Đồ án Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng-Đi sâu vào hệ thống đo lường và bảo vệ

66 trang huongle 2770

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng-Đi sâu vào hệ thống đo lường và bảo vệ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_phan_tich_trung_tam_dieu_do_cung_cap_dien_cho_khu_cong.pdf

Nội dung text: Đồ án Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng-Đi sâu vào hệ thống đo lường và bảo vệ

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao. Nhu cầu sửt dụng điện năng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng không ngừng. Khu công nghiệp Nomura là một khu công nghiệp lớn, giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Trong khu công nghiệp Nomura có những phụ tải quan trọng yêu cầu phải cung cấp điện liên tục để đảm bảo hoạt động sản xuất bình thường, giữ tiến độ sản xuất và không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm. Vì vậy việc cung cấp điện liên tục cho những phụ tải quan trọng . Khu công nghiệp sử dụng nguồn tạm phát và nguồn EVN, đây là hệ thống làm việc rất hiệu quả và có nhiều ưu điểm Sau 4 năm học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện tử trường Đại học Dân lập Hải Phòng em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định. Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng – Đi sâu vào hệ thống đo lƣờng và bảo vệ” Đồ án của em gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan vấn đề nguồn và phụ tải khu công nghiệp Nomura Hải Phòng Chương 2: Hệ thống cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Chương 3: Đo lường và bảo vệ trong hệ thống điện khu công nghiệp Nomura Hải Phòng Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo T.S Hoàng Xuân Bình, các thầy cô giáo trong bộ môn Điện - Điện tử, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. 1
Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, các bạn sinh viên để cuốn đồ án này hoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Hoàng Xuân Bình, các thầy cô giáo trong bộ môn Điện - Điện tử trường Đại học Dân lập Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong thời gian qua. Một lần nữa em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên Ngô Hồng Minh 2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGUỒN VÀ PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA HẢI PHÕNG 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY PHÁT TRIỂN KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA HẢI PHÕNG. Khu công nghiệp Nomura – Hải Phòng là liên doanh giữa thành phố Hải Phòng và tập đoàn Nomura (Nhật Bản). Được thành lập từ năm 1994, 16 năm qua Nomura – Hải Phòng đã trải qua rất nhiều khó khăn trên con đường xây dựng và phát triển, đặc biệt là thời kì khủng hoảng tiền tệ Châu Á năm 1997 gây suy thoái kinh tế nặng nề cho việc đầu tư ra nước ngoài, dẫn đến công việc kinh doanh của Khu công nghiệp gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù Công ty liên doanh đã tích cực điều chỉnh đồng bộ các hoạt động cho phù hợp với tình hình mới. Từ năm 1997 – 2000 Khu công nghiệp Nomura – Hải Phòng chỉ thu được 5 dự án đầu tư với tổng số vốn đầu tư khoảng 60 triệu USD. Trước những khó khăn tưởng chừng như không vượt qua được, nhưng với sự quan tâm chỉ đạo tích cực kịp thời của lãnh đạo hai bên, công ty liên doanh đã đưa ra được nhiều giải pháp nhằm đạt được những kết quả tối ưu trong việc xúc tiến đầu vào Khu công nghiệp như: điều chỉnh thích hợp giá cho thuê đất, đưa ra phương thức thanh toán phù hợp với năng lực của nhà đầu tư, nâng cao chất lượng phục vụ chăm sóc khách hàng Kết quả từ năm 2001 đã đánh dấu bước chuyển biến mạnh mẽ trong thu hút đầu tư của Khu công nghiệp, Khu công nghiệp đã thu hút được 4 dự án đầu tư mới, qua đó tạo đà cho xúc tiến và thu hút đầu tư những năm tiếp theo. Ngay khi nền kinh tế thế giới phục hồi, Khu công nghiệp với sự hỗ trợ tài chính từ Tập đoàn Nomura, với nhiều thuận lợi cơ bản Khu công nghiệp Nomuara – Hải Phòng đã trở thành một địa chỉ quen thuộc của nhiều nhà đầu tư. Đến nay, Khu công nghiệp đã thu hút 3
được 53 nhà đầu tư vào Khu công nghiệp, nâng tổng kim ngạch đầu tư vượt 1 tỷ USD với tỷ lệ thực hiện cao; tạo công ăn việc làm cho hơn 20 nghìn người lao động Việt Nam làm việc trong Khu công nghiệp; giá trị sản xuất của các công ty, xí nghiệp trong Khu công nghiệp đã lên tới 500 triệu USD trong năm, đạt 10% GDP, 30% kim ngạch mậu dịch của thành phố Hải Phòng. Được đánh giá là một Khu công nghiệp đồng bộ và hiện đại vào bậc nhất Việt Nam cũng như trong khu vực, Khu công nghiệp Nomura – Hải Phòng còn tạo ra sự khác biệt bởi đây là một trong những Khu công nghiệp được thành lập đầu tiên của cả nước, các doanh nghiệp đầu tư vào Khu công nghiệp đều có thương hiệu nổi tiếng của Nhật Bản, Mỹ và trên thế giới với số vốn đầu tư lớn, hoạt động sản xuất kinh doanh trong những ngành công nghệ cao, công nghệ sạch và sử dụng nhiều lao động của địa phương. 1.2. GIỚI THIỆU PHỤ TẢI KHU CÔNG NGHIỆP Bảng 1.1. Bảng phụ tải khu công nghiệp STT Kí hiệu Tên Công ty Công suất (kW) Điện áp(kV) (1) (2) (3) (4) (5) 1 F Nichias 1150 22 2 FA1 Rayho 280 0,4 3 FA1 SIK 250 0,4 4 FA1 Akita Oil Seal 290 0,4 5 FA1 A’sty 320 0,4 6 G Fujikura 1950 22 7 GA2 Hiroshige 440 0,4 8 GA2 Sumirubber 180 0,4 9 GA2 Maiko 200 0,4 10 GA2 Hopthinh 190 0,4 11 GA2 Vijaco 410 0,4 12 GA2 SIK 320 0,4 4
13 HA3 E Tech 3340 22 14 I Pioneer 1650 22 15 IE3 Konya 550 0,4 16 IE3 ATH 160 0,4 17 IE3 Sougou 275 0,4 18 IE3 Medikit 195 0,4 19 IE3 Nishishiba 240 0,4 20 IE3 Kosen 300 0,4 21 IE3 Sumida 270 0,4 22 IE3 Paloma Vietnam 190 0,4 23 IB2 Fongtai 230 0,4 24 IB2 Hitachi plant 290 0,4 25 IB1 Hilex 270 0,4 26 J Rorze 1220 22 27 J GE(Office & Site) 1640 22 28 JB3 Fujimold 270 0,4 (1) (2) (3) (4) (5) 29 JB3 Korg 310 0,4 30 K Toyoda Gosei 3 1280 22 32 K Ojitex 4310 22 33 K Iko 1440 22 34 KD1 Eba 150 0,4 35 KD1 Johuku 310 0,4 36 L Toyotabo 2 1310 22 37 L JKC 1620 22 38 LD2 Nakashima 380 0,4 39 LD3 Arai 300 0,4 5
40 LD3 Takahata 250 0,4 41 LD3 Vina Bingo 260 0,4 42 M Yoneda 1100 22 43 M TG Airbag 1720 22 44 M Toyotabo 1 1430 22 45 MC3 Nissei Eco 310 0,4 46 MC3 Synztec 340 0,4 47 MC3 Masuoka 210 0,4 48 P Synztec 3860 22 49 P Lihit Lab 1620 22 50 N Yazaki 1960 22 51 N Nippon Kondo 2490 22 52 N Yanagawa Seido 2270 22 53 O Citizen 2040 22 54 O TG Steering 1500 22 55 OC1 Meihotech 240 0,4 56 OC1 Kokuyo 340 0,4 57 OC1 Tetsugen 320 0,4 Đánh giá tổng thể Khu công nghiệp ta thấy phụ tải của Khu công nghiệp chủ yếu là các dây chuyền tự động, các động cơ điện có công suất lớn, nhỏ, trung bình, đèn chiếu sáng. Khu công nghiệp mất điện sẽ gây ra lãng phí sức lao động rất nhiều đồng thời gây thiệt hại lớn về kinh tế do đó khu công nghiệp được đánh giá là hộ tiêu thụ điện loại 1, vì vậy yêu cầu cung cấp điện phải được đảm bảo liên tục. Các nhà máy trong khu công nghiệp hoạt động độc lập với nhau và có đường dây riêng. Nếu trong trường hợp cần thiết phải cắt giảm tải do thiếu điện năng hoặc nguồn xảy ra sự cố thì Trạm điều độ khu công nghiệp sẽ có 6
phương án phù hợp để đảm bảo cung cấp điện sao cho hiệu quả và kinh tế nhất. 1.3. CÁC LOẠI NGUỒN CỦA TRUNG TÂM PHÂN PHỐI ĐIỆN CỦA KHU CÔNG NGHIỆP 1.3.1. Nguồn từ trạm phát a. Khái quát chung Ngay từ ngày đầu thành lập Khu công nghiệp Nomura Hải Phòng xây dựng riêng một nhà máy phát điện gồm 9 tổ máy với tổng công suất 55MW phục vụ sản xuất cho toàn khu công nghiệp, đồng thời còn bán điện cho quốc gia. 9 tổ máy được chia ra làm hai phía: + Phía bên A: từ máy 1 tới máy 4 + Phía bên B: từ máy 6 tới máy 9 + Riêng máy 5 là máy độc lập được đặt giữa hai phía 9 tổ máy được chạy bằng nhiên liệu là dầu DO và HFO, được cung cấp trực tiếp từ hai tank có thể tích 20000m3. Các tổ máy được điều khiển và giám sát trực tiếp từ 1 phòng điều khiển trung tâm của nhà máy. Mỗi máy có một tủ điều khiển riêng, và có 2 tủ hòa đồng bộ các máy khi nhà máy hoạt động ở tải cao. Nguồn điện của trạm phát khu công nghiệp Nomura gồm: 9 tổ hợp Diezel - máy phát đồng bộ 3 pha, các máy phát sử dụng trong trạm phát điện là các máy phát đồng bộ không chổi than từ GEN 1 ÷ GEN 9 có: - Công suất là 6200 kW/máy. - Cấp điện áp V = 6,6 KV - Tần số f = 50Hz. Các máy phát điện có thể hoạt động song song cung cấp điện cho hệ thống phân phối trung tâm của khu công nghiệp. Hệ thống phân phối điện về nguyên tắc được chia làm hai nhóm hay còn gọi là hai tủ phân phối điện chính 7
(ta gọi là BUSA và BUSB). BUSA và BUSB được thiết kế để cung cấp điện cho các trạm biến áp. Các trạm biến áp này phục vụ các mục đích khác nhau trong hệ thống cung cấp điện. Các tổ hợp máy phát GEN 1 GEN 4 cấp trực tiếp lên BUSA. Các tổ hợp máy phát GEN 6 9 cấp trực tiếp lên BUSB. Riêng máy phát 5 là máy phát dự phòng để bù công suất khi BUSA hoặc BUSB bị quá tải về công suất thông qua các máy cắt liên động giữa BUSA và BUSB. b.Máy phát điện: Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện thể hiện trong tập bản vẽ (three line diagram (1)). Máy phát điện gồm phần máy chính và máy phát kích từ cơ cấu trúc biểu diễn trên hình 1.1. v v vv ktc x y z Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện. Ta thấy rằng ở máy phát chính SG1 SG 9 có phần ứng là phần tĩnh và phần cảm (phần kích từ chính) là phần quay còn máy phát kích từ phần cảm là phần tĩnh - trên các cực từ của phần cảm được quấn hai cuộn kích từ. Một cuộn được cấp nguồn từ tổ hợp acquy 24V hoặc từ nguồn điện lưới thông qua các chỉnh lưu cuộn. Kích từ cố định nhằm tạo ra điện áp ở chế độ không tải. Cuộn kích từ kia được cấp nguồn từ J - K là đầu ra của bộ tự động điều chỉnh điện áp 8
AVR nhằm bù dòng kích từ để điện áp đầu cực máy phát ổn định khi máy phát nhận tải. Các đầu ra của máy phát x, y, z được nối với biến dòng điện 3 pha 3 CT các đầu ra K của biến dòng tạo thành hệ thống tín hiệu dòng qua các cực C1, C2 và C3 để cung cấp cho bộ điều chỉnh điện áp AVR, các đầu L của biến dòng 3CT nối sao và là nối sao của máy phát chính. Tổ hợp máy phát có các đầu nối dây thể hiện trên sơ đồ: các đầu dây của cuộn dây phần ứng U - x, V - y, và W - z. Các tụ đấu của máy phát kích từ J - K, S1 - S2. Các máy phát điện GEN 1 GEN 9 được khởi động bằng tay hoặc tự động và được tự động hoá vào lưới điện thông qua tủ phân phối BUSA và BUSB. Như vậy ta nói rằng: đối với các máy phát đồng bộ không chổi than của trạm phát Nomura có các vấn đề phải quan tâm sau: - Vấn đề ổn định điện áp được thực hiện theo nguyên tắc để lạnh. Độ điều chỉnh kích từ cho máy phát là bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR. - Vấn đề ổn định tần số được thực hiện bằng cách ổn định tốc độ của động cơ Diezel lại máy phát. - Vấn đề điều chỉnh công suất tải chung P của máy phát được thay đổi bằng cách thay đổi tay ga của động cơ Diezel để tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu vào máy. - Vấn đề điều chỉnh công suất phản kháng Q khi các máy công tác song song được thực hiện bằng cách đồng bộ hoá sự hoạt động của các bộ điều chỉnh AVR để chúng kích từ các máy bằng nhau. c. Sơ đồ điện nguyên lý của trạm phát. 9
H×nh 1.2. S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m ph¸t 10
d. Các phần tử cơ bản - Tủ thứ nhất (BUSA) được cung cấp từ máy phát GEN 1 GEN 4 và có các lộ cung cấp điện từ các máy biến áp MTRA để hoà vào lưới Quốc gia khi có nhu cầu cung cấp điện cho lưới Quốc gia. Lộ cung cấp điện thứ hai tới máy biến áp STRA cấp điện cho một số khu vực của khu công nghiệp. - Tủ thứ hai (BUSB) được cung cấp từ các máy phát GEN 6 GEN 9 các đầu ra cấp cho các lộ tới máy biến áp MTRB hoà vào lưới Quốc gia và STRB cung cấp cho một số phụ tải của khu công nghiệp Nomura. - Tủ liên động 1.L: tủ này nối trực tiếp với máy phát GEN 5 hay nói cách khác tủ này nối với máy phát dự phòng của trạm phát điện. Hai phía của tủ liên động nối với hai máy cắt 52 BCA và 52 BCB. Các máy cắt này nối với các tủ BUSA và BUSB. Như vậy máy phát GEN 5 có thể cung cấp điện cho tủ BUSA và BUSB. Đồng thời ở tủ này thông qua máy cắt 52 FVCV để nhận điện từ lưới Quốc gia cho toàn bộ khu công nghiệp. e. Thao tác trên trung tâm Các phương án vận hành cung cấp điện cho khu công nghiệp từ hệ thống phân phối trung tân có thể thực hiện như sau: - Trạm phát điện cung cấp nguồn cho khu công nghiệp và bán điện cho lưới Quốc gia. - BUSA được cấp nguồn từ GEN 1 GEN 4 công tác song song. BUSA hoạt động độc lập, cấp điện cho hai trạm biến áp MTRA - trạm biến áp bán dẫn cho điện lưới Quốc gia bằng cách đóng máy cắt 52 MVA, trạm STRA - bằng cách đóng máy cắt 52 STA. - BUSB được cấp nguồn từ GEN 6 GEN 9, chế độ hoạt động độc lập, cấp điện cho MTRB qua máy cắt 52 MVB và STB qua máy cắt 52 STB. Nếu BUSA hoặc BUSB quá tải công suất thì khởi động máy phát GEN 5 và đóng máy cắt 52 BCA cho BUSA hoặc 52 BCB cho BUSB. 11
Nếu tất cả các máy phát GEN 1 GEN 9 không thể cung cấp điện thì việc cung cấp điện có thể được thực hiện từ lộ dự phòng 6,6 KV thông qua máy cắt 52 FVCB. Trường hợp BUSA hoặc BUSB ngừng cung cấp điện từ các máy phát thì các phần tử phân phối BUSA và BUSB vẫn có thể vận hành bằng cách cắt điện các máy cắt 52 MVA và 52 MVB cấp điện cho các biến áp MTRA và MTRB sử dụng cầu dao liên động 52 BCA hoặc 52 BCB để cung cấp cho hai trạm biến áp của khu công nghiệp STRA và STRB. 1.3.2. Nguồn từ lưới EVN * Sơ đồ nguồn từ lƣới EVN biểu diễn ở Hình 1.3. EVN E 29 VËt c¸ch 110KV 171-7 131 131-3 110KV T1 60MVA 22KV 431-3 431 22KV 481 485 487 483 H×nh 1.3 S¬ ®å nguån tõ l•íi EVN 12
Sau 7 năm đưa vào hoạt động nhà máy phát điện của khu công nghiệp Nomura Hải Phòng, do nhiên liệu lên cao, và đặc biệt là do ô nhiễm môi trường, tiếng ồn quá lớn, khí thải ra ngoài môi trường nhiều do máy phát chạy bằng dầu Nhà máy điện khu công nghiệp đã dừng hoạt động và chuyển sang mua điện của EVN chuyển từ vật cách về. Sau khi mua điện từ lưới điện quốc gia. Khu công nghiệp đã xây dựng một trạm biến áp 110 kV. Nguồn điện từ EVN cho khu công nghiệp Nomura được lấy từ E29 vật cách của thanh cái 110kV của trạm 220 kV vật cách. Nguồn điện qua dao cách ly 171 – 7, qua máy cắt 131 đi qua dao cách ly 131 – 3 qua máy biến áp T1 với công suất 60MVA (Y/Y0 tự ngẫu) biến đổi điện áp 110kV xuống 22kV qua thanh cái 22kV của trạm vật cách qua máy cắt đường dây 481, 485, 487, 483 cấp về thanh cái 22kV của khu công nghiệp Nomura. Thanh cái 22kV của khu Công nghiệp Nomura là 1 hệ thống liên lạc là ngoài nguồn được cung cấp từ EVN thì khu công nghiệp có nguồn dự phòng là nguồn trạm phát với 9 tổ máy. 1.3.3. Sự cố Với máy phát dự phòng SG đảm bảo cho toàn bộ khu công nghiệp hoạt động liên tục khi các máy phát gặp sự cố hay bảo dưỡng định kỳ. Tổ hợp diezel lai máy phát đồng bộ NTAKL – SEK có các thông số sau + P = 400 kW + U = 400/220V + f = 50Hz + I = 722A * Sơ đồ cung cấp điện Sơ đồ điện nguyên lý trạm phát dự phòng PU biểu diễn trên hình 1.4 13
Hình 1.4. Sơ đồ trạm phát dự phòng PU 14
* Chức năng các phần tử chính - Cầu dao chính 52 PU – MCCB – ÉH800 – 3P – VB có: + U = 440V + S = 50kVA + I = 800A - Cầu dao liên động DBPU – 6BE – N480 – A có: + U = 660V + I = 800A - Cầu dao BBNCA – 4PS1 nối liên động với cầu dao ACB – 52LVB có: + U = 660 + I = 800A * Thao tác Máy dự phòng SG với công suất nhỏ có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho khu công nghiệp khi một trong hai tổ máy gặp sự cố thông qua cầu dao chính 52PU – ESH 800 Giả sử các máy (SG1 SG4) gặp sự cố, phải ngắt ra khỏi hệ thống, để đảm bảo các tải của khu công nghiệp hoạt động liên tục thì cầu dao chính 52PU đóng lại đồng thời cầu dao liên động BBMA đóng lại đảm bảo cấp nguồn cho các phụ tải của khu công nghiệp theo lộ A. Khi BBMA đóng thì cầu dao ACP ngắt, máy biến án STRA ra khỏi hệ thống, Ngừng cấp điện cho khu công nghiệp theo thanh cái A (BUSA) Lúc đó các tải bên lộ B vẫn hoạt động bình thường với nguồn được cấp từ máy biến áp STRB Tương tự trường hợp khi SG6 SG9 gặp sự cố. Máy cắt DBPU đóng tiếp điểm phía bên B cầu dao liên động BBMCP đóng lại cấp nguồn cho các phụ tải phía bên B, cầu dao ACP ngắt nguồn, từ máy biến áp STRB tới các phụ tải phía lộ B 15
1.4. CHẾ ĐỘ ĐIỀU ĐỘ CỦA TRUNG TÂM KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA Nhiệm vụ, chức năng của trung tâm điều độ - Cung cấp điện an toàn, liên tục. - Đảm bảo sự hoạt động ổn định của toàn bộ hệ thống điện, chất lưọng điện năng - Đảm bảo hệ thống điện vận hành kinh tế nhất 1.4.1. Vận dụng lưới điện 110kV Hiện nay do nhiều yếu tố khách quan nên trạm phát điện của khu công nghiệp đã ngừng khai thác điện để bán ,trong điều kiện bình thường thì khu công nghiệp sử dụng nguồn điện được lấy từ lưới điện quốc gia cấp điện áp 110kV, sau đó hạ điện áp xuống 22kV cấp về thanh cái của khu công nghiệp. 1.4.2. Sử dụng máy phát 6,6kV Khi gặp sự cố về lưới EVN, nguồn lưới điện quốc gia bị mất hoặc phải giảm tải, ngay lập tức 2 tổ máy phát với 9 máy phát điện 6,6 kV được vận hành, cấp điện đến hai máy biến áp tăng áp công suất 31,25 MVA có cấp biến đổi 6,6/22kV cấp đến thanh cái của khu công nghiệp, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho toàn hệ thống. 1.4.3. Trạm biến áp Khu công nghiệp có trạm biến áp với 2 cấp điện áp : Máy biến áp MTR-A và MTR-B với công suất 31,25 MVA mỗi máy biến đổi điện áp 6,6kV lên 22kV cấp cho thanh cái 22kV . Máy biến áp STR-A và STR-B với công suất 1500kVA mỗi máy biến đổi điện áp từ 6,6kV xuống 0,4kV cấp điện cho hệ thống 0,4kV . 16
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA 2.1. BẢNG PHÂN PHỐI ĐIỆN CHÍNH CHO KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA IPP EMERGENCY EVN E29 vËt c¸ch 171 - 7 HFA5 479 HFA1 HFA2 HFA3 HFA4 HFA6 HFA7 HFA8 HFA9 22 KV 131 22 kv HBC 22 KV 110 KV T 160 MVA 22 KV 22 KV/6,6KV 31,25 MVA 31,25 MVA 431 - 3 431 BCA BCB 6,6 KV 6,6 kv 22 kv 481 485 487 483 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 H×nh 2.1. S¬ ®å ph©n phèi ®iÖn chÝnh khu c«ng nghiÖp 17
Toàn bộ nguồn điện lấy từ EVN cho khu công nghiệp Nomura được lấy từ thanh cái 110kV của trạm 220kV Vật cách qua Máy biến áp T1 với công suất 60MVA(Y/Y0 tự ngẫu), biến đổi điện áp 110kV xuống 22kV cấp vào thanh cái 22kV vật cách qua máy cắt đường dây 431 cấp về thanh cái 22kV của khu công nghiệp. Thanh cái 22kV của khu công nghiệp Nomura là hệ thống một thanh góp có máy cắt liên lạc 483 là nguồn ngoài được cung cấp từ EVN. Khi nguồn chính bị sự cố, thì Khu công nghiệp có nguồn dự phòng được lấy từ nguồn Trạm phát qua máy cắt 479. Nguồn của trạm phát IPP với 9 tổ máy có cấp điện áp là 6,6kV và được cấp đến 2 máy biến áp tăng áp có công suất là 31,25 MVA cấp biến đổi là 6,6/22 kV và cấp đến thanh cái 22kV của Khu công nghiệp. Khi mất điện đường dây từ lưới EVN thì điều độ viên có lệnh tách dao cách ly 431 ra khỏi lưới EVN và lệnh khởi động các máy phát từ G1 ÷ G9 để cung cấp điện áp 22 kV trở lại cho thanh cái 22kV của khu công nghiệp. Trường hợp một trong hai tổ máy phát gặp sự cố thì trạm phát dự phòng PU được vận hành để đảm bảo cấp điện cho khu công nghiệp là liên tục . 2.2. CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ VÀ ĐO LƢỜNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA 2.2.1. Một số phần tử bảo vệ a. Máy cắt khí SF6 22kv + Các thông số kỹ thuật : Tần số định danh : 50 Hz Điện áp danh định tối đa : 24 kV Dòng điện danh định : 10 kA Điện áp xung đầu sóng danh định : 125 kV Chu kì làm việc ngắn mạch danh định : Co – 30 phút –Co Dòng điện ngắn mạch danh định đối xứng : 100 kA 18
Thànhphần dòng điện một chiều của dòngdanhđịnh: 70% Dòng điện không đối xứng cực đại : 274 kA Dòng ở thời gian ngắt dòng khi : 100 kA.1s Dòng chuyển mạch (đóng-ngắt) không pha được ấn định: 50 kA Số lần ngắt (gián đoạn) : 3,5 chu kì Áp suất khí SF6 báo tín hiệu áp suất kém : 6,4 bar Áp suất khí SF6 của máy cắt đầu cực ở 200C: 7,5 bar Áp suất khí SF6 không cho máy cắt cắt:6 bar Thời gian cắt của máy cắt : 41,4 ms Thời gian đóng của máy cắt : 74,8 ms Áp lực dầu thủy lực: 350<p<370 bar (ở 20oC) Tổng trọng luợng của cơ cấu đóng - ngắt của máy cắt: 5780 kg + Nguyên lý làm việc: * Nạp lò xo: Lò xo được nạp thông qua trục nạp và sự liên kết thanh truyền ®éng bởi bánh răng và nạp động cơ khi sự nạp đã hoàn thành, trục nạp được tách ra từ bánh răng bởi phương tiện chốt và được chốt trở lại bởi chốt đóng. Lò xo bây giờ đã được nạp cho sự thao tác đóng và đạt tới mức độ sẵn sàng để đóng. * Đóng MC : Khi có lệnh đóng truyền đến cuộn đóng ,chốt đóng được nhả ra. Năng lượng thông qua các bộ phận giải phóng lò xo qua đĩa cam tới đòn bẩy, thanh nối, thanh thao tác cơ cấu, tay quay mô men và thanh thao tác và chuyển tới khối ngắt. Sự chuyển động này được truyÒn từ cột cực giữa đến 2 cột cực khác bằng cặp liên kết. Để quá trình đóng được hoàn tất đòn bẩy được đóng chặt với chốt cắt. Máy cắt bây giờ trong trạng thái được đóng và vì vậy sẵn sàng để cắt hẳn. Bộ giảm xóc đóng hạn chế sự vượt quá năng lượng của lò xo đóng và ngăn cản dao động qua lại của trục nạp. 19
Lò xo đóng được hoàn toàn nạp lại trong vòng nhỏ hơn 15s .Một sự ngõng hẳn cơ khí ngăn chặn sự bẻ ngược lên trên của cơ cấu thao tác trước khi thao tác cắt *Cắt MC: Khi có lệnh cài đặt được truyền đến cuộn dây cắt, chốt cắt được tách ra, các tiếp điểm của khối ngắt được tách ra bởi lò xo cắt thông qua thanh liên kết, thanh thao tác cơ cấu và cặp liên kết. Ở vị trí đóng của MC, lò xo đóng ở trong trạng thái được nạp, điều này có nghĩa là MC sẵn sàng để thực hiện chuỗi đóng cắt C – Đ – C * Nguyên lý dập hồ quang của khối cắt: - Giai đoạn đầu tiên trong quá trình cắt, tiếp điểm chính được mở .Tiếp điểm hồ quang tĩnh và tiếp điểm hồ quang động vẫn được đóng vì vậy dòng điện có thể trao đổi với nhau tới điểm hồ quang. - Trong khoảng thời gian tiếp điểm của thao tác cắt tiếp điểm hồ quang mở tạo ra hồ quang. Tại cùng thời điểm này, xi lanh nhiệt di chuyển xuống phía dưới và nén thông qua van 1 chiều khí nén vào trong xi lanh nhiệt và thông qua các khe hở giữa tiếp điểm hồ quang động và vòi dập hồ quang. Như vậy hồ quang đã được dập tắt. - Đối với các dòng điện ngắn mạch lớn khí trong buồng dập hồ quang được nung nóng lên bởi nhiệt với áp suất cao. Khi dòng điện chuyển về không khí thổi quay thông qua vòi phun và dập hồ quang b. Máy cắt chân không VCB Điện áp danh định:7.2kV Dòng điện danh định:1200A Dòng ngắt mạch danh định:25KA Dòng chịu cao nhất danh định:40KA Dòng cắt danh định khi cắt cáp không tải: 11A Cấu tạo : + Ngăn trên : chứa toàn bộ mạch điều khiển, mạch đo đếm bao gồm : nút ấn đóng, nút ấn mở, đèn báo sự cố, đèn báo trạng thái máy cắt 20
đóng mở đồng hồ ampe, rơle điện tử quá dòng và chạm đất 50/51ABCN, oát kế 3 pha . + Ngăn giữa : bao gồm toàn bộ phần cơ truyền động đóng mở máy cắt hộp chân không chứa bộ tiếp điểm máy cắt, bộ truyền động đưa máy cắt ra khỏi vị trí hiện hành . Ngăn dưới : gồm đầu cáp lực dẫn điện 6.6kV, biến dòng điện, bộ truyền động dao tiếp đất . c. Chống sét van Là thiết bị sử dụng để bảo vệ thiết bị và trạm chống lại quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng mở. Ở cấp điện áp 22 kV dùng chống sét van loại oxit kẽm, kèm theo máy đếm sét . Điện áp định mức 21 kV. Điện áp làm việc liên tục lớn nhất 16,8 kV. Dòng điện phóng định mức (sóng 8/20µs) : 10 kA d. Rơle Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ .Thuật ngữ rơle theo ý nghĩa ban đầu của nó dùng để chỉ tác động chuyển mạch, chuyển trạng thái . Một phần tử rơle nhận một (X) hay một số (X1,X2,X3, ) tín hiệu đầu vào thường là những tín hiệu tương tự, biến đổi và so sánh tín hiệu này với ngưỡng tác động để cho tín hiệu đầu ra (Y) dưới dạng các xung rời rạc với hai trạng thái logic 0 và 1 . Những chiếc rơle đầu tiên được chế tạo trên nguyên lý điện cơ, ngày nay thuật ngữ rơle dùng để chỉ tập hợp các thiết bị tự động, để làm nhiệm vụ chuyển mạch trong hệ thống . Cuối thế kỉ 19 rơle được bắt đầu sử dụng để bảo vẹ các phần tử trong hệ thống điện dưới dạng cơ cấu điện từ tác động trực tiếp lắp đặt sẵn ở máy 21
cắt điện. Tuy nhiên chỉ đến thế kỉ 20, khi các hệ thống điện đã phát triển rơle mới được sư dụng rộng rãi. Có một số mốc thời gian đáng lưu ý : - Năm 1901 : xuất hiện rơle cảm ứng dòng điện - Năm 1908 : rơle bảo vệ so lệch dòng điện - Năm 1910 : rơle hướng công suất và bảo vệ quá dòng có hướng - Đầu những năm 20 : rơle bảo vệ khoảng cách - Cuối những năm 20 : bảo vệ dùng tín hiệu tần số cao truyền theo dây dẫn của mạch điện được bảo vệ (PLC) - Những năm 60 : rơle tĩnh (không có tiếp điểm động) điện tử và bán dẫn - Những năm 70: rơle số, hệ thống kĩ thuật dùng kĩ thuật vi xử lý và máy tính. - Ngày nay : xu hướng chuyển sang kĩ thuật số 2.2.2. Một số phần tử đo lƣờng a. Máy biến dòng TI Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện thường có trị số lớn không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đôhặc rơle và các thiết bị tự động khác vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng và máy biến điện áp. Máy biến dòng làm nhiệm vụ cách ly mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp và đảm bảo dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn khi dòng điện sơ cấp danh định có thể là khác nhau. Đối với một số thiết bị đo lường và bảo vệ làm việc theo góc pha của dòng điện cần phải nối đúng đầu các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng . b. Máy biến áp đo lường TU Máy biến điện áp làm nhiệm vụ giảm điện áp cao phía sơ cấp xuống điện áp thứ cấptiêu chuẩn 100 hoặc 110v và cách ly mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp. máy biến điện áp làm việc giống như các máy biến áp lực 22
có công suát bé chỉ khác ở chỗ là được thiết kế sao cho đảm bảo được độ chính xác cần thiết khi phụ tải phía thứ cấp của TU có thể thay đổi trong giới hạn rộng. Dòng điện kích từ trong BU tính ở đơn vị tương đối danh định có thể lớn hơn nhiều dòng điện kích từ trong máy biến áp thông thường . Các biến áp đo lường và biến dòng này dùng để cung cấp tín hiệu dòng và áp cho hệ thống dụng cụ đo lường và xử lý tín hiệu. Ngoài TU và TI thì còn rất nhiều thiết bị phục vụ cho vấn đề bảo vệ và đo lường trong hệ thống điện khu công nghiệp Nomura như các loại rơle, các đồng hồ đo tấn số, điện áp, dòng điện,công suất, dao cách ly , 2.3. KĨ THUẬT VẬN HÀNH CỦA TRUNG TÂM ĐIỀU ĐỘ KHU CÔNG NGHIỆP 2.3.1. Quy định đối với điều độ viên - Điều độ viên phải trải qua một thời gian học tập quy trình, tìm hiểu tình hình vạn hành của hệ thống điện khu công nghiệp . - Nắm rõ hoạt động của hệ thống điện khu công nghiệp. - Nắm rõ và luôn tuân thủ đúng quy trình vận hành của trạm đúng với trách nhiệm và quyền hạn của điều độ viên. 2.3.2. Vận hành trạm phát điện Điều độ viên luôn quan sát thông số của hệ thống điện và điều chỉnh thông số phù hợp trong quyền hạn cho phép của điều độ viên . Xảy ra sự cố vượt quyền hạn của điều độ viên thì điều độ viên phải nhanh chóng báo lên cấp trên để xử lý kịp thời . 2.3.3. Vận hành trạm biến áp Thực hiện thao tác máy cắt điện và dao cách ly cần phải tôn trọng các thứ tự theo quy trình vận hành của trạm .  Đóng đường đây cung cấp điện : Đóng dao cách ly thanh cái Đóng dao cách ly đường dây 23
Đóng máy cắt điện  Mở đường dây cung cấp điện : Mở máy cắt điện Mở dao cách ly đường dây Mở dao cách ly thanh cái 24
CHƢƠNG 3: ĐO LƢỜNG VÀ BẢO VỆ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA 3.1. BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA 3.1.1. Bảo vệ đƣờng dây trên không Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các đường dây tải điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố như : đường dây trên không hay dây cáp, chiều dài đường dây, phương thức nối đất của hệ thống, công suất truyền tải và tầm quan trọng của đường dây, số mạch truyền tải và vị trí của đường dây trong cấu hình của hệ thống, cấp điện áp của đường dây Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện là ngắn mạch (nhiều pha hoặc một pha) chạm đất 1 pha (trong lưới điện có trung điểm cách điện ), quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác ), đứt dây và quá tải. Để bảo vệ các đường dây người ta dùng các loại bảo vệ : - Bảo vệ quá dòng điện - Bảo vệ khoảng cách - Bảo vệ so lệch dòng a. Bảo vệ quá dòng điện Từ nguyên tắc chọn dòng khởi động để đảm bảo tính chọn lọc ta thấy vùng tác động của bảo vệ không thể bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo trị số của dòng ngắn mạch qua bảo vệ tức là thay đổi theo dạng ngắn mạch và theo chế độ vận hành của hệ thống . Để ngăn chặn bảo vệ cắt nhanh làm việc sau khi có sét đánh vào đường dây (khi ấy các van chống sét làm việc, tháo dòng điện sét gây ngắn mạch tạm thời) hoặc khi đóng các máy biến áp đầu vào đường dây (dòng điện kích từ không tải của máy biến áp có thể vượt quá trị số đặt của bảo vệ cắt nhanh ), thông thường người ta cho bảo vệ làm việc với đo trễ khoảng 50-80 mh giây. Với lưới điện có trung điểm nối đất trực tiếp đẻ chống cả ngắn mạch một pha người ta sử dụng sơ đồ ba máy biến dòng và ba rơle nối hình sao đầy đủ, hoặc ba máy biến dòng nối theo bộ lọc thứ tự không và một rơle dòng điện phản ứng theo dòng thứ tự không I0 . 25
Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không thường có độ nhạy cao hơn và vùng bảo vệ ổn định hơn khi chế độ vận hành của hệ thống thay đổi . Ở lưới điện có trung điểm cách điện co thể sử dụng sơ đồ bảo vệ cắt nhanh với hai máy biến dòng và hai rơle nối hình chữ V . Đối với các đường dây có hai nguồn cung cấp nếu bảo vệ cắt nhanh đặt ở hai đầu đường dây không có bộ phận định hướng công suất thì dòng điện khởi động ở cả hai đầu phải chọn theo dòng ngắn mạch lớn nhất xảy ra trên một trong hai thanh góp đường dây . b. Bảo vệ so lệch dòng Ngày nay ở Việt Nam bảo vệ so lệch dòng điện không chỉ sử dụng để bảo vệ máy phát, máy biến áp mà nó đã được sử dụng khá phổ biến để bảo vệ lưới truyền tải. Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ so lệch dòng điện các hãng chế tạo rơle số đã phát minh ra loại rơle so lệch dòng điện có hãm, cộng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống truyền tín hiệu mà loại rơle này đã dần khắc phục được các nhược điểm cơ bản của mình bằng phương pháp so sánh tín hiệu dòng điện ở hai đầu ĐZ thông qua các I1SI2Sthiết bị truyền tin thay cho việc dùng dây dẫn phụ. Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm 26
Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động vì vậy gọi là bảo vệ so lệch dòng . Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bởi vị trí đặt của hai tổ máy biến dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh . c. Bảo vệ khoảng cách Nguyên lý bảo vệ khoảng cách (hoặc nguyên lý do tổng trở) được dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay mất (thiếu) kích từ . Đối với các hệ thống truyền tải, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự cố. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỉ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ tới chỗ ngắn mạch . Nguyên lý đo tổng trở thường được sử dụng đo kết hợp với các nguyên lý khác như quá dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện nhưng bảo vệ đa chức năng hiện đại . Nguyên lý đo tổng trở có thể được sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồn với hình dang bất kì 27
Đi cắt máy cắt 431 Máy cắt 431 Đi cắt máy cắt Đi ngừng MPĐ CT Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách - Nguyªn lý lµm viÖc cña b¶o vÖ : Khi x¶y ra ng¾n m¹ch ngoµi ®èi xøng (nh• ng¾n m¹ch ba pha trong cuén d©y cña m¸y biÕn ¸p MTR-A mµ c¸c b¶o vÖ cña m¸y biÕn ¸p kh«ng lµm viÖc). Khi ®ã biến dßng thø cÊp CT t¨ng lªn rÊt lín lµm cho bé b¶o vÖ 1PC t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm. §•a nguån ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm cña bé r¬le 1PC ®Õn cuén d©y cña r¬le trong bé r¬le kho¶ng c¸ch AKZ. R¬le t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®•a ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm ®Õn cuén d©y cña r¬le thêi gian KT13. R¬le KT13 cã ®iÖn t¸c ®éng víi 2 cấp thêi gian : + Cấp 1 : Sau 7,5s, r¬le KT13 t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®•a ®iÖn (+) qua tiÕp ®iÓm KT13, ®Õn cuén d©y cña r¬le tÝn hiÖu KH15, ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL10. R¬le trung gian KL10 cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm, ®•a ®iÖn ®Õn cuén c¾t cña c¸c m¸y c¾t . + Cấp 2 : Sau 8s, r¬le thêi gian KT13 t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm sè 1 vµ sè 3. Qua tiÕp ®iÓm KT13 sè 1 ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL11. R¬le KL11 cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm vµ ®i c¾t c¸c m¸y c¾t ; c¾t 28
dËp tõ kÝch thÝch m¸y ph¸t ®iÖn. Qua tiÕp ®iÓm KT13 sè 3 ®Õn cuén d©y cña r¬le tÝn hiÖu KH16, tõ cuén d©y cña r¬le KH16 ®Õn cuén d©y cña r¬le trung gian ®Çu ra lµ KL13. R¬le trung gian nµy cã ®iÖn t¸c ®éng khÐp tiÕp ®iÓm ®i ngõng lß vµ m¸y ph¸t ®iÖn. 3.1.2. Bảo vệ máy phát điện a. Bảo vệ so lệch dọc máy phát điện Hình 3.3: Sơ đồ bảo vệ so lệch dọc cuộn stator MFĐ; sơ đồ tính toán (a) và theo mã số (b) Trong đó: Rf: dùng để hạn chế dòng điện không cân bằng (IKCB), nhằm nâng cao độ nhạy của bảo vệ. 1RI, 2RI, 4Rth: phát hiện sự cố và đưa tín hiệu đi cắt máy cắt đầu cực máy phát không thời gian (thực tế thường t ≈ 0,1 sec). 3RI, 5RT: báo tín hiệu khi xảy ra đứt mạch thứ sau một thời gian cần thiết (thông qua 5RT) để tránh hiện tượng báo nhầm khi ngắn mạch ngoài mà tưởng đứt mạch thứ. 29
Vùng tác động của bảo vệ là vùng giới hạn giữa các BI nối vào mạch so lệch. Cụ thể ở đây là các cuộn dây stator của MFĐ, đoạn thanh dẫn từ đầu cực MFĐ đến máy cắt. Nguyên lý làm việc: Bảo vệ so lệch dọc hoạt động theo nguyên tắc so sánh độ lệch dòng điện giữa hai đầu cuộn dây stator, dòng vào rơle là dòng so lệch: IR = I1T - I2T = ISL (3.1) Với I1T, I2T là dòng điện thứ cấp của các BI ở hai đầu cuộn dây. Bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, dòng vào rơle 1RI, 2RI là dòng không cân bằng IKCB: ISL = I1T - I2T = IKCB IKĐR (3.3) Trong đó: - IN: dòng điện ngắn mạch. - nI: tỉ số biến dòng của BI Bảo vệ tác động đi cắt 1MC đồng thời đưa tín hiệu đi đến bộ phận tự động diệt từ (TDT). Trường hợp đứt mạch thứ của BI, dòng vào rơle là: IR= IF/nI (3.4) b. Bảo vệ khoảng cách máy phát Đối với các MFĐ công suất lớn người ta thường sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch (hình 3.4). 30
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý (a); đặc tính thời gian (b) và đặc tuyến khởi động (c) của bảo vệ khoảng cách cho MFĐ Vì khoảng cách từ MBA đến máy cắt cao áp khá ngắn, để tránh tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài MBA, vùng thứ nhất của bảo vệ khoảng cách được chọn bao gồm điện kháng của MFĐ và khoảng 70% điện kháng của MBA tăng áp (để bảo vệ hoàn toàn cuộn hạ của MBA), nghĩa là: ZIkđ = ZF + 0,7.ZB (3.5) Thời gian làm việc của vùng thứ nhất thường chọn tI = (0,4 ÷ 0,5) sec Vùng thứ hai thường bao gồm phần còn lại của cuộn dây MBA, thanh dẫn và đường dây truyền tải nối với thanh góp liền kề. Đặc tuyến khởi động của rơle khoảng cách có thể có dạng vòng tròn với tâm ở góc toạ độ hoặc hình bình hành với độ nghiêng của cạnh bên bằng độ nghiêng của véctơ điện áp UF. c. Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây stato Chạm đất trong cuộn dây stato là loại sự cố bên trong thường gặp ở máy phát điện. Mạng điện áp máy phát thường làm việc với trung tính không nối đất nên dòng điện chạm đất không lớn đặc biệt đối với máy phát điện nối hợp bộ với máy biến áp. Trong trường hợp này bảo vệ chỉ cần tác động cảnh báo vì dòng điện chạm đất trong bộ bé . 31
Những máy phát điện nối với thanh góp điện áp máy phât thường có công suất bé và sơ đồ bảo vệ thường dựa trên nguyên lý làm việc theo chê độ hoặc hướng dòng điện chạm đất . Một phương án khác để thực hiện bảo vệ chống chạm đất cuộn stato máy phát điện có trung điểm không nối đất hoặc nối đất qua điện trở lớn làm việc trực tiếp với thanh góp điện áp máy phát . Trong phương án này người ta sử dụng thiết bị tạo thêm tải thứ tự không, tải này sẽ được đưa vào làm việc khi có chạm đât và làm tăng thành phần tác dụng của dòng điện sự cố lên khoảng 10A, tạo điều kiên thuận lợi cho việc xác định hướng dòng điện . Với các máy phát điện công suất lớn người ta phải yêu cầu phải bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất để ngăn chặn để ngăn chặn khả năng chạm đất ở vùng gần trung điểm của cuộn đâyo các nguyên nhân cơ học . d. Bảo vệ chống mất kích từ Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư hỏng trong mạch kích thích, hư hỏng trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp Khi máy phát điện bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ gây phát nóng cục bộ ở stato và roto. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên cuộn dây roto gây nguy hiểm cho cách điện cuộn dây . Ở chế độ vận hành bình thường, máy phát điện đồng bộ làm việc với sức điện động E cao hơn điện áp đầu cực máy phát UF (chế độ quá kích thích, đưa công suất phản kháng Q vào hệ thống, Q > 0). Khi máy phát làm việc ở chế độ thiếu kích thích hoặc mất kích thích, sức điện động E thấp hơn điện áp UF, máy phát nhận công suất phản kháng từ hệ thống (Q < 0). Như vậy khi mất kích từ, tổng trở đo được đầu cực máy phát sẽ thay đổi từ Zpt (tổng trở phụ tải nhìn từ phía máy phát) nằm ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng tổng trở phức sang ZF (tổng trở của máy phát nhìn từ đầu cực của nó trong chế độ Q < 0) nằm ở góc phần tư thứ tư trên mặt phẳng tổng trở phức . 32
Hình 3.5. Khi xảy ra mất kích từ, điện kháng của máy phát sẽ thay đổi từ trị số ’ Xd (điện kháng đồng bộ) đến trị số X d (điện kháng quá độ) và có tính chất dung kháng. Vì vậy để phát hiện mất kích từ ở máy phát điện, chúng ta có thể ’ sử dụng một rơle điện kháng cực tiểu có X d a) tương ứng với các điểm A và B trên đặc tính điện kháng khởi động . Khi mất kích từ, dòng điện chạy vào máy phát mang tính chất dung và vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 900. Hiệu dòng điện các pha B và C thông qua biến dòng cảm kháng BIG tạo nên điện áp phía thứ cấp UD vượt trước dòng điện IBC một góc 900. Như vậy góc lệch pha giữa hai véctơ điện áp UD và UBC là 1800 . 33
Điện áp đưa vào các bộ biến đổi dạng sóng (hình sin sang hình chữ nhật) S1 và S2 tương ứng bằng: U1=a.UBC−UD (3.6) U2=b.UBC−UD (3.7) Góc lệch pha α giữa U1 và U2 sẽ được kiểm tra. Ở chế độ bình thường α = 00, rơle không làm việc. Khi bị mất kích từ α = 1800, rơle sẽ tác động. Góc khởi động được chọn khoảng 900. Các hệ số a, b được chọn (bằng cách thay đổi đầu phân áp của BUG) sao cho các điểm A và B trên hình 1.34b thoả mãn điều kiện: b.UBC>UD>a.UBC (3.8) e. Bảo vệ chống quá điện áp Điện áp đầu cực máy phát điện có thể tăng cao quá mức cho phép khi có trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hoặc khi máy phát bị mất tải đột ngột . Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể gây tác hại cho cách điện của cuộn dây, các thiết bị đấu nối ở đầu cực máy phát, còn đối với các máy phát làm việc hợp bộ với MBA sẽ làm bão hoà mạch từ của MBA tăng áp, kéo theo nhiều tác dụng xấu . Bảo vệ chống quá điện áp ở đầu cực máy phát thường gồm hai cấp . I I * Cấp 1 (59 ) với điện áp khởi động: UKĐ59 = 1,1UFđm (điện áp định mức MFĐ). Cấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh kích từ để giảm kích từ của máy phát. II II * Cấp 2 (59 ) với điện áp khởi động: UKĐ59 = (1,3÷1,5)UFđm. Cấp 2 làm việc tức thời, tác động cắt MC ở đầu cực máy phát và tự động diệt từ trường của máy phát. f. Bảo vệ so lệch ngang máy phát Các vòng dây của MFĐ chập nhau thường do nguyên nhân hư hỏng cách điện của dây quấn. Có thể xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một nhánh (cuộn dây đơn) hoặc giữa các vòng dây thuộc hai nhánh khác nhau trong 34
cùng một pha, dòng điện trong các vòng dây bị chạm chập có thể đạt đến trị số rất lớn. Đối với máy phát điện mà cuộn dây stator là cuộn dây kép, khi có một số vòng dây chạm nhau sức điện động cảm ứng trong hai nhánh sẽ khác nhau tạo nên dòng điện cân bằng chạy quẩn trong các mạch vòng sự cố và đốt nóng cuộn dây có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng. Trong nhiều trường hợp khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha nhưng BVSLD không thể phát hiện được, vì vậy cần phải đặt bảo vệ so lệch ngang để chống dạng sự cố này. Hình 3.6: Bảo vệ so lệch ngang có hãm (a) và đặc tính khởi động (b) Đối với MFĐ công suất vừa và nhỏ chỉ có cuộn dây đơn, lúc đó chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha thường kèm theo chạm vỏ, nên bảo vệ chống chạm đất tác động (trường hợp này không cần đặt bảo vệ so lệch ngang). Với MFĐ công suất lớn, cuộn dây stator làm bằng thanh dẫn và được quấn kép, đầu ra các nhánh đưa ra ngoài nên việc bảo vệ so lệch ngang tương đối dễ dàng. Người ta có thể dùng sơ đồ bảo vệ riêng hoặc chung cho các pha. Sơ đồ bảo vệ riêng cho từng pha Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài, sức điện động trong các nhánh cuộn dây stator bằng nhau nên I1T = I2T. Khi đó: |IH| = |I1T + I2T| = 2.I1T ISL =|ILV|=|I1T - I2T| = IKCB ⇒ IH > ILV nên bảo vệ không tác động 35
Khi xảy ra chạm chập giữa các vòng dây của hai nhánh khác nhau cùng một pha, giả thiết ở chế độ máy phát chưa mang tải, ta có: I1T = -I2T |IH| = |I1T - I2T| = IKCB | ILV|= |I1T + I2T| = 2.I1T (1-26) ⇒ ILV> IH nên rơle tác động cắt máy cắt đầu cực máy phát. Hình 3.6: Sơ đồ bảo vệ so lệch ngang theo mã số Sơ đồ bảo vệ chung cho các pha Trong sơ đồ BI được đặt ở giữa hai điểm nối trung tính của 2 nhóm nhánh của cuộn dây stator, thứ cấp của BI nối qua bộ lọc sóng hài bậc ba L3f dùng để giảm dòng không cân bằng đi vào rơle. Hình 3.7: Sơ đồ bảo vệ so lệch ngang cho các pha MFĐ, sơ đồ tính toán (a) và theo mã số (b) 36
CN: cầu nối, bình thường CN ở vị trí 1 và bảo vệ tác động không thời gian. Khi máy phát đã chạm đất 1 điểm mạch kích từ (không nguy hiểm), CN được chuyển sang vị trí 2 lúc đó bảo vệ sẽ tác động có thời gian để tránh tác động nhầm khi chạm đất thoáng qua điểm thứ 2 mạch kích từ. Nguyên lý hoạt động: Bảo vệ hoạt động trên nguyên lý so sánh thế V1 và V2 của trung điểm O1 và O2 giữa 2 nhánh song song của cuộn dây. * Ở chế độ bình thường hoặc ngắn mạch ngoài: U12 = V1 - V2 ≈ 0 nên không có dòng qua BI do đó bảo vệ không tác động (cầu nối ở vị trí 1). * Khi xảy ra chạm chập 1 điểm mạch kích từ, máy phát vẫn được duy trì vận hành nhưng phải chuyển cầu nồi sang vị trí 2 để tránh trường hợp bảo vệ tác động nhầm khi ngắn mạch thoáng qua điểm thứ 2 mạch kích từ. * Khi sự cố (chạm chập giữa các vòng dây): U12 = V1 - V2 ≠ 0 nên có dòng qua BI bảo vệ tác động cắt máy cắt. 3.1.3. Bảo vệ máy biến áp a. Bảo vệ so lệch dòng điện Khác với bảo vệ so lệch của máy phát điện, dòng điện sơ cấp ở hai phía của máy biến áp thường khác nhau về trị số và về góc pha. Vì vậy để cân bằng dòng điện thứ cấp ở hai phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình thường người ta sử dụng máy biến dòng trung gian BIG có tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỉ số biến đổi được chọn sao cho các dòng điện đưa vào so sánh trong rơle so lệch có trị số gần bằng nhau. Hình 3.8 Một đặc điểm nữa của bảo vệ so lệch máy biến áp là dòng điện từ hóa của máy biến áp sẽ tạo nên dòng không cân bằng chạy qua rơle. Trị số quá độ 37
của dòng không cân bằng này có thể rất lớn trong chế độ đóng máy biến áp không tải hoặc cắt ngắn mạch ngoài. Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp người ta sử dụng dòng điện từ hóa của biến áp. Ngoài ra, tùy theo tổ đấu dây của máy biến áp được bảo vệ cần sử dụng biện pháp để loại trừ ảnh hưởng của dòng điện thứ tự không khi trung điểm của cuộn dây máy biến áp nối đất và có ngắn mạch chạm đất xảy ra trong hêk thống. Gần đây trong các rơle so lệch hiện đại người ta có thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch . b. Bảo vệ quá dòng điện có thời gian Bảo vệ quá dòng điện có thời gian thường dùng để làm bảo vệ chính cho các máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho các máy biến áp có công suât trung bình và lớn để chống các dạng ngắn mạch bên trong và bên ngoài máy biến áp. Với máy biến áp hai cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp. Với máy biến áp nhiều cuộn dây thường mỗi phía đặt một bộ . Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo dòng danh định của biến áp có xét đến khả năng quá tải. Thời gian làm việc của bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang, phối hợp với thời gian làm việc của các bảo vệ lân cận trong hệ thống. Nếu máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía thì cần đặt bộ phận định hướng công suất ở phía nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn . c. Bảo vệ chống chạm đất cuộn dây máy biến áp Đối với MBA có trung tính nối đất, để bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây MBA có thể được thực hiện bởi rơle quá dòng điện hay so lệch thứ tự không. Phương án được chọn tuỳ thuộc vào loại, cỡ, tổ đấu dây MBA. 38
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất MBA bằng bảo vệ quá dòng điện Khi dùng bảo vệ quá dòng thứ tự không bảo vệ nối vào BI đặt ở trung tính MBA, hoặc bộ lọc dòng thứ tự không gồm ba BI đặt ở phía điện áp có trung tính nối đất trực tiếp. Đối với trường hợp trung tính cuộn dây nối sao nối qua tổng trở nối đất bảo vệ quá dòng điện thường không đủ độ nhạy, khi đó người ta dùng rơle so lệch. Bảo vệ này so sánh dòng chạy ở dây nối đất IN và tổng dòng điện 3 pha (IO). Chọn IN là thành phần làm việc và nó xuất hiện khi có chạm đất trong vùng bảo vệ. Khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ dòng thứ tự không (IO tổng dòng các pha) có trị số bằng nhưng ngược pha với dòng qua dây trung tính IN. d .Bảo vệ quá tải máy biến áp Quá tải làm tăng nhiệt độ máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp công suất bé có thể sử dụng loại bảo vệ quá dòng điện thông thường, tuy nhiên rơle quá dòng điện không htể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải . Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta thường sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này 39
phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tùy theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau : cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp . Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dàu quá thời gian quy định thì máy biến áp được cắt ra khỏi hệ thống . Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá tải Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống. e. Bảo vệ khí ngăn bằng rơle hơi Những hư hỏng bên trong thùng của máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Các máy biến áp dầu có công suất lớn hơn 500kA thường được bảo vệ bằng rơle khí có 1 cấp tác động (với máy biến áp từ 500kVA đến 5 MVA) hoặc 2 cấp tác động (lớn hơn 5 MVA ). Rơle khí thường đặttrên đoạn ống nối từ thùng dầu đến bình dẫn dầu của máy biến áp. Rơle với 2 cấp tác động gồm có 2 phao bằng kim loại mang bầu thủy tinh con có tiếp điểm thủy ngân hoặc tiếp điểm từ. Ở chế độ làm việc 40
bình thường trong bình rơle đầy dầu ,các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơle ở trạng thái hở. Khi khí bốc ra yếu (chẳng hạn ví dầu nóng do quá tải ), khí tập trung lên phía trên của bình rơle đẩy phao số 1 xuống, rơle gửi tín hiệu cấp 1 cảnh báo. Nếu khí bốc ra mạnh (chẳng hạn do ngắn mạch trong thùng dầu) luồng dầuvận chuyển từ thùng lên bình dãn dẫuô phao thứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp. Rơle khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơle hạ thấp do dầu bị rò hoặc thùng biến áp bị thủng. Để rơle khí làm việc được dễ dàng người ta tạo một độ nghiêng nhất định của ống dẫn so với mặt phẳng ngang. Góc nghiêngkhoản từ 2 đến 5o đối với rơle khí có một phao và từ 2 đến 7o đối với rơle có 2 phao. Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên của bình dầu rơle từ 100 đến 250cm3, cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơle từ 70 đến 160cm/s. Để tránh ảnh hưởng chuyển động rối của dầu qua rơle, chiều dài của đoạn ống từ thùng đến rơle phải lớn hơn 5 lần đường kính của nó và từ rơle đến bình dãn dầu phải lớn hơn 3 lần. Rơle khí có thể làm việc khá tin cậy chống tất cả các loại sự cố bên trong thùng dầu, tuy nhiên kinh nghiêm vận hành cũng phát hiện một số trường hợp tác động sai do ảnh hưởng của chấn động cơ học lên máy biến áp . Đối với máy biến áp lớn, bộ điều chỉnh điện áp dưới tải thường được đặt trong thùng dầu riêng và người ta dùng một bộ rơle khí riêng để bảo vệ cho bộ điều áp dưới tải . 3.1.4. Bảo vệ dự phòng máy cắt hỏng Máy cắt là phần tử thừa hành cuối cùng trong hệ thống bảo vệ có nhiệm vụ cắt phần tử đang mang điện bị sự cố ra khỏi hệ thống. Vì máy cắt khá đắt tiền nên không thể tăng cường độ tin cậy bằng cách đặt thêm máy cắt dự phòng làm việc song song với máy cắt chính được. Nếu máy cắt từ chối tác động thì hệ thống bảo vệ dự phòng phải tác động cắt tất cả những máy cắt lân cận với chỗ hư hỏng nhằm loại trừ dòng ngắn mạch đến chỗ sự cố. 41
Khi xảy ra sự cố, nếu bảo vệ chính phần tử bị hư hỏng gởi tín hiệu đi cắt máy cắt, nhưng sau một khoảng thời gian nào đó dòng điện sự cố vẫn còn tồn tại, có nghĩa là máy cắt đã từ chối tác động. Hình 3.11 : Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy cắt hỏng Từ hình 3.8 ta nhận thấy, khi sự cố xảy ra trên đường dây D3 nếu máy cắt MC3 làm việc bình thường thì sau khi nhận được tín hiệu cắt từ bảo vệ thì máy cắt MC3 sẽ cắt và dòng điện đầu vào của bảo vệ dự phòng sự cố máy cắt bằng không, mạch bảo vệ dự phòng sẽ không khởi động. Nếu máy cắt MC3 hỏng, từ chối tác động thì dòng điện sự cố sẽ liên tục đưa vào mạch bảo vệ dự phòng, rơle quá dòng điện được giữ ở trạng thái tác động, sau một khoảng thời gian đặt nào đó bảo vệ dự phòng hỏng MC sẽ gởi tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt nối trực tiếp với phân đoạn thanh góp có máy cắt hỏng, cũng như máy cắt ở đầu đối diện đường dây bị sự cố D3. 3.2. HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG TRONG KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA Các chức năng bảo vệ của trạm phát điện đều dựa trên số liệu từ việc đo lường các thông số của trạm phát. Nếu việc đo lường bị gián đoạn hoặc không chính xác thì hệ thống trạm phát hoạt động không ổn định, tin cậy và có thể gặp các sự cố rất nghiêm trọng. Do đó việc đo lường các thông số của trạm phát là hết sức quan trọng và có ý nghĩa đến các quyết định điều khiển, điều chỉnh của hệ thống trạm phát. Trong các thông số đó các thông số cơ bản và quan trọng nhất là : điện áp, dòng điện, tần số, công suất . 42
Các yêu cầu với đo lường - Đo lường các thông số một cách chính xác tin cậy trong mọi chế độ công tác. - Việc đo lường các thông số phải đảm bảo tính liên tục, các giá trị thông số phải phản ánh được giá trị tức thời của hệ thống. - Các thiết bị đo, mạch đo phải có độ chính xác cao, gọn nhẹ và thuận lợi cho việc đo lường . 3.2.1. Các nguyên lý đo lƣờng dùng cho mục đích bảo vệ a. Đo lường một đại lượng đầu vào Đại lượng đầu vào của X rơle thường là những đại lượng tương tự (dòng điện, điện áp, góc pha giữa dòng và áp ) được lấy từ phía thứ cấp của máy biến dòng điện và máy biến điện áp . Trị số hiệu dụng, trị số tuyệt đối hoặc trị số tức thời của đại lượng đầu vào này được so sánh với ngưỡng tác động Xkđ của rơle, còn gọi là trị số chỉnh định của rơle. Nếu đại lượng đầu vào biến thiên vượt quá (đối với loại rơle cực đại) hoặc thấp hơn (đối với loại rơle cực tiểu) ngưỡng chỉnh định thì rơle sẽ tác động. Sau khi tác động xong nếu đại lượng đầu vào biến thiên theo chiều ngược lại và vượt quá trị số Xtv, rơle sẽ trở về trạng thái ban đầu trước lúc khởi động. Xtv được gọi là ngưỡng trở về hoặc trị số trở về. Trị số khởi động và trị số trở về liên hệ với nhau qua hệ số trở về : Kv = Xtv / Xkđ Đối với các rơle điện cơ Kv ≠ 1 thông thường : + Kv = 0.85 ÷ 0.9 đối với rơle cực đại + Kv = 1.1÷ 1.15 đối với rơle cực tiểu Đối với các rơle tĩnh và rơle số : Kv ≈ 1 . Khái niệm rơle cực đại (tác động khi đại lượng đầu vào tăng) và rơle cực tiểu (tác động khi đại lượng đầu vào giảm) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rơle điện cơ (cuộn dây, lò xo, tiếp điểm). Đối với rơle tĩnh và rơle số chức 43
năng cực đại hoặc cực tiểu có thể dễ dàng đổi lẫn cho nhau bằng phép nghịch đảo tin hiệu logic đầu ra của rơle. b. So sánh nhiều đại lượng đầu vào Rơle có thể tác động trên cơ sở so sánh nhiều đại lượng đầu vào. Nhiều loại rơle hiện nay như khoảng cách, so lệch ,định hướng công suất làm việc với hai đại lượng đầu vào. Trong trường hợp tổng quát, hai đại lượng đầu vào X1 và X2 là tổ hợp của dòng điện I và điện áp U của phần tử bảo vệ : X1 = K1U + K2I (3.9) X2 = K3U + K4I (3.10) Ở đây các hệ số tỉ lệ K1, K2, K3, K4 là những hệ số phức. Tùy từng loại bảo vệ (loại rơle) có thể chọn những trị số thích hợp cho các hệ số này. Chẳng hạn, đối với rơle so lệch dòng điện, hai đại lượng dùng để so sánh là vectơ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ I1 và I2, khi ấy người ta chọn K1 = K3 = 0 và K2=K4 = 1. Đối với rơle khoảng cách hai đại lượng dùng để so sánh là điện áp chỗ đặt bảo vệ và dòng điện chạy qua phần tử được bảo vệ nên ta chọn K1 = K4 =1, K2 = K3 =0. Với các rơle theo hai đại lượng đầu vào thường người ta dùng hai nguyên lý so sánh : so sánh biên độ và so sánh pha . * So sánh biên độ Trong các rơle làm việc với hai đại lượng đầu vào, thông thường một đại lượng nào đó chẳng hạn X1 tác động theo chiều hướng làm rơle khởi động còn đại lượng kia X2 tác động theo chiều hướng ngược lại (hãm, cản trở rơle tác động) tín hiệu đầu ra Y của rơle sẽ xuất hiện khi:│X1│> │X2│ Trong đó : │X1│ tín hiệu đầu vào khởi động │X2│tín hiệu đầu vào hãm Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng điện được sử dụng trong bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách. 44
* So sánh pha So sánh pha phản ánh góc lệch pha giữa các đại lượng đầu vào, nếu góc lệch pha vượt qua (> hay <) trị số pha định trước rơle sẽ tác động. Các đại lượng tương tự đầu vào X1, X2 qua các bộ biến đổi BĐ1, BĐ2 biến thành các xung chữ nhật X1’ và X2’ với thời gian trùng pha là tK. Kiểu so sánh này gọi là so sánh thời gian trùng hợp pha . Nếu thời gian trùng hợp pha tK lớn hơn thời gian dặt tO của bộ phận thời gian sẽ xuất hiện tín hiệu đầu ra (Y = 1). Cũng có thể tiến hành so sánh cho cả nửa chu kỳ âm để tăng mức tác động nhanh của bộ phận so sánh. Để tăng độ chính xác của bộ so sánh pha, có thể tiến hành lọc và khử thành phần một chiều cũng như các sóng hài bậc cao trong các đại lượng đầu vào X1, X2 trước khi dựa vào bộ so sánh . 3.2.2. Đo dòng điện và điện áp Dòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong hệ thống điện htường có trị số lớn không thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơle và các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng co đo và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng và máy biến điện áp . Việc đo lường dòng điện và điện áp rất quan trọng trong mục đích bảo vệ của hệ thống vì vậy yêu cầu về độ chính xác của thiết bị đo là vô cùng qua trọng. a. Nguyên lý đo dòng điện và yêu cầu về độ chính xác của máy biến dòng Máy biến dòng làm nhiệm vụ các ly mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp và đảm bảo dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (5 hay1 A) khi dòng điện danh định có thể rất khác nhau. Đối với một số thiết bị đo lường và bảo vệ làm việc theo góc pha của dòng điện cần phai nối đúng đầu các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp máy biến dòng . 45
Các đầu dây của cuộn sơ cấp được ký hiệu S1 và S2 còn các cuộn thứ cấp T1 và T2. Các đầu dây được xác định theo qui tắc sau : chọn đầu S1 của cuộn sơ cấp với qui ước là khi giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp IS đi từ đầu S1 đến S2 dòng điện thứ cấp IT sẽ đi từ T2 đến T1 . Các đầu cùng tên (thường là S1 và T1) đôi khi người ta đánh dấu sao(*) hoặc nếu trên hình vẽ không ghi kí hiệu thì được hiểu là đầu cùng tên (S1 và T1 hoặc S2 và T2) nằm cạnh nhau. Các đầu dây của máy biến dòng có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm theo sơ đồ đơn giản gồm một miliammet kế có thang đo về hai phía và bộ pin (hoặc acquy) trên hình sau : Nếu các đầu dây đúng như hình vẽ thì khi ấn nút bấm kim của mA lệch về phía cực dương (+) còn khi nhả nút kim ra sẽ lệch về phía cực âm . Từ sơ đồ mạch đẳng trị của của máy biến dòng ta có thể nêu một số nhận xét như sau : - Tổng trở của phụ tải mạch thứ cấp của máy biến dòng hầu như không ảnh hưởng đến trị số của dòng điện thứ cấp . - Khi phía sơ cấp có dòng điệ, không được để hở mạch thứ cấp của BI vì khi ấy toàn bộ dòng điện phía sơ cấp sẽ chạy qua mạch kích từ với tổng trở Zμ khá lớn có thể gây nguy hiểm cho người và thiét bị phía thứ cấp . - Nếu biết được trị số của tổng trở mạch kích từ Zμ và tổng trở phụ tải Xpt thì có thể xác định được sai số về giá trị cũng như góc pha của dòng điện phiá thứ cấp cảu máy biến dòng . * Sai số máy biến dòng Chính sự có mặt của dòng điện từ hóa Iμ đã làm cho dòng điện thứ cấp IT sai khác với dòng sơ cấp sau khi tính đổi (iT = iS /n ). Dòng điện từ hóa Iμ càng lớn sai số của máy biến dòng càng cao. Người ta phân biệt : sai số về trị số dòng điện, sai số góc và sai số phức hợp . 46
- Sai số về trị số dòng điện : bằng hiệu số giữa biên độ dòng điện sơ cấp sau khi tính đổi (IS) với dòng điện thứ cấp (IT) về trị số, sai số này gần bằng thành phần Iμ của dòng điện từ hóa chiếu lên trục (trùng pha) của dòng điện thứ cấp IT . - Sai số góc : bằng góc lệch pha giữa các vectơ dòng điện sơ cấp và thứ cấp. Về trị số ,sai số góc tỉ lệ với thành phần Iμ của dòng điện từ hóa thẳng góc với trục của dòng điện thứ cấp IT . - Sai số phức hợp : sai số phức hợp của máy biến dòng được định nghĩa như trị số hiệu dụng của dòng điện thứ cấp lý tưởng với dòng điện thứ cấp thực tế, nó bao gồm cả sai số về trị số lẫn sai số về góc có xét đến ảnh hưởng của các hài bậc cao trong dòng điện từ hóa . Thường để bù sai số của máy biến đồng dòng từ hóa gây nên người ta có thể giảm bớt một vài vòng dây của cuộn thứ cấp, khi ấy dòng điện thứ cấp sẽ được tăng cao đôi chút nhờ vậy sai số về dòng điện có thể được giảm bớt . Để kiểm tra máy biến dòng khi sai số về dòng điện và góc pha đã được xác định, phụ tải BI phải có cosφ =0.8 (cảm kháng ). khi phụ tải bé hơn 5VA có thể cho phép cosφ =1 .Khi hệ số giứoi hạn theo độ chính xác càng lớn ,công suất đầu ra của BI càng cao. Chẳng hạn phụ tải ở chế độ danh định là 10 VA, với hệ số giới hạn theo độ chính xác bằng 30, ở chế độ ngắn mạch công suất đầu ra phía thứ cấp của BI có thể đạt 9000 VA. b. Nguyên lý đo điện áp và yêu cầu về độ chính xác của máy biến điện áp Phụ tải của BU cũng như phụ tải của biến áp thông thường được mắc song song nhau, tổng trở của dây nối nếu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của BU. Đầu các cuộn dây của BU cũng được đánh dấu tương tự như đã xét đối với máy biến dòng, đấu đúng dầu cuộn dây với các dụng cụ đo và thiết bị bảo vệ có ý nghĩa quan trọng khi cần xét đến góc lệch pha của các đại lượng điện . 47
BU có thể được chế tạo 3 pha (thường cho cấp điện áp U ≤ 35 kV) hoặc một pha (U > 66kV) với 1 hoặc 2 cuộn dây thứ cấp. Tùy theo điện áp mà cần thiết ở phía thứ cấp ta có thể sử dụng các loại BU khác nhau, đấu nối theo những sơ đồ khác nhau. Sơ đồ 1 sử dụng 3 BU 1 pha, 2 cuộn dây đấu Yo/Yo, ở phía thứ cấp lấy được Upha và Udây . Sơ đồ 2 sử dụng 2 BU 1 pha ,mỗi BU được nối vào điện áp dây theo hình V, phía thứ cấp nối đất ở pha giữa và có thể lấy được Udây . Sơ đồ 3 sử dụng 3 BU 1 pha hoặc 1 BU 3 pha với lõi từ có 5 trụ (2 trụ ngoài cùng không quấn dây ), 3 cuộn đấu YoYo/Δ, ở phía thứ cấp có thể lấy được Upha, Udây, và Uo (ở dầu cuộn dây nối tam giác hở ). Lõitừ với 5 trụ để đảm bảo khép kín cho từ thông thứ tự không 3Φo qua các trụ không được quấn dây .phía cuộn sơ cấp BU trung điểm phải được nối đất tạo đường đi cho dòng điện thứ tự không Io để tạo nên từ thông Φo khi có chạm đất. Khi phía sơ cấp không nối đất, phía thứ cấp ở đầu cuộn tam giác hở sẽ nhận được điện áp tỷ lệ với hài bậc 3 . Sơ đồ 4 thường được sử dụng để phất hiện chạm đất trong mạng có dòng chạm đất bé, sơ đồ sử dụng một BU, ở cuộn sơ cấp đấu vào giữa trung điểm của của máy phát điện hoặc máy biến áp, ở phía thứ cấp có thể lấy được Uo khi có chạm đất ở phía sơ cấp . Quá trình quá độ trong máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ thông thường không có ảnh hưởng đến gì lớn đến sự làm việc của thiết bị bảo vệ . Thành phần một chiều của điện áp quá độ cũng được phản ánh dễ dàng sang phía thứ cấp, hài bậc cao cũng vậy. Trong một số trường hợp có thể xảy ra cộng hưởng nếu tần số của hài bậc cao trùng với tần số công hưởng của máy biến điện áp. Khả năng công hưởng sẽ được giảm thấp nếu phụ tải phía thứ cấp là điện trở tác dụng hoặc tổn thất công suất ở phía thứ cấp khá lớn . 48
* Sai số của máy biến điện áp Sai số về trị số điện áp được tính theo công thức sau : fU = (nUUT-US)/ US *100% (3.11) Trong đó: nU – hệ số biến đổi danh định của BU, nU = Usdd/Utdd với US và UT tương ứng là trị số của điện áp đo được trên cực của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp BU . Nếu fU > 0, điện áp trên cuộn thứ cấp cao hơn điện áp danh định. Đôi khi người ta dung biện pháo thay đổi số vòng dây để điều chỉnh sai số của BU sao cho đạt được sai số dương ở phụ tải thấp và âm ở phụ tải cao . Sai số góc θU là góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp θU > 0 nếu véctơ UT được đảo chiều vượt trước véctơ US . * Bảo vệ cho máy biến điện áp Phía sơ cấp của máy biến điện áp có UScp < 66kV thường được bảo vệ bằng cầu chảy. Ở cấp điện áp cao cầu chảy không đảm bảo được dung lượng cắt ngắn mạch, vì vậy BU được nối trực tiếp vào điện áp sơ cấp. Phía thứ cấp của BU thường được bảo vệ bằng cầu chảy hoặc aptômát đặt sát phía đầu ra của BU. Khi ngắn mạch ở phía phụ tải thứ cấp dòng ngắn mạch có thể vượt gấp nhiều lần dòng thứ cấp danh định và nếu ở mạch thứ cấp của BU không đặt thiết bị bảo vệ BU có thể bị hỏng. Ngay cả trong trường hợp phía sơ cấp có đặt cầu chảy bảo vệ thì cũng không thể cắt BU ra khỏi lưới, vì khi ngắn mạch có thể dòng điện phía sơ cấp không đủ làm nổ cầu chảy . 3.2.3. Đo tần số Việc thực hiện đo tần số trong công nghiệp được thực hiện bởi các tần số kế . Độ lệch tần số khỏi trị số danh định chứng tỏ trong hệ thống điện bị mất cân bằng công suất tác dụng giữa nguồn phát với phụ tải. Tần số quá thấp 49
chứng tỏ trong hệ thống thiếu công suất tác dụng, ngược lại tần số quá cao chứng tỏ thừa công suất tác dụng . Độ sai lệch tần số có thứ nguyên mHz/MW đặc trưng cho sự ổn định và ―sức mạnh ‖ của hệ thống chống lại những biến đổi công suất tác dụng trong hệ thống. Đại lượng này càng bé chứng tỏ hệ thống càng khỏe. Vì vậy hệ thống càng lớn bao nhiêu thì thiết bị đo tần số càng phải chính xác bấy nhiêu. Khi tần số bị giảm thấp, như đã nói ở trên ,chứng tỏ công suất của nguồn điện không đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Để đưa tần số trở lại bình thường phải sa thải dần từng bước phụ tải cho đến khi lập lại được cân bằng giữa cung và cầu công suất tác dụng. Khi mất cân bằng càng lớn, tốc độ biến đổi của tần số càng nhanh, vì vậy có thể tổ chức các đợt sa thải phụ tải theo tốc độ thay đổi tần số df/dt . 3.2.4. Đo công suất Đo công suất trong mạch cao áp người ta sử dụng thêm biến áp đo lường và biến dòng . Khi mắc biến dòng và biến áp đo lường cần chú ý : - Dòng trong mạch dụng cụ đo cùng hướng với dòng điện khi không có biến áp . - Các đầu của biến áp và biến dòng phải được đánh dấu Sơ đồ nguyên lý đo công suất trong mạch 3 pha dung hai oatmet 50
- Ngắn mạch thứ cấp của biến dòng và hở mạch thứ cấp biến áp khi không sử dụng . - Nối đất mạch thứ cấp biến áp và biến dòng để đảm bảo an toàn khi đo. Kết quả đo được của dụng cụ đo nhân với hệ số biến dòng và biến áp : P = kI.kV.Uicosφ (3.12) kI,kV – hệ số biến dòng và biến áp 3.2.5. Đo tổng trở Nguyên lý đo tổng trở được dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay thiếu (mất)kích thích Đối với hệ thống truyền tải, tổng trở đo dược tại chỗ đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường (bằng thương số của điện áp chỗ đặt bảo vệ với dòng điện phụ tải)cao hơn nhiều so với tổng trở đo dược trong chế độ sự cố. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỉ lệ với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ tởi chỗ ngắn mạch . Trong chế độ làm việc bình thường ,tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ phụ thuộc vào trị số và góc pha của dòng điện phụ tải. Trên mặt phẳng phức số ở chế độ dòng tải cực đại IAmax khi cosφ của phụ tải thay đổi, mút vectơ tổng trở phụ tải cực tiểu ZAmin sẽ vẽ nên cung tròn có tâm ở gốc tọa độ của mặt phẳng tổng trở phức . Tổng trở của đường day tải điện AB được biểu diễn bằng vectơ ĐZ 51
Đối với bảo vệ khoảng cách làm việc không có thời gian, để tránh tác động nhầm khi có ngắn mạch ở đầu phần tử tiếp theo, tổng trở khởi động của bộ phận khoảng cách phải chọn bé hơn tổng trở của đường dây: Zkđ = K .ZD Hệ số K thường được chọn trong khoảng (0.8 ÷ 0.85) có xét đến sai số của máy biến dòng điện, máy biến điện áp và một số ảnh hưởng gây sai số khác. Những rơle tổng trở đã được chế tạo và sử dụng trong hệ thống điện có đặc tuyến khởi dộng rất đa dạng nhằm đáp ứng tốt hơn điều kiện vận hành của hệ thống . Ngày nay nguyên lý đo tổng trở thường được sử dụng kết hợp với các nguyên lý khác như dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện những bảo vệ đa chức năng hiện đại . Nguyên lý đo tổng trở có thể được sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồn với hình dạng bất kì .Tuy nhiên một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến số đo của bộ phận khoảng cách như sai số của máy biến điện áp, máy biến dòng điện, đien trở quá độ tại một chỗ ngắn mạch như trên đã nói, hệ số phân bố dòng điện trong nhánh bị sự cố với dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và đặc biệt là quá trình dao động điện . 3.3. ĐỌC SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN KHU CÔNG NGHIỆP NOMURA Sơ đồ cấp điện cho khu công nghiệp Nomura gồm 200 tờ với nội dung như sau : 1→ 4 : Mục lục 11 → 35 : Sơ đồ 3 dây (Three line diagram ) 36 → 45 : Sơ đồ điều khiển diezel (Engine control diagram ) 56 → 75 : Sơ đồ điều khiển đóng cắt mạch điện (Circuit breaker control diagram ) 81 → 86 : Sơ đồ mạch chỉ báo trạng thái hệ thống (Status indicating diagram ) 101 → 135 : Sơ đồ mạch báo động (Annuciation diagram ) 52
141 → 143 : Sơ đồ điều chỉnh điện áp (Voltage adjuster control diagram ) 151 → 159 : Sơ đồ điều khiển đồng bộ (Synchonuos control diagram ) 161 → 166 : Sơ đồ phân chia tải (Load control diagram ) Cách đọc đấu nối giữa các đầu dây như sau : Đầu ra : → SH - XX Đầu vào : ›— SH - XX Với XX là số trang mà đầu dây dẫn tới . Ví dụ : → SH – 10 nghĩa là đầu dây sẽ được nối tiếp đến trang 10. ›— SH – 10 nghĩa là đầu dây được đưa đến từ trang 10. Cách tìm vị trí của tiếp điểm và rơle Kí hiệu của tiếp điểm được viết như sau : Tên rơle chứa tiếp điểm (vị trí ) Ví dụ : 3_DH (186 Q) Nghĩa là tiếp điểm của rơle 3_DH ở bản vẽ 186 cột Q . Ngoài ra còn có một số kí hiệu đặc biệt sau : , được định nghĩa rõ theo từng trang, đọc đến trang nào ta thấy các biểu tượng này bằng ghi chú của trang đó. Với các tiếp điểm của rơle trong trong cùng trang thì sẽ kí hiệu là : - cột chứa rơle Ví dụ : - Q nghĩa là tiếp điểm của rơle trong cùng trang và nằm ở vị trí b cột Q . 3_ Y (36R)đóng → rơle 48PR T có điện và đặt thời gian 13 phút. Nếu sau 13 phút hệ thống chưa chuẩn bị xong thì 48PR T (116 Q)đóng → báo đèn chuẩn bị khởi động thất bại, 3_ Y (81K, L) đóng → báo đèn hệ thống đang chuẩn bị khởi động. 3_ X1(36N) đóng tự duy trì nguồn qua 3_ X1, 3_ X2, 3_ Y, 3_ X1 (36J)mở → rơle 3 ST X mất điện → ngắt đèn báo hệ thống sẵn sàng . 53
3- X1(37F)đóng sẵn sàng cấp điện cho rơle 63Q T, ST X, ST Y (SH-37) . Khi áp lực dầu Lo đủ để cấp cho động cơ diezel → 63Q3 (186G) đóng → 63Q3 X (186 G)có điện → 63Q3 X(37F) đóng cấp điện 63Q3 T(37L) đóng → ST X, ST Y(SH-37) được cấp điện khi đó ST Y(36R) mở → ngắt điện qua 48PR T(36R) → chuông áo không chuẩn bị khởi động được . ST Y(S1N, P)đóng → báo đèn sẵn sàng khởi động . ST X(36P) mở → 3_ Y mất điện → ngắt đèn báo chuẩn bị khởi động ST X(38C) đóng → cấp điện đến chờ ở nút ấn START . Để khởi động hệ thống ta nhấn nút START (38B) → 4_ X, 20A X ,48T (SH-38) có điện khi đó (SH-13) để bảo vệ công suất ngược cho máy phát. Tốc độ điều chỉnh diezel lai máy phát được lấy 2 tín hiệu đầu ra I ,U của máy phát qua biến dòng 2CT(SH-12) và biến áp 2PT(SH-12) để điều chỉnh kích từ máy phát đảm bảo ổn định điện áp đầu ra. Ngoài ra tín hiệu dòng và áp từ biến dòng 2CT và biến áp 2PT(SH-12) được đưa ra rơle bảo vệ quá áp 59G (SH-12,K), thấp áp 27G (SH-12,M) và các rơle bảo vệ quá dòng S1G /R, S1G /T, S1G /S (SH-12) để bảo vệ máy phát. Tín hiệu điện áp này cũng được dẫn đến các thiết bị đo điện áp, dòng và công suất (SH-13). Ngoài ra tín hiệu điện áp còn được đưa đến để hòa đồng bộ máy phát vào lưới (SH-157). Tiếp đó điện từ máy phát được hòa vào thanh cái. Trên thanh cái có một lộ dẫn đến máy biến áp GPT (SH-21) giảm điện áp 6,6 kV /110V và 190V phục vụ đo lường và bảo vệ. Một lộ khác dẫn vào biến áp 22kV. Trên lộ này có các biến dòng 2CT(SH-24,B), 3CT(SH-23,B) ,3CT(SH-24,B) và biến áp GPT(SH-21), 3PT(SH-24) phục đo lương W, WH, U, I trên mạng 22kV . 54
Ngoải ra tín hiệu của chúng còn được gửi tới các rơle bảo vệ quá áp 59HV (SH-24,L), bảo vệ thấp áp 27HV (SH-24,N), rơle bảo vệ quá dòng 51HV (SH-24,H), bảo vệ so lệch 87MT (SH-24) cho mạch từ thanh cái 6,6 kV đến biến áp 22kV . Bên cạnh đó từ thanh cái còn dẫn đến máy biến áp STR- 6600/400/230V(SH-29) tạo điện áp thấp cung cấp cho khu công nghiệp và tự dùng. Trên lộ này có biến dòng 2CT(SH-29,B) cấp cho thiết bị đo dòng và rơle bảo vệ quá dòng 51ST (SH-29,J) . Một lộ dự phòng 6,6kV(SH-27) được đưa lên thanh cái cùng với máy phát số 5 sẵn sàng hòa vào thanh cái A hoặc B, khi cần thiết hay xảy ra sự cố. Trên lộ dự phòng này có một biến dòng 2CT, biến áp 2PT(SH-27) cấp cho rơle bảo vệ quá dòng 51F(SH-27,H) thiết bị đo W, WH ,V ,A. Sơ đồ điều khiển Diezel Khi hệ thống ở chế độ dừng và các điều kiện sau thỏa mãn : (SH-36) - Không xảy ra lỗi : 86E X1, 86B X1 đóng - Nhiên liệu đủ : 5H X1 đóng - Đã được làm mát được : 5AF X đóng - Đang ở chế độ dừng 5_ X1 đóng - Tốc độ < 30% : 14_ X1F đóng - Dầu FO đủ : 33D X1 đóng - Khí khởi động đủ áp suất : 63LY đóng - Dầu LO đủ : 33QL Y đóng - Tay đòn két dầu L.O ở mức cao : 33QVL Y đóng - Sẵn sàng để khởi động : 48PR T Y đóng - Đường khí tốt : 33D100X, 33D5 X đóng 55
Khi đó điện được dẫn đến chờ ở rơle 4_3CFT X(36F) và các rơle 3_ X1, 3_ X2, 3_ X(SH-36) rơle 3ST X(36L) có điện → tiếp điểm 3ST X(81H,G) đóng → đèn báo hệ thống sẵn sàng bật. Để chuyển sang chế độ chuẩn bị khởi động ta nhấn nút CS (36Y) → tiếp điểm 1_2 của CS(36L) đóng → 3 rơle 3_ X1, 3_ X2, 3_ Y được cấp điện, khi đó 48T (38F) có điện → 48T (101Q) đóng sau 15s mà diezel chưa khởi động được → 48T X(101Q) có điện → 48T X(107S) đóng báo dừng khẩn cấp. 48T X(104B) đóng cấp điện cho rơle báo có lỗi nặng 86E X1(104B) → tiếp điểm 86EX1(36C) mở → không cho khởi động lại . - 20A X(38D) có điện → 20A X(44C) đóng → cấp điện cho cuộn van khởi động 20A (44B) để khởi động diezel . - 4_ X(38B) có điện → 4_ X(38D) đóng lại tự duy trì điện khi ta nhả nút START. 4- X(38Q) đóng → 4_ Y2 có điện → 4_ Y2 (42C) đóng dẫn điện đến chờ ở tiếp điểm này. Mặt khác 4_ Y2(51D,L) đóng → sẵn sàng cấp điện chia cuộn đóng CC(151B) để đóng máy phát vào lưới . - 4_ X(36B) đóng cùng với S0FT X đã đóng S0FT X(36H) đóng → tự duy trì nguồn qua . - 4_SOFT X(36G), 4_SOFT X(38D) đóng → duy trì nguồn cấp cho việc khởi động . - 4_ X(37N) mở → ST Y mất điện → ngắt đèn báo sẵn sàng khởi động 48PR T(36R). Sau khi khởi động, tín hiệu tốc độ động cơ được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ PMG(11K) và truyền đến rơle tốc độ SPR (41C) . Khi tốc độ điều chỉnh > 30% thì tiếp điểm 14_ của SPR (41B) đóng lại cấp điện cho các rơle 14_ XO, 14_ X, 14_ X1, 20KX ,20K T(SH38) khi đó - 14_ XO(81Q,S,G,J) đóng → báo động cơ đang chạy - 20K X(44F) đóng → cấp điện cho van cấp dầu nhiên liệu cho diezel . 56
- 14_ X1(36C) mở → ngắt điện toàn bộ rơle ở SH36, khi 3_ X1(36L) mất điện thì tiếp điểm 3_ X1(37F) mở → ngắt điện toàn bộ rơle SH37. Khi đó ST X(38C) và 4_SOFT X(38D) mở ra → 4_ Y2(42C) đóng → dẫn điệncho van cấp dầu HFO. 4_ Y2(51D,L) đóng → cấp điện cho cuộn kích từ máy phát. - 14_ X1(38S) đóng → 4_ Y2 có điện → 4_ X, 20A X ,48T mất điện, do 48T mất điện nên hệ thống sẽ không báo lỗi khởi động động cơ . - 14_ X1(39Q) đóng → cấp điện cho 52G Y1(39U)báo ON_Line. Khi tốc độ điều chỉnh diezel tiếp tục tăng đến > 85% thì 13_ (41D) đóng lại, khi đó SPR , 13_ (41D) đóng lại, SPR ,13_ (39B) đóng → 13_ XO có điện → 13_ XO(39C) đóng → 13G T, 13E 1T ,13E 2T ,13 X1 có điện đến các mạch bảo vệ, cảnh báo. - Khi diezel ở chế độ running 4_ Y2(42C) đóng → 33D T1(42C) có điện → 33D T1(42H) đóng lại sau 30’ → STHFOX(42H) có điện → STHF X(42N) đóng → 20F X(42R) có điện → 20F X(44K) đóng cấp điện cho van điện từ cấp dầu HFO. Để dừng máy phát ta nhấn nút STOP (40R) → 5_ X1 ,5_ X2, 5_ X3, 20T X, 5_ T(SH-40) có điện. Khi đó : - 5_ X1(40T) đóng → tự duy trì nguồn khi bỏ nút STOP - 5_ X1(36C) mở → ngắt điện các rơle ở SH-36,37 - 5_ X1(38K) mở → 20K X(38L) mất điện → 20K X(44F) mở → ngắt điệnvào van cấp dầu HFO. - 5_ X1(39C) mở → ngắt điện vào các rơle 13G T, 13E 1T, 13E 2T, 13 2T, 13 X1(SH-39) → ngắt nguồn vào các khối bảo vệ và báo động . - 20T X(44H) đóng → cấp điện cho van dừng diezel. 57
Khi hoạt động nếu động cơ chạy qúa 115% tốc độ thì tiếp điểm 12_ (41E) đóng lại → 12_ (101M) đóng → 12 X(101M) có điện - 12_ X(104B) đóng → 86E X1(104B) có điện → dùng diezel - 12_ X(107M) đóng → báo đèn cho biết quá tốc độ diezel . Bình thường rơle Y(118W) có điện. Các tiếp điểm của rơle này đóng lại để duy trì dòng qua (Y). Khi có lỗi xảy ra tiếp điểm FAULT CONTACT đóng → rơle (X) có điện. Các tiếp điểm của rơle này đóng lại có chức năng sau : - Tự duy trì nguồn qua rơle (X) - Cấp nguồn báo động bên ngoài (Alarm output ) - Cấp nguồn cho rơle 28BC1 X(118N), 28BC1 X(118G) đóng → báo động bằng còi . - 28BC1 X(118B) đóng → 66C T(118B) có điện → tạo ra việc đóng mở. 66C T(118B) theo chu kì 1s → 66C X được cấp điện theo chu kì 1s (0.5s có điện, 0.5s mất điện)→ 66C X(118L) đóng mở theo chu kì 1s → đèn (L) (118Y) nhấp nháy. Khi ta nhấn nút Alarm stop (118M) → cuộn (118W) mất điện → mở các tiếp điểm của rơle này → ngắt nguồn vào 28BC1 X, 66C X(SH-118) và chuyển bộ nguồn cấp qua đèn (L) để đèn này sáng không nháy . Điều chỉnh điện áp máy phát Để tăng (giảm) điện áp vào máy phát ta tăng giảm kích từ máy phát bằng cách cấp điện vào rơle 90R H(141C) [ 90R L(114E)] rơle 90R H(90R L) được cấp điện nhờ ấn nút điều khiển tại chỗ hoặc đóng các tiếp điểm cấp nguồn cho 90 H(90 L) ở chế độ On_line. Khi 90R H được cấp điện: - 90R H(143T) đóng → đèn báo tăng điện áp máy phát. Nếu điện áp đạt tới mức giới hạn trên thì rơle 90HH X(143K) có điện → 90HH X(141) 58
mở → ngắt điện vào 90R H(141C) → dừng tăng điện áp máy phát. Nếu điện áp máy phát đạt tới giới hạn trên thì rơle 90HH X(143K) có điện → 90HH X(141) mở → ngắt điện vào 90R H(141C) → dừng tăng điện áp máy phát . - 90R L(141C) mở → khống chế không cho điện vào 90R H(141B) tránh có cùng lúc cả hai tín hiệu tăng và giảm điện áp máy phát . Điều chỉnh tốc độ động cơ diezel (công suất máy phát khi làm việc song song ) Việc tăng (giảm)tốc độ diezel xảy ra khi rơle 65G5HX(65G5LX) (SH- 147) có điện. Ta có thể thực hiện cấp điện cho các rơle này bằng các nút ấn 7_65G5(147C,D) hoặc đóng các tiếp điểm của các rơle trung gian trong chế độ làm việc online. Khi rơle 65G5HX(147C) có điện : - 65G5HX(147E) mở → khống chế không cho điện áp vào rơle 65G5LX tránh cùng lúc xảy ra cả hai tín hiệu tăng và giảm tốc độ diezel. - 65G5HX(147U) đóng → báo đèn đang tăng tốc độ diezel Khi rơle 65G5LX(147E) có điện : - 65G5LX(147C) mở → khống chế không cho điện áp vào 65G5HX(147C) tránh cùng lúc cả hai tín hiệu tăng và giảm tốc độ diezel . - 65G5LX(148W) đóng → báo đèn đang giảm tốc độ diezel - 65G5HX(147P,R) đóng cấp điện cho động cơ một chiều (M)(148L) quay theo chiều ngược → giảm lượng dầu vào diezel . Sơ đồ điều khiển hòa đồng bộ máy phát Hòa đồng bộ máy phát vào lưới là công việc quan trọngtrong điều khiển hoạt động của máy phát. Việc hòa chính xác thời điểm điện áp máy phát vào điện lưới có cùng biên độ, góc pha, tần số sẽ giảm dòng xung kích khi hòa đảm bảo an toàn cho máy phát và mạng điện. Để hòa đòng bộ máy phát vào lưới ta có thể sử dụng phương pháp hòa bằng tay hoặc hòa tự động . 59
+ Hòa máy phát ở chế độ bằng tay 25G M1(156K) đóng → 25M X1, 25M X2(156K,L) có điện → các tiếp điểm của rơle này ở SH-159C đóng → cấp tín hiệu từ máy phát vào bộ phát điện đồng bộ 25B_ (159) . Để tiến hành hòa máy phát vào lưới ta điều chỉnh tăng giảm điện áp máy phát, tốc độ diezel theo chế độ bằng tay hoặc online. - Tăng điện áp máy phát : ta có thể ấn nút tại chỗ 7_90R (141C,E) để cấp điện vào 90R H(141C) hoặc dùng nút ấn từ xa CS_7_90 (152C) cấp điện cho 90S H(141C). Khi 90R H được cấp điện thì điện áp máy phát tăng lên như đã thuyết minh ở trên . - Tương tự như vậy có thể giảm điện áp máy phát bằng các nút CS_7_90R (141E) hoặc CS_7_90R (152E). Giảm tốc độ diezel bằng nút CS_7_65GS(146E) hoặc CS_7_65S (152N) tăng tốc độ diezel bằng nút CS_7_65G (146C) hoặc CS_7_65S (152K). Khi sai lệch điện áp, góc pha, tấn số máy phát với lưới ở phạm vi cho phép thì bộ kiểm tra đồng bộ 25B_ (159) đóng tiếp điểm cấp nguồn cho hai rơle 25M X1, 25M X2(159GH) → 25SM X1(56J) đóng → sẵn sàng cấp điện cho 52G CX(56E). Để hòa đồng bộ máy phát vào lưới tại thời điểm mong muốn ta ấn nút CS3_523Y (152S) → 25MC X1(152R), 25MC X2(152C) có điện → 25 MC X1(56J) đóng → cấp điện áp cho 52G CX(56J) → đóng máy cắt VCB 52G (13C) đưa điện áp máy phát lên thanh cái. *Hòa đồng bộ máy phát ở chế độ tự động Để chọn chế độ tự động hòa đồng bộ ta chuyển công tắc C0S43Y(151C) đóng → cấp điện cho các rowle 43SYX1, 43SYX2, 43SYX3(151C,F,J). Tiếp điểm các rơle này ở SH-153F,D,M,K,J,R,B và 60
SH-154 H,K đóng lại sẵn sàng cấp điện cho các rowle trung gian hoạt động ở chế độ auto của từng máy phát từ 1 → 9. Tiếp theo ta dùng 2 công tắc 43_25_1(153Y) và 43_25_2(153Y) để chọn máy phát ta muốn hòa vào lưới . Giả sử ta muốn chọn máy phát cần hòa vào lưới là máy phát 6 → đưa công tắc 43_25_1(153Y) về vị trí h → 43_25_(153D) đóng → 2 rơle 25GA1, 25GA2(153F,G) có điện khi đó : - 25GA1(56L) đóng sẵn sàng cấp điện cho 25GCX để đóng máy phát lên lưới . - 25GA1(141K) đóng → sẵn sàng cấp điện cho 90RL(141C,E) để tăng giảm điện áp máy phát . - 25GA1(146K) đóng sẵn sàng cấp điện cho 65GHX, 65GLX(146C,E) để tăng giảm tốc độ động cơ diezel . - 25GA1(155C) đóng cấp điện cho 25GX(155B) →tiếp điểm 25GX(157J,M,K) đóng → đưa điện áp máy phát 6 vào thiết bị hòa đồng bộ 25_ASD(158), 25GX(156C) đóng → 25GBX(156B) có điện → tiếp điểm 25GBX (157D,E,F) đóng đưa điện áp vào thiết bị hòa đồng bộ 25A_ASD(158). - 25GA2(156E) đóng → cấp điện cho 3 rơle 25AX1 ,25AX2, 48SYT(156E,F,G). Tiếp điểm 25AX1, 25AX2 (158C) đóng → đưa điện áp máy phát vào điện áp lưới vào thiết bị hòa đồng bộ 25A_ASD(158) - 48SYT(156G) tính thời gian 3 phút .Nếu sau thời gian 3 phút máy phát hòa được bào lưới thì 48SYT(119E) đóng báo đèn tự động hòa đồng bộ thất bại và cấp điện cho 2 rơle 48SYTY ,48SYTY1 (119C,D). Các tiếp điểm của 2 rơle này ở (SH-153 F,M,T,D) và (154K,U) mở ra → ngắt điện vào các rơle trung gian ở chế độ tự hòa đồng bộ. (Đối với máy 61
phát 6 thì 48SYTY(153C) mở → 25GA1,25GA2 mất điện)→ thoát khỏi chế độ tự hòa đồng bộ . Khi thiết bị hòa đồng bộ 25A_ASD (158) hoạt động nó sẽ đóng các tiếp điểm tương ứng ở 158 K, N,R,T để tăng giảm tốc độ diezel và tăng giảm điện áp máy phát . Giả sử cần tăng tốc đọ diezel thì tiếp điểm của 25A_(158K) đóng → cấp điện cho 25HGLX ,25HGHX(146C) → tăng tốc độ động cơ . Tương tự với các trường hợp giảm tốc độ diezel hay tăng giảm điện áp máy phát . Khi điện áp máy phát đồng bộ với điện áp lưới thì tiếp điểm 25A_ASD(158G) cấp điện cho 25SAX1, 25SAX2(158G,H) → 25SAX1(56L) đóng cấp điện cho 52GCX(56F) → đóng máy cắt VCB 52G đưa điện áp máy phát lên lưới . * Sơ đồ điện mạch báo trạng thái Mạch chỉ báo từ SHS1 → SH86 với chức năng chỉ báo trạng thái hệ thống trên bảng điều khiển để người vận hành dễ dàng quan sát, kiểm tra cũng như vận hành hệ thống hay xử lý các sự cố xảy ra . - Khi ta ấn nút thử đèn LAMP TEST (105E) → LTGX(105) có điện → LTGX(81B) đóng → cấp nguồn cho tất cả đèn chỉ báo . - Tương ứng với mỗi đèn là 1 tiếp điểm của rowle chỉ báo trạng thái hệ thống. Ở đây ta chỉ xét một số chỉ báo tiêu biểu . + Hệ thống ở trạng thái sẵn sàng (Proparation Available): sáng khi rowle 3STX(36J) có điện. Báo rằng hệ thống không có lỗi gì xảy ra, sẵn sàng chuẩn bị cho khởi động . + Chuẩn bị khởi động diezel (Preparation)sáng khi 3_Y(36Q) có điện . Đèn này sáng trong khi hệ thống chuẩn bị khởi động diezel. Nó sẽ tắt khi hệ thống chuẩn bị khởi động xong . 62
+ Sẵn sàng khởi động diezel (Starting available): sáng khi STY(37N) có điện. Báo hệ thống đã chuẩn bị xong, người điều khiển có thể start để khởi động diezel . + Báo hệ thống đang hoạt động (Running) : sáng khi 14_X0(38G) có điện. Báo là máy phát đang ở chế độ hoạt động . + Báo máy phát đang không ở chế độ dừng (Stop). + Báo lượng dầu có đủ cho diezel (Available for H.F.O) + Báo loại dầu đang sử dụng cho diezel (Operation on D.O ; Operation on H.F.O ) + Báo chế độ chữa tải của máy phát (Auto load shifting ) Ngoài ra còn một số đèn được dùng để dự phòng cho hệ thống . * Sơ đồ mạch báo động - Khi hệ thống hoạt động có lỗi xảy ra thì cảm biến của hệ thống sẽ tác động tương ứng với lỗi đó. Tín hiệu từ cảm biến được truyền về để chỉ thị báo động hoặc dừng động cơ. Để làm rõ hơn ta xét một số trường hợp cụ thể sau : khi máy phát đang làm việc bình thường thì khối cảnh báo sẽ được cấp nguồn do các rowle 13GT, 13E1T, 13E2T, 13X1(SH-39) có điện, đóng các tiếp điểm cấp nguồn cho khối cảnh báo . - Giả sử áp suất dầu L.O không đủ. Khi đó cảm biến 63Q2(108X) tác động → 63Q2(108X) → 63Q2(101C) đóng → 63Q2Y có điện → tiếp điểm 63Q2Y(101E) đóng tự duy trì nguồn qua 63Q2Y. Mặt khác 63Q2Y (107D) đóng cấp điện cho đèn báo L.O press lơ. Tiếp điểm 63Q2Y(104B) đóng → cấp điện cho 2 rowle 86EX1, 86EX2(SH-104). Khi đó : - 86EX1(36C) mở → báo lỗi hệ thống không ở trạng thái sẵn sàng . - 86EX1(51B,K) → không cấp điện cho các cuộn đóng máy cắt 52GD VCB(13B). 63
- 86EX1(51G,D) đóng → cấp nguồn cho cuộn cắt → ngắt máy phát ra khỏi lưới . Sau khi đã khắc phục xong lỗi để reset lại hệ thống ta nhấn nút RESET BS_2(104G). Khi đó các tiếp điểm của 86EX1, 86EX2 sẽ trở lại trạng thái ban đầu . - Khi điện áp máy phát quá cao thì rowle điện áp 59G(13L) tác động → 59G(102K) đóng → 59GX có điện. Các tiếp điểm 59GX(104D,108T) đóng → báo đèn over voltage và cấp điện cho 2 rowle 86EX1, 86EX2(SH-104) → báo hệ thống không ở trạng thái sẵn sàng và ngắt kích từ máy phát . * Hoạt động của thiết bị báo động (SH-118) Thiết bị báo động này hoạt động như sau : Khi có lỗi tương ứng xảy ra (tiếp điểm Fault contact đóng)thì sẽ báo bằng đèn và còi. Đèn sáng nhấp nháy với chu kì 1s. Khi người dùng điều khiển nhấn nút Alarm stop thì còi tắt đèn và sáng không nháy nữa. Khi đã khắc phục xong sự cố cần ấn nút RESET để tắt đèn báo động . * Dừng khẩn cấp hệ thống Khi hệ thống xảy ra lỗi cần dừng khẩn cấp ta nhấn nút Emergency stop(101T) → 5EX (101T) có điện → 5EX(101V) đóng lại để duy trì. 5EX(107S) đóng cấp nguồn cho đèn báo dừng khẩn cấp hệ thống. 5EX(104B) đóng → cấp nguồn cho 2 rowle 86EX1, 86EX2 → báo hệ thống có lỗi và ngắt máy phát . 64
KẾT LUẬN Sau 3 tháng làm tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo T.S Hoàng Xuân Bình và các thầy cô giáo trong khoa cùng bạn bè cộng với sự nỗ lực bản thân đến nay em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Phân tích trung tâm điều độ cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura Hải Phòng – Đi sâu vào hệ thống đo lƣờng và bảo vệ”. Quá trình thực hiện đồ án đã giúp em củng cố lại kiến thức đã học và hiểu thêm nhiều về thực tế. Trong đề tài này em đã giải quyết được nhưũng vấn đề cơ bản sau: 1. Tổng quan vấn đề nguồn và phụ tải khu công nghiệp Nomura Hải phòng 2. Hệ thống cung cấp điện cho khu công nghiệp Nomura 3. Đo lường và bảo vệ trong hệ thống điện khu công nghiệp Nomura Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu đề tài không có nhiều, trình độ chuyên môn còn hạn chế. Mặt khác việc thu thập tài liệu còn nhiều khó khăn trở ngại và những điều kiện khách quan khác cho nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong các thầy cô giáo trong khoa cùng các bạn đồng nghiệp sẽ giúp đỡ em, đóng góp những ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Phạm Văn Chới, Bùi Tiễn Hữu, Nguyễn Tiến Tôn (2006) Khí cụ điện – Nhà xuất bản Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội 2 Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu (2006) Máy điện II – Nhà xuất bản Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội 3 GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005) Máy điện – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 4 VS.GS Trần Đình Long (2000) Bảo vệ các hệ thống điện – Nhà xuất bản Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội 5 Bùi Ngọc Thủ (2002) Mạng cung cấp và phân phối điện – Nhà xuất bản Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội 6 KS Bùi Thanh Sơn (2000) Trạm phát điện tàu thuỷ - Nhà xuất bản Giao thông Vận tải Hà Nội 7 Tài liệu trạm phát điện Power Plan của khu công nghiệp Nomura 66