Luận văn thạc sĩ về tính toán và bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế tại Phú Thọ

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật điện tính toán phối hợp bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế điển hình của công ty điện, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Hoàng Trọng Phú
• Người hướng dẫn: TS. Lê Kỷ
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Bảo Vệ Rơ Le Cho Lưới Điện Trung Thế: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và tính toán phối hợp bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế của Công ty Điện lực Phú Thọ. Việc bảo vệ rơ le là một phần quan trọng trong hệ thống điện, giúp đảm bảo an toàn cho lưới điện và giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp xảy ra sự cố. Các kỹ thuật điện hiện đại yêu cầu hệ thống bảo vệ phải được thiết kế và tính toán một cách chính xác để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu. Đặc biệt, việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT trong tính toán ngắn mạch và phối hợp bảo vệ rơ le mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý và vận hành lưới điện.

1.1 Lý do lựa chọn đề tài

Xu hướng phát triển lưới điện thông minh và tự động hóa đang ngày càng trở nên quan trọng. Công ty Điện lực TP.HCM đã đặt ra mục tiêu xây dựng một hệ thống điều khiển từ xa để quản lý lưới điện hiệu quả hơn. Nghiên cứu này nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết về việc nâng cao độ tin cậy và an toàn cho lưới điện trung thế.

1.2 Mục tiêu và nội dung luận văn

Mục tiêu chính của luận văn là tính toán và phân tích phối hợp bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế của Công ty Điện lực Phú Thọ. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng và tính toán các thông số bảo vệ, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ hệ thống điện.

II. Thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối

Trong chương này, các thiết bị bảo vệ như rơ le bảo vệ, cầu chì, và recloser sẽ được phân tích chi tiết. Mỗi thiết bị có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Rơ le bảo vệ là thiết bị chính giúp phát hiện và ngăn chặn các sự cố, trong khi cầu chì và recloser hỗ trợ trong việc ngắt mạch và khôi phục nguồn điện. Việc lựa chọn và cài đặt chính xác các thiết bị này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn điện và tránh sự cố không mong muốn.

2.1 Khái niệm và chức năng

Mỗi loại thiết bị bảo vệ có chức năng riêng, như rơ le bảo vệ quá dòng, cầu chì giới hạn dòng, và recloser tự động. Những thiết bị này không chỉ giúp phát hiện sự cố mà còn giúp giảm thiểu thiệt hại cho lưới điện trung thế. Đặc biệt, việc sử dụng các thiết bị hiện đại với tính năng tự động hóa giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

2.2 Cấu tạo và phân loại

Thiết bị bảo vệ được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng. Rơ le có thể được chia thành rơ le điện tử và rơ le cơ học, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Sự lựa chọn thiết bị phù hợp sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ của hệ thống điện.

III. Mô hình tính toán phối hợp bảo vệ

Chương này trình bày mô hình tính toán phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối. Mô hình này sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng và phân tích các thông số cần thiết. Việc tính toán phối hợp bảo vệ giúp đảm bảo rằng các thiết bị sẽ hoạt động đồng bộ và hiệu quả khi có sự cố xảy ra. Bằng cách tối ưu hóa các thông số bảo vệ, có thể giảm thiểu thời gian ngắt điện và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

3.1 Giới thiệu về PSS ADEPT

PSS/ADEPT là phần mềm mạnh mẽ được sử dụng để mô phỏng và phân tích các hệ thống điện. Phần mềm này cung cấp các công cụ tính toán và phân tích giúp người dùng dễ dàng thiết lập mô hình và kiểm tra tính chính xác của các thông số bảo vệ. Việc sử dụng PSS/ADEPT trong nghiên cứu này giúp nâng cao độ chính xác trong việc tính toán phối hợp bảo vệ.

3.2 Các chức năng ứng dụng

Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp nhiều chức năng hữu ích cho việc mô phỏng và phân tích hệ thống điện. Người dùng có thể dễ dàng vẽ sơ đồ lưới điện, nhập các thông số của thiết bị và thực hiện các phép tính cần thiết. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả trong quá trình nghiên cứu.

IV. Tính toán phối hợp bảo vệ rơ le

Chương cuối cùng của luận văn tập trung vào việc tính toán phối hợp bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế điển hình của Công ty Điện lực Phú Thọ. Các kết quả tính toán sẽ được phân tích và so sánh với các phương pháp hiện tại để đưa ra các khuyến nghị cải tiến. Việc tính toán chính xác các thông số bảo vệ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống điện.

4.1 Sơ lược về lưới điện điển hình

Lưới điện trung thế của Công ty Điện lực Phú Thọ được thiết kế với nhiều nhánh và thiết bị bảo vệ khác nhau. Mỗi nhánh có những đặc điểm riêng và yêu cầu về bảo vệ cũng khác nhau. Việc hiểu rõ về cấu trúc lưới điện là rất cần thiết để thực hiện các phép tính bảo vệ chính xác.

4.2 Tính toán cài đặt thông số bảo vệ

Các thông số bảo vệ như dòng khởi động, thời gian trì hoãn và các thông số khác sẽ được tính toán dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành. Việc cài đặt chính xác các thông số này sẽ giúp đảm bảo rằng hệ thống bảo vệ hoạt động hiệu quả và an toàn trong mọi tình huống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do lựa chọn đề tài: Vấn đề phát triển lưới điện thông minh, tự động hóa đang dần trở thành xu hướng tất yếu trên thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng. Tổng Công ty Điện lực TP.HCM (EVN HCMC) đặt ra mục tiêu trong giai đoạn 2015 - 2020 phải xây dựng trung tâm điều khiển từ xa để quản lý, vận hành toàn bộ hệ thống lưới điện trên địa bàn Thành phố. Với hệ thống này, khi có sự cố, lập tức hệ thống sẽ báo động chính xác vị trí, nguyên nhân, và từ đó nhân viên điện lực (ở trung tâm điều khiển từ xa) có thể cô lập khu vực xảy ra sự cố. Thông qua các thiết bị đóng - mở điện tự động đã lắp trên lưới điện, nhân viên sẽ thực hiện lệnh chuyển tải để khu vực bị mất điện nhỏ nhất (tăng chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện).

Để việc chuyển tải có thể thực hiện nhanh thì các thiết bị đóng mở (thường là các relay để bảo vệ) phải được tính toán cài đặt các thông số phối hợp bảo vệ của relay ứng với các tình huống vận hành. Lưới điện trung thế của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM được kết nối mạch vòng nhưng vận hành theo hình tia vì: + Khi vận hành mạch vòng dòng sự cố rất lớn, gây nguy hiểm cho thiết bị. + Để linh hoạt trong quá trình chuyển tải khi xảy ra sự cố. Do đó, việc xây dựng giả định trước các tình huống trong quá trình vận hành và tính toán các bộ thông số phối hợp bảo vệ của relay là cần thiết để có thể vận hành lưới điện linh hoạt (chuyển tải) an toàn và tăng chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện Tp.

Theo quy định tại Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương về việc quy định hệ thống lưới điện phân phối (Điều 9. Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố): Đối với lưới điện trung áp cấp cho khu đô thị có mật độ dân cư đông và đường dây có nhiều phân đoạn, khó phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị đóng cắt trên lưới điện, cho phép thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chính tại một số vị trí đóng cắt lớn hơn giá trị quy định tại Khoản 1 Điều này nhưng phải nhỏ hơn 01 giây (s) và phải đảm bảo an toàn cho thiết bị và lưới điện HVTH: Hoàng Trọng Phú 1 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Lê Kỷ Nên, việc tính toán phối hợp bảo vệ relay là cần thiết để tránh việc sa thải nhầm phụ tải, làm tăng độ tin cậy trong cung cấp điện nhưng vẫn đảm bảo thời gian loại trừ sự cố đáp ứng quy định của pháp luật.2 Mục tiêu và nội dung luận văn  Nghiên cứu vấn đề phối hợp bảo vệ relay trong lưới điện phân phối hình tia.  Nghiên cứu tính toán phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối.

 Tính toán phối hợp bảo vệ relay cho lưới điện trung thế điển hình của Công ty điện lực Phú Thọ.3 Phương pháp giải quyết  Thu thập và nghiên cứu các tài liệu về các vấn đề liên quan đến phối hợp bảo vệ relay trên lưới điện.  Thu thập và nghiên cứu các tài liệu về đặc tính của thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối.  Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến tài liệu phần mềm PSS/ADEPT.  Nghiên cứu áp dụng phần mềm PSS/ADEPT vào bài toán phối hợp relay bảo vệ quá dòng.4 Phạm vi của luận văn Luận văn được thực hiện trong phạm vi nghiên cứu hoạt động bảo vệ của relay quá dòng và phương pháp tính toán phối hợp bảo vệ relay cho lưới điện trung thế điển hình của Công ty điện lực Phú Thọ.5 Điểm mới của luận văn Hiện nay có rất nhiều phần mềm để tính toán phối hợp bảo vệ relay, EVN HCMC đang sử dụng phần mềm Apen one liner để tính toán phối hợp bảo vệ trên lưới điện trung thế do các Công ty Điện lực quản lý.

Luận văn này đưa ra một giải pháp tính toán phối hợp bảo vệ relay cho một lưới điện trung thế điển hình của Công ty Điện lực Phú Thọ - Tổng Công ty Điện lực Tp.HCM, có áp dụng phần mềm khác là PSS/ADEPT (phầm mềm mà các Công ty Điện lực đang sử dụng để phân tích độ tin cậy của hệ thống điện) để kiểm tra kết quả tính toán.7 Giá trị thực tiễn của đề tài HVTH: Hoàng Trọng Phú 2 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Lê Kỷ Việc tính toán, phối hợp bảo vệ trên lưới điện không chính xác sẽ dẫn đến trong một số trường hợp khi có sự cố xảy ra thì bảo vệ dự phòng lại khởi động trước khi thời gian trì hoãn của bảo vệ chính kết thúc. Điều đó dẫn tới việc sa thải nhầm phụ tải, làm giảm độ tin cậy trong cung cấp điện. Các kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được sử dụng như một phương án tham khảo và đối chiếu với kết quả tính toán hiện nay để có kết quả tính toán phối hợp bảo vệ relay chính xác hơn trên lưới điện TP.HCM hiện nay.8 Bố cục của luận văn Luận văn được chia thành 4 chương với nội dung chủ yếu của mỗi chương được tóm lượt như sau:  Chương 1: Giới thiệu khái quát các ý chính trong luận văn như: Lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu, nội dung, phương pháp thực hiện.

 Chương 2: Trình bày tổng quan thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối.  Chương 3: Trình bày Mô hình tính toán phối hợp bảo vệ giữa thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối.  Chương 4: Trình bày Tính toán phối hợp bảo vệ rơ le cho lưới điện trung thế điển hình của Công ty điện lực Phú Thọ. Dựa vào các kết quả thu được, đưa ra một số kết luận và hướng phát triển được đề xuất cho luận văn.

HVTH: Hoàng Trọng Phú 3 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Lê Kỷ CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Thiết bị phân đoạn (SECTIONALIZER) 2.1 Khái niệm, chức năng: Thiết bị phân đoạn là khí cụ điện đóng cắt dùng để tự động cắt mạch cách ly đoạn dây bị sự cố khỏi hệ thống phân phối. Thiết bị phân đoạn không có khả năng cắt dòng ngắn mạch thường được sử dụng phối hợp với máy cắt hay thiết bị tự đóng lại dự trữ để bảo vệ quá dòng.

Thiết bị phân đoạn sẽ đếm số lần thao tác của các thiết bị bảo vệ dự trữ khi xảy ra sự cố và sau 1 số lần thao tác cắt dòng ngắn mạch mà sự cố vẫn tồn tại thiết bị phân đoạn sẽ mở để cách ly tuyến sự cố. Nếu sự cố là thoáng qua thì sự cố sẽ bị xóa bởi các thiết bị dự phòng trước khi các thiết bị phân đoạn đếm để cắt hẳn và sẽ giữ nguyên trạng thái hoạt động của thiết bị phân đoạn, sau đó tự động khôi phục lại trạng thái ban đầu của chu kỳ thao tác khác chuẩn bị cho một sự cố mới xảy ra (khởi động lại bộ đếm). Thiết bị phân đoạn thường được ứng dụng ở 2 vị trí: - Giữa hai thiết bị bảo vệ có các đặc tính làm việc gần sát nhau. - Các thiết bị phân đoạn có thể sử dụng gần ở các nhánh rẽ, nơi có dòng sự cố lớn gây trở ngại cho việc phối hợp các cầu chì với các máy cắt hay thiết bị tự đóng lại dự phòng.2 Cấu tạo, phân loại Phân loại cấu tạo: - Theo số pha: loại 1 pha và 3 pha với - Theo cơ cấu điều khiển: điều khiển bằng thủy lực hay điện tử.

Thiết bị phân đoạn Điều khiển bằng thủy lực - Thường được dùng trong các thiết bị phân đoạn 1 pha hay 3 pha cỡ nhỏ. - Bộ điều khiển loại này cảm biến quá dòng điện bởi cuộn dây mắc nối tiếp với đường dây. Khi có các quá dòng điện chạy qua, một pit tông bị hút vào cuộn dây tác động đến cơ cấu đếm. Khi quá dòng điện mất đi, sự đếm được thực hiện bởi dây “bơm” qua buồng thủy lực.

Sau một số lần thao tác bơm chọn trước, một lẫy được nhả ra để cho phép lò xo đã được tích năng mở tiếp điểm. Các thiết bị phân đoạn điều khiển thủy lực đóng lại bằng tay. HVTH: Hoàng Trọng Phú 4 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS. Thiết bị phân đoạn điều khiển bằng điện tử - Bộ điều khiển điện tử, được sử dụng ở các thiết bị phân đoạn 3 pha loại lớn, linh hoạt và dễ dàng điều chỉnh hơn thiết bị phân đoạn điều khiển thủy lực.

- Bộ điều khiển điện tử cho phép thay đổi dễ dàng các mức dòng kích họat, số lần tác động đi đến cắt hẳn và lưu thời gian không cần cắt điện hay lấy thiết bị phân đoạn ra khỏi thùng. Dòng tải được phát hiện bởi các máy biến dòng cảm biến đặt trong thiết bị phân đoạn. Các máy biến dòng này gởi tín hiệu đến bộ điều khiển điện tử để đếm số lần thao tác của các thiết bị cắt ngắn mạch dự phòng và sau đó gởi một tín hiệu cắt cần thiết để tác động nhả lò xo mở tiếp điểm.3 Các thông số cơ bản của thiết bị phân đoạn Các thông số sau phải được xem xét khi ứng dụng thiết bị phân đoạn: - Điện áp hệ thống: Thiết bị phân đoạn phải có điện áp định mức bằng hoặc lớn hơn điện áp làm việc của hệ thống. - Dòng tải lớn nhất: Dòng liên tục định mức của thiết bị phân đoạn phải bằng hoặc lớn hơn dòng tải lớn nhất dự kiến của hệ thống.

- Dòng sự cố lớn nhất: Dòng sự cố lớn nhất cần được biết hay có thể tính toán được và các giá trị định mức ngắn hạn của thiết bị phân đoạn phải bằng hay lớn hơn dòng sự cố lớn nhất hiện tại. Bộ chỉnh định thời gian sự cố lớn nhất của thiết bị bảo vệ dự trữ phải nhỏ hơn định mức ngắn hạn của thiết bị phân đoạn.1 Khái niệm, chức năng Máy cắt là thiết bị đóng cắt cơ khí có khả năng đóng, mang và cắt các dòng điện trong điều kiện vận hành bình thường của mạch điện, đồng thời có khả năng đóng, cắt dòng điện trong điều kiện sự cố như ngắn mạch. Máy cắt có thể cắt, đóng bằng tay hay sử dụng các relay hoặc các bộ điều khiển điện tử bên ngoài để điều khiển đóng cắt. Vì có khả năng cắt ngắn mạch lớn và dòng liên tục cao nên các máy cắt tương đối đắt tiền và cồng kềnh so với các thiết bị bảo vệ hệ thống phân phối khác.2 Phân loại HVTH: Hoàng Trọng Phú 5 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: TS.