Phân tích đánh giá ứng dụng rơ le g60 trong bảo vệ máy phát nhà máy thủy điện sông tranh 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN VĂN ĐƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỨNG DỤNG RƠ LE G60 TRONG BẢO VỆ MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngườı hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Trong luận văn có sử dụng liệu Cơng ty thủy điện Sông Tranh tài liệu hãng Rơ le GE - Multilin Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Trần Văn Đông TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ỨNG DỤNG RƠ LE G60 TRONG BẢO VỆ MÁY PHÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH Học viên: Trần Văn Đơng Mã số: 8520201 Khóa: K34 Chun ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Nhà máy thủy điện Sơng Tranh gồm tổ máy có cơng suất 190MW cấp điện qua đường dây 220kV đến Trạm 220kV Sông Tranh Trạm 220kV Tam Kỳ để nối vào hệ thống lưới điện quốc gia Nhà máy sử dụng rơ le G60, T60, L30, D60, L90, B90, F650 hãng GE Multilin rơ le khác MRR1, HRACIC,…để bảo vệ máy phát điện việc khai thác vận hành, bảo trì cịn chưa hiệu quả, chưa làm chủ thiết bị chưa có tài liệu hướng dẫn cụ thể, bên cạnh cố xảy việc chỉnh định, cài đặt thông số bảo vệ cần phân tích, đánh giá hoạt động rơ le G60 Với lý trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu "Phân tích đánh giá ứng dụng rơ le G60 bảo vệ máy phát nhà máy thủy điện Sơng Tranh 2" Tác giả sâu tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích, đánh giá thiết bị hệ thống rơ le bảo vệ máy phát nhà máy, đặc biệt cấu hình phần mềm rơ le, tìm hiểu ngun lý, tính tốn trị số chỉnh định chức bảo vệ Sau đó, phối hợp sử dụng hợp CMC 256 Plus xây dựng mô hình mơ Matlab_Sumilink trực quan, giúp ta thử nghiệm, phân tích đánh giá làm việc chức 87G bảo vệ máy phát cách nhanh chóng, tiện ích đem lại kết xác Từ khóa: Phân tích rơ le G60; Bảo vệ so lệch máy phát; ứng dụng phần mềm EnerVista UR Setup, Nhà máy thủy điện Sông tranh ANALYSIS ASSESSMENT RELAY G60 APPLICATIONS IN PROTECTION GENERATOR OF SONG TRANH HYDROPOWER PLANT Abstract: Song Tranh hydropower plant consists of units with a capacity of 190MW supplying electricity through 220kV lines to 220kV Song Tranh Station and 220kV Tam Ky Station to connect to the national grid The factory uses G60, T60, L30, D60, L90, B90, F650 relays of GE Multilin and other relays such as MRR1, HRACIC, to protect generators but the operation, maintenance and maintenance ineffective, not yet able to master the equipment due to the lack of specific guidance documents, besides, when the incident occurs, the setting of protection parameters needs to be analyzed and evaluated the operation of the relay G60 For this reason, the author has chosen the research topic "Analysis and evaluation of relay G60 applications in protecting generator Song Tranh hydropower plant" The author delves deep into understanding, researching, analyzing, evaluating equipment of transmitter protection relay system, especially about software configuration of relays, understanding principles and calculating correction values, designation of protection functions After that, coordinating to use CMC 256 Plus and building Matlab_Sumilink visual simulation model, help us experiment, analyze and evaluate the working of 87G function to protect the device quickly and conveniently and give very accurate results Keywords: Relay G60 Analysis; protection differential of generator, EnerVista UR Setup software application, Song tranh hydropower plant MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nhiệm vụ đề tài .2 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn Đặt tên đề tài Bố cục luận văn .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰC VÀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ 1.1 Tổng quan máy phát điện thủy lực 1.1.1 Cấu trúc máy phát điện thủy lực .4 1.1.2 Đặt tính cơng suất máy phát 1.1.3 Ảnh hưởng góc tải .5 1.1.4 Hệ thống kích từ máy phát điện thủy lực 1.1.5 Hệ thống điều tốc máy phát điện thủy lực 1.2 Các chế độ làm việc máy phát điện thủy lực .9 1.2.1 Chế độ làm việc bình thường 1.2.2 Chế độ làm việc công suất vượt định mức 10 1.2.3 Chế độ làm việc điện áp đầu cực tăng giảm so với định mức 10 1.2.4 Chế độ làm việc tần số bị dao động 11 1.2.5 Chế độ làm việc hệ số công suất thay đổi 12 1.2.6 Các chế độ làm việc khơng bình thường 12 1.2.7 Các chế độ làm việc có tình trạng hư hỏng xảy 15 1.3 Các chức bảo vệ thường trang bị cho máy phát điện thủy lực 17 1.4 Khái quát rơ le kỹ thuật số bảo vệ máy phát điện thủy lực .17 1.4.1 Các chức rơ le 17 1.4.2 Cấu trúc nguyên lý hoạt động rơ le 18 1.4.3 Công tác bảo dưỡng thử nghiệm rơ le kỹ thuật số 20 1.5 Kết luận 25 CHƯƠNG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ TỔ MÁY NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SÔNG TRANH 26 2.1 Giới thiệu nhà máy thủy điện Sông tranh .26 2.2 Sơ đồ nối điện nhà máy thủy điện Sông Tranh 26 2.3 Sơ đồ phương thức đo lường bảo vệ khối MF-MBA 28 2.4 Sơ đồ đấu nối mạch tín hiệu dịng điện, điện áp, mạch tín hiệu bảo vệ 30 2.5 Sơ đồ logic mạch bảo vệ tổ máy 33 2.6 Rơ le G60 bảo vệ máy phát điện nhà máy thủy điện Sông Tranh .34 2.6.1 Giới thiệu rơ le G60 hãng GE-Mutilin 34 2.6.2 Cài đặt rơ le G60 phần mềm EnerVista UR Setup 35 2.7 Các chức bảo vệ máy phát điện nhà máy thủy điện Sông Tranh 39 2.7.1 Thông số kỹ thuật thiết bị đối tượng bảo vệ 39 2.7.2 Bảo vệ so lệch dọc máy phát điện (87G) 40 2.7.3 Bảo vệ chạm đất stator (95%-59N, 100%-64S) 46 2.7.4 Bảo vệ điện áp (59) 48 2.7.5 Bảo vệ điện áp (27) 48 2.7.6 Bảo vệ kích từ (24) 49 2.7.7 Bảo vệ khoảng cách (21) 49 2.7.8 Bảo vệ q dịng có kiểm tra áp (27/50) 50 2.7.9 Bảo vệ đồng (78) 51 2.7.10 Bảo vệ công suất ngược (32) .52 2.7.11 Bảo vệ kích từ (40) 52 2.7.12 Bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch (46) 54 2.7.13 Chức giám điện áp 54 2.7.14 Bảo vệ tải máy phát (49) 55 2.7.15 Bảo vệ tần số (81) 55 2.7.16 Bảo vệ so lệch ngang (87GW) 56 2.7.17 Bảo vệ chạm đất roto (64R) 56 2.7.18 Bảo vệ dòng điện trục (38) 56 2.7.19 Bảo vệ q dịng MBA kích từ (50/51ET) 57 2.8 Cài đặt, cấu hình logic chức bảo vệ .58 2.8.1 Cài đặt thông số chung 58 2.8.2 Cài đặt, chỉnh định trị số bảo vệ chức sử dụng 58 2.8.3 Thiết lập đầu vào (input), rơ le đầu ra(output), đèn Led chức logic làm việc chức bảo vệ 59 2.9 Tình trạng lỗi, khiếm khuyết hệ thống rơ le nhà máy .60 2.10 Kết luận .61 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ CỦA RƠ LE G60 63 3.1 Thử nghiệm, kiểm tra đánh giá hoạt động chức bảo vệ .63 3.1.1 Nội dung bước thử nghiệm rơ le .63 3.1.2 Kết thử nghiệm chức bảo vệ rơ le G60 .67 3.2 Ứng dụng phần mềm Matlab_Simulink để mô làm việc chức bảo vệ so lệch máy phát (87G) Rơ le 76 3.2.1 Giới thiệu Matlab_Simulink .76 3.2.2 Xây dựng mơ hình bảo vệ so lệch máy phát (87G) 77 3.2.3 Mô hoạt động chức 87G bảo vệ máy phát 84 3.3 Kết luận 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .93 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: 52 : Máy cắt H1CT-5 : Biến dòng điện – cuộn dây số H1CT-12 : Biến dòng điện – cuộn dây số 12 IKT : Dòng điện kích thích MC_901 : Máy cắt đầu cực máy phát MF_H1 : Máy phát số T1 : Máy biến áp TUH-10 : Biến điện áp phía trung tính TUH-12 : Biến điện áp phía đầu cực máy phát CÁC CHỮ VIẾT TẮT: CT : Máy biến dòng điện (Current Transfomer) DCL : Dao cách ly DCS : Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed control system) HTKT : Hệ thống kích từ HMI : Giao diện người – máy (Human-Machine-Interface) MBA : Máy biến áp MC : Máy cắt MF : Máy phát Pu : Đơn vị phần trăm (Percent unit) SCADA : Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory Control And Data Acquisition) VT : Máy biến điện áp (Voltage Transfomer) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các chức rơ le bảo vệ hệ thống I 29 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật MF-MBA nhà máy thủy điện Sông Tranh 39 Bảng 2.3: Thống kê lỗi, khiếm khuyết hệ thống rơ le bảo vệ 60 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Các thành phần máy phát điện thủy lực Hình 1.2: Đường cong cơng suất MF Hình 1.3: Sơ đồ véc tơ điện kháng đồng Hình 1.4: Đặc tuyến ngắn mạch xoay chiều trì 16 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý mạch kích thích MF 16 Hình 1.6: Các chức bảo vệ rơ le G60 18 Hình 1.7: Cấu trúc phần cứng rơ le G60 19 Hình 1.8: Sơ đồ hoạt động module CPU 19 Hình 1.9: Kết nối truyền thông rơ le .20 Hình 2.1: Sơ đồ nối điện nhà máy thủy điện Sơng Tranh 27 Hình 2.2: Sơ đồ phương thức đo lường bảo vệ khối MF-MBA .28 Hình 2.3: Mạch tín hiệu đầu vào (INPUT) rơ le G60 hệ thống I 31 Hình 2.4: Mạch tác động rơ le bảo vệ hệ thống I 32 Hình 2.5: Mạch tín hiệu rơ le bảo vệ hệ thống I .33 Hình 2.6: Sơ đồ logic mạch bảo vệ máy phát hệ thống I 33 Hình 2.7: Giao diện giao tiếp phần mềm EnerVista UR Setup 36 Hình 2.8: Giao diện cài đặt offline 36 Hình 2.9: Giao diện cài đặt online 37 Hình 2.10: Giao diện Cài đặt System Setup 38 Hình 2.11: Giao diện cài đặt chức bảo vệ khoảng cách .38 Hình 2.12: Đặc tính bảo vệ so lệch MF rơ le G60 41 Hình 2.13: Thuật tốn phát CT bão hịa 42 Hình 2.14 : Logic làm việc chức 43 so lệch 43 Hình 2.15 : Đặc tuyến 87G truy xuất từ rơ le G60 45 Hình 2.16: Đặc tuyến 87G xây dựng Excel 45 Hình 2.17 : Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chạm đất stator 95% 46 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chạm đất stator 100% 47 Hình 2.19: Cấu hình CT đầu vào bảo vệ so lệch 58 Hình 2.20: Cấu hình trị số chỉnh định bảo vệ so lệch 58 Hình 2.21: Giao diện thiết lập logic rơ le G60 59 Hình 3.1: Sơ đồ kết nối thử nghiệm rơ le bảo vệ 63 Hình 3.2: Khai báo tham số thử nghiệm phần mềm hợp CMC 64 Hình 3.3: Cài đặt đầu dòng điện/điện áp 65 Hình 3.4: Cài đặt đầu vào nhị phân để lấy tín hiệu dừng máy 65 Hình 3.5: Giao diện thử nghiệm hợp CMC .66 Hình 3.6: Khối MF_H1 77 Hình 3.7: Khối Three-Phase Transformer .78 Hình 3.8: Sơ đồ khối bảo vệ 87G 79 Hình 3.9a: Khối nguyên lý đo lường bảo vệ 87G 79 Hình 3.9b: Khối nguyên lý đo lường bảo vệ 87G 80 Hình 3.10: Khối ngun lý tính tốn I_diff a, I_rest a đo lường bảo vệ 87G .80 Hình 3.11: Mơ hình khối xử lý Logic bảo vệ 87G 81 Hình 3.12: Khối xử lý Logic pha A, B, C bảo vệ 87G 81 Hình 3.13: Khối Logic chức bảo vệ 87G_ pha A 82 Hình 3.14: Mơ hình mơ hoạt động chức 87G 83 Hình 3.15: Q trình xây dựng đặc tính xác định vị trí làm việc bảo vệ 87G 84 Hình 3.16: Dịng điện tín hiệu trip chế độ vận hành bình tường 85 Hình 3.17: Mơ cố bên vùng bảo vệ MF .86 Hình 3.18: Dịng điện tín hiệu trip chế độ cố pha 86 Hình 3.19: Đặc tính cố pha vùng bảo vệ 86 Hình 3.20: Dịng điện tín hiệu trip chế độ cố pha A, B 87 Hình 3.21: Đặc tính cố pha A, B vùng bảo vệ .87 Hình 3.22: Dịng điện tín hiệu trip chế độ cố pha B, C 88 Hình 3.23: Đặc tính cố pha B, C vùng bảo vệ 88 Hình 3.24: Dịng điện tín hiệu trip chế độ cố pha A,C 89 Hình 3.25: Đặc tính cố pha A,C vùng bảo vệ 89 Hình 3.26: Dịng điện tín hiệu trip chế độ cố pha A-Ground 90 Hình 3.27: Đặc tính cố pha A vùng bảo vệ 90 Hình 3.28: Mơ cố ngồi vùng bảo vệ MF 91 Hình 3.29: Dịng điện tín hiệu trip cố pha vùng bảo vệ 91 Hình 3.30: Đặc tính cố pha ngồi vùng bảo vệ .92 Phụ lục 4: CHƯƠNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐẶC TUYẾN BẢO VỆ 87G BẰNG MATLAB % clear all; clc; % Ve thi figure set(gcf,'color','w'); suptitle({'DAC TINH LAM VIEC CUA ROLE GE G60';'(Su dung doc phi tuyen)'}); 7- % Ve dang song B 8- Pickup=0.1; 9- slope1 =0.1; %10% 1010- IresPU=Pickup/slope1; 11Break1=1.15; 12Idiff1=slope1*Break1; 13slope2=0.8; 14Break2=5; 15Idiff2=slope2*Break2; 16C0=(2*(slope1slope2)*(Break1^2)*(Break2^2))/(Break1-Break2)^3; 17C1=(slope2*Break1*((Break1^2)+Break1*Break2+4*(B reak2^2))slope1*Break2*(4*(Break1^2)+Break1*Break2+(Break2^2)) )/(Break1-Break2)^3; 18C2=(2*(slope1slope2)*((Break1^2)+Break1*Break2+(Break2^2)))/(Break 1-Break2)^3; 19C3=(slope2-slope1)*(Break1+Break2)/(Break1Break2)^3; 20num=0; 21for x=1.2:0.1:Break2 22Fx=C0+C1*x+C2*x^2+C3*x^3; 23num=num+1; 24X1(3+num)=x; 25Y1(3+num)=Fx; 26end 27Ires=20; 28Idiff3=slope2*Ires; 123456- 29303132- X1(1)=0; X1(2)=IresPU; X1(3)=Break1; 33- 3435- X1(4+num)=Break2; X1(5+num)=Ires; Y1(1)=Pickup; %diff pickup Y1(2)=Pickup; Y1(3)=Idiff1; 363738394041424344- Y1(4+num)=Idiff2; Y1(5+num)=Idiff3; %plot Line duoi plot(X1,Y1,'k','LineWidth',2,'MarkerEdgeColor',' k'); 45464748495051525354555657585960- ylabel('IDIFF [A]','FontWeight','bold'); xlabel('IREST [A]','FontWeight','bold'); grid on text(2,6,'VUNG CAT','FontWeight','bold') text(8,4,'VUNG HAM','FontWeight','bold') hold on %In quy dao All=evalin('base','simout'); [R,C]=size(All); IDIFF = [All(0.1*R:R,2)']; IBIA= [All(0.1*R:R,5)']; plot(IBIA,IDIFF,'k*') Phụ lục 5: BẢN GHI SỰ CỐ CHỨC NĂNG 87G RƠ LE G60 Relay Model: G60 Generator Relay Device Name: Relay-1 Firmware Revision: 5.61 Date: 12/07/2018,15:36:42.313563 Prefault Trigger Operand = 1537: Trip Path2 On Fault Trigger Operand = 1537: Trip Path2 On Active Setting Group at Prefault: Active Setting Group at Fault: SIGNAL Name: Stator Diff Iad Prefault= 0.459 kA Fault= 0.459 kA SIGNAL Name: Stator Diff Ibd Prefault= 0.430 kA Fault= 0.479 kA SIGNAL Name: Stator Diff Icd Prefault= 0.459 kA Fault= 0.498 kA SIGNAL Name: Stator Rest Iar Prefault= 0.459 kA Fault= 0.459 kA SIGNAL Name: Stator Rest Ibr Prefault= 0.430 kA Fault= 0.479 kA SIGNAL Name: Stator Rest Icr Prefault= 0.459 kA Fault= 0.498 kA SIGNAL Name: Stator Gnd Vn 3rd Prefault= 0.000 V Fault= 0.000 V SIGNAL Name: Stator Gnd Vn+V0 3rd Prefault= 0.000 V Fault= 0.000 V SIGNAL Name: Sns Dir Power Prefault= 0.000 kW Fault= 0.000 kW SIGNAL 10 Name: Sns Dir Power Prefault= 0.000 kW Fault= 0.000 kW SIGNAL 11 Name: RGF Igd Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 12 Name: RGF Igr Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 13 Name: EXC Ia Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 14 Name: EXC Ia Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 15 Name: EXC Ib Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 16 Name: EXC Ib Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 17 Name: EXC Ic Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 18 Name: EXC Ic Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 19 Name: NUE Ia Mag Prefault= 0.459 kA Fault= 0.449 kA SIGNAL 20 Name: NUE Ia Angle Prefault= -146.157 deg Fault= -148.288 deg SIGNAL 21 Name: NUE Ib Mag Prefault= 0.420 kA Fault= 0.459 kA SIGNAL 22 Name: NUE Ib Angle Prefault= 95.455 deg Fault= 102.404 deg SIGNAL 23 Name: NUE Ic Mag Prefault= 0.459 kA Fault= 0.498 kA SIGNAL 24 Name: NUE Ic Angle Prefault= -24.703 deg Fault= -29.009 deg SIGNAL 25 Name: LINE Ia Mag Prefault= 0.000 kA Fault= 0.000 kA SIGNAL 26 Name: LINE Ia Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 27 Name: LINE Ib Mag Prefault= 0.000 kA Fault= 0.000 kA SIGNAL 28 Name: LINE Ib Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 29 Name: LINE Ic Mag Prefault= 0.000 kA Fault= 0.000 kA SIGNAL 30 Name: LINE Ic Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg SIGNAL 31 Name: NUE Ig Mag Prefault= 0.000 A Fault= 0.000 A SIGNAL 32 Name: NUE Ig Angle Prefault= 0.000 deg Fault= 0.000 deg DAI HOC DA NANG O)NG HOA XA HOI CHU NGHIA VI~T NAM TRUONG D~I HQC BACH KHOA s6: 2~1-6" D()c I?p - Tt_E'do - H~nh phuc Dit Niing, ngity DG thang A4 ndm 2018 IQ8-DHBK QUYETDJNH V~ vi~e giao d~ tai va trach nhi~m ella nguiri huong d~n lu~n van thac si ,HIEU TRUONG TRUONG DAI - HOC BAcH - KHOA - - - - _" - Can cir Nghi dinh sf, 32/CP 04/411994 cua Chinh phu v~ viec l?p Btnrong Be>Giao due va Dao t