Phân tích chức năng và các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle số bảo vệ so lệch MBA

Vì vậy việc nghiên cứu chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp và các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra với máy biến áp là rất cần thiết.. Đây cũng chính là lý do để học v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG QUỐC TRUNG

PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA

RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Phản biện 1: PGS.TS Đinh Thành Việt

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào

ngày 13 tháng 5 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong hệ thống điện, máy biến áp và hệ thống bảo vệ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, nó đóng góp một phần rất lớn trong việc đảm bảo an toàn cung cấp điện, trong đó bảo vệ so lệch MBA là một trong những bảo vệ chính Sự làm việc tin cậy của bảo vệ so lệch MBA giúp phát hiện sớm và cô lập các sự cố một cách nhanh chóng, giúp duy trì tình trạng vận hành an toàn cho hệ thống

Với vai trò quan trọng truyền tải công suất giữa nguồn và phụ tải, các hư hỏng trong máy biến áp lực sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng đến hộ tiêu thụ Vì vậy việc nghiên cứu chức năng bảo

vệ so lệch máy biến áp và các tình trạng làm việc không bình thường,

sự cố xảy ra với máy biến áp là rất cần thiết Để bảo vệ cho máy biến

áp làm việc an toàn, cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố gây hư hỏng bên trong và các yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng đến đặc tính làm việc bình thường của bảo vệ so lệch máy biến áp Từ đó đề ra phương án bảo vệ, loại trừ các hư hỏng và sự cố không mong muốn

Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle so lệch máy biến áp kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây Các nhà sản xuất đã cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm giảm sự tác động không mong muốn Tuy nhiên, nhiều sự cố tác động không đúng của bảo vệ so lệch máy biến áp và bảo vệ so lệch hạn chế REF như khi sự cố ngắn mạch ngoài, đóng điện xung kích máy biến áp, hoặc do lỗi cài đặt cấu hình, các lỗi TU, TI đã gây nên mất điện hệ thống, ảnh hưởng đến công tác vận hành và thời gian khôi phục sự cố

Với yêu cầu đặt ra như trên nên cần có sự nghiên cứu sâu sắc

về rơle bảo vệ so lệch kỹ thuật số MBA Đây cũng chính là lý do để

học viên chọn đề tài “Phân tích chức năng và các yếu tố ảnh hưởng

đến đặc tính làm việc của rơ le số bảo vệ so lệch MBA”

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp của các hãng ABB, SEL, SIEMENS, AREVA, TOSHIBA… được sử dụng phổ biến trên các lưới truyền tải cao áp có cấp điện áp từ 110kV đến 500kV thuộc khu vực miền Trung và Tây Nguyên

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống hóa về lý thuyết và các nghiên cứu, đánh giá chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp

- Phân tích các sự cố thường gặp trong máy biến áp

- Mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch máy biến áp

- Mô hình hóa các thành phần trong máy biến áp, các loại sự

cố của các phần tử trong máy biến áp và phân tích sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch máy biến áp

- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Mục tiêu: Phân tích và mô phỏng yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp

+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, tác động đến đặc tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch MBA và các giải pháp mà các hãng sản xuất rơ le hiện nay đang áp dụng

+ Mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch MBA và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơ le (Matlab-Simulink)

+ Thí nghiệm, mô phỏng áp dụng cho trạm biến áp 110kV Phù Cát và đưa ra ý kiến áp dụng cho các trạm khác

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù trạm biến áp với hệ thống bảo vệ so lệch đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua nhưng với việc nghiên cứu một cách cụ thể, có

hệ thống sẽ giúp người vận hành đánh giá, phân tích sự cố và các hư hỏng trong máy biến áp một cách chính xác hơn

Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài đã giải quyết được một khối lượng lớn công việc cho nhân viên thí nghiệm khi kiểm định, phân tích sự

cố rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp, giúp rút ngắn thời gian và tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục Đồng thời cung cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

5 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, phụ lục và tài liệu tham khảo, luận án có 4 chương

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MBA

1.1 MỞ ĐẦU

1.2 CÁC DẠNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP ĐỐI VỚI MBA

1.2.1 Sự cố bên trong MBA

1.2.2 Sự cố bên ngoài MBA

1.3 CÁC LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG CHO MBA

1.3.1 Bảo vệ nội bộ MBA

1.3.2 Bảo vệ điện chính trong MBA

1.3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA

1.3.4 Nguyên lý làm việc của chức năng so lệch MBA 1.4 TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA 1.4.1 Các loại rơ le số bảo vệ MBA thường dùng

Hiện nay, hệ thống điện khu vực miền Trung thường sử dụng

rơ le số bảo vệ MBA của các hãng như 7UTx của hãng Siemens, RET6x của hãng ABB, P63x của hãng Areva, Sel387, 487, 787 của hãng Sel và GRT của hãng Toshiba, ngoài ra còn có một số rơ le khác của các hãng GE và Trung Quốc Đây là các rơ le số hiện đại nhất của các hãng này với đầy đủ các chức năng được tích hợp Ưu điểm lớn nhất của các loại rơ le số này so với các loại rơ le truyền thống trước đây là khả năng tích hợp được nhiều chức năng bảo vệ, trao đổi và xử lý thông tin với khối lượng lớn, tốc độ xử lý cao, làm tăng độ nhạy, độ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng được các tính năng bảo vệ

1.4.2 Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc của rơle số 1.4.3 Cài đặt, cấu hình đưa rơle vào vận hành

Hiện nay, rơ le so lệch kỹ thuật số MBA đang ngày càng hoàn thiện với nhiều chủng loại của các hãng khác nhau cộng với sự phức tạp trong phối hợp cài đặt làm việc, vì vậy đòi hỏi cần có sự nghiên cứu thật

kỹ lưỡng để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống được an toàn

CHƯƠNG 2

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC

CỦA RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA

vệ so lệch MBA Việc xem xét ảnh hưởng của dòng từ hóa khi đóng điện xung kích MBA tạo điều kiện lựa chọn thông số thích hợp để cài đặt chỉnh định cho rơ le bảo vệ đồng thời phân tích sự cố trong rơ le một cách chính xác

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ TI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA

2.3.1 Sai số TI

Nhận xét: Đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA, TI đóng

một vai trò rất quan trọng Sai số trong TI các phía vào rơ le và ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa TI sẽ làm bảo vệ tác động sai Vì vậy, cần phải sử dụng các vật liệu sắt từ chất lượng tốt để cải thiện đặc tính từ hóa TI, đồng thời ngoài công tác kiểm tra sai số TI trong mạch

đo đếm bảo vệ và kiểm tra mạch nhị thứ đảm bảo theo yêu cầu thiết

kế thì chúng ta cần phải chú ý đến sai số chúng làm việc ở tải thực tế, yêu cầu công tác kiểm định và kiểm tra sai số TI định kỳ hằng năm cần được chú trọng hơn và cần có những giải pháp để giảm thiểu sai

số hiệu quả hơn nữa Muốn giảm sai số đầu ra TI nhỏ cần phải tăng chi phí để chế tạo và sử dụng các giải pháp mới như trình bày trong mục 2.3.2 dưới đây

2.3.2 Ứng dụng TI công nghệ mới (MOCT–Magneto Optical Current Transducer)

TI công nghệ mới (MOCT) không sử dụng lõi thép và làm việc theo nguyên tắc quang – từ giúp hạn chế được những vấn đề liên quan tới sai số biến dòng Các TI này sử dụng các hiệu ứng của luật Faraday để đưa ra các giá trị dòng chính xác cao mà không bị ảnh hưởng của bão hòa biến dòng Tín hiệu từ các TI này sẽ được gửi qua

bộ trộn tín hiệu (MU) cho phép chuyển đổi tín hiệu sang tín hiệu số

và gửi tới rơ le bảo vệ theo các chuẩn giao thức truyền thông với tốc

độ xử lý cao

Nhận xét: Sự phát triển của các thiết bị MOCT được triển khai

tại các trạm tự động hóa đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong thời gian gần đây Đặc điểm nổi bật của công nghệ mới này đã mang lại những đóng góp quan trọng và ưu điểm hơn hẳn so với các loại TI

truyền thống Vì thế MOCT nên được đề nghị áp dụng với các rơ le

kỹ thuật số, hệ thống đo lường kỹ thuật số hoặc thiết bị đo lường điện năng nhằm thu thập thông tin đo lường một cách chính xác

Hình 2.22 Ứng dụng MOCT trong các trạm tự động hóa

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE BẢO VỆ SO LỆCH MBA 2.4.1 Bộ điều áp dưới tải (OLTC)

2.4.2 Ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải đến đặc tính so lệch MBA

- Việc xem xét ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải tạo điều kiện cho việc tính toán các giá trị cài đặt phù hợp cho đặc tính bảo vệ so lệch MBA và sẽ tránh hiện tượng tác động nhầm của bảo vệ

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ TỰ KHÔNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE SO LỆCH MBA

2.5.1 Dòng thứ tự không

2.5.2 Ảnh hưởng của dòng thứ tự không đến đặc tính bảo

vệ so lệch MBA

2.5.3 Nhận xét

Bảo vệ so lệch MBA sẽ hoạt động không đúng đối với các sự

cố chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ trong trường hợp dòng thứ tự không chỉ chảy trong 1 phía của máy biến áp Trường hợp này xảy ra khi dòng thứ tự không không được biến đổi đúng đến phía còn lại như trong các máy biến áp có tổ đấu dây Yd hoặc Dy và cuộn tam giác của máy biến áp được nối đất qua một máy biến áp đất được đặt trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp Vì vậy, để đảm bảo cho bảo vệ so lệch MBA làm việc đúng đối với các sự cố chạm đất trong các trường hợp trên, yêu cầu phải khử dòng thứ tự không trước khi đưa vào tính toán dòng so lệch của bảo vệ

2.6 KẾT LUẬN

Với yêu cầu ngày càng phức tạp trong vận hành lưới điện hiện nay đặc biệt với thiết bị truyền tải quan trọng như MBA thì khả năng đảm bảo vận hành liên tục, hạn chế tối thiểu xác suất xảy ra sự cố luôn được quan tâm Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch MBA như ảnh hưởng của dòng từ hóa quá độ khi đóng điện xung kích MBA, ảnh hưởng của sai số TI, ảnh hưởng của

bộ điều áp dưới tải, ảnh hưởng của dòng thứ tự không sẽ giúp hiểu sâu hơn về chức năng bảo vệ so lệch và góp phần quan trọng trong công tác phân tích sự cố trong MBA và hệ thống điện Đồng thời làm

cơ sở cho những đánh giá về các giải pháp nhằm đảm bảo độ tin cậy cho sự làm việc của rơ le ở chương tiếp theo

CHƯƠNG 3

CÁC GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY LÀM VIỆC

RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA

3.2.2 Phân tích dạng sóng của dòng so lệch MBA

3.2.3 Tăng giá trị khởi động của chức năng bảo vệ so lệch khi đóng điện trở lại MBA

so lệch và tăng giá trị khởi động khi đóng điện trở lại MBA

3.3 GIẢI PHÁP ĐỂ CẢI THIỆN SAI SỐ TI VÀ BÃO HÒA TI 3.3.1 Giải pháp nhằm hạn chế các lỗi trong mạch dòng nhị thứ vào rơ le

Nhận xét: Đa số giải pháp của các hãng đều phát hiện một cách

tin cậy các lỗi trong mạch nhị thứ TI vào rơ le Tuy nhiên, các giải pháp của các hãng ABB, Schneider, Siemens, Nari lại cho thấy được

sự tin cậy hơn so với giải pháp của hãng SEL, Toshiba do đặc tính của các hãng Sel, Toshiba chưa phân biệt được một cách rõ ràng giữa các lỗi trong mạch TI và sự cố bên trong MBA khi dòng so lệch sinh

ra do lỗi TI lớn hơn ngưỡng so lệch Idiff>

3.3.2 Sử dụng đặc tính hãm

3.3.3 Giải pháp hạn chế bão hòa TI

+ Hãng sản xuất rơ le Siemens, Nari

+ Hãng sản xuất rơ le Schneider

+ Hãng sản xuất rơ le ABB

+ Hãng sản xuất rơ le SEL

+ Hãng sản xuất rơ le Toshiba

Nhận xét: Qua phân tích các giải pháp mà các hãng sản xuất

rơ le đã đưa ra ở trên, ta thấy rằng hầu như các hãng đã tập trung phát triển rất kỹ các giải pháp nhằm đảm bảo rơ le làm việc ổn định khi xảy ra bão hòa TI

3.4 GIẢI PHÁP CẢI THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ

TỰ KHÔNG TRONG DÒNG SO LỆCH MBA

Việc thực hiện khử dòng thứ tự không được thực hiện qua ma trận hệ số

Bất lợi của phương pháp khử dòng thứ tự không trong trường hợp này là bảo vệ trở nên ít nhạy hơn đối với các sự cố chạm đất bên trong vùng bảo vệ Vì vậy việc khử là thường được bỏ qua trong trường hợp điểm Y không nối đất Tuy nhiên mục đích của phương pháp này là nhằm giảm ảnh hưởng của dòng thứ tự không đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA pha, còn đối với các sự cố chạm đất bên trong vùng bảo vệ thì sẽ được bảo vệ so lệch chạm đất hạn chế phát hiện và cô lập 1 cách chính xác

3.5 GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE BẢO VỆ

SO LỆCH MBA

3.5.1 Giải pháp hạn chế ảnh hưởng của bộ điều áp mà hãng ABB sử dụng

3.5.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ Siemens và các hãng khác 3.5.3 Nhận xét

Qua phân tích ở trên ta thấy rằng hãng ABB cho thấy sự hạn chế hiệu quả nhất đối với ảnh hưởng của bộ điều áp gây ra đối với chức năng so lệch MBA Do trong thực tế vận hành, việc điều chỉnh đầu phân áp lệch ra khỏi giá trị định mức là không lớn nên ảnh hưởng của bộ điều áp lên đặc tính bảo vệ so lệch MBA cũng không nhiều

Vì vậy nên các hãng sản xuất rơ le cũng chưa phát triển nhiều đối với các giải pháp nhằm cải thiện ảnh hưởng của bộ điều áp đến đặc tính làm việc của rơ le so lệch MBA

3.6 KẾT LUẬN

Hiện nay, đi kèm với sự phát triển nhanh chóng của các trạm biến áp trong hệ thống điện là sự gia tăng không ngừng các loại rơ le bảo vệ so lệch MBA cả về số lượng và chủng loại Tuy nhiên vẫn chưa có một phân tích, tổng hợp cụ thể nào giữa các giải pháp nhằm đảm bảo sự làm việc tin cậy của rơ le so lệch MBA mà các hãng sản xuất đưa ra Do đó, việc phân tích và tổng hợp các phương pháp như luận án đã trình bày góp phần đưa ra một số kiến nghị để áp dụng vào thực tế trên lưới điện một cách có hiệu quả hơn

4.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch MBA

Mô hình mô phỏng được sử dụng trong luận văn là phần MBA T2 của trạm biến áp 110 kV Phù Cát với các thiết bị điện chính như sau:

- MBA T2: điện áp 110 ± 9x1,78%/35/22 kV, công suất 25 MVA, điều chỉnh điện áp tự động dưới tải phía 110 kV, tổ đấu dây YNdyn-11-12

- Máy cắt

- Biến dòng điện 110kV có tỉ số biến 200/1

- Biến dòng điện 35kV có tỉ số biến 600/1

- Biến dòng điện 22 kV có tỉ số biến 1000/1

- Thanh cái 35kV

- Thanh các 22kV

Hình 4.1 Sơ đồ tổng thể mô phỏng rơle bảo vệ so lệch máy biến áp

Từ sơ đồ nguyên lý bảo vệ MBA T2 của trạm 110kV Phù Cát, tác giả sử dụng các phần tử trong thư viện Simpowersystem và thư viện simulink để xây dựng mô hình mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch MBA Trong đó các phần tử được sử dụng để thay thế trong mô hình

mô phỏng gồm có: máy phát điện đồng bộ, máy biến áp, máy cắt 3 pha, biến dòng điện 3 pha, tải 3 pha và một số thiết bị phụ khác

Three-Phase Source (Khối máy phát điện)

Three Phase-Parallel RLC Load (Khối tải 3 pha)

Three-Phase Breaker (Khối máy cắt 3 pha)

Current Measurement (Khối đo lường dòng điện)

Three-Phase Transformer (Three Windings) (Khối máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây)

Three-Phase Fault (Khối sự cố 3 pha)

Multimeter (Khối đo lường đa chức năng)

Scope (Đồng hồ đo lường analog)

4.3.2 Xây dựng khối nguyên lý làm việc của rơ le so lệch máy biến áp

Từ sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch máy biến áp và nguyên tắc tính toán của rơle 7UT633, sử dụng các khối tính toán trong thư viện Simulink kết hợp với M-file bằng các khối S-Function để thiết

kế các mạch tính toán của khối bảo vệ so lệch

- Bộ cài đặt thông số bảo vệ rơle: trong chương trình này

người dùng có thể cài đặt các thông số chỉnh định của bảo vệ so lệch, ngoài ra còn có khai báo tổ đấu dây MBA, nối đất của cuộn dây

Khối hạn chế dòng thứ tự không

Khối bù tổ đấu dây MBA

Khối xử lý mạch dòng 3 pha 3 phía MBA

Khối tính toán giá trị dòng so lệch và dòng hãm