Mục tiêu của bài luận văn là nghiên cứu rơle bảo vệ so lệch thanh cái thế hệ mới từ đó lựa chọn loại rơle phù hợp để ứng dụng vào việc cải tạo hệ thống bảo vệ thanh cái 220 kV cũ của trạm 220 kV Bảo Lộc Việc ứng dụng dựa trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về các phương pháp bảo vệ so lệch thanh cái và bảo vệ thanh cái kiểu tập trung SIPROTEC 7SS85 thuộc dòng SIPROTEC 5 có thiết kế dạng mô đun của hãng Siemens qua đó đưa ra giải pháp để thực hiện việc cải tạo Kết quả thực hiện được kiểm chứng bằng cách sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng rơle và hệ thống bảo vệ thanh cái mới Kết quả nghiên cứu của luận văn là một cơ sở định hướng giúp cho người sử dụng trong quá trình tìm hiểu công nghệ rơle mới tìm kiếm giải pháp cải tạo và ứng dụng vào thực tiễn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN HỮU KÍNH ỨNG DỤNG RƠLE SIEMENS SIPROTEC - 7SS85 ĐỂ CẢI TẠO HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI TRẠM BIẾN ÁP 220KV BẢO LỘC Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Trong luận văn có sử dụng số vẽ mạch nhị thứ đồng nghiệp Trạm 220 kV Bảo Lộc; trích dẫn số viết, tài liệu chuyên ngành bảo vệ so lệch Việt Nam số tác giả thuộc hãng rơle giới, bao gồm việc sử dụng số hình ảnh minh họa tài liệu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Hữu Kính TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH ỨNG DỤNG RƠLE SIEMENS SIPROTEC - 7SS85 ĐỂ CẢI TẠO HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI 220KV TRẠM BIẾN ÁP 220KV BẢO LỘC Học viên: Nguyễn Hữu Kính Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: Trường đại học Bách khoa - ĐHĐN Khóa: K34 Tóm tắt: Mục tiêu của bài luận văn là nghiên cứu rơle bảo vệ so lệch cái thế hệ mới, từ đó lựa chọn loại rơle phù hợp để ứng dụng vào việc cải tạo hệ thống bảo vệ cái 220 kV cũ của trạm 220 kV Bảo Lộc Việc ứng dụng dựa sở nghiên cứu tổng quan các phương pháp bảo vệ so lệch cái và bảo vệ cái kiểu tập trung SIPROTEC 7SS85 tḥc dịng SIPROTEC có thiết kế dạng mô đun của hãng Siemens, qua đó đưa giải pháp để thực hiện việc cải tạo Kết quả thực hiện được kiểm chứng bằng cách sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng rơle và hệ thống bảo vệ cái mới Kết quả nghiên cứu của luận văn là một sở định hướng giúp cho người sử dụng quá trình tìm hiểu công nghệ rơle mới, tìm kiếm giải pháp cải tạo và ứng dụng vào thực tiễn Từ khóa: 7SS85, Bảo vệ so lệch, Hệ thống bảo vệ, Mô phỏng, Phần mềm, Rơle, Siemens, SIPROTEC 5, Thanh cái THE APPLICATION OF SIEMENS - SIPROTEC 7SS85 RELAY TO IMPROVE 220KV BUSBAR PROTECTION SYSTEM OF BAO LOC 220KV SUBSTATION Abstract: The objective of the thesis is to research the modern busbar differential protection relays so as to select the right type of relay to apply to the renovation of the old 220 kV busbar protection system of Bao Loc 220 kV Station The application is based on the general researches of the busbar protection techniques and the centralized busbar differential protection SIPROTEC 7SS85 belonging to the modular SIPROTEC series of Siemens, thereby offering a solution for the improvement Performance results are verified using Matlab software to simulate the relay and the new busbar protection system The research results of the dissertation are a guiding basis for the user in the process of studying new relay technology, seeking improvement solutions and applying them in practice Keywords: 7SS85, Busbar, Differential protection, Protection system, Relay, Siemens, Simulation, SIPROTEC 5, Software MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Cấu trúc của luận văn CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI .5 1.1 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI .5 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các yêu cầu đối với bảo vệ so lệch cái 1.2 CÁC KỸ THUẬT BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI .9 1.2.1 Bảo vệ so lệch dòng 1.2.2 Bảo vệ cái sử dụng các Bợ ghép (Coupler) tún tính 1.2.3 Bảo vệ so lệch tổng trở cao 10 1.2.4 Bảo vệ so lệch phần trăm (Bảo vệ so lệch có hãm) 11 1.2.5 Các rơle vi xử lý và các giải pháp đa tiêu chuẩn 11 1.3 LỰA CHỌN LOẠI RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI 13 1.3.1 So sánh và kết luận 13 1.3.2 Lựa chọn rơle để cải tạo hệ thống bảo vệ cái 220kV của trạm biến áp 220kV Bảo Lộc 15 1.4 KẾT LUẬN .16 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC - 7SS85 CỦA HÃNG SIEMENS 17 2.1 GIỚI THIỆU DÒNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC – 7SS85 CỦA HÃNG SIEMENS 17 2.1.1 Khái quát 17 2.1.2 Cấu hình 17 2.1.3 Các tính quan trọng tiêu biểu của SIPROTEC 7SS85 18 2.2 CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI 18 2.2.1 Tổng quan chức 18 2.2.2 Mô tả chức .19 2.2.3 Phương pháp đo lường và các đường đặc tuyến 19 2.2.4 Các đại lượng đo 23 2.2.5 Logic cắt của bảo vệ so lệch cái 26 2.2.6 Thông tin trạng thái của dao cách ly 28 2.2.7 Check Zone (Vùng kiểm tra) 29 2.3 CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ PHỤ 30 2.3.1 Các chức bảo vệ kèm .30 2.3.2 Các chức bảo vệ tùy chọn 30 2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHỨC NĂNG TÍCH HỢP .31 2.4.1 Chức tự động hóa 31 2.4.2 Chức giám sát 31 2.4.3 Thử nghiệm chức 32 2.5 PHẦN MỀM CẤU HÌNH DIGSI CỦA HÃNG SIEMENS 32 2.5.1 Giới thiệu 32 2.5.2 Các chức 33 2.6 KẾT LUẬN .34 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC - 7SS85 CỦA HÃNG SIEMENS ĐỂ CẢI TẠO MỚI BẢO VỆ THANH CÁI 220 KV CỦA TRẠM 220 KV BẢO LỘC .35 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI HIỆN TẠI CỦA TRẠM 220 KV BẢO LỘC .35 3.1.1 Hệ thống bảo vệ cái hiện hữu của trạm 220kV Bảo Lộc .35 3.1.2 Các hạn chế của hệ thống bảo vệ cái hiện hữu trạm 220kV Bảo Lộc 36 3.2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI MỚI 37 3.2.1 Khái quát các bước thực hiện 37 3.2.2 Chọn cấu hình rơle phù hợp với cấu trúc cái hiện hữu 39 3.2.3 Khởi tạo Dự án (Project) 44 3.2.4 Tạo cấu hình một sợi 45 3.2.5 Thêm thiết bị SIPROTEC 7SS85 vào Project .47 3.2.6 Điều chỉnh các Phạm vi chức (Functional Scope) 58 3.2.7 Tạo đường truyền thông tin 58 3.2.8 Tạo trang hiển thị 58 3.2.9 Tính toán chỉnh định trị đặt của các chức bảo vệ 59 3.2.10 Cấu hình liên lạc 67 3.3 CẢI TẠO HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI 220KV TẠI HIỆN TRƯỜNG 68 3.3.1 Phần tháo gỡ 68 3.3.2 Phần bổ sung 69 3.3.3 Phần đấu nối 69 3.4 KẾT LUẬN .69 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI 220 KV TRẠM 220 KV BẢO LỘC SAU KHI CẢI TẠO MỚI 70 4.1 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI VỚI CÔNG CỤ MATLAB/SIMULINK 71 4.1.1 Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch cái 71 4.1.2 Xây dựng mô hình cấu trúc hệ thống cái 77 4.1.3 Mơ phỏng và phân tích hoạt động của rơle ở các chế độ .79 4.1.4 Nhận xét 84 4.2 KẾT LUẬN .84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÍ HIỆU F87B Bảo vệ so lệch cái (Busbar Differential Protection) 50BF Bảo vệ lỗi máy cắt (Breaker Failure Protection) CÁC CHỮ VIẾT TẮT BF Lỗi máy cắt (Breaker Failure) BU Thiết bị mức ngăn (Bay Unit) CFC Biểu đồ chức liên tục (Continuous Function Chart) CT (TI) Máy biến dòng điện (Current Transformer) VT (TU) Máy biến điện áp (Voltage Transfomer) CU Thiết bị trung tâm (Central Unit) DAU Thiết bị thu thập dữ liệu (Data Acquisition Unit) MBA Máy biến áp MOV Biến trở phụ thuộc điện áp loại ôxit kim loại (Metal-Oxide Varistor) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 So sánh giữa rơle vi xử lý bảo vệ so lệch cái loại tổng trở cao và loại tổng trở thấp 14 3.1 Các điểm đo lường gán cho thiết bị nhất thứ 55 3.2 Dòng ngắn mạch lớn nhất tại cái 220 kV của trạm Bảo Lộc 59 3.3 Thông số Vk và Rdc(75°C) cuộn CLX, 2000/1 của các biến dòng điện 60 3.4 Điện trở dây đấu mạch dòng CT cấp cho bảo vệ 60 3.5 Kết quả tính toán Isat và Kb max 65 3.6 Kết nối rơle 7SS85 với thiết bị đồng bộ thời gian SEL-2488 68 4.1 Thông số vận hành mơ phỏng 80 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Tên hình Sơ đồ so lệch dịng đơn giản với các CT đấu song song Sơ đồ cái có thể thay đổi cấu hình đấu nối Bảo vệ so lệch quá dịng Bảo vệ cái có các bợ ghép nối tiếp Bảo vệ so lệch cái tổng trở cao Bảo vệ so lệch kiểu phân tán Bảo vệ so lệch kiểu tập trung Bảo vệ cái SIPROTEC 7SS85 Thanh cái có n phát tuyến Ngắn mạch gần mợt phát tún Định dạng của dịng hãm Irest,mod Đường đặc tuyến chuẩn Đường đặc tuyến nhạy Biểu diễn định tính dịng sơ cấp và thứ cấp của mợt biến dịng điện trường hợp có sự cớ (thành phần dịng DC có hằng sớ thời gian khoảng 50 ms) Dòng so lệch và dòng hãm trường hợp ngắn mạch ngoài và biến dòng điện bị bão hòa Dòng so lệch và dòng hãm trường hợp ngắn mạch ngoài – Dòng hãm được xử lý mịn Dòng so lệch và dòng hãm được xử lý mịn trường hợp ngắn mạch nội bộ Logic cắt của bảo vệ so lệch cái 7SS85 Xử lý dòng hãm của Check Zone Mô đun IO203 – Các kẹp đấu dây Mô đun IO211 – Các kẹp đấu dây Các biến thể của bảng thao tác tại chỗ Một số mô đun ghép truyền thông Cửa sổ chương trình DIGSI Hộp thoại tạo một dự án mới Cửa sổ chức cấu hình sợi Sử dụng mẫu có sẵn cho cấu hình một sợi Chỉnh sửa danh thiết bị Thẻ Topology Trang 10 10 12 12 17 19 20 21 22 22 24 24 25 25 27 30 40 41 41 42 45 45 46 46 47 47 Số hiệu 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 Tên hình Trang Cửa sổ Devices and Networks Các bước chọn tḥc tính của thiết bị 7SS85 Hộp thoại nhập thiết bị Biểu tượng của 7SS85 7SS85 bản Quá trình cấu hình phần cứng thiết bị 7SS85 Mã sản phẩm mục thông tin thiết bị Cửa sổ Trình cấu hình rơle trực tuyến của Siemens SIPROTEC 7SS85-Phương thức đấu nối hai hàng mô đun Mẫu ứng dụng bản của thiết bị 7SS85 Mẫu ứng dụng hoàn thiện của thiết bị 7SS85 Thêm các điểm đo Ma trận Nối các điểm đo lường với nhóm chức Gán các điểm đo lường cho các nhóm chức cấu hình một sợi Ma trận định hướng vị trí đo lường - Gán các điểm đo lường cho khới kẹp nhận dịng mơ đun của thiết bị 7SS85 Kết quả gán ma trận định hướng vị trí đo lường Ma trận Định hướng thông tin Trang màn hình Khối AI&BI và mạch nợi bợ Mạch phân tích dịng ngăn máy cắt nới cái Khối Zone và mạch nội bộ Khối BO và mạch nội bộ Mô hình rơle 7SS85 và mạch nội bộ Mô hình hệ thống bảo vệ cái 220kV Đặc tính của bảo vệ Sự cớ nợi bộ cái C21, rơle cắt có chọn lọc Điểm sự cố vùng bảo vệ Sự cố nội bộ cái C22, rơle cắt có chọn lọc Trường hợp có sự cố nội bộ hai cái được kết nối cứng qua các dao cách ly 272-1 và 272-2 48 49 49 50 50 51 52 52 53 53 54 54 56 56 57 57 58 58 73 74 75 77 78 80 81 81 82 82 83 ... CHƯƠNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC - 7SS 85 CỦA HÃNG SIEMENS ĐỂ CẢI TẠO MỚI BẢO VỆ THANH CÁI 220 KV CỦA TRẠM 220 KV BẢO LỘC 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI HIỆN... THANH CÁI SIPROTEC - 7SS 85 CỦA HÃNG SIEMENS ĐỂ CẢI TẠO MỚI BẢO VỆ THANH CÁI 220 KV CỦA TRẠM 220 KV BẢO LỘC . 35 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ THANH CÁI HIỆN TẠI CỦA TRẠM 220 KV BẢO LỘC ... THIỆU VỀ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC - 7SS 85 CỦA HÃNG SIEMENS 2.1 GIỚI THIỆU DÒNG RƠLE BẢO VỆ THANH CÁI SIPROTEC – 7SS 85 CỦA HÃNG SIEMENS 2.1.1 Khái quát Bảo vệ SIPROTEC 7SS 85 một