Phân tích, ứng dụng hệ thống định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWF) cho lưới điện công ty truyền tải 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG THANH TRƯỜNG PHÂN TÍCH, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN (TWF) CHO LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Chuyên nghành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trương Thanh Trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN (PTC2) 1.2 PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY VÀ CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 1.2.1 Chức định vị cố rơle khoảng cách Siemens 7SA522 sử dụng lưới điện PTC2 1.2.2 Chức định vị cố rơle so lệch dọc Siemens 7SD522 sử dụng lưới điện PTC2 1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH (RZ) 1.3.1 Ảnh hưởng điện trở cố đến vùng làm việc rơle RZ 1.3.2 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường rơ le 11 1.3.3 Ảnh hưởng thông số đường dây đến đặc tính làm việc rơle 12 1.3.4 Ảnh hưởng sóng hài đến làm việc rơle 13 1.3.5 Ảnh hưởng tụ bù dọc đến làm việc rơle RZ 14 1.3.6 Ảnh hưởng kiểu cột điện việc đảo pha không đầy đủ 16 1.3.7 Ảnh hưởng tương hỗ đường dây song song 16 1.3.8 Nhận xét đánh giá 17 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 CHƯƠNG 2: ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN 18 2.1 MỞ ĐẦU 18 2.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 19 2.2.1 Các thông số đường dây tải điện dài 19 2.2.2 Sóng phản xạ khúc xạ - quy tắc Petersen 19 2.3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN TRUYỀN (TWF: TRAVELING WAVE FAULT) 20 2.3.1 Phương pháp định vị cố sóng lan truyền 20 2.3.2 Phương pháp định vị cố hãng Kinkei SFL-2000 23 2.3.3 Phương pháp định vị cố hãng SEL411L-1 27 2.3.4 Nhận xét đánh giá 30 2.4 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN TRUYỀN (TWF) CHO LƯỚI ĐIỆN PTC2 31 2.4.1 Đặc điểm công tác quản lý vận hành lưới điện PTC2 31 2.4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống định vị cố phương pháp sóng lan truyền (TWF) 32 2.4.3 Thiết bị phần cứng 33 2.4.4 Phần mềm 36 2.4.5 Quản lý vận hành khai thác hệ thống 40 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ 42 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MATLAB - SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN 42 3.1.1 Giới thiệu Matlab-Simulink 42 3.1.2 Giới thiệu công cụ mô lưới điện 43 3.2 MÔ PHỎNG CHO MỘT SỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV DỐC SỎI 45 3.2.1 Xây dựng mơ hình đường dây để đánh giá định vị cố theo phương pháp tổng trở 48 3.2.2 Xây dựng mơ hình đường dây để đánh giá định vị cố theo phương pháp sóng lan truyền (TWF) 48 3.2.3 Kết mô định vị cố theo phương pháp tổng trở rơle Siemens 7SA522 sóng lan truyền cho đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 - Tam Kỳ/272 50 3.2.4 Kết mô định vị cố theo phương pháp tổng trở rơle Siemens 7SA522 sóng lan truyền cho đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 – Đà Nẵng/576 56 3.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 62 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) TĨM TẮT LUẬN VĂN PHÂN TÍCH, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN CHO LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Học viên : Trương Thanh Trường Mã số: 60520202 Khóa: K34 Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Ứng dụng cơng nghệ định vị cố phương pháp sóng lan truyền cho lưới điện truyền tải giải vấn đề mà phương pháp tổng trở chưa đáp ứng được, xác định nhanh chóng, xác vị trí cố đường dây truyền tải điện với sai số không ± 0.5km Do đặc thù lưới điện truyền tải đường dây có chiều dài tương đối lớn, qua địa hình phức tạp việc xác định xác vị trí cố giúp giảm thời gian ngừng vận hành đường dây để khắc phục cố giảm chi phí vận hành đường dây xử lý cố Các cố lưới thường thoáng qua nên việc xác định xác vị trí cố cho phép thực giải pháp ngăn ngừa (như thay chuỗi sứ bị phóng điện, cắt tỉa cao ngồi hành lan vị phạm khoảng cách có tác động gió ) Luận văn phân tích, đánh giá định vị cố theo phương pháp sóng lan truyền kiểu D áp dụng cho đường dây truyền tải điện sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để mô so sánh với phương pháp tổng trở rơle Siemens 7SA kết tiềm kiếm thực tế Kết mô phương pháp sóng lan truyền (kiểu D) cho kết định vị cố với sai số bé áp dụng tốt cho lưới điện Cơng ty Truyền tải điện Từ khóa: Sóng lan truyền, Tổng trở, Truyền tải điện, Định vị cố, Matlab Simulink APPLICATION ANALYSIS OF THE FACTORIES OF THE TRANSMISSION SYSTEM OF THE POWER TRANSMITION COMPANY NO.2 Abstract – Applying travelling wave fault location technology to the transmission grid solves the problem by the method of measuring the impedance has not met yet, namely: fast, accurate identification of fault location on the transmission line with a tolerance of no more than ± 0.5 meters With the characteristics of the transmission grid is relatively large length lines, passing through the complex terrain, so the precise location of the incident can help reduce the time to stop operation of the line to overcome Incident and reduced line operating costs when troubleshooting Precise determination of the location of these faults enables carrying out preventive works (e.g replacement of insulators, pruning tall trees in addition to orchids can distort distances when exposed to the wind ) in order to prevent permanent faults This dissertation analyzes and evaluates fault locators using traveling wave method type D applied to power transmission lines using Matlab - Simulink software to simulate comparisons with the method of impedance matching on Siemens 7SA relays and the actual search results The simulation results show that the traveling wave method (type D) results in problem location with very small error and can be applied well to power transmission no Keywords: Travelling wave; Impedance; Transmission grid; Fault location; Matlab Simulink DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt BI BU BCT F21 F27 F50BF F59 F67 F74 10 F87L 11 F85 12 FL 13 RZ 14 GPS 15 IP 16 LAN 17 MC 18 PTC2 20 QCVN 21 SCADA 22 TWF 23 WT 24 WAN Nguyên nghĩa Máy biến dòng điện Máy biến điện áp Bộ Công thương Bảo vệ khoảng cách Bảo vệ áp Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt Bảo vệ áp Bảo vệ dịng có hướng Rơle giám sát mạch cắt Bảo vệ so lệch dọc đường dây Bảo vệ cao tần Định vị cố Rơle tổng trở Đồng thời gian Địa mạng Mạng cục Máy cắt Công ty Truyền tải điện Quy chuẩn Việt Nam Hệ thống giám sát, điều khiển thu thập liệu Sóng lan truyền Phân tích Wavelet Mạng kết nối mạng LAN DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Bảng 3.11 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Tên bảng Thuật toán định vị cố sử dụng liệu đo đầu rơle Siemens 7SA522 Thông số mô cho đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 Tam Kỳ/272 Kết mô cố chạm đất 01 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mô cố 02 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mơ cố chạm đất 02 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mô cố 03 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mô cố chạm đất 01 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải tăng cao Kết mô cố 02 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải tăng cao Thông số mô cho đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 Đà Nẵng/576 Kết mô cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mơ cố 02 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mô cố chạm đất 02 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mơ cố 03 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường Kết mơ cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao Kết mô cố 02 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao Kết mô cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường có tụ Kết mơ cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao có tụ Kết xác định vị trí cố rơle khoảng cách tìm kiếm thực tế TBA 500kV Dốc Sỏi Trang 47 50 53 53 54 54 55 55 56 59 59 60 60 61 61 62 62 63 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Sơ đồ lưới điện Công ty truyền tải điện Ngắn mạch pha - pha, pha - đất Thông tin cố rơle 7SA522 Điện trở cố cung cấp từ 02 nguồn Đường cong điện áp đường dây bị lỗi Thông tin cố rơle 7SD522 Sự cố hồ quang pha - pha, pha - đất Mô tả vùng cố mặt phẳng tổng trở MhO Sự cố chạm đất đường dây có hai nguồn Đặc tính từ hóa BI dịng điện thứ cấp BI bão hòa Độ treo cao, độ võng dây dẫn Mạch vòng tổng trở Hệ số bù tổng trở theo vùng cài đặt rơle 7SA522 Kết đo dịng sóng hài đóng xung kích MBA AT3 Trạm 500kV Dốc Sỏi ngày 05/02/2018 Biểu đồ quan hệ độ méo dạng THDi Pickup sóng hài bậc Chức khóa sóng hài đóng xung kích MBA AT3 Trạm 500kV Dốc Sỏi rơle so lệch 7UT513 ngày 05/02/2018 Đo tổng trở đường dây phụ thuộc vào dung lượng vị trí bù Ảnh hưởng tụ bù dọc đến rơle RZ Cấu hình treo dây cột 500kV 220kV Sơ đồ Petersen tính tốn truyền sóng hai mơi trường Sơ đồ Petersen mơi trường có ghép điện dung C sóng phản xạ Bộ định vị cố loại A Bộ định vị cố loại B Bộ định vị cố loại C Bộ định vị cố loại D Bộ định vị cố loại E Thiết bị định vị cố hãng Kinkei Sơ đồ cấu hình định vị cố SFL-2000 Phương pháp định vị cố 6 7 9 10 11 12 12 12 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 Hình 1.18 Hình 1.19 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 13 13 14 15 15 16 20 20 21 21 22 22 23 24 24 24 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Hình 2.23 Hình 2.24 Hình 2.25 Hình 2.26 Hình 2.27 Hình 2.28 Hình 2.29 Hình 2.30 Hình 2.31 Hình 2.32 Hình 2.33 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Thuật tốn tính tốn xác định vị trí cố hãng Kinkei Phần mềm phân tích tính tốn xác định khoảng cách máy tính F/L Server Định vị điểm cố đồ Map hãng Kinkei Thông tin cài đặt SFL-2000 Rơle định vị cố TWFL SEL411L-1 Sơ đồ cấu hình định vị cố TWFL SEL411L-1 Định vị điểm cố đồ Map hãng Sel Thông tin cài đặt SEL411L-1 Cấu hình hệ thống theo phương pháp sóng lan truyền TWF Sơ đồ đấu nối tín đầu hiệu vào cho TWF Processing Sóng cố nhãn thời gian thiết bị TWF Processing Khai báo Device ID IP Cấu trúc mạng LAN Trạm Cấu trúc mạng WAN Sóng cố nhãn thời gian thiết bị TWF Processing Cài đặt thời gian ghi liệu sóng qua Web Service Bảng kê thơng tin ghi nhận sóng vượt ngưỡng TWF Thơng tin cài đặt Web Server máy tính FL SYSTEM Kết vị trí lỗi tính tốn tự động FL SYSTEM Dữ liệu cố dạng sóng FL SYSTEM Truy xuất liệu khứ Web Server Thông tin cảnh báo thiết bị hệ thống Biến dòng điện dạng kẹp Giao diện Matlab Cửa sổ thao tác từ thư viện Simulink Các khối để mô lưới điện Khối nguồn điện (Electrical Sources) Khối phần tử điệnKhối đo lường Khối đo lường Cửa sổ cài đặt thông số mô Simulinks Mơ hình mơ xác định điểm cố rơle 7SA522 Thiết lập nguồn điện Thiết lập đường dây Thiết lập thông số cho mô Mơ mơ hình xác định điểm cố theo phương pháp sóng lan truyền 25 26 26 27 28 30 30 30 32 33 34 34 35 35 36 36 37 38 38 39 39 39 41 42 42 43 43 44 44 44 45 45 46 46 48 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.13 Hình 3.16 Hình 3.17 Khối biến đổi Clarke’s Xác định tín hiệu sóng truyền đầu Dốc Sỏi Xác định tín hiệu sóng truyền đầu Tam Kỳ Xác định tín hiệu sóng truyền đầu Dốc Sỏi Xác định tín hiệu sóng truyền đầu Đà Nẵng 48 51 52 57 58 65 - Nghiên cứu, mơ tính tốn cho phương pháp định vị cố sử dụng thông tin từ đầu đường dây - Nghiên cứu ảnh hưởng khác để mở rộng áp dụng cho đường dây có nhánh rẽ - Nghiên cứu, mơ tính tốn cho phương pháp định vị kiểu C (sử dụng thiết bị tin hiệu phát xung đến điểm cố) DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Lê Kim Hùng, Vũ Phan Huấn, Trương Thanh Trường “Phân tích hệ thống định vị cố phương pháp sóng lan truyền cho đường dây truyền tải điện 500kV Dốc Sỏi - Đà Nẵng” Giấy xác nhận Tổng biên tập Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN: 1859-1531, ngày 13/6/2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp (1972), NXB Hà Nội [2] GS.TS Lê Kim Hùng (2004), Bảo vệ phần tử hệ thống điện, NXB Đà Nẵng [3] Vũ Phan Huấn (2014), Nghiên cứu phương pháp thông minh để phân loại định vị cố đường dây truyền tải điện, Luận án Tiến sỹ [4] GS.VS.TS Trần Đình Long, Bảo vệ hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [5] Quy chuẩn Việt Nam, 2015/TT-BCT (2015), Quy chuẩn Quốc gia kỹ thuật điện Tiếng Anh [6] Gale P.F.,Taylor P V., Naidoo P , Hitchin C., Clowes D., Travelling wave fault locator experience on Eskom’s transmission network, Seventh International Conference on Developments in Power System Protection (IEE) April 2001, pp 327–330 [7] Edmund O Schweitzer, III, Armando Guzmán, Mangapathirao Mynam,Veselin Skendzic, and Bogdan Kasztenny Locating Faults by the Traveling WavesTheyLaunch ,Schweitzer Engineering Laboratories (2014), Inc [8] FL server Instruction Manual, Surge Type Fault Locator System, Kinkei System Corporation [9] SIPROTEC Distance Protection 7SA522 Manual, Siemens [10] SIPROTEC Line Differential Protection 7SD522 Manual, Siemens [11] TWFL in SEL411L_Application guide [12] Fernando Calero, Armando Guzmán, and Gabriel Benmouyal (2009), Adaptive Phase and Ground Quadrilateral Distance Elements, Schweitzer Engineering Laboratories [13] Badri Ram, D N Vishwakarma (2007), Power system protection and switchgear, Tata McGraw-Hill Education ... 2. 10 13 13 14 15 15 16 20 20 21 21 22 22 23 24 24 24 Hình 2. 11 Hình 2. 12 Hình 2. 13 Hình 2. 14 Hình 2. 15 Hình 2. 16 Hình 2. 17 Hình 2. 18 Hình 2. 19 Hình 2. 20 Hình 2. 21 Hình 2. 22 Hình 2. 23 Hình 2. 24... 2. 4 .2 2.4 .2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống định vị cố phương pháp sóng lan truyền (TWF) Sơ đồ nguyên lý tổng quát hệ thống định vị cố phương pháp sóng lan truyền TWF, hình 2. 19 Hình 2. 19: Cấu hình hệ thống. .. điểm cố nhận định có tính ưu việt phương pháp tổng trở định vị cố theo phương pháp sóng lan truyền áp dụng cho đường dây truyền tải điện 18 CHƯƠNG ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN