhị thứ có thể khác nhau tùy theo quan điểm thiết kế ủ c a các hãng Vấn đề cần quan tâm đối với đơn vị

s dử ụng là phương thức bảo vệ và h thống mạch nhệ ị ứ th nào sẽ có đ tin c y ộ ậcao hơn và phù hợp về ặt kinh tế m

Xuất phát từ lý do này, luận văn sẽ đi sâu nghiên c u cách thức đánh giá ứ

định lư ng đợ ộ tin c y c a các sơ đ phương th c b o v d a trên phương pháp ậ ủ ồ ứ ả ệ ựcây sự ố c Ph m vi nghiên cứu sạ ẽ giới hạn đối với phương thức bảo vệ máy

biến áp vì đây là thiết bị ổ ếph bi n trên lư i điớ ện và có giá thành l n ớ Phần tính toán áp dụng kết quả nghiên cứ ẽ ựu s th c hi n đ i v i sơ đ phương th c b o v ệ ố ớ ồ ứ ả ệcủa máy biến áp AT3 tại trạm 500kV Đông Anh, Hà Nội

Chương 2 CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ

THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

2.1 Các chỉ tiêu phổ biến để đánh giá độ tin cậy

2.1.1 Giới thiệu chung

Độ tin c y c a h th ng (ho c ph n t ) là xác su t đ h th ng ho c ậ ủ ệ ố ặ ầ ử ấ ể ệ ố ặphần t hoàn thành các nhiử ệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian xác định và điều kiện nh t đ nh ấ ị Độ tin cậy và các chỉ ố liên quan là mộ ạ s t đ i lượng xác suất, phụ thuộc th i gian; tuy nhiên trong nhiờ ều trường hợp có thể ử ụ s d ng giả thiết các chỉ ố s không ph thu c thời gian để ụ ộ tính toán độ tin cậy Đây chỉ là phương pháp gần đúng nhưng khả thi đ có th áp d ng trong thự ếể ể ụ c t

Đố ớ ệ ối v i h th ng (hay phần tử) phục hồi như hệ ố th ng điện và các ph n t c a ầ ử ủ

nó thì khái ni m kho ng thệ ả ời gian xác đ nh không có ý nghĩa bị ắt buộc vì hệ thống làm việc liên tục Do đó độ tin c y đư c đo bởậ ợ i m t đ i lư ng thích h p ộ ạ ợ ợhơn là độ ẵ s n sàng

“ sĐộ ẵn sàng là xác suấ ểt đ để ệ h thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong th i điờ ểm bấ ỳt k ”

Độ ẵ s n sàng cũng là xác su t đ h th ng tr ng thái t t trong th i đi m b t k ấ ể ệ ố ở ạ ố ờ ể ấ ỳ

và được tính b ng t s giữằ ỷ ố a th i gian h th ng tr ng thái t t và t ng th i ờ ệ ố ở ạ ố ổ ờgian hoạ ột đ ng Ngược l i vạ ớ ộ ẵi đ s n sàng là đ không s n sàng, đó là xác su t ộ ẵ ấ

để ệ ố h th ng (hay ph n tầ ử) trở ạng thái hỏng

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin c y c a các ph n tậ ủ ầ ử

Độ tin c y c a các ph n t là y u t quy t đ nh đ tin c y củậ ủ ầ ử ế ố ế ị ộ ậ a c h ả ệthống, do vậy để đánh giá đ tin cộ ậy phải xuất phát từ các phần tử ấ c u thành hệ ố th ng

Một số chỉ tiêu được sử ụ d ng đ đánh giá độể tin cậy của phần tử ới giả vthiết tỷ ệ l hư h ng và sửa chữa là đạỏ i lư ng không đợ ổi theo th i gian như ờsau [1]:

- T ần s ấ ự ố (λ): là số ần thiết bị ị ự ốu t s c l b s c trong một đơn vị ờ th i gian Dữ ệ li u này được thống kê từ ự th c tế ho c qua các thửặ nghi m ệ

- Cường độ phục hồ (μ): ổng số ửa chữa chia cho tổng số đơn vịi T s

thời gian làm việ hoặc thời gian hoạ ộc t đ ng

- Thời gian trung bình giữa các ự ố (MTTF): Thời gian trung bình s c giữa thời gian bắ ầt đ u hoạ ột đ ng hoặc hoạ ột đ ng ở ại sau khi sửa chữa tr l

và lần hư hỏng tiếp theo ới g ả thiết ần suất sự ố là hằng số V i t c theo th i ờgian thì MTTF = λ-1

- Thời gian ửa chữa trung bình (MTTR) Ths : ời gian trung bình để

sửa và khôi phục lại sự hoạ ột đ ng của thiết bị Thời gian này bao gồm cả

thời gian chuẩn bị, ời gian o trì chth bả ủ độ ng và ời gian dành cho các thkhâu hậu cần Với giả thiết cường độ ục h là hph ồi ằng số theo th i gian ờthì MTTR = μ -1

- Thời gian trung bình giữ các lầa n hư hỏng (MTBF) Th: ời gian trung bình giữa các lần bị ự ố s c hư h ng c a thiỏ ủ ết bị tính đ n khi đư c ế ợ

sửa xong và đưa trở ại hoạ ộ l t đ ng

MTBF là tổng của MTTF và MTTR Vì MTTR là thường nhỏ so với MTTF, chúng ta giả định rằng MTBF là xấp xỉ bằng MTTF và MTBF =

λ-1

Các rơle bảo vệ và hệ ố th ng b o vả ệ đư c thi t kợ ế ế để ử s a chữa được (h ệ

thống phục hồ , do đó các chỉ ối) s đo đ tin c y c n bao gộ ậ ầ ồm kh năng hư ả

hỏng và khả năng ửa chữa.s

Mức độ sẵn sàng là xác suấ ểt đ h ệthống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm v trong th i đi m b t k , là xác su t đ h th ng ụ ờ ể ấ ỳ ấ ể ệ ố

ở ạ tr ng thái t t trong th i đi m b t k (là t s gi a th i gian h th ng ố ờ ể ấ ỳ ỉ ố ữ ờ ệ ố ởtrạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động) Phương trình (1) minh họa phương thức tính mứ ộ ẵc đ s n sàng:

ta xác định chu k % s c mà các thành ph n, thiế ịỳ ự ố ầ t b ho c h th ng không ặ ệ ốsẵn sàng thực hiện các chức năng của mình như phương trình (2)

U = 1  = = 

   MTTR (2)

Theo công thức 2: có thể giảm mức độ không sẵn sàng bằng cách:

- Giảm thời gian trung bình sửa chữa: tăng cường thí nghiệm, ki m tra ểrơle, tăng cường thi t b ế ịrơle dựphòng

- Giảm thời gian trung bình hư hỏng: ử ụng các thiết bị có tỷ ệ hư hỏng s d l

thấp, thi t kế ế ắc ch n tin cch ắ ậy

Các chỉ số đánh giá mức độ sẵn sàng và không sẵn sàng đều không có đơn vị, tuy nhiên có thể qui đổi ra thành các đại lượng thời gian khi tính cho một năm

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

Hệ thống bảo vệ bao gồm các rơle và các thiết bị phụ trợ, khi có sự cố các rơle

sẽ tác động cắt các máy cắt để loại trừ sự cố Với lưới điện trung thế có thể sử dụng cầu chì và các thiết bị tự đóng lại để loại trừ sự cố

Do có vai trò quan trọng nên hệ thống bảo vệ được thiết kế dựa trên nguyên tắc phải đảm bảo luôn sẵn sàng phát hiện và loại trừ các sự cố Để tăng cường mức

độ sẵn sàng thì hệ thống rơle thường được thiết kế theo nguyên tắc

- S dử ụng ệ thống có các rơle ại chỗ ự phòng cho nhau.h t d

- H ệthống rơle luôn có các bảo vệ ự phòng ấ d c p trên đ đảể m bảo loại trừ

được s c khi các b o vệ ạự ố ả t i ch b ỗ ị hư hỏng (có vùng chồng lấn giữa

bảo vệ giữa bảo vệ ại chỗ và bảo vệ ự phòng từ xa) t d

Giải pháp tăng cường dự phòng là phương thức sử dụng thêm một hoặc nhiều các thiết bị bảo vệ dự phòng bên cạnh bảo vệ chính để tránh việc hệ thống cùng

bị một loại hư hỏng dẫn tới không cắt được sự cố trên lưới.Hệ thống bảo vệ có

dự phòng được sử dụng chủ yếu ở lưới điện truyền tải vì lý do: nếu không có

hệ thống dự phòng thì khi hư hỏng thiết bị sẽ dẫn tới phải cắt sự cố bằng các bảo vệ cấp trên và dẫn tới kéo dài thời gian loại trừ sự cố Việc kéo dài thời gian loại trừ sự cố có thể dẫn tới các hậu quả nghiêm trọng như mất ổn định, rã lưới Hệ thống bảo vệ dự phòng cũng được sử dụng phổ biến đối với máy phát điện và máy biến áp công suất lớn

Các phương thức thiết kế hệ thống bảo vệ dự phòng bao gồm:

- S dử ụng hai bộ rơle bảo vệ (Main 1 và Main 2)

- S dử ụng thêm các kênh thông tin dự phòng

- Thiết kế các hệ thống ạm ch dòng điện và mạch điện áp riêng biệt cho hai bộ rơle b o vệ ả

- S dử ụng hệ thống nguồn điện một chi u riêng ề

- S dử ụng máy cắt có hai cuộn cắt, các cuộn cắt đư c điợ ều khiển bằng các

mạch cắt riêng với nguồn dc độc lập với nhau

Riêng với máy cắt điện do không thể đầu tư máy cắt dự phòng nên cần được trang bị bảo vệ dự phòng hư hỏng máy cắt

Ngày nay việc áp dụng hệ thống bảo vệ dự phòng ở các cấp điện áp đã trở nên kinh tế hơn vì các rơle hiện nay đã được tích hợp sẵn nhiều tính năng bảo vệ trong một rơle Tuy nhiên việc tăng cường các rơle bảo vệ cũng có thể dẫn tới khả năng hệ thống bị mất an toàn do các tác động không mong muốn của hệ thống này; để tránh các trường hợp này thì với các hệ thống có nhiều rơle cần xem xét thiết kế logic cắt máy cắt chỉ khi có ít nhất 2 bảo vệ cùng tác động Một giải pháp khác nâng cao độ an toàn là sử dụng các rơle các hãng khác nhau

để tránh việc xảy ra cùng một lỗi hư hỏng Một số kỹ sư cho ràng việc sử dụng các rơle với các nguyên tắc hoạt động khác nhau và sử dụng nền tảng phần cứng khác nhau sẽ làm giảm nguy cơ hoạt động sai của rơle vì thế đã đề nghị

khi thiết kế sơ đồ dự phòng thì sử không sử dụng cùng một loại rơle bảo vệ của cùng một hãng Tuy nhiên hiện nay các rơle có thể sử dụng chung các thiết bị phần cứng của một số nhà sản xuất dẫn tới việc sử dụng các rơle của các hãng khác nhau có thể không cần thiết, thực tế cho thấy xác suất cùng một phần tử bị

hư hỏng cùng một thời điểm với hai rơle giống nhau là rất thấp

Việc sử dụng rơle giống hệt nhau trong một hệ thống bảo vệ chính có những ưu điểm sau:

- Hai hệ thống giống nhau cho phép các kỹ sư thi t kế ộ ệ ốế m t h th ng và sử

dụng được hai lầ : giản m nhân công khi cài đặt, cấu hình; tránh được các lỗi khi cài đặt; gi m xác su t nh m l n cả ấ ầ ẫ ủa con người

- Đảm bảo ự phối hợp bảo vệ ốs t t hơn do hai hệthống bảo vệ giống nhau

- Giảm chi phí và giá thành tích hợp vào hệ ố th ng tự động hóa trạm

- Các nhân viên vận hành sẽ ễ ử ụng hệ thống hơn do có chung giao diện d s d

- Các kỹ sư có thể phân tích dữ liệu với cùng một loại công cụ và kỹ năng

- Nhân viên có thể chỉ ần đào tạo chuyên sâu về ộ c m t loạ rơle thay vì phải i

học cách sử ụ d ng hai rơ le cho cùng một mục đích

- X ử lý sự ố đơn giả c n hơn vì d dàng hơn cho gười sử ụễ n d ng đểso sánh các báo cáo của hai rơle giống hệt nhau cho cùng mộ ự ốt s c

Ví dụ minh họa về phương thức bảo vệ máy biến áp không có/có dự phòng:

nguồn điện một chiều độc lập và các máy cắt phía cao áp và hạ áp đều có hai cuộn cắt dự phòng cho nhau Khi có sự cố máy biến áp một hoặc cả hai bảo vệ rơle tác động gửi lệnh cắt cắt hai máy cắt cao áp và hạ áp cô lập điểm sự cố Tuy nhiên sơ đồ trên vẫn chưa xét đến ảnh hưởng của hiệu quả nếu thêm một biến dòng điện tại điểm trung tính của máy biến áp.

Trong sơ đồ dự phòng thường giả thiết các thiết bị dự phòng có chất lượng tương đương nhau về các chỉ s như độ nhạy và về tốc độ hoạt động.ố

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN

CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy

để phân tích rủi ro và đánh giá độ tin cậy; giúp các kỹ sư có thể hiểu một hệ thống có thể bị hư hỏng dừng hoạt động do các yếu tố nào; nhận dạng được cách thức tốt nhất để giảm rủi ro hoặc cũng đánh giá được tỷ lệ có thể xảy ra các sự kiện với hệ thống đang quan tâm [1]

Phương pháp cây sự cố được phát triển từ năm 1962 tại Bell Laboratories, Mỹ

và nhanh chóng được phát triển và công nhận như một công cụ hữu hiệu đối với các chuyên gia phân tích độ tin cậy Trong giai đoạn đầu phát triển, công cụ được dùng chủ yếu trong các nhiệm vụ quốc phòng, tuy nhiên sau đó đã được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàng không vũ trụ, hóa chất, hạt nhân….và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác

FTA dựa trên phương thức phân tích từ trên xuống bắt đầu với sự kiện không , mong muốn có thể xảy ra sau đó xác định sự kiện cơ sở (Base event BE) -

TE và BE được kết hợp với nhau thông qua các cổng logic (AND gate, OR gate) Cây sự cố là công cụ để nhận dạng và đánh giá các tổ hợp của các sự kiện không mong muốn có thể dẫn tới trạng thái không mong muốn của hệ thống

Sự kiện không mong muốn được coi là Top Event của cây sự cố Ví dụ: máy cắt không cắt được khi có sự cố được coi là một sự kiện không mong muốn đối với hệ thống rơle bảo vệ (TOP EVENT) Truy xuất ngược từ việc máy cắt không cắt được có thể do hai nguyên nhân: hư hỏng của bản thân máy cắt hoặc

hư hỏng của bản thân rơle; hai điều kiện này hợp thành lôgic OR (HOẶC) Xem xét tiếp việc hư hỏng của rơle có thể do hư hỏng phần cứng hoặc lỗi của phần mềm; hai điều kiện này lại hợp thành một lôgic OR Để tránh việc rơle bị

hư hỏng có thể sử dụng hai rơle dự phòng lẫn nhau, điều kiện này hợp thành logic AND do việc hư hỏng rơle gây ra ảnh hưởng tới việc không cắt máy cắt chỉ xảy ra khi hai rơle cùng hư hỏng.

Một phần tử có thể xuất hiện tại nhiều chỗ trong cây sự cố nếu phần tử này có liên hệ và ảnh hưởng tới nhiều phần tử khác trong cùng hệ thống

Cây sự cố thường được diễn tả dưới dạng đồ họa sử dụng các phần tử logic AND, OR…để dễ phân tích tính toán

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố:

Sự kiện cơ bản: hư hỏng hoặc lỗi trong một phần tử của

hệ thống (ví dụ: nguồn dc bị hỏng)

Sự kiện bên ngoài: sự kiện thuộc diện mong đợi có thể

xảy ra (không phải hư hỏng của bản thân phần tử)

Sự kiện chưa phát triển: sự kiện có thể không gây ra hệ

quả hoặc sự kiện chưa có đủ thông tin để đánh giá

Sự kiện điều kiện: các điều kiện mà gây ảnh hưởng hoặc

hạn chế tới đầu ra của các cổng logic (ví dụ: chế độ vận

hành có thể ảnh hưởng tới việc hư hỏng của BI dẫn tới

hệ thống bảo vệ mất tín hiệu dòng điện)

Sự kiện trung gian: sự kiện đạt được tại đầu ra của các

cổng logic

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các logic trong phương pháp cây sự cố OR: đầu ra xuất hiện nếu bất cứ đầu vào nào xuất hiện

AND: đầu ra xuất hiện nếu tất cả các đầu vào xuất hiện

(các đầu vào độc lập với nhau)

OR chuyên biệt: đầu ra xuất hiện nếu một đầu vào chỉ

định trước xuất hiện

AND ưu tiên: đầu ra chỉ xuất hiện nếu tất cả các đầu vào

xuất hiện tại một bước nào đó được chỉ định trước (bước

chỉ định trước này do sự kiện điều kiện quyết định)

Biểu tượng chuyển tiếp: dùng để liên kết đầu vào đầu ra

của các cây sự cố (ví dụ liên kết từ hệ thống con tới hệ

Chuyển tiếp ra

Mỗi cây hỏng hóc được thành lập cho một sự kiện đỉnh

Ưu điểm: cây sự cố là phương pháp hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống phức tạp Phương pháp này cho phép đánh giá về chất lượng cũng như

số lượng trên quan điểm độ tin cậy Về mặt chất lượng cây sự cố cho hình ảnh

rõ ràng về nguyên nhân, cách thức xảy ra hỏng hóc và các hành vi của hệ thống Hơn nữa, phương pháp cây sự cố cho phép tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố

- Kết nối kiểu nối tiếp:

H ệthống hoạ ột đ ng tốt nếu tất cả các phần tử ủa ệ thống hoạ ộ c h t đ ng tố Hình t (3.1)

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp

Nếu các phần tử không tương tác với nhau thì các sự ố là độc lập với nhau và c

độ tin c y c a h th ng b ng tích các đ tin c y c a các ph n t h p thành: ậ ủ ệ ố ằ ộ ậ ủ ầ ử ợ

Trong đó Pi: là xác suấ ủt c a ph n tử thứ I ở ạầ tr ng thái t t ố

T ừ đó cũng có thể tính được xác suất trạng thái hỏng của hệ thống nối tiếp là:

Ví dụ ủ c a kiểu kế ốt n i này là BI – Rơle – Máy cắt: tín hiệu cắt máy cắt khi sự

c ốchỉ có được nếu tất cả các phần tử như BI và Rơle và bản thân Máy cắt hoạt

động t t ố

- Kết nối kiểu song song:

Các phần tử được nối song song, tạo ra khả năng dự phòng và nâng cao độ tin

c cậy ủa hệ thống Hệ thống chỉ ặp sự ố khi tất cả các phần tử ấu thành của g c c

Nếu biết cường độ phục hồi μ1 và μ2 và tần suất hư hỏng λ1 và λ2 của các phần tử thì có thể tính được cường độ phục hồi μHTvà tần suất hư hỏng λHT của

Phương pháp lát cắ ốt t i thi u: ể

Lát c t bao g m các phắ ồ ần tử mà khi các phần tử này đ ng thờ ỏng thì hệ ồ i h

thống sẽ ỏ h ng Với giảthiết rằng mỗi phầ ử đền t u có khả năng đáp ứng nhu cầu

t ải Lát cắt tối thiểu là lát cắt bao gồm số lượng tối thiểu các phần tử ệ thống H chỉ ố t t khi tấ ảt c các lát c t t i thi u đ u t t, n u ch mộắ ố ể ề ố ế ỉ t lát c t t i thi u h ng ắ ố ể ỏthì hệ ố th ng sẽ ỏ h ng Một lát c t t i thiắ ố ểu h ng khiỏ tất cảcác phần tử ủ c a nó

hỏng Như vậy lát cắt được mô tả ằng sự ối song song các phần tử ủa nó, b n ccòn sơ đồ độ tin c y c a h thống sẽậ ủ ệ là s ghép n i ti p c a các lát c t t i thiự ố ế ủ ắ ố ểu

3.3 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản

Xét m t hộ ệ thống b o vả ệ rơle đơn giản gồm một máy cắt, rơle quá dòng điện,

biến dòng điện cung c p tín hiấ ệu cho rơle và hệ ố th ng nguồn thao tác dc (Hình 3.3) Áp dụng cây sự ố để c phân tích khả năng h th ng bảệ ố o vệ này không sẵn sàng để ạ lo i tr đư c s c ừ ợ ự ốtrên đường dây được b o v ả ệ

S ựkiện ần quan tâm là hệ thống không loại trừ được sự ố đượ coi là sự kiện c c c đỉnh (Top Event) Để đơn gi n giả ả thiết các sự kiện hỏng hóc xảy ra độc lập với nhau

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây

S ự kiện đỉnh được giả thiết là “Không cắt được máy cắt khi có ự ố trong s c vùng được b o vệ” ả Phương pháp cây sự ố c ợ ắ ầđư c b t đ u từ sự ệ ki n đ nh au ỉ , s

đó phụ thu c vào m i quan hệộ ố logic c a các s kiệ ỉnh vớủ ự n đ i các s kiện sự ốự c thành phần (thân, cành, lá….), thành lập cây sự ố c thông qua các sự ố c trung gian và các c ng logic Cổ ổng OR ở Hình 3.3 chỉ ra rằng bấ ứ ự ốt c s c thành phần nào đề ẫ ớ ự ố đỉu d n t i s c nh

Ví dụ cư ng đ hư h ng c a ờ ộ ỏ ủ các phần tử như sau:

- 0,01 cho máy cắt;

- 0,001 cho rơle;

- 0,01 cho ắc quy;

- 0,0001 cho kênh truyền

Do các phần tử ố n i với nhau qua logic OR nên tần suất xuất hiệ ự kiện đỉnh n s

bằng tổng tần suất của các sự kiện nhánh và bằng:

0.01+0.001+0.001+0.01+0.0001=0.0221

Có thể nâng cao độ tin cậy củ ệ thống (giảm tần suất xuất hiện sự ệ ỉa h ki n đ nh)

bằng cách thiết kế ệ thống bảo vệ ớ h v i sơ đồcó dự phòng Hình 3.4 ( )

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng

Vẫn với sơ đồ trên, b sung thêm mộổ t rơle dự phòng (rơle quá dòng có th i ờgian 51) Cây sự ố c trong trư ng hợp này có thêm cờ ổng AND Cổng AND này thể ệ hi n cả hai rơle hỏng mới gây ra sự ệ ki n “cả hai rơle không tác động” với cường độ hư h ng ỏ là 0,001×0,001 = 0,000001 T n su t sự ố ủầ ấ c c a sự ệ ỉ ki n đ nh trong trường h p này s là 0,0202 Như vợ ẽ ậy độ tin c y ởậ sơ đ ồnày đã được c i ảthiện do có thêm rơle dựphòng ải thiện 8,6%) (c

Chương 4 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ

4.1 Giới thiệu về trạm biến áp Đông Anh 500kV và phương thức bảo vệ

4.1.1 Giớ i thi u về ạ ệ tr m biến áp

Sơ đồ nối điện chính trạm biến áp Đông Anh 220/110kV

Hình 4.1Sơ đồ một sợi trạm 220/110kV Đông Anh

Sơ đồ phương thức bảo vệ cho máy biến áp 220/110kV của trạm Đông Anh

Hình 4.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ

Ma trận cắt của hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp

Hình 4.3 Ma trận cắt của các bảo vệ cho náy biến áp AT3

4.1.2 Sơ đồ phương thức bảo v ệ ủ c a máy biếp áp AT3 tại trạm

áp 500kV, 220kV và 110kV Trạm được thiết kế là trạm không người trực sử dụng hệ thống điều khiển máy tính SICAM PAS của hãng SIEMENS Toàn bộ các tín hiệu của các ngăn lộ đường dây và máy biến áp được giám sát qua các rơle vừa làm chức năng bảo vệ vừa làm điều khiển giám sát BCU.

Phía 500kV sử dụng sơ đồ tứ giác thiếu gồm ba máy cắt 500kV, có ngăn lộ xuất tuyến đường dây và một ngăn lộ tổng cấp cho máy biến áp AT1

Phía 220kV sử dụng sơ đồ hai thanh cái bao gồm 4 ngăn lộ đường dây, một ngăn lộ liên lạc 212 và 02 ngăn lộ tổng cấp cho máy biến áp AT1 và AT3 Phía 110kV sử dụng sơ đồ hai thanh cái có thanh cái vòng bao gồm 06 ngăn lộ đường dây, một ngăn lộ liên lạc 112 và 01 ngăn lộ tổng cấp cho máy biến áp AT3 có công suất 250/250/50MVA

Phương thức bảo vệ cho máy biến áp AT3 bao gồm các bảo vệ chính sau: a) Bảo vệ so lệch máy biến áp F87T1 s d ng rơle 7UT86 khai thác các chức ử ụnăng:

gửi vào rơle F87T1 đểhiển thị lên hệ thống điều khiển máy tính MAIL 1 b) Bảo vệ so l ch máy biến áp F87T2 sử ụệ d ng rơle 7UT86 khai thác các ch c ứnăng:

+ Chức năng bảo vệ so l ch F87 ệ

+ Chức năng quá tải F49 và các chức năng bảo vệ quá dòng pha pha F50/F51, quá dòng pha-đất F50N/F51N

-Bảo vệ 7UT86 sử ụng mạ d ch dòng điện lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt

đầu vào các phía c a máy bi n áp AT3 Bên cạủ ế nh đó các tín hiệu bảo vệ công nghệ ủ c a máy biến áp như tín hi u rơle ga, dòng dệ ầu, áp lực đột biến thùng dầu chính c a máy biủ ến áp, tăng cao, áp lực dòng dầu OLTC, chỉ thị ứ m c dầu n lớnhất và nhỏ nh t cấ ủa máy biến áp được gửi vào rơle F87T2 để hiển th lên h ị ệthống điều khiển máy tính MAIL 2

chức năng quá dòng pha – pha, pha đấ– t có hướng F67/67N quá dòng pha pha, ; pha-đất không hướng F50/51, F50N/51N; chức năng bảo vệ chống quá áp thấp

-áp F59/F27; chức năng ki m tra để ồng bộ F25

Đồng th i rơle có nhi m v thu th p tín hiệờ ệ ụ ậ u và điều khiển của ngăn lộ BCU

Bảo vệ 7SJ85 sử ụng mạ d ch dòng điện lấy từ máy biến dòng ngăn máy c t đắ ầu vào phía 220 của máy biến áp AT3 Tín hiệu đi n áp đưệ ợc lấy t máy biừ ến điện

áp thanh cái 220kV qua m ch lạ ặp lại dao cách ly của ngăn lộ

d) Bảo v quá dòng d phòng phía ệ ự 110kV sử ụ d ng rơle 7SJ85 khai thác các chức năng quá dòng pha–pha, pha–đất có hướng F67/67N, quá dòng pha-pha, pha-đất không hướng F50/51, F50N/51N; chức năng bảo vệ chống quá áp thấp

e) Bảo vệ quá dòng dự phòng phía 22kV sử ụng rơle 7SJ82 khai thác các d

chức năng quá dòng pha pha, không hướng F50/51, chức năng bảo vệ ống chquá áp F59, chức năng bảo vệ chống hư hỏng máy cắt F50BF, đồng thời kiêm luôn làm chức năng thu thập tín hiệu và điều khiển BCU c a ngăn l phía ủ ộ22kV B o v 7SJ82 sả ệ ử ụ d ng mạch dòng điện l y t máy biấ ừ ến dòng chân sứ ủ c a máy biến áp AT3

f) Chức năng rơle bảo vệ nhiệt độ ầ d u, cuộn dây máy biến áp (26), rơle áp lực