Luận Văn Thạc Sĩ Về Tính Toán và Phân Tích Rơle Bảo Vệ Trạm 110kV Hòa Hưng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện tính toán và phân tích rơle bảo vệ trạm 110kv hòa hưng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Trương Sĩ Toàn
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Đình Anh Khôi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Phân Tích và Tính Toán Rơle Bảo Vệ Trạm 110kV Hòa Hưng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA TRẠM 110kV HÒA HƯNG TRONG CHẾ ĐỘ BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ
• 1.1. Tổng qua trạm 110kV Hòa Hưng
• 1.2. Chế độ vận hành bình thường
• 1.3. Hệ thống rơle bảo vệ
• 1.4. Phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ khi xảy ra sự cố
• 1.4.1. Thông tin sự cố
• 1.4.2. Đánh giá nguyên nhân
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ CÀI ĐẶT TRỊ SỐ RƠLE BẢO VỆ TRẠM 110kV HÒA HƯNG
• 2.1. Phương thức bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng
• 2.2. Tính toán trị số rơle bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng
• 2.2.1. Phương pháp đo lường trong rơle bảo vệ
• 2.2.2. Tính toán rơle quá dòng bảo vệ cho trạm 110kV Hòa Hưng
• 2.2.3. Rơle quá dòng bảo vệ các xuất tuyến 22kV trạm 110kV Hòa Hưng
• 2.3. Cài đặt trị số rơle quá dòng bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng
• 2.4. Phối hợp thời gian giữa các rơle bảo vệ
• 2.5. Phân tích sự cố tại xuất tuyến 22kV trạm 110kV Hòa Hưng
• 3. CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN
• 3.1. Bão hòa mạch từ máy biến dòng điện
• 3.1.1. Lý thuyết về hiện tượng bão hòa biến dòng điện
• 3.1.2. Đánh giá sự bão hòa của biến dòng điện tại trạm 110kV Hòa Hưng
• 3.2. Thông số máy biến áp
• 3.2.1. Lý thuyết tính toán tổng trở máy biến áp
• 3.2.2. Tính toán tổng trở máy biến áp T2-63MVA trạm 110kV Hòa Hưng
• 3.2.3. Mô phỏng lại sự cố với thông số máy biến áp tính toán mới
• 4. CHƯƠNG 4
• 4.1. Kết quả thực hiện được
• 4.2. Kết quả chưa thực hiện được
• 4.3. Hướng phát triển của luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
• QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
• QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về trạm 110kV Hòa Hưng

Trạm 110kV Hòa Hưng là một trong những trạm biến áp quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam, có nhiệm vụ cung cấp điện năng cho nhiều khu vực lân cận. Trạm này được thiết kế với các thiết bị hiện đại và hệ thống rơle bảo vệ tiên tiến nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Hệ thống hệ thống điện tại trạm được vận hành trong chế độ bình thường và có khả năng xử lý các sự cố xảy ra, đặc biệt là các sự cố liên quan đến điện năng và sự cố ngắn mạch. Trong quá trình vận hành, việc phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ là rất cần thiết để đảm bảo tính tin cậy và hiệu quả của trạm. Đặc biệt, việc phân tích các sự cố đã xảy ra tại trạm Hòa Hưng giúp xác định nguyên nhân và đưa ra các giải pháp cải thiện.

1.1 Tình hình vận hành bình thường

Trong chế độ vận hành bình thường, trạm 110kV Hòa Hưng thực hiện việc cung cấp điện ổn định cho các khu vực tiêu thụ. Hệ thống rơle bảo vệ hoạt động liên tục để giám sát và phát hiện các bất thường trong quá trình vận hành. Việc thiết lập các tiêu chuẩn và thông số cho các thiết bị bảo vệ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống. Theo thống kê, trong thời gian qua, trạm đã duy trì được tỉ lệ vận hành ổn định, tuy nhiên vẫn cần có những biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

II. Phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ

Hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ tại trạm 110kV Hòa Hưng có vai trò quan trọng trong việc phát hiện và xử lý các sự cố xảy ra. Khi có sự cố xảy ra, hệ thống sẽ tự động kích hoạt các rơle bảo vệ để cô lập phần tử bị lỗi, từ đó đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống. Phân tích hoạt động của hệ thống rơle trong các tình huống khác nhau giúp xác định được nguyên nhân dẫn đến sự cố và đưa ra các giải pháp khắc phục. Một trong những vấn đề chính là hiện tượng bật vượt cấp xảy ra khi có sự cố trên xuất tuyến 22kV, dẫn đến việc mất điện không chọn lọc ở nhiều khu vực. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nâng cấp và cải thiện khả năng hoạt động của rơle bảo vệ.

2.1 Thông tin về sự cố

Thông tin về sự cố tại trạm 110kV Hòa Hưng cho thấy rằng các sự cố thường xảy ra do các yếu tố như quá tải, sự cố ngắn mạch, hoặc sự cố về thiết bị. Việc thu thập và phân tích thông tin này là rất quan trọng để phát hiện các xu hướng và nguyên nhân gây ra sự cố. Các dữ liệu từ hệ thống SCADA được sử dụng để theo dõi tình hình hoạt động của trạm, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Đặc biệt, việc phân tích các sự cố đã xảy ra giúp xác định được các điểm yếu trong hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu quả hơn.

III. Tính toán và cài đặt trị số rơle bảo vệ

Tính toán và cài đặt trị số cho các rơle bảo vệ là một phần quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống bảo vệ tại trạm 110kV Hòa Hưng. Các phương thức bảo vệ được áp dụng bao gồm rơle quá dòng và rơle bảo vệ ngăn lộ. Việc tính toán trị số cho các rơle này cần được thực hiện một cách chính xác để đảm bảo rằng chúng sẽ hoạt động đúng khi có sự cố xảy ra. Quá trình này bao gồm việc phân tích các thông số kỹ thuật của thiết bị, cũng như các thông số của hệ thống điện để đưa ra các cài đặt phù hợp.

3.1 Phương pháp đo lường trong rơle bảo vệ

Phương pháp đo lường trong rơle bảo vệ là rất quan trọng để xác định các thông số cần thiết cho việc cài đặt. Các thiết bị như máy biến dòng điện và máy biến áp cần được kiểm tra và hiệu chỉnh thường xuyên để đảm bảo tính chính xác của các phép đo. Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng như ASPEN OneLiner giúp đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống trong các tình huống khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc cài đặt trị số của rơle bảo vệ.

IV. Đánh giá và giải pháp khắc phục

Đánh giá hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ tại trạm 110kV Hòa Hưng cho thấy rằng cần thiết phải có các giải pháp khắc phục để nâng cao độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của hệ thống. Các giải pháp này bao gồm việc nâng cấp thiết bị, cải thiện quy trình bảo trì, và đào tạo nhân viên vận hành. Việc áp dụng các công nghệ mới trong hệ thống bảo vệ cũng là một hướng đi cần được xem xét để đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện hiện tại.

4.1 Các giải pháp cải thiện

Các giải pháp cải thiện cho hệ thống rơle bảo vệ bao gồm việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như công nghệ bảo vệ thông minh và hệ thống giám sát từ xa. Việc này không chỉ giúp nâng cao khả năng phát hiện sự cố mà còn giảm thiểu thời gian phản ứng khi có sự cố xảy ra. Đồng thời, việc thường xuyên đánh giá và cập nhật các thông số kỹ thuật của thiết bị cũng rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống luôn hoạt động trong trạng thái tối ưu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trạm biến áp 110kV Hòa Hưng là một trong những trạm cung cấp điện trọng yếu tại thành phố Hồ Chí Minh, nhận điện từ trạm 220kV Tao Đàn và phân phối cho 16 trạm 22kV lân cận. Với công suất vận hành 2x63MVA, trạm đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khu vực đông dân cư và các khu công nghiệp. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, hệ thống rơle bảo vệ tại trạm đã ghi nhận hiện tượng bật vượt cấp khi xảy ra sự cố trên xuất tuyến 22kV, dẫn đến mất điện diện rộng kéo dài hơn 4 giờ, ảnh hưởng đến nhiều trạm biến áp và khu vực phụ tải quan trọng. Sự cố này làm lộ rõ vấn đề về độ tin cậy và chọn lọc của hệ thống rơle bảo vệ, gây thiệt hại kinh tế và xã hội đáng kể.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng khi xảy ra sự cố bật vượt cấp, đánh giá nguyên nhân gây ra hiện tượng tác động không chọn lọc, đồng thời đề xuất các giải pháp cải thiện khả năng cung cấp điện liên tục và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các rơle quá dòng bảo vệ tại các máy cắt 472, 432 và 132, với dữ liệu thu thập từ thực tế vận hành và mô phỏng bằng phần mềm ASPEN OneLiner trong giai đoạn từ năm 2019 đến đầu năm 2021. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện, giảm thiểu rủi ro mất điện diện rộng và góp phần phát triển bền vững hạ tầng điện lực khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết bảo vệ rơle quá dòng (IDMT và Definite Time): Bao gồm các đặc tuyến thời gian phụ thuộc dòng điện như Standard Inverse, Very Inverse, Extremely Inverse và Definite Time, giúp xác định thời gian trễ tác động của rơle khi dòng điện vượt quá giá trị đặt.

• Mô hình phối hợp thời gian rơle bảo vệ: Nguyên tắc phối hợp thời gian giữa các rơle bảo vệ nhằm đảm bảo tính chọn lọc, tránh tác động vượt cấp không mong muốn, với khoảng thời gian dự phòng theo tiêu chuẩn IEC 255-4.

• Lý thuyết bão hòa mạch từ của biến dòng điện: Giải thích hiện tượng bão hòa lõi từ biến dòng điện, ảnh hưởng đến tín hiệu dòng điện thứ cấp và độ chính xác của rơle bảo vệ.

• Tính toán tổng trở máy biến áp: Sử dụng công thức tính điện kháng rò rỉ dựa trên cấu trúc hình học và vật liệu máy biến áp, từ đó xác định các thông số điện áp ngắn mạch quan trọng cho mô phỏng và chỉnh định rơle.

Các khái niệm chính bao gồm: rơle quá dòng không hướng (50/51), rơle so lệch máy biến áp (87T), sóng hài điện áp (THD), và phương pháp đo thành phần cơ bản và giá trị RMS trong rơle bảo vệ.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

• Phân tích và tổng hợp lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu tài liệu liên quan đến thiết kế trạm biến áp 110kV Hòa Hưng, sơ đồ phương thức bảo vệ, và các tiêu chuẩn kỹ thuật để xây dựng cơ sở lý thuyết.

• Mô hình hóa bằng phần mềm ASPEN OneLiner: Mô phỏng trạm biến áp và hệ thống rơle bảo vệ để tính toán dòng điện ngắn mạch, đánh giá phối hợp thời gian và hiệu quả hoạt động của rơle trong các tình huống sự cố.

• Điều tra thực tế: Thu thập dữ liệu truy xuất rơle tại các máy cắt 472, 432 và 132 trong sự cố năm 2019, phân tích dạng sóng dòng điện và điện áp để đánh giá hiện tượng bão hòa biến dòng và hoạt động rơle.

• Phương pháp giả thuyết: Đưa ra các giả thuyết về nguyên nhân sự cố bật vượt cấp và kiểm chứng qua mô phỏng, phân tích dữ liệu thực tế.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ các rơle bảo vệ liên quan tại trạm 110kV Hòa Hưng, với dữ liệu thu thập trong khoảng thời gian từ tháng 4/2019 đến tháng 1/2021. Phương pháp chọn mẫu là toàn bộ các thiết bị liên quan đến sự cố để đảm bảo tính toàn diện. Phân tích dữ liệu sử dụng phần mềm mô phỏng kết hợp với phân tích kỹ thuật dạng sóng và thống kê các thông số dòng điện, điện áp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện tượng bật vượt cấp rơle bảo vệ: Sự cố xảy ra vào tháng 4/2019 trên xuất tuyến 472 gây bật máy cắt 132, làm mất điện máy biến áp T2 và nhiều trạm 22kV liên quan trong hơn 4 giờ. Dòng điện pha C tại máy cắt 472 tăng vọt lên 6335A, dòng 3I0 đạt 6179A, trong khi tại máy cắt 132 dòng 3I0 chỉ 1277A nhưng rơle đã tác động cắt nhanh sau 300ms, không tuân theo nguyên tắc chọn lọc.

2. Phối hợp thời gian rơle bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc: Mô phỏng ASPEN OneLiner cho thấy các rơle quá dòng tại máy cắt 472, 432 và 132 có thời gian trễ phối hợp hợp lý (ví dụ: t471 = 0,30s, t431 = 0,90s, t131 = 1,30s khi sự cố 1 pha), đảm bảo nguyên tắc chọn lọc trong điều kiện lý tưởng.

3. Không có hiện tượng bão hòa biến dòng tại các máy cắt 472 và 432: Phân tích dạng sóng dòng điện và điện áp ghi nhận từ rơle cho thấy tín hiệu dòng điện pha C vẫn ở dạng sin chuẩn, không có biến dạng sóng hài hay dấu hiệu bão hòa lõi từ, loại trừ nguyên nhân bão hòa biến dòng gây bật vượt cấp.

4. Chênh lệch thông số tổng trở máy biến áp T2: Tính toán tổng trở máy biến áp dựa trên cấu trúc và thông số kỹ thuật cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa giá trị điện áp ngắn mạch tính toán và nhà sản xuất cung cấp, đặc biệt ở cuộn 115-11 và 23-11 (chênh lệch lên đến khoảng 14%). Điều này ảnh hưởng đến mô phỏng dòng ngắn mạch và hiệu chỉnh trị số rơle.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng bật vượt cấp rơle bảo vệ không phải do sai sót trong tính toán trị số rơle hay hiện tượng bão hòa biến dòng điện, mà chủ yếu do việc phối hợp thời gian và cài đặt rơle chưa thực sự phù hợp với điều kiện thực tế vận hành. Dòng điện thứ tự không tại máy cắt 132 không đủ để kích hoạt chức năng quá dòng cắt nhanh theo thiết kế, nhưng rơle vẫn tác động, cho thấy có thể có sai lệch trong cài đặt hoặc ảnh hưởng từ các yếu tố khác như sai số thông số máy biến áp, dao động dòng điện hoặc nhiễu tín hiệu.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc phối hợp thời gian rơle bảo vệ là yếu tố then chốt để đảm bảo tính chọn lọc và tránh mất điện diện rộng. Kết quả mô phỏng và phân tích thực tế tại trạm 110kV Hòa Hưng cung cấp bằng chứng rõ ràng về tầm quan trọng của việc kiểm tra, hiệu chỉnh và giám sát liên tục hệ thống rơle bảo vệ. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ASPEN OneLiner giúp đánh giá chính xác các kịch bản sự cố và điều chỉnh trị số rơle phù hợp với điều kiện vận hành thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phối hợp thời gian rơle bảo vệ, bảng so sánh trị số dòng điện ngắn mạch thực tế và mô phỏng, cũng như dạng sóng dòng điện và điện áp ghi nhận từ rơle để minh họa hiện tượng bão hòa biến dòng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Hiệu chỉnh và kiểm tra lại cài đặt rơle bảo vệ: Thực hiện rà soát, hiệu chỉnh trị số cài đặt rơle quá dòng tại các máy cắt 472, 432 và 132 nhằm đảm bảo phối hợp thời gian chính xác, tránh tác động vượt cấp không mong muốn. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng, chủ thể: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam phối hợp với đơn vị vận hành trạm.

2. Nâng cấp hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu rơle: Triển khai hệ thống SCADA nâng cao khả năng giám sát dạng sóng dòng điện, điện áp và trạng thái rơle theo thời gian thực để phát hiện sớm các bất thường. Mục tiêu giảm thiểu sự cố mất điện diện rộng. Thời gian: 12 tháng, chủ thể: Ban quản lý dự án điện lực và nhà cung cấp thiết bị.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về phân tích sự cố rơle bảo vệ, sử dụng phần mềm mô phỏng và kỹ thuật chỉnh định rơle nhằm nâng cao năng lực xử lý sự cố. Thời gian: liên tục hàng năm, chủ thể: Trường Đại học Bách Khoa và Trung tâm Điều độ.

4. Cập nhật và kiểm định thông số thiết bị điện: Thực hiện kiểm định định kỳ các máy biến áp, biến dòng điện để đảm bảo thông số kỹ thuật chính xác, giảm sai số trong mô phỏng và tính toán rơle bảo vệ. Thời gian: 1-2 năm/lần, chủ thể: Đơn vị bảo trì và nhà sản xuất thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì hệ thống điện: Nắm bắt kiến thức về phân tích sự cố rơle bảo vệ, phương pháp phối hợp thời gian và kỹ thuật chỉnh định rơle để nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu sự cố.

2. Chuyên gia thiết kế và tư vấn hệ thống điện: Áp dụng các mô hình tính toán, mô phỏng và phân tích sự cố để thiết kế hệ thống bảo vệ phù hợp, đảm bảo tính chọn lọc và độ tin cậy cao.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách điện lực: Hiểu rõ các nguyên nhân và giải pháp kỹ thuật nhằm xây dựng chính sách đầu tư, nâng cấp hạ tầng điện lực hiệu quả, giảm thiểu rủi ro mất điện diện rộng.

4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo thực tiễn về ứng dụng phần mềm mô phỏng, phân tích sự cố và thiết kế hệ thống rơle bảo vệ trong môi trường vận hành thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao sự cố bật vượt cấp rơle bảo vệ lại gây mất điện diện rộng?
   Bật vượt cấp làm rơle bảo vệ tác động không chọn lọc, cắt điện nhiều phần tử không liên quan, dẫn đến mất điện diện rộng và kéo dài thời gian khôi phục.

2. Phương pháp phối hợp thời gian rơle bảo vệ có vai trò gì?
   Phối hợp thời gian giúp rơle gần sự cố tác động trước, rơle xa hơn tác động sau với thời gian trễ dự phòng, đảm bảo chọn lọc và giảm thiểu tác động không mong muốn.

3. Hiện tượng bão hòa biến dòng ảnh hưởng thế nào đến rơle bảo vệ?
   Bão hòa biến dòng làm tín hiệu dòng điện thứ cấp sai lệch, có thể gây rơle không nhận diện đúng dòng sự cố, dẫn đến tác động sai hoặc không tác động.

4. Phần mềm ASPEN OneLiner hỗ trợ gì trong nghiên cứu?
   ASPEN OneLiner mô phỏng hệ thống điện, tính toán dòng ngắn mạch và phối hợp rơle bảo vệ, giúp đánh giá chính xác hiệu quả hoạt động và phát hiện điểm yếu trong thiết kế.

5. Làm thế nào để nâng cao độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ?
   Cần kiểm tra, hiệu chỉnh trị số rơle, nâng cấp hệ thống giám sát, đào tạo nhân viên và kiểm định định kỳ thiết bị để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết sự cố bật vượt cấp rơle bảo vệ tại trạm 110kV Hòa Hưng, làm rõ nguyên nhân và ảnh hưởng đến hệ thống điện khu vực.
• Mô hình hóa và mô phỏng bằng ASPEN OneLiner giúp đánh giá chính xác phối hợp thời gian và hiệu quả hoạt động của rơle bảo vệ.
• Kết quả cho thấy nguyên nhân sự cố không phải do bão hòa biến dòng hay sai sót tính toán trị số rơle, mà chủ yếu do cài đặt và phối hợp thời gian chưa tối ưu.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm nâng cao độ tin cậy, giảm thiểu sự cố mất điện diện rộng trong tương lai.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi và áp dụng công nghệ giám sát hiện đại để nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện.

Triển khai hiệu chỉnh rơle, nâng cấp hệ thống giám sát và đào tạo nhân sự để đảm bảo vận hành an toàn, ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. KHẢ NĂNG VẬN HÀNH CỦA TRẠM 110kV HÒA HƯNG TRONG CHẾ ĐỘ BÌNH THƯỜNG VÀ SỰ CỐ 1.1 Tổng quan trạm 110kV Hòa Hưng Trạm 110kV Hòa Hưng là một trong những trạm cung cấp điện quan trọng của khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Trạm 110kV Hòa Hưng nhận điện từ trạm 220kV Tao Đàn để cung cấp điện cho 16 trạm 22kV bao gồm các trạm Hoàng Văn Thụ, Nguyễn Thông, Hoa Lư, Cách Mạng Tháng 8,. và 3 ngăn lộ dự phòng.

Trạm 110kV Hòa Hưng bao gồm 2 máy biến áp với công suất 2x63MVA đang hoạt động ở chế độ vận hành độc lập từng máy biến áp.1 Chế độ vận hành bình thường Hình 1.1: Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Hòa Hưng [2] Trạm 110kV Hòa Hưng bao gồm 2 máy biến áp 63MVA với công suất các máy biến áp được mô tả như bảng 1.1: Thông số máy biến áp trạm 110kV Hòa Hưng Thông số Máy biến áp T1-63MVA Máy biến áp T2-63MVA Tổ đấu dây YNyn0-d11 Ynyn-d11 Tổn hao không tải 200,3kW 205,1kW Điện áp ngắn mạch 115-23 13.91% Điện áp ngắn mạch 115-11 21.34% Điện áp ngắn mạch 23-11 5.54% Luận văn thạc sĩ Trang 5 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn Hình 1.2: Mô hình hóa trạm 110kV Hòa Hưng bằng phần mềm ASPEN OneLiner Sử dụng chương trình ASPEN OneLiner để mô phỏng trạm 110kV Hòa Hưng với các thông số máy biến áp được liệt kê như bảng 1. Trạm 110kV Hòa Hưng nhận điện từ trạm 220kV Tao Đàn qua đường dây ACSR240x32 có chiều dài 4,325km và liên kết với trạm 110kV Hỏa Xa qua đường dây ACSR240x32 dài 5,12km. Hai máy biến áp trạm 110kV Hòa Hưng đang vận hành chế độ độc lập, lúc này máy cắt 412 đang mở.

Theo số liệu SCADA của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam ghi nhận công suất trạm 110kV Hòa Hưng như bảng 1. Công suất của máy biến áp phía 22kV và 110kV không giống nhau vì đã bị tổn hao trong quá trình biến đổi năng lượng, điều này đúng với lý thuyết. Công suất trên đường dây 110kV Tao Đàn – Hòa Hưng là 101+j18,6 (MVA) và đường dây 110kV Hòa Hưng - Hỏa Xa là 25+j5,45 (MVA).2: Công suất của trạm 110kV Hòa Hưng theo ghi nhận của SCADA Công suất P (MW) Q (MVar) Phía 110kV MBA T1 33,9 3,65 Phía 110kV MBA T2 42,4 3,85 Phía 22kV MBA T1 33,9 3,61 Phía 22kV MBA T2 42,4 8,02 ĐZ Tao Đàn – Hòa Hưng 101,0 18,61 ĐZ Hòa Hưng – Hỏa Xa 25,00 5,45 Luận văn thạc sĩ Trang 6 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn Hình 1.3: Trào lưu công suất trạm 110kV Hòa Hưng theo thực tế vận hành Hình 1.3 đã mô phỏng trào lưu công suất tại trạm 110kV Hòa Hưng và các đường dây liên quan.

Ta nhận thấy trào lưu công suất giữa mô phỏng và thực tế (bảng 1.2) gần như giống nhau, tuy nhiên vẫn còn sai số nhỏ nhưng không đánh kể. Những sai số này chủ yếu là sai số về công suất vô công, còn công suất hữu công là hoàn toàn chính xác so với thực tế.2 Hệ thống rơle bảo vệ Hệ thống rơle bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng bao gồm các rơle bảo vệ sau a. Bảo vệ máy biến áp:  Rơle so lệch máy biến áp: sử dụng rơle 7UT613, với các chức năng so lệch máy biến biến áp (87T), chống chạm đất hạn chế (87N/REF);  Rơle quá dòng bảo vệ ngăn lộ tổng 110kV: sử dụng rơle 7SJ621, với chức năng quá dòng không hướng (50/51, 50/51N);  Rơle quá dòng bảo vệ ngăn lộ tổng 22kV: sử dụng rơle GRE140, với chức năng quá dòng không hướng (50/51, 50/51N). Bảo vệ máy cắt kết giàn 22kV  Rơle quá dòng bảo vệ máy cắt kết giàn 22kV: sử dụng rơle 7SJ621, với chức năng quá dòng không hướng (50/51, 50/51N).

Bảo vệ thanh cái 22kV  Rơle thấp áp: sử dụng rơle 7SJ621, với chức năng thấp áp (27);  Rơle cao áp: sử dụng rơle 7SJ621, với chức năng cao áp (59). Luận văn thạc sĩ Trang 7 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn d. Bảo vệ các xuất tuyến 22kV  Rơle quá dòng bảo vệ xuất tuyến 22kV: sử dụng rơle GRE140, với chức năng quá dòng không hướng (50/51, 50/51N).2 Phân tích hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ khi xảy ra sự cố Ngày 04.2019 xảy ra sự cố trên xuất tuyến 472 (cấp điện cho trạm Công Binh) của trạm 110kV Hòa Hưng gây bật vượt cấp máy cắt 132.

Sự cố này đã làm mất điện toàn bộ máy biến áp T2 trạm 110kV Hòa Hưng cấp điện cho khu vực Thị Riêng, Hòa Hưng, Chí Hòa Ga, Phú Thọ, Ngọc Hầu, Chấn Hưng, Công Binh, Sư Vạn Hạnh trong hơn 4 giờ liên tục. Nếu hệ thống rơle bảo vệ làm việc tin cậy và chọn lọc thì sẽ tác động máy cắt 472 và chỉ mất điện trạm 22kV Công Binh và 07 trạm 22kV còn lại không bị gián đoạn về điện. Chính vì điều đó, chúng ta cần phân tích và tìm hiểu về sự cố này: Hình 1.4: Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Hòa Hưng 1.1 Thông tin sự cố  Thời điểm sự cố: sự cố xảy ra lúc 10h50 ngày 04.2019;  Sự cố: Bật máy cắt 132 trạm 110kV Hòa Hưng với chức năng 50NP (quá dòng cắt nhanh thứ tự không);  Vị trí sự cố: sự cố chạm đất 1 pha (pha C) xảy ra trên xuất tuyến 472 của trạm 110kV Hòa Hưng, cách máy cắt 472 là 2,4km. Xuất tuyến 472 sử dụng dây dẫn cáp M120;  Các truy xuất rơle ghi nhận như hình 1.7 Luận văn thạc sĩ Trang 8 GVHD: PGS.

Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn Hình 1.5: Truy xuất rơle GRE140 tại máy cắt 472 trạm 110kV Hòa Hưng Hình 1.5 là truy xuất rơle tại máy cắt 472 trạm 110kV Hòa Hưng. Ta có thể thấy rằng thời điểm trước sự cố, các dòng điện Ia, Ib, Ic là bằng nhau và là dòng tải, khi xảy ra sự cố thì dòng Ic tăng vọt lên 6335A, xuất hiện dòng 3I0 có giá trị là 6179A.6: Truy xuất rơle GRE140 tại máy cắt 432 trạm 110kV Hòa Hưng Hình 1.6 là truy xuất rơle tại máy cắt 432 trạm 110kV Hòa Hưng khi xảy ra sự cố trên xuất tuyến 22kV trạm 110kV Hòa Hưng. Thời điểm trước sự cố các dòng tải Ia, Ib, Ic là bằng nhau và dòng 3I0 là bằng 0. Khi xảy ra sự cố, dòng Ic tăng vọt lên giá trị 7216A và dòng 3I0 lúc này có giá trị 6421A.

Điện áp pha C lúc này giảm thấp. Luận văn thạc sĩ Trang 9 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn Hình 1.7: Truy xuất rơle 7SJ621 tại máy cắt 132 trạm 110kV Hòa Hưng Hình 1.7 là truy xuất rơle tại máy cắt 132 trạm 110kV Hòa Hưng. Khi xảy ra sự cố ta thấy dòng Ic tăng vọt và có giá trị 1416A và dòng 3I0 có giá trị là 1277A.

Khi xảy ra sự cố, các rơle cài đặt tại mỗi máy cắt đó sẽ khởi động chức năng quá dòng điện để tính toán xác định thời gian trễ tương ứng để đưa tín hiệu đi cắt máy cắt.2 Đánh giá nguyên nhân Khi xảy ra sự cố, các rơle bảo vệ đã khởi động và tính toán thời gian trễ của từng chức năng, khi sự cố vẫn duy trì sau khoảng thời gian trễ đó thì rơle sẽ đưa tín hiệu đi cắt máy cắt.10 là các output của các rơle bảo vệ đặt tại các máy cắt 472, 432 và 132 trạm 110kV Hòa Hưng.8: Truy xuất output của rơle bảo vệ máy cắt 472 trạm 110kV Hòa Hưng Luận văn thạc sĩ Trang 10 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn Hình 1.9: Truy xuất output của rơle bảo vệ máy cắt 432 trạm 110kV Hòa Hưng Hình 1.10: Truy xuất output của rơle bảo vệ máy cắt 132 trạm 110kV Hòa Hưng Ta nhận thấy, các rơle tại các máy cắt 472 và 432 chưa đưa tín hiệu đi cắt máy cắt nhưng rơle bảo vệ máy cắt 132 đã đưa tín hiệu đi cắt máy cắt 132 với thời gian trễ là 300ms. Sau 330ms máy cắt 132 đã được cắt, cô lập máy biến áp T2 cũng như sự cố. Hiện tượng tác động máy cắt 132 trước máy cắt 472 là hoạt động không mong muốn của hệ thống rơle bảo vệ, không đúng với thiết kế của hệ thống rơle bảo vệ là tác động một các chọn lọc.

Hoạt động bất thường này của hệ thống rơle bảo vệ có thể do các nguyên nhân sau: a. Tính toán và cài đặt rơle bảo vệ không phối hợp chọn lọc  Tính toán trị số rơle bảo vệ không phối hợp chọn lọc: các giá trị tính toán trị số rơle quá dòng bảo vệ cho các máy cắt 472, 432 và 132 không đảm thời gian dự phòng, cũng như không phối hợp chọn lọc với nhau dẫn đến khi xảy ra sự cố hệ thống rơle bảo vệ làm việc không tin cậy;  Cài đặt trị số rơle bảo vệ không đúng với giá trị tính toán. Thông số thiết bị điện  Bão hòa biến dòng điện;  Thông số máy biến áp không chính xác Luận văn thạc sĩ Trang 11 GVHD: PGS. Phạm Đình Anh Khôi HVTH: Trương Sỉ Toàn CHƯƠNG 2.

TÍNH TOÁN VÀ CÀI ĐẶT TRỊ SỐ RƠLE BẢO VỆ TRẠM 110kV HÒA HƯNG 2.1 Phương thức bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng Hình 2.1: Sơ đồ phương thức rơle bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng 2.2 Tính toán trị số rơle bảo vệ trạm 110kV Hòa Hưng Luận văn sử dụng phần mềm ASPEN OneLiner để thực hiện mô phỏng và tính toán các giá trị dòng điện ở các dạng sự cố trên hệ thống điện. Phần mềm ASPEN OneLiner đã được kiểm chứng bằng việc sử dụng cho Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia và các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền để thực hiện tính toán và kiểm tra phối hợp các rơle bảo vệ trên toàn hệ thống điện Việt Nam. Phần mềm ASPEN OneLiner sử dụng phương thức tính toán giá trị dòng điện ngắn mạch theo phương pháp lọc dòng điện cơ bản, nhưng các rơle bảo vệ hiện nay sử dụng 2 phương pháp đo lường là phương pháp thành phần cơ bản và phương pháp giá trị hiệu dụng (RMS), luận văn sẽ trình bày về hai phương pháp đo lường này: 2.1 Phương pháp đo lường trong rơle bảo vệ a. Giả thiết tính toán  Tính chính xác Ingắn mạch là một vấn đề rất khó khăn, nhất là đối với sơ đồ phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp;  Khi giải quyết một bài toán thực tế không đòi hỏi độ chính xác cao lắm có thể sử dụng những phương pháp tính toán thực dụng, gần đúng, nhằm giảm bớt sự phức tạp và đơn giản trong tính toán; Luận văn thạc sĩ Trang 12 GVHD: PGS.