Khảo sát so sánh các phương thức bảo vệ phát hiện mất kích từ đối với máy phát điện

NGUYỄN THANH TÖ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH TÖ HỆ THỐNG ĐIỆN KHẢO SÁT, SO SÁNH CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ PHÁT HIỆN MẤT KÍCH TỪ ĐỐI VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN KHOÁ 2013B Hà Nội – Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THANH TÖ KHẢO SÁT, SO SÁNH CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ PHÁT HIỆN MẤT KÍCH TỪ ĐỐI VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN XUÂN TÙNG Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG MẤT KÍCH TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Các tình trạng bất thƣờng xảy với máy phát điện 1.1.2 Các tình trạng bất thƣờng xảy với hệ thống điện 1.2 Vai trò hệ thống điều khiển kích từ máy phát điện 1.3 Đặc tính tổng trở máy phát điện xảy kích từ CHƢƠNG KHẢ NĂNG PHÁT CỦA MÁY PHÁT VÀ CÁC SƠ ĐỒ BẢO VỆ MẤT KÍCH TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN 10 2.1 Giới hạn khả phát máy phát biểu đồ công suất phát 10 2.2 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo giám sát cơng suất P Q máy phát (sơ đồ P-Q) 18 2.2.1 Nguyên lý hoạt động 18 2.2.2 Các giá trị cài đặt 20 2.3 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo giám sát dịng điện điện áp máy phát (sơ đồ U-I) 20 2.4 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo tổng trở (sơ đồ R-X) 22 2.4.1 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo đặc tính tổng trở âm 24 2.4.2 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo đặc tính tổng trở kết hợp phần tử định hƣớng 25 2.5 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo tổng dẫn (sơ đồ G-B) 27 CHƢƠNG THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ KỊCH BẢN MƠ PHỎNG 30 3.1 Giới thiệu nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 30 3.1.1 Quy mô xây dựng chủ đầu tƣ 30 3.1.2 Sơ đồ nối điện 30 3.1.3 Thông số kỹ thuật thiết bị 31 3.2 Giới thiệu Mathlab 34 3.3 Mơ hình mơ nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh Simulink/Matlab 34 3.4 Đề xuất kịch mô 37 3.5 Tính tốn, lựa chọn giá trị chỉnh định cho phƣơng thức bảo vệ 39 3.5.1 Tính tốn, lựa chọn giá trị chỉnh định cho phƣơng thức bảo vệ theo sơ đồ R-X 39 3.5.2 Tính tốn, lựa chọn giá trị chỉnh định cho phƣơng thức bảo vệ theo sơ đồ G-B 40 i CHƢƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ CÁC NHẬN XÉT 42 4.1 Mơ cố kích từ hoàn toàn 42 4.1.1 Các kịch 42 4.1.2 Kết mô 42 4.2 Mô cố kích từ phần 49 4.2.1 Các kịch 49 4.2.2 Kết mô 49 4.3 Mô trƣờng hợp cố nhà máy 53 4.3.1 Mục đích kịch mô 54 4.3.2 Trƣờng hợp cố pha 54 4.3.3 Trƣờng hợp cố ba pha 56 4.3.4 Kết mô với trƣờng hợp cố hai pha hai pha chạm đất 58 4.4 Nhận xét kết 58 4.4.1 Nhận xét kết mơ với cố kích từ 58 4.4.2 Nhận xét kết trƣờng hợp cố 59 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TƢƠNG LAI 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 ii 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 chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả Nguyễn Thanh Tú iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy, cô trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, thầy cô Viện Điện truyền đạt cho em kiến thức quý báu để em hồn thành luận văn Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Nguyễn Xuân Tùng tận tình hƣớng dẫn bảo em suốt trình thực luận văn Hà Nội, ngày 21 tháng năm 2015 Nguyễn Thanh Tú iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Cơng suất phát góc phụ tải Hình Đặc tính tổng trở máy phát bị kích từ Hình Quĩ đạo điểm cuối đặc tính tổng trở máy phát bị kích từ Hình Các giới hạn khả phát máy phát 12 Hình Phân bố từ thơng khu vực lõi thép cuối stato 13 Hình Biểu đồ đặc tính khả phát máy phát 14 Hình Biểu đồ biểu diễn quan hệ dòng điện điện áp máy phát 15 Hình Giới hạn ổn định tĩnh máy phát cực ẩn biểu diễn mặt phẳng P-Q (với kích từ khơng đổi) 16 Hình So sánh giới hạn ổn định tĩnh máy phát cực ẩn máy phát cực lồi 17 Hình 10 Biểu đồ khả phát máy phát có xét tới giới hạn 18 Hình 11 Đặc tính bảo vệ kích từ dựa theo giám sát P & Q phối hợp với giới hạn ổn định tĩnh 19 Hình 12 Phối hợp làm việc phần tử sơ đồ PQ 20 Hình 13 Logic tác động bảo vệ kích từ theo sơ đồ U-I 21 Hình 14 Đặc tính tác động phần tử q dịng có hƣớng 21 Hình 15 Sử dụng rơle tổng trở bảo vệ kích từ 22 Hình 16 Quĩ đạo điểm làm việc rơle tổng trở máy phát kích từ 23 Hình 17 Đặc tính rơle tổng trở hai miền âm bảo vệ kích từ 24 Hình 18 Đặc tính rơle tổng trở kết hợp phần tử định hƣớng công suất 25 Hình 19: Cài đặt giá trị cho phần tử định hƣớng công suất 27 Hình 20: Ánh xạ từ biểu đồ công suất phát sang mặt phẳng G-B 28 Hình 21 Sơ đồ bảo vệ kích từ dựa đo tổng dẫn 28 Hình 22 Sơ đồ nối điện nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 30 Hình 23 Sơ đồ nối điện nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh đƣợc mô luận văn 31 Hình 24 Sơ đồ mơ nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 35 Hình 25 Thơng số máy phát mơ Simulink/Matlab 35 Hình 26 Thơng số máy biến áp mơ Simulink/Matlab 36 Hình 27 Thơng số hệ thống điều khiển kích từ mơ Simulink/Matlab 37 Hình 28 Đặc tính rơle tổng trở hai miền âm đƣợc mô 39 Hình 29 Đặc tính rơle tổng trở hai miền âm đƣợc mô 40 Hình 30 Diễn biến thơng số q trình hồn tồn kích từ máy phát mang 90% tải hệ số công suất 0,9 43 Hình 31 Góc ro to biến đổi tốc độ ro to trình kích từ hồn tồn máy phát mang 90% tải hệ số công suất 0,9 45 Hình 32 Quỹ đạo tổng trở trƣờng hợp hồn tồn kích từ 46 Hình 33 Quĩ đạo tổng dẫn cố kích từ hồn tồn sơ đồ G-B 48 Hình 34 Diễn biến thơng số q trình kích từ phần máy phát mang 90% tải hệ số công suất 0,9 50 Hình 35 Quỹ đạo tổng trở trƣờng hợp kích từ phần 51 Hình 36 Quĩ đạo tổng dẫn cố kích từ phần sơ đồ G-B 53 v Hình 37: Điểm cố mơ hình mơ 54 Hình 38 Điện áp dòng điện máy phát có cố pha 55 Hình 39 Diễn biến góc roto máy phát cố pha 55 Hình 40 Điện áp dịng điện máy phát có cố ba pha 57 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Kết mơ kích từ hoàn toàn sơ đồ R-X 47 Bảng 2: Kết cố kích từ hồn tồn sơ đồ G-B 49 Bảng Kết mô kích từ phần sơ đồ R-X 52 Bảng Kết cố kích từ phần sơ đồ G-B 53 Bảng Hoạt động sơ đồ bảo vệ kích từ cố pha với 90% tải 56 Bảng Hoạt động sơ đồ bảo vệ kích từ cố pha với 70% tải 56 Bảng Hoạt động sơ đồ bảo vệ kích từ cố ba pha với 90% tải 57 Bảng Hoạt động sơ đồ bảo vệ kích từ cố ba pha với 70% tải 58 Bảng Kết so sánh làm việc sơ đồ với cố kích từ 58 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Các nhà máy điện đóng vai trị vơ quan trọng hệ thống điện Trong năm gần tốc độ phát triển nguồn điện Việt Nam diễn nhanh, nhiều nhà máy đƣợc đƣa vào vận hành nâng tổng công suất phát toàn hệ thống lên khoảng 30GW Với nhà máy điện hệ thống rơle bảo vệ đóng vai trò quan trọng cần thiết để đảm bảo cách ly kịp thời máy phát bị cố, tránh gây dao động công suất dẫn tới ổn định cho nhà máy hệ thống điện Mất kích từ máy phát điện cố gặp vận hành, hệ dẫn tới máy phát điện bị rơi vào trạng thái làm việc đồng bộ, tăng lƣợng công suất phản kháng tiêu thụ, ảnh hƣởng tiêu cực đến hệ thống điện Do việc khảo sát, đánh giá phƣơng thức bảo vệ kích từ máy phát điện để lựa chọn phƣơng án bảo vệ hợp lý cần thiết có ý nghĩa Đó lý luận văn sâu nghiên cứu vào đề tài “Khảo sát, so sánh phương thức bảo vệ phát kích từ máy phát điện” Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn: Khảo sát, so sánh phƣơng thức bảo vệ kích từ máy phát đƣợc sử dụng; từ ƣu điểm nhƣợc điểm phƣơng thức bảo vệ Đối tượng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu máy phát điện với hệ thống kích từ tĩnh đƣợc sử dụng phổ biến Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu giới hạn ảnh hƣởng kích từ máy phát điện vận hành loại rơle đƣợc sử dụng để phát hiện tƣợng Hình 33 mơ tả quỹ đạo chuyển động tổng dẫn đầu cực máy phát mặt phẳng G-B ĐẶC TÍNH G-B 5.0958s   1.8886s -1 -2 -3 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 Hình 33 Quĩ đạo tổng d n cố kích từ hồn tồn sơ đ -B Kết mô làm việc sơ đồ G-B bảo vệ kích từ đƣợc cho thấy: + Với điều kiện máy phát mang 90% tải xảy cố kích từ hồn tồn, quĩ đạo tổng dẫn cho thấy s :  Cắt đặc tính bảo vệ thời điểm t=1.8886 giây rơle s phát tín hiệu cảnh báo sau thời gian trễ đƣợc đặt 0.5 giây  Điểm làm việc tiếp tục tiến tiếp vào cắt đặc tính bảo vệ thời điểm t=5.0958 giây tín hiệu cắt s đƣợc gửi sau thời gian trễ đƣợc đặt 0,1 giây, tức tín hiệu cắt vùng s đƣợc khởi phát thời điểm t=5.1958 giây + Tiến hành mô tƣơng tự với điều kiện máy phát mang 70% tải trƣớc xảy cố kích từ hồn tồn Kết mơ cho thấy, quĩ đạo tổng trở đo đƣợc s :  Tiến vào cắt đặc tính t=2.3234 giây rơle phát tín hiệu cảnh báo sau 0.5 giây 48  Mô tiếp tục với thời gian kéo dài cho thấy: quĩ đạo tổng dẫn cắt đặc tính vào thời điểm7.1544 giây Vậy lệnh cắt s đƣợc đƣa sau khoảng thời gian 7.1544+0.1=7.2544 giây Kết mô đƣợc tổng kết Bảng với thời gian đƣợc tính từ cố bắt đầu xảy Bảng 2: Kết cố kích từ hồn tồn sơ đ Sơ đồ bảo vệ G-B Thời điểm quĩ đạo cắt đặc tính rơle Thời điểm phát tín hiệu cảnh báo Thời điểm phát tín hiệu cắt 4.2 -B Máy phát mang 90% tải 1.8886 Đặc tính giây &2 Thời gian 0.5 giây cảnh báo Thời gian 10 giây cắt 5.0958 Đặc tính giây Thời gian 0.1 giây cắt Máy phát mang 70% tải 2.3234 Đặc tính giây &2 Thời gian 0.5 giây cảnh báo Thời gian 10 giây cắt 7.1544 Đặc tính giây 2.3886 (giây) 2.8234 (giây) 2.2686 (giây) 5.1958 (giây) 7.2544 (giây) 4.4943 (giây) Tr cắt Máy phát mang 100% tải Đặc tính 1.7686 giây &2 Thời gian 0.5 giây cảnh báo Thời gian 10 giây cắt Đặc tính 0.1 giây Tr cắt 4.3943 giây 0.1 giây Mơ cố kích từ phần 4.2.1 Các kịch Sự cố kích từ phần đƣợc giả thiết xảy máy phát thời điểm t=12 giây Điện áp kích từ máy phát giảm xuống cịn 0.5 p.u Kịch mơ hoàn toàn tƣơng tự với mức mang tải 90%, 70% 100% 4.2.2 Kết mô Điều kiện làm việc ban đầu tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp Máy phát mang tải lần lƣợt 90%, 70% 100% công suất định mức hệ số công suất 0.9 Tại thời điểm 12 giây, cố kích từ phần xảy máy phát 49 Hình 34 mơ tả diễn biến cơng suất tác dụng, công suất phản kháng, giá trị hiệu dụng điện áp, dòng điện đầu cực máy phát xảy kích từ phần với mức mang tải ban đầu 90% hệ số công suất 0.9 CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG MÁY PHÁT Công suất tác dụng Công suất phản kháng P, Q (pu) 0.5 -0.5 -1 -1.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Thời gian (s) GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG DÕNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 2.5 Dòng điện 14.4989s 1.5  U, I (pu)  13.1067s 0.5 0 10 12 Thời gian (s) 14 Điện áp 16 18 20 Hình 34 Di n biến th ng số q trình kích từ phần máy phát mang 90% tải hệ số c ng suất 0,9 (a) ng suất tác dụng c ng suất phản kháng máy phát (b) iá trị hiệu dụng dòng điện điện áp pha 50 Trong cố kích từ phần, máy phát hoạt động lâu mà khơng đồng so với trƣờng hợp kích từ hồn tồn Cơng suất tác dụng, phản kháng, điện áp, dịng điện đầu cực đạt đến cấp độ tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp sau đồng bộ, có nghĩa cơng suất phát q trình kích từ xác định điều kiện đầu máy phát Sự sụt giảm dịng điện kích từ ảnh hƣởng tới tốc độ biến đổi thông số (các thông số biến đổi chậm hơn) Trong trƣờng hợp này, tiếp tục chạy mô kéo dài cho thấy máy phát s xảy đồng xung quang khoảng thời gian 19 giây, tức giây sau cố kích từ phần Hoạt động sơ đồ R-X bảo vệ kích từ Hình 35 mơ tả quỹ đạo đƣờng đặc tính tổng trở đầu cực mặt phẳng R-X ĐẶC TÍNH R-X 2.5 1.5 0.5 4.9515s   -0.5 6.011s -1 -1.5 -2 -2.5 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 2.5 Hình 35 Qu đạo tổng trở trường hợp kích từ phần mặt phẳng R-X Kết mô hoạt động sơ đồ R-X bảo vệ kích từ đƣợc liệt kê Bảng 51 Bảng Kết m kích từ phần sơ đ R-X Sơ đồ bảo vệ R-X Máy phát mang 90% tải Vùng Thời điểm quĩ đạo cắt đặc tính rơle Thời gian cảnh báo Thời gian cắt Vùng Thời gian cắt Thời điểm phát tín hiệu cảnh báo Thời điểm phát tín hiệu cắt 4.9515 giây 0.5 giây 10 giây 6.011 giây 0.1 giây Máy phát mang 70% tải Vùng Thời gian cảnh báo Thời gian cắt Vùng Tr cắt 6.4816 giây 0.5 giây 10 giây 8.7106 giây 0.1 giây Máy phát mang 100% tải Vùng Thời gian cảnh báo Thời gian cắt Vùng Tr cắt 4.5417 giây 0.5 giây 10 giây 5.3114 giây 0.1 giây 5.4515 (giây) 6.9816 (giây) 5.0417 (giây) 6.111 (giây) 8.8106 (giây) 5.4114 (giây) Hoạt động sơ đồ G-B bảo vệ kích từ Hình 36 mơ tả quỹ đạo chuyển động tổng dẫn đầu cực máy phát mặt phẳng G-B 52 ĐẶC TÍNH G-B 2.6022s   6.3344s -1 -2 -3 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0.5 1.5 Hình 36 Quĩ đạo tổng d n cố kích từ phần sơ đ -B Kết mô đƣợc tổng kết Bảng với thời gian đƣợc tính từ cố bắt đầu xảy Bảng Kết cố kích từ phần sơ đ Sơ đồ bảo vệ G-B Thời điểm quĩ đạo cắt đặc tính rơle Máy phát mang 90% tải Đặc tính & Thời gian cảnh báo Thời gian cắt Đặc tính Thời gian cắt Thời điểm phát tín hiệu cảnh báo Thời điểm phát tín hiệu cắt 4.3 2.6022 giây 0.5 giây 10 giây 6.3344 giây Máy phát mang 70% tải Đặc tính 3.6567 giây &2 Thời gian 0.5 giây cảnh báo Thời gian 10 giây cắt Đặc tính 9.8577 Tr cắt 0.1 giây 0.1 giây -B Máy phát mang 100% tải 2.3398 Đặc tính giây &2 Thời gian 0.5 giây cảnh báo Thời gian 10 giây cắt 5.3868 Đặc tính giây Tr cắt 0.1 giây 3.1022 (giây) 4.1567 (giây) 2.8398 (giây) 6.4344 (giây) 9.9577 (giây) 5.4868 (giây) Mô trƣờng hợp cố nhà máy 53 4.3.1 Mục đích kịch mơ Mục đích mô mục để kiểm chứng làm việc ổn định, tin cậy sơ đồ bảo vệ kích từ, tránh làm việc nhầm có cố ngồi kèm theo dao động điện (nếu xảy ra) Các cố đƣợc xét cố đối xứng cố không đối xứng Thời gian tồn cố đƣợc chọn 100ms lƣới điện 500kV, bảo vệ bảo vệ cắt nhanh Các kịch mô nhƣ sau:  Trƣờng hợp 1: đƣờng dây bị ngắn mạch pha chạm đất  Trƣờng hợp 2: đƣờng dây bị ngắn mạch ba pha  Trƣờng hợp 3: đƣờng dây bị ngắn mạch hai pha chạm đất  Trƣờng hợp 4: đƣờng dây bị ngắn mạch hai pha Điểm cố đƣợc biểu diễn nhƣ hình 37: Dịng điện Stator Góc lệch Rotor Tốc độ Từ dƣ Iabc MF Vin Góc lệch Rotor Vout Va (pu) Tốc độ Turbine A A a A B B b B C C c Từ dƣ MF3 C Đƣờng dây Máy biến áp 360 MVA 20 kV / 550 kV HỆ THỐNG ĐIỆN 20000 MVA, 500 kV Dịng điện Stator Góc lệch Rotor -C- Từ dƣ Khối mô cố đường dây Tải Iabc MF4 Góc lệch Rotor Tốc độ Từ dƣ MF4 A Tự dùng Tổ máy (30MW) B C A B C A B C Máy phát số Tốc độ Turbine A A a B B b C c C Máy biến áp 360 MVA 20 kV / 550 kV MƠ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN QUẢNG NINH A B C Máy phát số Tự dùng Tổ máy (30MW) Hình 37: Điểm cố m hình m 4.3.2 Trường hợp cố pha Sự cố ngắn mạch pha xảy góp điện trở cố giả thiết 0.1 Ω Kịch 1: Sự cố chạm đất pha A & Máy phát phát 90% 54 BIỂU ĐỒ ĐIỆN ÁP TỨC THỜI PHA KHI XẢY RA SỰ CỐ PHA CHẠM ĐẤT 0.5 -0.5 -1 -1.5 11.95 12 12.15 12.1 12.05 12.2 12.25 12.3 12.4 12.35 DÒNG ĐIỆN TỨC THỜI PHA KHI XẢY RA SỰ CỐ PHA CHẠM ĐẤT -1 -2 -3 -4 11.9 12.1 12 12.3 12.2 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 Hình 38 Điện áp dịng điện máy phát c cố pha (a) Điện áp (b) Dòng điện Diễn biến góc rotor đƣợc mơ tả hình dƣới đây: GĨC ROTOR MÁY PHÁT KHI XẢY RA SỰ CỐ PHA CHẠM ĐẤT 50 45 Góc rotor (deg) 40 35 30 25 20 15 10 12 13 14 15 16 Thời gian (s) 17 18 19 20 Hình 39 Di n biến g c roto máy phát cố pha 55 Kết mô cho thấy, góc roto có bị dao động, nhiên sau ổn định dần, có nghĩa máy phát làm việc mà không bị đồng Kết cho thấy quĩ đạo chuyển động tổng trở tổng dẫn đo đƣợc không tiến vào vùng bảo vệ chống kích từ sơ đồ bảo vệ R-X, G-B Bảng Hoạt động sơ đ bảo vệ kích từ cố pha với 90% tải Kịch 1: 90% tải Sự cố pha chạm đất Vào vùng bảo vệ (Có/Khơng) Thời gian Khơng Khơng - Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B Kịch 2: Sự cố chạm đất pha A & Máy phát phát 70% Kết mô kịch cho Bảng Bảng Hoạt động sơ đ bảo vệ kích từ cố pha với 70% tải Kịch 2: 70% tải Sự cố pha chạm đất Vào vùng bảo vệ (Có/Khơng) Thời gian Khơng Khơng - Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B 4.3.3 Trường hợp cố ba pha Kịch 1: Sự cố chạm đất ba pha & Máy phát phát 90% 56 ĐIỆN ÁP TỨC THỜI PHA KHI SỰ CỐ NGẮN MẠCH PHA 0.5 -0.5 -1 -1.5 12 12.1 12.5 12.4 12.3 12.2 DÒNG ĐIỆN PHA TỨC THỜI KHI SỰ CỐ NGẮN MẠCH PHA -2 -4 -6 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 Hình 40 Điện áp dịng điện máy phát c cố ba pha (a) Điện áp (b) Dịng điện Kết mơ cho thấy, góc roto có bị dao động, nhiên sau ổn định dần, có nghĩa máy phát làm việc mà không bị đồng Kết cho thấy quĩ đạo chuyển động tổng trở tổng dẫn đo đƣợc không tiến vào vùng bảo vệ chống kích từ sơ đồ bảo vệ R-X, G-B Bảng Hoạt động sơ đ bảo vệ kích từ cố ba pha với 90% tải Kịch 1: 90% tải Sự cố pha Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B Vào vùng bảo vệ (Có/Khơng) Thời gian Khơng Không - 57 Kịch 2: Sự cố chạm đất pha A & Máy phát phát 70% Kết mô kịch cho Bảng Bảng Hoạt động sơ đ bảo vệ kích từ cố ba pha với 70% tải Kịch 2: 70% tải Sự cố ba pha Vào vùng bảo vệ (Có/Khơng) Thời gian Khơng Khơng - Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B 4.3.4 Kết mô với trường hợp cố hai pha hai pha chạm đất Thực mô với trƣờng hợp cố ngắn mạch hai pha hai pha chạm đất cho thấy máy phát có khả làm việc ổn định sau cố Trong trình q độ khơng làm rơle bảo vệ kích từ bị khởi động nhầm 4.4 Nhận xét kết 4.4.1 Nhận xét kết mô với cố kích từ Mục đích mơ mục để kiểm chứng làm việc ổn định, tin cậy sơ đồ bảo vệ kích từ, tránh làm việc nhầm có cố ngồi kèm theo dao động điện (nếu xảy ra) Các cố đƣợc xét cố đối xứng cố không đối xứ Bảng Kết so sánh làm việc sơ đ với cố kích từ Mất kích từ hoàn toàn 90% tải 70% tải 100% tải Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B Tín hiệu cảnh báo 4.2521 giây 2.3886 giây Tín hiệu cắt 4.8616 giây 5.1958 giây Tín hiệu cảnh báo 4.8518 giây 2.8234 giây Tín hiệu cắt 6.5608 giây 7.2544 giây Tín hiệu cảnh báo 4.0822 giây 2.2686 giây Tín hiệu cắt 4.4119 giây 4.4943 giây 58 Mất kích từ phần 90% tải 70% tải 100% tải Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B Tín hiệu cảnh báo 5.4515 giây 3.1022 giây Tín hiệu cắt 6.111 giây 6.4344 giây Tín hiệu cảnh báo 6.9816 giây 4.1567 giây Tín hiệu cắt 8.8106 giây 9.9577 giây Tín hiệu cảnh báo 5.0417 giây 2.8398 giây Tín hiệu cắt 5.4114 giây 5.4868 giây Từ kết mơ phỏng, ta thấy sơ đồ R-X G-B có khả phát cố kích từ chế độ mang tải khác Sơ đồ G-B có khả phát cố sớm hơn, nhiên lại cần nhiều thời gian để gửi tín hiệu cắt so với sơ đồ R-X Từ kết thấy nên sử dụng sơ đồ R-X để bảo vệ chống kích từ cho máy phát điện có khả cắt sớm, tránh việc ổn định tổ máy gây cố sang lan tràn máy phát khác Tuy nhiên, máy phát điện bảo vệ kích từ bảo vệ, ngồi cịn hàng loạt chức bảo vệ khác s làm việc để tránh việc máy phát bị rơi vào trƣờng hợp làm việc cực đoan 4.4.2 Nhận xét kết trường hợp cố ngồi Trong q trình cố ngoài, sơ đồ R-X sơ đồ G-B thể khả làm việc ổn định Các cố ngồi nhà máy khơng làm sơ đồ hoạt đồng nhầm 59 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TƢƠNG LAI Kết luận 5.1 Mất kích từ máy phát điện cố gặp vận hành, hệ dẫn tới máy phát điện bị rơi vào trạng thái làm việc đồng tăng lƣợng cơng suất phản kháng tiêu thụ, ảnh hƣởng tiêu cực đến tính ổn định hệ thống điện Do việc khảo sát, đánh giá phƣơng thức bảo vệ kích từ máy phát điện có ý nghĩa quan trọng Luận văn sâu phân tích hai phƣơng pháp bảo vệ kích từ là: + Sử dụng rơle tổng trở với đặc tính tổng trở âm: phƣơng pháp đƣợc sử dụng từ lâu đời hệ thống điện, đƣợc tích hợp nhiều rơle số hãng nhƣ ABB, Schneider, GE… + Sử dụng rơle tổng dẫn: phƣơng pháp đƣợc tích hợp riêng rơle Siemens, hãng khác khơng sử dụng Luận văn áp dụng tính tốn với mơ hình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh gồm hai tổ máy công suất 300MW Các số liệu máy phát máy biến áp tăng áp đầu cực đƣợc lấy từ thông số thực nhà máy, nhiên phần thơng số điều khiển kích từ đƣợc lấy theo mặc định thơng số không đƣợc cung cấp nhà thầu Kết mô luận văn cho thấy rằng: phƣơng pháp phát kích từ có ƣu nhƣợc điểm riêng: + Phƣơng pháp sử dụng rơle tổng dẫn Siemens có khả phát hiện, cảnh báo sớm tƣợng kích từ so với phƣơng pháp tổng trở, nhiên lại phát chậm trễ phát thời điểm ổn định máy phát + Phƣơng pháp sử dụng rơle tổng trở đặc tính âm có khả phát thời điểm ổn định máy phát kích từ sớm 60 có khả loại trừ máy phát trƣớc tƣợng ổn định gây ảnh hƣởng đến hệ thống máy phát lân cận Kết luận chung thấy nên sử dụng rơle tổng trở với đặc tính âm để phát hiện tƣợng kích từ máy phát phƣơng pháp s sớm ngăn ngừa đƣợc ảnh hƣởng kích từ tới hệ thống máy phát khác Tuy nhiên, thực tế chức bảo vệ cho máy phát bên cạnh nhiều bảo vệ khác có liên quan đến việc kích từ nhƣ bảo vệ dòng, thấp áp, bảo vệ chống vƣợt tốc… 5.2 Hƣớng nghiên cứu tƣơng lai Mơ hình nghiên cứu xét đến ảnh hƣởng tƣơng hỗ hai máy phát nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 2, tƣơng lai xem xét mơ đầy đủ tồn nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh Ngồi cịn cần nghiên cứu phối hợp bảo vệ phát kích từ với hàng loạt bảo vệ khác máy phát Mục đích nghiên cứu để đảm bảo giá trị chỉnh định hợp lý không gây xung đột chức bảo vệ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Wang, W Principle and Application of Electric Power Equipment Protection China Electric Power Press, 2002 ABB Generator Protection Application Guide 1MRK 502 003-AEN, 1997 Ghandhari, M Dynamic Analysis of Power Systems PART II Royal Institute of Technology, 2008 Reiment, D., & Raton, B Protective Relaying for Power Generation Systems CRC, 2006 Kundur, P Power System Stability and Control McGraw-Hill Education, 1994 Armando Guzmán, H J Dynamic Simulation Help Improve Generator Protection Schweitzer Engineering Laboratories, 2006 Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems IEEE Standard 242-1986 Charles J Mozina, M R Coordination of generator protection with generator excitaion control and genrator capability , Working Group J-5 of the Rotating Machinery Subcommittee, Power System Relay Committee, 2007 62 ... NĂNG PHÁT CỦA MÁY PHÁT VÀ CÁC SƠ ĐỒ BẢO VỆ MẤT KÍCH TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN 10 2.1 Giới hạn khả phát máy phát biểu đồ công suất phát 10 2.2 Phƣơng thức bảo vệ chống kích từ dựa theo giám sát. .. NGUYỄN THANH TÖ KHẢO SÁT, SO SÁNH CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ PHÁT HIỆN MẤT KÍCH TỪ ĐỐI VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA... bảo vệ phát kích từ máy phát điện? ?? Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn: Khảo sát, so sánh phƣơng thức bảo vệ kích từ máy phát đƣợc sử dụng; từ