Nghiên cứu xây dựng cấu hình Rơle sa thải phụ tải cho trạm biến áp 110KV ĐăKmil

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 151 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CẤU HÌNH RƠLE SA THẢI PHỤ TẢI CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV ĐĂKMIL A STUDY ON THE BUILDING OF CONFIRGURATION FOR UNDER FREQUENCY RELAYS IN ĐĂKMIL 110KV SUBSTATION Lê Kim Hùng Đại học Đà Nẵng Vũ Phan Huấn Công ty thí nghiệm điện Miền Trung TÓM TẮT Rơle sa thải phụ tải theo tần số có khả năng tích hợp các chức năng bảo vệ tần số và điện áp nhằm đảm bảo độ ổn định trong hệ thống điện bằng cách sa thải phụ tải hoặc cô lập lưới điện cục bộ trong điều kiện kém tần và quá áp. Hiện nay, rơle tần số được lắp đặt tại các trạm biến áp và sa thải tải theo từng lượng công suất nhỏ, giúp cho tần số và điện áp lưới điện khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường. Bài báo tập trung vào trình bày sơ đồ ứng dụng chức năng sa thải phụ tải mới dựa trên nguyên lý truyền thống sa thải tải, cho phép cắt các ngăn lộ theo từng cấp tần số, bắt đầu từ việc kiểm tra đấu nối nhị thứ, đến cài đặt thông số chỉnh định và cấu hình rơle trên phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle Micom Studio. Cuối cùng là ứng dụng sơ đồ sa thải phụ tải bằng rơle Areva P142 tại Trạm biến áp 110kV ĐăkMil. ABSTRACT The numerical load-shedding and frequency relay is a special protection system providing frequency and voltage protection for controlling the power system stability. It sheds loads or isolates grid islands under the condition of under-frequency and over-voltage. In this article, the implication is that frequency relays can be installed in many distribution substations and can control relatively small blocks of load and it can bring voltage and frequency back to normal operation. This paper also proposes a new under-frequency automatic load-shedding scheme based on the nature of the loads shed that can be usually controlled only by tripping feeders at the distribution level frequency. Initially, the tester checks cables in secondary drawing. After that, the Micom Studio software can be used for settings and configurations for relay. Finally, the load- shedding scheme can be tested on the Areva relay P142 at 110kV Substation of Dakmil. 1. Đặt vấn đề Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc độ quay và công suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì công suất của chúng cũng bị giảm thấp. Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức [1]. Ngoài ra, tần số còn ảnh hưởng đến sự làm việc tin cậy của rơle. Ví dụ kiểm tra giá trị tác động của quá dòng chạm đất cấp 1 (IE> = 0,4A) của rơle 7SJ612 ngăn lộ 432 tại Trạm biến áp 110kV Điện Nam - Điện Ngọc bằng hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC256 cho thấy, tại thời điểm tần số lưới (fL) vượt quá 55Hz hoặc giảm thấp hơn 45Hz và có sự cố trên đường dây, rơle sẽ không tác động cắt máy cắt 432. Tại thời điểm fL = 45Hz thì giá trị dòng tác động nằm ngoài sai số cho phép của nhà chế tạo (xem hình vẽ 1). Do vậy, fL luôn được giữ ở định mức là 50 Hz ± 0,1Hz (đối với hệ thống điện Việt Nam). TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 152 Hiện nay, nguồn điện cả nước đang bị thiếu hụt nghiêm trọng do phụ tải tăng nhiều mà nguồn nuớc tại các nhà máy thủy điện xuống thấp, có quá ít nhà máy điện mới được đưa vào vận hành và một số nhà máy điện lớn bị sự cố đang phải ngưng hoạt động để sửa chữa. Do đó, EVN đã tiến hành giảm cung cấp điện cục bộ một số khu vực khi hệ thống điện truyền tải bị quá tải dựa theo kết quả đánh giá an ninh hệ thống điện, hoặc khi tỷ lệ dự phòng công suất hệ thống điện theo tuần nhỏ hơn 5%... cũng như ngừng, giảm cung cấp điện khẩn cấp khi tần số của hệ thống điện giảm thấp dưới ngưỡng quy định bằng rơle sa thải phụ tải theo tần số (F81). Cho nên, để triển khai ứng dụng rơle số F81 được hiệu quả trong quá trình thí nghiệm và vận hành là rất cần thiết. a. Dòng tác động 400mA tại tần số 50Hz b. Dòng tác động 388mA tại tần số 45Hz Hình 1. Bản ghi sự cố dòng sự cố trên rơle 7SJ612 bằng phần mềm SIGRA 4.4 2. Nguyên lý chức năng sa thải phụ tải theo tần số Sơ đồ sa thải phụ tải đơn giản nhất là 1 cấp tần số có f1 = 47,4; t = 10s. Tuy nhiên, phụ tải tiêu thụ điện trong lưới có cấp độ ưu tiên khác nhau, nên việc sử dụng rơle sa thải phụ tải có số lượng cấp tần số sa thải phụ tải từ 2 đến 4 cấp là phổ biến nhất. Trên hình 2 trình bày sơ đồ nguyên lý sa thải phụ tải theo tần số sử dụng rơle Areva P921 đặt tại ngăn lộ thanh cái TU C41 của Trạm biến áp 110kV Diên Sanh, gồm có các chức năng sau: - Chức năng kém áp đi báo tín hiệu. - Chức năng quá áp đi cắt MC 431, 412. Hình 2. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá, kém áp và sa thải phụ tải theo tần số TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 153 - Chức năng kém tần: Theo phiếu chỉnh định của Trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Trung, rơle được cài đặt 4 cấp sa thải tải tương ứng là: 49; 48,8; 48,6; 48,4 Hz. Khi tần số lưới giảm xuống đến 49 Hz thì rơle tác động cắt MC 471, nhờ vậy giảm được tốc độ giảm thấp tần số. Khi tần số tiếp tục giảm xuống đến 48,8 Hz thì rơle tác động cắt thêm 473, sự thiếu hụt công suất và tốc độ giảm thấp tần số được giảm nhiều hơn. Tương tự, nếu tần số lưới giảm đến 48,6 Hz, rơle cho đi cắt 475 và tại tần số 48,4 Hz, rơle tác động cắt 477 đủ để chấm dứt tình trạng giảm tần số và khôi phục tần số đến hay gần đến giá trị định mức. Cần lưu ý là nếu lượng công suất thiếu hụt ít, thì có thể chỉ có đợt 1 hoặc chỉ có đợt 1 và đợt 2 tác động. Ngoài các đợt tác động chính, thiết bị tự động giảm tải theo tần số cần phải có một đợt tác động đặc biệt để ngăn ngừa hiện tượng “tần số treo lơ lửng”. Hiện tượng này có thể sinh ra sau khi các đợt chính tác động nhưng tần số vẫn không trở về giá trị gần định mức mà duy trì ở một giá trị nào đó thấp hơn định mức. Tần số khởi động của đợt tác động đặc biệt vào khoảng 48,8 đến 49 Hz [1]. Xét sơ đồ với lượng công suất truyền tải giả định như hình vẽ 3, ta cần tiến hành cài đặt cấp tần số sa thải tải cho các ngăn lộ tải theo phần trăm công suất theo bảng 1 [2]: Hình 3. Dung lượng công suất truyền tải trên lưới Bảng 1. Cài đặt phân cấp sa thải tải theo tần số MF ngừng làm việc Cấp tần số đặt Ngăn lộ A f1 471 B f2 473 A và B f3 471, 473, 475 C f4 475, 477 Giả sử khi MF A ngừng làm việc, rơle tần số cho phép cắt ngăn lộ 471. Khi MF B ngừng làm việc rơle cắt MC 471, 473. Tương tự, MF A và MF B ngừng làm việc thì rơle xuất lệnh đi cắt MC 471, 473, 475. Còn trường hợp MF C ngưng làm việc, rơle cắt 475, 477. Trên cơ sở này, ta có thể triển khai ứng dụng chức năng sa thải tần số tại các trạm biến áp sử dụng chức năng F81. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 154 3. Ứng dụng chức năng F81 tại TBA 110kV Đăk Mil Hình 4. Sơ đồ thanh cái C31 sử dụng chức năng sa thải tần số trên rơle P142 Đối với Trạm biến áp 110kV Đăk Mil, sơ đồ nguyên lý bảo vệ thực tế tại các ngăn lộ 35kV trình bày trên hình 4 có sự khác biệt so với nguyên lý truyền thống là không sử dụng rơle sa thải tần số thanh cái tại ngăn lộ TU C31 mà sử dụng ngay chức năng F81 tại từng ngăn lộ riêng biệt. Thông thường lưới điện Việt Nam sử dụng 4 cấp tần số sa thải tải. Giả sử ban đầu Trung tâm điều độ cài đặt ngăn lộ 371 cho phép sa thải tải với tần số lưới bằng f1 = 49 Hz. Nhưng sau đó có thể thay đổi cho phép sa thải phụ tải với tần số f2 = 48,8 Hz. Như vậy, sau mỗi lần nhận lệnh đổi cấp tần số sa thải tải, nhân viên vận hành phải thao tác đặt lại giá trị chỉnh định của cấp tần số cần sa thải mong muốn bằng tay. Điều này phụ thuộc vào tay nghề của nhân viên trong ca trực và có thể làm mất nhiều thời gian để cài đặt rơle. Ngoài ra, rơle P142 được nhà sản xuất AREVA chế tạo không có biến đầu vào Input dùng để ON từng cấp tần số (f1, f2, f3, f4) mong muốn khi sử dụng khóa chuyển mạch lựa chọn S81 mà chỉ có biến đầu vào Input đi Block từng cấp tần số (f<1 timer block, f<2 timer block, f<3 timer block, f<4 timer block). Như vậy, vấn đề đặt ra là làm thế nào để nhân viên vận hành thao tác khóa S81 sang vị trí 1, rơle ngăn lộ sẽ cắt với tần số f1; tại vị trí 2, rơle cắt với tần số f2; tại vị trí 3, rơle cắt với tần số f3; tại vị trí 4, rơle cắt với tần số f4 và ở vị trí OFF, rơle khóa chức năng F81. 4. Sơ đồ và cấu hình đề xuất Trên cơ sở tài liệu kỹ thuật của rơle Areva P142 [3], các tác giả đã tiến hành nghiên cứu cải tạo nguyên lý chức năng sa thải phụ tải theo tần số dựa trên cấu hình logic của rơle P142 nhằm giảm thiểu thời gian thao tác cài đặt thông số chỉnh định trên rơle. Trình tự công việc được thực hiện theo các bước sau: Bước 1. Đưa 04 tín hiệu trạng thái khóa chuyển mạch lựa chọn cấp sa thải phụ tải vào Input rơle: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 155 Hình 5. Mạch nhị thứ đấu nối cho input rơle Bước 2. Cấu hình chức năng sa thai phụ tải theo tần số trên phần mềm Micom Studio: - Cài đặt đầu ra rơle: - Khóa S81 ở vị trí OFF: cho phép rơle làm khóa tác động kém tần số cấp 1, 2, 3, 4. - Khóa S81 ở vị trí 1: cho phép rơle làm việc với tần số cấp 1 và khóa kém tần số cấp 2, 3, 4. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 156 - Khóa S81ở vị trí 2: cho phép rơle làm việc với tần số cấp 2 và khóa kém tần số cấp 1, 3, 4. - Khóa S81 ở vị trí 3: cho phép rơle làm việc với tần số cấp 3 và khóa kém tần số cấp 1, 2, 4. - Khóa S81 ở vị trí 4: cho phép rơle làm việc với tần số cấp 4 và khóa kém tần số cấp 1, 2, 3. Với cấu hình nêu trên, Công ty thí nghiệm điện Miền Trung đã tiến hành cài đặt thông số chỉnh định rơle, thử nghiệm chức năng kém tần cấp 1,2, 3, 4 bằng Hợp bộ thí nghiệm nhị thứ Omicron 256, đọc bản ghi sự cố trên rơle bằng công cụ Sigra (xem hình 6) và kết luận khẳng định chất lượng rơle kỹ thuật số P142 tại trạm biến áp 110kV ĐăkMil là đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đưa vào vận hành. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 157 Hình 6. Bản ghi sự cố kém tần cấp 1 trên rơle được đọc bằng phần mềm SIGRA 5. Kết luận Qua việc tiến hành cấu hình, cài đặt và thí nghiệm rơle sa thải phụ tải theo tần số tại Trạm biến áp 110kV ĐăkMil đã góp phần giảm thiểu thời gian thao tác cài đặt rơle theo yêu cầu của Trung tâm điều độ cho nhân viên vận hành. Ngoài ra, sau thời gian theo dõi đưa chức năng F81 của rơle P142 vào làm việc từ tháng 5 năm 2009 đến nay, cùng với thống kê sự cố nhảy nhầm máy cắt tại các ngăn lộ 35kV của Trạm biến áp 110kV ĐăkMil, đã cho phép tác giả đánh giá và kết luận đúng về chất lượng của rơle P142 làm việc an toàn và tin cậy. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Kim Hùng, Bảo vệ rơle và tự động hóa, NXB Đà Nẵng, 1998. [2] Walter A. Elmore, Protective relaying theory and applications, 1989. [3] Areva, P142 Guide techniacal, 2009.