Đánh giá các sơ đồ thanh góp của nhà máy điện và trạm biến áp theo quan điểm bảo vệ

hoàng minh tuấn Bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: hệ thống điện hệ thống điện đánh giá sơ đồ góp nhà máy điện trạm biến áp theo quan điểm bảo vệ hoµng minh tuÊn 2004-2006 Hµ Néi 2006 hµ néi 2006 Bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sỹ khoa học đánh giá sơ đồ góp nhà máy điện trạm biến áp theo quan điểm bảo vệ Ngành: hệ thống điện Mà số: hoàng minh tuấn Người hướng dẫn khoa học: VS, GS, TSKH: Trần đình long hà néi 2006 Mơc lơc Trang Trang b×a Mơc lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ Lời nói đầu 10 Chương 1: giới thiệu loại sơ đồ góp thường gặp nhà máy điện trạm biến áp 12 1.1 Sơ đồ nối mạch với góp qua máy cắt 12 1.1.1 Sơ đồ góp 12 1.1.2 Sơ đồ hai góp 16 1.2 Sơ đồ nối mạch với góp qua nhiều máy cắt 20 1.2.1 Sơ đồ hai góp có hai máy cắt mạch 20 1.2.2 Sơ đồ hai góp có máy cắt hai mạch 21 1.2.3 Sơ đồ đa giác 22 1.3 Sơ đồ cầu Chương 2: Nguyên lý bảo vệ sơ đồ góp 2.1 Những trường hợp không cần đặt bảo vệ góp riêng 24 26 26 2.1.1 Sơ đồ góp 26 2.1.2 Sơ đồ cầu 26 2.1.3 Sơ đồ đa giác 27 2.2 Nguyên lý bảo vệ góp 27 2.2.1 Quá dòng điện 27 2.2.2 So lệch dòng điện 30 2.2.3 So lệch dùng rơle tổng trở cao 32 2.2.4 So sánh pha dòng điện 32 2.2.5 Bảo vệ khoảng cách 34 2.3 Các loại bảo vệ thường dùng cho loại góp 39 2.3.1 Sơ đồ góp 39 2.3.2 Sơ đồ cầu 42 2.3.2.1 Sơ đồ cầu 42 2.3.2.2 Sơ đồ cầu 44 2.3.3 Sơ đồ hai góp 45 2.3.4 Sơ đồ nối mạch với góp qua nhiều máy cắt 51 2.3.5 Sơ đồ đa giác 54 Chương 3: Các phương pháp đánh giá độ tin cậy bảo vệ góp 3.1 Độ tin cậy tầm quan trọng nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ 57 57 3.1.1 Giíi thiƯu chung 57 3.1.2 C¸c kh¸i niƯm 57 3.1.2.1 Các thông số hỏng hóc 57 3.1.2.2 Các thông số phục hồi (sửa chữa) 60 3.1.2.3 Quá trình hỏng hóc phục hồi 62 3.1.3 Tầm quan trọng nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ 63 3.2 Các tiêu đánh giá độ tin cậy bảo vệ góp 64 3.3 Các phương pháp tính toán độ tin cậy thường dùng 65 3.3.1 Tính toán độ tin cậy sơ đồ đơn giản 65 3.3.1.1 Hệ thống nèi tiÕp 65 3.3.1.2 HÖ thèng song song 66 3.3.1.3 Hệ thống hỗn hợp (nối tiếp - song song) 66 3.3.2 Tính toán độ tin cậy sơ đồ phức tạp 68 3.3.2.1 Phương pháp mô hình (mô phỏng) 68 3.3.2.2 Phương pháp giải tích 69 3.3.2.3 Phương pháp không gian trạng thái 69 3.3.3 Phương pháp cố 70 3.3.3.1 Những khái niệm 70 3.3.3.2 Phương pháp xây dựng cố 73 Chương 4: Tính toán độ tin cậy số sơ đồ bảo vệ góp 4.1 Sơ đồ hai góp có góp vòng 75 75 4.1.1 Đặc tÝnh cđa hƯ thèng b¶o vƯ 75 4.1.2 Sù kiƯn đỉnh cố 78 4.1.3 Sự cố máy cắt 79 4.1.4 Sự cố bảo vệ 85 4.1.5 Đánh giá độ tin cậy 87 4.2 Sơ đồ rưỡi 90 4.2.1 Đặc tính hệ thống bảo vệ 90 4.2.2 Sự kiện đỉnh cố 92 4.2.3 Đánh giá độ tin cậy 93 4.3 Sơ đồ đa giác 93 4.3.1 Đặc tính hệ thống bảo vệ 93 4.3.2 Sự kiện đỉnh cố 95 4.3.3 Đánh giá độ tin cậy 97 KếT LUậN Và KIếN NGHị 99 Tài liệu tham khảo 102 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt STT Ký hiệu MC Máy cắt CL Dao cách ly MCP Máy cắt phân đoạn CLP Dao cách ly phân đoạn MCV Máy cắt vòng CLV Dao cách ly vòng MCN Máy cắt nối MCN(V) Máy cắt nối (hoặc máy cắt vòng) MBA Máy biến áp 10 50 Rơle dòng cắt nhanh 11 51 Rơle dòng có thời gian 12 21 Rơle khoảng cách 13 87B Rơle so lệch góp 14 87T Rơle so lệch máy biến áp 15 87L Rơle so lệch dọc đường dây 16 87S Rơle so lệch đoạn nhỏ góp 17 67 Rơle dòng có hướng 18 50BF 19 TG Rơle trung gian 20 CT Máy biến dòng điện 21 VT Máy biến điện áp 22 K Tiếp điểm rơle, dao cách ly máy cắt 23 C Cuộn cắt máy cắt 24 TOP ý nghĩa Rơle dự phòng hư hỏng máy cắt Sự kiện đỉnh 25 BS Sự kiện cố máy cắt 26 PS Sự kiện cố HTBV bảo vệ 27 A, B Các kiện trung gian 28 X, Y Các kiện 29 HTBV 30 ĐTC Độ tin cậy 31 CSC Cây cố Hệ thống bảo vệ Danh mục hình vẽ STT Tên hình vẽ Hình 1.1 Sơ đồ góp không phân đoạn Hình 1.2 Sơ đồ góp có phân đoạn dao cách ly Hình 1.3 Sơ đồ góp có phân đoạn máy cắt Hình 1.4 Sơ đồ góp có góp vòng Hình 1.5 Sơ đồ hai góp không phân đoạn Hình 1.6 Sơ đồ hai góp có phân đoạn Hình 1.7 Sơ đồ hai góp có góp vòng Hình 1.8 Sơ đồ hai góp có hai máy cắt mạch Hình 1.9 Sơ đồ rưỡi 10 Hình 1.10 Sơ đồ hai góp có bốn máy cắt ba mạch 11 Hình 1.11 Sơ đồ góp đa giác 12 Hình 1.12 Sơ đồ cầu 13 Hình 2.1 Nguyên lý chọn dòng khởi động bảo vệ dòng có thời gian 14 Hình 2.2 Nguyên lý chọn dòng khởi động bảo vệ dòng cắt nhanh phối hợp để bảo vệ góp 15 Hình 2.3 Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện có hÃm dùng cho sơ đồ góp 16 Hình 2.4 Nguyên lý bảo vệ so lệch dùng rơle tổng trở cao 17 Hình 2.5 Nguyên lý bảo vệ so sánh pha dòng điện dùng cho sơ đồ góp 18 Hình 2.6 Pha dòng điện ngắn mạch vùng vùng bảo vệ 19 Hình 2.7 Phối hợp bảo vệ khoảng cách đường dây để bảo vệ góp 20 Hình 2.8 Véc tơ tổng trở đường dây tổng trở khởi động Nội dung bảo vệ khoảng cách 21 Hình 2.9 Nguyên lý chọn vùng khởi động thời gian tác động bảo vệ khoảng cách 22 Hình 2.10 Phối hợp truyền tín hiệu hai đầu đường dây để giảm thời gian cắt ngắn mạch 23 Hình 2.11 Phối hợp bảo vệ dòng để bảo vệ góp 24 Hình 2.12 Bảo vệ góp rơle tổng trở cao 25 Hình 2.13 Phối hợp bảo vệ dòng, khoảng cách so lệch để bảo vệ góp sơ đồ cầu 26 Hình 2.14 Phối hợp bảo vệ dòng, khoảng cách so lệch để bảo vệ góp sơ đồ cầu 27 Hình 2.15 Nguyên lý mạch dòng điện cung cấp cho bảo vệ sơ đồ hai góp có góp vòng 28 Hình 2.16 Nguyên lý sơ đồ đấu nối bảo vệ so lệch sơ đồ hai góp có góp vòng 29 Hình 2.17 Nguyên lý bảo vệ sơ đồ rưỡi 30 Hình 2.18 Nguyên lý bảo vệ sơ đồ đa giác 31 Hình 3.1 Hệ thống nối tiếp tính toán ĐTC 32 Hình 3.2 Hệ thống song song tính toán ĐTC 33 Hình 3.3 Sơ đồ mạch cắt bảo vệ dòng có thời gian 34 Hình 3.4 Sơ đồ hỗn hợp (nối tiếp-song song) để tính toán ĐTC 35 Hình 3.5 Các loại cố thành phần 36 Hình 4.1 Mạch cắt HTBV sơ đồ hai góp có góp vòng 37 Hình 4.2 CSC kiện đỉnh 38 Hình 4.3 Nhánh CSC mở máy cắt 39 Hình 4.4 Nhánh CSC nguồn ắc quy 40 Hình 4.5 Nhánh CSC máy cắt 41 Hình 4.6 Nhánh CSC phận chấp hành máy cắt 42 Hình 4.7 Nhánh CSC hệ thống điều khiển máy cắt 43 Hình 4.8 Tổng hợp CSC mở máy cắt 44 Hình 4.9 Nhánh CSC HTBV sơ đồ hai góp có góp vòng 45 Hình 4.10 Nhánh CSC rơle 87.1 46 Hình 4.11 Mạch cắt HTBV sơ đồ góp rưỡi 47 Hình 4.12 Nhánh CSC HTBV sơ đồ góp rưỡi 48 Hình 4.13 Mạch cắt HTBV sơ đồ góp đa giác 49 Hình 4.14 Nhánh CSC HTBV sơ đồ góp đa giác 50 Hình 4.15 Nhánh CSC rơle 21 88 Sự kiện B2 cố hệ thống điều khiển máy cắt ngăn lộ máy cắt nối, máy cắt gồm cố cuộn cắt cố tiếp điểm phụ theo hình 4.7: B2 = (Y12 + Y13)+(Y14 + Y15)+(Y16 + Y17)+(Y18 + Y19)+(Y20 + Y21) (4.6) Sự kiện cố bảo vệ đánh giá theo nhánh CSC hình 4.9 với A3 cố rơle 87.1 A4 cố rơle 87.3 cố rơle trung gian tiếp điểm dao cách ly có liên quan đến mạch cắt tõ X1 ®Õn X12 ta cã: PS = A3 + A4 + 12 ∑X i (4.7) i =1 A3 vµ A4 hai kiện giống trình bày hình 4.10 ký hiệu: X13 cố phần cứng, X14 cố nguồn ắc quy, X15 cố phần mềm, X16 cố tiếp điểm lệnh cắt rơle 16 A3 = A4 = ∑ X i (4.8) i =13 §Ĩ tính độ tin cậy bảo vệ ta sử dụng thông số độ không sẵn sàng phần tử: - Độ không sẵn sàng phần cứng rơle: X13 = 55.10-6 - Độ không sẵn sàng phần mềm rơle: X15 = 100.10-6 - Độ không sẵn sàng ắc quy: Y1 = X14 = 50.10-6 - Độ không sẵn sàng tiếp điểm phụ dao cách ly: X9 = X10 = X11 = X12 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng rơle trung gian: X3 = 100.10-6 89 - Độ không sẵn sàng tiếp điểm rơ le: X16 = 40.10-6 - Độ không sẵn sàng tiếp điểm phụ máy cắt: Y12 = Y14 = Y16 = Y18 = Y20 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng cuộn cắt máy cắt: Y13 = Y15 = Y17 = Y19 = Y21 = 60.10-6 - Độ không sẵn sàng cấu khí máy cắt: Y2 = Y4 = Y6 = Y8 = Y10 = 120.10-6 - Độ không sẵn sàng cÊu dËp hå quang: Y3 = Y5 = Y7 = Y9 = Y11 = 80.10-6 Thay số vào biểu thức từ (4.2) đến (4.8) ta được: B1 = 1000.10-6, B2 = 600.10-6 A1 = B1 + B2 = 1600.10-6 A2 = Y1 = 50.10-6 BF = A1 + A2 = 1650.10-6 A3 = A4 = 245.10-6 12 ∑ X i = 1040.10-6 i =1 PS = 1530.10-6 Độ không sẵn sàng HTBV sơ đồ hai góp có góp vòng chế độ vận hành hai góp nối với qua máy cắt nối tÝnh theo biÓu thøc (4.1) nh­ sau: TOP = 0,318.10-2 Trong sơ đồ vận hành theo phương thức máy cắt vòng vị trí mở, cấu trúc CSC so với phương thức vận hành không thay đổi từ hình 4.2 đến hình 90 4.5 Nhánh cố máy cắt với kiện B1 B2 hình 4.8 thay đổi số lượng máy cắt (lúc máy cắt) ®ã ta cã: B1 = 800.10-6, B2 = 480.10-6 A1 = B1 + B2 = 1280.10-6 A2 = Y1 = 50.10-6 BF = 1330.10-6 Nhánh CSC bảo vệ hình 4.9 không thay đổi: PS = 1530.10-6 Độ không sẵn sàng HTBV sơ đồ hai góp có góp vòng chế độ vận hành hai góp vận hành độc lập, máy cắt vòng vị trí cắt tính theo biểu thức (4.1) sau: TOP = 0,286.10-2 Phương thức vận hành thường tồn thời gian ngắn ngăn lộ chuyển đổi góp làm việc nên luận văn không xét ĐTC Phương thức vận hành máy cắt vòng thay cho ngăn lộ cấu trúc CSC so với phương thức vận hành không thay đổi từ hình 4.2 đến hình 4.5 ĐTC đánh giá giống phương thức vận hành có máy cắt tham gia TOP = 0,286.10-2 4.2 Sơ đồ rưỡi Hệ thống bảo vệ sơ đồ nối hai ngăn lộ với góp qua ba máy cắt (sơ đồ rưỡi) đà áp dụng trạm 220kV Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại II, trạm 500kV Nho Quan Trên góp có ngăn lộ bao gồm máy biến áp đường dây hình 2.17 chương 4.2.1.Đặc tính hệ thống bảo vệ Trên hình 2.17 chương góp I góp II bảo vệ 91 bảo vƯ so lƯch gãp theo nguyªn lý so lƯch dòng điện có hÃm (87B1 87B2), kết hợp với bảo vệ chống hư hỏng máy cắt 50BF Các máy biến dòng gần phía góp sử dụng cho bảo vệ Vùng bảo vệ góp xác định từ máy biến dòng gần góp tới toàn góp Khi có ngắn mạch xẩy góp bảo vệ so lệch góp tác động cắt toàn máy cắt nối vào góp Các đoạn dẫn lại vùng bảo vệ hai góp trên, bảo vệ rơle so lệch riêng đà trình bày mục 2.3.4 Xét dẫn hai đường dây L1 L2: Phần dẫn giới hạn CT1-CT2- CTL1 bảo vệ rơle 87S1 Phần dẫn giới hạn CT2-CT3- CTL2 bảo vệ rơle 87S2, rơle sử dụng ba máy biến dòng tương ứng xung quanh điểm nút A B Khi ngắn mạch xẩy đoạn dẫn vùng bảo vệ so lệch góp bảo vệ so lệch vùng dẫn tác động cắt máy cắt phía từ điểm ngắn mạch Mạch cắt HTBV trình bày hình 4.11: +L 87B1 Tới mạch cắt ngăn lộ khác TG MC K1 -L Hình 4.11 C1 92 Trên hình 4.11 bao gồm: Nguồn chiều (ắc quy), tiếp điểm rơ le chính, rơle trung gian, cuộn cắt tiếp điểm phụ máy cắt 4.2.2 Sự kiện đỉnh CSC Khi sơ đồ vận hành bình thường, xẩy ngắn mạch điểm N1 góp I hình 2.17 Tương tự sơ đồ hai góp có góp vòng, HTBV tin cậy, rơ le 87B1 gửi tín hiệu cắt tất máy cắt ngăn lộ nối vào góp I Sự kiện đỉnh CSC là: "HTBV Không thể loại trừ cố góp thời gian t