Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp của nhà máy thủy điện đại ninh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÁI VĨNH THẠCH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ TỊNH MINH Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tơi nghiên cứu, tính tốn phân tích Trong luận văn có trích dẫn số tài liệu chun ngành điện Việt Nam số báo giới Số liệu đưa luận văn dựa kết tính tốn trung thực tơi, không chép hay lấy số liệu công bố Nếu sai với lời cam đoan trên, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Tác giả Thái Vĩnh Thạch TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH Học viên: Thái Vĩnh Thạch Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khoá: K33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Máy biến áp phần tử quan trọng liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải phân phối Vì vậy, việc nghiên cứu bảo vệ rơle cho máy biến áp cần thiết, đặc biệt nhà máy thủy điện Bảo vệ so lệch dùng làm bảo vệ cho máy biến áp Trong bảo vệ so lệch máy biến áp, dịng khơng cân xuất ảnh hưởng yếu tố dịng từ hóa, tỷ số biến dịng, sóng hài, dịng thứ tự khơng, điều chỉnh nấc phân áp, q từ thơng, bão hịa máy biến dịng Những yếu tố làm giảm độ tin cậy hoạt động rơle so lệch Trong yếu tố sóng hài xuất máy biến áp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến làm việc đắn rơ le Đầu tiên, luận văn giới thiệu tổng quan hệ thống bảo vệ rơ le Nhà máy thủy điện Đại Ninh Tiếp theo, luận văn tìm hiểu lý thuyết bảo vệ so lệch máy biến áp, sóng hài máy biến áp phương pháp hạn chế sóng hài Sau đó, luận văn xây dựng mơ hình mơ ảnh hưởng sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp Matlab-Simulink Cuối cùng, phương pháp mô dựa phần mềm Matlab-Simulink, luận văn tiến hành xem xét ảnh hưởng sóng hài đến bảo vệ so lệch máy biến áp Từ khoá – Máy biến áp lực, bảo vệ so lệch, dòng điện từ hóa, sóng hài, phân tích Fourier Abstract - Transformer is one of the important components permitting a connection between parts: production, transmission and distribution systems Therefore, the study of transformers relay protection is necessary, especially for hydropower plants Differential protection is used as the main protection for the transformer In differential transformer protection, unbalanced currents appear due to magnetization currents, currents ratio, harmonic currents, on load tap change, overexcitation, and current transformer (CT) saturation The above factors, especially harmonic currents, reduce the reliability of the differential relay operation The first chapitre of this thesis introduces an overview of the relay protection system of Dai Ninh Hydropower Plant The next chapitres of the thesis mention about the theory of transformer protection, transformer harmonic, and harmonic distortion methods Then, the effect of harmonics on transformer protection is simulated by Matlab-Simulink Finally, the results of effect on harmonics on differential transformer protection are tested at Dai Ninh Hydropower Plant Key words - Power transformer, Differential protection, Inrush current, Harmonics, Fourier analysis MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Mục đích 1.1.3 Thủy văn 1.1.4 Hồ chứa 1.1.5 Các đập đập phụ: dùng để ngăn dịng chảy sơng để tạo dung tích hồ chứa 1.1.6 Đập tràn 1.1.7 Đập tràn cố 1.1.8 Kênh nối hồ 1.1.9 Cửa nhận nước 1.1.10 Đường hầm dẫn nước 1.1.11 Giếng điều áp 1.1.12 Nhà van 1.1.13 Đường ống áp lực 1.1.14 Nhà máy: thông số kỹ thuật Bảng 1- 4: 1.1.15 Đường hầm xả: kết hợp với kênh xả để dẫn nước hạ lưu sau chạy máy Các thông số kỹ thuật Bảng 1- 5: 1.1.16 Kênh xả: thông số kỹ thuật Bảng 1- 6: 1.2 HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 1.2.1 Hệ thống rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2 1.2.2 Hệ thống rơ le bảo vệ TBA 220/110kV 10 1.2.3 Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV 11 1.2.4 Hệ thống rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV 12 1.3 BẢO VỆ SO LỆCH MBA [1], [2], [3] 13 1.3.1 Các hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường xảy với MBA 13 1.3.2 Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch 13 1.3.3 Nguyên lý làm việc bảo vệ so lệch có hãm .15 1.3.4 Giới thiệu Rơle MiCOM P63x (P631, P632, P633, P634) [4] 16 1.4 TÓM TẮT CHƯƠNG 25 CHƯƠNG SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI TRONG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP 26 2.1 TỔNG QUAN SÓNG HÀI 26 2.1.1 Định nghĩa sóng hài 26 2.1.2 Khái quát nguồn hài sinh hệ thống điện 26 2.1.3 Tác hại sóng hài 26 2.2 NGUỒN SINH RA SÓNG HÀI TRONG MBA 27 2.2.1 Dịng từ hóa MBA [6] 27 2.2.2 Các thành phần sóng hài q trình đóng xung kích MBA [5] .29 2.2.3 MBA bị kích thích [5] 30 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRONG BẢO VỆ SO LỆCH MBA 31 2.3.1 Phương pháp hãm thành phần sóng hài [7] .31 2.3.2 Phương pháp khóa thành phần sóng hài [7] 32 2.4 TÓM TẮT CHƯƠNG 35 CHƯƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ẢNH HƯỞNG SĨNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP BẰNG MATLAB – SIMULINK 36 3.1 TỔNG QUAN VỀ MATLAB-SIMULINK 36 3.1.1 Matlab [8] 36 3.1.2 Simulink [8] .36 3.2 MƠ HÌNH HĨA BẢO VỆ SO LỆCH MBA (87T) BẰNG MATLAB/ SIMULINK 37 3.2.1 Giới thiệu sơ đồ bảo vệ MBA AT3 NMTĐ Đại Ninh .37 3.2.2 Mơ hình hóa 87T nhà máy thủy điện Đại Ninh Simulink .37 3.3 TÓM TẮT CHƯƠNG 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG RƠLE MiCOM P633 BẢO VỆ MBA AT3 NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH .53 4.1 CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT 53 4.2 PHÂN TÍCH SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠ LE 54 4.2.1 Trường hợp làm việc bình thường .54 4.2.2 Đóng xung kích phía 220kV 57 4.2.3 Sự cố ngồi vùng bảo vệ: NM pha phía 110kV .60 4.2.4 Sự cố vùng bảo vệ MBA có tải: NM pha phía 220kV 63 4.2.5 Sự cố vùng bảo vệ MBA khơng tải: NM pha phía 22kV .66 4.3 TÓM TẮT CHƯƠNG 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .74 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, CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU 87T : Bảo vệ so lệch Máy biến áp CÁC CHỮ VIẾT TẮT NMTĐ : Nhà máy thủy điện MBA : Máy biến áp MC : Máy cắt TBA : Trạm biến áp DZ : Đường dây H1 : Tổ máy phát số H2 : Tổ máy phát số CT : Máy biến dòng điện PT : Máy biến điện áp NM : Ngắn mạch DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Bảng tổng hợp thủy văn Nhà máy Thủy điện Đại Ninh 1.2 Bảng tổng hợp thông số hồ chứa 1.3 Bảng tổng hợp thông số Đập tràn 1.4 Bảng tổng hợp thông số Nhà máy 1.5 Bảng tổng hợp thông số Đường hầm xả 1.6 Bảng tổng hợp thông số Kênh xả 1.7 Rơ le bảo vệ tổ máy H1, H2 10 1.8 Rơ le bảo vệ TBA 220/110kV 10 1.9 Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 22kV 12 1.10 Rơ le bảo vệ hệ thống tự dùng 0.4kV 12 1.11 Chú thích ký hiệu mặt trước rơ le MiCOM P63x 17 4.1 Thông số cài đặt chức 87T rơ le MiCOM P633 MBA AT3 NMTĐ Đại Ninh 53 4.2 Tổng hợp kết mô 69 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Tên hình Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch Sự làm việc 87 chế độ bình thường Sự làm việc 87 chế độ cố vùng bảo vệ Sự làm việc 87 chế độ cố vùng bảo vệ Sự làm việc 87 chế độ bình thường N ngồi Sự làm việc 87 chế độ cố vùng bảo vệ Mặt trước rơ le MiCOM P63x Cấu trúc phần cứng rơle MiCOM P63x Cân dòng điện thứ cấp CT Đặc tuyến bảo vệ so lệch Đoạn Đặc tuyến bảo vệ so lệch Đoạn Đặc tuyến bảo vệ so lệch Đoạn Đặc tuyến bảo vệ so lệch Sơ đồ nguyên lý MBA pha Quan hệ từ thơng dịng từ hóa lõi thép (lý tưởng) Quan hệ từ thơng dịng từ hóa có kể đến từ trễ Mật độ từ cảm lõi thép có khơng có từ dư Br Dịng điện xung khơng tải MBA 5MVA, Br-1,3T, α=0 Dịng từ hóa thành phần hài bậc cao theo điện áp Sơ đồ logic rơle so lệch hãm với nguyên lý hãm thành phần 2.7 sóng hài (Harmonic Restraint) Đặc tuyến làm việc bảo vệ so lệch hãm dùng phương pháp 2.8 hãm thành phần sóng hài Sơ đồ logic rơ le so lệch có hãm với nguyên lý khóa thành 2.9 phần sóng hài (Harmonic Blocking) Sơ đồ logic rơle so lệch có hãm với nguyên lý khóa thành 2.10 phần sóng hài bậc bậc 3.1 Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA AT3 3.2 Khối MBA pha cuộn dây 3.3 Khai báo khối MBA pha cuộn dây 3.4 Khối MC pha 3.5 Khối đo lường dòng, áp pha Trang 13 14 14 15 16 16 17 18 20 22 23 24 24 27 27 28 29 30 31 32 32 33 34 37 38 38 39 39 Số hiệu 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 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 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Tên hình Trang Khối cố Three – Phase Fault Khối phụ tải Three Phase-Series RLC Load Khai báo phụ tải phía 110kV 22kV Khối nguồn Three Phase Source khai báo Sơ đồ khối tổng quát mô làm việc 87T Sơ đồ nguyên lý khối đo lường dòng điện lấy từ phía MBA Sơ đồ nguyên lý khối đo lường dòng điện trước đưa khối "I_diff I_bias Calculation" Khai báo tỷ số CT phía MBA Khai báo hệ số điều chỉnh biên độ Khai báo hệ số điều chỉnh góc pha Khối I_diff & I_bias Calculation Sơ đồ khối Calculation I_diff ABC & I_bias ABC Sơ đồ nguyên lý khối Calculation I_diffA & I_biasA Khối Relay_Decision Sơ đồ nguyên lý khối Relay_decision Sơ đồ nguyên lý khối Relay_decision B Sơ đồ nguyên lý khối Harmonic Calculation Khai báo phân tích hài bậc bậc khối Fourier Sơ đồ nguyên lý khối Harmonic Calculation Ia1 Sơ đồ nguyên lý khối "Relay_decision" kết hợp khối "Calculation Harmonic" Sơ đồ tổng quát mô rơ le 87T Đặc tuyến bảo vệ 87T M-file Mơ hình mơ trạng thái làm việc bình thường Dịng điện phía MBA (Bình thường) Kết phân tích sóng hài (Bình thường) Logic trip bảo vệ so lệch khóa sóng hài bậc (Bình thường) Đặc tuyến so lệch (Bình thường) Mơ hình mơ trạng thái đóng xung kích Dịng điện phía MBA (Đóng xung kích) Dạng sóng dịng điện pha phía 220kV (Đóng xung kích) Kết phân tích sóng hài (Đóng xung kích) 40 40 40 41 42 43 43 44 44 44 45 45 46 47 47 48 49 49 49 50 51 51 54 55 55 56 56 57 57 58 58 ... MiCOM P633 bảo vệ MBA AT3 Nhà máy thủy điện Đại Ninh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH Nhà máy thủy điện Đại Ninh nằm... Tổng quan hệ thống rơ le bảo vệ Nhà máy Thủy điện Đại Ninh Chương Sóng hài phương pháp hạn chế sóng hài bảo vệ so lệch MBA Chương Mơ hình mơ ảnh hưởng sóng hài đến bảo vệ so lệch MBA Matlab-Simulink... TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI ĐẾN BẢO VỆ SO LỆCH MÁY BIẾN ÁP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH Học viên: Thái Vĩnh Thạch Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202