Nghiên cứu lựa chọn rơ le kỹ thuật số bảo vệ chọn lọc khỏi chạm đất một pha cho các khởi hành 6kv công ty tnhh mtv 45 tổng công ty đông bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT NGUYỄN NGỌC KIÊN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ CHỌN LỌC KHỎI CHẠM ĐẤT MỘT PHA CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV CÔNG TY TNHH MTV 45 TỔNG CÔNG TY ĐÔNG BẮC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC Má-ĐỊA CHẤT NGUYỄN NGỌC KIÊN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ CHỌN LỌC KHỎI CHẠM ĐẤT MỘT PHA CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV CÔNG TY TNHH MTV 45 TỔNG CÔNG TY ĐƠNG BẮC Ngành: Kỹ thuật ®iện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Ngọc Vĩnh HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa có cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Kiên năm 2014 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG CUNG CẤP ĐIỆN CAO ÁP 6KV CÔNG TY TNHH MTV 45 TỔNG CÔNG TY ĐÔNG BẮC 1.1 Giới thiệu thực trạng cung cấp điện cao áp 6kV Công ty TNHH MTV 45 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 35/6 kV Công ty TNHH MTV 45 1.1.2 Các thiết bị trạm biến áp 35/6 kV Công ty TNHH MTV 45 1.2 Mạng điện cao áp 6kV Công ty TNHH MTV 45 1.3 Đặc điểm cung cấp điện mỏ hầm lò 10 1.4 Các cố xảy mạng điện 6kV công ty TNHH MTV 45 11 1.5 Nhận xét 11 Chƣơng 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ RƠLE TRONG TRẠM BIẾN ÁP 35/6KV VÀ HÌNH THỨC BẢO VỆ CHẠM ĐẤT MỘT PHA CỦA CÔNG TY TNHH MTV 45 TỔNG CÔNG TY ĐÔNG BẮC 13 2.1 Các hình thức bảo vệ trạm biến áp 35/6kV 13 2.1.1.Các hình thức bảo vệ trạm biến áp 35/6kV Cơng ty TNHHMTV45 13 2.2 Bảo vệ khởi hành kV 15 2.3 Thống kê thông số bảo vệ trạm biến áp 35/6kV Công ty 16 2.2 Bảo vệ chạm đất pha khởi hành 6kV Công ty TNHH MTV 4516 2.2.1 Nguyên nhân hậu chạm đất pha 16 2.2.2 Các yêu cầu nhiệm vụ bảo vệ chạm đất pha 17 2.2.3 Bảo vệ chạm đất pha Công ty TNHH MTV 45 sử dụng 18 2.5 Nhận xét chung bảo vệ chạm đất Công ty TNHH MTV 45 19 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRONG BẢO VỆ CHỌN LỌC CHẠM ĐẤT MỘT PHA CÁC KHỞI HÀNH 6KV CÔNG TY TNHH MTV45 TỔNG CÔNG TY ĐÔNG BẮC 20 3.1 Tổng quan rơle kỹ thuật số 20 3.1.1 Nguyên lý làm việc rơle số 20 3.1.2 Đầu vào tương tự 21 3.1.3 Đầu vào số 22 3.1.4 Đầu số 22 3.1.5 Chuyển đổi tín hiệu tương tự số (A/D) 23 3.1.6 Các lọc số 25 3.1.7 Đo lường ghi kiện 27 3.1.8 Các chức bảo vệ 28 3.2 Giới thiệu loại rơ le kỹ thuật số 28 3.2.1 Giới thiệu rơle số MICOM P441 (Pháp) 28 3.2.2 Giới thiệu chung rơle kỹ thuật số MICOM.P122C 32 3.2.3 Rơle kỹ thuật số REG316*4 hãng ABB (Thụy Điển) 36 3.2.4 Giới thiệu rơle kỹ thuật số SMPR-1 hãng Orion-Italia 50 3.2.5 Giới thiệu rơle kỹ thuật số 7SJ64** (Đức) 57 3.2.6 Giới thiệu rơle kỹ thuật số DLP3** hãng GE-Mỹ 63 3.2.7 Lựa chọn rơle kỹ thuật số 64 3.3 Tính tốn giá trị chỉnh định 65 3.3.1 Tính điện dung tồn mạng 6kV 65 3.3.2 Tính dịng chạm đất khởi hành 6kV Cơng ty TNHH MTV 45 3.3.3.Tính tốn chỉnh định cho rơle bảo vệ 70 3.3.4 Nhập thông số cho rơle số bảo vệ 71 3.3.5 Bảo vệ dòng chạm đất 71 3.3.6 Khố sóng hài 73 Ký hiệu viết tắt…………………………………………………………… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ Bảng 1-1: Thơng số kỹ thuật hai máy biến áp Bảng 1-2: Thông số kĩ thuật cầu dao cách ly Bảng 1-3: Thông số kĩ thuật máy cắt Bảng 1-4: Thông số kĩ thuật chống sét van Bảng 1-5: Thông số kĩ thuật máy biến dòng Bảng 1-6: Thông số kĩ thuật máy biến áp đo lường bảng Bảng 1.7: Các phụ tải điện kV Công ty TNHH MTV 45 Bảng 1-8: Các thông số đường dây không khởi hành 10 Bảng 1-9: Các thông số đường dây cáp khởi hành 10 Bảng 1-10: Thống kê cố xảy mạng điện 6kV thời gian gần 11 Bảng 2-1: Các thông số rơle so lệch dọc mã hiệu PHT – 565 13 Bảng 2-2: Các thông số kỹ thuật rơle khí có mã hiệu BT-43-66 14 Bảng 2-3: Các thông số thống kê thông số bảo vệ trạm biến áp 35/6kV 16 Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật rơle MICOM.P122C 33 Bảng 3-2: Thông số kỹ thuật rơle REG316*4 37 Bảng 3-3: Thông số bảo vệ nhiệt rơle REG316*4 38 Bảng 3-5: Thông số bảo vệ dịng có hướng 39 Bảng 3-4: Thơng số bảo vệ q dịng có thời gian xác định 39 Bảng 3-6: Thông số bảo vệ so lệch máy phát REG316*4 40 Bảng 3-7: Thông số bảo vệ so lệch máy biên áp REG316*4 41 Bảng 3-8: Thông số bảo vệ dòng cắt nhanh REG316*4 41 Bảng 3-9: Thông số bảo vệ dịng có kiểm sốt áp thấp 42 Bảng 3-10: Thơng số bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc 42 Bảng 3-11: Thông số bảo vệ áp thiểu áp REG316*4 43 Bảng 3-12: Thơng số bảo vệ q dịng chạm đất có thời gian phụ thuộc 43 Bảng 3-14: Thông số bảo vệ áp REG316*4 44 Bảng 3-13: Thông số bảo vệ dòng cân pha 44 Bảng 3-15: Thông số kỹ thuật bảo vệ khoảng cách REG316*4 45 Bảng 3-16: Thơng số bảo vệ chống kích từ REG316*4 45 Bảng 3-17: Thông số bảo vệ tải Stator REG316*4 46 Bảng 3-18: Thông số bảo vệ cân điện áp REG316*4 48 Bảng 3-19: Thông số bảo vệ dao động tần số REG316*4 49 Bảng 3-20: Thông số kỹ thuật rơle DLP3** 61 Bảng 3-21: Kết điện dung 1km đường dây không 63 Bảng 3-22: Kết điện dung 1km cáp XLPE 64 Bảng 3-23: Giá trị điện dung khởi hành 65 Bảng 3-24: Dòng điện điện dung riêng khởi hành mạng hình tia 65 Bảng 3-25: Dịng điện cố đầu khởi hành 6kV 66 Bảng 3-26: Dòng cố khởi hành kể đến ảnh hưởng máy biến áp đo lường 68 Bảng 3-27: Các thông số cho rơle số bảo vệ 69 Bảng 3-28: Kết tính tốn dịng đặt chỉnh định rơle số cho khởi hành 71 SƠ ĐỒ Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 35/6 kV giới thiệu hình (1-1): DANH MỤC HÌNH VẼ Hình (1-2): Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle khởi hành kV Hình 1-3: Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện qua giếng 11 Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy biến áp 35/ kV 14 Hình (2-2) : Sơ đồ bảo vệ rơle khởi hành kV Cơng ty 15 Hình 2-3: Sơ đồ bảo vệ chạm đất pha Công ty TNHH MTV 45 19 Hình (3-1): Sơ đồ tự kiểm tra chức rơle số 21 Hình (3-2): Sơ đồ nối BU, BI với phận biến đổi tín hiệu đầu vào 22 Hình (3-3): Sơ đồ làm việc kết hợp đầu vào/đầu rơle số 23 Hình (3-4): Nguyên lý chuyển đổi A/D kết hợp multiplexer 24 Hình (3-5): Sơ đồ phối hợp chuyển đổi A/D multiplexer 24 Hình (3-6): Hình dáng bên ngồi rơle khoảng cách số MICOM P441 29 Hình (3-7): Sơ đồ bảo vệ đường dây rơle cách số MICOM họ P44X 30 Hình (3-8): Đặc tính bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc rơle P122C 35 Hình (3-9): Sơ đồ chức giá sắt mạch cắt rơle P122C 36 Hình (3-10): Sơ đồ nguyên lý khối rơle REG316*4 36 Hình (3-11): Đặc tính bảo vệ so lệch REG316*4 40 Hình (3-12): Đặc tính bảo vệ khoảng cách 45 Hình (3-13): Đặc tính bảo vệ chống kích từ 46 Hình (3-14): Đặc tính bảo vệ tải stator REG316*4 46 Hình (3-15): Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm 47 Hình (3-16): Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm 47 Hình (3-17): Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối thêm 48 Hình (3-18): Bảo vệ cân điện áp REG316*4 49 Hình (3-19): Sơ đồ đấu dây mạch bảo vệ rơle SMPR-1 50 Hình (3-20): Đặc tính bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc 54 Hình (3-21): Hình dạng rơle 7S J64** 56 Hình (3-22): Sơ đồ chức rơ le 7SJ64** 56 Hình (3-22): Đặc tính bảo vệ q dịng có hướng rơle 7SJ64** 60 Hình (3-23): Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có trở kháng 61 Mở đầU Tính cấp thiết đề tài Với sản lượng than ngày tăng mỏ Việt Nam địi hỏi việc đầu tư ngày đa dạng máy móc thiết bị việc cung cấp điện ngày lớn chất lượng ngày tốt Một cố chiếm tỷ trọng lớn tổng số cố xảy lưới điện 6kV cố chạm đất pha Khi cố chạm đất pha xảy mỏ hầm lị khơng gây thiệt hại kinh tế việc ngừng cung cấp điện mà gây hậu nghiêm trọng an tồn điện giật cháy, nổ mỏ Do vậy, địi hịi phải có hệ thống bảo vệ chạm đất pha tin cậy đảm bảo tính chọn lọc cần thiết Trong thời gian gần việc phát triển rơle kỹ thuật số áp dụng nhiều ngành kỹ thuật đạt thành cơng lớn đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ chọn lọc chống chạm đất pha cho khởi hành 6kV cho Công ty TNHH MTV 45 Tổng công ty Đông bắc” cn thit Mục đích đề tài - Nghiờn cứu thực trạng cung cấp điện cao áp 6kV Công ty TNHH MTV 45 Tổng công ty Đông bắc , - Nghiên cứu đề xuất ứng dụng rơle kỹ thuật số nhằm đảm bảo, bảo vệ chọn lọc chạm đất pha khởi hành 6kV Công ty TNHH MTV 45 Tổng cơng ty Đơng bắc §èi t-ợng phạm vi nghiên cứu Cỏc hnh 6kV Công Ty TNHH MTV 45 Tổng công ty Đông bắc Nội dung đề tài - Đánh giá thực trạng cung cấp điện cao áp 6kV Công ty TNHH MTV 45, Tổng công ty Đông bắc - Đánh giá thực trạng hệ thống rơle bảo vệ chạm đất pha cho khởi hành 6kV Công ty TNHH MTV 45 Tổng công ty Đông bắc - Đề xuất giải pháp sử dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ chọn lọc chạm đất pha cho khởi hành 6kV Công ty TNHH MTV 45 Tổng cơng ty Đơng bắc Vậy dịng chạm đất Iđ ba lần dòng điện dung pha chế độ bình thường chậm pha so với U TT góc 900 Dịng chạm đất tỉ lệ với điện áp mạng điện dung pha( Xc=1/ùC) Dịng chạm đất tính theo cơng thức: Uf I d  3iif   3U Xc f C s L.10 6 , ( A) Trong đó: Cs điện dung riêng pha so với đất 1km chiều dài L chiều dài tổng cộng dây dẫn pha Tóm lại : - Chế độ chạm đất pha hệ thống ba pha xem kết hai trạng thái xếp chồng - Chế độ làm việc bình thường với hệ thống điện áp dịng điện bình thường - Điện áp điểm chạm đất không nghĩa tương tự việc đặt vào tất pha chỗ chạm đất Điện áp trị số ngược dấu với điện áp pha bị hư hỏng chế độ bình thường tức (-Ua ) Ua I'b Id Uc I'c(B)+I'c(C) I'c(C) Ub UTT= -Ua U'c U'b Hình 1-4: Đồ thị véctơ hệ thống có trung tính cách ly trƣờng hợp bình thƣờng chạm đất pha 1.2.4 Sự phân bơ dịng thứ tự khơng mạng có chạm đất pha Giả sử có mạng điện hình tia gồm ba khởi hành Khi chạm đất pha, điểm N1 khởi hành chỗ chạm đất phát sinh điện áp thứ tự không Làm xuất dịng thứ tự khơng 3I0(1) khép mạch qua điện dung pha đường dây (hình 3-5) Từ phân chia cho ta nhận xét sau: - Dịng điện thứ tự khơng 3I0 chạy qua tất đường dây mạng - Ở đường dây khơng bị hư hỏng (khơng có cố sảy ra), khởi hành khởi hành dịng điện dung có chiều hướng từ cuối đường dây đầu đường dây - Ở đường dây có cố dịng điện thứ tự khơng có hướng từ đầu đường dây đến điểm chạm đất, cuối đường dây dịng điện có hướng từ cuối đường dây điểm chạm đất - Các dòng điện dung đường dây khơng cố có trị số bằng: 3I02=3UON.ù.Cd2=3Uf.ù.Cd2 3I02=3UON.ù.Cd3=3Uf.ù.Cd3 Dịng điện dung thứ tự khơng chạy qua đường dây hư hỏng phía trước sau chỗ bị chạm đất, khác chiều độ lớn Trong đó: + Dịng phía trước vị trí cố kể từ nguồn 3i’01=-(3I02+3I03+3UON.ù.Cd1) = -3UON.ù.(Cd2+Cd3+Cd1) Cd’1 : điện dung phần đường dây số phía trước chỗ cố chạm đất + Dịng phía sau chỗ chạm đất có chiều hướng tới cái, tức có chiều ngược lại với dịng phía trước chỗ cố: 3i0’’1=3UON ù.Cd’’1 Cd’’1 : điện dung đường dây số sau chỗ chạm đất kể từ nguồn Căn vào nhận xét ta vẽ đồ thị biểu diễn phân bố dòng điện thứ tự không chạm đất pha khởi hành số (hình 1-5): A B C d3 C B A KH-3 Cd3 d2 C B A KH-2 Cd2 d1 C B A N KH-1 Cd1 Ca Cb Cd'1 Cc Hình 1-5: Sự phân bố dịng thứ tự khơng mạng có chạm đất pha 1.2.3 Dịng điện chạm đất Khi mạng điện có pha chạm đất, chỗ chạm đất có dịng Iđ vào đất Dòng qua điện dung pha không hư hỏng mạng nguồn (bỏ qua điện dẫn mạng so với đất) Vì pha A chạm đất nên khơng có dịng qua điện dung pha (Ica = 0) Trong pha B C dòng vượt trước áp tương ứng góc 900 I cB   j U ba Xc I c C   j U ba Xc Dòng chạm đất với chiều dương chỗ hư hỏng là:  U U  I  Ic  B   Ic C     ba  ca   Xc Xc  3E aq 3U f    Mà: U ba  U ca  3Ea nên: I d  j J Xc Xc Trong đó: U f điện pha Icf  U f IX c - Là dòng điện dung pha Vậy dòng chạm đất Id ba dòng điện dung pha chế độ bình thường chậm pha so với UTT góc 900 Dịng chạm đất tỉ lệ với điện áp mạng điện dung pha (Xc = 1/C)  I d  3icf  3U f  3U f C8 L.10  6,  A Xc Trong đó: C8 – Là điện dung riêng pha so với đất km chiều dài L – Chiều dài tổng cộng dây dẫn pha Tóm lại: - Chế độ chạm đất pha hệ thống ba pha xem kết hai trạng thái xếp chồng - Chế độ làm việc bình thường với hệ thống điện áp dịng điện bình thường Điện áp điểm chạm đất không, nghĩa tương tự việc đặt vào tất pha chỗ chạm đất Điện áp trị số ngược dấu với điện áp pha bị hư hỏng chế độ bình thường tức (-Ua)  UA Ua  I'c(B) Ib   I'D I'C(C) 12 0° Ia   UC UB  UTT Uc Ub  I'C(B) + I'C(C)   UA  U'C  U'B Ic Hình (1-4): Đồ thị véc tơ hệ thống có trung tính cách ly trƣờng hợp bình thƣờng chạm đất pha 1.2.4 Sự phân bố dịng thứ tự khơng mang điện có chạm đất pha Giả sử có mạng điện hình tia gồm ba khởi hành Khi chạm đất pha, điểm N1 khởi hành chỗ chạm đất phát sinh điện áp thứ tự khơng Làm xuất dịng thứ tự không 3I0(1) khép mạch qua điện dung pha đường dây C B A KH-3 C B A KH-2 C B A KH-1 N Ca Cb Hình (1-5): Sự phân bố dịng thứ tự khơng mạng có chạm đất pha Từ phân chia ta nhận xét sau: Dịng điện thứ tự không 3I0 chạy qua tất đường dây mạng Ở đường dây không bị hư hỏng (không có cố xảy ra), khởi hành khởi hành dịng điện dung có chiều hướng từ cuối đường dây đầu đường dây Ở đường dây có cố dịng điện thứ tự khơng có hướng từ đầu đường dây đến điểm chạm đất, cuối đường dây dịng điện có hướng từ cuối đường dây chạm đất Các dòng điện dung đường dây cố có trị số bằng: 3I02 = 3UON  Cd2 = 3Uf  Cd2 3I02 = 3UON  Cd3 = 3Uf  Cd3 Dịng điện dung thứ tự khơng chạy qua đường dây hư hỏng phía trước sau chỗ bị chạm đất, khác chiều độ lớn Trong đó: + Dịng phía trước cố kẻ từ nguồn: 3i01' = - (3I02 + 3I03 + 3UON  Cd1) = - 3UON  (Cd2 + Cd3 + Cd1) Cd1: Điện dung phần đường dây số phía trước chỗ cố chạm đất + Dịng phái sau chỗ chạm đất có chiều hướng tới cái, tức có chiều ngược lại so với dịng phía trước chỗ cố: 3i0”1 = 3UON  Cd”1 Cd”1 điện dung đường dây số sau chỗ chạm đất kể từ nguồn vào nhận xét ta vẽ đồ thị biểu diễn phân bố dòng điện thứ tự không chạm đất pha khởi hành số (hình 3-6):  3I03 d3 C3  3I02 d2 C2  C1  3I02 + 3I03    3I02 + 3I03 + 3I01 Hình (1-6): Biểu đồ phân bố dịng điện thứ tự khơng khởi hành theo chiều dài đƣờng dây Trong đó: d1- Là đường dây bị cố d2, d3 – Là đường dây khởi hành không bị cố + Nếu mạng có bù dịng điện qua cuộn dây bù, chạy đường dây có cố tới chỗ chạm đất Do ngược pha với dòng điện dung Nếu dòng điện hợp thành đầu đường dây cố d1 là: I 01  3U ON 1 XL  3U ON .C  C.d1  Độ lớn dòng điện hợp thành phụ thuộc vào thành phần (Điện cảm điện dung) lớn phân bố giá trị dịng thứ tự khơng 3i mạng phụ thuộc vị trí điểm chạm đất phân bố điện dung đường dây không 1.3 Chạm đất mạng có bù điện dung Trên hình (2-7) giới thiệu hệ thống có trung tính nối đất qua cuộn cảm để bù dịng điện dung trường hợp bình thường (a) trường hợp cố (b) Cuộn cảm gồm lõi thép cuộn dây thay đổi số vịng dây, cuộn cảm có điện kháng X0 lớn so với điện trở rb Khi làm việc chế độ bình thường hệ thống hồn tồn đối xứng Khi chạm đất pha dịng điện dung hệ thống thay đổi trường hợp mạng có trung tính cách ly Song điện áp U d1  U A điểm chạm đất đặt lên cuộn cảm, qua điểm chạm đất xuất hai thành phần dòng điện nói trên, dịng điện dung điểm cảm ngược chiều làm giảm giá trị dòng chạm đất    I d 1  U A Yc  Yb   U f  j..C  rb  jLb      r Lh   I d 1  U f  h  j  C  2   rh  Lh    rh  .Lh   Trong đó: Yb, rbLb – Là tổng dẫn, điện trở điện cảm cuộn bù dập hồ quang Khi bù hồn tồn (cộng hưởng dịng điện) rb