Phân tích, đánh giá rơle GE l90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kv ba đồn thành phố đồng hới

Vi c sử dụng mô hình mô phỏng sẽ giúp cho nhân viên vận hành áp dụng thực tế phục vụ công tác kiểm tra thông số ặt, phân tích và nghiên cứu sự làm vi c củ ơle ở các chế ộ vận hành ồng th

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm H c li u và Truyề T Đ i h c Bách khoa

Đ i h c Đ Nẵng

- T v Đ , T Đ i h c Bách khoa

Đ i h Đ Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đ ă l một nhu cầu không thể thiế i sống

xã hội hi n nay Vi c s n xuất, truyền t i ph i tr i qua nhiều khâu, nhiề n nên không thể tránh khỏi những sự cố ỏ Để

m b o s n l ng và chấ l ă cần thiế , ă ộ tin cậy cung cấp n cho phụ t v m b o sự làm vi c ổ ịnh trong toàn h thống cần ph i sử dụng những thiết bị b o v và tự ộng hoá Trong các thiết bị y, ơle o v là thiết bị ó v ò hết sức quan tr ng

Ngày nay, v i sự phát triể v t bậc của khoa h c ĩ ật,

á ã ã s n xuất ra nhiều thiết bị ơle y i, tích

h p nhiều chứ ă v ộ í xá ơ ê v c nghiên cứu tính toán chỉ ịnh và mô phỏ ặc tính ho ộng củ ơle ể

áp dụng trong vận hành là vấ ề cấp thiết góp phầ m b o an toàn h thố n

T ê l n truyền t i, sự cố ê ng dây chiếm 60÷70% nên vấ ề b o v ơle ng dây truyền t ó v ò ặc bi t quan tr ng nhằm gi m thiể ến mức thấp nhất các thi t h i do sự cố

ây s , m b o cung cấp ầy ủ, liên tục cho phụ

t v ă l ng

Trong những chứ ă o v , chứ ă s l ch d c là một

b o v chính bắt buộc ph i có do th á ộng nhanh, có thể tác ộng v i m i d ng ngắn m v m b o tính ch n l c tuy ối

Hi n nay, Truyền t n Qu B sử dụ ơle E

90 ể làm b o v so l ch d c ây 0 V B Đồn – thành phố Đồng H Rơle E 90 l một trong nhữ ơle b o v

m , c áp dụng rộng rãi trong h thố n, tài li

ầy ủ và chủ yếu bằng tiế ê ây ó ă â v ê vận hành Trong nhữ ăm ầ ây, xá s ất sự cố t i Truyền t i

n Qu B ơ ối l n, vì vậy ể â ộ tin cậy cung cấp v ă lực qu n lý vận hành cần nghiên cứu mộ á ầy

ủ về lo ơle y

V i những lý do trên, tác gi ã ề “ â í , á

á ơle E 90 o v so l ch d ây 0 V B Đồn – thành phố Đồng H ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, tính toán chỉ ịnh và mô phỏ ặc tính ho t ộng củ ơle o v so l ch d ây 0 V B Đồn – thành phố Đồng H i nhằm nắm õ ặc tính ho ộ v sơ ồ logic của ơle ĩ ật số ồng th i tính toán một số ng h p sự cố trên

ây ể mô phỏng sự làm vi c củ ơle b o v so l ch ĩ ật

số

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

p â í , ánh giá b o v

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Một số lý thuyết về tính toán ngắn m ch, lý thuyết về b o v ơle thố , ặc bi t là lý thuyết về b o v so l ch d c

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Rơle E 90 l một trong nhữ ơle o v so l ch d c

ng dây m v sử dụng trong h thố n những

ăm ầ ây ê ững nghiên cứu về ơle y ều, nhất là

vi c áp dụng Matlab/Simulink mô phỏ ặc tính của b o v ể phân

í , á á ộng củ ơle, ừ ó ực hi n chỉ ị ơle phù h p

Vi c sử dụng mô hình mô phỏng sẽ giúp cho nhân viên vận hành áp dụng thực tế phục vụ công tác kiểm tra thông số ặt, phân tích và nghiên cứu sự làm vi c củ ơle ở các chế ộ vận hành ồng th ũ áp ứng phục vụ công tác vận hành, xử lý sự cố

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 1.1 Các đặc điểm của lưới điện truyền tải

1.1.1 Tình hình sự cố trên lưới điện truyền tải

H thống truyền t n quốc gia do Tổng công ty Truyền t i

n Quốc gia (EVNNPT) qu n lý vận hành có tổng số 24.365 km

ng dây; 140 tr m biến áp v i tổ l ng máy biến áp là 77.613 MVA V i h thố ng dây truyền t i tr i dài và qua nhiề ị ó ịa hình phức t p nên sự cố ê ng dây chiếm 60÷70% tổng số sự cố ê l n truyền t i Do vậy, vấ ề b o

v ơle ây ó v ò ặc bi t quan tr ng nhằm gi m thiể ến mức thấp nhất các thi t h i do sự cố ng dây sinh ra,

m b o cung cấp ầy ủ, liên tục cho phụ t v ă

l ng

1.1.2 Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền

tải

1.1.2.1 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV

1.1.2.2 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV

1.2 Các chức năng bảo vệ chính cho đường dây truyền tải điện cao áp

1.2.1 Bảo vệ khoảng cách

1.2.1.1 Sơ đồ logic

1.2.1.2 Công thức chỉnh định

1.2.1.3 Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách

1.2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách

1.2.2 Bảo vệ so lệch

1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch

1.2.2.2 Đặc tính làm việc của bảo vệ

1.2.2.3 Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch

1.2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ so lệch

1.3 Kết luận

T ơ á ã i thi u tổng quan về l i truyền

t n do Tổng công ty Truyền t n Quốc gia (EVNNPT) qu n

lý, ồng th i tìm hiểu tình hình sự cố và các yêu cầu trang bị h thố ơle o v ng dây truyền t n

Cũ ơ , á ã ê l sơ ồ yê lý, ặc tính làm vi c, các yếu tố ởng t i hai nguyên lý b o v chính

ng dây d n là b o v kho ng cách và b o v so l ch

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90 BẢO

VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN –

ĐỒNG HỚI 2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây

ơ ồ ấu nố ây 0 V B Đồn - Đồng H c thể

hi hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - Đồng Hới

2.2 Tính toán ngắn mạch đường dây

Dòng ngắn m ch từ Đồng H i (A) Ngắn m ch ngoài t i thanh

Bảng 2.3 Dòng điện ngắn mạch một pha

Đ ểm ngắn m ch

Dòng ngắn m ch

từ B Đồn (A)

Dòng ngắn m ch từ Đồng H i (A) Ngắn m ch ngoài t i thanh

Bình th ng, tổng của các dòng phức trong một pha từ tất c

á ầ ng dây bằng 0 Một sự cố c phát hi n cho một pha khi tổng các dòng pha từ mỗ ầu cuố p ó ằm ngoài vùng hãm củ p ó

Dòng so l ch bằng tổng của các dòng t i chỗ và từ xa Phần thự c thể hi s

Hình 2.3 Mô tả đặc tính tác động của rơle GE L90

Hình 2.4 cho thấy y ổi các giá trị ặt sẽ ở ến vùng hãm Tă p ầ ăm ộ dố l m ă ều rộng của vùng hãm

Đặc tính hãm bao gồm hai vùng, vùng hãm và vùng ho ộng Khi có sự cố, ểm làm vi c sẽ di chuyển sang vùng ho ộng, nếu

ểm làm vi c nằm trong vùng ho ộ ơle sẽ q yế ịnh TRIP

Theo [9], quyế ịnh cắt theo nguyên lý so l ch dựa trên tỉ số dòng so l ch và dòng hãm Nếu tỉ số này l ơ q yế ịnh cắt sẽ

c thực thi

Hình 2.4 Sự thay đổi vùng hãm khi thay đổi các giá trị chỉnh định

2.3.5 Sơ đồ logic của bảo vệ so lệch

ơ ồ logic của chứ ă b o v so l c trình bày trong phụ lục 1

2.3.6 Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ so lệch dòng điện

CURRENT DIFF SIGNAL SOURCE 1

CURRENT DIFF PICKUP (0.1:0.01:4pu)

CURRENT DIFF RESTRAINT 1 (1:1:50%)

CURRENT DIFF RESTRAINT 2 (1:1:70%)

CURRENT DIFF BREAK POINT (0:0.1:20pu)

Dự v ng d c cung cấp trong tài li u củ ơle, á

gi á á ị chỉ ịnh cho chứ ă s l ch b ng 2.4

Bảng 2.4 Thông số chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch

2.4.2 Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ khoảng cách

2.4.2.1 Cài đặt chung cho bảo vệ khoảng cách

2.4.2.2 Cài đặt chức năng khoảng cách pha - pha (21)

2.4.2.3 Cài đặt chức năng khoảng cách pha - đất (21G)

Đồng th i trong ơ , á tập trung tìm hiểu các

ặc tính của chứ ă o v so l ch và b o v kho ng cách ơle E 90 về nguyên lý ho ộng, các chứ ă o v và các giá trị ặt củ ơle

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L CỦA RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG

HỚI TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK 3.1 Tổng quan về Matlab/Simulink

3.1.1 Matlab

3.1.2 Simulink

3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng rơle GE L90

3.2.1 Thông số của mô hình

Bảng 3.1 Thông số nguồn điện

l ch d ây ( 3 ) v sơ ồ logic b o v dòng so l ch của ơle E 90, l ậ vă sử dụng các khố í á v n Simulink kết h p v i M-file bằng các khối S-F ể thiết kế các

m ch tính toán của khối b o v so l ch ơle E 90

Hình 3.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch dọc đường dây

ơle E 90 o v so l ch d ng dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng H c xây dự 3

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường

dây

3.2.3 Xây dựng khối nguyên lý làm việc của rơle so lệch GE L90 Khối tín hiệu dòng

Khối tín hi n dòng n á p c thể hi 3 5

Hình 3.5 Khối tín hiệu dòng các pha

Khối tính toán giá trị so lệch

Mô hình tính toán dòng so l ch cho từ p c thể hi n 3.6

Hình 3.6 Khối tính toán dòng so lệch bình phương cho từng pha

Khối xác định giá trị hãm

Mô hình tính toán dòng hãm t i chỗ c thể hi 3.7, 3.8 và 3.9

Hình 3.7 Sơ đồ khối tính toán dòng hãm bình phương cho từng pha

Hình 3.8 Sơ đồ khối tính dòng hãm khi (I LOC_TRAD ) 2 < BP 2

Hình 3.9 Sơ đồ khối tính dòng hãm khi (I LOC_TRAD ) 2 > BP 2

Khối xử lý logic theo đặc tính thích nghi

Cấu t o của của khối tính toán cắt cho mộ p c thể hi n 3.10 Đầu ra TRIP từng pha hi u lực (giá trị lên 1) khi tỉ số dòng so l ch trên dòng hãm l ơ

Hình 3.10 Sơ đồ khối tính toán cắt một pha

Tín hi u TRIP chung sẽ có giá trị lên 1 khi một trong các giá trị TRIP A hoặc TRIP B hoặc TRIP C có giá trị lên 1 (thể hi hình 3.11)

Hình 3.11 Sơ đồ đưa ra lệnh cắt chung của rơle

Từ các khối xây dựng trên ta liên kết l i thành khối ơle F87 – E 90 3 v i các tín hi ầu vào và các tín hi ầu

ể thực hi n mô phỏng sự ho ộng củ ơle

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây

sử dụng rơle GE L90

3.3 Áp dụng mô hình mô phỏng để phân tích sự làm việc của rơle

3.3.1 Chế độ làm việc bình thường

Hình 3.14 thể hi ặc tính hãm củ ơle Ở chế ộ làm vi c , y ổi giá trị của phụ t , ểm làm vi c luôn nằm trong vùng hãm

Hình 3.14 Đặc tính hãm của rơle GE L90 trong chế độ làm việc

so l ch F87L của L90, kết qu l TR c thể hi 3.18(d)

Hình 3.17 Đặc tính hãm của rơle khi ngắn mạch một pha trong vùng

bảo vệ

Hình 3.18 Giá trị dòng so lệch, dòng hãm và quyết định TRIP khi

ngắn mạch trong vùng bảo vệ

3.3.3 Sự cố một pha ngoài vùng bảo vệ

Đặc tính hãm khi ngắn m ch một pha ngoài vùng b o v c thể hi 3 Ta thấy, khi sự cố ngắn m ch ngoài vùng b o

v , ểm làm vi c của h thống di chuyển trong vùng hãm của b o v

hãm các pha B, C có sự y ổ v c thể hi 3 3( ,

b, c)

Theo Hình 3.23(a, b, c) ta thấy rằng dòng so l v t

q á ò ãm ê ơle x ất l ch cắt máy cắ 3.23(d)

Hình 3.23 Các giá trị tính toán dòng so lệch, dòng hãm và quyết

định TRIP khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ

3.4 So sánh, phân tích đánh giá

Kết qu ơ m p ỏng ở các chế ộ ngắn m

ấy ơle E 90 o v so l ch d ây 0 V B Đồn – thành phố Đồng H i làm vi m ộ ậy v í l

tế củ ơle, ết h p sử dụng công cụ Matlab/Simulink tác gi ã xây

dự c mô hình mô phỏng nguyên lý làm vi c củ ơle GE L90

b o v so l ch d ng dây 220kV B Đồn – thành phố Đồng H i

ê ơ sở sơ ồ p ơ ức b o v F87L củ ng dây này

Cũ ơ 3, á ã ến hành mô phỏng v i các

ng h p làm vi ng, sự cố trong vùng b o v và sự cố ngoài vùng b o v Trong m ng h p, ơle á ộ ú e yêu cầu b o v Cá ng h p làm vi ng và sự cố ngoài vùng b o v , giá trị so l ch nhỏ ơ giá trị hãm, ơle á ộng

Cá ng h p sự cố trong vùng b o v , giá trị so l v t ỡng giá trị ãm, ơle í á ộng máy cắt

Kết qu mô phỏng cho thấy các thông số chỉ ịnh sử dụng ơ 2 l ú ắ , m b o h thống ho t ộng tin cậy, chính xác

T i Vi N m, ơle s l ng dây k thuật số c sử dụng trong h thố n từ nhiề ăm q , ặc bi t tập trung nhiều

Trong nội dung luậ vă , á ã ến hành tìm hiểu, mô phỏ ặc tính ho ộng củ ơle GE L90 b o v so l ch d ng

ây 0 V B Đồn – thành phố Đồng H i bằng phần mềm Matlab/Simulink nhằm p â í , á á sự làm vi c củ ơle y Rơle E 90 c tích h p nhiều chứ ă o v , vi c mô phỏng tất c các chứ ă o v ò ỏi nhiều thuật toán phức t p Vì vậy, luậ vă ỉ nghiên cứu mô phỏng chứ ă o v chính là so

l ò n

T ơle E 90 á xá ịnh vùng cắt v c sử dụng

ơ ự p ơ p áp yền thống dự ê ặc tính hãm Tuy nhiên

q á xá ịnh vùng cắt dựa vào hình h c sẽ phức t p ơ vậy ơle E 90 một cách tính toán tích cự ựa trên

tỉ số dòng so l ch và dòng hãm V p ơ p áp y, q á í

á xá ịnh sự cố sẽ nhanh chóng và chính xác song v m b o

ộ , ộ tin cậy v ộ nh y cao

Kết qu nghiên cứu và mô phỏng trong luậ vă p ù p v i thực tế ơle GE L90 b o v so l ch d ng dây 220kV B Đồn – thành phố Đồng H i, cho thấy ơle y l m v c tin cậy và các thông

Hướng phát triển của đề tài

V i cách thức xây dựng mô hình mô phỏng logic làm vi c của ơle ằ l / m l ể xem xét ho ộng củ ơle ối v i các

d ng sự cố, ây l i pháp tố ể nghiên cứ , p â í á á sự làm vi c củ ơle thống b o v V ều ki n th i gian và kiến thức có h n, nên luậ vă ỉ m i dừng l i mứ ộ xây dựng h

p ơ v xá ịnh các thuật toán b o v so l ò n ồng th i gi i thi sơ q về chứ ă ng cách theo [9] Để phát triể ề tài cần tiến hành nghiên cứu và mô phỏng các chức

nă o v á ó ơle E 90 ứ ă o v kho ng cách (F21/21N); chứ ă ố ộng công suất (F68), các chứ ă o v quá dòng (F50/51, F50/51N, F67/67N), ồng

th i nghiên cứu sự ởng của ộ trễ trong vi c truyền dữ li u

giữ á ơle E 90 v i nhau