Nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN XUÂN TRUNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG

CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8520201

Thái Nguyên - năm 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Xuân Trung

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8520201

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. Nguyễn Đức Tường

Thái Nguyên – năm 2020

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................4

CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC

CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH...................................................................................6

I. Giới thiệu chung:......................................................................................................6

II. Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện............6

III. Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một

phía: 8

IV. Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía ................................18

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1..............................................................................................21

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH,

TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV NINH BÌNH –

NHO QUAN..................................................................................................................22

I. Tổng quan về trạm biến áp 220 kV Ninh Bình ......................................................22

II. Tổng quan về trạm biến áp 500 kV Nho Quan .....................................................23

III. Tổng quan về đường dây tải điện Nho Quan – Ninh Bình..................................24

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..............................................................................................25

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BẢO VỆ KỂ TỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH

HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH. ..........................26

I. Phân tích các dạng ngắn mạch bằng chương trình ETAP......................................26

II. Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của bảo vệ khoảng cách.........322

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..............................................................................................37

CHƯƠNG 4: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG THU THẬP

ĐƯỢC TỪ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY. .......................................................................388

I. Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía dùng phần mềm

Digsi và Sigra của Siemens: ....................................................................................388

II. Mô phỏng ngắn mạch đường dây bằng chương trình ATPDraw........................455

III. Kết quả mô phỏng .............................................................................................533

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4..............................................................................................59

KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ......................................................................................600

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.......................................................................612

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................623

PHỤ LỤC ....................................................................................................................644

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

2

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý..................................9

Hình 1. 2. Đặc tính tác động loại MhO...........................................................................9

Hình 1. 3. Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - pha .......................101

Hình 1. 4. Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất........................112

Hình 1. 5. Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố 3 pha - đất.....................122

Hình 1. 6. Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp .....................................134

Hình 1. 7. Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được ...................155

Hình 1. 8. Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song.........166

Hình 1. 9. Các cấu hình đường dây song song ...........................................................177

Hình 1. 10. Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện Ki lên số đo .............................178

Hình 1. 11. Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp......................19

Hình 1. 12. Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố...........................................................19

Hình 3. 1. Sơ đồ mô phỏng đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho

Quan..........................266

Hình 3. 2. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ 21..........................................................................322

Hình 4. 1. Bản ghi thông tin sự cố ngày 9.5.2020…………………………………….40

Hình 4. 2. Lấy thông tin sự cố trong Sigra…………………………………………………40

Hình 4. 3. Biến thiên dòng điện 3 pha.........................................................................411

Hình 4. 4. Biến thiên điện áp trên 3 pha .....................................................................422

Hình 4. 5. Chức năng bảo vệ trên rơle........................................................................422

Hình 4. 6. Chuỗi cách điện pha C vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 bị phóng điện .....................444

Hình 4. 7. Mỏ phóng sét làm việc vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 .............................................444

Hình 4. 8: Sơ đồ mô phỏng đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch 3 pha

.......................................................................................................................................47

Hình 4. 9. Sơ đồ mô phỏng đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch 1 pha

.....................................................................................................................................477

Hình 4. 10. Mô hình điện áp nguồn hệ thống................................................................48

Hình 4. 11. Dữ liệu đường dây trên không trong mô đun LCC ....................................49

Hình 4. 12. Mô hình tổng trở pha-đất ...........................................................................51

Hình 4. 13. Đầu đo điện áp và dòng điện......................................................................52

Hình 4. 14. Mô hình điểm ngắn mạch ...........................................................................52

Hình 4. 15. Cài đặt thông số chương trình..................................................................522

Hình 4. 16. Biến thiên dòng điện và điện áp tại 2 đầu đường dây khi ngắn mạch 3 pha....54

Hình 4. 17. Biểu đồ điện áp và dòng điện tại 2 đầu đường dây khi ngắn mạch 3 pha

.....................................................................................................................................555

Hình 4. 18. Biến thiên dòng điện và điện áp tại 2 đầu đường dây khi ngắn mạch 1 pha..577

Hình 4. 19: Biểu đồ điện áp và dòng điện tại 2 đầu đường dây khi ngắn mạch 1 pha

.....................................................................................................................................588

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

3

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý .................................6

Bảng 1. 2. Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng ...................10

Bảng 3. 1. Thông số nguồn hệ thống………………………………………………….27

Bảng 3. 2. Thông số dây dẫn và dây chống sét .............................................................27

Bảng 3. 3. Thông số cấu trúc đường dây.......................................................................28

Bảng 3. 4. Điện trở và điện kháng thứ tự thuận của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho

Quan ............................................................................................................................333

Bảng 3. 5. Điện trở điện kháng thứ tự không của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho

Quan ............................................................................................................................344

Bảng 3. 6. Tổng trở bảo vệ TTT của 3 vùng................................................................344

Bảng 3. 7. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng ...............................................................344

Bảng 3. 8. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể tới điện trở hồ quang...................355

Bảng 3. 9. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể đến hồ quang tại vị trí ngắn mạch

.....................................................................................................................................355

Bảng 4. 1. Kh¶ n¨ng m« pháng cña ATP......................................................................45

Bảng 4. 2. Thông số của đường dây ..............................................................................51

Bảng 4. 3: Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha ............566

Bảng 4. 4. Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha.............577

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

4

MỞ ĐẦU

Đường dây truyền tải điện đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống điện.

Trong công tác quản lý vận hành việc xác định chính xác điểm sự cố giúp nhanh chóng

xác định được phần tử bị sự cố, làm giảm thời gian ngừng cung cấp điện, giảm số lượng

nhân lực để khắc phục các sự cố này, hơn nữa việc xác định chính xác điểm sự cố cũng

chính là xác định chính xác tổng trở của các đường dây sẽ giúp cho các kết qủa tính toán

chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làm việc chính xác.

Trên thực tế có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định điểm sự cố, tùy

theo đối tượng là đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối hoặc là các đường

cáp. Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách là một công cụ vừa làm

nhiệm vụ bảo vệ, phát hiện sự cố vừa định vị vị trí điểm sự cố trên đường dây. Tuy nhiên

các rơle khoảng cách hoạt động dựa trên tín hiệu đo lường chỉ tại một đầu, do đó kết quả

định vị điểm sự cố thường bị sai lệch do bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố. Trong nhiều

trường hợp sai số có thể lên tới hàng chục km và điều này sẽ gây khó khăn cho các công

tác khắc phục sau sự cố.

Tổng trở của đường dây có thể được tính toán bằng lý thuyết, tuy nhiên, trong các

tính toán này đều dựa trên giả thiết đường dây là đồng nhất, điện trở suất của đất không

đổi suốt dọc tuyến…và do đó kết quả tính toán thường có sai số đáng kể so với giá trị

thực tế (đặc biệt là tổng trở thứ tự không của đường dây).

Một số hãng sản xuất đã chế tạo thiết bị thí nghiệm để đo tổng trở đường dây, thiết

bị định vị sự cố chuyên dụng, tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, thiết bị đắt tiền,

cần sự phối hợp của nhiều đơn vị.

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn đi sâu vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng

cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số”.

Kết quả nghiên cứu được mô phỏng áp dụng đối với mô hình tuyến đường dây

220kV Ninh Bình – Nho Quan và các tính toán cùng kết quả mô phỏng đã chứng minh

các ưu điểm của thuật toán này.

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 4 chương

- Chương 1: Những yếu tố ảnh hưởng tới sự làm việc chính xác của bảo vệ khoảng

cách.

- Chương 2: Tổng quan về Trạm biến áp 220kV Ninh Bình, trạm biến áp 500kV

Nho Quan và đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan