Nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN XUÂN TRUNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 Thái Nguyên - năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Nguyễn Xuân Trung NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Tường Thái Nguyên – năm 2020 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH I Giới thiệu chung: II Nâng cao độ xác định vị điểm cố đường dây truyền tải điện III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía: IV Nguyên lý định vị cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 21 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH, TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV NINH BÌNH – NHO QUAN 22 I Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 22 II Tổng quan trạm biến áp 500 kV Nho Quan 23 III Tổng quan đường dây tải điện Nho Quan – Ninh Bình 24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 25 CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BẢO VỆ KỂ TỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 26 I Phân tích dạng ngắn mạch chương trình ETAP 26 II Xác định yếu tố ảnh hưởng tới độ xác bảo vệ khoảng cách 322 KẾT LUẬN CHƯƠNG 37 CHƯƠNG 4: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG THU THẬP ĐƯỢC TỪ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY 388 I Phương pháp định vị cố dựa theo tín hiệu đo lường từ phía dùng phần mềm Digsi Sigra Siemens: 388 II Mô ngắn mạch đường dây chương trình ATPDraw 455 III Kết mô 533 KẾT LUẬN CHƯƠNG 59 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 600 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 612 TÀI LIỆU THAM KHẢO 623 PHỤ LỤC 644 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Hình Đặc tính tác động loại MhO Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính tốn tổng trở cố pha - pha .101 Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính tốn tổng trở cố pha - đất 112 Hình Sơ đồ thay vịng lặp tính tốn tổng trở cố pha - đất .122 Hình Sự cố chạm đất đường dây có hai nguồn cấp .134 Hình Ảnh hưởng điện trở điểm cố đến tổng trở đo 155 Hình Ảnh hưởng điện kháng tương hỗ đường dây song song 166 Hình Các cấu hình đường dây song song 177 Hình 10 Ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện Ki lên số đo .178 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý đường dây bị cố với hai nguồn cấp 19 Hình 12 Sơ đồ thay đường dây cố 19 Hình Sơ đồ mơ đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 266 Hình Sơ đồ nguyên lý bảo vệ 21 322 Hình Bản ghi thơng tin cố ngày 9.5.2020…………………………………….40 Hình Lấy thơng tin cố Sigra…………………………………………………40 Hình Biến thiên dòng điện pha 411 Hình 4 Biến thiên điện áp pha .422 Hình Chức bảo vệ rơle 422 Hình Chuỗi cách điện pha C vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 bị phóng điện .444 Hình Mỏ phóng sét làm việc vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 .444 Hình 8: Sơ đồ mơ đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch pha 47 Hình Sơ đồ mô đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch pha .477 Hình 10 Mơ hình điện áp nguồn hệ thống 48 Hình 11 Dữ liệu đường dây khơng mơ đun LCC 49 Hình 12 Mơ hình tổng trở pha-đất 51 Hình 13 Đầu đo điện áp dòng điện 52 Hình 14 Mơ hình điểm ngắn mạch 52 Hình 15 Cài đặt thơng số chương trình 522 Hình 16 Biến thiên dòng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha 54 Hình 17 Biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây ngắn mạch pha .555 Hình 18 Biến thiên dịng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha 577 Hình 19: Biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây ngắn mạch pha .588 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Bảng Tổng kết loại cố mạch vòng đo lường tương ứng 10 Bảng Thông số nguồn hệ thống………………………………………………….27 Bảng Thông số dây dẫn dây chống sét 27 Bảng 3 Thông số cấu trúc đường dây 28 Bảng Điện trở điện kháng thứ tự thuận đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 333 Bảng Điện trở điện kháng thứ tự không đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTT vùng 344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng .344 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng có kể tới điện trở hồ quang 355 Bảng Tổng trở bảo vệ TTK vùng có kể đến hồ quang vị trí ngắn mạch .355 Bảng Khả mô ATP 45 Bảng Thông số đường dây 51 Bảng 3: Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha 566 Bảng 4 Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha .577 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỞ ĐẦU Đường dây truyền tải điện đóng vai trò quan trọng hệ thống điện Trong cơng tác quản lý vận hành việc xác định xác điểm cố giúp nhanh chóng xác định phần tử bị cố, làm giảm thời gian ngừng cung cấp điện, giảm số lượng nhân lực để khắc phục cố này, việc xác định xác điểm cố xác định xác tổng trở đường dây giúp cho kết qủa tính tốn chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làm việc xác Trên thực tế có nhiều phương pháp sử dụng để xác định điểm cố, tùy theo đối tượng đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối đường cáp Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách công cụ vừa làm nhiệm vụ bảo vệ, phát cố vừa định vị vị trí điểm cố đường dây Tuy nhiên rơle khoảng cách hoạt động dựa tín hiệu đo lường đầu, kết định vị điểm cố thường bị sai lệch bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Trong nhiều trường hợp sai số lên tới hàng chục km điều gây khó khăn cho công tác khắc phục sau cố Tổng trở đường dây tính tốn lý thuyết, nhiên, tính tốn dựa giả thiết đường dây đồng nhất, điện trở suất đất khơng đổi suốt dọc tuyến…và kết tính tốn thường có sai số đáng kể so với giá trị thực tế (đặc biệt tổng trở thứ tự không đường dây) Một số hãng sản xuất chế tạo thiết bị thí nghiệm để đo tổng trở đường dây, thiết bị định vị cố chuyên dụng, nhiên phương pháp phức tạp, thiết bị đắt tiền, cần phối hợp nhiều đơn vị Xuất phát từ thực tế đó, luận văn sâu vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng bảo vệ khoảng cách định vị cố rơle kỹ thuật số” Kết nghiên cứu mô áp dụng mơ hình tuyến đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan tính tốn kết mơ chứng minh ưu điểm thuật toán Về mặt cấu trúc luận văn chia thành chương - Chương 1: Những yếu tố ảnh hưởng tới làm việc xác bảo vệ khoảng cách - Chương 2: Tổng quan Trạm biến áp 220kV Ninh Bình, trạm biến áp 500kV Nho Quan đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Chương 3: Xác định tham số bảo vệ kể tới yếu tố ảnh hưởng tới độ xác bảo vệ khoảng cách - Chương 4: Định vị cố dựa tín hiệu đo lường thu thập từ hai đầu đường dây Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH I Giới thiệu chung: Hệ thống điện ngày phát triển phức tạp, q trình vận hành ln ln xảy cố hư hỏng phần tử hệ thống Trong trường hợp cố, phần tử cố yêu cầu tách khỏi hệ thống để giảm thiểu thiệt hại cho phần tử cố loại bỏ chế độ vận hành khơng bình thường cho hệ thống Hành động cần phải thực cách nhanh chóng xác cách rơle bảo vệ tự động Đồng thời cố xảy đường dây (phân phối truyền tải), yêu tố quan trọng xác định vị trí điểm cố nhanh tốt để nâng cao chất lượng dịch vụ Nếu vị trí lỗi khơng xác định cách nhanh chóng tạo cắt điện kéo dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng xảy ảnh hưởng đến độ tin cậy cấp điện Tất trường hợp nêu lên tầm quan trọng nghiên cứu định vị cố vấn đề thu hút ý rộng rãi nhà nghiên cứu hệ thống điện năm gần II Nâng cao độ xác định vị điểm cố đường dây truyền tải điện Hệ thống đường dây truyền tải điện ngày phát triển lớn mạnh số lượng độ phức tạp Tính đến thời điểm tại, lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện quản lý vận hành có 2.977km đường dây 500kV 7.463km đường dây 220kV Theo “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030” lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện quản lý vận hành xây dựng đưa vào vận hành thêm theo giai đoạn 2021-2030 680km đường dây 500kV, Bảng 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Hạng mục ĐZ 500kV ĐZ 220kV Đơn vị Km Km 2021-2025 680 1.606 2026-2030 760 2.168 Với mặt lưới điện Công ty truyền tải điện quản lý vận hành trải rộng 28/63 tỉnh thành nước, đa số đường dây truyền tải điện qua khu vực dân cư, đồi núi cao hiểm trở Trong trình vận hành, phần tử lưới ln có khả xảy cố nguyên nhân khách quan chủ quan gây nên, theo số liệu thống kê Cơng ty Truyền tải điện 1, tính riêng tháng đầu năm 2020 xảy 16 cố thoáng qua cố kéo dài đường dây 220 500kV, cơng tác xác định vị trí cố khó khăn, tiêu tốn nhiều cơng sức, chi phí Với mục tiêu u Luận văn thạc sỹ kỹ thuật cầu ngày nâng cao chất lượng điện nâng cao hiệu suất lao động việc áp dụng giải pháp để xác định vị trí cố cách xác cần thiết Định vị cố xác giúp phát nhanh điểm cố, kể cố thoáng qua cố trì Sự cố thống qua khắc phục thơng qua tự động đóng lại Tuy nhiên xác định sớm nhanh chóng điểm bị hư hỏng giúp ngăn ngừa cố xảy Mặt khác cố thoáng qua, phần tử hệ thống khôi phục điện, yếu tố gây cố tách khỏi lưới công tác xác định nguyên nhân cố khó khăn, việc định vị xác điểm cố giúp khoanh vùng xác nhanh chóng xác định nguyên nhân cố Với cố vĩnh cửu, yêu cầu xác định nhanh, xác điểm cố để tách phần tử cố khỏi lưới, nhanh chóng xử lý khôi phục lưới điện, giảm thời gian ngừng cung cấp điện Nếu vị trí cố khơng xác định cách nhanh chóng, làm điện thời gian dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng xảy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng lớn Hiện nay, đường dây truyền tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường trang bị bảo vệ bảo vệ khoảng cách bảo vệ so lệch dọc đường dây Thực tế cho thấy chức định vị điểm cố rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km) Điều xảy nguyên lý định vị cố sử dụng rơle khoảng cách dựa vào tín hiệu đo lường chỗ (sử dụng tín hiệu đo lường từ phía), chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố bên gây nên sai số lớn Các rơle so lệch dọc đường dây đại tích hợp thêm chức định vị điểm cố có khả làm việc với độ xác cao rơle loại sử dụng nguyên lý định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây Tuy nhiên, hầu hết tài liệu rơle khơng đề cập đến thuật tốn phương pháp xác định điểm cố thực tế phép định vị cố rơle so lệch dọc đường dây có sai số lớn Một phần quan trọng vận hành lưới truyền tải điện tính tốn cài đặt chỉnh định rơle tính tốn chế độ vận hành lưới Các tính toán yêu cầu xác định tổng trở đường dây xác tốt Tuy nhiên, tổng trở đường dây phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa chất nơi đường dây qua, điện trở suất đất thay đổi việc tính tốn giá trị tổng trở phần mềm trở nên thiếu xác, mặt khác đường dây sau thời gian vận hành cải tạo, sửa chữa dẫn đến làm thay đổi thông số kỹ thuật đường dây nên việc xác định tổng trở khó khăn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Xuất phát từ thực tế công tác vận hành lưới truyền tải điện nêu trên, cần có nghiên cứu làm rõ ưu điểm thuật toán sử dụng để định vị cố xác định xác tổng trở đường dây Các mục trình bày chi tiết phương pháp định vị cố xác định tổng trở đường dây truyền tải điện Có nhiều phương pháp định vị cố đề xuất áp dụng đường dây truyền tải điện, phương pháp có ưu nhược điểm riêng có phạm vi áp dụng định tùy theo sở hạ tầng sẵn có trạm đường dây, phân loại theo nhóm chính: định vị cố dựa tính tốn tổng trở đường dây định vị cố dựa đo lường dạng sóng lan truyền đường dây, số phương pháp ngày sử dụng sau: - Định vị cố dựa tín hiệu đo lường dòng điện điện áp cuối đường dây, chủ yếu phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía đường dây phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây - Định vị cố dựa phương pháp sóng lan truyền (travelling wave method) - Định vị cố dựa phương pháp tần số cao (high-frequency methods) III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía: Thuật tốn xác định vị trí cố dựa tín hiệu đo lường từ phía đơn giản kinh tế so với phương pháp định vị cố khác Thuật toán thiết kế để tính tốn vị trí cố dựa tín hiệu đo lường ba pha dòng điện điện áp đầu đường dây Ngồi có số thuật toán sử dụng điện áp ba pha dòng điện ba pha Các vector quay với tần số tín hiệu đo lường liệu mẫu xử lý thuật tốn Các thơng số trở kháng đường dây xác định để xác định khoảng cách đến điểm cố Nguyên lý làm việc: Hình 1 Đường dây truyền tải Công ty Truyền tải quản lý Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Standard data: Rho (ohm.m): điện trở suất đất Đối với đường dây qua tỉnh Ninh Bình có địa hình tương đối phẳng chủ yếu ruộng cấy lúa trồng hoa mầu, có phần núi đá nên có điện trở suất đất nằm khoảng 200-1000 .m [5], nghiên cứu lấy điện trở suất 500 .m Freq init (Hz): Tần số mà đường dây tính tốn (Bergeron PI) hay điểm tần số thấp (JMarti, Semlyen Nod) Length (km) : chiều dài đoạn đường dây khảo sát * Thông số đường dây Thông số đường dây mô đun LCC cho Error! Reference source not found mô tả sau: Ph.no: Số thứ tự pha 1, 2, Dây chống sét ký hiệu số Rin: Bán kính dây dẫn dây chống sét (cm) Rout: Bán kính ngồi dây dẫn dây chống sét (cm) 50 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Resis: điện trở dây dẫn đơn vị chiều dài có tính đến hiệu ứng mặt ngồi dây (/km DC) Bảng Thông số đường dây Horiz: khoảng cách ngang pha, pha chọn làm gốc (m) Vtower: chiều cao thẳng đứng cột tính từ mặt đất (m) Vmid: chiều cao thẳng đứng khoảng vượt (m) (kể đến độ võng dây) c Mơ hình tổng trở pha-đất Mơ hình tổng trở pha-đất sử dụng loại RLCY3, có thơng số Hình 12 Hình 82 Mơ hình tổng trở pha-đất Với thông số sau: R_1, L_1, C_1 điện trở, điện cảm điện dung pha R_2, L_2, C_3 điện trở, điện cảm điện dung pha R_3, L_3, C_3 điện trở, điện cảm điện dung pha d Đầu đo điện áp (V), dòng điện (I) 51 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Đầu đo điện áp nút dòng điện nhánh sử dụng loại Probes Vols Probes Current Hình 13 Hình 93 Đầu đo điện áp dòng điện đ Điểm ngắn mạch Điểm ngắn mạch sử dụng mô đun Switches điện trở hồ quang Rarc Hình 14 Hình 104 Mơ hình điểm ngắn mạch e Cài đặt thơng số chương trình ATPDraw Chương trình ATPDraw cần định dạng thông vào phù hợp với định dạng liệu vào/ra chương trình Định dạng tùy chọn thư mục ATP settings Hình 15 Hình 115 Cài đặt thơng số chương trỡnh * Simulation Ph-ơng pháp mô Time domain ATP đ-ợc nghiên cứu miền thời gian, đ-ợc tính chung giây cho tất định dạng mô Delta T: B-ớc thời gian mô (giây) 52 Lun thc s k thut Tmax: Đặt khoảng thời gian khảo sát (giây) Xopt = 0: đơn vị điện cảm l (mH) = 1: đơn vị điện cảm l (Ohm) Đ-ợc sử dụng cho tất phần tử có điện kháng sơ đồ thay Copt = 0: đơn vị điện dung l (F) = 1: đơn vị điện dung (Ohm) Feq : TÇn sè cđa hƯ thèng (Hz) * Output Print Freq = 500Hz: tần số in đầu file LUNIT6 Plot Freq = 15: 15 giây ch-ơng trình l-u lần vào file dạng PL4 Chọn Plotted output để kiểm tra ch-ơng trình tạo file dạng PL4 Chọn Auto-detect simulation errors: ch-ơng trình chạy tự báo lỗi hiển thị lỗi - Ngoài chọn chức khác : Automatic: điều kiện ban đầu đ-ợc tính toán cách tự động Prediction: máy phát, động không phần tử phi tuyến sơ đồ mạch bên (chỉ chọn đ-ợc với máy phát, động pha) Per unit: chọn hiển thị kết đơn vị t-ơng đối III Kt qu mụ Ngắn mạch pha a) Dòng điện điện áp ngắn mạch vị trí Điện áp dịng điện pha phía đầu phát (S) đầu nhận (R) biểu diễn Hình 16 Kết cho thấy xảy cố ngắn mạch vị trí điện áp pha A góp S giảm gần kV (điện áp phía S 1,85 kV Hình 16.a), điện áp phía R giảm cịn 52 kV có dao động tần số cao sau xảy cố (Hình 16 b) chuyển dịch điện tích pha từ chế độ bình thường sang chế độ cố 53 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 200 [kV] 150 200 [kV] 150 100 100 50 50 0 -50 -50 -100 -100 -150 -150 -200 -200 10 (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) v :SA v :SB 20 30 v :SC 40 50 [ms] 60 10 (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) v :RA v :RB 20 v :RC 30 a) 4000 [A] 3000 2500 2000 1250 1000 0 -1250 -1000 -2500 -2000 -3750 -3000 10 -1A (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) c:SA 20-1B c:SB 50 [ms] 60 40 50 [ms] 60 b) 5000 [A] 3750 -5000 40 c:SC 30 -1C 40 50 [ms] 60 -4000 10 (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) c:RA -X0006A 20 c:RB -X0006B c) 30c:RC -X0006C d) Hình 126 Biến thiên dòng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha a) Biến thiên điện áp pha đầu Ninh Bình (S); b) Biến thiên điện áp pha đầu Nho Quan (R) c) Biến thiên dòng điện pha đầu Ninh Bình; d) Biến thiên dịng điện pha đầu Nho Quan Dịng điện ngắn mạch xung kích pha A đầu phát S đạt 4,626 kA (Hình 16 c) phía đầu nhận R đạt 3,9 kA (Hình 16 d) b) Dòng điện điện áp ngắn mạch vị trí 2, 3, Trên Hình 17 biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây Từ kết cho thấy điểm ngắn mạch xa phía góp Ninh Bình điện áp đo phía đầu đường dây (S) tăng dần dòng điện ngắn mạch đo phía S giảm dần, cịn điện áp dòng điện đo cuối đường dây (phía Nho Quan_R) diễn biến ngược lại Như vậy, thấy quan hệ dòng điện điện áp phụ thuộc vào tổng trở đường dây, mặt nguyên lý phương pháp xác định vị trị cố dựa vào quan hệ dòng điện, điện áp tổng trở hồn tồn xác định Thật vậy, theo nội dung phương pháp xác định vị trí cố cách đo điện áp dịng điện từ đầu đường dây đồng theo thời gian với quan hệ: 54 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật x UA  UB  IB * ZD ZD *(IA  IB ) (%) 200 *10 150 200 *10 150 100 50 100 uR uS 50 0 -50 -50 iS -100 -100 -150 -150 -200 10 (f ile nm3-2.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA 20 c:SA -1A 30 -X0006A c:RA 40 50 [ms] 60 -200 10 (f ile nm3-3.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA 20 c:SA -1A 200 *10 150 200 *10 150 100 100 50 50 0 -50 -50 -100 -100 -150 -150 10 (f ile nm3-4.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA 20 c:SA -1A 40 50 [ms] 60 b) a) -200 30 -X0006A c:RA 30 -X0006A c:RA 40 50 [ms] 60 -200 10 (f ile nm3-5.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA 20 c:SA -1A c) 30 -X0001A c:RA 40 50 [ms] 60 d) Hình 137 Biểu đồ điện áp dòng điện đầu đường dây ngắn mạch pha a) Điện áp dòng điện ngắn mạch 2; b) Điện áp dòng điện ngắn mạch c) Điện áp dòng điện ngắn mạch 4; d) Điện áp dịng điện ngắn mạch Trên Hình 17 biểu diễn cặp điện áp, dòng điện đo từ đầu đường dây Ninh Bình (S) Nho Quan (R) vị trí ngắn mạch tương ứng 2, 3, Từ kết chọn thời gian đồng t = 0,02 (s) cặp trị số điện áp dòng điện xác định Bảng Trong đó: Tổng trở ZD lấy tổng trở thứ tự thuận đường dây Z1 = 12,41 () 55 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Từ kết Bảng cho thấy ngắn mạch vị trí (cách góp trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 8,4 km) sai số (100*tính tốn/thực tế) -5,4% Nếu ngắn mạch vị trí 3, sai số tương ứng 1,5%; 4,2% 1,4% Bảng 3: Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha Điểm cố Vị trí đo S R S R S R S R Điện áp (V) 8434 27664 18661 17382 29287 8283 37390 -1310 Dòng điện (A) 3913 3309 3574 3622 3207 3868 3015 4270 x tính tốn (%) x thực tế (%) Sai số % 0.24 0.26 -5.4 0.51 0.50 1.5 0.79 0.75 4.2 1.01 1.00 1.4 Sở dĩ kết tính tốn có sai số thực tế mô phần mềm đường dây Ninh Bình-Nho quan không đồng (sử dụng loại mã dây dẫn khác nhau) Trong biểu thức xác định vị trí cố (x%) giả thiết dây dẫn đồng Ngắn mạch pha chạm đất Khi ngắn mạch pha chạm đất, có ảnh hưởng tổng trở thứ tự không đường dây, điện trở suất đất, tổng trở thứ tự không nguồn hệ thống điện trở hồ quang vị trí ngắn mạch Rarc biểu thức xác định vị trí cố thay tổng trở thứ tự thuận ZD tổng trở Z =17,79 () (có kể tới tổng trở thứ tự khơng mạch vịng ngắn mạch) hồn tồn xác định vị trí cố cách xác Trên Hình 4.9 biểu diễn cặp điện áp dòng điện đo đầu đường dây ngắn mạch chạm đất pha vị trí Ta thấy rằng, điện áp pha cố (pha A) phía Ninh Bình giảm gần kV, điện áp phía đầu Nho quan khoảng 54 kV xuất dao động tần số cao sau thời điểm cố Dòng điện ngắn mạch pha siêu độ phía Ninh Bình Nho Quan tương ứng 3,334 kA 2,616 kA, pha khác xuất dịng điện cảm ứng Trên Hình 4.19 biểu diễn cặp điện áp dòng điện đo từ đầu đường dây, kết xác định vị trí cố cho Bảng 4 56 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 200 [kV] 150 200 [kV] 150 100 100 50 50 0 -50 -50 -100 -100 -150 -150 -200 10 20 (file nm1-1.pl4; x-var t) v:SA 30 v:SB 40 v:SC 50 [ms] 60 -200 20 10 (file nm1-1.pl4; x-var t) v:RA a) 30 v:RB 50 [ms] 60 40 v:RC b) 4000 [A] 3000 3000 [A] 2000 2000 1000 1000 0 -1000 -1000 -2000 -2000 -3000 -4000 10 20 (file nm1-1.pl4; x-var t) c:SA 30 40 -1A c:SB -1B 50 [ms] 60 c:SC -1C -3000 10 20 (file nm1-1.pl4; x-var t) c:RA c) 30 40 -5A c:RB -5B 50 [ms] 60 c:RC -5C d) Hình 4.18 Biến thiên dịng điện điện áp đầu đường dây ngắn mạch pha a) Biến thiên điện áp pha đầu Ninh Bình (S); b) Biến thiên điện áp pha đầu Nho Quan (R) c) Biến thiên dịng điện pha đầu Ninh Bình; d) Biến thiên dòng điện pha đầu Nho Quan Bảng 4 Kết xác định vị trí cố trường hợp ngắn mạch pha Điểm cố Vị trí đo Điện áp (V) S R S R S R S R 14197 34295 23137 23176 32870 13663 45233 5368 Dòng điện (A) 2950 2465 2738 2746 2505 2994 2192 3172 x đo (%) x thực tế (%) Sai số % 0.25 0.26 -3.5 0.50 0.51 -1.6 0.74 0.75 -2.1 1.00 1.00 57 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 200 *10 150 200 *10 150 100 50 uR uS 100 50 0 -50 -50 iS -100 -100 -150 -150 -200 10 20 (file nm1-2.pl4; x-var t) v:SA c:RA -5A 30 v:RA 40 c:SA -1A 50 [ms] 60 -200 10 20 (file nm1-3.pl4; x-var t) v:SA c:RA -5A a) 200 *10 150 100 100 50 50 0 -50 -50 -100 -100 -150 -150 10 20 (file nm1-4.pl4; x-var t) v:SA c:RA -5A c) 40 c:SA -1A 50 [ms] 60 40 c:SA -1A 50 [ms] 60 b) 200 *10 150 -200 30 v:RA 30 v:RA 40 c:SA -1A 50 [ms] 60 -200 10 20 (file nm1-5.pl4; x-var t) v:SA c:SA -1A c:RA -5A 30 v:RA d) Hình 4.19: Biểu đồ điện áp dịng điện đầu đường dây ngắn mạch pha a) Điện áp dòng điện ngắn mạch 2; b) Điện áp dòng điện ngắn mạch c) Điện áp dòng điện ngắn mạch 4; d) Điện áp dòng điện ngắn mạch 58 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật KẾT LUẬN CHƯƠNG - Từ kết tính toán ta thấy phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường thu thập từ đầu đường dây có sai số so với phương pháp định vị cố lấy tín hiệu đo lường từ đầu, cụ thể tính tốn cố ngắn mạch pha phương pháp lấy tín hiệu từ đầu có sai số lớn 3,5% phương pháp lấy tín hiệu đầu phần mềm digsi, sigra rơ le Siemens có sai số 8,8% 36,7% - Kết tính tốn cho thấy, kết phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường thu thập từ đầu đường dây có sai số vị trí thực tế mô phần mềm đường dây Ninh Bình - Nho quan khơng đồng (sử dụng loại mã dây dẫn khác nhau), biểu thức xác định vị trí cố (x%) giả thiết dây dẫn đồng 59 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ - Phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía (rơ le khoảng cách) có sai số lớn do: + Thông số đầu vào đặt chỉnh định rơ le có yếu tố ảnh hưởng bao gồm ảnh hưởng điện trở hồ quang điểm cố, ảnh hưởng dòng tải đường dây trước cố, ảnh hưởng điện kháng tương hỗ đường dây song song, ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện, ảnh hưởng phương pháp tính tốn liệu đầu vào điện trở R, điện kháng X + Do thuật toán đo đầu (trong nội dung luận văn không nghiên cứu) - Phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường thu thập từ đầu đường dây cho 02 trường hợp ngắn mạch pha - pha pha - đất có sai số khoảng cách từ 5% trở xuống (sai số cơng thức tính tốn coi dây dẫn đồng nhất), nhiên sai số phương pháp thấp Kết nghiên cứu đáng tin cậy dự báo trước vị trí cố Luận văn vào tìm hiểu giới thiệu phương pháp xác định điểm cố cách lấy thông tin từ hai đầu đường dây Thơng tin đồng chưa đồng Hiện rơle trang bị chức ghi lưu dạng sóng, biên độ, góc pha dịng điện điện áp cố xảy Cho nên thuật tốn thực cách sử dụng thơng tin sẵn có tương đối khả thi Thuật toán thể ưu điểm phương trình tính tốn điểm cố khơng có thành phần điện trở hồ quang điểm cố nên chánh sai số rơle bảo vệ khoảng cách Kết mô trường hợp sảy cho thấy tính xác thuật tốn Như thuật tốn có ưu điểm bật thuật tốn bao gồm: - Khơng u cầu liệu hai đầu phải đồng (trong mô cố ý tạo góc lệch pha hai đầu thuật tốn tìm góc cố ý tạo ra) - Tổng trở nguồn không ảnh hưởng đến thuật toán định vị điểm cố Các thuật tốn tính tốn bị ảnh hưởng thơng số tổng trở nguồn cho kết khơng xác Việc xác định xác tổng trở nguồn tương đối khó khăn (chỉ mang tính giả thiết) - Khơng u cầu xác định loại cố thông tin trước cố Thuật tốn mơ tính tốn trường hợp cố khơng yêu cầu dạng cố 60 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Thuật tốn hồn tồn mở rộng áp dụng đường dây dài Thực tế mô cho thấy điện dung nhánh (trong sơ đồ hình ) khơng ảnh hưởng đến tính xác thuật tốn định vị trí điểm cố - Các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn tổng trở nguồn (X / R tỷ lệ khác mạng) khơng ảnh hưởng đến độ xác Các thành phần khác khơng có phương trình định vị điểm cố nên không ảnh hưởng đến tính xác thuật tốn Ngay với véc tơ đồng bộ, thuật toán sử dụng để bù cho trễ pha đường truyền Hoặc bù sai số tần số lấy mẫu hai đầu không giống HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 61 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Để khai thác cách có hiệu đưa thuật tốn vào áp dụng thực tế tương lai cần mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực sau: - Xây dựng phần mềm trích xuất thơng tin từ ghi cố rơle để đưa vào thuật toán đề xuất luận văn - Trong luận văn sử dụng tất dòng điện điện áp ba pha từ hai đầu đường dây để tìm góc đồng vị trí cố Nghiên cứu tương lai xét tới việc sử dụng thơng tin hơn, ví dụ sử dụng dịng điện từ hai đầu điện áp từ đầu để tính tốn Trường hợp có thơng tin để tính tốn xảy ví dụ đường dây trang bị bảo vệ dòng điện áp đo từ đầu đường dây - Mở rộng mơ hình áp dụng cho đường dây có phân nhánh - Mơ hình đường dây sử dụng luận văn giả thiết đồng nhất, tương lai xét tới trường hợp đường dây có dây dẫn khơng đồng (nhiều chủng loại dây tuyến) TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Walter A Elmore, Protective Relaying Theory and Applications, Second Edition, New York: Marcel Dekker, Inc., 2004 J Lewis Blackburn, Thomas J Domin, Protective Relaying Principles and Applications, Third Edition, Taylor & Francis Group, LLC, 2006 Gerhard Ziegler, Numerical Distance Protection, Principles and Applications, Publicis Publishing, 2011 Nguyễn Hoàng Việt, Bảo vệ rơle tự động hóa hệ thống điện, Nhà xuất Đại học Quốc gia, 2005 Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Hoàng Việt, “Tổng quan phương pháp định vị cố đường dây truyền tải dựa tín hiệu đo lường từ hai phía”, “Tạp chí Điện & Đời sống” số 162 (14-17), 2012 Trần Đình Long, Bảo vệ hệ thống điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2005 63 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật PHỤ LỤC 64 ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Nguyễn Xuân Trung NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201... tải, rơle bảo vệ khoảng cách công cụ vừa làm nhiệm vụ bảo vệ, phát cố vừa định vị vị trí điểm cố đường dây Tuy nhiên rơle khoảng cách hoạt động dựa tín hiệu đo lường đầu, kết định vị điểm cố thường... kV trở lên thường trang bị bảo vệ bảo vệ khoảng cách bảo vệ so lệch dọc đường dây Thực tế cho thấy chức định vị điểm cố rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với mức sai số tương đối lớn (có thể tới