PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE GE-L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN - THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN NGỌC PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE GE-L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN - THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 C ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG N T T N N Ô VĂN DƯỠNG TS LÊ THỊ TỊNH MINH Luậ vă nghi p Th cb ov sĩ ậ c Hộ pt ồng chấm Luậ vă Đ ih ốt Đ Nẵng vào ngày 27 tháng 10 ăm 2018 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm H c li u Truyề T Đ i h c Bách khoa Đ i h c Đ Nẵng -T v Đ ,T Đ i h c Bách khoa Đ i h Đ Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đ ă l nhu cầu thiế i sống xã hội hi n Vi c s n xuất, truyền t i ph i tr i qua nhiều khâu, nhiề ỏ n nên tránh khỏi cố mb os nl ng chấ l tin cậy cung cấp ă v n cho phụ t Để cần thiế , ă ộ m b o làm vi c ổ ịnh toàn h thống cần ph i sử dụng thiết bị b o v tự ộng hoá Trong thiết bị y, ơle o v thiết bị ó v ị quan tr ng Ngày nay, v i phát triể v ã ã s n xuất nhiều thiết bị ơle ă h p nhiều v ộ xá i, tích ặc tính ho n truyền t i, cố ê ềb ov ơle ê v c nghiên ộng củ ơle ể m b o an ây s , ă ng dây chiếm 60÷70% ng dây truyền t ng Trong ă ộng v i m i d ng ngắn m Hi n nay, Truyền t ă o v , b o v bắt buộc ph i có th v Rơle s l ch d c ộng nhanh, tác m b o tính ch n l c n Qu B 90 ể làm b o v so l ch d c thành phố Đồng H ò ặc bi t ầy ủ, liên tục cho phụ m b o cung cấp l óv ến mức thấp thi t h i cố quan tr ng nhằm gi m thiể m , ật, n Tê l t v y ề cấp thiết góp phầ áp dụng vận hành vấ tồn h thố í ịnh mơ phỏ cứu tính tốn nên vấ t bậc khoa h c ĩ sử dụ ây ơle E V B Đồn – E 90 l nhữ c áp dụng rộng rãi h thố ối ơle b o v n, tài li ầy ủ chủ yếu tiế ăm ầ vận hành Trong nhữ B n Qu v cấp ủ lo ă ê ă â vê ối l n, ể â ộ tin cậy cung lực qu n lý vận hành cần nghiên cứu mộ ơle E ó ây, xá s ất cố t i Truyền t i ầy y ã V i lý trên, tác gi ơle ây 90 ề “ ây o v so l ch d â í , V B Đồn – thành phố Đồng H ” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, tính tốn ộng củ ơle ịnh mô phỏ ây o v so l ch d phố Đồng H i nhằm nắm õ ặc tính ho ơle ĩ V B Đồn – thành ộ v sơ logic ật số ồng th i tính tốn số ây ể mơ làm vi c củ ặc tính ho t ng h p cố ơle b o v so l ch ĩ ật số Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Rơle ĩ ật số GE L90 b o v so l ch d ng dây 220kV B Đồn – thành phố Đồng H i 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tính tốn ây l ch d ặc tính ho ị ơle số GE L90 b o v so V B Đồn – Đồng H ộng ă s l vùng b o v , vùng b o v nề p â í , ánh giá b o v Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ồng th i mô ng h p cố l / m l ể Một số lý thuyết tính tốn ngắn m ch, lý thuyết b o v ơle , ặc bi t lý thuyết b o v so l ch d c thố ng dây 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm l / m l Sử dụ ơle củ ể mô phỏ E 90 ây ặc tính b o v so l ch V B Đồn – thành phố Đồng H i Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Rơle E 90 l nhữ v ng dây m ăm ầ ây ê ững nghiên cứu ơle ộng củ o v so l ch d c sử dụng h thố n y ều, ặc tính b o v vi c áp dụng Matlab/Simulink mơ phỏ í , ơle ơle, ó ực hi n ị ể phân ơle phù h p Vi c sử dụng mơ hình mơ giúp cho nhân viên vận hành áp dụng thực tế phục vụ công tác kiểm tra thông số phân tích nghiên cứu làm vi c củ ồng th ũ ặt, ơle chế ộ vận hành áp ứng phục vụ công tác vận hành, xử lý cố Bố cục luận văn Nội dung luậ vă gồm có phầ í s Phần mở ầu C Tổng quan h thống b o v C Tí ây d C ơle E 90 ỉ ị ng dây truyền t i ơle E 90 o v so l ch V B Đồn – thành phố Đồng H i p ỏ ặc tính ho o v so l ch d phố Đồng H i Matlab/Simulink Kết luận kiến nghị ộng ây ă F87 V B Đồn – thành CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Các đặc điểm lưới điện truyền tải 1.1 Tình hình cố lưới điện truyền tải 1.1.1 H thống truyền t n quốc gia Tổng công ty Truyền t i n Quốc gia (EVNNPT) qu n lý vận hành có tổng số 24.365 km ng dây; 140 tr m biến áp v i tổ 77.613 MVA V i h thố ị nhiề ơle thiể ây ó v ng dây truyền t i tr i dài qua ng dây chiếm n truyền t i Do vậy, vấ ềb o ò ặc bi t quan tr ng nhằm gi m ến mức thấp thi t h i cố m b o cung cấp l ng máy biến áp ó ịa hình phức t p nên cố ê 60÷70% tổng số cố ê l v l ầy ủ, liên tục cho phụ t ng dây sinh ra, v ă ng 1.1.2 Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền tải 1.1.2.1 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV 1.1.2.2 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV 1.2 Các chức bảo vệ cho đường dây truyền tải điện cao áp 1.2.1 Bảo vệ khoảng cách 1.2.1.1 Sơ đồ logic 1.2.1.2 Công thức chỉnh định 1.2.1.3 Đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng cách 1.2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến làm việc bảo vệ khoảng cách Bảo vệ so lệch 1.2.2 1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch 1.2.2.2 Đặc tính làm việc bảo vệ 1.2.2.3 Dòng điện khởi động bảo vệ so lệch 1.2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến làm việc bảo vệ so lệch 1.3 Kết luận T t ã n Tổng công ty Truyền t i thi u tổng quan l i truyền n Quốc gia (EVNNPT) qu n lý, ồng th i tìm hiểu tình hình cố yêu cầu trang bị h thố ơle ov Cũ ng dây truyền t tính làm vi c, yếu tố ng dây d , ã ê l n sơ yê lý, ặc ởng t i hai nguyên lý b o v n b o v kho ng cách b o v so l ch CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – ĐỒNG HỚI 2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối thông số đường dây ấu nố hi ây V B Đồn - Đồng H c thể hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - Đồng Hới 2.2 Tính tốn ngắn mạch đường dây Dịng ngắn m í á ng h p c tổng h p b ng 2.2 2.3 Bảng 2.2 Dòng điện ngắn mạch ba pha Dòng ngắn m ch Đ ểm ngắn m ch Ngắn m ch t i V TBA B Đồn Ngắn m ch t i V TBA Đồng H i Ngắn m ch giữ ng dây V B Đồn – Đồng H i từ B Đồn Dòng ngắn m ch từ Đồng H i (A) (A) 6853 3323 4051 4999 5092 3992 Bảng 2.3 Dòng điện ngắn mạch pha Dòng ngắn m ch Đ ểm ngắn m ch B Đồn từ Ngắn m ch t i V TBA B Đồn Ngắn m ch t i V TBA Đồng H i Ngắn m ch giữ ng dây V B Đồn – Đồng H i 2.3 Đồng H i (A) (A) 6089 2984 3866 4155 4730 3473 Chức bảo vệ so lệch dòng điện GE L90 2.3.1 Nguyên lý làm việc 2.3.2 Loại bỏ suy giảm độ lệch 2.3.3 Tính tốn phaselets 2.3.4 Đặc tính hãm Bình th Dịng ngắn m ch từ ầ ng, tổng dòng phức pha từ tất c ng dây Một cố tổng dòng pha từ mỗ hãm củ p ầu cuố c phát hi n cho pha p ó ằm ngồi vùng ó Dịng so l ch tổng dòng t i chỗ từ xa Phần thự s c thể hi I DIFF _ RE _ A Phần I LOC _ PHASOR _ RE _ A c thể hi I DIFF _ IM _ A I DIFF _ A s I LOC _ PHASOR _ IM _ A xá Dòng so l ch I REM _ PHASOR _ RE _ A I REM _ PHASOR _ IM _ A ịnh: I DIFF _ RE _ A I DIFF _ IM _ A Dòng p tổ p n hãm ơ cho pha c tính dịng hãm t i chỗ tất c dòng hãm từ xa: I RES _ A I LOC _ RESTRAINT _ A I REM 1_ RESTRAINT _ A Đặc tính hãm thông số ặt I REM _ RESTRAINT _ A ế ặc tính c thể hi Hình 2.3 Mơ tả đặc tính tác động rơle GE L90 Hình 2.4 cho thấy vùng hãm Tă p ầ y ổi giá trị ặt ăm ộ dố l m ă ến ều rộng vùng hãm Đặc tính hãm bao gồm hai vùng, vùng hãm vùng ho Khi có cố, ểm làm vi c di chuyển sang vùng ho ểm làm vi c nằm vùng ho ộ ơle ộng ộng, q yế ịnh TRIP Theo [9], quyế ịnh cắt theo nguyên lý so l ch dựa tỉ số dòng so l ch dòng hãm Nếu tỉ số l c thực thi q yế ịnh cắt 10 Bảng 2.4 Thông số chỉnh định chức bảo vệ so lệch Trị số chỉnh định Thông số Function 2.4 2.4.1 Enabled Signal Source SRC Pick up 0.2 pu Restraint 30% Restraint 50% Breakpoint 2.0 pu Chức bảo vệ khoảng cách Nguyên lý hoạt động Chứ e sơ l ă o v kho ng E 90 c ho ộng Hình 2.5 Sơ đồ logic chức bảo vệ khoảng cách pha GE L90 11 Các giá trị cài đặt cho chức bảo vệ khoảng cách 2.4.2 2.4.2.1 Cài đặt chung cho bảo vệ khoảng cách 2.4.2.2 Cài đặt chức khoảng cách pha - pha (21) 2.4.2.3 Cài đặt chức khoảng cách pha - đất (21G) Kết luận 2.5 T ng dây 2, tác gi cb ov v ã ến hành tính toán ngắn m ch ng h p (ngắn m ch pha, ngắn m ch pha) 03 vị trí (ngắn m ch ngồi t i tr m biến áp 220kV B Đồn, ngắn m ch t i tr m biến áp 220kV Đồng H i ngắn m ch giữ Đồng th i ặc tính ơle giá trị ă E 90 nguyên lý ho ặt củ ơle ây , c b o v ) tập trung tìm hiểu o v so l ch b o v kho ng cách ộng, ă o v 12 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L CỦA RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK Tổng quan Matlab/Simulink 3.1 3.1.1 Matlab 3.1.2 Simulink Xây dựng mô hình mơ rơle GE L90 3.2 Thơng số mơ hình 3.2.1 Bảng 3.1 Thơng số nguồn điện TT Tham số Giá trị áp ịnh mức 220 kV Đ Dị ịnh mức 1200A Cơng suấ ịnh mức 450MW Bảng 3.2 Thông số đường dây 220kV Ba Đồn – Đồng Hới TT Tham số Giá trị Đ áp ịnh mức Dò Chiề Tổng trở thứ tự thuậ vị z1 = 0,0446 + j0,298 (Ω/ m) Tổng trở thứ tự vị z0 = 0, + j0,853 (Ω/ m) 220kV ịnh mức 1200A ng dây 43km Bảng 3.3 Tham số cài đặt L90 cho chức bảo vệ so lệch TT Tham số Phase TI Primary Phase TI Secondary Giá trị 1200A 1A 13 Phase TI ratio 1200:1 Nominal Frequency 50Hz Restraint 30% Restraint 50% Pickup 0.2 pu Breakpoint 2.0 pu Xây dựng mơ hình bảo vệ so lệch dọc đường dây 3.2.2 ây B o v so l ch d Đồng H i sử dụ ây ( l ch d ơle ơle E V B Đồn – thành phố E 90 Từ sơ p ức b o v so ) v sơ logic b o v dòng so l ch 90, l ậ vă sử dụng khố í v n ể thiết kế Simulink kết h p v i M-file khối S-F m ch tính tốn khối b o v so l ch ơle E 90 Hình 3.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch dọc đường dây ơle E 90 Đồn – thành phố Đồng H o v so l ch d c xây dự ng dây 220kV Ba 14 Hình 3.2 Mơ hình mơ rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 3.2.3 Xây dựng khối nguyên lý làm việc rơle so lệch GE L90 Khối tín hiệu dịng Khối tín hi n dịng n p c thể hi Hình 3.5 Khối tín hiệu dịng pha Khối tính tốn giá trị so lệch Mơ hình tính tốn dịng so l ch cho từ 3.6 p c thể hi n 15 Hình 3.6 Khối tính tốn dịng so lệch bình phương cho pha Khối xác định giá trị hãm Mơ hình tính tốn dịng hãm t i chỗ c thể hi 3.7, 3.8 3.9 Hình 3.7 Sơ đồ khối tính tốn dịng hãm bình phương cho pha Hình 3.8 Sơ đồ khối tính dịng hãm (ILOC_TRAD)2 < BP2 16 Hình 3.9 Sơ đồ khối tính dịng hãm (ILOC_TRAD)2 > BP2 Khối xử lý logic theo đặc tính thích nghi Cấu t o của khối tính tốn cắt cho mộ p c thể hi n 3.10 Đầu TRIP pha hi u lực (giá trị lên 1) tỉ số dòng so l ch dịng hãm l Hình 3.10 Sơ đồ khối tính tốn cắt pha Tín hi u TRIP chung có giá trị lên giá trị TRIP A TRIP B TRIP C có giá trị lên (thể hi hình 3.11) 17 Hình 3.11 Sơ đồ đưa lệnh cắt chung rơle Từ khối xây dựng ta liên kết l i thành khối ơle F87 – E 90 v i tín hi ể thực hi n mô ho ộng củ ầu vào tín hi ơle Hình 3.12 Mơ hình mô bảo vệ so lệch dọc đường dây sử dụng rơle GE L90 ầu 18 Áp dụng mơ hình mơ để phân tích làm việc 3.3 rơle Chế độ làm việc bình thường 3.3.1 ặc tính hãm củ Hình 3.14 thể hi , y ổi giá trị phụ t , ơle Ở chế ộ làm vi c ểm làm vi c nằm vùng hãm Hình 3.14 Đặc tính hãm rơle GE L90 chế độ làm việc bình thường Trong chế ộ này, giá trị dòng so l ch nhỏ giá trị ãm, ơle ộng cắt máy cắt Sự cố pha vùng bảo vệ 3.3.2 T í l ểm x y cố, ò c th ò T i th ã xé p Av vù ng dây ãm ( 3 1) ểm t = 0,1s ngắn m ch pha A x y Đ ểm làm vi c di chuyển sang vùng Sau th n ch y ê n phụ t i Đ ểm làm vi c nằm chế ộ làm vi l ều so v i ộng củ ơle ểm x y ngắn m ch kho 0,0 s, ò n so ỡng dịng hãm Do vậy, theo thuật tốn b o v 19 so l ch F87L L90, kết qu l TR c thể hi 3.18(d) Hình 3.17 Đặc tính hãm rơle ngắn mạch pha vùng bảo vệ Hình 3.18 Giá trị dịng so lệch, dòng hãm định TRIP ngắn mạch vùng bảo vệ 20 Sự cố pha vùng bảo vệ 3.3.3 Đặc tính hãm ngắn m ch pha vùng b o v thể hi v , c Ta thấy, cố ngắn m ch vùng b o ểm làm vi c h thống di chuyển vùng hãm b o v so l ch Hình 3.22 Đặc tính hãm rơle ngắn mạch pha vùng bảo vệ Cá ặc tính ngắn m ch pha ngồi vùng b o v hi c thể 3.23 T ó v i q trình ngắn m ch pha ngồi vùng b o v , t i th ểm cố, giá trị dòng hãm ph A ă l n củ ò ởng cố, ò p A v t giá trị n pha B, C có lê ột ngộ ộ ểm gãy BP Do nh ộng d ến dịng 21 hãm pha B, C có y ổ v 3( , c thể hi b, c) v Theo Hình 3.23(a, b, c) ta thấy dòng so l q ò ãm ê ơle t x ất l ch cắt máy cắ 3.23(d) Hình 3.23 Các giá trị tính tốn dịng so lệch, dịng hãm định TRIP ngắn mạch vùng bảo vệ 3.4 So sánh, phân tích đánh giá Kết qu ơle E 90 m p ỏng chế ộ ngắn m ây o v so l ch d thành phố Đồng H i làm vi m ộ V B Đồn – ậy v í l 22 T , ng h p làm vi ểm làm vi c ơle, ơle h thống nằm tr n vùng hãm củ ộng máy cắt chế ộ làm vi c T vi v ng h p mô cố vùng b o v , vị trí làm t khỏ vù ãm y ị hãm ứng v i pha ngắn m ến máy cắt nhằm thực hi T v n so l ỡng dịng ứng Tín hi u TRIP c xuất ểm cố khỏi h thống ng h p mơ cố ngồi vùng b o v (ngắn m ch t i cái), giá trị dòng hãm l ò s l , ơle ộng cắt máy cắt Ho ộng mơ hình mơ ta cho thấy ơle l m vi c ch n l c tin cậy Kết luận 3.5 T tế củ y, ê sở logic ặc tính làm vi c thực ơle, ết h p sử dụng công cụ Matlab/Simulink tác gi dự ơle GE L90 c mơ hình mơ ngun lý làm vi c củ ng dây 220kV B Đồn – thành phố Đồng H i b o v so l ch d ê sở sơ p Cũ ức b o v F87L củ 3, ng h p làm vi ng dây ã ến hành mô v i ng, cố vùng b o v cố ng h p, ơle vùng b o v Trong m yêu cầu b o v Cá ng h p làm vi ộ ú ng h p cố vùng b o v , giá trị so l giá trị ãm, ơle í 2l ộng tin cậy, xác ộng t ỡng ịnh sử v ộng máy cắt Kết qu mô cho thấy thông số dụng e ng cố vùng b o v , giá trị so l ch nhỏ giá trị hãm, ơle Cá ã xây ú ắ , m b o h thống ho t 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luậ vă ã i thi u tổng quan l ối v Nam yêu cầu trang bị h thống b o v Đồng th i luậ vă t ă hai ă dụng h thố ng dây so l ò n ă o v n ng dây k thuật số c sử ăm q , ặc bi t tập trung nhiều n từ nhiề v ng dây 220kV 500kV V tr ng, ng dây truyền i thi u mộ N m, ơle s l T i Vi ê ã í o v kho ng cách ũ n truyền t i Vi t ò ặc bi t quan ng dây truyền t i yêu cầu h thống b o v ó ộ nh y tính ch n l c cao nhằm lập nhanh có cố Chính b o l v so l ch d ê th ộng v i m i d ng ngắn m v m b o tính ch n l c ối Trong nội dung luậ vă , ặc tính ho phỏ ây V B ộng củ Rơle E 90 ă vậy, luậ vă q n T ơle xá ơle í , á làm vi c củ ov ò ă ng E 90 p áp xá ơle ỏi nhiều thuật toán phức t p Vì ă ịnh vùng cắt v yền thống dự ê o v so c sử dụng ặc tính hãm Tuy nhiên ịnh vùng cắt dựa vào hình h c phức t p E 90 cách tính tốn tích cự tỉ số dịng so l ch dòng hãm V y o v , vi c mô ỉ nghiên cứu mô ò ựp ơle GE L90 b o v so l ch d c tích h p nhiều tất c ã ến hành tìm hiểu, mơ Đồn – thành phố Đồng H i phần mềm Matlab/Simulink nhằm p â l ộng nhanh, p p áp ựa y, q í 24 xá ịnh cố nhanh chóng xác song v ộ , ộ tin cậy v mb o ộ nh y cao Kết qu nghiên cứu mô luậ vă p ù thực tế ơle GE L90 b o v so l ch d thành phố Đồng H i, cho thấy ơle ịnh phù h p số ng dây 220kV B Đồn – y l m v c tin cậy thơng ơle l mb pv i ộng xác ch n l c Mơ hình mơ phỏ ã c ti n l i sử dụng giúp cho nhân viên vận hành nắm õ ặc tính b o v củ ơle tr ng thái vậ cố ê ằm phục ặt, phân tích nghiên cứu làm vụ cho vi c kiểm tra thông số vi c củ ơle ũ ng ây, áp ứng phục vụ cho công tác qu n lý vận hành phân tích xử lý nhanh có cố x y Hướng phát triển đề tài V i cách thức xây dựng mơ hình mơ logic làm vi c ơle ằ l / m l d ng cố, ây l làm vi c củ ể xem xét ho thống b o v V kiến thức có h n, nên luậ vă p v xá ồng th i gi i thi o v ă ộ xây dựng h ịnh thuật toán b o v so l sơ q ă ò n ng cách theo [9] Để ó ơle ă E ố 90 ứ ă o v ộng cơng suất (F68), o v q dịng (F50/51, F50/51N, F67/67N), ồng th i nghiên cứu giữ ều ki n th i gian ỉ m i dừng l i mứ kho ng cách (F21/21N); chứ í ề tài cần tiến hành nghiên cứu mô chức phát triể nă ơle ối v i ể nghiên , p â i pháp tố ơle ộng củ ởng ộ trễ vi c truyền li u ơle E 90 v i