Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ cơ điện cho nhà máy thủy điện đồng nai 3

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - HỒ SĨ HƢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ CƠ - ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - HỒ SĨ HƢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ CƠ - ĐIỆN CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện : 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGÔ VĂN DƢỠNG Đà Nẵng - năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, Trong luận văn có sử dụng số nội dung dịch từ tài liệu Bảo vệ rơle nhà máy, tài liệu hướng dẫn sử dụng nhà chế tạo, đơn vị cung cấp thiết bị Các giải pháp đề xuất nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ điện nhà máy trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Hồ Sĩ Hƣng ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Tên đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 1.1 Vị trí địa lý nhà máy Thủy điện Đồng Nai 1.2 Đặc điểm cấu tạo 1.3 Nguyên lý hoạt động 1.4 Bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện đồng Nai 1.4.1 Bảo vệ phần máy phát bao gồm bảo vệ phần sau: 1.4.2 Bảo vệ phần điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3: 10 1.5 Kết luận 13 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG BẢO VỆ PHẦN CƠ 14 2.1 Bảo vệ gối trục 14 2.1.1 Bảo vệ ổ đỡ/ổ hướng 14 2.1.2 Bảo vệ gối 15 2.1.3 Bảo vệ gối Tuabin 15 2.2 Bảo vệ vượt tốc 16 2.3 Bảo vệ hệ thống dầu áp lực 17 2.3.1 hức 17 2.3.2 Thông số kỹ thuật 17 2.3.3 Nguyên l làm việc 18 2.3.4 Các thiết bị giám sát 18 2.4 Bảo vệ hệ thống nước làm mát 18 2.4.1 Chức 18 2.4.2 Thiết bị giám sát 18 2.5 Bảo vệ nhiệt độ tăng cao máy phát: 19 2.5.1 Nhiệt độ Stator 19 2.5.2 Nhiệt độ gió làm mát 19 iii 2.6 Bảo vệ nhiệt độ tăng cao máy biến áp 19 2.6.1 Bảo vệ nhiệt độ dầu MBA (26O) 19 2.6.2 Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây MBA (26W): 20 2.6.3 Bảo vệ áp xuất dầu tăng cao (63): 20 2.6.4 Bảo vệ rơle (96): 20 2.6.5 Bảo vệ mức dầu MBA (71): 21 2.7 Đánh giá trạng bảo vệ phần nhà máy Thủy điện Đồng Nai 23 2.8 Kết luận 25 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG BẢO VỆ PHẦN ĐIỆN 26 3.1 Bảo vệ máy phát – Máy biến 26 3.1.1 Tổng quan hệ thống bảo vệ phần điện máy phát – máy biến thế: 26 3.1.2 Nguyên lý hoạt động chức bảo vệ: 27 3.2 Bảo vệ đường dây trạm phân phối: 63 3.3.1 Tổng quan hệ thống bảo vệ đường dây: 63 3.3.2 Các chức bảo vệ đường dây: 64 3.3 Đánh giá trạng bảo vệ phần điện: 86 3.4 Kết luận: 87 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ CƠ ĐIỆN 89 4.1 Giải pháp cho hệ thống Bảo vệ cố phần 89 4.1.1 Bảo vệ gối trục: 89 4.1.2 Bảo vệ áp lực dầu điều khiển: 91 4.1.3 Bảo vệ hệ thống nước làm mát 92 4.1.4 Bảo vệ nhiệt độ bên máy phát: 93 4.2 Giải pháp cho Bảo vệ cố phần điện 94 4.2.1 ài đặt chức bảo vệ Rơle REG670 tủ RJA REG670 tủ RJB giống nhau: 94 4.2.2 Tín hiệu cắt máy cắt liên quan, đưa đến cuộn cắt, phải hiệu chỉnh tín đến hai tríp máy cắt liên quan 102 4.2.3 Tín hiệu rơle phát chạm đến rotor đưa tín hiệu Alarm, cần phải đưa tín hiệu cắt máy cắt dừng máy 104 4.2.4 Máy cắt kích từ cố chưa có interlock với máy cắt đầu cực nên số trường hợp mở trước máy cắt đầu cực gây lồng tốc tổ máy Cần đưa tín hiệu để máy cắt đầu cực mở trước máy cắt kích từ mở 105 iv 4.2.5 Hiện rơle truy xuất chỗ, rơle trang bị cổng kết nối RS482 truy xuất từ xa Để thuận tiện cho việc truy xuất nhanh, xác cố cần đưa vào vận hành phần mềm truy xuất rơle từ xa phòng điều khiển trung tâm 105 4.3 Sự phối hợp Bảo vệ điện 105 4.3.1 Nhóm cố nặng thuộc phần Điện máy phát: Bao gồm chức bảo vệ rơle số (trừ chức nhóm khác) tác động gửi tín để dừng nhanh tổ máy tự động theo trình tự sau: 105 4.3.2 Nhóm cố nặng thuộc phần Điện máy phát, máy biến áp 105 4.3.3 Nhóm cố nặng phần Tổ máy: Tổ máy tự động dừng nhanh, trình tự thiết bị tổ máy làm việc sau: 105 4.3.4 Nhóm cố khẩn cấp Tổ máy: Tổ máy tự động dừng khẩn cấp, trình tự thiết bị tổ máy làm việc sau 105 4.3.5 Nhóm cố: Cắt máy cắt (51T) 106 4.3.6 Nhóm cố ảnh hưởng đến kích từ tổ máy (24G, 49G, 46), trình tự thiết bị tổ máy làm việc sau: 106 4.3.7 Nhóm cố dao động từ lưới ảnh hưởng đến tổ máy (40, 32, 78), trình tự tổ máy làm việc sau: 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO v DANH MỤC BẢNG Số hiệu Bảng 2.1 Bảng 3.1 Tên bảng Tổng hợp giá trị cài đặt bảo vệ phần Tổng hợp giá trị cài đặt bảo vệ phần điện Trang 22 76 vi DANH MỤC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Cấu tạo nhà máy Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy Thủy điện Hình 1.3 Tổng quan hệ thống bảo vệ phần Hình 1.4 Đấu nối hệ thống bảo vệ phần Hình 1.5 Cảm biến nhiệt độ RTD Hình 1.6 Cấu tạo RTD Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt RTD Hình 1.8 Bảo vệ máy phát – Máy biến 11 Hình 1.9 Sơ đồ bảo vệ đường dây 12 Hình 2.1 Nguyên l đo nhiệt độ dầu MBA 19 Hình 2.2 Nguyên l đo nhiệt độ cuộn dây máy biến 20 Hình 2.3 Nguyên lý làm việc rơle 21 Hình 2.4 Nguyên lý làm việc rơle mức dầu máy biến 21 Hình 2.5 Cấu tạo thiết bị thị mức dầu 22 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ phần hữu 23 Hình 3.1 Sơ đồ bảo vệ tổ máy 26 Hình 3.2 Sơ đồ bảo vệ máy biến 27 Hình 3.3 Tín hiệu đầu vào rơle bảo vệ so lệch máy phát 28 Hình 3.4 Sơ đồ xảy ngắn mạch vùng bảo vệ 28 Hình 3.5 Sơ đồ xảy ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ 29 Hình 3.6 Đặc tính làm việc Bảo vệ so lệch 29 Hình 3.7 Sơ đồ logic bảo vệ so lệch 30 Hình 3.8 Vùng làm việc bảo vệ so lệch 31 Hình 3.9 Logic tác động bảo vệ 31 Hình 3.10 Khối tạo tín hiệu Trip phát lỗi bên vùng bảo vệ 32 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang 32 Hình 3.12 Đặc tuyến làm việc 33 Hình 3.13 Sơ đồ logic bảo vệ so lệch ngang 34 vii Hình 3.14 Đặc tuyến bảo vệ khoảng cách máy phát chạm đất pha 36 Hình 3.15 Đặc tuyến bảo vệ khoảng cách máy phát ngắn mạch nhiều pha 36 Hình 3.16 Minh họa máy phát làm việc chế độ kích kích 37 Hình 3.17 Logic bảo vệ kích thích 38 Hình 3.18 Đặc tính làm việc bảo vệ kích từ 38 Hình 3.19 Logic làm việc bảo vệ cơng suất ngược 39 Hình 3.20 Logic bảo vệ tần số máy phát tăng cao 40 Hình 3.21 Logic bảo vệ tần số giảm thấp 41 Hình 3.22 Logic bảo vệ điện áp 43 Hình 3.23 Đặc tuyến khóa bảo vệ 27 44 Hình 3.24 Đặc tuyến reset bảo vệ 44 Hình 3.25 Logic tác động 50BF 45 Hình 3.26 Logic tác động cắt máy cắt liên quan 45 Hình 3.27 Logic tác động 59N 46 Hình 3.28 Đặc tính reset bảo vệ 47 Hình 3.29 Sơ độ bảo vệ chạm đất 100% cuộn dây stator máy phát 48 Hình 3.30 Logic tác động 48 Hình 3.31 Mơ tả hai máy phát đồng 49 Hình 3.32 Mơ tả tượng đồng 50 Hình 3.33 Logic tác động bảo vệ 50 Hình 3.34 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy biến 52 Hình 3.35 Đặc tính làm việc bảo vệ so lệch máy biến 54 Hình 3.36 Logic bảo vệ so lệch máy biến tác động 55 Hình 3.37 Logic trip vùng bảo vệ 55 Hình 3.38 Đặc tính làm việc bảo vệ 24T 58 Hình 3.39 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy phát máy biến 59 Hình 3.40 Đặc tính làm việc bảo vệ so lệch máy phát máy biến 60 Hình 3.41 Logic tạo tín hiệu tác động khơng điều kiện có điều 61 viii kiện Hình 3.42 Logic tạo tín hiệu trip phát lỗi vùng bảo vệ 62 Hình 3.43 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ đường dây trạm nhà máy 64 Hình 3.44 Modul truyền thông LD M đường truyền cáp quang 64 Hình 3.45 Nguyên lý bảo vệ so lệch đường dây 65 Hình 3.46 Đặc tính làm việc bảo vệ so lệch đường dây 65 Hình 3.47 Đặc tuyến làm việc bảo vệ q dịng có hướng 67 67 Hình 3.48 Đặc tuyến làm việc bảo vệ q dịng chạm đất có hướng 67 67 Hình 3.49 Đặc tuyến làm việc bảo vệ khoảng cách ngắn mạch pha 69 Hình 3.50 Đặc tuyến làm việc bảo vệ khoảng cách ngắn mạch hai pha 69 Hình 3.51 Logic tác động chức SOTF 71 Hình 3.52 Logic tác động chức 85 71 Hình 3.53 Logic tác động bảo vệ khơng đồng pha 73 Hình 3.54 Logic khởi động chức 79 74 Hình 3.55 Giản đồ thời gian cho đóng lặp lại pha 74 Hình 3.56 Tín hiệu trip từ rơle REG670 tủ RJA 86 Hình 3.57 Tín hiệu trip từ rơle REG670 tủ RJB 87 Hình 4.1 Hình giám sát mức dầu hữu, nước lẫn dầu hữu (chỉ bảo alarm) 89 Hình 4.2 Hình hiệu chỉnh đấu nối đưa thêm tiếp điểm vào thước từ để đưa tín hiệu trip mức thấp mức cao cho mạch cứng mạch mềm 90 Hình 4.3 Hình Nguyên lý bảo vệ nhiệt độ bạc đỡ 90 Hình 4.4 Nguyên lý bảo vệ nhiệt độ bạc đỡ hiệu chỉnh 91 Hình 4.5 Hình Giám sát mức dầu bồn dầu điều tốc hữu 91 Hình 4.6 Giám sát mức dầu bồn dầu điều tốc hiệu chỉnh 92 Hình 4.7 Hình Nguyên lý giám sát hệ thống nước hữu 92 Hình 4.8 Nguyên lý giám sát hệ thống nước hiệu chỉnh 93 Hình 4.9 Nguyên lý giám sát bảo vệ nhiệt độ máy phát hữu 93 106 (EV31); - Van chính: Đóng; - Khi ánh hướng đóng khơng tải:  Máy cắt đầu cực máy phát 901 (902): cắt;  Máy cắt kích từ FCB: cắt; - Tổ máy tiếp tục dừng 4.3.5 Nhóm cố: Cắt máy cắt (51T) - Máy cắt đầu cực máy phát 901: cắt; - Máy cắt 271, 273: cắt; - Tổ máy trở trạng thái không tải có kích từ 4.3.6 Nhóm cố ảnh hƣởng đến kích từ tổ máy (24G, 49G, 46), trình tự thiết bị tổ máy làm việc nhƣ sau: - Máy cắt đầu cực máy phát 901: cắt; - Máy cắt kích từ FCB: cắt; - Tổ máy chuyển trạng thái: No voltage 4.3.7 Nhóm cố dao động từ lƣới ảnh hƣởng đến tổ máy (40, 32, 78), trình tự tổ máy làm việc nhƣ sau: - Máy cắt đầu cực máy phát 901( 902): cắt 107 KẾT LUẬN Hệ thống bảo vệ nhà máy thiết kế tương đối đầy đủ, nhiên số hệ thống bảo vệ gối trục, hệ thống nước làm mát, bảo vệ nhiệt độ máy phát khuyết điểm sau: ác đầu dò nhiệt độ dùng đầu dò RTD-PT100 hay bị nhiễu hở mạch dễ tác động nhầm dừng cố không cần thiết; Khi mức dầu bôi trơn, làm mát ổ hướng giảm thấp khơng cịn khả làm mát chưa có tín hiệu dừng máy để đảm bảo an toàn cho bạc; Khi làm mát dầu bị xì làm cho chất lượng dầu làm mát giảm nước lẫn dầu tín hiệu dừng máy để đảm bảo an toàn cho bạc; Khi mức dầu bồn dầu áp lực bị xì giảm thấp khơng cịn đủ dầu để điều khiển tổ máy chưa đưa tín hiệu dừng máy; Lưu lượng nước làm mát gối trục giảm thấp không đủ nước làm mát gây hư hỏng bạc hư hỏng stator máy phát chưa có tín hiệu dừng máy để đảm bảo an tồn; Tín hiệu nhiệt độ Stator máy phát đưa tín hiệu báo hiệu chưa có tín hiệu dừng máy gây nguy hiểm cho máy phát cần phải hiệu chỉnh lại chương để đảm bảm an toàn cho tổ máy Các bảo vệ phần điện máy phát – máy biến bao gồm hệ thống RJA RJB Trong rơ le REG670 hệ thống bảo vệ RJA thiếu chức 87GT,78, 64N, 64R chưa cài đặt, bảo vệ tác động gửi tín hiệu đến trip máy cắt đầu cực, máy cắt kích từ máy cắt 230kV liên quan; Rơ le REG hệ thống RJB thiếu chức 87G, 87T, khơng có rơ le bảo vệ chạm đấ rotor SP J140 khơng có rơ le trung gian bảo vệ phần máy biến thế, bảo vệ tác động gửi tín hiệu đến trip máy cắt đầu cực, máy cắt kích từ máy cắt 230kV liên quan Để tăng độ tin cậy hệ thống bảo vệ cần cài đặt chức bảo vệ rơ le REG670 hệ thống đồng với nhau; đưa tín hiệu trip hệ thống đến đồng thời cuộn trip của máy cắt liên quan Ngoài cài đặt thêm tín hiệu tríp cho rơ le bảo vệ chạm đất rotor, bổ sung mạch interlock cho máy cắt kích từ mắt cắt đầu cực mở 108 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nhà máy Thủy điện Đồng Nai có vị trí địa l quan trọng nằm tỉnh Lâm Đồng, Đắk Nông, nhà máy có hồ chứa lớn thượng nguồn nhà máy thuộc sông Đồng Nai đồng thời cung cấp vào phụ tải lớn nước đòi hỏi nhà máy phải vận hành tuyệt đối an toàn để đảm bảo an toàn cho hạ du an ninh lượng quốc gia Để đảm bảo điều khiển xa từ trung tâm điều khiển (Operation Control Center: viết tắt OCC) trụ sở Công ty Bảo Lộc cách nhà máy thủy điện Đồng Nai 120km nhà máy vận hành không người trực đáp ứng với lộ trình phát triển đại hóa ngành điện phát triển lưới điện Thông minh theo Chủ trương Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) nhằm nâng cao hiệu công tác điều hành sản xuất kinh doanh nhà máy điện theo hướng tập trung, phát huy tối đa hiệu trình tham gia thị trường phát điện cạnh tranh định hướng phát triển thị trường điện thời gian tới, tối ưu hóa nguồn nhân lực cần phải thực số đề xuất đề tài hệ thống bảo vệ điện nhà máy thủy điện Đồng Nai nhằm đảm bảo tổ máy vận hành an tồn khơng có người trực Vì nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3, Đồng Nai thiết kế giống nên áp dụng đề xuất để tài để áp dụng cho nhà máy thủy điện Đồng Nai Về phương pháp luận xây dựng nhà máy theo kiểu khơng có người trực cịn áp dụng đầy đủ bảo vệ mà đề tài đề xuất hoàn thiện 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3, Quy trình vận hành xử lý cố tổ máy tổ máy [2] Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3, Quy trình vận hành xử lý cố trạm 230kV [3] Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3, Hướng dẫn kiểm tra, thử nghiệm hệ thống rơle bảo vệ tổ máy [4] IED670_Manual_EN [5] REG 670 Generator transformer protection panel RJ1A Title: G1 Generator transformer protection [6] REG 670 Generator transformer protection panel RJ1B Title: G1 Generator transformer protection [7] Protection – Dong Nai – CD [8] Protection DongNai-III-Test Report [9] Schematic diagrams (I): For control & protection system [10] Schematic diagrams (II): For control & protection system (Turbine-Generator Unit & Auxiliaries) [11] Terminal diagrams (II): For control & protection system (station common) [12] Terminal diagrams and Flow sequence (IV): For control & protection system (computer control) [13] Terminal diagrams (I): For control & protection system (Turbine-Generator Unit & Auxiliaries) [14] Terminal diagrams (III): For control & protection system (220kV Switchyard) ... cao độ tin cậy làm việc hệ thống bảo vệ điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3. 2 Phạm vi nghiên cứu - Hệ thống bảo vệ điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai Phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu. .. Thực áp dụng giải pháp để triển khai nhà máy Đồng Nai 3, Đồng Nai Tên đề tài ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy Hệ thống Bảo vệ điện cho nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3? ?? Cấu trúc luận... cậy Hệ thống Bảo vệ - điện cho nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3? ?? Mục đích nghiên cứu - Tìm giải pháp để nâng cao độ tin cậy làm việc hệ thống bảo vệ điện nhà máy Thủy điện Đồng Nai vận hành không