ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ OPAL – RT 5700 VÀ ỨNG DỤNG CHO VIỆC THÍ NGHIỆM HIỆU CHUẨN RELAY BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH SIEMENS 7SA610

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ OPAL – RT 5700 VÀ ỨNG DỤNG CHO VIỆC THÍ NGHIỆM HIỆU CHUẨN RELA.

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Rơ le bảo vệ khoảng cách (RLBV KC) là thiết bị rất quan trọng được lắp đặt tại các trạm biến áp (TBA) nhằm bảo vệ đường dây truyền tải và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện Với vai trò chủ đạo trong hệ thống bảo vệ, RLBV KC nhận diện sớm sự cố và đóng ngắt mạch theo khoảng cách từ nguồn, từ đó bảo vệ đường dây và ngăn ngừa thiệt hại cho lưới điện Vì mức độ quan trọng của nó, rơ le cần được kiểm định nghiêm ngặt để tránh tác động sai, đảm bảo độ nhạy, độ chính xác và ổn định phân phối điện.

Hiện nay, việc kiểm định rơ le được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị như HVTEST HT 1200 (hình 1.1), PONOVO L336i (hình 1.2)

Hình 1.3 minh hoạ ví dụ sử dụng thiết bị PONOVO L336i để kiểm tra rơ le Bằng cách này, người kiểm tra sẽ dựa vào phiếu chỉnh định và nhập các thông số này vào phần cấu hình của thiết bị để thực hiện quá trình kiểm tra rơ le một cách chính xác và có thể tái lập kết quả.

Hình 1 2 Máy thí nghiệm Relay -

Hình 1 1 Máy thí nghiệm Relay 6 pha - HVTEST HT 1200

Trong mô hình thử nghiệm relay, hệ thống sử dụng phần mềm Power Test PONOVO L336i trên PC và kết nối với PONOVO thông qua cổng LAN, sau đó kết nối mạch dòng, mạch áp và tiếp điểm từ PONOVO đến Relay Việc kiểm tra như vậy chỉ tạo ra giá trị dòng điện, điện áp và bơm vào Relay tùy theo tổng trở nhập vào, vì vậy khó có thể xác định vị trí sự cố xảy ra Đặc biệt, các thiết bị này không thể chạy mô phỏng thời gian thực và dạng sóng xuất ra là sóng sine chuẩn, trái với thực tế khi dòng sự cố tăng cao khiến dạng sóng bị bão hòa; do đó các kết quả nhận được có độ tin cậy không cao Hay nói cách khác, việc sử dụng các thiết bị kiểm định này chỉ đánh giá ở mức độ khách quan và không thể đánh giá đúng hoạt động của rơ-le Để đánh giá toàn bộ tính năng và hoạt động của rơ-le, chúng ta cần thiết bị có thể chạy mô phỏng hệ thống điện trong thời gian thực và dạng sóng của điện áp, dòng điện đưa vào rơ-le phải đúng với các trường hợp như: không có sự cố, sự cố nhỏ, sự cố lớn, để có thể đánh giá đúng tác động của rơ-le Việc của chúng ta là đặt rơ-le cần chỉnh định vào trình mô phỏng này, đảm bảo kết nối sao cho rơ-le tác động cắt máy cắt.

(MC) trong trình mô phỏng đúng như khi chỉnh định khi cho sự cố xảy ra tại bất kỳ vị trí nào trên đường dây.

Phương án xử lý

Hình 1 4 Tổng quan về phương án xử lý

Sử dụng máy tính hiệu suất cao để mô phỏng toàn bộ các thành phần trong hệ thống điện, cho phép xuất tín hiệu điện theo thời gian thực và giả lập hầu hết các thiết bị điện cũng như toàn bộ hệ thống điện Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là khả năng mở rộng và nâng cấp dễ dàng, giúp đáp ứng các yêu cầu mô phỏng ngày càng phức tạp mà vẫn đảm bảo hiệu suất và tính linh hoạt.

OPAL – RT 5700 là thiết bị mô phỏng hệ thống điện trong thời gian thực, hoạt động hiệu quả qua phần mềm Hypersim để tái tạo các hiện tượng điện động Ngoài chức năng mô phỏng thời gian thực, thiết bị còn tích hợp nhiều tính năng quan trọng như lập trình Board, kiểm tra Board PCB và mô phỏng nhiều loại thiết bị khác, giúp người dùng thiết kế và thử nghiệm trong môi trường an toàn Nhờ sự đa dạng tính năng và độ chính xác cao, OPAL – RT 5700 được xem như giải pháp toàn diện để khắc phục các vấn đề liên quan đến phân tích và vận hành hệ thống điện.

Hình 1 5 Mô hình thử nghiệm Relay sử dụng phương án đề xuất

Các bước xử lý và thực hiện phương án đề ra:

Bước 1 Chuẩn bị các thiết bị và công cụ thực hiện đề tài

• Bộ khuếch đại tín hiệu PONOVO PA30Bip

• Relay bảo vệ khoảng cách Siemens 7SA610

Bước 2 Mô phỏng hệ thống điện (đường dây truyền tải 220kV được bảo vệ bằng RLBV KC) trên phần mềm Hypersim

Bước 3 Tính toán, chỉnh định RLBV KC Siemens 7SA610

Bước 4 Định cấu hình I/Os Port trên phần mềm Hypersim để kết nối với rơ le Bước 5 Phân tích, đánh giá kết quả

Bước 6 Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Kết quả đạt được

Phương án trên đã đạt được các mục tiêu ngoài mong đợi, khắc phục hoàn toàn những nhược điểm đã nêu trong phần Đặt vấn đề và mang lại cho người dùng cái nhìn tổng quan nhất Kết quả mang lại gồm những lợi ích nổi bật như cải thiện trải nghiệm người dùng, tăng tính minh bạch và tin cậy của nội dung, tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tương tác, đồng thời nâng cao khả năng tìm kiếm và tiếp cận trên các công cụ tìm kiếm nhờ tối ưu hóa SEO nội dung Những kết quả này giúp người đọc nắm bắt thông tin một cách nhanh chóng, toàn diện và hiệu quả hơn.

• Mô phỏng được hệ thống điện, nơi mà chúng ta sẽ đưa RLBV KC vào vận hành thực tế

• Dựa vào kết quả mô phỏng Local host để tính toán và chỉnh định cho rơ le

Mô phỏng hệ thống thời gian thực (Real-time simulator) cho phép kiểm tra tác động của rơ-le một cách chính xác nhất và phân tích hiệu suất đáp ứng của rơ-le dưới nhiều điều kiện vận hành khác nhau Đồng thời, hệ thống này còn cho phép tinh chỉnh lại rơ-le khi cần thiết, đảm bảo chỉnh định đúng và an toàn, giảm thiểu sai lệch trong vận hành và nâng cao độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

• Phát hiện các yếu tố làm ảnh hưởng đến vùng tác động của rơ le (rơ le tác động sai) và đưa ra hướng phát triển của đề tài

VD: Sự bão hòa từ của biến dòng điện

Tóm lại, thiết bị OPAL-RT 5700 đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của chúng ta, mang lại sự phù hợp tối ưu cho các nghiên cứu khoa học và đảm bảo độ tin cậy cao.

GIỚI THIỆU THIẾT BỊ VÀ CÔNG CỤ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Thiết bị OPAL - RT 5700 (OP5700)

OPAL - RT TECHNOLOGIES cung cấp nhiều thiết bị phục vụ mô phỏng thời gian thực, tuy nhiên trong đề tài này nhóm đã chọn thiết bị OP5700 để thực hiện mô phỏng thời gian thực (hình 2.1).

OP5700 là một thiết bị mô phỏng rất hoàn chỉnh chạy trên hệ điều hành Linux REDHAT, với 8 Group I/O cho phép cấu hình 128 kênh analog hoặc 256 kênh digital, hoặc kết hợp cả hai tùy theo nhu cầu Thiết bị được cấu thành bởi 3 phần chính, như hình 2.2 mô tả.

1 Lower section Target computer: dùng để kết nối với phần mềm mô phỏng trên

Hình 2 1 Thiết bị OPAL - RT 5700

2 Upper section interface: dùng để giao tiếp I/Os, xuất/nhập dữ liệu giữa phần mềm mô phỏng và thiết bị trong thời gian thực

3 Signal conditioning modules và Carrier board: dùng để trao đổi và truyền tín hiệu Analog/Digital

2.1.1 Giao diện mặt trước của thiết bị OP5700

Hình 2 2 Cấu tạo chính thiết bị OP5700

Hình 2 3 Giao diện mặt trước của thiết bị OP5700

Mặt trước của thiết bị chỉ được sử dụng cho mục đích giám sát bao gồm:

➢ (A) Bảng đầu nối RJ45 được kết nối để giám sát các tín hiệu I/O bên trong của thiết bị

➢ (B) 16 cổng SFP (Small Form-factor Pluggable) được điều khiển từ FPGA (Field Programmable Gate Array)

➢ (C) Đầu nối đồng bộ hóa cáp quang, âm thanh và bốn đèn led hiển thị trạng thái

➢ (D) Đầu nối USB để lập trình JTAG

➢ (E) Giao diện dùng để giám sát thông qua Oscilloscope

➢ (F) Giao diện trạng thái Target Computer

2.1.2 Mặt sau của thiết bị OP5700

Mặt sau của thiết bị dùng để kết nối OP5700 với các thiết bị thực tế bên ngoài, nó bao gồm:

➢ (A) Các đầu nối I/Os DB37

➢ (B) Nguồn 5/12 VDC dùng để tạo tín hiệu Digital đưa vào OP5700

➢ (D) Đầu nối nguồn, công tắc bật/tắt nguồn và quạt tản nhiệt

➢ (E) Các cổng kết nối: Chuột, bàn phím, cổng mạng…

➢ (F) Các khe PCIe (Peripheral Component Interconnect Express).

Phần mềm Hypersim

Hypersim (hình 2.5) là phần mềm mô phỏng hệ thống điện của hãng OPAL – RT,

Giao diện mặt sau của thiết bị OP5700 (Hình 2.4) có thể được sử dụng cho mục đích Offline và Real-time Hypersim kết nối được với các thiết bị như OP5600, OP5700, OP5030 và nhiều thiết bị khác trong hệ sinh thái Khác với các phần mềm mô phỏng khác, Hypersim sử dụng cảm biến giải lập để đo các tham số mô phỏng và để xuất/nhập tín hiệu, mang lại hiệu suất và độ chính xác cao cho quá trình mô phỏng.

Bộ khuếch đại tín hiệu PONOVO PA30Bip

PONOVO PA30Bip là thiết bị khuếch đại tín hiệu thiết yếu cho trình mô phỏng hệ thống điện thời gian thực, giúp tăng cường độ chính xác và khả năng phản hồi của tín hiệu Thiết bị cung cấp khuếch đại ổn định cho các tín hiệu analog, đáp ứng nhanh các tham số điện và hỗ trợ mô phỏng các trạng thái và điều kiện làm việc khác nhau Giao diện mặt trước của PA30Bip được thiết kế trực quan và tiện dụng, cho phép người dùng cấu hình, đo lường và giám sát tín hiệu một cách hiệu quả, như được minh họa trong hình 2.6.

1 Nối đất 4 Led chỉ thị trạng thái 7 Nút nhấn dừng

2 Ngõ ra mạch dòng 5 Tín hiệu ngõ vào (Bảng 2.1)

3 Ngõ ra mạch áp 6 Nút nhấn quá nguồn

Hình 2 6 Giao diện mặt trước PONOVO PA30Bip Hình 2 5 Phần mềm Hypersim v.2020.3.0

Bảng 2 1 Sơ đồ chân tín hiệu ngõ vào của PONOVO PA30Bip

Nguồn cung cấp Điện áp 110/220 VAC

Dòng điện ngõ ra 3 x (0~30A RMS)

Công suất ngõ ra tối đa > 210VA (30A)

Tín hiệu dòng vào, Gain 0 ~ 5V RMS, Gain: 6 A/V

Khuếch đại nguồn áp Điện áp ngõ ra 4 x (0~120V RMS)

Công suất ngõ ra tối đa > 60VA (120V)

Tín hiệu áp vào, Gain 0 ~ 5V RMS, Gain: 25 V/V

Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật PONOVO PA30Bip

Relay bảo vệ khoảng cách Siemens 7SA610

Đây là thiết bị thực tế dùng để kết nối với OP5700, có chức năng chính là bảo vệ khoảng cách F21 và các chức năng bảo vệ dự phòng F50/51 và F50N/51N, phục vụ cho công tác bảo vệ lưới điện Rơ-le Siemens 7SA610 đã được thiết kế lại nhằm mục đích nghiên cứu tại phòng C201, như minh họa trong Hình 2.7.

Rơ-le sử dụng cổng giao tiếp RS232 để truy xuất dữ liệu và điều chỉnh thiết lập thông qua phần mềm Digsi 4 Sơ đồ kết nối mạch dòng (hình 2.8) và mạch áp (hình 2.9) đã được thực hiện để Relay có thể hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu vận hành.

Hình 2 8 Sơ đồ kết nối mạch dòng Relay Siemens 7SA610

Hình 2 9 Sơ đồ kết nối mạch áp Relay Siemens 7SA610

MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 220KV TRÊN PHẦN MỀM HYPERSIM

Thông số đường dây 220kV Phong Điền – Đông Hà

Trước đây, đường dây truyền tải 220kV được nối trực tiếp từ A Lưới đến Đông Hà Hiện nay, công trình đã được cải tạo và rẽ nhánh đấu nối từ A Lưới đi Phong Điền, sau đó mới đến Đông Hà, như minh họa ở hình 3.1.

Chính vì vậy, nhóm chúng em mô phỏng bảo vệ đường dây từ TBA Phong Điền – TBA Đông Hà, với các thông số của đường dây được thể hiện trong bảng 3.1 Đường dây từ Nhà máy thủy điện A Lưới đến TBA 220 kV Phong Điền cũng được đưa vào phạm vi mô phỏng nhằm bảo đảm tính đồng bộ, tin cậy và an toàn cho hệ thống điện.

Zero Positive r (/𝑘𝑚) 0,114 0,025 x (/𝑘𝑚) 0,47 0,24 Đường dây từ TBA 220kV Phong Điền – TBA 220kV Đông Hà

Bảng 3 1 Thông số đường dây truyền tải 220kV Hình 3 1 Sơ đồ đơn tuyến đường dây truyền tải A Lưới - Phong Điền - Đông Hà

Thiết kế mô hình mô phỏng trên Hypersim

Hình 3.2 trình bày mô hình đường dây truyền tải 220kV với rơle bảo vệ khoảng cách Siemens 7SA610 được đặt tại đầu đường dây TBA Phong Điền – TBA Đông Hà, gồm 4 vùng bảo vệ: vùng 1 là bảo vệ chính, vùng 2-3-4 là bảo vệ dự phòng Để đảm bảo thí nghiệm đầy đủ các vùng bảo vệ của rơ le, đường dây PI1 được nối thêm giữa hai thanh cái DHC21 – LOADC21 nhằm mô phỏng sự cố ở vùng 2 và vùng 3, với tổng chiều dài 30 km.

Giải thích cách thức hoạt động của các thiết bị và khối trong mô hình mô phỏng

Để mô phỏng sự cố trên đường dây, chúng ta cần sử dụng mô hình đường dây có chế độ sự cố kèm theo (hình 3.3) Sự cố này có thể xảy ra giữa pha với pha hoặc giữa pha với đất, tại thời điểm t_i (s) và vị trí L_i (km) được chọn tùy ý để giả lập sự cố xảy ra trong thực tế.

Hình 3 2 Mô hình mô phỏng đường dây truyền tải 220kV A Lưới - Phong Điền - Đông Hà

Hình 3 3 Đường dây truyền tải 3 pha có giả lập sự

Thông số cài đặt chung của mô hình này được trình bày trong hình 3.4, bao gồm chiều dài đường dây, vị trí sự cố và điện áp pha hiệu dụng, cùng với các tham số liên quan khác Để hiểu rõ hơn về các thông số này, chúng ta có thể tham khảo bảng 3.2 để nắm vững ý nghĩa, phạm vi đo lường và cách áp dụng trong mô hình.

Tên Mô tả Đơn vị Giá trị

Description Thêm thông tin về mô hình

Vị trí của tệp EMTP (pun file) chứa các tham số dòng Tuy nhiên, định dạng EMTP (.pun) không được phép với mô hình này

Line 1 Khoảng cách lỗi từ phía (+) km {0, 1e64}

Dữ liệu đường dây có thể được lấy bằng cách sử dụng các tham số Matrix hoặc Sequence

Matrix Đường dây chưa được chuyển đổi Dữ liệu được điền vào các ma trận

Sequence Đường dây đã chuyển đổi Dữ liệu được điền vào các chuỗi thứ tự

Hình 3 4 Thông số chung của mô hình đường dây giả lập sự cố

Line Length Chiều dài của đường dây km {0, 1e64}

Giá trị công suất S cơ bản để chuyển đổi sang hệ PU

Giá trị điện áp cơ bản để chuyển đổi sang hệ PU kV rms

Giá trị tần số cơ bản để chuyển đổi sang hệ

Resistance Giá trị điện trở sự cố trên mỗi pha Ω {0, 1e64}

Ropen Giá trị điện trở mở trên mỗi pha Ω {0, 1e64}

Rclose Giá trị điện trở đóng trên mỗi pha Ω {0, 1e64}

Current Ngưỡng dòng hoạt động cho phép mở A {0, 1e64}

Bảng 3 2 Mô tả các thông số chung của đường dây giả lập sự cố

Thông số thành phần thứ tự (Sequence) được dùng để tính toán giá trị của từng Zone tác động lên rơ le Các tham số r (Ω/km) và x (Ω/km) sẽ được áp dụng trong Tab Sequence (hình 3.5) nhằm xác định mức ảnh hưởng của mỗi Zone đối với rơ le.

❖ Thông số định giờ (Timing)

Tab Timing là nơi cấu hình trạng thái ban đầu của đường dây và các tham số liên quan đến sự cố, bao gồm loại sự cố, thời gian xảy ra sự cố và thời gian hết sự cố Việc thiết lập chính xác Tab Timing giúp quản lý đường dây hiệu quả và tối ưu hóa quá trình xử lý sự cố Để hiểu rõ hơn về Tab Timing, có thể tham khảo bảng 3.3.

Hình 3 5 Thông số đường dây trong Tab Sequence

Tên Mô tả Giá trị

Time Unit Đơn vị được chọn sẽ áp dụng trong mô phỏng

Second (s) Tất cả các hoạt động Tn đều tính bằng giây

Millisecond (ms) Tất cả các hoạt động Tn đều tính bằng mili giây

Cycle (c) Tất cả các hoạt động Tn đều tính theo chu kỳ dòng điện

Cho/không cho phép các hoạt động lập trình xảy ra

Disable (0) Các hoạt động lập trình bị vô hiệu hóa

Enable (1) Các hoạt động lập trình được kích hoạt

Trạng thái của CB mỗi pha gắn với sự cố ở trạng thái ổn định; "Có màu" CB mở (không sự cố), "Xám” CB đóng (có sự cố)

Frequency Tần số cơ bản (Hz) {45, 70}

Bật / tắt hoạt động chuyển đổi trạng thái trên cùng một đường dây {0, 1}

Disable (0) Tắt thao tác chuyển đổi trạng thái

Hình 3 6 Tab Timing cấu hình sự cố đường dây

Enable (1) Kích hoạt hoạt động chuyển đổi trạng thái

Sử dụng để chỉ sự kích hoạt của Tn đến một sự chuyển đổi trạng thái được lập trình của bộ ngắt khác

Ref operation Tên (hoặc đường dẫn) của bộ ngắt mà thời gian được tham chiếu đến

Ref time Thời gian tham chiếu đến bộ ngắt khác {0, T n }

Kích hoạt “P=1” hoặc hủy kích hoạt “C=0 tùy thuộc vào tham chiếu {0, 1}

Danh sách tất cả các phase sẽ thay đổi trạng thái khi đạt đến điều kiện thời gian

ON (1) "Có màu" chuyển đổi trạng thái sẽ xảy ra

OFF (0) "Màu xám" không có chuyển đổi trạng thái nào xảy ra

Bảng 3 3 Mô tả các thông số định giờ đường dây giả lập sự cố

Trong mô hình mô phỏng của đồ án này, máy cắt 3 pha (hình 3.7) là một thiết bị bảo vệ thiết yếu, có nhiệm vụ cô lập đường dây bị sự cố với nguồn để bảo đảm an toàn và duy trì sự ổn định của hệ thống.

Trong phần mềm Hypersim, máy cắt 3 pha có thể cắt từng pha riêng lẻ hoặc cắt đồng thời cả 3 pha bằng một chân điều khiển P Trạng thái của mỗi pha trong máy cắt được quy định bởi mã nhị phân gồm hai giá trị 0 và 1, tương ứng với trạng thái mở và đóng của tiếp điểm Sự kết hợp giữa các trạng thái đóng/mở này cho phép mô phỏng các chế độ ngắt linh hoạt và kiểm tra vận hành của hệ thống điện ba pha Nhờ tính năng này, Hypersim cho phép người dùng tối ưu hóa bảo vệ và quản lý nguồn điện bằng cách mô phỏng các tình huống ngắt khác nhau.

Hình 3.7 mô tả mô hình máy cắt 3 pha trong Hypersim Trong mô hình này, tín hiệu từ ba pha sẽ tạo thành một dãy mã nhị phân và được quy đổi sang mã thập phân (từ 0 đến 7) Do đó, để điều khiển máy cắt, chân điều khiển P phải nhận tín hiệu là mã số thập phân (được phân tích trong bảng 3.4) Tuy nhiên, RLBV KC lại xuất tín hiệu Trip ở dạng nhị phân, vì vậy cần thiết kế một bộ chuyển đổi tín hiệu từ nhị phân sang thập phân để đóng/cắt máy cắt trong mô phỏng, phần này sẽ được trình bày rõ hơn ở phần 3.3.3.

Mô hình máy cắt 3 pha hoạt động như một biến trở: khi máy cắt đóng, điện trở giảm về mức rất thấp gần 0 Ω; ngược lại khi máy cắt mở, điện trở tăng lên rất cao khoảng 1 MΩ Hình 3.4 trình bày thông số định giờ của mô hình máy cắt 3 pha, phần này tương tự như Tab Timing của mô hình đường dây giả lập sự cố (phần 3.3.1).

Trong phần General, chúng ta cần đặc biệt để ý đến mục Control type với 3 loại điều khiển đó là:

➢ Internal: Điều khiển bằng lập trình trong tab Timing

➢ External (input sensors): Điều khiển riêng từng pha bằng cảm biến Digital

➢ External (input pin): Điều khiển bằng tín hiệu thập phân

Hình 3 8 Tab Timing cấu hình trạng thái máy cắt

Trong mô hình mô phỏng đề tài này, để phù hợp với tín hiệu BO của rơ le, loại điều khiển External (input pin) sẽ được sử dụng

Giá trị nhị phân Trạng thái

External (input pin) C B A Đóng pha

Bảng 3 4 Phân tích tín hiệu điều khiển đối với trạng thái của máy cắt

3.3.3 Thiết kế bộ chuyển đổi tín hiệu nhị phân sang thập phân

RLBV KC Siemens 7SA610 có tín hiệu ngõ ra BO ở dạng nhị phân 0/1, tương ứng với hai trạng thái làm việc là No Trip và Trip Tuy nhiên, tín hiệu điều khiển máy cắt trong Hypersim lại là tín hiệu ở dạng thập phân (như đã nêu ở phần 3.3.2), do đó để đưa tín hiệu từ rơ le vào phần mềm mô phỏng sao cho máy cắt tác động đúng đóng hoặc cắt 3 pha, cần có bộ chuyển đổi tín hiệu từ rơ le trước khi đưa vào chân điều khiển máy cắt Để thiết kế bộ chuyển đổi này, đầu tiên chúng ta cần quan tâm đến hai trạng thái làm việc của hệ thống điện đang mô phỏng.

Hình 3 9 Các loại điều khiển máy cắt trong Tab General

➢ Hệ thống hoạt động bình thường: tín hiệu BO của rơ le bằng 0; 3 pha của máy cắt ở trạng thái đóng, tương ứng với giá trị là 7

➢ Hệ thống bị sự cố: tín hiệu BO của rơ le bằng 1; 3 pha của máy cắt phải ở trạng thái cắt, tương ứng với giá trị là 0

Sau khi đã xác định được các giá trị làm việc của rơ le và máy cắt ở cả hai trạng thái, bước tiếp theo là quy đổi giá trị BO từ rơ le sang giá trị điều khiển (chân P) của máy cắt theo bảng 3.5 Hình 3.10 trình bày bộ chuyển đổi tín hiệu từ nhị phân sang thập phân do nhóm thiết kế, phục vụ cho liên kết và đồng bộ hóa tín hiệu điều khiển giữa rơ le và máy cắt.

Giá trị BO của rơ le Hàm quy đổi

Giá trị chân điều khiển P của máy cắt

Sự cố 1 y = -7 + 7 0 Cắt pha ABC

Bảng 3 5 Phân tích chuyển đổi tín hiệu từ rơ le sang chân điều khiển máy cắt

Hình 3 10 Thiết kế bộ chuyển đổi tín hiệu từ nhị phân sang thập phân để điều khiển máy cắt

Lựa chọn tỷ số CT, VT

CT (Current Transformer) có nhiệm vụ biến đổi dòng điện cao phía sơ cấp thành dòng điện thấp hơn phù hợp để cấp tín hiệu cho thiết bị đo lường và bảo vệ (rơ le), tương tự VT (Voltage Transformer) sẽ cấp tín hiệu áp Ta cần lựa chọn tỷ số CT, VT sao cho phù hợp với rơ le đang sử dụng Hình 3.11 / hình 3.12 trình bày dạng sóng và giá trị hiệu dụng của dòng điện và điện áp sơ cấp khi hệ thống làm việc ở trạng thái bình thường Dựa vào các tham số này, ta có thể chọn tỷ số CT, VT tối ưu để xuất tín hiệu đúng chuẩn cho RLBV KC Siemens 7SA610.

Hình 3 11 Dạng sóng và giá trị dòng điện khi hệ thống hoạt động ổn định

Hình 3 12 Dạng sóng và giá trị điện áp khi hệ thống hoạt động ổn định

TÍNH TOÁN, CHỈNH ĐỊNH RELAY SIEMENS 7SA610

Lý thuyết cơ bản về bảo vệ khoảng cách

RLBV KC là rơ le bảo vệ có chức năng bảo vệ chính trên đường dây nó lắp đặt Tuy nhiên, nhằm mục đích bảo vệ dự phòng trong trường hợp các rơ le khác không hoạt động, RLBV KC còn được trang bị các vùng bảo vệ mở rộng Thông thường, RLBV KC có 4 vùng tác động (hay còn gọi là Zone), giúp mở rộng phạm vi bảo vệ và tăng độ tin cậy của hệ thống.

➢ Zone 1: bảo vệ chính, hướng thuận, khoảng cách bảo vệ 80% chiều dài đường dây Thời gian cắt sự cố t = (0 ÷0,1)s

➢ Zone 2: bảo vệ dự phòng, hướng thuận, khoảng cách bảo vệ 120% chiều dài đường dây Thời gian cắt sự cố t = (0,2 ÷ 0,5)s

➢ Zone 3: bảo vệ dự phòng, hướng thuận, khoảng cách bảo vệ đến hết chiều dài đường dây tiếp theo Thời gian cắt sự cố t = (0,5 ÷ 1,5)s

➢ Zone 4: bảo vệ dự phòng, hướng ngược, khoảng cách bảo vệ 20% chiều dài đường dây Thời gian cắt sự cố t = (0,5 ÷ 1,5)s

4.1.2 Công thức tính toán chỉnh định

Mỗi hãng rơ le có giải thuật tính toán riêng biệt, nên không thể áp dụng công thức của hãng này sang hãng khác Đối với rơ le RLBV KC Siemens 7SA610, bạn nên tham khảo các công thức tính toán được nêu trong hướng dẫn sử dụng do Siemens cung cấp để đảm bảo tính chính xác và an toàn Việc nắm vững các công thức trong tài liệu hướng dẫn giúp tối ưu hóa hiệu suất bảo vệ và độ tin cậy của hệ thống Vì vậy, khi làm việc với 7SA610, hãy căn cứ vào công bố kỹ thuật và hướng dẫn của nhà sản xuất Siemens để áp dụng đúng công thức cho thiết bị.

Giả sử một đường dây có các thông số x0, r0, x, r và L Trong đó:

Hình 4.1 mô tả vùng tác động của RLBV KC, trong đó x0 và r0 là điện kháng đơn vị thứ tự không (Ω/km) và điện trở đơn vị thứ tự không (Ω/km), còn x và r là điện kháng đơn vị thứ tự thuận (Ω/km) và điện trở đơn vị thứ tự thuận (Ω/km).

L: chiều dài đường dây (km)

Chúng ta cần phải tính các thông số sau đây để chỉnh định cho rơ le

❖ Thông số phần nhất thứ (phía sơ cấp)

𝑅) (4 – 3) Điện kháng Zone 1: (tương tự cho các Zone còn lại)

Thông số phần nhị thứ (phía thứ cấp) đóng vai trò then chốt trong việc hiệu chỉnh rơ le Để chỉnh định rơ le một cách chính xác, các thông số phải được chuyển đổi từ giá trị nhất thứ sang giá trị nhị thứ Vì nguồn cấp cho rơ le được lấy từ mạch nguồn áp và nguồn dòng thông qua VT và CT, quá trình chuyển đổi này phụ thuộc vào hệ quy đổi giữa hai cấp Cách chuyển đổi được tính như sau:

𝑍 𝑟 : tổng trở rơ le đo được

𝑈 𝑟 : điện áp pha rơ le đo được

𝐼 : dòng điện pha rơ le đo được

𝑈 𝐿 : điện áp pha đường dây

𝐼 𝐿 : dòng điện pha trên đường dây

𝐾 𝑉𝑇 : tỉ số máy biến điện áp

𝐾 𝐶𝑇 : tỉ số máy biến dòng điện

Hệ số biến đổi giá trị nhất thứ sang nhị thứ:

Từ (4 – 5) và (4 – 6) ta có công thức quy đổi tổng trở từ nhất thứ sang nhị thứ:

Tính toán chỉnh định cho Relay Siemens 7SA610

Để tính toán chỉnh định cho rơ le, dữ liệu sẽ lấy ở bảng 3.1 và áp dụng các công thức trong phần 4.1.2 Điện trở đường dây: 𝑅 = 𝑟 × 𝐿 = 0,025 × 33,7 = 0,8425 () Điện kháng đường dây: 𝑋 = 𝑥 × 𝐿 = 0,24 × 33,7 = 8,088 ()

Hệ số chuyển đổi sang nhị thứ:

220/0,11= 0,08 Điện kháng đơn vị quy đổi sang nhị thứ:

Hệ số bù đất quy đổi sang nhị thứ:

Giá trị điện kháng quy đổi sang nhị thứ:

Từ các thông số đã tính, ta lập phiếu chỉnh định cho RLBV KC Siemens 7SA610 như bảng 4.1

PHIẾU CHỈNH ĐỊNH RƠ LE BẢO VỆ

Thiết bị được bảo vệ: Đường dây 220kV

Kiểu bảo vệ: Bảo vệ khoảng cách

Máy cắt: PD272 Tên Rơ le: 7SA610

Tỷ số biến dòng điện: 800/5 Hãng sản xuất: Siemens

Tỷ số biến điện áp: 220/0,11 Phần mềm: Digsi 4

Ghi chú Đường dây 220kV Phong Điền – Đông Hà

Hướng ra đường dây 220kV 6,5  - 0,0s

0103 Setting Group Change Option Enabled

0114 Distance protection pickup program Z < (Quadrilateral)

0126 Backup overcurrent Time Overcurrent Curve

0204 Rate Secondary Voltage (Ph-Ph) 110 V

0210 U4 voltage transformer is Not connected

0220 I4 current transformer is Neutral Current (of the protected line)

0207 System Starpoint is Solid Earthed

0237 Setting format for zero seq.comp format Zero seq.comp factors

RE/RL and XE/XL

1103 Measurement: Full scale voltage (100%) 208,0 kV

1211 Angle of inclination, distance charact 84°

1110 X’ – Line reactance per length unit 0,0192 Ohm/km

1116 Zero seq comp factor RE/RL for Z1 0,1

1117 Zero seq comp factor XE/XL for Z1 0,03

1118 Zero seq comp factor RE/RL (> Z1) 0,1

1119 Zero seq comp factor XE/XL (> Z1) 0,03

1202 Phase Current threshold for dist meas 0,50 A

1211 Angle of inclination, distance charact 84°

1232 Instantaneous trip after SwitchOnToFault With Zone Z1

1241 R load, minimum Load Impedence (ph-e) 12,670 Ohm

1242 PHI load, maximum Load Angle (ph-e) 45°

1243 R load, minimum Load Impedance (ph-ph) 12,670 Ohm

1244 PHI load, maximum Load Angle (ph-ph) 45°

1302 R(Z1), Resistance for ph – ph faults 0,710 Ohm

1304 RE(Z1), Resistance for ph – e faults 1,210 Ohm

1305 T1-1phase, delay for single phase faults 0,00 sec

1306 T1multi-ph, delay for multi phase faults 0,00 sec

1351 Operating mode Z1B (overreach zone) Inactive

1315 T2-1phase, delay for single phase faults 0,30 sec

1316 T2multi-ph, delay for multi phase faults 0,30 sec

2601 Operating mode Only active with Loss of

2680 Trip time delay after SOTF 0,00 sec

2614 Instantaneous trip via BI NO

2615 Instantaneous trip after SwitchOnToFault YES

2624 Instantaneous trip via Telepro./BI NO

2625 Instantaneous trip after SwitchOnToFault NO

2646 T Ip Additional Time Delay 0,00 sec

2670 Instantaneous trip via Telepro./BI NO

2671 Instantaneous trip after SwitchOnToFault NO

0610 Fault Display on LED/LCD Display Target on every

0640 Start image Default Display Image 1

Bảng 4 1 Phiếu chỉnh định Rơ le Siemens 7SA610

Chỉnh định Rơ le sử dụng phần mềm Digsi 4

4.3.1 Tạo dự án mới - Kết nối với rơ le

Đầu tiên, sử dụng cáp truyền thông RS232 để kết nối từ PC đến rơ le Mở phần mềm Digsi 4 và chọn File -> New để tạo dự án mới Đặt tên cho dự án ở ô Name, ví dụ "Do An Tot Nghiep", sau đó nhấn OK (hình 4.2).

Click đúp vào mục “Folder”, sau đó chọn “Device” trên thanh công cụ, chọn

“Device -> DIGSI (Plug and Play)” như hình 4.3 Cửa sổ “Generate device via Plug & Play” xuất hiện, tại mục “Type” chọn SIPROTEC 4

Hình 4 2 Tạo dự án mới trên phần mềm Digsi 4

Hình 4 3 Cấu hình kết nối với rơ le

Open the Plug & Play window as shown in figure 4.4 In the Connection Type tab, select Direct In PC Interface, choose the appropriate COM port for your setup; for example, COM4 is connected Next, in Frame, set 8E1 (8 data bits, even parity, 1 stop bit) Finally, click OK to establish a connection with the relay.

4.3.2 Kết quả chỉnh định trong Digsi 4

Sau khi kết nối Rơ le với phần mềm Digsi 4, chúng ta tiến hành chỉnh định theo phiếu chỉnh định như bảng 4.1 Dưới đây là một số hình ảnh đã chỉnh định trong Digsi 4, minh họa cho quy trình chỉnh định và kết quả hiển thị trên phần mềm.

Hình 4 4 Thiết lập cổng COM kết nối rơ le

Hình 4 5 Kết quả chỉnh định Device Configuration

Hình 4 6 Kết quả chỉnh định Power System Data 1

Hình 4 7 Kết quả chỉnh định Power System Data 2

Hình 4 8 Kết quả chỉnh định Zone 1

Chức năng Backup Overcurrent là giải pháp dự phòng quan trọng cho hệ thống bảo vệ điện, giúp nâng cao độ tin cậy khi chức năng bảo vệ khoảng cách gặp sự cố Khi bảo vệ khoảng cách mất tác dụng, rơ le sẽ kích hoạt cắt quá dòng nhằm đảm bảo rơ le tác động và máy cắt được đóng/mở kịp thời để cô lập sự cố an toàn, ngăn chặn thiệt hại về người và tài sản Kết quả chỉnh định chức năng Backup Overcurrent được trình bày ở đây, nhằm tối ưu hóa sự nhạy bén và độ ổn định của hệ thống bảo vệ.

Sau khi hoàn tất chỉnh định trên phần mềm Digsi 4, việc quan trọng tiếp theo là truyền dữ liệu từ Digsi 4 sang rơ le để lập trình và vận hành chính xác Trên thanh công cụ Digsi 4, nhấn chọn các tùy chọn tương ứng để truyền dữ liệu, ví dụ như "Truyền dữ liệu" hoặc "Upload", và xác nhận kết nối với rơ le để bắt đầu quá trình tải cấu hình lên thiết bị.

“Device”, sau đó click vào “Digsi -> Device”, nhập Password là: 000000 (6 số 0), và sau đó chọn “OK” để truyền dữ liệu

Hình 4 12 Kết quả chỉnh định Backup Overcurrent

CẤU HÌNH I/Os HYPERSIM - KẾT NỐI RELAY

Kết nối tín hiệu từ PONOVO PA30Bip đến OPAL – RT 5700

PONOVO PA30Bip nhận tín hiệu đầu vào dạng Analog, do đó các chân tín hiệu sẽ được kết nối đến cổng DB37 Analog Out của OP5700 (hình 5.1)

Quan sát hình 5.1 ta thấy, các kênh tín hiệu xuất ra có tổng cộng 17 kênh, bao gồm

Trong hệ thống này có 16 kênh CH (CH0 – CH15) và 1 kênh VUSER Dựa vào bảng tín hiệu đầu vào của PONOVO PA30Bip (bảng 2.1), ta tiến hành kết nối các chân tín hiệu theo bảng 5.1 Sau khi kết nối xong, ta lắp đặt cổng DB37 vào phần Group 1 – P1A Analog Out ở phía sau của thiết bị Opal – RT 5700 (hình 5.4).

Hình 5 1 Cổng DB37 Analog Out

Kết nối đến DB37 Analog Out

Bảng 5 1 Sơ đồ kết nối chân tín hiệu của PONOVO PA30Bip với DB37

Hình 5 2 Kết nối các chân tín hiệu từ PONOVO PA30Bip đến cổng DB37 Analog Out

Kết nối tín hiệu BO từ rơ le đến OPAL – RT 5700

Khi rơ le xuất tín hiệu TRIP, tiếp điểm BO khép lại, đóng mạch cho điện áp chạy qua và kích hoạt máy cắt để ngắt nguồn điện Tuy nhiên, bộ chuyển đổi tín hiệu từ nhị phân sang thập phân đóng vai trò diễn giải và chuyển đổi trạng thái của tín hiệu TRIP thành định dạng dễ đọc cho các hệ thống điều khiển và giám sát Việc thiết kế và hiệu chuẩn bộ chuyển đổi này rất quan trọng để đảm bảo tín hiệu được diễn giải chính xác, giảm thiểu sai lệch và bảo đảm an toàn cho lưới điện và hoạt động bảo vệ hệ thống.

(phần 3.3.3) nhận giá trị đầu vào là 0 (MC đóng) và 1 (MC mở), nghĩa là tín hiệu Digital

Do đó, tín hiệu BO của rơ le sẽ được kết nối đến cổng DB37 Digital In của OPAL – RT

Để thực hiện điều này, chúng ta cần cấp một nguồn phụ để quy đổi trạng thái điều khiển máy cắt Nguồn phụ này hoạt động ở điện áp DC 5V và được lắp ở mặt sau của OPAL–RT 5700 (hình 2.4 – Khối B) Sơ đồ kết nối và quy đổi trạng thái được trình bày trong bảng 5.2.

Sơ đồ kết nối Nguồn DC Kết nối Rơ le Kết nối DB37 Digital In

DB37 Digital In Trạng thái quy đổi đến chân

Sel của bộ chuyển đổi TT MC CH3 - CH3 +

No Trip Mở GND 0 VDC 0 Đóng

Trip Đóng GND 5 VDC 1 Mở

Bảng 5 2 Sơ đồ kết nối và quy đổi trạng thái cổng DB37 Digital In

Hình 5 3 Kết nối chân tín hiệu từ rơ le, nguồn 5VDC đến cổng DB37 Digital In

Sau khi kết nối các chân tín hiệu thành công, ta cắm các cổng DB37 vào Group tương ứng ở mặt sau của thiết bị OPAL – RT 5700 như hình 5.4.

Kết nối mạch áp và mạch dòng cho rơ le

Tham khảo catalogue của rơ le Siemens 7SA610 để kết nối đúng mạch áp và mạch dòng cho rơ le theo sơ đồ hình 5.5 Lưu ý kiểm tra kỹ trước khi mô phỏng để tránh nhầm lẫn giữa mạch áp và mạch dòng.

Hình 5 4 Kết nối cổng DB37 với thiết bị OPAL - RT 5700

Hình 5 5 Sơ đồ kết nối mạch dòng và mạch áp cho rơ le

Cấu hình I/Os Port trên phần mềm Hypersim

Sau khi kết nối phần cứng thành công, chúng ta tiến hành cài đặt cấu hình I/O trên phần mềm Hypersim để quản lý xuất nhập tín hiệu, và việc thiết lập này phải được thực hiện chính xác nhằm tránh xuất nhập nhầm tín hiệu gây hư hỏng thiết bị Các bước cấu hình I/Os và mô phỏng thời gian thực trên Hypersim sẽ được trình bày chi tiết ở phần tiếp theo.

❖ Bước 1: Khởi động thiết bị OPAL – RT 5700

❖ Bước 2: Liên kết thiết bị thông qua địa chỉ IP

Trên thanh công cụ Hypersim, nhấn chọn thẻ “Target Manage”, hộp thoại sau đó hiện ra, tích chọn thiết bị RT – OP7500 (IP: 192.168.5.96) sau đó chọn “OK” như hình 5.6

Chọn thẻ “I/O Interface Configuration”, tại mục “OPAL – RT Board” nhấn chuột phải chọn “Add”, sau đó đặt tên mới cho I/O Interface và nhấn “OK” như hình 5.7

Hình 5 6 Liên kết thiết bị thông qua địa chỉ IP

Sau khi tạo I/O mới thành công, thư mục con có tên đã được tạo sẽ xuất hiện bên trong thư mục 'OPAL - RT Board' Nhấp vào thư mục con này, ở mục 'Chassis type' chọn 'OP5707 (Virtex - 7)'; ở mục 'Bitstream configuration file' nhấp 'Click to browse', duyệt và chọn file 'Firmware', rồi nhấp đúp để liên kết dữ liệu từ phần mềm sang thiết bị OPAL – RT 5700.

Trong mục Bitstream name, tệp có định dạng bin sẽ xuất hiện như hình 5.8, cho thấy bạn đã chọn đúng file Firmware Nhấn OK để kết thúc phần cài đặt.

Hình 5 8 Cài đặt Firmware cho thiết bị OPAL - RT 5700

Bước 5: Cấu hình I/O Port là bước rất quan trọng để đảm bảo xuất/nhập tín hiệu chính xác cho hệ thống Ở bước này, chúng ta cần xuất 3 tín hiệu dòng điện pha thứ cấp của CT, 3 tín hiệu điện áp pha thứ cấp của VT và nhập 1 tín hiệu chân Sel từ BO3 của rơ le về hệ thống Chi tiết các tín hiệu được liệt kê trong bảng 5.3.

I/O Tín hiệu Loại I/O Factor Kênh kết nối với PONOVO Index

(Hệ số khuếch đại dòng điện PONOVO)

Output CT.Ib Analog CH5 5

Output CT.Ic Analog CH6 6

(Hệ số khuếch đại điện áp PONOVO)

Output VT.Vb Analog CH1 1

Output VT.Vc Analog CH2 2

Bảng 5.3 trình bày danh sách các tín hiệu cần được cấu hình I/O Để cấu hình I/O Port trong Hypersim, nhấn vào Summary trên thanh công cụ; lúc này bảng Summary sẽ hiển thị toàn bộ tín hiệu gắn vào mô hình mô phỏng (hình 5.9) Để hiểu rõ hơn về cách cấu hình I/O Port, ta sẽ lấy ví dụ với tín hiệu chân Sel, các tín hiệu còn lại được cấu hình tương tự.

VD: Đối với tín hiệu chân Sel:

Được kết nối trực tiếp từ cổng BO3 của rơ le đến cổng DB37 nên hệ số khuếch đại của nó bằng 1 Vì vậy, tại mục I/O Factor ta nhập 1.0.

❖ Truyền tín hiệu qua thiết bị OPAL – RT 5700, nên là tại mục “I/O Interface” ta chọn “OPAL – RT Board” (đã tạo ở phần Target Manage)

❖ Tín hiệu chân Sel có dạng Digital, được kết nối tại Group 2A – P1 ở mặt sau của OPAL – RT, cho nên tại mục “Data Name” chọn “Slot 2A – Digital in/Channels

❖ Tín hiệu Sel được kết nối tại kênh CH3 của cổng DB37, do đó tại mục “Index” ta chọn “3”

❖ Bước 6: Cài đặt chế độ mô phỏng Real Time

Sau khi hoàn tất thiết lập cấu hình I/O Ports, chúng ta chuyển sang cài đặt chế độ mô phỏng Real Time cho phần mềm Hypersim Để thực hiện, hãy chọn thẻ Settings; bảng Simulation Settings sẽ hiển thị như hình 5.10 Trong mục Target, chọn địa chỉ mong muốn.

Thiết bị được cấu hình với IP 192.168.5.96 Trong mục Simulation mode, chọn Real-time và nhấn OK để hoàn tất thiết lập Lúc này, toàn bộ dữ liệu tín hiệu mô phỏng với cấu hình I/O Port sẽ được xuất ra bên ngoài và từ bên ngoài nhập vào Hypersim, cho phép trao đổi dữ liệu theo chế độ Real-time.

Hình 5 9 Cấu hình I/O Port cho các cảm biến

Hình 5 10 Cài đặt chế độ mô phỏng Real Time

Ta tiến hành thao tác theo trình tự nhấn chọn: “Analyze” → “Map Tasks” →

Chức năng Generate Code (hình 5.11) cho phép phần mềm thực hiện phân tích mạch và các tín hiệu đã liên kết I/O, sau đó chuyển đổi tín hiệu mô phỏng sang Code C để biên soạn và tải lên thiết bị OPAL – RT Quá trình này đồng bộ hóa mô phỏng với phần cứng, tối ưu hóa việc triển khai trên OPAL – RT và đảm bảo mã nguồn C sinh ra phù hợp với yêu cầu vận hành của hệ thống.

Sau khi thực hiện các thao tác trên không có bất kỳ lỗi nào, ta có thể nhấn chọn

“Start” để tiến hành mô phỏng thời gian thực

Hình 5 11 Thao tác mô phỏng Real Time

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Kết quả mô phỏng khi dùng CT lý tưởng

6.1.1 Chức năng bảo vệ chính F21

Chức năng bảo vệ khoảng cách phải được kiểm tra đầu tiên, vì đây là chức năng chính của mọi rơ le bảo vệ khoảng cách Quy trình kiểm tra sẽ theo thứ tự các Zone từ 1 đến 4 và kiểm tra tại mọi điểm sự cố bất kỳ nằm trong Zone đó và tại đầu mút của Zone Kết quả kiểm tra được liệt kê trong bảng 6.1.

Mô phỏng Hypersim Kết quả

80% - 0,0s Rơ le 7SA610 Thời gian cắt MC trong Hypersim (s)

Sai số khoảng cách (km)

Vị trí sự cố (km)

Bảng 6 1 Kết quả kiểm tra sự cố Zone 1

Kết quả cho thấy sự cố pha AB tại vị trí 3,37 km (10% đường dây) có sai số nhỏ nhất là 0,03 km, trong khi sự cố pha ABC tại vị trí 26 km (78% đường dây) cho sai số lớn nhất là 0,3 km.

Thời gian trip của rơ-le được đánh giá rất chính xác, đúng như các thiết lập 0s đã được cấu hình trong phần mềm Digsi 4 Rơ-le phát hiện và ngắt sự cố trên các pha đúng như mô phỏng trên phần mềm Hypersim, đảm bảo phản ứng bảo vệ hệ thống điện nhất quán với mô phỏng.

Hình 6.1 cho thấy kết quả hiển thị trên Hypersim và trên rơ le khi cho sự cố pha ABC tại vị trí 26 km (78% đường dây)

Hình 6 1 Kết quả kiểm tra sự cố pha ABC Zone 1

Hình 6.2 cho thấy kết quả hiển thị trên Hypersim và trên rơ le khi cho sự cố pha A chạm đất tại vị trí 3,37 km (10% đường dây)

Hình 6 2 Kết quả kiểm tra sự cố pha AG Zone 1

Kết quả cho thấy sự cố xảy ra tại các vị trí nằm trong Zone 2 có sai số khoảng cách lớn hơn Zone 1 Nguyên nhân là do làm tròn khi tính toán điện kháng của đơn vị đường dây nhập vào Digsi 4 Do vậy, khi khoảng cách tăng lên, sai số sẽ tăng theo.

Rơ le phát hiện sự cố trên các pha đúng như mô phỏng trên phần mềm Hypersim, bên cạnh đó, thời gian Trip cũng đúng như đã chỉnh định (0,3s)

Kết quả nhận được trên Hypersim và trên rơ le khi cho sự cố pha AB tại vị trí 40,44 km (120% đường dây) được thể hiện trong hình 6.3

Hình 6 3 Kết quả kiểm tra sự cố pha AB Zone 2

Dựa vào bảng 6.3, kết quả nhận được trên rơ le cho thấy mức độ chính xác rất cao so với dữ liệu mô phỏng, chứng tỏ mô hình rơ le có độ tin cậy lớn Thời gian Trip cũng trùng khớp với thời gian chỉnh định trên Digsi 4, cụ thể 1,5s.

Hình 6.4 cho thấy kết quả hiển thị trên Hypersim và trên rơ le khi cho sự cố pha ABC tại vị trí 62,7 km (186% đường dây)

Hình 6 4 Kết quả kiểm tra sự cố pha ABC Zone 3

Nhận xét cho thấy vị trí sự cố trên rơ le được ký hiệu bằng dấu '-' cho thấy sự cố đang nằm ở Zone 4 Sai số khoảng cách rất nhỏ, thời gian trip đúng bằng 1,0 s và việc phân loại sự cố trên rơ le là chính xác, cho thấy rơ le tác động rất chính xác so với dữ liệu mô phỏng trên Hypersim.

Hình 6.5 cho thấy kết quả hiển thị trên Hypersim và trên rơ le khi ta cho sự cố pha

AB tại vị trí “- 6,74” km (20% đường dây hướng ngược)

Hình 6 5 Kết quả kiểm tra sự cố pha AB Zone 4

Hình 6.6 cho thấy kết quả hiển thị trên Hypersim và trên rơ le khi ta cho sự cố pha

A chạm đất tại vị trí “- 3,37” km (10% đường dây hướng ngược)

6.1.2 Chức năng bảo vệ dự phòng F50/51 - F50N/51N

Trong trường hợp chỉnh định sai hoặc do một lý do khiến rơ le không kích hoạt chức năng bảo vệ khoảng cách, hệ thống sẽ tự động kích hoạt chức năng bảo vệ dự phòng để bảo đảm rơ le vẫn cắt được sự cố, tránh thiệt hại cho tài sản và tính mạng Để kiểm tra chức năng dự phòng này, cần tắt chức năng bảo vệ khoảng cách bằng phần mềm Digsi 4 và thực hiện mô phỏng sự cố ở bất kỳ vị trí nào trên đường dây Hình 6.7 và 6.8 trình bày kết quả tác động của rơ le đối với quá dòng pha AB cấp 1 (50P) và quá dòng pha AB có đặc tuyến phụ thuộc (51P).

Hình 6 6 Kết quả kiểm tra sự cố pha AG Zone 4

Phân tích kết quả hình 6.7 cho thấy giá trị dòng điện chỉnh định trong Digsi 4 ở ngưỡng phát hiện sự cố cấp 1 là Iph > pickup = 34,70 A với thời gian Trip 0,0 s Khi mô phỏng sự cố trên phần mềm Hypersim, dòng điện pha Ia đạt 42,24 A và Ib đạt 40,59 A, cả hai giá trị đều vượt ngưỡng chỉnh định nên rơ le tác động cắt quá dòng cấp 1 với sự cố L12 và thời gian Trip là 10 ms (0,01 s) Kết quả cho thấy rơ le hoạt động rất chính xác, đáp ứng đúng ngưỡng và thời gian cắt đã mong đợi.

Hình 6 7 Kết quả kiểm tra chức năng 50P cấp 1

Hình 6 8 Kết quả kiểm tra chức năng 51N

Phân tích kết quả hình 6.8: Khác với chức năng 50P/50N, thời gian Trip của chức năng 51P/51N phụ thuộc theo hệ số thời gian TD (Time Dial), dòng điện Pickup và dòng điện tại thời điểm xảy ra sự cố kéo dài Chính vì vậy mà nó còn được gọi là cắt có thời gian phụ thuộc Trong hình 6.8, rơ le cắt với thời gian là Trip Time = 3220ms

Bảng 6.5 sẽ phân tích kết quả này cho chúng ta hiểu vì sao rơ le lại Trip với thời gian như vậy

Hệ số K theo đặc tuyến IEC Very Inverse 13,5

Thời gian Trip (s) theo đặc tuyến IEC Very Inverse

Thời gian Trip trên rơ le: Trip Time = 3,220 s

Bảng 6 5 Phân tích thời gian Trip chức năng 51N

Như vậy thời gian Trip chênh lệch khi tính toán và khi rơ le tác động là:

Kết quả này được xem là rất chính xác

❖ Khi hệ thống mất pha

Hình 6.9 là kết quả khi hệ thống xảy ra sự cố mất pha A tại thời điểm 0,5s

Phân tích kết quả hình 6.9: Tại thời điểm 0,5s chúng ta cho sự cố mất nguồn pha

A Lúc này dòng 3I0 bằng 4,23 A vượt quá ngưỡng chỉnh định là 4,00 A Do đó rơ le sẽ tác động phát lệnh Trip theo chức năng quá dòng cắt nhanh cấp 2 (I>>) và cắt với thời gian là Trip Time = 0,30s đúng như chỉnh định.

Nhận xét kết quả

Kết quả kiểm tra trên rơ le cho thấy độ tin cậy rất cao và hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu mà người thiết kế hệ thống đã cài đặt, đảm bảo vận hành ổn định, an toàn và hiệu suất tối ưu cho toàn bộ hệ thống.

• Thời gian Trip rất chính xác theo từng loại sự cố

• Vị trí sự cố đúng như mô phỏng trong phần mềm Hypersim (trường hợp sự cố pha AB, ABC)

• Kết quả hiển thị khoảng cách sự cố trên rơ le trong trường sự cố một pha chạm đất chưa chính xác

• Khả năng nhận dạng sự cố rất chuẩn xác, giúp người vận hành dễ dàng lên phương án khắc phục sự cố

Trong Hình 6.9, kết quả kiểm tra rơ le khi hệ thống mất pha A cho thấy độ chính xác cao của quá trình thí nghiệm Kết quả ấy một phần đến từ việc tính toán chỉnh định được thực hiện một cách hợp lý và chuẩn xác, giúp rơ le hoạt động đúng như thiết kế và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Bên cạnh các kết quả kiểm tra đối với rơ le, OPAL RT 5700 thể hiện sức mạnh vượt trội, đáp ứng đầy đủ các nhu cầu trong ngành hệ thống điện như mô phỏng hệ thống điện, tính toán ngắn mạch và kiểm định rơ le; đặc biệt, OPAL RT 5700 có tính năng mô phỏng thời gian thực (Real Time) với tốc độ xử lý cao giúp tiết kiệm đáng kể thời gian so với các phần mềm như Matlab Nhờ đó, tốc độ nhận và xử lý dữ liệu từ rơ le về và đưa tín hiệu ngắt máy cắt trong Hypersim chỉ khoảng 2–2,5 chu kỳ dòng điện ở tần số 50 Hz (0,04–0,05 s), tương đương với thời gian ngắt của các máy cắt hiện đại ngoài thực tế.

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	7,6 MB