1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Phân tích hoạt động của hệ thống rơi rơle bảo vệ máy phát công suất nhỏ trong quá trình khởi động đen

7 32 0

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 7
Dung lượng 330,79 KB

Nội dung

Summ ary : This pap er introduces analysis results regard ing th e operation of protective relaying system of sm all generato r during black start process; network is being in an isl[r]

(1)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

PHÂN TÍCH HOT ĐỘNG CA H THNG RƠLE BO V MÁY PHÁT CƠNG S UT NH TRONG Q TRÌNH KHI ĐỘNG ĐEN

TS Nguyễn Xuân Tùng, TS Nguyễn Đức Huy, TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt Viện Điện – Đại học Bách khoa Hà Nội ThS Lê Việt Hùng, ThS Ngô Thị Thanh Nga,

ThS Vũ Tuấn Anh, KS Hoàng Minh Dự Viện Thủy điện Năng lượng tái tạo

Tóm tt: Bài báo trình bày kết phân tích hoạt động hệ thống rơle bảo vệ cho máy phát thủy điện nhỏ trình khởi động đen; lưới điện vận hành trạng thái tách đảo, cô lập Vấn đề cần quan tâm hệ thống vận hành cô lập công suất ngắn mạch giảm thấp ảnh hưởng tới độ nhạy rơle bảo vệ Bài báo sâu nghiên cứu ảnh hưởng đối với hệ thống rơle bảo vệ cho máy phát đề xuất g iải pháp cần thực nhằm đảm bảo sự làm việc tin cậy hệ thống rơle, nhưđảm bảo bảo vệ tốt máy phát trình khởi động đen Kết nghiên cứu đ ược áp dụng để phân tích hệ thống rơle bảo vệ cho m áy phát nhà m áy thủy điện nhỏ Suối Tân với nh iều kịch khởi động đen khác

T khóa: rơle bo v, máy phát đin, cô ng sut nh, vn hà nh tách đảo, khi động đen Summ ary: This pap er introduces analysis results regard ing th e operation of protective relaying system of sm all generato r during black start process; network is being in an islanding state During islanding operation, the short circuit capacity of source may reduce significan tly and it m ay lead to reduction in sen sitivity of protective relay system s The paper fo cuses on impact of island ing operation mode to the operation of rela y protection system for small generator and proposes solution s in order to o vercom e tho se dra wbacks The results of analysis a re applied to investiga te th e relay protection system of small generato rs at Suoi Tan hyd ro power plant with variou s black sta rting scenarios

Keyword s: p rotective relaying systems, generato r, small sized generato r, islanding op era tio n, black start

I ĐẶT VẤN ĐỀ *

Với ưu phân bố rộn g khắp mạn g lưới

thủy điện nhỏ kh u vực nông thôn miền

núi, hệ thống điện bị cố thiên tai, tổ máy thủy điện nhỏ có khả năn g tự khơi phục

khởi độn g lại nhanh cun g cấp nguồn điện

trở lại, đón g vai trị chủ độn g phát h uy hiệu điều kiện khẩn cấp

Người phản biện: TS Ngu yễn Minh Việt Ngày nhận bài: 10/11/2014

Ngày thông qua phản biện: 06/2/2015 Ngày duyệt đăn g: 05/6/2015

Việc vận hành mạng lưới điện độc lập phụ thuộc việc phát triển hệ thống n guồn địa

phương vùn g lân cận Thậm chí

nguồn lưới điện quốc gia bị n gắt, mạng lưới

điện địa phươn g dựa vào thủy điện nhỏ v lượng tái tạo vận hành độc

lập, đảm bảo đời sốn g dân sinh hoạt

động quan trọn g khác

Một vấn đề cần ch ú ý thiết lập

kịch khởi động đen tổ máy thủy điện

là việc cần phải xem xét lại hệ thống rơle bảo

vệ để đảm bảo độ tin cậy hệ thốn g Lý

(2)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

được sử dụn g cho máy phát giá trị

chỉnh định đề dựa dựa giả thiết nhà

máy vận hành kết nối với hệ thốn g điện quốc

gia Trong chếđộ nhà máy vận hành độc lập

khi khởi độn g đen, cấp điện cho số

phụ tải lân cận (islan din g operation),

các hệ thống bảo vệ khôn g đảm bảo

hoạt độn g thiết kế

thay đổi côn g suất ngắn mạch, chiều dịng

cơng suất nhiều yếu tố khác Do cần có

các tính tốn thay đổi giá trị cài đặt cho

bảo vệ bổ sun g thêm chức

bảo vệ khác cần Bài báo sâu nghiên

cứu hệ thống rơle bảo vệ cho tổ máy thủy điện

nhỏ nhà máy thủy điện Suối Tân (1)

vận hành chế độ tách đảo trình

khởi độn g đen, đề x uất chức bảo vệ

cần cài đặt thêm giá trị chỉnh định tương

ứn g Mơ hình ngh iên cứu hồn tồn áp

dụng cho hệ thống có khả năn g vận h ành

tách đảo tươn g tự kh ác

II CÁC VẤN ĐỀ PHÁT SINH VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MÁY PHÁT CÔNG SUẤT NHỎ KHI VẬN HÀNH Ở CHẾĐỘ TÁCH ĐẢO

2.1 C ác bảo vệ thường đặt cho m áy phát có cơng suất nhỏ (<5MVA)

Với máy phát công suất nhỏ (các nguồn

phân tán) hệ thống bảo vệ thườn g đơn giản

để đảm bảo cân bằn g mặt chi phí đầu tư

Các bảo vệ thườn g sử dụn g cho loại

máy phát bao gồm(2):

 Bảo vệ chống chạm đất 90% cuộn dây stato  Bảo vệ dòn g điện

 Bảo vệ chống tải cuộn dây stato  Bảo vệ chống điện áp /thấp áp  Bảo vệ chống luồn g công suất ngược  Bảo vệ tần số cao/thấp

 Ngồi tùy chọn đặt thêm bảo vệ

phát chạm đất cuộn dây roto bảo vệ

chống thấp kích từ

2.2 Bảo vệ chống chạm đất 90% cuộn dây stato (64, 59N)

Bảo vệ chốn g chạm đất 90% cuộn dây stato sử

dụng để phát hiện tượng chạm vỏ

cuộn dây stato Bảo vệ chốn g chạm đất 90%

cuộn dây stato loại đơn giản sử dụn g

phương pháp đo dòn g điện/ điện áp thứ tự

không (64, 59N)

Bảo vệ thườn g cài đặt với giá trị

khởi độn g lớn giá trị dịng/áp khơn g cân

bằng xuất sai số BU, BI đo lườn g

hoặc mức độ đối xứng điện áp

trong vận hành Vì hoạt động tách đảo

hoặc trình khởi độn g đen không cần chỉnh lại chức

2.3 Bảo vệ dòng điện (51)

Chức năn g bảo vệ dòn g (51) thường

trang bị bảo vệ dự phòn g cho máy

phát điện côn g suất cỡ lớn, cỡ vừa bảo vệ

chính cho máy phát côn g suất nhỏ

Nguồn cấp cho kích từ thườn g lấy trực

tiếp từ đầu cực máy phát, với máy phát có nối

lưới n guồn cấp cho kích từ n ày tươn g đối ổn định kể chế độ n gắn mạch gần

Tuy nhiên với máy phát hoạt độn g chế độ

tách đảo xảy ngắn mạch gần

làm điện áp đầu cực giảm thấp làm giảm

cơng suất cấp cho hệ thống k ích từ Hệ

của việc dòn g điện ngắn mạch

tăng lên giai đoạn đầu nhiên sau

giảm mạnh làm giảm độ nhạy bảo vệ

Do bảo vệ q dịn g thườn g loại có thời gian

trễ nên tượn g n ày chắn ảnh hưởn g

tới làm việc bảo vệ Do chức năn g

này cần xem xét lại máy phát vận hành

tách đảo

2.3 Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây roto (64R) Cuộn k ích từ máy phát sử dụng điện

chiều (DC), xảy chạm đất

điểm cuộn roto không gây nguy hiểm tức

thời tới vận hành Tuy nh iên, kh i có điểm

(3)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

đất điểm thứ hai, chạm đất điểm thứ hai xảy nối tắt số vòng dây cuộn roto Sự cố làm từ trườn g phân bố khôn g đều, gây run g ph át nhiệt

Bảo vệ khôn g bị ảnh hưởng chế độ

vận hành máy phát, khơn g cần phải

tính tốn chỉnh định lại máy phát hoạt

động tách đảo

2.4 Bảo vệ chống thấp kích từ (40)

Kh i máy phát làm việc trạng thái thấp kích

từ, máy phát dễ rơi v trạn g thái bị trượt

cực từ, dẫn tới dao độn g ổn

định Bảo vệ chống thấp k ích từ chỉnh định dựa theo khả nhận/ phát côn g suất

phản khán g máy ph át điều kiện vận

hành ổn định

Khi máy ph át hoạt độn g chế độ tách đảo,

trừ trườn g hợp tron g lưới lập có tải

điện dun g lớn đườn g cáp dài làm

tăng điện áp đầu cực máy phát máy phát

có thể p hải giảm thấp kích từ, cịn lại máy

phát vận hành trạn g thái phát công suất

phản khán g cho phụ tải Do chức bảo

vệ chống thấp kích từ khơng cần phải chỉnh

định lại

2.5 Bảo vệ chống kích từ

Bảo vệ chốn g k ích từ thường không đặt

với máy phát nhỏ hoạt động nối

lưới máy phát vận hành chế độ

phát công suất không đổi giữ hệ số công

suất cosphi khơn g đổi, điện áp phía hệ

thống định

Tuy nhiên, máy phát hoạt động trạng thái

tách đảo, máy phát phải đảm nhiệm hồn tồn

việc trì điện áp, thêm vào g suất

máy phát thường đủ cun g cấp cho phụ tải,

ít có dự trữ Do cần biến độn g phụ

tải (ví dụ độn g lớn khởi độn g) làm sụt điện áp máy phát bắt buộc phải nân g kích từ để giữ điện áp v rơi vào trạng thái q tải mạch k ích từ

Thơng thường tự động điều khiển kích

từ có chức năn g hạn chế dịn g kích từ cực

đại để tránh tải, chức nên kích hoạt chếđộ vận h ành 2.6 Bảo vệ chống điện áp (59)

Bảo vệ chốn g điện áp nhằm bảo vệ máy

phát khỏi bị hư hỏng điện áp máy phát tăng cao Nguy ên nhân gây áp hư hỏng phần điều khiển mạch kích từ cắt tải đột ngột

Khi máy phát nhỏ hoạt động nối lưới, điện áp

do phía hệ thống định, vấn đề áp

quá đột ngột cắt tải thường xảy Tuy

nhiên, máy phát hoạt động tách đảo

tượng áp cắt tải hồn tồn xảy

và chức năn g bảo vệ cần thiết

Đặc tính làm việc bảo vệ nên chọn loại có

nhiều cấp độ cắt tùy theo mức độ áp

2.7 Bảo vệ chống thấp điện áp (27)

Bảo vệ chốn g thấp điện áp thườn g khôn g cần đặt máy phát nhỏ loại máy

phát thường vận hành chế độ phát côn g

suất không đổi chế độ phát giữ hệ số

công suất khôn g đổi

Tuy nhiên máy phát hoạt độn g tách đảo,

vận hành chế độ điều chỉnh điện áp ổn định, xảy thấp áp hệ thống kích từ bắt buộc phải tăng dịn g kích từđể trì điện áp

và làm mạch kích từ bị tải Bảo vệ

này cần thiết để ngăn n gừa tượn g

như xảy

Chức bảo vệ chống thấp áp (27) nên

được chỉnh định phối hợp với chức năn g bảo vệ chốn g kích từ, đảm bảo rằn g chức năn g chống thấp áp hoạt độn g trước chức năn g bảo vệ chốn g thấp kích từ

2.8 Bảo vệ tần số cao/ tần số thấp (81O/81U)

Bảo vệ tần số cao sử dụn g để chống lại

tượng tốc độ cắt tải lớn đột ngột

khi có hư hỏng phần điều tốc Vượt tốc

(4)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

với tổ máy thủy điện nhỏ quán tính nhỏ

Một lý khác tổ máy thủy điện

thường hay gặp tượng tần số thời

gian đáp ứng toàn hệ thống điều khiển

(bao gồm hệ thống thủy lực cửa nhận nước) chậm

Bảo vệ tần số thấp để tránh máy phát rơi v

trạng thái làm việc lâu dài với tần số thấp

qui định, gây tượn g cộng

hưởn g mặt khí (các máy phát thủy điện

thường khôn g bị ảnh hưởng mặt cộng

hưởn g kh i tần số thấp) làm giảm

suất thiết bị máy móc

Khi máy phát hoạt độn g tách đảo, dao

động tần số diễn khoản g thời gian k éo

dài điều tốc có thời gian phản ứng

chậm Do vậy, chức nên

chỉnh định với thời gian trễ dài đảm bảo

cho điều tốc máy phát có đủ thời

gian để tự điều chỉnh trạng thái làm việc ổn định lâu dài, tránh cắt n gay máy phát, gây điện toàn lưới điện tách đảo

Giá trị chỉnh định cụ thể nên theo khả

năng điều chỉnh máy phát, kịch

đóng tải để x ác định mức độ v thời gian dao động tần số lớn xảy

Chức năn g bảo vệ n ày nên phối hợp chặt chẽ với chức năn g sa thải phụ tải

III CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĐỀ XUẤT 3.1 Cơ sở đề xuất

Qua phân tích thấy rằn g máy

phát nhỏ máy phát vận hành chế độ tách

đảo cần xem xét chỉnh định lại bổ sun g thêm chức cho bảo vệ sau:  Chức bảo vệ q dịng: không đủ độ nhạy với cố ngắn mạch gần

Giải pháp đề x uất sử dụng chức

bảo vệ dòng kết hợp với khóa hãm điện áp thấp Ngồi kích hoạt thêm chức bảo vệ dòn g thứ tự nghịch để tăn g độ

nhạy bảo vệ với cố khôn g đối xứng

Giải pháp khác điều kiện kỹ thuật cho phép

là sử dụn g sơ đồ đấu nối theo phương thức bảo

vệ so lệch đơn giản kiểu cộng từ thông

Chi tiết giải pháp trình

bày mục tiếp sau

 Chức năn g bảo vệ chốn g luồn g cơng suất ngược (32R) khơng cịn tác dụng, khơn g

phát hiện tượn g nguồn năn g

lượn g sơ cấp quay t uabin (3)

 Chức năn g bảo vệ theo tần số: cần

chỉnh định lại với thời gian làm việc dài

để ph ù hợp với khả năn g đáp ứng điều

tốc có đảm bảo phối hợp với đặc tính

vận hành cho phép tuabin

3.2 Sử dụng bảo vệ q dịng có khóa/hãm điện áp thấp

3.2.1 Bảo vệ dịng kết hợp với khóa điện

áp thấp (51&27)

Bảo vệ q dịn g có khóa điện áp thấp

(51&27) (Hình 1) cho phép chỉnh định dịn g

điện khởi động thấp có rơle điện áp

thấp (27) làm nhiệm vụ xác định trạn g thái

cố tải, dịng khởi động thấp nên bảo

vệ có độ nhạy cao

Hình Bảo vệ q dịng kết hợp khóa điện áp thấp (51 & 27)

Chức khơng u cầu phải có rơle

chuy ên dụn g, tiếp điểm đầu phần tử

(5)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Phươn g thức ph ù hợp với máy phát

thủy điện Suối Tân (1) rơle bảo vệđược sử

dụng loại bảo vệ dòn g đơn giản

Tuy nhiên cần ch ú ý để thay đổi phươn g thức

đấu nối rơle giám sát mạch cắt (74) để tránh báo nhầm

Các giá trị chỉnh định (theo kh uyến cáo

Siemens (2)):

 Dòn g điện khởi độn g: 1,4*Iđịnh mức m áy phát

 Điện áp khởi độn g rơle điện áp thấp:

0,8*Uđịnh mức

3.2.2 Bảo vệ dòng với hãm điện áp thấp (51V)

Bảo vệ q dịn g có hãm theo điện áp thấp

(51 V) hoạt độn g dựa theo nguyên lý : dòng

điện khởi độn g tự động thay đổi theo điện áp đầu cực máy phát Khi điện áp giảm thấp,

dòng điện khởi độn g tự hạ thấp đảm bảo

cho bảo vệ q dịn g có đủ độ nhạy Đặc tính

làm việc rơle q dịn g có hãm điện

áp thơng dụn g trình bày Hình

Hình Bảo vệ dòng với hãm điện áp thấp (51V)

Chức năn g bảo vệ có ưu điểm thích

nghi tốt với trạng thái vận hành máy

phát, nhiên cần rơle ch uy ên dụng

khó có khả áp dụn g máy ph át

nhà máy thủy điện Suối Tân

3.3 Sử dụng bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46)

Bảo vệ q dịng thứ tự n ghịch có hiệu đặc

biệt máy phát hoạt độn g tách đảo trườn g hợp tổ máy nhà máy thủy điện

Suối Tân Do xem xét kích hoạt chức

năng lý sau:

 Chức năn g bảo vệ dòn g thứ tự n ghịch tran g bị sẵn rơle dòng

 Dòng điện n gắn mạch với cố khôn g đối

xứn g thấp (thậm chí nhỏ dòng tải

lớn nhất) rơle dòn g pha thông

thường khôn g đủ độ nhạy để phát

 Trong lưới điện nhỏ cô lập, khả năn g xảy

hiện tượn g vận h ành với tải khôn g cân

dễ xảy ra, tải không cân gây ảnh

hưởn g trực tiếp tới máy phát (gây phát nóng

hơn bình thườn g, run g động trình

vận hành)

Như chức năn g bảo vệ theo dòn g thứ tự nghịch nên đặt với đặc tính thời gian phụ thuộc (Hình 3), mức độ cân bằn g nhỏ ứng với trạn g thái vận hành bình thường

quá tải thời gian cắt kéo dài, mức độ

mất cân bằn g lớn ứng với trườn g hợp cố

khôn g đối xứn g n gược lại thời gian cắt

phải ngắn

Dòn g khởi độn g: thườn g đặt lớn mức độ

khơng đối xứng dịng điện q trình

vận hành Dải cài đặt dao độn g từ

(0,1÷0,3)* Iđịnh mức BI Tuy nhiên, với máy

phát vận hành tách đảo mức độ khơn g đối

xứn g lớn nên chọn giá trị cài đặt 0,3* Iđịnh mức BI

Hình Bảo vệ dòng thứ tự nghịch với đặc tính thời gian phụ thuộc

(6)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Với m áy phát nhỏ, tiết diện dây quấn

cuộn stato nhỏ, xem xét phương án

đặt bảo vệ so lệch theo n guy ên lý tổng từ thơng (Hình 4) Phươn g án k há p hù hợp

với nh máy thủy điện Suối Tân kh i xem xét

các yếu tố sau:

 Bảo vệ so lệch có độ nhạy cao với

các cố so với bảo vệ q dịng thơng

thường

 Do sử dụn g BI cho pha n ên

loại trừ dòn g cân bằn g sinh sai số

của BI dẫn tới bảo vệ có độ nhạy cao Phương

án cịn bảo vệ cố chạm

đất dòng chạm đất đủ lớn

 Thời gian làm việc đặt xấp xỉ giây,

không cần phối hợp với bảo vệ khác

 Không yêu cầu lắp đặt thêm rơle, cần sử

dụng chức bảo vệ dịng có sẵn,

vậy khơng cần đầu tư thêm mặt rơle

Tuy nhiên sử dụn g phương án bảo vệ n ày

cũn g có số vấn đề cần quan tâm:

 Cần có BI với đường kính lõi từ đủ lớn để dây quấn lồng lần qua lõ i từ

 Khơng có khả năn g làm bảo vệ dự phòng

cho máy biến áp đầu cực Tuy nhiên máy biến

áp đầu cực bảo vệ bảo vệ so lệch bảo vệ q dịng dự phịng nên khơng cần

bảo vệ dự phịng từ phía máy phát

Hình Bảo vệ so lệch theo ngu yên lý cộng từ thơng sử dụng bảo vệ q dịng

Về phần cài đặt chỉnh định: Dòng khởi động

của chức năn g bảo vệ so lệch theo kiểu cộng

từ thơng đặt thấp không bị ảnh

hưởn g sai số BI Để n ân g cao độ

nhạy bảo vệ đặt giá trị mức

0,2*Iđịnh mức BI Thời gian làm việc bảo vệ

đặt khoảng 50ms để tránh tác độn g nhầm

các dao độn g độ

3.5 Chức bảo vệ theo tần số

Với máy p hát vận hành chế độ tách

đảo chức bảo vệ chống luồng g

suất ngược khơng cị n tác dụn g,

khơn g phát hiện tượn g n guồn

năn g lượng sơ cấp Do bảo vệ theo tần số

thấp cần thiết tron g trườn g hợp này,

bảo vệ theo tần số thấp ph át hiện

tượn g tần số giảm thấp năn g

lượn g sơ cấp v tuabin Sự cần thiết

chức bảo vệ tần số cao diễn

giải phần

Giá trị chỉnh định cho chức bảo vệ theo

tần số vận hành tách đảo khôn g bị ràn g

buộc điều kiện vận hành ổn định kh i

kết nối lưới, nên dựa theo ngưỡn g

làm việc/thời gian cho phép t uabin Điều

này dẫn tới tần số nằm n gưỡng cao /

thấp thời gian dài hơn, với mức độ

thay đổi ch o phép lớn so với hoạt

động nối lưới Tuy nh iên nhà máy thủy

điện Suối Tân cun g cấp cho phụ tải

dân sinh (khôn g p hải phụ tải công nghiệp)

nên vấn đề không gây ảnh hưởn g

nhiều tới tải

Chức năn g bảo vệ theo tần số định

tới độ lớn nhóm tải đón g vào kh i

vận hành lập q trình khơi phục cấp điện, nên kiểm tra thơng qua

Kết mơ với bước đóng tải khác

nhau trường hợp tần số xuống thấp

nhất, hệ thống có khả hồi phục

(7)

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Hình Đáp ứng tần số trường hợp cực đoan

Qua mô thấy rằn g đáp ứn g tần số

của hệ thống chấp nhận được, mức độ dao

động tần số không thấp 46Hz mức trì tron g khoản g giây

So sánh kết với thông số vận hành

cho phép tuabin thủy điện thấy rằn g

cài đặt rơle tần số theo thông số vận hành cho

phép tuabin hoàn toàn đảm bảo để máy

phát vận hành ổn định q trình khơi

phục lại tải

Thông số mô phỏn g máy ph át nhà máy thủy điện Suối Tân ứn g với kịch đón g tải gây sụt giảm tần số lớn nhất:

 Sơ đồ kết lưới

Ngày đăng: 01/04/2021, 12:11

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w