Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ thanh góp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ THANH TÙNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN TÙNG Hà Nội – Năm 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Vũ Thanh Tùng Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy phương thức bảo vệ góp Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số SV: CA170364 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 25/04/2019 với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi hình vẽ - Bổ sung danh mục hình vẽ - Bổ sung danh mục bảng biểu Ngày 25 tháng 05 năm 2019 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nội dung luận văn có tham khảo, sử dụng trích dẫn tài liệu, thông tin đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả Vũ Thanh Tùng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP VÀ SƠ ĐỒ PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP THƢỜNG GẶP Ở NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP Các loại sơ đồ góp thường gặp nhà máy điện trạm biến áp 1.1 Sơ đồ nối mạch với góp qua máy cắt .3 1.1.1 Sơ đồ hệ thống góp 1.1.2 Sơ đồ hai hệ thống góp .8 1.2 Sơ đồ nối mạch với góp qua nhiều máy cắt 11 1.2.1 Sơ đồ hai góp có hai máy cắt mạch 11 1.2.2 Sơ đồ hai góp có ba máy cắt hai mạch (sơ đồ rưỡi) .12 1.2.3 Sơ đồ đa giác 13 1.3 Sơ đồ cầu 14 Các sơ đồ phương thức bảo vệ góp thường gặp nhà máy điện trạm biến áp 15 2.1 Nguyên lí bảo vệ góp .15 2.1.1 Quá dòng điện 15 2.1.2 So lệch dòng điện .17 2.1.3 So lệch dùng rơle tổng trở cao 19 2.1.4 So sánh pha dòng điện: 21 2.1.5 Bảo vệ khoảng cách 23 2.2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ góp thường gặp 27 2.2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ góp theo cấu hình tập trung 27 2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ góp theo cấu hình phân tán 32 CHƢƠNG 2: ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY 37 2.1 Độ tin cậy tầm quan trọng nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ .37 2.1.1 Giới thiệu chung 37 2.1.2 Các khái niệm 37 iii 2.1.3 Tầm quan trọng nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ 42 2.2 Các tiêu đánh giá độ tin cậy bảo vệ góp 43 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE .44 3.1 Giới thiệu phương pháp cố đánh giá độ tin cậy 44 3.2 Phương thức kết nối phần tử cố 46 3.3 Ví dụ áp dụng phương pháp cố với trường hợp đơn giản 48 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CÂY SỰ CỐ CHO CÁC SƠ ĐỒ PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP VÀ TÍNH TỐN CÁC CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY 51 4.1 Sơ đồ hai góp có góp vịng sử dụng bảo vệ so lệch góp theo cấu trúc phân tán 51 4.1.1 Sự kiện đỉnh CSC 51 4.1.2 Sự cố máy cắt 53 4.1.3 Sự cố bảo vệ .57 4.1.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính tốn cố 59 4.1.5 Kết đánh giá nhận xét .62 4.2 Sơ đồ hai góp có góp vịng sử dụng bảo vệ so lệch góp theo cấu trúc phân tán 65 4.2.1 Sự kiện đỉnh CSC 66 4.2.2 Đánh giá ĐTC 66 4.3 Đánh giá kết 69 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƢƠNG LAI 71 5.1 Kết luận 71 5.2 Hướng nghiên cứu tương lai 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 iv CÁC TỪ VIẾT TẮT MBA Máy biến áp ĐTC Độ tin cậy CSC Cây cố HTBV Hệ thống bảo vệ v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ góp khơng phân đoạn Hình 1.2: Sơ đồ góp phân đoạn dao cách ly Hình 1.3: Phân đoạn góp máy cắt phân đoạn .6 Hình 1.4: Sơ đồ góp phân đoạn có góp vịng .7 Hình 1.5: Sơ đồ hai góp .8 Hình 1.6: Sơ đồ hai góp có phân đoạn góp Hình 1.7: Sơ đồ hai góp có góp vịng 10 Hình 1.8: Sơ đồ hai góp có hai máy cắt mạch 11 Hình 1.9: Sơ đồ rưỡi 12 Hình 1.10: Sơ đồ hai góp có máy cắt mạch 12 Hình 1.11: Sơ đồ đa giác .13 Hình 1.12: Sơ đồ cầu 15 Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý chọn dịng khởi động bảo vệ q dịng có thời gian 16 Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ đường dây L1 .17 Hình 2.3: Ngun lý bảo vệ so lệch dịng điện có hãm 18 Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ góp dùng rơle tổng trở cao 19 Hình 2.4.2: Sơ đồ mạng điện đẳng trị dùng rơle so lệch tổng trở cao ngắn mạch 20 Hình 2.5: Nguyên lý bảo vệ góp cách so sánh pha dịng điện 21 Hình 2.6: Dịng điện sơ cấp thứ cấp máy biến dòng 22 Hình 2.7: Nguyên lý bảo vệ khoảng cách .23 Hình 2.8 Nguyên lý tác động bảo vệ khoảng cách .24 Hình 2.9: Chọn vùng thời gian tác động bảo vệ khoảng cách 25 Hình 2.10: Phối hợp bảo vệ khoảng cách đầu đường dây 26 Hình 2.11: Sơ đồ cho cấu hình bảo vệ tập trung [6] 28 Hình 2.12: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình tập trung cho sơ đồ góp [6] .28 Hình 2.13: Sơ đồ logic bảo vệ cấu hình tập trung [6] 29 Hình 2.14: Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Ba Khe .30 vi Hình 2.15: Sơ đồ phương thức bảo vệ góp TBA 110kV Ba Khe 31 Hình 2.16: Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Đại Từ .32 Hình 2.17: Sơ đồ cho cấu hình bảo vệ phân tán [6] 32 Hình 2.18: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình phân tán cho sơ đồ góp [6] 33 Hình 2.19: Sơ đồ logic bảo vệ cấu hình phân tán [6] 33 Hình 2.20: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 220kV Đơng Anh .34 Hình 2.21: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 500kV Lai Châu 36 Hình 2.22: Sơ đồ kết nối bảo vệ so lệch góp nhánh tới bảo vệ trung tâm phía 110kV trạm 500kV Lai Châu 36 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp 46 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song 47 Hình 3.3 Cây cố cho mạch bảo vệ đường dây 49 Hình 3.4 Cây cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phịng 50 Hình 4.1: CSC cho kiện đỉnh 53 Hình 4.2: CSC mở máy cắt 53 Hình 4.3: CSC cho nguồn ắc quy 54 Hình 4.4: CSC cho máy cắt 54 Hình 4.5: CSC cho cố phận chấp hành máy cắt 55 Hình 4.6: CSC cho cố hệ thống điều khiển máy cắt .56 Hình 4.7: Tổng hợp CSC cho máy cắt 57 Hình 4.8: CSC cho cố bảo vệ 58 Hình 4.9: CSC cho cố rơle 87B.1 59 Hình 4.10 Giao diện phần mềm 60 Hình 4.11 Các biểu tượng có sẵn phần mềm .60 Hình 4.12 Giao diện quản lý liệu OpenFTA 61 Hình 4.13 Các chức hỗ trợ phân tích, tính tốn cố 61 Hình 4.14: CSC cho cố bảo vệ .66 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 So sánh mức độ không sẵn sàng sơ đồ phương thức bảo vệ khác với máy biến áp lực .70 Bảng 4.2 Mức độ đóng góp hư hỏng tới độ không sẵn sàng kiện đỉnh 70 viii 4.1.5 Kết đánh giá nhận xét Để tính độ tin cậy bảo vệ ta sử dụng thông số độ không sẵn sàng phần tử (2): - Độ không sẵn sàng phần cứng rơle: X9 = 55.10-6 - Độ không sẵn sàng phần mềm rơle: X11 = 100.10-6 - Độ không sẵn sàng ắc quy: Y1 = X10 = 50.10-6 - Độ không sẵn sàng tiếp điểm phụ dao cách ly: X5 = X6 = X7 = X8 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng rơle trung gian: X1 = X2 = X3 = X4 = 100.10-6 - Độ không sẵn sàng tiếp điểm rơ le: X16 = 40.10-6 - Độ khơng sẵn sàng tiếp điểm phụ máy cắt: Y11 = Y13 = Y15 = Y17 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng cuộn cắt máy cắt: Y10 = Y12 = Y14 = Y16 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng cấu khí máy cắt: Y2 = Y4 = Y6 = Y8 = 120.10-6 - Độ không sẵn sàng cấu dập hồ quang: Y3 = Y5 = Y7 = Y9 = 80.10-6 Kết tính tốn độ không sẵn sàng qua phần mềm OpenFTA sau: Probabilities Analysis ====================== Tree : Luan van TUNGVT.fta Number of primary events = 23 Number of minimal cut sets = 23 62 Order of minimal cut sets = 23 Minimal cut set probabilities : X10 2.500000E-004 X11 5.000000E-004 X12 2.000000E-004 X1:X4 4.000000E-004 X5:X8 2.400000E-004 X9 2.750000E-004 Y1 5.000000E-005 Y10 6.000000E-005 Y11 6.000000E-005 10 Y12 6.000000E-005 11 Y13 6.000000E-005 12 Y14 6.000000E-005 13 Y15 6.000000E-005 14 Y16 6.000000E-005 15 Y17 6.000000E-005 16 Y2 1.200000E-004 17 Y3 8.000000E-005 18 Y4 1.200000E-004 19 Y5 8.000000E-005 20 Y6 1.200000E-004 21 Y7 8.000000E-005 22 Y8 1.200000E-004 23 Y9 8.000000E-005 Probability of top level event (minimal cut sets up to order 23 used): term +3.195000E-003 = 3.195000E-003 (upper bound) terms -4.723895E-006 = 3.190276E-003 (lower bound) 63 terms +4.307354E-009 = 3.190280E-003 (upper bound) terms -2.722857E-012 = 3.190280E-003 (lower bound) terms +1.271574E-015 = 3.190280E-003 (upper bound) terms -4.563010E-019 = 3.190280E-003 (lower bound) terms +1.292742E-022 = 3.190280E-003 (upper bound) terms -2.941565E-026 = 3.190280E-003 (lower bound) terms +5.454086E-030 = 3.190280E-003 (upper bound) 10 terms -8.298912E-034 = 3.190280E-003 (lower bound) 11 terms +1.043799E-037 = 3.190280E-003 (upper bound) 12 terms -8.407791E-045 = 3.190280E-003 (lower bound) 13 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) 14 terms -0.000000E+000 = 3.190280E-003 (lower bound) 15 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) 16 terms -0.000000E+000 = 3.190280E-003 (lower bound) 17 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) 18 terms -0.000000E+000 = 3.190280E-003 (lower bound) 19 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) 20 terms -0.000000E+000 = 3.190280E-003 (lower bound) 21 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) 22 terms -0.000000E+000 = 3.190280E-003 (lower bound) 23 terms +0.000000E+000 = 3.190280E-003 (upper bound) Exact value : 3.190280E-003 Primary Event Analysis: Event Failure contrib Importance X10 2.500000E-004 7.84% X11 5.000000E-004 15.67% X12 2.000000E-004 6.27% X1:X4 4.000000E-004 12.54% X5:X8 2.400000E-004 7.52% 64 X9 2.750000E-004 8.62% Y1 5.000000E-005 1.57% Y10 6.000000E-005 1.88% Y11 6.000000E-005 1.88% Y12 6.000000E-005 1.88% Y13 6.000000E-005 1.88% Y14 6.000000E-005 1.88% Y15 6.000000E-005 1.88% Y16 6.000000E-005 1.88% Y17 6.000000E-005 1.88% Y2 1.200000E-004 3.76% Y3 8.000000E-005 2.51% Y4 1.200000E-004 3.76% Y5 8.000000E-005 2.51% Y6 1.200000E-004 3.76% Y7 8.000000E-005 2.51% Y8 1.200000E-004 3.76% Y9 8.000000E-005 2.51% Độ không sẵn sàng HTBV theo cấu trúc phân tán là: TOP = 0.00319 4.2 Sơ đồ hai góp có góp vịng sử dụng bảo vệ so lệch góp theo cấu trúc phân tán Vẫn xét HTBV theo thiết kế sơ đồ góp có góp vịng phía 110kV trạm biến áp 220kV Đơng Anh Xét trường hợp hai góp I II vận hành độc lập, góp vịng III khơng làm việc Các ngăn lộ chẵn nối vào góp II, ngăn lộ lẻ nối vào góp I Máy cắt vịng hay máy cắt nối vị trí cắt Giả thiết góp bảo vệ theo nguyên tắc sau: Hệ thống bảo vệ so lệch góp trạm sử dụng Central Unit (CU) 65 có nhiệm vụ thu thập trạng thái dao cách ly, máy cắt, tín hiệu dịng điện Khi cố xảy góp xử lý trung tâm CU lệnh cắt đến máy cắt liên quan tới góp Sau đánh giá ĐTC hệ thống bảo vệ so lệch góp theo cấu trúc phân tán phương pháp cố 4.2.1 Sự kiện đỉnh CSC Giả sử: Hai góp I II vận hành độc lập, góp vịng III khơng làm việc Các ngăn lộ chẵn nối vào góp II, ngăn lộ lẻ nối vào góp I Máy cắt vịng máy cắt nối vị trí cắt Ngắn mạch xảy góp I Sự kiện đỉnh CSC là: "HTBV Khơng thể loại trừ đƣợc cố góp thời gian t