Mục đích của các mô phỏng trong mục này là để kiểm chứng sự làm việc ổn định, tin cậy của các sơ đồ bảo vệ mất kích từ, tránh làm việc nhầm khi có sự cố ngoài kèm theo dao động điện (nếu có thể xảy ra). Các sự cố đƣợc xét là sự cố đối xứng và sự cố không đối xứng. Thời gian tồn tại sự cố đƣợc chọn là 100ms do đây là lƣới điện 500kV, các bảo vệ đều là bảo vệ cắt nhanh. Các kịch bản mô phỏng nhƣ sau:
Trƣờng hợp 1: đƣờng dây bị ngắn mạch một pha chạm đất
Trƣờng hợp 2: đƣờng dây bị ngắn mạch ba pha
Trƣờng hợp 3: đƣờng dây bị ngắn mạch hai pha chạm đất
Trƣờng hợp 4: đƣờng dây bị ngắn mạch hai pha Điểm sự cố đƣợc biểu diễn nhƣ hình 37:
MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN QUẢNG NINH 2
Va (pu) A B C Tự dùng Tổ máy 4 (30MW) A B C Tự dùng Tổ máy 3 (30MW) -C- Từ dƣ MF4 Từ dƣ MF3 A B C a b c Máy biến áp 4 360 MVA 20 kV / 550 kV A B C a b c Máy biến áp 3 360 MVA 20 kV / 550 kV A B C Tải Vout Vin Từ dƣ Dòng điện Stator Góc lệch Rotor Tốc độ A B C Máy phát số 4 Từ dƣ Dòng điện Stator Góc lệch Rotor Tốc độ A B C Máy phát số 3 Đƣờng dây A B C HỆ THỐNG ĐIỆN 20000 MVA, 500 kV Iabc MF 3 Góc lệch Rotor 3 Iabc MF4 Góc lệch Rotor 4 Tốc độ Turbine 4 Tốc độ Turbine 3 A B C Khối mô phỏng sự cố đường dây Hình 37: Điểm sự cố trong m hình m phỏng 4.3.2 Trường hợp sự cố một pha
Sự cố ngắn mạch một pha xảy ra tại thanh góp và điện trở sự cố giả thiết là 0.1 Ω.
55 11.95 12 12.05 12.1 12.15 12.2 12.25 12.3 12.35 12.4 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
BIỂU ĐỒ ĐIỆN ÁP TỨC THỜI 3 PHA KHI XẢY RA SỰ CỐ 1 PHA CHẠM ĐẤT
11.9 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3
DÒNG ĐIỆN TỨC THỜI 3 PHA KHI XẢY RA SỰ CỐ 1 PHA CHẠM ĐẤT
Hình 38 Điện áp và dòng điện của máy phát 3 khi c sự cố một pha (a) Điện áp (b) Dòng điện
Diễn biến của góc rotor đƣợc mô tả trong hình dƣới đây:
12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 15 20 25 30 35 40 45 50
GÓC ROTOR MÁY PHÁT 3 KHI XẢY RA SỰ CỐ 1 PHA CHẠM ĐẤT
Thời gian (s) G ó c ro to r (d e g )
56
Kết quả mô phỏng cho thấy, góc roto có bị dao động, tuy nhiên sau đó ổn định dần, có nghĩa là máy phát vẫn làm việc mà không bị mất đồng bộ.
Kết quả cũng cho thấy quĩ đạo chuyển động của tổng trở và tổng dẫn đo đƣợc không tiến vào bất cứ vùng bảo vệ chống mất kích từ nào của các sơ đồ bảo vệ R-X, G-B.
Bảng 5 Hoạt động của sơ đ bảo vệ mất kích từ khi sự cố một pha với 90% tải
Sự cố 1 pha chạm đất
Kịch bản 1: 90% tải
Vào vùng bảo vệ
(Có/Không) Thời gian
Sơ đồ R-X Không -
Sơ đồ G-B Không -
Kịch bản 2: Sự cố chạm đất pha A & Máy phát đang phát 70%
Kết quả mô phỏng của kịch bản 2 cho trong Bảng 6
Bảng 6 Hoạt động của sơ đ bảo vệ mất kích từ khi sự cố một pha với 70% tải
Sự cố 1 pha chạm đất
Kịch bản 2: 70% tải
Vào vùng bảo vệ
(Có/Không) Thời gian
Sơ đồ R-X Không -
Sơ đồ G-B Không -
4.3.3 Trường hợp sự cố ba pha
57 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
ĐIỆN ÁP TỨC THỜI 3 PHA KHI SỰ CỐ NGẮN MẠCH 3 PHA
12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 -6 -4 -2 0 2 4
DÒNG ĐIỆN 3 PHA TỨC THỜI KHI SỰ CỐ NGẮN MẠCH 3 PHA
Hình 40 Điện áp và dòng điện của máy phát 3 khi c sự cố ba pha (a) Điện áp (b) Dòng điện
Kết quả mô phỏng cho thấy, góc roto có bị dao động, tuy nhiên sau đó ổn định dần, có nghĩa là máy phát vẫn làm việc mà không bị mất đồng bộ.
Kết quả cũng cho thấy quĩ đạo chuyển động của tổng trở và tổng dẫn đo đƣợc không tiến vào bất cứ vùng bảo vệ chống mất kích từ nào của các sơ đồ bảo vệ R-X, G-B.
Bảng 7 Hoạt động của sơ đ bảo vệ mất kích từ khi sự cố ba pha với 90% tải
Sự cố 3 pha
Kịch bản 1: 90% tải
Vào vùng bảo vệ
(Có/Không) Thời gian
Sơ đồ R-X Không -
58
Kịch bản 2: Sự cố chạm đất pha A & Máy phát đang phát 70%
Kết quả mô phỏng của kịch bản 2 cho trong Bảng 8
Bảng 8 Hoạt động của sơ đ bảo vệ mất kích từ khi sự cố ba pha với 70% tải
Sự cố ba pha
Kịch bản 2: 70% tải
Vào vùng bảo vệ
(Có/Không) Thời gian
Sơ đồ R-X Không -
Sơ đồ G-B Không -
4.3.4 Kết quả mô phỏng với các trường hợp sự cố hai pha và hai pha chạm đất
Thực hiện mô phỏng với các trƣờng hợp sự cố ngắn mạch hai pha và hai pha chạm đất đều cho thấy máy phát có khả năng làm việc ổn định sau sự cố. Trong quá trình quá độ đều không làm rơle bảo vệ mất kích từ bị khởi động nhầm.
4.4 Nhận xét kết quả
4.4.1 Nhận xét kết quả mô phỏng với các sự cố mất kích từ
Mục đích của các mô phỏng trong mục này là để kiểm chứng sự làm việc ổn định, tin cậy của các sơ đồ bảo vệ mất kích từ, tránh làm việc nhầm khi có sự cố ngoài kèm theo dao động điện (nếu có thể xảy ra). Các sự cố đƣợc xét là sự cố đối xứng và sự cố không đối xứ
Bảng 9 Kết quả so sánh sự làm việc của các sơ đ với sự cố mất kích từ
Mất kích từ hoàn toàn Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B
90% tải Tín hiệu cảnh báo 4.2521 giây 2.3886 giây
Tín hiệu cắt 4.8616 giây 5.1958 giây
70% tải Tín hiệu cảnh báo 4.8518 giây 2.8234 giây
Tín hiệu cắt 6.5608 giây 7.2544 giây
100% tải Tín hiệu cảnh báo 4.0822 giây 2.2686 giây
59
Mất kích từ một phần Sơ đồ R-X Sơ đồ G-B
90% tải Tín hiệu cảnh báo 5.4515 giây 3.1022 giây
Tín hiệu cắt 6.111 giây 6.4344 giây
70% tải
Tín hiệu cảnh báo 6.9816 giây 4.1567 giây
Tín hiệu cắt 8.8106 giây 9.9577 giây
100% tải
Tín hiệu cảnh báo 5.0417 giây 2.8398 giây
Tín hiệu cắt 5.4114 giây 5.4868 giây
Từ kết quả mô phỏng, ta có thể thấy sơ đồ R-X và G-B đều có khả năng phát hiện các sự cố mất kích từ trong các chế độ mang tải khác nhau. Sơ đồ G-B có khả năng phát hiện sự cố sớm hơn, tuy nhiên lại cần nhiều thời gian hơn để gửi tín hiệu cắt so với sơ đồ R-X.
Từ kết quả này có thể thấy nên sử dụng sơ đồ R-X để bảo vệ chống mất kích từ cho các máy phát điện vì có khả năng cắt sớm, tránh việc mất ổn định của tổ máy gây sự cố sang lan tràn các máy phát khác. Tuy nhiên, đối với máy phát điện thì bảo vệ mất kích từ chỉ là một bảo vệ, ngoài ra còn hàng loạt các chức năng bảo vệ khác s cùng làm việc để tránh việc máy phát bị rơi vào các trƣờng hợp làm việc cực đoan.
4.4.2 Nhận xét kết quả đối với các trường hợp sự cố ngoài
Trong quá trình sự cố ngoài, các sơ đồ R-X và sơ đồ G-B đều thể hiện khả năng làm việc ổn định. Các sự cố ngoài đối với nhà máy đều không làm các sơ đồ hoạt đồng nhầm.
60
CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TƢƠNG LAI
5.1 Kết luận
Mất kích từ máy phát điện là một trong các sự cố có thể gặp trong vận hành, hệ quả có thể dẫn tới máy phát điện bị rơi vào trạng thái làm việc mất đồng bộ và tăng lƣợng công suất phản kháng tiêu thụ, có thể ảnh hƣởng tiêu cực đến tính ổn định của hệ thống điện. Do đó việc khảo sát, đánh giá các phƣơng thức bảo vệ mất kích từ máy phát điện có ý nghĩa quan trọng. Luận văn đã đi sâu phân tích hai phƣơng pháp bảo vệ mất kích từ cơ bản là:
+ Sử dụng các rơle tổng trở với đặc tính tổng trở âm: đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng từ rất lâu đời trong hệ thống điện, hiện tại đƣợc tích hợp nhiều trong rơle số của các hãng nhƣ ABB, Schneider, GE…
+ Sử dụng rơle tổng dẫn: đây là phƣơng pháp đƣợc tích hợp chỉ riêng trong các rơle của Siemens, các hãng khác không sử dụng.
Luận văn đã áp dụng tính toán với mô hình nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 2 gồm hai tổ máy công suất 300MW. Các số liệu của máy phát và máy biến áp tăng áp đầu cực đƣợc lấy từ thông số thực của nhà máy, tuy nhiên phần thông số bộ điều khiển kích từ đƣợc lấy theo mặc định vì các thông số này không đƣợc cung cấp bởi nhà thầu.
Kết quả mô phỏng của luận văn đã cho thấy rằng: mỗi phƣơng pháp phát hiện mất kích từ đều có ƣu và nhƣợc điểm riêng:
+ Phƣơng pháp sử dụng rơle tổng dẫn của Siemens có khả năng phát hiện, cảnh báo sớm hiện tƣợng mất kích từ hơn so với phƣơng pháp tổng trở, tuy nhiên lại phát hiện chậm trễ hơn khi phát hiện thời điểm mất ổn định của máy phát.
+ Phƣơng pháp sử dụng rơle tổng trở đặc tính âm có khả năng phát hiện thời điểm mất ổn định của máy phát khi mất kích từ sớm hơn và do
61
đó có khả năng loại trừ máy phát trƣớc khi hiện tƣợng mất ổn định có thể gây ảnh hƣởng đến hệ thống và các máy phát lân cận
Kết luận chung có thể thấy rằng nên sử dụng các rơle tổng trở với đặc tính âm để phát hiện các hiện tƣợng mất kích từ của máy phát vì phƣơng pháp này s sớm ngăn ngừa đƣợc ảnh hƣởng của mất kích từ tới hệ thống và các máy phát khác. Tuy nhiên, trong thực tế đây chỉ là một chức năng bảo vệ cho máy phát bên cạnh rất nhiều bảo vệ chính khác có liên quan đến việc mất kích từ nhƣ bảo vệ quá dòng, thấp áp, bảo vệ chống vƣợt tốc…
5.2 Hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai
Mô hình nghiên cứu hiện tại mới xét đến ảnh hƣởng tƣơng hỗ của hai máy phát trong nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 2, trong tƣơng lai có thể xem xét mô phỏng đầy đủ hơn toàn bộ nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh.
Ngoài ra còn cần nghiên cứu phối hợp bảo vệ phát hiện mất kích từ này với hàng loạt các bảo vệ khác của máy phát. Mục đích nghiên cứu để đảm bảo rằng các giá trị chỉnh định là hợp lý và không gây xung đột giữa các chức năng bảo vệ.
62
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Wang, W. Principle and Application of Electric Power Equipment Protection. China Electric Power Press, 2002.
2. ABB Generator Protection Application Guide. 1MRK 502 003-AEN, 1997. 3. Ghandhari, M. Dynamic Analysis of Power Systems PART II. Royal
Institute of Technology, 2008.
4. Reiment, D., & Raton, B. Protective Relaying for Power Generation Systems. CRC, 2006.
5. Kundur, P. Power System Stability and Control. McGraw-Hill Education, 1994.
6. Armando Guzmán, H. J. Dynamic Simulation Help Improve Generator Protection. Schweitzer Engineering Laboratories, 2006.
7. Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems. IEEE Standard 242-1986.
8. Charles J. Mozina, M. R. Coordination of generator protection with generator excitaion control and genrator capability. , Working Group J-5 of the Rotating Machinery Subcommittee, Power System Relay Committee, 2007.