Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - Địa chất -*** Lê Quyết Thắng Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Chuyên ngành: Điện khí hoá mỏ Mà số : 60.52.52 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: ts Trần Minh Hà nội - 2010 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học mỏ - Địa chất -*** Lª QuyÕt Thắng Nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà nội - 2010 Mở đầu Tính cấp thiết đề tài Nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh giữ vị trí quan trọng hệ thống điện tỉnh Quảng Ninh hệ thống điện quốc gia, làm nhiệm vụ cung cấp, truyền tải phân phối điện cho khu vực dân cư xí nghiệp mỏ có phụ tải loại I phụ tải loại II chiếm đến 80% Nhằm đáp ứng nhu cầu điện nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng thêm để tăng công suất nhà máy Để bảo vệ chế độ làm việc hệ thống điện nhà máy đảm bảo nhanh, nhạy, tin cậy chắn chọn lọc cần thiết Để thoả mÃn yêu cầu cần phải nghiên cứu ứng dụng rơle kỹ thuật số cho nhà máy nhiệt điên Uông Bí nhằm nâng cao hiệu vận hành hệ thống điện, đảm bảo an ninh mạng sản xuất cung cấp vấn đề thiết Mục đích đề tài - Đánh giá trạng hiệu sử dụng loại rơle rơle số trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh, sở tính toán lựa chọn phương án bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, lựa chọn, ứng dụng rơle kỹ thuật số bảo vệ cho trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Nội dung đề tài - Tổng quan nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh - Các hình thức bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh - Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan, phân loại đánh giá loại rơle kỹ thuật số, lựa chọn loại phù hợp để sử dụng cho trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề ti nghiên cứu, đánh giá tổng quan loại rơle kü tht sè hiƯn ®ang sư dơng ë n−íc v nớc ngoi, lựa chọn v tính toán chỉnh định rơle kỹ thuật số phù hợp với điều kiện thực tế,m l ti liệu để tham khảo cho kỹ thuật viên v sinh viên ngnh điện Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương, 23 bảng, 42 hình vẽ đồ thị trình bày 95 trang Luận văn thực Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong trình thực tác giả nhận tận tình bảo TS Trần Minh, ý kiến đóng góp quý báu nhà khoa học lĩnh vực Điện khí hoá, cán giảng dạy Bộ môn Điện khí hoá Tuy nhiên, điều kiện thời gian lực, luận văn chắn nhiều thiếu sót, tác giả mong đóng góp ý kiến nhà khoa học, quí thầy, cô, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Tác giả xin chân thành cám ơn! Chương 1: Tổng quan nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh 1.1 Vị trí địa lý, địa chất 1.1.1 Vị trí địa lý Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí nằm phía Nam trục đường Quốc lộ 18, phía Đông giáp sông Uông phường Quang Trung, phía Bắc giáp phường Bắc Sơn, phía Tây giáp đồi khe Ngát, nằm thị xà Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh, vùng Đông bắc Tổ quốc nên thuận lợi cho việc cung cấp điện cho vùng Đông bắc Tổ quốc 1.1.2 Khí hậu - Nhiệt độ môi trường: ữ 40oC - Độ ẩm cực đại: 95% 1.2 Quá trình hình thành phát triển nhà máy Nhiệt điện Uông Bí Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí doanh nghiệp nhà nước, trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, đóng địa bàn phường Trưng Vương thị xà Uông Bí - Quảng Ninh Nhà máy Nhiệt điện Uông Bí năm đầu xây dựng trực thuộc Cục Điện lực Bộ Điện Than, nguồn cung cấp điện cho mạng lưới Quốc gia với công suất lớn nước, giai đoạn nhà máy có vị trí quan trọng lưới điện để phục vụ sản xuất chiến đấu Đến nhà máy trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam - Bộ Công nghiệp Quá trình sản xuất điện chu trình công nghệ khép kín, sản xuất điện đưa lên lưới điện Quốc gia Đặc điểm nhà máy sản phẩm điện tồn kho Từ ngày vào vận hành, st thêi kú chiÕn tranh hủ diƯt cđa Mü, Nhà máy đà sản xuất 835.540.780 kW Năm 1982 năm sản xuất với kỷ lục cao nhất, đạt công suất thiết kế Từ năm 90 trở lại đặc điểm máy móc Liên Xô (cũ) qua nhiều năm vận hành khai thác liên tục nên sản lượng nhà máy đà giảm xuống Hơn lúc nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện có công suất lớn thuỷ điện Hoà Bình, nhà máy Nhiệt điện Phả Lại vào sản xuất điện với sản lượng cao Tổng Công ty đà cho phép nhà máy cắt bỏ phần tua bin cải tạo máy 1, máy 2, máy máy để phát bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số cos khu vực Những năm gần phát triển cao ngành công nghiệp đòi hỏi lớn điện năng, dó Nhà máy nhiệt điên Uông Bí hay gọi nhà máy nhiệt điên Uông Bí mở rộng thức khởi công xây dựng vào ngày 26 tháng năm 2002, với công suất 300 MW tổng công ty Điện lực làm chủ đầu tư, Tổng công ty lắp máy Việt Nam (LILAMA) nhà thầu Nhà máy chia làm 48 hạng mục Đúng 0h ngày 27 tháng 112 năm 2009 nhà máy nhiệt điên Uông bí bắt đầu vận hành hòa lưới điện quốc gia Là nhà máy nhiệt điện nước, nơi đào tạo, bổ xung nhân lực cán bộ, công nhân lành nghề cho nghành điện nước Hiện Công ty phát điện với tổng công suất 110 MW Uông bí mở rộng với tổ máy có công suất 300 MW chuẩn bị tiến tới xây dựng Nhà máy 300 MW số có công suất 300 MW Thể sơ đồ: Tổng công suất lắp đặt Sản lượng điện giao MW 710MW 700 600 500 410 400 300 153 200 110 98M 48M 100 1963 Năm Tổng công suất lắp đặt cña UBTPC 1964 1963 … 1975 … 1976 1975 1977 1976 1978 1977 … 1979 1978 … 1991 1979 … 2007 1991 … 48MW 98MW 153MW 110MW tỉ m¸y trung ¸p 12MMW tỉ m¸y 12MW M¸y 5: 50MW tỉ m¸y 12 MW tỉ m¸y cap ¸p 50MWW tổ máy Cao áp55MW Hình 1.1 Tổng công suất lắp đặt 20 2007 20 410MW tổ m¸y55 tỉm¸y300 … 710MW 2x300 MW TriƯu Tû kWh 700 600 500 400 300 200 100 1997 1998 2000 1999 S¶n lượng điện năm 2001 2002 2003 2004 Sản lượng điện tích luỹ 2005 2006 Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Sản lượng điện năm 540 601 574 428 489 697 731 641 669 759 S¶n lượng điện tích luỹ 540 1141 1715 2143 2632 3329 4060 4701 5370 6129 Hình 1.2 Sản lượng điện tích luỹ 1.3 Đặc điểm sản xuất kinh doanh nhà máy 1.3.1 Hệ thống phát điện máy phát điện M7 Máy phát điện dây truyền Uông Bí mở rộng 300 MW giai đoạn máy phát tua bin đồng ba pha, có công suất 300 MW Nga s¶n xt, nèi trùc tiÕp víi tua bin nước, cuộn dây stator làm mát trực tiếp nước, cuộn dây rotor lõi thép làm mát trực tiếp khí hydro Nước làm mát trực tiếp cuộn dây Stator nước cất qua hệ thống xử lý lọc ion đảm bảo cách điện tốt Cïng víi hƯ thèng kÝch thÝch tÜnh Nga s¶n xuất Điện áp đầu cực máy phát 19kV đưa ống dẫn dòng qua máy cắt đầu cực m¸y ph¸t tíi m¸y biÕn ¸p chÝnh (T7), nèi víi trạm 220/110kV phát lên lưới quốc gia hai đường dây 220 kV Tràng bạch Tràng bạch Đồng thời nối với tổ máy 110MW máy biến áp tự ngẫu (AT9) Ngoài có máy phát diesel dự phòng điện tự dùng, phát điện lên phân đoạn quan trọng phục vụ cho đo lường điều khiển hệ thống nạp ắc quy Các thông số kỹ thuật ã Thông số kü tht m¸y ph¸t - KiĨu: TBB- 320 – 2T3 - Số chế tạo: 18140 - HÃng sản xuất : Russia - Công suất tác dụng (kW): 303000 - Công suất biểu kiến (kVA): 356500 - Điện áp định mức (V): 19000 - Dòng điện định mức (A): 10830 - Tốc độ quay (vòng/phút): 3000 - Điện dung pha (àF): 0,91 - Điện dung pha (àF): 0,35 - Hệ số công suất cos: 0,85 - Tần số (Hz) : 50 - Điện áp Rotor (V): 476 Hình 1.3 Máy phát điện MKA 10 - Dòng điện Rotor (A): 2600 - Máy phát điện đồng pha - Hệ thống làm mát Hydrogen / nước - Nhiệt độ nước làm mát 35o C - Lưu lượng nước làm mát 600m3/h - áp suất khí H2 (Pa): 0,392Pa - Tỉ nèi d©y cđa Stator nèi kép - Số đầu cuộn Stator: - Tỷ số đoản mạch: 0.52 (Đơn vị tương đối) - Hằng số quán tính 2,33s - Tốc độ quay tới h¹n cđa Rotor 970/2400v/phót - HiƯu st % : 98,7 - Nhiệt độ cực đại cuộn dây Stator: 105oC - Nhiệt độ cực đại cuộn dây Rotor: 115oC - Nhiệt ®é cùc ®¹i cđa lâi thÐp Stator: 105oC - Níc cất cửa khỏi cuộn Stator tối đa : 85oC - Khí nóng thân Stator tối đa : 75oC 99 2.4 Tiếp đất bảo vệ bảo vệ áp thiên nhiên 26 2.4.1 Tiếp đất bảo vệ 26 2.4.2 HÖ thống bảo vệ áp thiên nhiên 26 2.5 §iƯn tù dïng cđa nhà máy .27 2.5.1 Yêu cầu điện tự dùng nhà m¸y 27 2.5.2 §iÖn tù dïng .27 2.6 Đánh giá hoạt động hệ thống bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông bí - Quảng Ninh .32 Chương 3: Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh .33 3.1 Tỉng quan c¸c hình thức bảo vệ trạm biến áp nhà máy điện số loại rơle kỹ thuật số giíi 33 3.1.1 Các hình thức bảo vệ trạm biến áp nhà máy điện giới 33 3.1.2 Giới thiệu loại rơle kỹ thuật số 34 3.1.2.1 Giíi thiệu rơle kỹ thuật số hÃng AREVAR - Pháp .34 3.1.2.2 Giíi thiƯu r¬le kü tht sè cđa h·ng SIEMENS - §øc 47 3.2 Lý thuyết chung bảo vệ rơle máy biến áp 66 3.2.1 C¸c sù cè chế độ làm việc không bình thường MBA 66 3.2.1.1 Sự cố bên máy biến ¸p .66 3.2.1.2 Sự cố bên máy biến áp .66 3.2.2 Các hình thức bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây 67 3.2.2.1 Bảo vệ máy biến áp rơle khÝ .67 3.2.2.2 B¶o vệ cực đại khỏi ngắn mạch 70 3.2.2.3 Bảo vệ tải 72 3.2.2.4 Bảo vệ chống chạm đất 73 3.2.2.5 B¶o vƯ so lƯch däc .73 3.2.3 Các tiêu chí đánh giá rơle bảo vệ .75 3.2.3.1 TÝnh chän läc .75 3.2.3.2 Tác động nhanh 75 3.2.3.3 §é tin cËy 76 3.2.3.4 Độ nhạy .76 3.3 Đề xuất giải pháp lựa chọn rơle kỹ thuật số Micom cho nhà máy nhiệt điện uông bí - qu¶ng ninh 77 3.3.1 Tính toán ngắn mạch 77 3.3.2 Tính toán chỉnh định 83 100 3.3.2.1 NhËp th«ng sè cho m¸y biÕn ¸p T7 83 3.3.2.2 Bảo vệ tải máy biến ¸p 84 3.3.2.3 Bảo vệ cực đại máy biến áp 85 3.3.2.4 B¶o vƯ so lƯch m¸y biÕn ¸p .88 3.3.2.5 Chức bảo vệ chống chạm đất (87N) 93 KÕt luËn vµ khiÕn nghÞ .95 Phô lôc 101 Phô Lôc Lêi cam đoan Tôi xin cam đoan công trình riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà nội, ngày 15 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Lê Quyết Thắng Danh mục bảng STT Tên Bảng Bảng 2.1: Thông số MBA T Bảng 2.2: Thông số MBA AT9 Bảng 2.3: Thông số M¸y biÕn ¸p tù dïng Trang 14 14 15 Bảng 2.4: Thông số chi tiết máy biến dòng điện 220kV Bảng 2.5: Thông số chi tiết máy biến dòng 110kV 16 19 Bảng 3.1: Chức 17 đèn tín hiệu LED 43 10 Bảng 3.2.1; 3.2.2; 3.2.3:Các bước thao tác Bảng 3.3: Thông số nguồn chiều cấp cho rơle 7RW600 Bảng 3.4: Thông số nguồn xoay chiều cấp cho rơle 7RW600 45 49 49 Bảng 3.5: Chức bảo vệ qu¸ ¸p (U>, U>>, UX>, UX>>1) 50 11 12 13 14 15 16 17 Bảng 3.6: Chức bảo vệ điện áp thấp (U Function I>> Function I>>> 1200 1200 Yes 0.10 In DMT 0.00 s No No [50N/51N] E/Gnd Function Ie> Function Ie>> Function Ie>>> No No No [49] THERM OL Therm OL ? No [37] UNDER CURRENT Function I< No Lưu ý: Điện trở ổn định (Stability Resistor) mắc nối tiếp với rơle : Rstab = 140 Ohm Điện trở Metrosil mắc song song với mạch gồm Rstab nối tiếp rơle Số: 187 /06 ĐMB-TT Tờ số: / TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ HTĐ QUỐC GIA TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ HTĐ MIỀN BẮC PHIẾU CHỈNH ĐỊNH RƠLE VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG Nhà máy nhiệt điện: UÔNG BÍ MỞ RỘNG (A53-2) Thiết bị bảo vệ: Stub bus Kiểu bảo vệ: Bảo vệ so lệch F87S-1 Loại rơle bảo vệ: P632 Thời gian cắt: 0s Số máy cắt: 271, 272, 907 Hà nội, ngày tháng năm 20 K.T GIÁM ĐỐC Người tính tốn Phó phịng Tính tốn HTĐ Phó Giám đốc Trần Minh Dũng Phạm Ngọc Thành Nguyễn Văn Ba Parameters/Configuration Parameters Address 056.027 056.037 056.038 056.039 056.031 056.032 056.053 056.051 056.061 056.071 056.054 056.055 056.010 056.033 056.056 056.073 056.074 056.075 056.076 Group DIFF REF_1 REF_2 REF_3 DTOC1 DTOC2 DTOC3 IDMT1 IDMT2 IDMT3 THRM1 THRM2 V f V/f MCM_1 MCM_2 MCM_3 MCM_4 Description Function group DIFF Function group REF_1 Function group REF_2 Function group REF_3 Function group DTOC1 Function group DTOC2 Function group DTOC3 Function group IDMT1 Function group IDMT2 Function group IDMT3 Function group THRM1 Function group THRM2 Function group V Function group f Function group V/f Func group MCM_1 Func group MCM_2 Func group MCM_3 Func group MCM_4 Active value With Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Without Parameters/Functions Parameters/Global Address G 003.030 MAIN 003.012 MAIN 010.030 MAIN 010.049 MAIN 019.020 MAIN 019.021 MAIN 019.022 MAIN 019.027 MAIN 019.028 MAIN 019.029 MAIN 010.002 MAIN 010.024 MAIN 010.025 MAIN 010.029 MAIN 010.009 MAIN 010.140 MAIN 010.150 MAIN 010.160 MAIN 010.141 MAIN 010.151 MAIN 010.161 MAIN Description Protection enabled Test mode USER Nominal frequ fnom Rotary field Inom C.T.prim.,end a Inom C.T.prim.,end b Inom C.T.prim.,end c Inom C.T Yprim.,end a Inom C.T Yprim.,end b Inom C.T Yprim.,end c Vnom V.T prim Inom device, end a Inom device, end b Inom device, end c Vnom V.T sec Conn.meas.circ IP,a Conn.meas.circ IP,b Conn.meas.circ IP,c Conn.meas.circ IY,a Conn.meas.circ IY,b Conn.meas.circ IY,c Active value Yes (= on) No 50 Hz Clockwise rotation 1200 A (Phía MBA T7) 1200 A (Phía máy cắt 271) 1200 A (Phía máy cắt 272) 1200 A 1200 A 1200 A 220.0 kV 5.0 A 5.0 A 5.0 A 100 V Standard Standard Standard Standard Standard Standard 011.030 011.031 011.036 011.032 010.113 021.003 021.004 021.032 021.033 003.100 003.060 003.063 003.085 FT_RC MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN PSS PSS PSS Meas value rel IP Meas value rel IN Meas value rel IY Meas value rel V Settl t IP,max,del Min.dur trip cmd Min.dur trip cmd Min.dur trip cmd Min.dur trip cmd Control via USER Param.subs.sel USER Keep time 0.00 Inom 0.00 Inom 0.00 IN,nom 0.00 Vnom 15.0 0.25 s 0.25 s 0.25 s 0.25 s No Parameter subset Blocked Fct assig trigger 041.075 DIFF Trip signal 041.121 trigg 041.122 trigg 041.123 trigg 041.106 041.118 trigg 041.119 trigg 041.120 trigg DIFF Overflux.bl.1 DIFF Overflux.bl.2 DIFF Overflux.bl.3 DIFF DIFF Starting Harm.block DIFF Harm.block DIFF Harm.block OR OR OR OR OR OR OR 016.018 FT_RC 016.019 FT_RC 003.078 FT_RC 003.079 FT_RC 003.075 FT_RC Id> 0.2 Iref IR> Blocked Pre-fault time Periods Post-fault time Periods Max recording time 50 Periods Parameters/Functions Parameters/General Functions Address 019.017 019.018 019.019 016.096 016.097 016.098 019.099 018.009 019.080 019.016 019.010 Group MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN MAIN DIFF DIFF DIFF Description Vnom prim., end a Vnom prim., end b Vnom prim., end c Evaluation IN, end a Evaluation IN, end b Evaluation IN, end c Current summation Hold time dyn param General enable USER Reference power Sref Vector grp ends a-b Active value 225.0 kV 225.0 kV 225.0 kV Calculated Calculated Calculated Without Blocked Yes 353.0 MVA (kiĨm tra phï hỵp víi thùc tÕ) 019.011 DIFF 011.037 DIFF 011.038 DIFF Vector grp ends a-c Meas value rel Id Meas value rel IR (kiÓm tra phï hỵp víi thùc tÕ) 0.00 Iref 0.00 Iref Parameters/Functions Parameters/Parameter Subset 1/DIFF Address 072.152 072.142 072.143 072.144 072.145 072.146 072.147 072.148 072.159 072.155 072.156 072.157 072.158 072.160 Group DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF DIFF Description Enable Idiff> Idiff>> Idiff>>> m1 m2 IR,m2 Op.mode harm.bl RushI(2f0)/I(f0) 0-seq filt.a en 0-seq filt.b en 0-seq filt.c en Overflux.bl en OverI(5f0)/I(f0) Active value Yes 0.20 Iref 25.00 Iref 25.00 Iref 0.3 0.7 10.0 Iref Not phase-selective 15 % No No No No 35 % ... thức bảo vệ trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh - Nghiên cứu, ứng dụng rơle kỹ thuật số cho trạm biến áp nhà máy nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu. .. kV M -3 M -4 -4 5 27 4 -3 5 27 4 27 1 TUc 22 -1 5 M M -2 5 M -1 -1 4 -2 5 M -2 -2 5 M -2 BAT10 TUc21 M -1 Biến áp đầu cực Máy phát điện 353MVA, 22 0/19 kV YNd Z = 14 % M 23 9-1 (-q17) -1 4 -1 8 cs2at9(-f1) -1 8... cho nhà máy Từ cung cấp cho thiết bị tủ điều khiển 13 Tràng bạch Tràng b¹ch cs2 72 M 23 7-3 cs2 72 TU2 72 -7 6 M 27 2-7 -7 4 -3 4 22 0 kV 22 0 kV -7 4 -3 8 -7 6 M 27 2-7 TUc24 cs217 TUc23 M -4 M -4 -3 5 -4 5 27 3