Nghiên cứu hệ thống bảo vệ các bộ tụ bù tại trạm biến áp 110kv tại tp hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - LÊ QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60120202 TP HCM, năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - LÊ QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60120202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT TP HCM, tháng 11/2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày 19 tháng 11 năm 2017 Thành phần hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: Họ Tên TT Chức danh hội đồng PGS TS Ngô Cao Cường Chủ tịch PGS TS Võ Ngọc Điều Phản biện TS Nguyễn Hùng Phản biện PGS TS Lê Chí Kiên Ủy viên TS Đinh Hoàng Bách Ủy viên, thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn NGÔ CAO CƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP.HCM, ngày 31 tháng năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ QUỐC BẢO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/3/2016 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện MSHV: 1541830001 I Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH II Nhiệm vụ nội dung: T m hi u tr nh độ xảy th c đóng c t điện tụ bù 22kV trạm 110kV trường hợp khơng có s cố xảy s cố tụ bù III Ngày giao nhiệm vụ: 07/10/2016 IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/7/2017 V Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng Nội dung, số liệu tập hợp từ nhiều nguồn khác Thuyết minh, mô kết tính tốn thân tơi th c Tôi xin cam đoan s giúp đỡ cho việc th c Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn ghi rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Tp.HCM, ngày 31 tháng năm 2017 Lê Quốc Bảo ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, cán công nhân viên thuộc Công ty Lưới điện Cao Tp.HCM bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho th c luận văn Đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu s c tới thầy giáo TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt – thầy tận t nh quan tâm hướng dẫn giúp đỡ tơi xây d ng hồn thành luận văn V thời gian kiến thức cịn hạn chế luận văn khơng th tránh khỏi nhiều thiếu sót, tơi mong nhận s góp ý thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp đ luận văn ngày hoàn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! iii TĨM TẮT Mơ phân tích tượng tr nh độ thao tác đóng c t tụ điện trạm biến 110kV khía cạnh công tác thiết kế, l p đặt vận hành tụ bù Các tượng có th làm hư hỏng cách điện tụ thiết bị khác trạm, gây tác động sai lệch cho mạch bảo vệ, mạch điều n ảnh hưởng đến chất lượng điện cung cấp cho khách hàng D a vào kết mô từ phần mềm ATP đ từ nhà chế tạo người vận hành đưa giải pháp nhằm hạn chế mức thấp điện áp thao tác đóng tụ bù trạm biến áp 110 kV Các trường hợp đóng c t tụ bù trạm biến áp 110 kV sử dụng phần mềm ATP đ mô bao gồm: mô tr nh độ xảy đóng c t tụ bù, ngồi cịn mơ tượng phóng điện trở lại máy c t c t tụ iv ABSTRACT Simulation and analysis of transient phenomena during capacitor switching operation in 110kV transformer stations is an aspect in the design, installation and operation of compensating capacitors These phenomena can damage the insulation of the capacitor and other equipment in the substation, causing false positives for the circuit, the control circuit and the quality of the power supplied to the customer Based on simulation results from the ATP software from which the manufacturer and the operator propose solutions to minimize the overvoltage when operating capacitor banks at the 110 kV substation The case of capacitor banks at the 110 kV substation using ATP software for simulations includes: simulation of transient processes occurring when switching on or off the capacitors and simulating the Transient Recovery Voltage of the circuit breaker when cut out the capacitors v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề: Mục tiêu nghiên cứu: .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: Nội dung luận văn: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Chức số thiết bị trạm biến áp 1.1.1 Máy biến áp .6 1.1.2 Máy c t trung 1.1.3 Tụ bù trung thế: .15 1.2 Hệ thống Rơ-le bảo vệ 16 1.2.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ-le: .17 1.2.2 Ký hiệu số chức bảo vệ rơ-le thường sử dụng trạm biến áp: 18 1.2.3 Các chức bảo vệ rơ-le sử dụng cho thiết bị trạm: 19 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH ATP/ EMTP .21 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATP/EMTP: .21 2.1.1 Nguyên t c hoạt động: 22 2.1.2 Khả chương tr nh: 22 2.1.3 Mô h nh hợp Module mô ATP .23 2.1.4 Một số ứng dụng quan trọng ATP/EMTP: .24 vi 2.2 ATPDraw .25 2.2.1 Giới thiệu sơ lược ATPDraw: 25 2.2.2 Các thiết bị tiêu chuẩn ATPDraw 26 2.2.2.1 Nguồn điện (Sources) .27 2.2.2.2 Nhánh (Branch) 28 2.2.2.3 Máy biến áp (transformers) 30 2.2.2.4 Thiết bị đóng c t (Switch) 31 2.2.2.5 Máy điện (Machines) .31 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH GIẢ LẬP KHI THAO TÁC ĐĨNG, CẮT ĐIỆN BỘ TỤ BÙ 33 3.1 Thông số phần tử trạm biến áp cần mô phỏng: 33 3.1.1 Máy biến áp: 33 3.1.2 Máy c t tụ bù: 33 3.1.3 Bộ tụ bù: 34 3.1.4 Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân: .34 3.2 Mô h nh phần tử hệ thống điện mô .34 3.2.1 Mô h nh nguồn điện 34 3.2.2 Mô h nh thevenin hệ thống 22kV trạm: .35 3.2.3 Mô h nh tụ bù pha 22kV: .35 3.2.4 Mô h nh máy c t điện pha 22kV: 36 3.3 Diễn biến s cố kết mô tr nh độ đóng c t tụ bù 22kV trạm biến áp 110kV Lê Minh Xuân: 37 3.3.1 Diễn biến s cố ngày 27/4/2017: 37 3.3.2 Th c mơ trường hợp đóng điện tụ bù: 37 3.3.3 C t điện tụ bù 49 3.3.4 C t điện tụ bù có s cố 55 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ CÁC KIẾN NGHỊ 62 4.1 Phân tích: 62 4.2 Kiến nghị: .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 51 - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 1080A, Pha B: 7A, Pha C: 50A - Mở máy cắt thời điểm góc π/2 Hình 3.34 Dịng điện xung kích pha A tụ bù mở máy cắt góc π/2 Hình 3.35: Dịng điện xung kích pha B tụ bù mở máy cắt góc π/2 Hình 3.36: Dịng điện xung kích pha C tụ bù mở máy cắt góc π/2 52 - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 74A, Pha B: 786A, Pha C: 3.7A - Mở máy cắt thời điểm góc π Hình 3.37 Dịng điện xung kích pha A tụ bù mở máy cắt góc π Hình 3.38: Dịng điện xung kích pha B tụ bù mở máy cắt góc π 53 Hình 3.39: Dịng điện xung kích pha C tụ bù mở máy cắt góc π - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 10A, Pha B: 85.5A, Pha C: 18A - Mở máy cắt thời điểm góc 3π/2 Hình 3.40 Dịng điện xung kích pha A tụ bù mở máy cắt góc 3π/2 54 Hình 3.41: Dịng điện xung kích pha B tụ bù mở máy cắt góc 3π/2 Hình 3.42: Dịng điện xung kích pha C tụ bù mở máy cắt góc 3π/2 - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 62A, Pha B: 17A, Pha C: 1167A Kết luận: - Thời m an toàn đ mở máy c t tụ bù góc điện áp - Tuy nhiên, máy c t 22kV thường loại MC tiếp m tác động đồng thời, không th mở riêng lẻ tiếp m Do khó tránh trường hợp pha có dịng điện hồ quang phóng qua tiếp m, gây hư hỏng 55 tiếp m máy c t, gây tác động nhầm hệ thống rơ-le bảo vệ bậc cao - Giải pháp: tăng thời gian delay setting chức 50BF rơ-le bảo vệ máy c t tụ bù, thay đổi máy c t chuyên dụng dành cho tụ bù 3.3.4 Cắt điện tụ bù có cố a Sơ đồ mơ phỏng: Hình 3.43: Mơ hình mơ trình độ rơ-le bảo vệ tác động cắt điện tụ bù (có sử dụng giả lập hồ quang điện theo mơ hình Cassie Mayr cải tiến) có cố pha chạm đất 56 Ta xét thời m có s cố xảy sau 0.02s góc 0, π/2, π, 3π/2 b Kết thực mô phỏng: - Sự cố thời điểm góc Hình 3.44 Dịng điện xung kích pha A tụ bù có cố thời điểm góc Hình 3.45: Dịng điện xung kích pha B tụ bù có cố thời điểm góc 57 Hình 3.46: Dịng điện xung kích pha C tụ bù có cố thời điểm góc - Kết mở máy c t: + Giá trị dòng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 180A, Pha B: 36.5A, Pha C: 1900A - Sự cố thời điểm góc π/2 Hình 3.47 Dịng điện xung kích pha A tụ bù có cố thời điểm góc π/2 58 Hình 3.48: Dịng điện xung kích pha B tụ bù có cố thời điểm góc π/2 Hình 3.49: Dịng điện xung kích pha C tụ bù có cố thời điểm góc π/2 - Kết mở máy c t: + Giá trị dòng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 168A, Pha B: 136.5A, Pha C: 2500A 59 - Sự cố thời điểm góc π Hình 3.50 Dịng điện xung kích pha A tụ bù có cố thời điểm góc π Hình 3.51: Dịng điện xung kích pha B tụ bù có cố thời điểm góc π Hình 3.52: Dịng điện xung kích pha C tụ bù có cố thời điểm góc π 60 - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 10,7A, Pha B: 192A, Pha C: 1900A - Sự cố thời điểm góc 3π/2 Hình 3.53 Dịng điện xung kích pha A tụ bù có cố thời điểm góc 3π/2 Hình 3.54: Dịng điện xung kích pha B tụ bù có cố thời điểm góc 61 3π/2 Hình 3.55: Dịng điện xung kích pha C tụ bù có cố thời điểm góc 3π/2 - Kết mở máy c t: + Giá trị dịng hồ quang phóng qua tiếp m máy c t: Pha A: 13.5A, Pha B: 75A, Pha C: 2900A Kết luận: - Khi có s cố tụ bù, xảy trường hợp phóng điện lặp lại, đó, lượng tích trữ tụ giải phóng qua m bị s cố pha cịn lại, làm cho hệ thống rơ-le bảo vệ tác động nhầm 62 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ CÁC KIẾN NGHỊ 4.1 Phân tích: - Khi tụ điện đóng vào lưới điện mà giá trị điện áp tức thời nguồn điện áp tụ biên độ c c đại ngược pha, lúc điện áp tụ tăng lên 2,3 lần so với điện áp định mức dịng điện có th tăng lên đến 13-14 lần so với dòng xác lập qua tụ Đây trường hợp nguy hi m đóng tụ vào lưới điện - Khi tụ điện đóng vào lưới điện mà giá trị điện áp tức thời nguồn biên độ c c đại điện áp tụ không, lúc điện áp tụ 1,84 lần so với điện áp định mức dòng điện tăng lên đến 6-7 lần so với dòng xác lập qua tụ - Khi tụ điện đóng vào lưới điện mà giá trị điện áp tức thời nguồn điện áp tụ biên độ pha giá trị khơng th lúc điện áp tụ không xảy cịn dịng điện xung kích chạy vào tụ với biên độ nhỏ - Ta nên chọn thời m đóng c t máy c t tụ bù thời m điện áp qua m “0” đ giảm biên độ, thời gian dao động dòng điện qua máy c t điện áp - Khi có s cố tụ bù, lượng tích trữ tụ giải phóng, gây tượng phóng điện lặp lại qua tiếp m máy c t Dòng điện giảm theo trở kháng hồ quang khoảng cách tiếp m máy c t tăng dần, nhiên cài đặt trị số cho bảo vệ rơle không phù hợp, dẫn đến tác động nhằm, máy c t th c việc c t dịng điện s cố tụ bù thành cơng 4.2 Kiến nghị: - Tại trạm biến áp 110kV, máy c t tụ bù 22kV sử dụng loại máy c t chân không (VCB) dùng cho phát tuyến đường dây lưới điện ngồi Do khơng đảm bảo cho việc đóng c t hệ thống tụ bù Phải sử dụng máy c t 63 chuyên dụng cho việc đóng c t tụ bù, hạn chế tượng phóng hồ quang lặp lại, gây việc tác động nhầm rơle bảo vệ tụ bù Các máy c t đặc biệt bổ sung thêm buồng dập hồ quang sử dụng điện trở đóng trước đ tăng trở kháng hồ quang, từ giảm thời gian tồn hồ quang điện - Nên l p thêm điều n l a chọn thời gian đóng c t cho máy c t tụ bù - Đối với hệ thống rơ-le bảo vệ máy c t tụ bù, nên nâng cao thời gian c t cho chức 50BF, tránh trường hợp có tượng phóng điện lặp lại, gây tác động nhầm cho máy c t tổng 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] EMTP help: http://www.elkraft.ntnu.no/atpdraw/help/ATPDraw_Help.htm [2] IEEE Std C37.06 TM-2019, IEEE Standard fo AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis – Preferred Ratings and Related Required Capabilities for Voltages Above 1000V [3] IEEE Std C37.010 TM-1999(R2005), IEEE Application Guide for AC HighVoltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis [4] IEEE Std C37.011 TM-2011, IEEE Guide for the Application of Transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuit Breakers [5] IEEE Std C37.012 TM-2005, IEEE Application Guide for Capacitance Current Switching for AC High-Voltage Circuit Breakers [6] ABB Live Tank Circuit Breaker - Application Guide ABB [7] Michael Beanland, Thomas Speas, Joe Rostron Pre-insertion Resistors in High Voltage Capacitor Bank Switching 2004 [8] Govind Gopakumar, Huihua Yan, Dr Bruce A Mork, Kalyan K.Mustaphi Shunt Capacitor Bank Switching Transient [9] G Ala, M Inzerillo An improved circuit breaker model in MODELS Language for ATP-EMTP code [10] Hatem A Darwish and Nagy I Elkalashy Universal Arc Representetion Using EMTP [11] R.W.Alexander, D.Dufournet Transient Recovery Voltage (TRV) For HighVoltage Circuit Breakers [12] Shui-cheong Kam Assessing of Circuit Breaker Restrike Risks Using Computer Simulation and Waveled Analysis [13] Piotr Oramus, Tomasz Chmielewski, Tomasz Kuczek, Wojciech Piasecki, Marcin Szewczyk Transient recovery voltage analysis for various current breaking mathematical models shunt reactor and capacitor bank de-energization study [14] H.A Darwish and N.I Elkalashy Comparison of Universal Circuit Breaker Arc Representation with EMTP Built-in Model [15] Xuegong Wang, Paul Wilson, Jen Zhou, Dharshana Muthumuni, Dan Kell, 65 Kwok-Wai Louie Transient Recovery Voltage Investigation in the Application of 15 kV Circuit Breaker Failure [16] Mustafa Kizilcay, Piergiovanni La Seta Digital Simulation of Fault Arc in Medium-Voltage Distribution Networks [17] L Dube, I Bonfanti, M T Correia de Barros, V Vanderstockt Using the Simulation language “Model” with EMTP [18] Mietek T Glinkowslti, Moises R Gutierrez, Dieter Braun Voltage Escalation and Reignition Behavior of Vacuum Generator Circuit Breakers During Load Shedding [19] Lou van der Sluis Transients in Power Systems ... tụ bù 22kV trạm biến áp Là nhân viên công tác tổ Rơle thuộc Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Tp. HCM, em l a chọn đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM - LÊ QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC... sinh: 06/3/2016 Nơi sinh: TP. HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện MSHV: 1541830001 I Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH II Nhiệm vụ nội dung: