Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110kv công ty nhiệt điện uông bí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV CƠNG TY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hµ NéI - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN XUÂN QUANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110 KV CƠNG TY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ Chun ngành: Điện khí hóa mỏ Mã số: 60.52.52 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính toán luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 08 tháng 04 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Quang LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tời: PGS.TS Nguyễn Anh Nghĩa người thầy dẫn giúp đỡ tận tình suốt trình làm luận văn Ban giám hiệu trường Đại học Mỏ Địa Chất quý thầy cô khoa Cơ điện, môn Điện khí hóa mỏ, phịng đào tạo sau đại học truyền dạy kiến thức quý báu chương trình cao học giúp đỡ kinh nghiệm cho luận văn hoàn thành thuận lợi Ban giám đốc, phân xưởng điện đồng nghiệp – Công ty TNHH MTV Nhiệt điện ng Bí giúp tơi q tình hoàn thành luận văn Hà Nội, tháng 04 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Xuân Quang MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TY TNHH MTV NHIỆT ĐIỆN NG BÍ 1.1 Qúa trình hình thành phát triển cơng ty TNHH MTV nhiệt điện ng Bí 1.1.1 Hình thành phát triển công ty 1.1.2 Bộ máy tổ chức Cơng ty TNHH MTV Nhiệt điện ng Bí .4 1.2 Khái quát hệ thống phát điện S5, S6 trạm biến áp 110Kv nhà máy nhiệt điện ng Bí .6 1.2.1 Sơ đồ bố trí thiết bị trạm biến áp 110kV: 1.2.2 Máy phát trạm biến áp 110kV Cơng ty Nhiệt điện ng bí .6 1.2.3 Thống kê thiết bị điện thuộc trạm 110kV hệ thống cung cấp nhà máy CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN RƠLE KỸ THUẬT SỐ TRẠM BIẾN ÁP 110KV CƠNG TY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ .14 2.1 Tình hình sử dụng Rơle bảo vệ Việt Nam .14 2.2 Các chức bảo vệ sử dụng .17 2.2.1.Các chức bảo vệ cài đặt rơ le: .17 2.2.2 Nhận xét 18 2.3 Giới thiệu số loại Rơle kỹ thuật số 19 2.3.1 Giới thiệu họ rơle kỹ thuật số MICOM P63X (P631, P632, P633, P634) hãng ALTOM: 19 2.3.2 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOMP122 hãng ALTOM: 34 2.3.3 Giới thiệu rơle kỹ thuật số MICOM-P546 hãng ALTOM: .41 2.3.4 Giới thiệu rơle kỹ thuật số 7UT613 hãng SIEMENS: 49 2.3.5 Giới thiệu rơle kỹ thuật số bảo vệ dòng SJ64: 60 2.4 So sánh lựa chọn Rơle bảo vệ kỹ thuật số cho trạm biến áp 110Kv cơng ty nhiệt điện ng Bí 70 2.4.1 So sánh rơle bảo vệ so lệch MicomP63X rơle SIEMEN 7UT613 70 2.4.2 So sánh rơle bảo vệ dòng MicomP122 rơle SJ64 71 2.4.3 Sơ đồ nguyên lý rơle bảo vệ trạm biến áp 1T,2T .72 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH RƠ LE KỸ THUẬT SỐ BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110/35/6KV CÔNG TY NHIỆT ĐIỆN NG BÍ 73 3.1 Kết tính tốn ngắn mạch 73 3.2 Tính tốn chỉnh định bảo vệ q tải máy biến áp .76 3.3 Chức tải nhiệt (49): 77 3.4 Bảo vệ dòng máy biến áp 78 3.4.1 Bảo vệ dòng ngưỡng thấp (51) I > 78 3.4.2 Bảo vệ dòng ngưỡng cao (50) I>> 82 3.5 Bảo vệ chống chạm đất 83 3.6.Sơ đồ đấu dây cài đặt thông số cho rơle P122 84 3.7 Bảo vệ so lệch máy biến áp 95 3.8: Cấu hình, sơ đồ đấu cài đặt thông số Rơle P633 .102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .105 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU STT Mục viết tắt Giải thích MTV Một thành viên TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn thành viên EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam SX Sản xuất PX Phân xưởng CBSX Chuẩn bị sản xuất 11 MBA Máy biến áp 12 TBA Trạm biến áp 13 NMĐ Nhà máy điện 14 NMTĐ Nhà máy thuỷ điện 15 MP Máy phát 16 OL Over load 17 BI Biến dòng 18 TTN Thứ tự nghịch 19 TTK Thứ tự không DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Thống kê lộ 110kV 1.2 Thống kê phụ tải thuộc lộ 35kV 1.3 Thống kê phụ tải thuộc lộ 6,3kV 1.4 Thông số kỹ thuật máy biến áp lực 1.5 Thông số kỹ thuật thiết bị cầu dao 10 1.6 Thông số kỹ thuật máy cắt 110kV 10 1.7 Thông số máy cắt 35kV 11 1.8 Thông số máy cắt 6,3kV 12 1.9 Thơng số máy biến dịng 12 1.10 Thơng số máy biến điện áp 13 1.11 Thiết bị chống sét 13 2.1 Thông số kỹ thuật role Micom P122C 35 2.2 Giá trị hệ số tính tốn thời gian tác động 39 2.3 Cài đặt thông số rơle 7UT613 53 2.4 So sánh rơle P63X 7UT613 70 2.5 Bảng so sánh rơle P122 SJ64 71 3.1 Thông số kỹ thuật máy biến áp 1T,2T 73 3.2 Kết tính tốn ngắn mạch 73 3.3 Thơng kê kết tính tốn quy đổi dịng điện phía trung hạ áp phía cao áp 73 3.4 Kết tính tốn dịng định mức phía BI 74 3.5 Kết tính tốn bảo vệ q tải máy biến áp 76 3.6 Bảng nhiệt độ cài đặt nhiệt độ phía máy biến áp 77 3.7 Kết tính tốn bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 6,3kV 79 3.8 Kết tính tốn bảo vệ q dịng ngưỡng thấp phía 35kV 80 3.9 Kết tính tốn bảo vệ cực đại ngưỡng thấp phía 110kV 81 3.10 Kết tính tốn bảo vệ cực đại ngưỡng cao 82 3.11 Tổng hợp kết tính tốn phía máy biến áp 83 3.12 Các thơng số tính tốn phía máy biến áp 94 3.13 Kết tính tốn hệ số cân sai lệch 95 3.14 Kết tính tốn bảo vệ so lệch 99 3.15 Các thông số cài đặt cho rơle bảo vệ so lệch 100 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Tên hình vẽ Trang 1.1 Cơ cấu tổ chức công ty 1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị trạm 110kV 1.3 Sơ đồ nối nhà máy Nhiệt điện ng Bí đến Trạm điện 110kV 2.1 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ MP MBA 17 2.2 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ MBA 1T,2T 18 2.3 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc họ rơle P63X 19 2.4 Sơ đồ nguyên lý đấu nối biến dòng họ rơle P63X 20 2.5 Sơ đồ đặc tính tác động bảo vệ so lệch họ rơle P63X 26 2.6 Sơ đồ đặc tính tác động bảo vệ so lệch chống chạm đất hạn chế họ rơle P63X 29 2.7 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất 30 2.8 Sơ đồ đặc tính động bảo vệ tải nhiệt họ rơle P63X 32 2.9 Sơ đồ lơgic dịng pha I>, I>>, I>>> rơle P122 38 2.10 Đặc tính bảo vệ dịng có thời gian phụ thuộc rơle P122 40 2.11 Sơ đồ chức giám sát mạch cắt rơle P122 45 2.12 Sơ đồ khối chức rơle kỹ thuật số P546 46 2.13 Sơ đồ nối dây bảo vệ so lệch rơle kỹ thuật số P546 47 2.14 Sơ đồ nối rơle đầu rơle kỹ thuật số P546 48 2.15 Sơ đồ cấu trúc phần cứng rơle bảo vệ so lệch UT613 51 2.16 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dịng điện UT613 54 2.17 Đặc tính tác động rơle UT613 54 2.18 Đặc tính hãm rơle UT613 57 2.19 Nguyên lý bảo vệ chống hạn chế rơle UT613 58 102 3.8 Cấu hình, sơ đồ đấu cài đặt thơng số Rơle P633 Hình 3.27: Cấu hình rơle P633 *Cài đặt cho Rơ le bảo vệ P633 Hình 3.28: Nhập thơng số rơle P633 103 Hình 3.29: Nhập thơng số bảo vệ rơle P633 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với nội dung đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng rơ le kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp 110kV Công ty nhiệt điện ng bí", luận văn giải vấn đề sau đây: - Giới thiệu tổng quan trạm biến áp 110kV công ty nhiệt điên ng bí - Giới thiệu đánh giá tổng quan hình thức bảo vệ rơle sử dụng trạm: Hiện hai trạm biến áp Công ty nhiệt điện ng bí sử dụng loại loại rơle bảo vệ dòng dùng rơle 7SJ 512, P122, bảo vệ so lệch dọc sử dụng rơle 7UT513, P63x Bảo vệ so lệch sử dụng rơle 7SS522, P546 bảo vệ khoảng cách dùng loại 7SA513, P422, rơle bảo vệ đa chức REF 542Plus Trong luận văn nghiên cứu đánh giá ưu nhược điểm loại rơle sử dụng nhà máy đưa nhận xét xác đáng - Giới thiệu tổng quan loại rơle kỹ thuật số sử dụng Việt Nam hãng ABB Thụy Điển, SIEMENS Đức, Micom Areva pháp - So sánh ưu nhược điểm loại rơle kỹ thuật số lựa chọn ứng dụng rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp 110kV Cơng ty nhiệt điện ng bí, từ làm tài liệu tham khảo cho cán bộ, kỹ thuật viên cơng tác ngành điện - Tính tốn chỉnh định cài đặt thông số bảo vệ cho cho máy biến áp trạm 110kV Công ty nhiệt điện ng bí + Bảo vệ q dịng ngưỡng thấp (51>): dùng loại rơle kỹ thuật số mã hiệu P122 hãng Altom sản xuất + Bảo vệ dòng ngưỡng cao (50>>): dùng loại rơle kỹ thuật số mã hiệu P122 hãng Altom sản xuất + Bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp: dùng loại rơle kỹ thuật số mã hiệu P633 hãng Altom sản xuất Rơle kỹ thuật số P633, P122 có dung lượng nhớ lớn, ghi lại nhiều thông số, lưu lại nhiều kiện lỗi cố hệ thống điện, tiện lợi công tác vận hành, giám sát lưới điện, đặc biệt với trạm biến áp cao áp, 104 loại rơle lắp đặt đồng trạm biến áp 220kV cơng ty nhiệt điện ng Bí để đồng dễ dàng thao tác vận hành kíp vận hành cơng ty, đề nghị cấp lãnh đạo tạo điều kiện để ứng dụng rơle cho trạm biến áp 110kV Công ty nhiệt điện ng bí 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Bá Đề (1997), Bảo vệ rơle hệ thống điện mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội Đào Kim Hoa, Phạm Văn Hoà, Nguyễn Hữu Khải, Trịnh Hùng Thám, Đào Quang Trạch, Lã Văn út (1991), Nhà máy điện trạm biến áp, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2001), Hệ thống cung cấp điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2001), Hệ thống cung cấp xí nghiệp cơng nghiệp thị nhà cao tầng, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Đình Long (2000), Bảo vệ hệ thống điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Đình Long (1990), Bảo vệ rơle hệ thống điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa, Trần Bá Đề (1997), Giáo trình điện khí hố mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa (1994), “Bảo vệ chạm đất pha bảo vệ pha sơ đồ lôgic” , Tạp chí lượng, Hà Nội Nguyễn Anh Nghĩa (1992), “Nghiên cứu hệ thống bảo vệ chạm đất pha mạng 6kV mỏ” , Tạp chí lượng, Hà Nội 10 Nguyễn Anh Nghĩa (2006), Rơle bảo vệ hệ thống điện mỏ, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội 11 Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê (2003), Cung cấp điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 12 Đinh Văn Thắng, Kim Ngọc Linh (1996), “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật số bảo vệ chạm đất pha lưới 6- 10kV”, Hội Nghị Khoa học lần thứ 12, Báo cáo khoa học, Hà Nôi 106 13 Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm (2001), Rơle số lý thuyết ứng dụng, Nxb Giáo dục, Hà Nội 14 Nguyễn Hồng Thái (2000), Phần tử tự động hệ thống điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Lã Văn Út (2001), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 16 Trần Quang Khánh (2009), Bảo vệ Rơle tự động hóa hệ thống điện, Nxb Giáo dục, Hà Nội 17 Nguyễn Hồng Việt (2008), Các tốn tính ngắn mạch bảo vệ rơle hệ thống điện, Nxb Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh 18 Khalid Alem (2002), Time overcurrent protection device, Marseille, France 107 PHỤ LỤC TÍNH TỐN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ TÍNH TỐN BẢO VỆ RƠLE Số liệu tính tốn Sơ dồ ngun lý trạm biến áp 110kV Nhà máy nhiệt điện Uông bí thể hình 1.2 Sơ đồ thay trạm biến áp thể hình 1-PL Hình 1-PL: Sơ đồ thay trạm biến áp Sơ đồ rút gọn trạm biến áp thể hình 2-PL a 2-PL b 108 a/ b/ Hình 2-PL: Sơ đồ rút gọn trạm Biến áp Nguyên lý vận hành hai máy biến áp sau: Bình thường hai máy biến áp vận hành độc lập cung cấp riêng biệt cho phụ tải phân đoạn phía trung áp hạ áp máy bị cố, đóng máy cắt phân đoạn để lấy điện cung cấp từ máy biến áp cịn lại Vì hai máy biến áp có thong số kỹ thuật giống máy điện cung cấp từ đường dây, nên cần tính tốn 109 cho chế độ vận hành đường dây máy biến áp vận hành độc lập đủ - Để tính tốn ngắn mạch, thơng số mạng điện quy đổi theo hệ đợn vị tương đối Chọn Scb = 100 MVA Ucb = Utb Cụ thể cáp điện áp 110 kV: U cb1 = 115V ⇒ I cb1 = = Scb 3U cb1 100 = 0,502kA 3.115 Đối với cấp điện áp 35 kV có : U cb = 37kV ⇒ I cb = 100 3.U cb 100 = 1,56kA 3.37 = Đối với cấp điện áp 6kV có: U cb = 6,3kV ⇒ I cb = = - 100 3.U cb 100 = 9,175kA 3.6,3 Điện kháng hệ thống: X 1* = Scb 100 = = 0,02 S NM 5000 Trong đó: S NM = 5000MVA - cơng suất ngắn mạch 110kV Nhà máy điện ng bí 1.2 Điện kháng máy biến áp UNC-T = 10,7% ; UNC-H = 18,8% ; UNT-H = 6,8% 110 1 U NC = (U NC −T + U NC − H − U NT − H ) = (10,7 + 18,8 − 6,8) = 11,35% 2 1 U NT = (U NC −T − U NC − H + U NT − H ) = (10,7 − 18,8 + 6,8) = −0,65% 2 1 U NH = (−U NC −T + U NC − H + U NT − H ) = (−10,7 + 18,8 + 6,8) = 7,45% 2 Điện kháng cuộn dây tương ứng X 2* = X C = X 3* = X T = U NC Scb 11,35 100 x = x = 0,454 100 S dm 100 25 U NC Scb 0,65 100 x =− x = −0,026 100 S dm 100 25 X 4* = X H = U NH Scb 7,45 100 x = x = 0,298 100 S dm 100 25 Sơ đồ rút gọn trạm biến áp thể hình 2-PL X 5* = X 1* + X 2* = 0,02 + 0,454 = 0,474 X 6* = X 5* + X 3* = 0,474 + (−0,026) = 0,448 X 7* = X 5* + X 4* = 0,474 + 0,298 = 0,772 Kết tính toán ngắn mạch I N*(13) = I cb1 502 = = 25100 A ⇒ I N*(12 ) = 25100 = 21737 A * X 0,02 I N*(23) = I cb 1560 = = 3482 A ⇒ I N*(22) = 3482 = 3015 A * X 0,448 I N*(33) = I cb3 9175 = = 11884 A ⇒ I N*(32) = 11884 = 10291A * X 0,772 Quy đổi dịng ngắn mạch từ phía trung hạ áp phía cao áp thể bảng 1-PL 111 Bảng 1-PL Vị trí ngắn TT mạchtại Tỷ số biến áp lớn nhất, nhỏ ( 3) ,A I NngoaiMax ( 2) I NiMin ,A 3482 = 1385 A 2,541 3015 = 786 A 3,837 11884 = 811A 14,66 10291 = 508 A 20,25 K u max = 110 + 110.16% = 3,837 35 − 5%.35 K u = 110 − 110.16% = 2,514 35 + 5%.35 K u max = 110 + 110.16% = 20,25 6,3 K u = 110 − 110.16% = 14,66 6,3 37 kV 6,3 kV -Từ tính tốn ta có bảng tổng kết dịng ngắn mạch phía thể bảng 2-PL Bảng 2-PL Chế độ Dòng phía (kV) 110 35 6,3 I N(3) (A) 25100 3482 11884 I N( ) (A) 21737 3015 10291 ... vệ trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện ng Bí - Nghiên cứu, đánh giá tổng quan loại rơle kỹ thuật số sử dụng nước nước, lựa chọn rơle kỹ thuật số phù hợp bảo vệ trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt. .. nhiệt điện ng Bí - Tính tốn, chỉnh định hình thức bảo vệ trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện ng Bí rơle kỹ thuật số Đối tượng nghiên cứu - Trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện ng Bí Nhiệm vụ nghiên. .. đặc tính bảo vệ Nội dung nghiên cứu - Giới thiệu tổng quan trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện ng Bí - Nghiên cứu lựa chọn rơle kỹ thuật số trạm biến áp 110kV nhà máy nhiệt điện ng Bí - Tính tốn