Phân tích hoạt động của hệ thống rơ le bảo vệ máy phát công suất nhỏ trong quá trình khởi động đen
30/10/2017Bài báo trình bày kết quả phân tích về hoạt động của hệ thống rơle bảo vệ cho máy phát thủy điện nhỏ trong quá trình khởi động đen; lưới điện vận hành ở trạng thái tách đảo, cô lập. Vấn đề cần quan tâm khi hệ thống vận hành cô lập là công suất ngắn mạch giảm thấp và ảnh hưởng tới độ nhạy của các rơle bảo vệ. Bài báo đi sâu nghiên cứu các ảnh hưởng này đối với hệ thống rơle bảo vệ cho máy phát và đề xuất các giải pháp cần thực hiện nhằm đảm bảo sự làm việc tin cậy của hệ thống rơle, cũng như đảm bảo bảo vệ tốt máy phát trong quá trình khởi động đen. Kết quả nghiên cứu được áp dụng để phân tích hệ thống rơle bảo vệ cho máy phát của nhà máy thủy điện nhỏ Suối Tân với nhiều kịch bản khởi động đen khác nhau.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Với ưu thế phân bố rộng khắp của mạng lưới thủy điện nhỏ ở khu vực nông thôn và miền núi, khi hệ thống điện bị sự cố do thiên tai, tổ máy thủy điện nhỏ có khả năng tự khôi phục khởi động lại nhanh và cung cấp nguồn điện trở lại, đóng vai trò chủ động và phát huy hiệu quả trong điều kiện khẩn cấp.
Việc vận hành mạng lưới điện độc lập phụ thuộc việc phát triển hệ thống nguồn tại địa phương và các vùng lân cận. Thậm chí khi nguồn lưới điện quốc gia bị ngắt, mạng lưới điện địa phương dựa vào thủy điện nhỏ và năng lượng tái tạo vẫn có thể vận hành độc lập, đảm bảo đời sống dân sinh và các hoạt động quan trọng khác.
Một trong các vấn đề cần chú ý khi thiết lập kịch bản khởi động đen các tổ máy thủy điện là việc cần phải xem xét lại hệ thống rơle bảo vệ để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống này. Lý do cần xem xét lại là do các chức năng bảo vệ được sử dụng cho máy phát và các giá trị chỉnh định đề dựa trên dựa trên giả thiết nhà máy vận hành kết nối với hệ thống điện quốc gia. Trong chế độ nhà máy vận hành độc lập khi khởi động đen, chỉ cấp điện cho một số phụ tải lân cận (islanding operation), rất có thể các hệ thống bảo vệ này sẽ không đảm bảo hoạt động đúng như đã được thiết kế do sự thay đổi của công suất ngắn mạch, chiều dòng công suất và nhiều yếu tố khác. Do đó cần có các tính toán thay đổi giá trị cài đặt cho các bảo vệ này hoặc bổ sung thêm các chức năng bảo vệ khác nếu cần. Bài báo sẽ đi sâu nghiên cứu hệ thống rơle bảo vệ cho tổ máy thủy điện nhỏ của nhà máy thủy điện Suối Tân (1) khi vận hành ở chế độ tách đảo trong quá trình khởi động đen, đề xuất các chức năng bảo vệ cần cài đặt thêm và giá trị chỉnh định tương ứng. Mô hình nghiên cứu hoàn toàn có thể áp dụng cho các hệ thống có khả năng vận hành tách đảo tương tự khác.
II. CÁC VẤN ĐỀ PHÁT SINH VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MÁY PHÁT CÔNG SUẤT NHỎ KHI VẬN HÀNH Ở CHẾ ĐỘ TÁCH ĐẢO
2.1. Các bảo vệ thường đặt cho máy phát có công suất nhỏ (<5MVA)
2.2 Bảo vệ chống chạm đất 90% cuộn dây stato (64, 59N)
2.3. Bảo vệ quá dòng điện (51)
2.4. Bảo vệ chống thấp kích từ (40)
2.5. Bảo vệ chống quá kích từ
2.6 Bảo vệ chống quá điện áp (59)
2.7 Bảo vệ chống thấp điện áp (27)
2.8 Bảo vệ tần số cao/ tần số thấp (81O/81U)
III. CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĐỀ XUẤT
3.1. Cơ sở của đề xuất
3.2. Sử dụng bảo vệ quá dòng có khóa/hãm điện áp thấp
3.3. Sử dụng bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch (46)
3.4. Sử dụng bảo vệ so lệch theo nguyên lý tổng từ thông đơn giản
3.5. Chức năng bảo vệ theo tần số
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nhà thầu cung cấp. Tài liệu tham khảo về hệ thống rơle bảo vệ tại nhà máy thủy điện Suối Tân.
[2]. Siemens. Protection of a Medium-Sized Generator up to 5 MW. [Online] http://www.energy.siemens.com/ecc_pool/SIPROTEC_Applications/ea8d53e9-920c-46b7-af5d-f8e52a919329/Appl_21_Medium_sized_Generator_Protection_en.pdf.
[3]. J. Lewis Blackburn, Thomas J. Domin. Protective relay principle and application. s.l. : CRC Press, 2006.
Xem bài báo tại đây: Phân tích hoạt động của hệ thống rơ le bảo vệ máy phát công suất nhỏ trong quá trình khởi động đen
Tác giả:
TS. Nguyễn Xuân Tùng, TS. Nguyễn Đức Huy, TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt
Viện Điện – Đại học Bách khoa Hà Nội
ThS. Lê Việt Hùng, ThS. Ngô Thị Thanh Nga, ThS. Vũ Tuấn Anh, KS. Hoàng Minh Dự
Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo
TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI
Ý kiến góp ý:
