LÝ THUYẾT TỔNG HỢP VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ THÔNG TIN LIÊN LẠC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

LÝ THUYẾT TỔNG HỢP VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ RƠLE VÀ THÔNG TIN LIÊN LẠC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, BẢO VỆ VÀ THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NỘI DUNG I. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 2 1. Chế độ vận hành bình thường 2 2. Chế độ sự cố 2 3. Chế độ sau sự cố 2 II. YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3 1. Thiết bị thông tin tại Nhà máy điện 3 2. Thiết bị bảo vệ 3 3. Thiết bị đo lường và chỉ thị tại chỗ và từ xa 3 4. Yêu cầu đối với thiết bị đo 5 III. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ (SO VỚI RƠLE CƠ) 7 IV. SỰ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH BẢO VỆ CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH 9 V. CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SỐ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN 13 1. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 13 2. EMS (Energy Management System) 13 3. DMS (Distribution Management System) 14 4. BMS (Bussiness Mangement System) 15 VI. CÁC LOẠI KÊNH THÔNG TIN LIÊN LẠC 17 1. Hệ thống dây dẫn phụ 17 2. Cáp thông tin 17 eBook for You 2 I. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Nhiệm vụ của mỗi cấp điều khiển được xác định cho từng chế độ làm việc của hệ thống: chế độ vận hành bình thường, chế độ sự cố và chế độ khôi phục lại hệ thống. 1. Chế độ vận hành bình thường Nhiệm vụ chính của các cấp điều khiển là: - Chi phí năng lượng nhiên liệu thấp nhất - Tổn thất công suất , điện năng thất nhất - Điện áp các nút chính nằm trong giới hạn cho phép (cân bằng Q trong lưới điện) - Tần sô hệ thống nằm trong giới hạn cho phép (cân bằng P trong hệ thống) - Độ tin cậy cung cấp điện cao 2. Chế độ sự cố - Cô lập nhánh đúng phần tử bị sự cố, thiết bị BẢO VỆ được lắp đặt và phối hợp đúng - Hạn chế các phản ứng dây chuyền (tác động mất chọn lọc dẫn đến tan rã hệ thống) - Trường hợp cần thiết thì tự động chia cắt hệ thống duy trì phạm vi cấp điện tối đa và nhanh chóng phục hồi hệ thống sau sự cố. 3. Chế độ sau sự cố - Huy động các công suất dự phòng để lập lại CBCS trong hệ thống - Khôi phục việc cấp điện có các phụ tải (khu vực) đã bị sa thải theo tần số f (tự động đóng lại theo tần số TĐLf) - Lập lại cấu hình lưới điện tối ưu - Sửa chữa và đưa vào vận hành các phẩn tử hư hỏng bị cắt khỏi hệ thống. eBook for You 3 II. YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1. Thiết bị thông tin tại Nhà máy điện - Phải có 2 đường dây thông tin độc lập giữa NMĐ và trung tâm điều độ khu vực hoặc quốc gia, các đường dây liên lạc này gắn liền với từng NMĐ và chỉ được dung cho mục đích vận hành. - Phải có máy fax và đường liên lạc độc lập với trung tâm điều độ số máy ở 2 đầu được đăng ký và chỉ dùng cho mục đích vận hành. 2. Thiết bị bảo vệ - -Đặt đủ số lượng và đảm bảo các chỉ tiêu nhanh nhạy, chọn lọc, tin cậy phù hợp. - -Thời gian loại trừ sự cố (là khoảng thời gian từ khi xuất hiện sự cố đến khi hồ quang trong máy cắt được dập tắt) phải không lớn hơn: 80ms ở cấp 500kv 100ms ở cấp 220kV 140ms ở cấp <=110kV - Các bảo vệ dự phòng phải có thời gian loại trừ sự cố không chậm hơn 300ms - Ở các máy cắt điện >= 110kV phải có bảo vệ chống máy cắt hư hỏng (từ chối) 50BF.Thời gian tác động của bảo vệ này phải <=250ms sau khi MC không cắt được. - Phương thức bảo vệ các phần tử chính của NMĐ, trạm BA và đương dây tải điện phải được chuẩn hoá theo chủng loại, cấp điện áp và cỡ công suất. 3. Thiết bị đo lường và chỉ thị tại chỗ và từ xa a.NMĐ: Phải trang bị RTU để gửi thông tin (U, I, P, Q, f…) về trung tâm điều độ gồm các tín hiệu sau: - Các tín hiệu điều khiển: đóng -cắt, tăng-giảm eBook for You 4 - Các tín hiệu nhị phân: phản ánh trạng thái của MC, trạng thái của khoá điều khiển (từ xa, tại chỗ) để điều khiển công suất tác dụng của MFĐ; trạng thái vận hành của bộ điều tốc (cố đinh/tự do) của tua bin. - Các tính hiệu tương tự (4-20mA)về : + Công suất tác dụng (MW) + Công suất phản kháng (MVAr) + Điện áp đầu cực máy phát(kV) + Giới hạn trên của P (MWmax) + Giới hạn dưới của P (MWmin) + Tốc độ tăng tải (MW/phút) + Tốc độ giảm tải (MW/phút) + Tần số (Hz) b. Các trạm biến áp và điểm đấu nối - Các tín hiệu điều khiển từ trung tâm điều độ quốc gia hoặc khu vực - Các tín hiệu nhị phân về trạng thái máy cắt (đóng-cắt) trạng thái dao nối đất của đường dây và trạm Các tín hiệu tương tự (4-20mA) về: + Điện áp thanh cái (kV) + Tần số (Hz) + Dòng công suất P qua đường dây or MBA (MW) + Dòng công suất Q qua đường dây or MBA (MWAr) + Năng lượng (MWh) đến + hoặc đi – dung cho việc mua bán trao đổi năng lượng + Cảnh báo mất điện. eBook for You 5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo đếm cho một đường dây tải điện 4. Yêu cầu đối với thiết bị đo a. BI, BU: dung cho mua bán điện năng - -Cấp chính xác 0,2 (thiết bị thương mại) - -Công suất thứ cấp danh đinh: P 2dd >=30VA (BI) >=75VA (BU) b. Đồng hồ đo điện năng (công tơ) tác dụng (kWh):đồng hồ 3 pha, 1 pha hoặc nhiều biểu giá, kiểu ghi hai chiều (mua or bán) cấp chính xác 0,2 được trang bị thiét bị xung để chuyển trị số đã đo được đến thiết bị đếm xa vạn năng UTI c. Đồng hồ đo điện năng (công tơ) phản kháng (kVAr): Thiết bị 3 pha, thường là một biểu giá, kiểu ghi hai chiều (mua or bán), cấp chính xác 0,5 được trang bị thiết bị xung để chuyển trị số đã đo được đến thiết bị đếm xa vạn năng (UTI) d. Thiết bị đếm xa vạn năng (UTI) phải đảm bảo: - Số đầu vào đếm xa >=24 - Số đầu vào điều khỉên >=8 eBook for You 6 - Số cổng ra >=8 - 1 modul phiếu dữ liệu có SRAM - 1 modul thiết bị in nhiệt - 1 modul liên lạc - 1 lô giấy in nhiệt (cho 2năm) e. Bộ chuyển đổi công suất P/công suất Q (MW/MVAr): mỗi bộ chuyển đổi MW/MVAr phải lắp đặp trong cùng hộp, kiểu 3 pha, 3 dây, 2 thành phần, phải được thiết kế cho mục đích đo xa. f. Rơle cảnh báo mất điện áp: Mỗi công tơ tác dụng (kWh) và công tơ phản kháng (kVArh) phải được lắp đặt cùng với rơle cảnh báo mất điện áp để kiểm tra độ tin cậy cung cấp điện tại mạch lắp đặt công tơ. g. Các mạch thử nghiệm; mỗi công tơ tác dụng và công tơ phản kháng và bộ chuyển đổi W/VAr phải được lắp đặt riêng rẽ với một mạch tử nghiệm từ nguồn năng lượng bên ngoài hoặc từ BI, BU thông qua các cổng thử đa cực được lắp đặt cho mục đích thử nghiệm. h. Bộ nghịch lưu tĩnh Biến đổi U DC (nguồn ác quy) thành nguồn AC phục vụ cho các thiết bị đo lương dùng AC Yêu cầu: S(VA), Uvào (DC), Ura(AC) ΔU(+-%), f(50+-Δf)Hz  tỷ lệ sóng hài % cho phép. eBook for You 7 III.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ (SO VỚI RƠLE CƠ) a) Nguyên lý xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu số, có nhiều điểm ưu việt: - Tốc độ xử lý nhanh, đảm bảo yêu cầu tác động nhanh. Hiện nay thời gian tác động của rowle ~ ½ chu kỳ (~ 10 ms)  tiến đến ¼ chu kỳ (5 ms) - Độ chính xác cao. Sai số thường do khâu đo các giá trị đầu vào. Sai số bé  hệ số an toàn, dự phòng có thể chọn thấp Độ nhạy của bảo vệ cao. - Đặc tính của bảo vệ rất đa dạng, đáp ứng được những yêu cầu khác nhau của mục đích bảo vệ  chất lượng bảo vệ tốt hơn (độ nhạy tăng, độ an toàn tăng). - Phạm vi điều chỉnh rất rộng, bước điều chỉnh rất bé  điều chỉnh chính xác, phạm vi rộng. b) Đa chức năng: kết hợp nhiều chức năng trong 1 bộ rơle +) Chức năng bảo vệ: BẢO VỆ chính + nhiều loại BẢO VỆ dự phòng. VD: Hợp bộ bảo vệ đường dây: BẢO VỆ chính: 21 hoặc 87 BẢO VỆ dự phòng: I>, 50, 51, 50N, 51N, 46 <U<, < f< +) Chức năng đo lường: I, U, P ,Q, cosϕ +) Chức năng tự động hóa: TĐL, HĐB, TCT, liên động +) Lưu trữ các số liệu ( vận hành bình thường, sự cố) { FR-Fault Recorder} +) Định vị sự cố {FR- Fault Locator}: % (L, vị trí cột > làm dễ dàng quá trình tìm kiếm và xử lý sự cố (sai số 2-3%) +) Chức năng tự kiểm tra và báo lỗi (phần mềm và phần cứng) vượt trội so với các thế hệ Rơle khác. - Cấu trúc theo module:  dễ kiểm tra, thử nghiệm, thay thế và sửa chữa Các Rơle chỉ khác biệt ở module 3 ( , p c   ) - Kết nối dơn giản( kết nối quang) - Kích thước được chuẩn hóa Chiều cao: H=const eBook for You 8 Chiều rộng L(3/4L; 1/2L;L/3;L/4 ): tùy theo độ phức tạp của Rơle lắp ráp và thay thế rất thuận tiện c) Rơle hợp bộ:  Chức năng BẢO VỆ: Protection Relays  Chức năng điều hành: Management Relays  Hệ thống bảo vệ và điều khiển: bằng máy tính eBook for You 9 IV. SỰ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐẶC TÍNH BẢO VỆ CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH *) Hoạt động của rơle khoảng cách: - Nguyên lý đo tổng trở đc dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay thiếu kích thích. Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường ( bằng thương số của điện áp chỗ đặt bảo vệ với dòng điện phụ tải) cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự c. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch. - Sử dụng trong bảo vệ tổng trở cực tiểu: - Tổng trở của đường dây tải điện AB được biểu diễn bằng vectơ Z D trên mặt phẳng phức. Độ nghiêng của véctơ tổng trở Z D so với trục hoành (điện trở tác dụng R) phụ thuộc vào tương quan giữa điện kháng của đường dây X D và điện trở tác dụng của đường dây R D : D D D X arctg( ) R ϕ = - Khi ngắn mạch trực tiếp xảy ra tại điểm N trên đường dây tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ: Z N = X N + R N eBook for You 10 - Trị số của tổng trở đo được sẽ giảm đột ngột, nhưng độ nghiêng của véctơ tổng trở không thay đổi. - Trường hợp ngắn mạch qua điện trở trung gian (thường là do điện trở của hồ quang R qd, phát sinh tại điểm ngắn mạch), tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ sẽ là: Z N’ = R N + jX N + R qd Tổng trở đo được có trị số lớn hơn nhưng góc nghiêng của véctơ tổng trở sẽ giảm đi. - Đối với bảo vệ khoảng cách làm việc không có thời gian, để tránh tác động nhầm khi có ngắn mạch ở đầu phần tử tiếp theo, tổng trở khởi động của bộ phận khoảng cách phải chọn bé hơn tổng trở của đường dây: Z kđ = K.Z D (k = 0,8÷0,85) có xét đến sai số của máy biến dòng điện, máy biến điện áp và một số ảnh hưởng gây sai số khác. Chọn ngưỡng khởi động: Z N < Z kd < Z bình thường Z <: t.động Z<: ko tác động (NM trên đd) eBook for You [...]... thập qua RTU thông qua mạng thông tin trung tâm điều độ *)Theo mức độ chi tiết thông tin có thể khác nhau: - Trạng thái thiết bị: MC(đóng –cắt), DCL nối đất, đường dây …thiết bị điều chỉnh và điều khiển - Lý lịch của từng thiết bị trong HTĐ: ngày đưa vào vận hành, lịch sử đại tu, sửa chữa, lần sửa chữa cuối cùng - Nhân viên điều hành: trực tiếp theo dõi  đưa các dữ liệu cần xử lý vào hệ thống máy tính... số hệ thống: eBook for You DSM: Quản lý nhu cầu (Demand Side Management) DTS: Dispathching Training System (Hệ thống huấn luyện…) GIS: Geographical Information System (Hệ thống thông tin địa lý) 4 BMS (Bussiness Mangement System) *Hệ thống quản lý kinh doanh Xu thế chung: Phi tập chung – Phi điều tiết - Phi tập trung: (Decentralisation) Tập trung → Độc quyền → Cửa quyền → Hậu quả xấu Tập trung Hệ thống. .. một số công trình điện lực mới xây dựng có thể triển khai sử dụng hệ thống EMS Thu nhận thông tin EMS Tính toán Ra quyết định trực tiếp điều khiển các đối tượng trong HTĐ Nhân viên điều hành: theo dõi, giám sát và chỉ can thiệp khi cần thiết( người giảm, máy tăng ) EMS đảm bảo tương thích giữa hệ điều hành và hệ thực hiện Phần cứng: thiết bị được chuẩn hoá Phần mềm: tiếng nói chung trong HT điểu khiển... THUẬT CÔNG NGHỆ SỐ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Trong quá trình phát triển HTĐ, HT điều khiển có những giai đoạn phát triển khác nhau: Ta có thể kể ra 4 giai đoạn chính phát triển ứng dụng kỹ thuật công nghệ số điều khiển HTĐ là: SCADA, EMS, DMS, BMS 1 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) SCADA (Thu thập và hiển thị các dữ liệu): thế hệ điện cơ  điện tử tương tự kỹ thuật số Thông tin dữ liệu... chế độ vận hành Chế độ phát và phân bố csuất giữa các tổ máy (NMĐ) trong HTĐ  phương thức huy động nguồn + Ngắn hạn: 15’, nửa giờ, ngày, tuần  phục vụ điều hành trong thời gian thực + Trung hạn: tháng, năm  phục vụ kế hoạch chuẩn bị nhiên liệu , kế hoạch sửa chữa thiết bị > dự báo kết hợp thông tin về thời tiết, khí hậu, thị trường… Trên thế giới hệ thống EMS (Hệ thống điều hành quá trình năng lượng)... lưới điện: - Tính phân bố (trào lưu) công suất trên lưới, điện áp các nút, tổn thất csuất, điện năng … - Tính ngắn mạch cập nhật trong quá trình phát triển và thay đổi cấu hình htđ Tính dòng và áp trên các phần tử , nút chủ yếu của lưới điện, kiểm tra khả năng chịu dòng NM của thiết bị , các phần tử trong HTĐ đề xuất nhu cầu thay thế - Tính ổn định của hệ thống điện: Xác định giới hạn -> độ dự trữ về. .. viên điều hành trực tiếp ra lệnh điều khiển Trên thế giới: từ những năm 1960 phát triển hệ SCADA kỹ thuật số, còn Vnam từ 1980 mới đưa SCADA kỹ thuật số vào áp dụng 2 EMS (Energy Management System) Các thông tin thu nhân được, được cung cấp trực tiếp cho hệ thông máy tính điều khiển Hệ thống máy tính đc trang bị các chương trình chuyên dụng để giải 2 bài toán vận hành chính: + Giải tích lưới điện +... cạnh tranh * Thị trường bán điện cạnh tranh * Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh Dẫn đến: • Tách phát điện khỏi lưới truyền tải và phân phối • Tách bán buôn khỏi truyền tải eBook for You • Tách bán lẻ khỏi phân phối 16 VI CÁC LOẠI KÊNH THÔNG TIN LIÊN LẠC 1 Hệ thống dây dẫn phụ Cáp đông 1 lõi, bọc cách điện, tiết diện S=2,5 – 6 mm2 sử dụng trong phạm vi NMĐ, TBA, Lmax=600-800m, f=50-60Hz Tiết diện dây... System) Distribution: → * Phân phối (Điện, năng lượng): 14 eBook for You Dự báo phụ tải ( ngắn hạn, trung hạn) + Chất lượng điện năng: U, ∆A, ∆P, bù, ĐTC… + Chỉ tiêu kinh tế → Quản lý vận hành + Quan hệ với khách hàng… + Hệ thống cung cấp điện “Tuyệt hảo” (Perfect Distribution System)→ Các thiết bị thông minh * Quản lý dữ liệu phân tán + Dữ liệu HTĐ: Nhiều lĩnh vực, ít liên quan nhau • Khảo sát: Địa chất,... trung Hệ thống điều tiết→ Quản lý Nhà nước.→ Đa dạng hóa sở hữu: Phi tập trung: Nhiều thành phần tham gia vào hoạt động điện lực - Phi điều tiết (Deregulation): → Giảm tác động quản lý Nhà nước đối với hoạt động sản xuất kinh doanh của nghành Điện 15 → Quá trình thị trường hóa: Ở Việt Nam: Quá trình thị trường hóa chia làm 3 cấp độ (giai đoạn) * Thị trường phát điện cạnh tranh * Thị trường bán điện cạnh . năng thất nhất - Điện áp các nút chính nằm trong giới hạn cho phép (cân bằng Q trong lưới điện) - Tần sô hệ thống nằm trong giới hạn cho phép (cân bằng P trong hệ thống) - Độ tin cậy cung cấp điện. các công suất dự phòng để lập lại CBCS trong hệ thống - Khôi phục việc cấp điện có các phụ tải (khu vực) đã bị sa thải theo tần số f (tự động đóng lại theo tần số TĐLf) - Lập lại cấu hình lưới. lô giấy in nhiệt (cho 2năm) e. Bộ chuyển đổi công suất P/công suất Q (MW/MVAr): mỗi bộ chuyển đổi MW/MVAr phải lắp đặp trong cùng hộp, kiểu 3 pha, 3 dây, 2 thành phần, phải được thiết kế cho mục