Nghiên cứu lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất 1 pha chọn lọc cho các khởi hành 6kv hầm lò khu vực hạ long quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐINH NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT PHA CHỌN LỌC CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV HẦM LÒ KHU VỰC HẠ LONG – QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – Năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ĐINH NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT PHA CHỌN LỌC CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV HẦM LÒ KHU VỰC HẠ LONG – QUẢNG NINH Chun ngành: Điện khí hóa mỏ Mã số: 60.52.52 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đinh Văn Thắng Hà nội – Năm 2010 MỤC LỤC Chương - Tổng quan phương pháp dạng thiết bị bảo vệ chạm đất pha ……………….…………….…………….…………….…………….……… 1.1 Các nguyên nhân gây cố chạm đất pha …………….…………… 1.2 Các phương pháp bảo vệ chạm đất pha … ………….…………… 1.3 Một số dạng thiết bị bảo vệ chạm đất pha áp dụng vùng mỏ Quảng Ninh …………….…………….…………….…………….…………….…………….… 1.4 Những yêu cầu bảo vệ chạm đất pha …………….…………….… Chương - Khảo sát, phân tích thông số mạng cao áp mỏ vùng Quảng ninh, xét ảnh hưởng thông số mạng cao áp mỏ đặc trưng cho vùng Quảng ninh đến đại lượng dịng, áp pha thứ tự khơng …………….……… …… 2.1 Lựa chọn phương pháp đo đạc thông số mạng điện cao áp mỏ khu vực Quảng Ninh …………….…………….…………….…………….…………….…………….… 2.2 Xác định khối lượng số liệu thực nghiệm cần thiết ….……….……… 2.3 Mô hình tốn học xử lý kết nghiên cứu thực nghiệm ….……….……… 2.4 Mối liên hệ đại lượng điện dung điện dẫn mạng cao áp mỏ … .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… 2.5 Kết luận … .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… Chương - Cơ sở việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất pha chọn lọc định hướng phù hợp với lưới điện cao áp mỏ vùng Quảng ninh ……………….… .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… .… 3.1 Lựa chọn sơ đồ thay mạng cao áp mỏ than vùng Quảng Ninh 3.2 Khảo sát điện áp thứ tự không chạm đất pha ………………………… 3.3 Khảo sát dòng điện thứ tự khơng mạng điện trung tính cách ly 3.4 Phân tích đặc tính pha thơng số dịng áp thứ tự khơng 3.5 Phân tích ảnh hưởng biến áp đo lường tới pha điện áp dịng điện thứ tự khơng …………………………………………………………………………… 3.6 Kết luận …………………………………………………………………………………………………… Chương Lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất pha chọn lọc định hướng ……………………………………………………………………………………………………………… 4.1 Cơ sở khoa học việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chạm đất pha 4.2 Ứng dụng sở kỹ thuật điện tử số vào thiết bị bảo vệ chạm đất pha chọn lọc …………………………………………………………………………… ………… 4.3 Xây dựng sơ đồ khối chức thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha sử dụng dòng điện dung nhân tạo ………………………………………………… 4.4 Nguyên lý làm việc thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc sử dụng dòng điện dung nhân tạo …………………………………………………………… 4.5 Ứng dụng phần mềm tin học mô mạng thiết bị bảo vệ chạm đất pha ……… Kết luận Tài liệu tham khảo Trang 4 18 23 25 25 28 35 39 44 45 45 48 54 58 61 63 64 64 66 69 71 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Khải Bình (1993), Lý thuyết thống kê KH thực nghiệm, đại học Bách khoa Hà nội Trần Bá Đề (1997), Bảo vệ rơ le hệ thống điện mỏ, Trường đại học mỏ địa chất Phạm Văn Kiều (1982), Lý thuyết sác xuất thống kê, NXB Tổng hợp đại học Quốc gia Hà nội Nguyễn Anh Nghĩa (2009), Giáo trình cung cấp điện mỏ, Trường Đại học mỏ Địa chất Nguyễn Anh Nghĩa, “Bảo vệ chạm đất pha bảo vệ đứt pha mạng điện cao áp ứng dụng phần tử logic”, Tạp chí lượng Việt nam số 12 - 1997 Phạm Văn Trung, Nguyễn Ngọc Vĩnh (1987), Nghiên cứu thiết lập hệ thống bảo vệ chống chạm đất pha cho lưới điện mỏ Mạo khê, Trường Đại học mỏ Địa chất Phederoep A.M (1976), Bảo vệ rơle hệ thống cung cấp điện, NXB Năng lượng Trần Đình Long, Trần Đình Chân, Nguyễn Hồng Thái (1993), Bảo vệ rơle hệ thống cung cấp điện, đại học Bách khoa Hà nội N.V Tsernôbrôvôv ( 1983), Bảo vệ rơle, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 10 Đinh Văn Thắng, “Xác định thông số cách điện so với đất mạng điện cao áp mỏ phương pháp gây chạm đất pha nhân tạo qua điện trở thuần”, Tạp chí cơng nghệ mỏ số – 2007 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học công trình nghiên cứu riêng cá nhân tơi Các tài liệu, số liệu nêu luận văn trung thực Các luận điểm kết nghiên cứu chưa công bố cơng trình khác Hà nội, ngày 10 tháng năm 2010 Tác giả luận văn MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cơng nghiệp khai thác than ngành kinh tế mũi nhọn nước ta, tảng sở ban đầu cho phát triển thịnh vượng kinh tế đất nước thời kỳ cơng nghiệp hố – đại hoá đất nước Sử dụng, khai thác hợp lý hiệu tài ngun lịng đất có ngành cơng nghiệp khai thác chế biến than điều kiện cơng nghệ cao địi hỏi mức độ an toàn tin cậy hệ thống cung cấp điện cần đặt lên hết Chạm đất pha hệ thống cung cấp điện cao áp mỏ cố thường xuyên xảy nhiều toàn cố hệ thống cung cấp điện lưới cao áp mỏ, chiếm tỷ lệ khoảng 80% tổng toàn cố mạng điện cao áp Kinh nghiệm vận hành hệ thống cung cấp điện cao áp mỏ nước có công nghiệp khai thác phát triển độ tin cậy độ an toàn cung cấp điện phụ thuộc nhiều vào trạng thái cách điện mạng cao áp mỏ chế độ trung tính mạng cao áp Với vấn đề đặt trên, hạn chế cố chạm đất pha mạng điện cao áp mỏ theo hướng lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc định hướng cho lưới điện cao áp mỏ có độ chọn lọc tốt, độ tin cậy cao để phù hợp với điều kiện mạng điện cao áp mỏ Trên sở phân tích thiết bị bảo vệ chạm đất pha sử dụng nước ta nước giới, thiết bị tồn số nhược điểm chưa thỏa mãn điều kiện vận hành thực tế mỏ vùng Hạ long với đặc điểm thông số mạng thay đổi nên việc chỉnh định gặp nhiều khó khăn Trong luận văn này, tác giả đưa giải pháp so sánh dòng thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo để phát khởi hành bị cố, thiết bị bảo vệ làm việc xác khơng phụ thuộc vào thơng số mạng Để có đặc tính chống nhiễu cao độ nhạy, độ chọn lọc cần thiết thiết bị, tín hiệu mang thông tin chạm đất biến đổi từ dạng tương tự sang dạng số Sự biến đổi cho phép đạt tính tốt thiết bị mà thiết bị có khơng thỏa mãn Mục tiêu nghiên cứu đề tài Mục đích luận văn dựa sở phân tích lý thuyết cố khơng đối xứng mạng điện cao áp nghiên cứu thực nghiệm mạng điện cáo áp mỏ khu vực Hạ long Quảng ninh, tác giả phân tích lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọc lọc phù hợp với điều kiện vận hành mạng điện cao áp khu vực Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn mạng lưới điện cao áp mỏ khu vực Hạ long – Quảng ninh lựa chọn thiết bị bảo vệ chống chạm đất chọn lọc phù hợp với đối tượng Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn tác giả sâu nghiên cứu hình thức bảo vệ chạm đất pha, dạng cố thường gặp mạng cao áp mỏ hầm lò Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan phương pháp bảo vệ chống chạm đất pha dạng thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha phổ biến áp dụng giới - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số mạng điện cao áp mỏ khu vực Hạ long Quảng ninh, từ xây dựng mơ hình thực nghiệm mối liên hệ thông số mạng - Nghiên cứu lý thuyết trình chạm đất pha mạng cao áp trung tính cách ly, vận dụng sở lý thuyết đại số logic xây dựng sơ đồ thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc phù hợp với mạng điện khu vực lựa chọn - Sử dụng phần mềm tin học để kiểm tra mô hoạt động thiết bị nhằm kiểm chứng cho nguyên lý làm việc thiết bị Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận văn Ý nghĩa khoa học - Xây dựng mạch nguyên lý, mạch mô Multisim cho chạm đất pha - Xây dựng sở lý thuyết cho dòng thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo Ý nghĩa thực tiễn - Kết nghiên cứu luận văn giúp ích cho việc thiết kế, chế tạo rơle bảo vệ rò điện phù hợp với mạng điện 6kV vùng Hạ long Quảng ninh nhằm bảo vệ tối ưu điều kiện thông số mạng thay đổi Những điểm luận văn - Đo đạc, đánh giá thông số thực mạng điện 6kV vùng Hạ long Quảng ninh, từ phân tích phân bố điện dung, điện dẫn mạng - Lựa chọn mạch bảo vệ chạm đất pha sử dụng kỹ thuật số phù hợp với thông số mạng Bố cục luận văn Luận văn trình bày gồm phần mở đầu, kết luận, 04 chương 80 trang phần phụ lục CHƢƠNG Tổng quan phƣơng pháp dạng thiết bị bảo vệ chạm đất pha 1.1 Các nguyên nhân gây cố chạm đất pha Ở trạm phân phối 6kV mỏ, tượng chạm đất pha xảy thường xuyên chiếm tỷ lệ lớn cố an toàn điện Các nguyên nhân gây nên tượng chạm đất pha hỏng cách điện, đứt dây, bị va đập học, mài mòn học, tác dụng điện, nhiệt độ, độ ẩm, mơi trường bụi, lão hố v.v Các đầu nối cáp điện vào thiết bị mỏ, sứ xuyên, sứ đỡ thường xảy tượng nứt, bụi ẩm sau thời gian tạo thành mạch rò điện Sự cố chạm đất pha hỏng cách điện sau phát triển trở thành ngắn mạch 2, pha ngắn mạch hai pha xuống đất, xảy tình trạng phá huỷ đường dây, thiết bị gây an toàn cho người Việc xác định xác nguyên nhân gây cố chạm đất pha nhiệm vụ quan trọng cần thiết, sở khoa học việc hình thành lựa chọn giải pháp nâng cao hiệu độ tin cậy làm việc trang thiết bị điện mỏ đồng thời tăng khả vai trò thiết bị bảo vệ Trong trình vận hành hệ thống điện cao áp mỏ, đặc điểm đặc thù trang thiết bị điện mỏ, vấn đề xác định xác nguyên nhân gây cố chạm đất pha thường gặp phải nhiều khó khăn phức tạp Điều minh hoạ qua số liệu bảng 1.1 đây: Bảng 1.1 Số liệu thống kê nguyên nhân gây tác động thiết bị bảo vệ chạm đất TT Nguyên nhân gây tác động thiết bị bảo vệ chạm đất Tỷ lệ phần trăm (%) Xác định nguyên nhân cố 62,4 Không xác định nguyên nhân gây cố 37,6 Tổng 100 Phân tích số liệu cho bảng cho thấy tỷ lệ phần trăm cố chạm đất pha chưa xác định nguyên nhân tương đối lớn Điều giải thích tính phức tạp hệ thống cung cấp điện mỏ đặc điểm đặc thù vận hành mạng điện cao áp mỏ Vì vậy, vấn đề đặt cho nhà khoa học cần nghiên cứu triển khai giải pháp nhằm xác định xác nguyên nhân gây chạm đất pha để có sở khoa học giải triệt để nhiệm vụ bảo vệ chạm đất pha lưới điện cao áp mỏ Xác định nguyên nhân gây chạm đất pha phần tử hệ thống điện cao áp mỏ nhà khoa học Liên Xô nghiên cứu tương đối đầy đủ Kết nghiên cứu chạm đất pha cố trạng bị điện cao áp mỏ trình bày bảng 1.2 Bảng 1.2 Nguyên nhân chạm đất theo mạch "pha-đất" lưới điện cao áp mỏ Nguyên nhân chạm đất TT Tỷ lệ phần trăm (%) Hỏng cách điện phận dây dẫn 62,5 Tiếp xúc trực tiếp dây pha xuống đất, dây tiếp địa 22,3 Phóng điện qua khoảng cách cách ly 7,5 Phóng điện qua sứ cách điện 6,7 Tổng 100 Nguyên nhân đẫn đến chạm đất pha lưới điện cao áp mỏ hỏng cách điện trang thiết bị điện cao áp mỏ Hỏng cách điện pha thiết bị điện cao áp phần lớn tác động học nhiệt độ cao gây Các tác động học nhiệt độ cao cách điện trang thiết bị điện hình thành vết nứt bề mặt từ hình thành "kênh" dẫn Bảng 1.3 Ngun nhân chạm đất hỏng hóc cách điện TT Nguyên nhân chạm đất Tỷ lệ phần trăm (%) Chạm đất dây quấn động cao áp 53,3 Chạm đất đầu nối cáp điện cao áp 29,3 Chạm đất cáp điện (theo toàn chiều dài dây cáp) 9,2 Chạm đất thiết bị cao áp trạm phân phối 9,2 100 68 Tên gọi Ký hiệu Phần tử phủ định Hàm toán học x F(x) F(x) = x - Phần tử AND phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phép nhân logic biến Tên gọi Phần tử VÀ Ký hiệu x1 x2 xn Hàm toán học F(x) F = x1.x2 xn - Phần tử đảo NAND phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phủ định phép nhân logic biến Tên gọi Phần tử VÀ-ĐẢO Ký hiệu x1 x2 xn Hàm toán học F(x) F = x1.x2 xn - Phần tử OR phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phép cộng logic biến Tên gọi Phần tử HOẶC Ký hiệu x1 x2 xn Hàm toán học F F = x1+x2+ + xn - Phần tử đảo NOR phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phủ định phép cộng logic biến Tên gọi Phần tử HOẶC-ĐẢO Ký hiệu x1 x2 xn Hàm toán học F F = x1+x2+ + xn 69 - Phần tử đồng dấu phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phủ định phép cộng logic biến Tên gọi Phần tử ĐỒNG DẤU Ký hiệu x1 x2   Hàm toán học F F = x1  x2 - Phần tử khác dấu phần tử logic có nhiều đầu vào biến đầu hàm thực chức phủ định phép cộng logic biến Tên gọi Phần tử KHÁC DẤU Ký hiệu x1 x2   Hàm toán học F F = x1  x2 - Phần tử nửa tổng phần tử logic có hai đầu vào biến hai đầu hàm thực chức phép cộng hai số nhị phân bít có nhớ Tên gọi Phần tử NỬA TỔNG Ký hiệu x1 x2 Hàm toán học S P S = x1 x2 P = x1.x2 Sử dụng lý thuyết đại số logic phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bìa Cacnaugh, thiết lập sơ đồ logic thiết bị bảo vệ chống xn sử dụng dòng điện dung nhân tạo chạm đất pha chọn lọc với 4.3 Xây dựng sơ đồ khối chức thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha sử dụng dòng điện dung nhân tạo Căn vào mức độ phức tạp giải pháp kỹ thuật khả ứng dụng lĩnh vực kỹ thuật điện tử số vào mục đích bảo vệ chống chạm đất pha có độ chọn lọc tin cậy cao, tác giả luận văn đề xuất sơ đồ khối chức thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc Cấu trúc sơ đồ khối thiết bị trình bày hình vẽ sau (hình 4.2 ) xn 70 Tín hiệu từ khởi hành 3IOC 3IO +VDC Tín hiệu khóa liên động khởi hành khác Hình 4.2 Sơ đồ khối thiết bị bảo vệ chạm đất chọn lọc định hướng - Khối - khối tạo dòng điện dung nhân tạo Ioc Cấu tạo khối xây dựng từ 03 tụ điện có điện dung C mắc theo hình Điểm trung tính nối đất qua điện trở R Tín hiệu dịng điện dung nhân tạo lấy điện trở nối đất R Để hạn chế điện áp mức đầu vào, cần mắc thêm ốt ổn áp Dz song song với điện trở R - Khối – biến dịng thứ tự khơng BI lắp đặt đầu cáp nối với khởi hành trạm phân phối Để tăng mức độ an toàn cho thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha, phía sau biến dịng thứ tự khơng BI có lắp đặt thêm biến áp cách ly - Khối khối biến đổi tín hiệu Nhiệm vụ khối khuếch đại tín hiệu dịng thứ tự khơng 3I0 dịng diện dung nhân tạo I0C đủ mức yêu cầu chuyển thành mức tín hiệu số với giá trị logíc tương ứng với nửa chu kỳ âm dương đại lượng dòng thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo - Khối – khối thực chức phần tử nửa tổng Vai trò khối nhận dạng dấu hiệu có cố chạm đất hay khơng có cố chạm đất xảy với khởi hành mà thiết bị bảo vệ chống chạm đất thực kiểm sốt Khi khong có cố trạm đất pha vùng bảo vệ, khối cho tín hiệu mức logic 0, ngược lại vùng bảo vệ có xuất cố chạm đất tín hiệu cho mức logic - Khối khối tạo khoảng thời gian trễ tác động bảo vệ Tuỳ theo yêu cầu vận hành hệ thống điện mà khoảng trễ thời gian tác động cắt thiết bị 71 bảo vệ điều chỉnh phạm vi cần thiết từ đến 15 giây cho phép cắt khởi hành bị cố khỏi lưới điện - Khối khối thực chức khoá liên động với thiết bị bảo vệ khác trạm phân phối Nhằm mục đích chống tác động nhầm tăng khả tác động tin cậy thiết bị, khối có nhiều đầu vào để nhận tín hiệu logic (dạng nhị phân) từ thiết bị bảo vệ khác để khoá chức tác động cắt thiết bị cần thiết - Khối khối thừa hành chức tác động cắt bảo vệ Khối gồm có tầng khuếch đại có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu khối tạo dòng điện đủ lớn để điều khiển rơ le đóng cắt tiếp điểm cuộn cắt máy cắt dầu - Khối khối nguồn chiều cung cấp lượng cho thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha hoạt động Nguồn cấp từ máy biến áp đo lường ba pha HTMИ 4.4 Nguyên lý làm việc thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc sử dụng dòng điện dung nhân tạo Hình 4.3 mơ tả sơ đồ ngun lý làm việc thiết bị bảo vệ chống chạm đất ứng dụng kỹ thuật điện tử số Thiết bị gồm có kênh đầu vào: kênh thứ nhận tín hiệu dịng điện dung nhân tạo từ tụ điện mắc theo hình nối đất qua điện trở R cịn kênh thứ hai nhận tín hiệu từ máy biến dịng thứ tự khơng qua biến áp cách ly 72 Dz3 R3 IC1 uA741 3Io Dz1 R5 c1  R6 DD + R2  R1 V c3 R4 R9 D1 R8 x1 DD P DD 6.3 R7 c2 Dz2 x2 S DD 6.2 R Dz3 V R3 IC1 uA741 R1 3Ioc c3 R4 R9 + R2  Dz1 R5 c1 DD  R6 c2 VD1 R8 R7 C Dz2 1K K Chú thích: Khối – Khối xử lý tín hiệu dịng thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo ; – Bộ nửa tổng; – Khối tạo trễ; – Khối khóa liên động – Khối thừa hành – Khối nguồn nuôi DC DD 7.1 8,9 DD 6.4 DD VD2 Tín hiệu từ khởi hành khác đến Tín hiệu khóa liên động khởi hành khác R C DD HÌnh 4.3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc sử dụng dòng điện dung nhân tạo 73 Ở đầu vào kênh thứ nhất, dòng điện dung nhân tạo qua điện trở nối đất R tạo nên điện áp đồng pha với dịng điện dung nhân tạo Tín hiệu đưa tới đầu vào chuyển đổi tín hiệu Bộ chuyển đổi tín hiệu xây dựng sở mạch khuếch đại thuật toán khuếch đại chọn lọc điều hưởng tần số công nghiệp 50 Hz +U R3 c3 R4 R9 R1 D1 - R2 R8 + 3Ioc Dz1 c1 R5 R7 c2 R6 Dz2 Hình 4.4 Nguyên lý khối xử lý tín hiệu dịng thứ tự khơng +U R3 c3 R4 R9 R1 D1 - R2 R8 + 3Io Dz1 c1 R5 c2 R6 R7 Dz2 Hình 4.5 Nguyên lý khối xử lý tín hiệu dịng điện dung nhân tạo 74 Mục đích việc kết hợp khuếch đại - lọc nhằm loại trừ nhiễu tần số khác tần số công nghiệp ảnh hưởng đến làm việc thiết bị, từ tăng độ tin cậy tác động tăng tính chống nhiễu Sau qua khuếch đại - lọc, tín hiệu dòng điện dung nhân tạo đưa tới mạch biến đổi Mạch có chức Trigger Smit Tín hiệu vào dạng hình sin cửa ta nhận tín hiệu chuỗi xung vng có độ rộng cỡ 10 ms tương ứng với nửa chu kỳ dương tín hiệu dịng điện dung nhân tạo Các xung vuông tương đương với giá trị logic đưa tới đầu vào nửa tổng (khối 5) Sơ đồ nguyên lý khối 3, biểu đồ tín hiệu theo thời gian mơ tả hình Ở đầu vào kênh thứ hai, tín hiệu dịng thứ tự khơng 3Io lấy từ biến dịng thứ tự khơng (TTK), qua biến áp cách ly (BA) đến chuyển đổi tín hiệu Vai trị chức khối hồn tồn tương tự khối tín hiệu lấy khối chuỗi xung vng có độ rộng 10 ms (bằng độ rộng nửa chu kỳ tín hiệu dịng điện TTK 3Io Các xung vuông đưa tới cửa vào nửa tổng (khối 5) xC xj xj xc x‟C x‟j Hình 4.6 Nguyên lý làm việc nửa tổng Khối xây dựng sở sử dụng phần tử logic thông dụng nửa tổng Nhiệm vụ khối thực phép toán cộng hai đại lượng số nhị 75 phân bit có nhớ chuyển Thuật tốn cộng hai số nhị phân bít cho kết cửa hàm tổng S hai đầu vào khác (x1≠x2) hai đầu vào (x1=x2) Đầu nhớ chuyển tiếp P hai đầu vào với trường hợp khác lại Sơ đồ nguyên lý khối biểu đồ tín hiệu theo thời gian mơ tả hình 4.6 Để tạo thời gian trễ cần thiết cho thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha, tín hiệu xác nhận có chạm đất đưa qua trễ thời gian (khối 6) Bộ tạo thời gian trễ xây dựng sở sử dụng kết hợp hai phần tử VÀ có đầu vào trigger Smit Khâu tạo trễ thực phương pháp sử dụng mạch nạp tụ (mạch tích phân) R-C mắc vào đàu vào phần tử VÀ thứ cịn cửa nối với hai đầu vào phần tử VÀ thứ hai Vì đầu cuối này, tín hiệu bị khống chế khoảng thời gian trễ t Sơ đồ nguyên lý khối biểu đồ tín hiệu theo thời gian mơ tả hình 4.7 x x R & y t t1 y & IC1 D C IC2 t t1 t2 t Hình 4.7 Mạch nguyên lý khối tạo trễ Nhằm mục đích tăng độ tin cậy tác động bảo vệ chống chạm đất pha, sơ đồ nguyên lý thiết bị có khối khối chức khoá liên động Trong khối sử dụng kết hợp phần tử HOẶC-ĐẢO, phần tử VÀ với 76 khâu trì tín hiệu khoảng thời gian Sơ đồ nguyên lý khối mơ tả hình 4.8 IC1 IC3 & IC4 D IC2 R C Hình 4.8 Nguyên lý làm việc khối khóa liên động Nguyên lý làm việc thiết bị sau Khi chưa có cố chạm đất, mạng cung cấp điện cao áp mỏ chế độ đối xứng đầu biến dịng thứ tự khơng điện áp điện trở R nối trung tính tụ điện với đất không, thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha trạng thái chờ (trạng thái sẵn sàng hoạt động) Khi có cố chạm đất xảy mạng, trình diễn biến sau: Khi xuất hiện tượng chạm đất hệ thống cung cấp điện cao áp mỏ, có khả vùng chạm đất xảy ra: - Chạm đất xảy vùng bảo vệ thiết bị - Chạm đất xảy vùng bảo vệ thiết bị Khi chạm đất xảy vùng bảo vệ thiết bị, đầu biến dịng thứ tự khơng tạo tín hiệu dịng điện dung nhân tạo xuất tín hiệu có chạm đất Do tượng chạm đất xảy vùng bảo vệ thiết bị, nên tín hiệu dịng thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo có tính chất giống (mang tính điện dung), nên đại lượng có đặc điểm đồng pha Kết cửa xác nhận có chạm đất (bộ nửa tổng) có giá trị 77 logic thiết bị bảo vệ không tác động (kể chạm đất hay phía đầu nguồn) a) x1 S x2 P x1 b) t x2 t P t S t x1 = x2 x1  x2 Hình 4.9 Tác dụng nửa tổng có tín hiệu chạm đất a- Sơ đồ nguyên lý; b - đồ thị thời gian Khi chạm đất xảy vùng bảo vệ thiết bị (chạm đất mạng cáp phía sau khởi hành), đầu biến dịng thứ tự khơng tạo tín hiệu dịng điện dung nhân tạo xuất tín hiệu có chạm đất 78 io +Im t -Im ioc +Icm t -Icm Xo t Xoc t y‟ t Hình 4.10 Biểu đồ tín hiệu có chạm đất pha 79 Do dòng chạm đất khởi hành cố tổng dịng thứ tự khơng khởi hành cịn lại khơng có cố chạm đất, nên tín hiệu dịng chạm đất khởi hành dịng điện dung nhân tạo có tính chất khơng giống (dịng thứ tự khơng khởi hành chạm đất có tính điện cảm cịn dịng điện dung nhân tạo mang tính điện dung), nên đại lượng có đặc điểm ngược pha Kết cửa xác nhận có chạm đất (bộ nửa tổng) có giá trị logic Các thiết bị cịn lại đặt khởi hành không chạm đất nhận giá trị logic thiết bị bảo vệ khơng tác động Tín hiệu mức logic từ khối nửa tổng chuyển đến đầu vào khối tạo thời gian trễ Qua khoảng thời gian t theo yêu cầu, cửa khối xuất tín hiệu mức logic tín hiệu tiếp tục qua khối khoá liên động chuyển đến khối thừa hành Nếu đầu vào nhận tín hiệu khối không nối với thiết bị khác khối thừa hành đóng tiếp điểm rơ le nhằm cấp điện cho cuộn cắt để cắt máy cắt Cịn đầu vào khố liên động nối với thiết bị bảo vệ khác tín hiệu khố liên động có mức logic khối thừa hành cho phép cấp điện cho cuộn cắt máy cắt ( hình 4.8) Như vậy, với nguyên lý hoạt động thiết bị bảo vệ chắn khởi hành có cố chạm đất xảy vùng bảo vệ Mặt khác với nguyên lý làm việc thiết bị trên, ưu điểm trội khả bảo vệ cho khởi hành mà phụ thuộc vào tham số chiều dài số lượng khởi hành làm việc Biểu đồ tín hiệu thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha chọn lọc sử dụng dòng điện dung nhân tạo mơ tả hình 4.10 4.5 Ứng dụng phần mềm tin học mô mạng thiết bị bảo vệ chạm đất pha Để đánh giá kiểm tra khả làm việc thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha, sử dụng phần mềm Multisim 10 để xây dựng mơ hình mơ thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha Phần mềm hãng xây dựng nên sử dụng thuận tiện cho tốn mơ mạch điện tử tương tự điện tử số 80 Để thuận tiện cho việc tiến hành thành lập mơ hình mơ thiết bị bảo vệ chống chạm đất môi trường Multisim ta cần giả thuyết số điều kiện sau: Nguồn tín hiệu dịng điện dung nhân tạo thay nguồn điện áp hình sin có tham số ban đầu sau: U = 12 V F = 50 Hz U = 00 Nguồn tín hiệu dịng thứ tự khơng 3I0 lấy từ biến dịng thứ tự khơng thay nguồn sức điện động hình sin có tham số sau: U = 12 V F = 50 Hz U = 00 (khi chạm đất vùng bảo vệ) U = 1800 (khi chạm đất vùng bảo vệ) Hình 4.11 Đồ thị chạm đất vùng bảo vệ 81 Để nhận dạng tín hiệu tác động bảo vệ mơ hình mơ thiết bị bảo vệ chống chạm đất sử dụng ốt phát quang báo hiệu trạng thái hoạt động thiết bị Để hiển thị tín hiệu đến đầu vào thiết bị bảo vệ chống chạm đất tín hiệu dạng xung số sau chuyển đổi tín hiệu, sử dụng Osilograph hai tia để quan sát dạng sóng Trên hình mơ tả mơ hình mơ q trình làm việc thiết bị có cố chạm đất pha xảy vùng bảo vệ vùng bảo vệ thiết bị Các hình cho biết dạng tín hiệu khâu thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha Kết cho chạy thử mô hình mơ thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha sử dụng dòng điện dung nhân tạo máy tính cho thấy thiết bị bảo vệ chống chạm đất pha sử dụng dòng điện dung nhân tạo có tính chọn lọc tốt, độ tin cậy độ chọn lọc cao, đáp ứng yêu cầu bảo vệ chạm đât pha lưới điện phân phối cao áp mỏ vùng than Quảng Ninh Hình 4.12 Đồ thị chạm đất vùng bảo vệ 82 KẾT LUẬN Phương pháp xác định khởi hành chạm đất theo ngun tắc kiểm sốt pha dịng điện thứ tự khơng dịng điện dung nhân tạo xảy chạm đất pha chế độ xác lập có ưu điểm nâng cao độ chọn lọc, độ nhạy khả tác động nhanh thiết bị, thiết bị làm việc không phụ thuộc vào thông số mạng tham số điện dẫn, điện dung mạng Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm mà thiết bị bảo vệ chạm đất pha chọn lọc dùng phần tử số có được, cịn có số nhược điểm hạn chế thiết bị sau : - Khơng hoạt động cịn khởi hành làm việc - Tác động nhầm khơng tác động có cố chạm đất phóng điện chập chờn - Trong trình nghiên cứu, giả thuyết chạm đất pha xảy chế độ xác lập, coi phần tử mạng tập trung tuyến tính, đề tài chưa giải triệt để tình đặc biệt xảy vận hành mạng 6kV mỏ Đề tài cần phải giải tiếp số vấn đề trình độ chạm đất tham số mạng biến thiên, phân tích đầy đủ thông tin chạm đất pha, ứng dụng vi xử lý để phân tích xử lý thơng tin, phát điểm chạm đất để rút ngắn thời gian khắc phục cố Do trình độ có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót nhiều vấn đề phải nghiên cứu thêm, mong có đóng góp thầy đồng nghiệp giải pháp bảo vệ chọn lọc định hướng chạm đất pha Qua em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình chu đáo TS Đinh Văn Thắng, PGS TS Nguyễn Anh Nghĩa, tập thể mơn Điện khí hóa mỏ, mơn KTĐ – ĐT phòng ban trường Đại học mỏ Địa chất giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để luận văn hoàn thành ... mạch kép đất tăng mức độ an toàn điện vận hành lưới điện cao áp mỏ Trang bị thiết bị bảo vệ chạm đất pha chọn lọc cần thiết 1. 2 Các phương pháp bảo vệ chạm đất pha 1. 2 .1 Bảo vệ chạm đất pha tác... NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT PHA CHỌN LỌC CHO CÁC KHỞI HÀNH 6KV HẦM LÒ KHU VỰC HẠ LONG – QUẢNG NINH Chun ngành: Điện khí hóa mỏ Mã số: 60.52.52 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ... sâu nghiên cứu hình thức bảo vệ chạm đất pha, dạng cố thường gặp mạng cao áp mỏ hầm lò Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan phương pháp bảo vệ chống chạm đất pha dạng thiết bị bảo vệ chống