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 than hà lầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ HOÀNG THÀNH 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 THAN HÀ LẦM LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ HOÀNG THÀNH 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 THAN HÀ LẦM Ngành: Kỹ Thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Ngọc Vĩnh HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các tài liệu, số liệu đƣợc nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội,ngày tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Vũ Hoàng Thành MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG CUNG CẤP ĐIỆN CAO ÁP 6KV CÔNG TY THAN HÀ LẦM, QUẢNG NINH Giới thiệu thực trạng cung cấp điện cao áp 6kV Công ty than Hà 1.1 3 Lầm 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 35/6 kV Công ty than Hà Lầm 1.1.2 Các thiết bị trạm biến áp 35/6 kV Công ty than Hà Lầm 1.2 Mạng điện cao áp 6kV Công ty 1.3 Đặc điểm cung cấp điện mỏ hầm lò 1.4 Các cố xảy mạng điện 6kV cụng ty than Hà Lầm 10 1.5 Nhận xét 10 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÁC HÌNH THỨC BẢO VỆ RƠLE TRONG CÁC TRẠM BIẾN ÁP 35/6KV VÀ HÌNH THỨC BẢO VỆ CHẠM ĐẤT MỘT PHA CỦA CƠNG TY THAN HÀ LẦM, QUẢNG NINH Các hình thức bảo vệ trạm biến áp 35/6kV 2.1 12 12 2.1.1 Bảo vệ tải ngắn mạch 12 2.1.2 Bảo vệ so lệch dọc máy biến áp 12 2.1.3 Bảo vệ rơle khí 12 2.1.4 Tiếp đất bảo vệ 14 Bảo vệ khởi hành kV 14 2.2.1 Bảo vệ cực đại 14 2.2.2 Bảo vệ chạm đất pha 14 Bảo vệ áp thiên nhiên 14 Thống kê thông số bảo vệ trạm biến áp 35/6kV 15 2.2 2.2.3 2.3 Công ty than Hà Lầm 2.4 Bảo vệ chạm đất pha khởi hành 6kV Công ty than Hà 15 Lầm 2.4.1 Nguyên nhân hậu chạm đất pha 15 2.4.2 Các yêu cầu nhiệm vụ bảo vệ chạm đất pha 16 2.4.3 Bảo vệ chạm đất pha Công ty than hà lầm sử dụng 17 2.5 Nhận xét chung bảo vệ chạm đất Công ty than 18 Hà Lầm CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CHỌN LỰA RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRONG BẢO VỆ CHỌN LỌC CHẠM ĐẤT MỘT PHA CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV CÔNG TY THAN HÀ LẦM 3.1 Tổng quan rơle kỹ thuật số 20 20 3.1.1 Nguyên lý làm việc rơle số 20 3.1.2 Đầu vào tƣơng tự 21 3.1.3 Đầu vào số 22 3.1.4 Đầu số 22 3.1.5 Chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự số (A/D) 23 3.1.6 Các lọc số 25 3.1.7 Đo lƣờng ghi kiện 27 3.1.8 Các chức bảo vệ 28 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 62 3.2.7 Lựa chọn rơle kỹ thuật số 64 Tính tốn giá trị chỉnh định 64 3.3.1 Tính điện dung tồn mạng 6kV mỏ 64 3.3.2 Tính dịng chạm đất khởi hành 6kV Công ty than Hà Lầm 67 3.2 3.3 3.3.3 Tính tốn chỉnh định cho rơle bảo vệ 68 3.3.4 Nhập thông số cho rơle số bảo vệ 69 3.3.5 Bảo vệ dòng chạm đất 70 3.3.6 Khố sóng hài 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 Phụ lục 76 Phụ lục 77 Phụ lục 92 DANH MỤC CÁC HèNH VẼ Hỡnh (1-1) Sơ đồ trạm biến áp 35/6 kV Công ty than Hà Lầm Hỡnh (1-2) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle khởi hành 6kV Hỡnh (1-3) Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện qua giếng 10 Hỡnh (2-1) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy biến áp 35/ kV 13 Hỡnh (2-2) Sơ đồ bảo vệ rơle khởi hành kV 14 Hỡnh (2-3) Sơ đồ bảo vệ chạm đất pha Công ty than Hà Lầm 18 Hỡnh (3-1) Sơ đồ tự kiểm tra chức rơle số 21 Hỡnh (3-2) Sơ đồ nối BU, BI với phận biến đổi tín hiệu đầu 22 vào Hỡnh (3-3) Sơ đồ làm việc kết hợp đầu vào/đầu rơle số 23 Hỡnh (3-4) Nguyên lý chuyển đổi A/D kết hợp multiplexer 24 Hỡnh (3-5) Sơ đồ phối hợp chuyển đổi A/D multiplexer 24 Hỡnh (3-6) Hình dáng bên ngồi rơle khoảng cách số MICOM P441 29 Hỡnh (3-7) Sơ đồ bảo vệ đƣờng dây rơle cách số 30 Hỡnh (3-8) Đặc tính bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc rơle 35 P122C Hỡnh (3-9) Sơ đồ chức giá sắt mạch cắt rơle P122C 36 Hỡnh (3-10) Sơ đồ nguyên lý khối rơle REG316*4 37 Hỡnh (3-11) Đặc tính bảo vệ so lệch REG316*4 41 Hỡnh (3-12) Đặc tính bảo vệ khoảng cách 45 Hỡnh (3-13) Đặc tính bảo vệ chống kích từ 46 Hỡnh (3-14) Đặc tính bảo vệ tải stator REG316*4 47 Hỡnh (3-15) Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối 48 thêm điện trở mạch máy phát dùng rơle số REG316* Hỡnh (3-16) Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối 48 thêm biến điện áp trung tính máy phát dùng rơle số REG316*4 Hỡnh (3-17) Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn stator chống chạm đất có nối 49 thêm biến điện áp đầu cực máy phát dùng rơle số REG316*4 Hỡnh (3-18) Bảo vệ cân điện áp REG316*4 50 Hỡnh (3-19) Sơ đồ đấu dây mạch bảo vệ rơle SMPR-1 51 Hỡnh (3-20) Đặc tính bảo vệ dịng có thời gian phụ thuộc 55 Hỡnh (3-21) Hình dạng rơle 7S J64** 57 Hỡnh (3-22) Sơ đồ chức rơ le 7SJ64** 57 Hỡnh (3-23) Đặc tính bảo vệ q dịng có hƣớng rơle 7SJ64** 61 Hỡnh (3-24) Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có trở kháng 62 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng(1-1) Thông số kỹ thuật hai máy biến áp Bảng(1-2) máy biến áp T3 lấy từ lộ 477E52 có thông số kỹ thuật Bảng(1-3) Thông số kĩ thuật cầu dao cách ly Bảng(1-4) Thông số kĩ thuật máy cắt Bảng(1-5) Thông số kĩ thuật chống sét van Bảng(1-6) Thông số kĩ thuật máy biến dịng Bảng(1-7) Thơng số kĩ thuật máy biến áp đo lƣờng Bảng(1-8) Các phụ tải điện kVcủa Công ty than Hà Lầm Bảng(1-9) thông số đƣờng dây không khởi hành Bảng(1-10) thông số đƣờng dây cáp khởi hành Bảng(2-1) thông số rơle PHT - 565 12 Bảng(2-2) thông số kỹ thuật BT-43-66 12 Bảng(2-3) Thông số bảo vệ trạm biến áp 35/6kV 15 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 39 Bảng(3-4) Thông số bảo vệ q dịng có thời gian xác định 40 Bảng(3-5) Thơng số bảo vệ q dịng có hƣớng 40 Bảng(3-6) Thơng số bảo vệ so lệch máy phát REG316*4 41 Bảng(3-7) Thông số bảo vệ so lệch máy biên áp REG316*4 41 Bảng(3-8) Thơng số bảo vệ q dịng cắt nhanh REG316*4 42 Bảng(3-9) Thông số bảo vệ q dịng có kiểm sốt áp thấp 42 Bảng(3-10) Thơng số bảo vệ q dịng có thời gian phụ thuộc 43 Bảng(3-11) Thông số bảo vệ áp thiểu áp REG316*4 43 Bảng(3-12) Thông số bảo vệ dịng chạm đất có thời gian phụ thuộc 44 Bảng(3-13) Thơng số bảo vệ dịng cân pha 44 Bảng(3-14) Thông số bảo vệ áp REG316*4 45 Bảng(3-15) Thông số kỹ thuật bảo vệ khoảng cách REG316*4 46 Bảng(3-16) Thơng số bảo vệ chống kích từ REG316*4 46 Bảng(3-17) Thông số bảo vệ tải Stator REG316*4 47 Bảng(3-18) Thông số bảo vệ cân điện áp REG316*4 49 Bảng(3-19) Thông số bảo vệ dao động tần số REG316*4 50 Bảng(3-20) Thông số kỹ thuật rơle DLP3** 62 Bảng(3-21) Điện dung đƣờng dây không 65 Bảng(3-22) Điện dung cáp điện 6kV 1km cáp CÁ 65 Bảng(3-23) Giá trị điện dung khởi hành 66 Bảng(3-24) Dòng điện dung riêng khởi hành mạng hình tia 66 Bảng(3-25) Dòng cố khởi hành kể đến ảnh hƣởng máy biến áp đo lƣờng Bảng(3-26) Dịng có thơng số 200/5A Bảng(3-27) Kết tính tốn dịng đặt chỉnh định rơle số bảo vệ cho khởi hành 6kV 68 69 71 86 2.2.4 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 khơng 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 - đường dây không bị hư hỏng (không có cố sảy ra), khởi hành khởi hành dịng điện dung có chiều hướng từ cuối đường dây đầu đường dây - 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 3-5): 87 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 2-5: Sự phân bố dịng thứ tự khơng mạng có chạm đất pha 2.2.3 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 88 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 dịng điện dung pha chế độ bình thường chậm pha so với UTT góc 900 Dòng 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) 89  UA Ua  I'c(B) Ib   I'D I'C(C) 12 0° Ia   UC UB  UTT Uc  UA   Ub  I'C(B) + I'C(C)  U'B U'C Ic Hình (2-4): Đồ thị véc tơ hệ thống có trung tính cách ly trƣờng hợp bình thƣờng chạm đất pha 2.2.4 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 không Làm xuất dịng thứ tự khơng 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 (2-5): Sự phân bố dịng thứ tự khơng mạng có chạm đất pha 90 Từ phân chia ta nhận xét sau: Dịng điện thứ tự khơng 3I0 chạy qua tất đường dây mạng đường dây khơng bị hư hỏng (khơng có cố xảy ra), khởi hành khởi hành dòng điện dung có chiều hướng từ cuối đường dây đầu đường dây 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 Dòng điện dung thứ tự không 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 + Dòng 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 dịng điện thứ tự khơng chạm đất pha khởi hành số (hình 3-6):  3I03 d3 C3  3I02 d2 C2  C1  3I02 + 3I03    3I02 + 3I03 + 3I01 Hình (2-6): Biểu đồ phân bố dịng điện thứ tự không khởi hành theo chiều dài đƣờng dây 91 Trong đó: d1- Là đường dây bị cố d2, d3 – Là đường dây khởi hành khơng 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 dịng 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 3i0 mạng phụ thuộc vị trí điểm chạm đất phân bố điện dung đường dây khơng 2.3 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 dòng 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 dịng 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 hoàn tồn (cộng hưởng dịng điện) rb