TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA: ĐIỆN –ĐIỆN TỬ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chủ nhiệm đề tài: Th.s : PHAN ĐĂNG ĐÀO Thành viên tham gia: T.s : ĐINH ANH TUẤN K.s : NGUYỄN NGỌC ĐỨC Hải Phòng, tháng 4/2016 MỤC LUC NỘI DUNG I Phần mở đầu 1.Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Chương 1: Tông quan chung nguyên lý bảo vệ rơ le hệ thống điện 1.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ le 1.2 Các yêu cầu bảo vệ rơ le 1.3 Sơ đồ tổng quan chung hệ thống bảo vệ rơ le H.T.Đ 1.4 Các mã số rơ le số bảo vệ rơ le H.T.Đ Chương 2: Các nguyên lý chung bảo vệ rơ le hệ thống điện 2.1 Bảo vệ dòng điện 2.1.1 Nguyên tắc tác động 2.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại 2.1.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 2.1.4 Bảo vệ dòng điện có kiểm tra điện áp 2.1.5 Bảo vệ dòng điện cấp 2.1.6 Đánh giá ưu nhược điểm bảo vệ dòng điện 2.2 Bảo vệ dòng điện có định hướng công suất 2.2.1 Nguyên tắc tác dụng 2.2.2 Phần tử định hướng công suất 2.2.3 Lựa chọn thời gian bảo vệ dòng điện có định hướng công suất 2.2.4 Lựa chọn dòng điện khởi động 2.2.5 Bảo vệ dòng điện có hướng cấp 2.2.6 Đánh giá bảo vệ dòng điện có định hướng công suất 2.3 Nguyên lý bảo vệ khoảng cách 2.3.1 Nguyên tắc tác động 2.3.2 Các đặc tính khởi động bảo vệ khoảng cách 2.3.3 Lựa chọn giá trị khởi động rơ le khoảng cách 2.3.4 Những yếu tố làm sai lệch đến làm việc rơ le khoảng cách 2.3.5 Đánh giá bảo vệ khoảng cách 2.4 Bảo vệ so lệch 2.4.1 So lệch dòng điện 2.4.2 So lệch pha dòng điện 2.4.3 Đánh giá bảo vệ so lệch Chương : Bảo vệ rơ le nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 3.1 Sơ đồ lượng dây cung cấp điện nhà máy nhiệt điện Hải TRANG 3 4 4 5 13 14 14 14 14 14 16 17 19 19 19 20 21 22 23 23 24 24 26 27 28 29 29 29 31 32 33 33 Phòng 3.2 Sơ đồ cấu trúc chung bảo vệ máy phát điện nhà máy nhiệt điện HP 3.2.1 Hệ thống đo lường 3.2.2 Hệ thống rơ le bảo vệ máy phát số 3.3 Hệ thống rơ le bảo vệ số 3.3.1 Hệ thống đo lường 3.3.2 Hệ thống rơ le bảo vệ máy phát điện 3.4 Phân tích nguyên lý hoạt động bảo vệ rơ le máy phát điện nhà máy nhiệt điện Hải phòng C.Kết luận Tài liệu tham khảo 38 38 39 41 41 42 44 45 46 A PHẦN MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần tỉnh thành phố nước phát triển nhanh khu công nghiệp.Chính việc sử dụng nhu cầu điện ngày tăng Vì để đảm bảo đủ việc cung cấp lượng điện cho nhu cầu sử dụng sinh hoạt sống hàng ngày, để đảm bảo việc cung cấp ngày nhiều lượng điện cho khu công nghiệp địa phương tỉnh thành nước ,dựa sở việc xây dựng nhà máy nhiệt điện thủy điện thành phố ,địa phương ngày nhiều phổ biến Trong trình khai thác vận hành H.T.Đ xuất tình trạng cố chế độ làm việc không bình thường phần tử Lúc này, tượng dòng điện tăng cao điện áp lại thấp Như muốn H.T.Đ hoạt động bình thường H.T.Đ phải có hệ thống bảo vệ rơle để phát cố cô lập nhanh tốt Vì để ngăn ngừaviệc phát sinh cố phát triển chúng thực biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện, để loại trừ tình trạng làm việc không bình thường có khả gây nguy hiểm cho thiết bị hộ tiêu dùng điện Để đảm bảo làm việc liên tục phần tử không hư hỏng H.T.Đ cần có thiết bị ghi nhận phát sinh hư hỏng với thời gian bé nhất, phát phần tử bị hư hỏng cắt phần tử bị hư hỏng khỏi hệ thống điện Ở nước giới có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề bảo vệ rơ le H.T.Đ Tuy nhiên, để đáp ứng cho nhu cầu đào tạo Trường Đại Học Hàng Hải chuyên ngành Tự động hóa Hệ thống điện, nhóm tác giả bước đầu đề xuất nghiên cứu nguyên lý bảo vệ rơ le hệ thống điện Xuất phát từ tính cấp thiết trên, đề tài “ Nghiên cứu nguyên lý bảo vệ rơ hệ thống điện.” nhóm tác giả lựa chọn Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiến cứu lý thuyết nguyên lý bảo vệ rơ le Hệ Thống Điện Trên sở nghiên cứu phân tích sơ đồ bảo vệ rơ le nhà máy nhiệt điện Hải Phòng.Nhằm giúp cho trình khai thác sử dụng hiệu máy phát điện nhà máy nhiệt điện Hải Phòng đồng thời nâng cao chất lượng cho giảng học phần : Bảo vệ rơ le H.T.Đ chuyên ngành Tự động hóa H.T.Đ tăng tính thực tiễn cho sinh viên học tập nghiên cứu 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu : Các nguyên lý chung bảo vệ rơ le hệ thống điện bảo vệ rơ le nhà máy nhiệt điện Hải Phòng + Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết nguyên lý bảo vệ rơ le hệ thống điện Phân tích sơ đồ bảo vệ rơ le máy phát điện nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu nghiên cứu đề tài: Nhóm tác giả sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp với phương pháp đọc sơ đồ thực tế nhà máy điện cụ thể cộng với suy đoán logic hệ thống để nắm bắt vấn đề quan trọng hệ bảo vệ rơ le nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Ý nghĩa khoa học thực tiễn -Kết nghiên cứu đề tài giúp hiểu sâu bảo vệ rơ le hệ thống điện -Ngoài phục vụ cho việc đào tạo , giảng dạy chuyên môn cho sinh viên đại học ,cao đẳng chuyên ngành Tự Động hóa Hệ Thống Điện Trường đại học Hàng Hải Việt Nam… Chương : TỔNG QUAN CHUNG VỀ CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Nhiệm vụ bảo vệ rơ le Trong trình tính toán thiết kế khai thác, vận hành hệ thống điện (H.T.Đ) , muốn H.T.Đ phải vận hành chế độ an toàn, tin cậy, kinh tế Một H.T.Đ thường rộng lớn qui mô, trải dài không gian với nhiều thiết bị điện : Chúng bao gồm phần phát điện (máy phát điện , truyền tải phân phối điện ( Máy biến áp, đường dây truyền tải góp ) Do đó, H.T.Đ phát sinh dạng hư hỏng tình trạng làm việc không bình thường phần tử H.T.Đ Do để tránh tổn thất lớn xảy ,thì việc tính toán xây dựng bảo vệ rơ le H.T.Đ quan trọng thiếu Thậm chí hệ thống điện để đảm bảo cho bảo vệ rơ le hoạt động tin cậy xây dựng hệ thống bảo vệ rơ le bảo vệ rơ le dự phòng *Các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng, hay cố H.T.Đ : + Do thiên nhiên gây : giông bão, động đất, lũ lụt, cháy rừng … + Do người gây ra: sai sót tính toán thiết kế, nhầm lẫn công tác vận hành khai thác , sai sót bảo dưỡng,duy tu phần tử, thiết bị điện… +Do yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị cũ , hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường H.T Đ… +Các cố nguy hiểm xảy H.T.Đ thường dạng ngắn mạch Khi ngắn mạch, dòng điện tăng cao chỗ cố phần tử đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch gây tác động nhiệt học nguy hiểm (do lực điện động lớn gây ra) cho phần tử mà dòng điện cố chạy qua Hồ quang ,tia lửa điện chỗ ngắn mạch để tồn lâu đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn.Ngắn mạch làm cho điện áp chỗ cố khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến làm việc bình thường hộ tiêu thụ điện Trường hợp nguy hiểm nhất, ngắn mạch dẫn đến ổn định tan rã hoàn toàn H.T.Đ *Các dạng ngắn mạch thường gặp H.T.Đ : -Ngắn mạch ba pha với chiếm 5% -Ngắn mạch hai pha với chiếm 10% -Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm 20% - Ngắn mạch pha nối đất chiếm 65% *Cácdạng hư hỏng khác H.T.Đ : - Đường dây tải điện không chiếm 50% - Đường dây cáp chiếm 10% -Máy cắt điện (M.C) chiếm 15% -Máy biến áp(M.B.A); Các máy phát điện đồng (M.F.Đ) chiếm 12% -Máy biến dòng điện (CT,BI,TY…); biến điện áp (PT,BU…) chiếm 2% -Thiết bị đo lường,điều khiển, bảo vệ chiếm 3% -Các loại hư hỏng khác chiếm 8% Ngoài loại ngắn mạch, H.T.Đ có tình trạng làm việc không bình thường khác nữa,mà phổ biến tượng tải, lúc dòng điện tải tăng, làm tăng nhiệt độ phần dẫn điện Nếu tình trạng tải bị kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng giới hạn cho phép, làm cho cách điện chúng bị già cỗi bị phá hỏng dẫn đến cố nguy hiểm ngắn mạch Chính mà tính toán thiết kế vận hành H.T.Đ , người ta phải quan tâm đến tình trạng làm việc không bình thường, nguyên nhân dẫn đến cố nguy hiểm H.T.Đ *Các nhiệm vụ bảo vệ rơ le: Phát nhanh chóng loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn hạn chế đến mức thấp hậu quả, tai hại cố gây + +Thiết bị bảo vệ ghi lại phát tình trạng làm việc không bình thường phần tử H.T.Đ + Tuỳ mức độ quan trọng thiết bị điện mà bảo vệ rơ le tác động báo tín hiệu cắt máy cắt điện (MC) Thiết bị tự động dùng phổ biến để bảo vệ H.T.Đ đại rơ le bảo vệ Ngày nay, khái niệm bảo vệ rơle thường dùng để tổ hợp thiết bị thực một nhóm chức bảo vệ tự động hóa H.T.Đ, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề nhiệm vụ bảo vệ cho phần tử cụ thể cho toàn H.T.Đ 1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE 1.2.1 Độ tin cậy Đây yêu cầu đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng,chính xác, chắn Cần phân biệt hai khái niệm sau: Độ tin cậy tác động: mức độ chắn rơ le hệ thống bảo vệ rơ le tác động Nói cách khác, độ tin cậy tác động khả bảo vệ làm việc có cố xảy phạm vi xác định nhiệm vụ bảo vệ Độ tin cậy không tác động: mức độ chắn rơ le hệ thống rơ le không làm việc sai Nói cách khác, độ tin cậy không tác động khả tránh làm việc nhầm chế độ vận hành bình thường cố xảy phạm vi bảo vệ qui định Trên thực tế độ tin cậy tác động kiểm tra tương đối dễ dàng tính toán thực nghiệm, độ tin cậy không tác động khó kiểm tra tập hợp trạng thái vận hành tình bất thường dẫn đến tác động sai bảo vệ lường trước Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơ le hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản,chắc chắn, thử thách qua thực tế sử dụng cần tăng cường mức độ dự phòng hệ thống bảo vệ Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ hệ thống điện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng (95 ÷ 99)% Trong thực tế H.T.Đ hoạt động sau thời gian dài phần tử H.T.Đ không bị cố bảo vệ rơ le không hoạt động Nhưng có cố xảy nhiều lần ngày bảo vệ rơ le phải hoạt động xác.Đó tính tin cậy bảo vệ rơ le H.T.Đ 1.2.2 Tính chọn lọc Là khả bảo vệ rơ le phát loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống điện mà không cắt loại bỏ phần tử không bị hỏng hóc khỏi hệ thống điện làm việc bình thường Ví dụ mạng điện cho ( Hình v ẽ 1-1 sau ) Hình vẽ : 1.1 Ví dụ tính chọn lọc bảo vệ rơ le Hình vẽ 1-1: Mô tả tính chọn lọc bảo vệ rơ le Khi ngắn mạch điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc bảo vệ cần phải cắt máy cắt hai đầu đường dây bị hư hỏng việc cung cấp điện cho trạm B trì Theo nguyên lý làm việc, tính chọn lọc bảo vệ phân ra: +Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ làm nhiệm vụ cố xảy phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận (ví dụ bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện máy biến áp (M.B.A) +Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối: nhiệm vụ bảo vệ cho đối tượng bảo vệ thực chức bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận 1.2.3 Tính tác động nhanh Tính tác động nhanh bảo vệ rơ le yêu cầu quan trọng việc cách ly nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch, hạn chế mức độ phá hỏng thiết bị, giảm thời gian sụt ápvà tần số(U,f) cácnơi tiêu thụ điện, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặnghơn nâng cao khả trì ổn định làm việc máy phát điện toàn H.T.Đ Tuy nhiên kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp đắt tiền Vì yêu cầu tác động nhanh đề tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể H.T.Đ tình trạng làm việc phần tử bảo vệ H.T Đ Bảo vệ rơ le gọi có tính tác động nhanh (có tốc độ cao) thời gian tác động không vượt 50ms (2,5 chu kỳ dòng điện tần số 50 Hz) Bảo vệ rơ le gọi tác động tức thời không thông qua khâu tạo trễ ( tạo trễ thời gian) tác động rơ le bảo vệ Hai khái niệm tác động nhanh tác động tức thời dùng thay lẫn để rơ le bảo vệ có thời gian tác động không 50ms Thời gian cắt cố ( tc) gồm hai thành phần: thời gian tác động bảo vệ ( tBV) thời gian tác động máy cắt ( tMC) : Với H.T.Đ đại, yêu cầu thời gian loại trừ cố nhỏ ,để đảm bảo tính ổn định Đối với máy cắt điện có tốc độ cao đại (t MC) = (20 ÷ 60)ms từ (1 ÷ 3) chu kỳ dòng điện có tần số 50 Hz Những MC thông thường có (t MC) ≤ chu kỳ (khoảng 100ms 50 Hz).Vậy thời gian để loại trừ cố tc khoảng từ (2 ÷ 8) chu kỳ tần số 50 Hz ( vào khoảng 40 ÷ 160ms) bảo vệ tác động nhanh Đối với lưới điện phân phối thường dùng bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ thông thường có thời gian cắt cố khoảng (0,2 ÷ 1,5) giây, bảo vệ dự phòng khoảng (1,5 ÷ 2,0) giây 1.2.4 Độ nhạy Độ nhạy : đặc trưng cho khả “cảm nhận” cố rơ le bảo vệ hệ thống bảo vệ Độ nhạy bảo vệ đặc trưng hệ số độ nhạy (Kn) tỉ số đại lượng vật lý đặt vào rơ le có cố với ngưỡng tác động Sự sai khác trị số đại lượng vật lý đặt vào rơ le ngưỡng tác động lớn, rơ le dễ cảm nhận xuất cố, nghĩa rơ le tác động nhạy Độ nhạy thực tế bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố : Chế độ làm việc H.T.Đ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình lưới điện (các đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ ), dạng ngắn mạch(ba pha, pha,…), vị trí điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn) Đối với bảo vệ thường yêu cầu, đòi hỏi phải có hệ số độ nhạy từ (1,5 ÷ 2,0) bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ (1,2 ÷ 1,5) 1.2.5 Tính kinh tế Các thiết bị bảo vệ lắp đặt H.T.Đ để làm việc thường xuyên chế độ vận hành bình thường,mà chế độ luôn sẵn sàng chờ đón bất thường cố xảy để có tác động chuẩn xác Đối với trang thiết bị điện cao áp siêu cao áp,chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chiếm vài phần trăm giá trị công trình Vì yêu cầu kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật đóng vai trò định, không thoả mãn yêu cầu dẫn đến hậu tai hại cho H.T.Đ Đối với lưới điện trung áp hạ áp, số lượng phần tử cần bảo vệ lớn, yêu cầu thiết bị bảo vệ không cao thiết bị bảo vệ nhà máy điện lưới điện truyền tải cao áp Vì cần phải cân nhắc tính kinh tế lựa chọn thiết bị bảo vệ cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật có chi phí thấp trình xây dựng nhà máy nhiệt điện ,thủy điện toàn quốc 1.3 Sơ đồ tổng quan chung hệ thống bảo vệ rơ le H.T.Đ Trong trường hợp tổng quát gồm, hệ thống bảo vệ rơ le mô tả ( Hình vẽ :1-2) bao gồm phận sau: Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát hệ thống bảo vệ rơ le H.T.Đ Phần tử đo lường: gồm có máy biến dòng điện (BI CT), máy biến điện áp (BU VT), thiết bị đo lường khác để làm nhiệm vụ đo lường đại lượng dòng điện, điện áp, tần số …Các tín hiệu sơ cấp thứ cấp đưa vào lọc thành phần đối xứng, thiết bị biến đổi AC/DC để đưa tín hiệu vào hệ thống rơ le bảo vệ 2.Phần tử phân tích so sánh logic: gồm có rơ le có nhiệm vụ phân tích so sánh tín hiệu đưa vào với giá trị khởi động cho trước để đánh giá tình trạng làm việc H.T.Đ bình thường, không bình thường (quá tải,ngắn mạch) cố Tương ứng với tình trạng đó, rơ le gửi tín hiệu đến cấu thực để ngắt đối tượng phần tử bị cố khỏi hệ thống điện Đối với nguyên tắc bảo vệ khác có loại rơ le bảo vệ với phương pháp tính toán khác Phần tử thực : gồm có rơ le trung gian, máy cắt (M.C) có nhiệm vụ thực việc báo tín hiệu, cắt máy cắt (M.C) để bảo vệ H.T.Đ trường hợp bị cố 10 Chương : BẢO VỆ RƠ LE NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẢI PHÒNG 3.1 Sơ đồ lượng dây cung cấp điện nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Nhà máy nhiệt điện Hải Phòng gồm nhà máy: nhiệt điện Hải Phòng nhiệt điện Hải Phòng 2.Dưới sơ đồ nối dây nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Trong sơ đồ nối dây thể máy biến điện áp TU, máy biến dòng điện thiết bị bảo vệ +Nhà máy có tổ máy với công suất 353 MVA tổ, điện áp đầu cực 21 kV.Mỗi tổ máy đấu nối với máy biến áp pha cuộn dây 220kV/21kV, công suất 350 MVA, phương thức làm mát: OFAF: làm mát tuần hoàn dầu không khí cưỡng bức.Qua máy biến áp T1, T2, dòng điện đưa lên hệ thống góp 220 kV Nguồn cấp bao gồm tổ máy từ nhà máy tổ máy từ nhà máy 2, điện áp 220 kV nối với lộ 271; 272; 275; 276 Đình Vũ Vật Cách Ngoài có lộ đưa máy biến áp AT5 AT6 Đây máy biến áp tự ngẫu có điều áp tải với cấp điện áp: 220 kV, 110 kV 22 kV Phía 110 kV máy biến áp nối với hệ thống góp 110 kV +Hệ thống điện tự dùng nhà máy trích từ đầu máy phát lộ mạch 110 kV, qua máy biến áp TD91; TD92 – 21/6/6 kV T7 – 110/6/6 kV Các góp tự dùng điện áp kV: 2NOS-SWGA; 2NOS-SWGB; ONOS-SWGA; ONOS-SWGB; 1NOS-SWGB; 1NOS-SWGA (hệ thống góp), sau điện áp 220 V tự dùng lấy qua máy biến áp 6/0,4 kV Ở hệ thống tự dùng, máy cắt sử dụng máy cắt hợp bộ, số trường hợp có thêm dao cách ly phối hợp hoạt động Ngoài ra, hệ thống tự dùng nhà máy cấp từ nguồn máy phát DIESEL để dự phòng +Quan sát sơ đồ, ta thấy đầu cực máy phát, đầu máy biến áp, lộ dây góp có máy biến điện áp đo lường TU(BU) Các máy biến điện áp có nhiệm vụ lấy thông số đo lường để phục vụ cho thiết bị bảo vệ 33 34 3.1.1 Sơ đồ hệ thống góp 110kV: Phía 110 kV nhà máy sử dụng sơ đồ góp 35 Sơ đồ sử dụng rộng rãi nhà máy điện trạm biến áp châu Âu Mỗi mạch đường dây nối với hệ thống góp qua máy cắt, có hai dao cách ly để nối với hai góp Việc lien lạc góp thực máy cắt liên lạc Như sơ đồ máy cắt 272 Khi làm việc bình thường, mạch nối với hai góp Có thể cho làm việc hai góp lúc góp làm việc, góp nghỉ Tuy nhiên, dùng góp, có cố góp làm điện toàn mạch chúng chuyển sang góp lại Do vậy, người ta thường cho làm việc góp Máy cắt liên lạc làm nhiệm vụ nối góp Cần phân bố nguồn phụ tải cho xảy cố góp, thiệt hại gây thấp Khi cần sửa chữa góp đó, dùng dao cách ly để chuyển mạch nối với góp sang góp lại Đây ưu điểm sơ đồ hai góp so với sơ đồ góp có phân đoạn Trong thời gian sửa chữa góp bảo đảm cấp điện Ngoài ưu điểm trên, cần sửa chữa máy cắt mạch đó, cần chuyển mạch lại góp để đưa MC liên lạc vào thay máy cắt cần sửa Ví dụ: cần sửa chữa máy cắt 275, cần tách 275 lhoir lưới đưa 272 vào thay theo trình tự thao tác sau: +Chuyển tất mạch lại CC12(Giả sử ban đầu 275 làm việc CC11) +Cắt mạch 272 dao cách ly nó, CC11 điện +Cắt 275 dao cách ly +Gỡ dây dẫn nối với hai đầu 275 để tách khỏi lưới dùng dây dẫn nối tắt đầu vừa tách +Đóng dao cách ly 275 để nối mạch với góp CC11 +Đóng mạch 272 để tái cấp điện cho CC11 +Tiến hành sửa chữa 275 +Khi 275 sửa chữa xong, ta tiến hành thao tác theo trình tự ngược lại để đưa 275 trở lại làm việc 36 Tuy sơ đồ hai góp khắc phục số nhược điểm sơ đồ góp Song có nhược điểm cần nêu sau: +Dùng nhiều dao cách ly dao cách ly dùng để thao tác có dòng điện, nhầm lẫn nguy hiểm +Sửa chữa máy cắt mạch đó, mạch phải điện suốt thời gian thao tác để đưa máy cắt liên lạc vào thay thời gian đưa máy cắt sửa chữa xong quay lại làm việc Để giảm thời gian điện này, người ta sử dụng thêm dao cách ly phụ để thực việc nối tắt máy cắt +Việc bố trí góp dao cách ly phức tạp +Khi số mạch nhiều, công suất lớn xảy ngắn mạch góp, số mạch bị điện lớn Mặt khác số mạch lớn, chế độ làm việc với góp chiếm khoảng thời gian đáng kể năm, làm giảm độ tin cậy cung cấp điện nhiều +Để tránh thao tác nhầm, cần có khóa liên động khí điện dao cách ly 3.1.2 Sơ đồ hệ thống góp phía 220 kV: Phía 220 kV nhà máy sử dụng sơ đồ hai góp có ba máy cắt hai mạch (Sơ đồ rưỡi) Sơ đồ có độ tin cậy cao giá thành thấp Sơ đồ rưỡi 37 sử dụng nhiều cấp điện áp cao, công suất lớn nút quan trọng lưới Sơ đồ đặc biệt sử dụng rộng rãi Mỹ, Canada Sơ đồ rưỡi khắc phục số nhược điểm sơ đồ hai góp, cần sửa chữa máy cắt, cần cắt máy cắt dao cách ly khỏi hệ thống tiến hành sửa chữa mà không cần cắt điện mạch chứa máy cắt Như bảo đảm độ tin cậy cung cấp điện Với độ tin cậy gần sơ đồ hai góp có hai máy cắt mạch, chi phí khoảng 75% sơ đồ hai máy cắt mạch nên sơ đồ rưỡi sử dụng rộng rãi 3.2 Sơ đồ cấu trúc chung bảo vệ máy phát điện nhà máy nhiệt điện Hải phòng 3.2.1 Hệ thống đo lường *Bộ kích từ chiều: Bộ kích từ trích từ đầu cực máy phát, qua máy biến áp chỉnh lưu đưa vào cuộn kích từ 38 +3 máy biến dòng điện 100/1A lấy tín hiệu dòng cho đo lường đa +3 máy biến dòng điện 100/1A máy biến dòng điện 3000/1A đặt trước sau máy biến áp để lấy tín hiệu cho bảo vệ hệ thống kích từ *Đầu cực máy phát: -Phía tự dùng có 12 máy biến dòng điện 12000/1A (4 máy pha) Trong đó, máy cấp tín hiệu tới GFR, máy nối tắt cuộn thứ cấp để dự trữ, máy cấp tín hiệu cho relay bảo vệ máy phát -Phía góp cao áp có 27 máy biến dòng điện 12000/1A (4 máy pha) Các máy biến dòng lấy tín hiệu cho kiểm tra hiệu suất, đo lường đa năng, relay bảo vệ, có biến dòng cấp tín hiệu cho bù AVR -12 máy biến điện áp cuộn dây 21000/110/110 kV, máy cấp tín hiệu cho đo lường đa năng, GFR, relay bảo vệ Các VT nối với hệ thống thông qua dao cách ly hợp cầu chì phía hạ áp 3.2.2 Hệ thống bảo vệ rơ le số *Bộ kích từ: -Bộ kích từ bảo vệ relay hãng Beckwith với chức năng: +87E: So lệch kích từ +50/51: Quá dòng kích từ *Máy phát: -Máy phát bảo vệ relay * Bộ 1(A) rơ le bảo vệ hãng Beckwith có chức sau: -24G: Quá kích từ máy phát -60G: Chống lỗi cầu chì -81-2U/O: Hụt / tần số -21G: Relay khoảng cách -32G: Công suất trào ngược 39 -40G: Mất kích từ -46G: Dòng thứ tự nghịch -49: Quá nhiệt máy phát -87G: So lệch máy phát -59N: Relay điện áp, sử dụng để phát chạm đất stator máy phát (95%) -27N: Chạm đất Stator (100%) *Bộ (B) rơ le bảo vệ dự phòng hãng Areva có chức sau: -64F: Báo động chạm đất Rotor -27: Sụt áp -59: Quá điện áp -24G: Quá kích từ máy phát -60G: Chống lỗi cầu chì -50/27: Sự cố trì ý muốn -81-1U/O: Hụt / tần số -51V: Quá dòng điều chỉnh điện áp -CTS: Giám sát dòng máy biến áp -51G: Quá dòng IDMT -VTS: Giám sát điện áp máy biến áp -32G: Trào công suất ngược -40G: Mất kích từ -46G: Dòng thứ tự nghịch -78: Trượt pha cực từ -87G: So lệch máy phát -59N: Phát chạm đất Stator (95%) 40 -27N: Phát chạm đất Stator (100%) *Ngoài có tham gia bảo vệ relay: +15: Đồng tần số +60: Relay cần điện áp dòng điện +25P: Kiểm tra Relay 3.3 Sơ đồ rơ le bảo vệ số Dưới giới thiệu sơ đồ bảo vệ nhà máy điện khác 3.3.1Hệ thống đo lường * Trong sơ đồ tổng thể bảo vệ rơ le máy phát điện nhà máy điện nhiệt điện Hải phòng có phần tử sau: - G : Là cuộn dây phần ứng máy phát điện 41 + 3VT : biện điện áp để lấy tín hiệu áp( 21.000V/110V công suất 100VA) + 3CT : biến dòng điện lấy tín hiệu dòng điện (12.000A/1A công suất 30VA) + #1 ;#2 biến dòng điện mạch kích từ (100A/1A) + Trong mạch kích từ máy phát có rơ le bảo vệ : 87E : Bảo vệ so lệch cuộn kích từ máy phát ,50/51 : Bảo vệ dòng kích từ cắt nhanh bảo vệ dòng kích từ có thời gian + WT ; AT tranducer chuyển đổi tín hiệu công suất dòng điện kích từ máy phát sang dạng tín hiệu chuẩn (4-20mA) để đưa vào DCS *Bộ kích từ chiều: +Bộ kích từ trích từ đầu cực máy phát, qua máy biến áp chỉnh lưu đưa vào cuộn kích từ +3 máy biến dòng điện 100/1A lấy tín hiệu dòng cho đo lường đa +3 máy biến dòng điện 100/1A máy biến dòng điện 3000/1A đặt trước sau máy biến áp để lấy tín hiệu cho bảo vệ hệ thống kích từ +3 máy biến dòng 3000/1A đặt sau máy biến áp kích từ để lấy tín hiệu cho AVR *Đầu cực máy phát: +Phía tự dùng có 12 máy biến dòng điện 12000/1A (4 máy pha) Trong đó, máy cấp tín hiệu tới GFR, máy nối tắt cuộn thứ cấp để dự trữ, máy cấp tín hiệu cho relay bảo vệ máy phát +Phía góp cao áp có 27 máy biến dòng điện 12000/1A (4 máy pha) Các máy biến dòng lấy tín hiệu cho kiểm tra hiệu suất, đo lường đa năng, relay bảo vệ, có biến dòng cấp tín hiệu cho bù AVR +12 máy biến điện áp cuộn dây 21000/110/110 kV, máy cấp tín hiệu cho đo lường đa năng, GFR, relay bảo vệ Các VT nối với hệ thống thông qua dao cách ly hợp cầu chì phía hạ áp 3.3.2Hệ thống rơ le bảo vệ máy phát điện *Bộ kích từ: +Bộ kích từ bảo vệ relay hãng Beckwith với chức năng: +87E: So lệch kích từ 42 +50/51: Quá dòng kích từ *Máy phát: +Máy phát bảo vệ relay +Bộ 1(A) rơ le bảo vệ hãng Beckwith với chức năng: +59N: Relay điện áp, sử dụng để phát chạm đất stator máy phát (95%) +27N: Chạm đất Stator (100%) +81-1U: Hụt tần số +81-1O: Quá tần số +24G: Quá kích từ máy phát +87G: So lệch máy phát +49: Quá nhiệt máy phát +21G: Relay khoảng cách +32G: Công suất trào ngược +40G: Mất kích từ +46G: Dòng thứ tự nghịch +60G: Chống lỗi cầu chì +50BF: Relay chống máy cắt từ chối tác động *Bộ (B) rơ le bảo vệ dự phòng hãng Areva với chức năng: +59N: Relay điện áp, sử dụng để phát chạm đất stator máy phát (95%) +27N: Chạm đất Stator (100%) +59G: Relay điện áp máy phát +27G: Relay sụt áp máy phát +81-1U: Hụt tần số +81-1O: Quá tần số 43 +24G: Quá kích từ máy phát +50/27: Sự cố trì ý muốn +64F: Báo động chạm đất Rotor +87G: So lệch máy phát +51G: Quá dòng (IDMT) +51V: Quá dòng điều chỉnh điện áp +32G: Trào công suất ngược +40G: Mất kích từ +46G: Dòng thứ tự nghịch +78: Trượt pha cực từ +60G: Chống lỗi cầu chì +CTS: Giám sát dòng máy biến áp +VTS: Giám sát điện áp máy biến áp +50BF: Relay chống máy cắt từ chối tác động *Ngoài có tham gia bảo vệ relay: +15: Đồng tần số +60: Relay cân điện áp dòng điện +25P: Kiểm tra Relay *Tóm lại :Trong máy phát nhà máy nhiệt điện Hải phòng có hai hệ thống bảo vệ rơ le sau: + Hệ thống rơ le bảo vệ A +Hệ thống bảo vệ rơ le dự phòng B +Ngoài tín hiệu mạch đo máy phát : P,U,I ;F :VAR đưa qua chuyển đổi dạng (4-20mA ) đưa tới khối DCS 3.4 Phân tích nguyên lý hoạt động bảo vệ rơ le máy phát điện 44 + Tín hiệu dòng điện lấy từ biến dòng pha (3CT – 807003 ) (3CT – 807011) đưa tơ mạch đo lường báo đồng hồ đo dòng A mạch bảo vệ rơ le (IGR S82A).Các biến dòng đo lường bảo vệ có hệ số: 12.000/1A + Tín hiệu điện áp lấy từ biến áp điện áp 3pha (VT/SA1) ; (VT/SA2) (VT/SA3) đưa tới đồng hồ đo điện áp (to meter) mạch bảo vệ rơ le (To protection relay) Các biến áp đo lường bảo vệ có hệ số: 21.000/110V + Ngoài bảo vệ rơ le máy phát nhà máy nhiệt điện Hải Phòng có nguồn nuôi 220V-DC (Đối với hệ bảo vệ rơ le : Hệ A ) + Trong mạch bảo vệ rơ le cho mạch kích từ láy tín hiệu từ biến dòng (CTGA013F) có hệ số : 100/1A ( CT – GA013f) có hệ số : 3000/1A.Mạch bảo vệ cung cấp nguồn nuôi 220V-DC *Nguyên tắc hoạt động chung bảo vệ rơ le máy phát nhà máy nhiệt điện Hải phòng có thông số vượt giá trị đặt trước đóng tiếp điểm rơ le bảo vệ Sau rơ le trung gian có tên số rơ le tương tự mã số rơ le bảo vệ cấp nguồn gửi đến rơ le trung gian cấp nguồn cho cuộn ngắt ( Trip coil) máy cắt CB máy phát G ( Trong sơ đồ mạch Protection re lay A,Protection re lay B , Generator CB circuit Generator trip signal) + Khi rơ le bảo vệ tác động tra mã rơ le bảo vệ tương ứng để xử lý kiểm tra thông tin liên quan tới bảo vệ đó.Trên sở tìm nguyên nhân cách khắc phục cố cách nhanh có thể.Nhằm bảo vệ tốt phần tử , tránh gây hư hỏng nạng cho phần tử thiết bị có liên quan.Từ khai thác vận hành hiệu H.T.Đ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng C KẾT LUẬN Các kết đạt đề tài Sau thời gian nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu nguyên lý bảo vệ rơ le hệ thống điện ’’ đề tài đạt số kết sau: + Đề tài nghiên cứu chi tiết nguyên lý chung bảo vệ rơ le hệ thống điện + Áp dụng nguyên lý bảo vệ rơ le để phân tích ,đánh giá bảo vệ nhà máy nhiệt điện Hải Phòng 45 + Giúp cho sinh viên ,kỹ sư , người quan tâm ,lao động lĩnh vực hệ thống điện hiểu biết thêm bảo vệ hệ thống điện bảo vệ rơ le nhà máy nhiệt điện Hải phòng + Giúp cho việc nâng cao chất lượng giảng thực tế bảo vệ rơ le nhà máy điện + Trên sở giúp cho thân người nghiên cứu có cách nhìn cụ thể ,chi tiết bảo vệ rơ le hệ thống điện Tuy nhiên với đề tài tác giả hạn chế nghiên cứu nguyên lý chung bảo vệ rơ le hệ thống điện nghiên cứu cụ thể bảo vệ rơ le máy phát điện nhà máy nhiệt điện Hải Phòng Mới lần đầu nghiên cứu mảng bảo vệ rơ le hệ thống điện, chắn đề tài nhiều khiếm khuyết mong bạn đồng nghiệp góp ý kiến để có đề tài chất lượng khoa học cao bảo vệ rơ le hệ thống điện Kiến nghị hướng phát triển đề tài + Đề tài cần tiếp tục phát triển chiều sâu chi tiết bảo vệ rơ le co hệ thống điện + Cụ thể sau dạng đề tài tác giả nghiên cứu sâu cấu trúc chi tiết loại bảo vệ rơ le để hướng tới chế tạo , làm thực nghiệm số bảo vệ rơ le phòng thí nghiệm Qua giúp cho sinh viên chuyên ngàng tự động hóa hệ thống điện hiểu chất bảo vệ rơ le hệ thống điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.VS Trần Đình Long (2009) NXB khoa học kỹ thuật Hà nội [2] TS Trần Văn Khánh (2012) NXB giáo dục Việt Nam [3] Tài liệu hồ sơ kỹ thuật điện nhà máy nhiệt điện Hải phòng [4] PGS.TS Lê Kim Hùng(2010) Giáo trình bảo vệ phần tử Hệ thống điện [5]Th.S TS Nguyễn Đăng Toản (2010) Giáo trình bảo vệ rơ le hệ thống điện [7] Tài liệu hãng bảo vệ rơ le hệ thống điện hãng TOSHIBA;FUJI Nhật Bản 46 47