Nghiên cứu tính toán các thông số cài đặt cho rơle kỹ thuật số SEL-387A bảo vệ máy biến áp

Bài viết Nghiên cứu tính toán các thông số cài đặt cho rơle kỹ thuật số SEL-387A bảo vệ máy biến áp nghiên cứu nhằm trình bày phương pháp tính và cài đặt các thông số bảo vệ cho rơle so lệch số SEL-387A để bảo vệ máy biến áp trong mô hình hệ thống điện tại phòng thí nghiệm rơle của khoa Điện, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng.

50 Phạm Văn Kiên, Hoàng Trần Thế

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT CHO RƠLE KỸ THUẬT SỐ SEL-387A BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

STUDYING AND CALCULATING PARAMETERS FOR SETTING DIGITAL RELAY

SEL-387A TO PROTECT TRANSFORMERS

Phạm Văn Kiên, Hoàng Trần Thế

Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; pvkien@ac.udn.vn

Tóm tắt - Trong những năm qua, hệ thống điện hiện đại ngày càng

phát triển cả về số lượng nút và cấu trúc phức tạp nên việc tính

toán các thông số cài đặt cho rơle không chỉ vừa đáp ứng các yêu

cầu bảo vệ cho từng phần tử chính trong hệ thống điện, mà còn

phải được phối hợp với nhau để thực hiện các các nhiệm vụ bảo

vệ dự phòng và tăng tốc độ cắt sự cố là rất cần thiết Để đáp ứng

các điều kiện trên, hiện nay các loại rơle số đã được sử dụng rất

rộng rãi trong các hệ thống điện trên thế giới nói chung và Việt Nam

nói riêng Trên cơ sở đó, bài báo này nhằm trình bày phương pháp

tính và cài đặt các thông số bảo vệ cho rơle so lệch số SEL-387A

để bảo vệ máy biến áp trong mô hình hệ thống điện tại phòng thí

nghiệm rơle của khoa Điện, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà

Nẵng Các thông số tính toán sẽ được cài đặt cho rơle SEL-387A

và kiểm tra thử nghiệm tại phòng thí nghiệm trên

Abstract - For the past few years, modern power system has been

developing more and more both in number of nodes as well as in complex structures, so it is necessary to calculate parameters for relay settings not only to meet the security requirements for each element in the power system but also to ensure coordination to perform the backup protection and to increase cutting speeds In order to meet the conditions, the current types of digital relays are widely used in the power grid in the world in general and in Vietnam

in particular On this basis, this paper presents the method to calculate and set the protection parameters for differential relay SEL-387A to protect the transformer in the grid module at the relay laboratory of Faculty of Electricity, Da Nang University of Technology The calculated parameters will be set for the SEL-387A and experimentally tested in the laboratory

Từ khóa - rơle; rơle số; rơle so lệch; SEL-387A; bảo vệ máy biến

áp

Key words - relay, digital relay; current differential relay;

SEL-387A; transformer protection

1 Đặt vấn đề

Hơn hai mươi năm qua, kể từ ngày đóng điện vận hành

hệ thống điện 500kV Bắc Nam (27/5/1994), đến nay hệ

thống điện Việt Nam đã phát triển rất nhanh chóng cả về

quy mô và mức độ tự động hóa Tổng dung lượng máy biến

áp (MBA) ở các cấp điện áp 220kV, 500kV đã tăng hơn

4,7 lần, lên 23.517 MVA, tổng chiều dài đường dây truyền

tải điện 220kV, 500kV tăng gần 3,5 lần, lên 11.443 km [4]

Cấu trúc lưới điện ngày càng phức tạp, đan xen nhau giữa

các cấp điện áp, dẫn đến nhiều tình trạng sự cố đã xảy ra

gây mất điện cục bộ hoặc trên diện rộng Trong các nguyên

nhân khách quan hay chủ quan gây ra mất điện một phần

đang được cho là do các thông số, thông tin chỉnh định cài

đặt cho rơle chưa chính xác dẫn đến nhiều trường hợp rơle

tác động nhầm, trong đó có rơle bảo vệ so lệch cho máy

phát điện, đường dây và máy biến áp Như vậy, bên cạnh

việc làm chủ công nghệ khi các đơn vị quản lý vận hành

rơle tại các nhà máy điện và trạm biến áp nhận chuyển giao

sử dụng từ các hãng cung cấp thiết bị thì cần phải nắm và

hiểu rõ cách tính toán các thông số cài đặt cho các rơle bảo

vệ, để đảm bảo rơle không còn bị tác động nhầm khi thực

hiện các chức năng theo yêu cầu

1.1 Nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện

Hình 1 Nguyên lý của bảo vệ so lệch MBA dùng SEL-387A

Xét sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch cho

MBA ba pha hai cuộn dây như trong Hình 1, dòng điện đi

vào cuộn sơ cấp I1S và đi ra từ cuộn thứ cấp I2S của MBA được cảm biến qua hai máy biến dòng 1BI và 2BI Dòng điện đi vào bảo vệ so lệch IR quy đổi về phía thứ cấp của máy biến dòng được xác định theo công thức (1):

I =I − (1) I

1T 1BI

I n



−

2BI

I n



−

= Suy ra:

R

I

I

Trong đó:

I , I  + : dòng từ hóa lõi thép của máy biến dòng 1BI và 2BI;

n , n + : tỉ số biến đổi của máy biến dòng 1BI và 2BI;

SL

I + : dòng điện so lệch;

KCB

I + : dòng điện không cân bằng

1.1.1 Ở chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại N1 (Hình 1)

Nếu bỏ qua tổn thất trong MBA (I1S = I2S) và xem như

tỉ số biến đổi của máy biến dòng giống nhau (n1BI = n2BI), khi đó dòng điện so lệch ISL = 0, nên công thức (2) có thể được viết lại như sau:

Như vậy, ở chế độ này dòng điện đi vào rơle là dòng không cân bằng, giá trị dòng điện không cân bằng phụ thuộc vào sự sai lệch của các thông số của máy biến dòng 1BI và 2BI; đường đặc tính từ hóa lõi thép của 1BI và 2BI Trường hợp có xét đến tổn thất trong MBA thì dòng điện đi vào rơle được tính theo công thức (2) Để bảo vệ so

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 51 lệch không được tác động trong trường hợp này người ta

sử dụng chức năng có hãm của các rơle so lệch số

1.1.2 Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ tại N2 (Hình 1)

Lúc này, giá trị dòng điện đi vào 1BI là dòng điện ngắn

mạch tại N2: I1S = IN2, dòng điện đi vào 2BI: I2S = 0 Khi

đó công thức (2) được viết lại như sau:

1BI

n



−

Trong công thức (4), mặc dù dòng điện đi vào rơle vẫn

tồn tại thành phần dòng điện từ hóa lõi thép của máy biến

dòng 1BI (I1µ) nhưng do ở chế độ ngắn mạch có dòng IN2

lớn hơn nhiều so với dòng điện làm việc bình thường, nên

ở trường hợp này ảnh hưởng của dòng điện I1µ có thể bỏ

qua và rơle so lệch sẽ tác động gửi tín hiệu đi cắt máy cắt

ở hai đầu MBA để bảo vệ MBA không bị hư hỏng

1.1.3 Các ảnh hưởng đến khả năng tác động đúng của bảo

vệ so lệch cho MBA

Khi áp dụng nguyên lý so lệch dòng điện để bảo vệ cho

MBA, cần lưu ý các vấn đề như sau:

a Sự khác biệt về trị số và góc pha dòng điện sơ cấp của

máy biến dòng 1BI và 2BI

Dòng điện sơ cấp của máy biến dòng BI ở hai (hay

nhiều phía) của MBA thường khác nhau về trị số theo tỷ số

biến đổi điện áp ở các phía Để cân bằng dòng điện thứ cấp

của các BI trong chế độ làm việc bình thường, người ta

chọn lựa tỷ số biến đổi của BI các phía hoặc nối tiếp qua

các BI trung gian (BIG), sao cho trị số các dòng điện đưa

vào trong rơle phải gần bằng nhau

Do máy biến áp thường có tổ nối dây khác nhau, ví dụ

Y/∆, Y0/∆…, nên dòng điện sơ cấp của BI ở các phía MBA

thường lệch pha nhau Để các dòng thứ cấp đưa vào rơle

có cùng góc pha, các BI ở các phía MBA và BIG cần phải

có tổ nối dây phù hợp với tổ nối dây của MBA

b Sử dụng chức năng hãm của bảo vệ so lệch khi đóng

không tải MBA

Tùy thuộc vào thời điểm đóng không tải MBA với nguồn

điện mà trị số ban đầu của dòng điện từ hóa MBA có thể lớn

hơn gấp nhiều lần dòng điện định mức của MBA Trường hợp

xấu nhất tương ứng với dòng từ hóa lớn nhất sẽ xảy ra khi

đóng máy cắt vào thời điểm điện áp nguồn có giá trị tức thời

bằng không Khi quá trình quá độ chấm dứt, dòng điện từ hóa

MBA trở lại trị số xác lập khoảng vài phần trăm dòng định

mức Vì vậy, dòng từ hóa quá độ chỉ chạy qua cuộn dây MBA

nối với nguồn và MBA khi MBA đang làm việc ở chế độ

không tải, nên dòng điện ở cuộn dây các phía còn lại đều bằng

không Trong trường hợp này, nếu không có biện pháp hãm

thích hợp, bảo vệ so lệch có thể tác động nhầm do nhìn nhận

hiện tượng đóng MBA không tải giống như có ngắn mạch bên

trong MBA Khi phân tích, người ta thấy rằng dòng từ hóa lõi

thép MBA không có dạng sóng sin với thành phần sóng hài

bậc hai chiếm tỷ lệ lớn Do đó, trong rơle bảo vệ so lệch dòng

điện thường có thêm chức năng khóa sóng hài bậc hai để ngăn

chặn tác động nhầm khi đóng MBA không tải [1, 2, 6]

c Sử dụng chức năng hãm của bảo vệ so lệch khi xảy ra

bão hòa mạch từ MBA

Khi làm việc trong hệ thống, MBA thường chịu những

điện áp xung kích, còn gọi là quá điện áp, có giá trị lớn gấp nhiều lần điện áp định mức, gây nên hiện tượng quá kích thích Nếu mạch từ bị bão hòa thì dòng chạy qua rơle của bảo vệ so lệch sẽ khác không, rơle có nguy cơ tác động nhầm Tương tự như dòng từ hóa xung kích khi đóng MBA không tải, dòng điện chạy qua MBA bão hòa mạch từ không sin, với tỷ lệ thành phần dòng hài bậc 5 rất lớn Khi đó, người ta có thể dựa vào tỷ lệ thành phần dòng điện hài bậc 5 với dòng điện tần số

cơ bản (I5/I1) để hãm, ngăn chặn tác động nhầm [1-3]

1.2 Rơle số bảo vệ so lệch SEL-387A

1.2.1 Đặc tính tác động

Rơle SEL-387A sử dụng các đại lượng tác động (IOP - Operate Quantities) và đại lượng hãm (IRT-Restraint Quantities) Rơle tính toán dựa vào việc phân tích các giá trị dòng điện đầu vào từ 1BI và 2BI Đặc tính tác động của rơle SEL-387A được trình bày trên Hình 2 [1]

Hình 2 Đặc tính tác động của rơle SEL-387A

Đường đặc tính tác động của rơle SEL-387A được xác định bởi 4 đại lượng [3]:

- O87P = dòng khởi động mức thấp; (tính đến sai số của các máy biến dòng BI, rơle, sai lệch do thay đổi đầu phân

áp, dòng từ hóa của MBA ở chế độ làm việc bình thường);

- vSPL1 = đường độ dốc ban đầu, đi qua gốc tọa độ, có độ dốc SPL1 (Hình 2), giao với đường thẳng nằm ngang O87P tại IRT = (O87P*100)/SLP1; (tính đến khả năng sai số của máy biến dòng điện BI, rơle, sai lệch do thay đổi đầu phân áp tăng lên khi có dòng ngắn mạch ngoài lớn đi qua bảo vệ);

- IRS1 = giới hạn đường độ dốc SPL1 và cũng là điểm bắt đầu đường độ dốc SPL2 (Hình 2);

- SPL2 = đường độ dốc thứ hai; (tính đến khả năng các

BI bị bão hòa làm tăng sai số gây nên độ sai lệch lớn của dòng điện thứ cấp các BI)

1.2.2 Mô tả cài đặt cho rơle SEL-387A

- Kích hoạt chức năng bảo vệ so lệch (Differential Element Enable - E87): Vùng chọn (Range): Y, N: chọn Y nếu kích hoạt chức năng bảo vệ so lệch dòng điện, N nếu không dùng

- Tổ nối dây của BI phía sơ cấp W1CT và thứ cấp W2CT của MBA (CT connection): Vùng chọn (Range): D, Y: chọn

D nếu tổ nối dây của MBA là tam giác, chọn Y nếu nối sao

- Tỷ số biến dòng của máy biến dòng (CT Ratio - CTR1 and CTR2): Vùng chọn (Range): 1 ÷ 50000 cài đặt tỉ số biến dòng của máy biến dòng

- Công suất định mức của MBA (Maximum Transformer Capacity, Three - Phase (MVA)): Dải công suất cài đặt

52 Phạm Văn Kiên, Hoàng Trần Thế (Range: OFF): dải công suất MBA có thể cài đặt từ 0,2 đến

5000 MVA với mỗi bước thay đổi là 0,1MVA

- Kích hoạt hoặc ẩn chức năng hiệu chỉnh góc pha của

dòng điện đưa vào rơle (ICOM): chọn Y nếu cần kích hoạt

hoặc chọn N nếu không cần kích hoạt chức năng này

- Chọn tổ nối dây của BI để bù, hiệu chỉnh góc pha và

khử dòng thứ tự không của các dòng điện đưa vào rơle

(Connection Compensation -W1CTC and W2CTC): dải

thông số có thể bù được từ 0; 1 …; 12

Cài đặt điện áp dây của MBA (Line to Line Voltage

-kV): dải lựa chọn trong phạm vi từ 1kV đến 1000 kV, mỗi

bước thay đổi cho phép là 0,01kV

- Cài đặt chức năng chuyển sang giá trị dòng điện cơ

bản, dùng để biến đổi tất cả các dòng điện chạy vào rơle từ

các phía của MBA sang các đại lượng tương đối (Current

TAP - TAP1 and TAP2): đối với đầu vào là 1A (TAP1): có

thể cài đặt từ 0,1A đến 31A, mỗi bước thay đổi là 0.01A;

trường hợp dùng đầu dòng vào là 5A (TAP2): có thể thay

đổi giá trị trong giải điều chỉnh từ 0,5A đến 155A, với mỗi

bước điều chỉnh là 0,01A

- Điều kiện kiểm tra dải thông số đã nhập có phù hợp

không theo điều kiện sau: TAPmax/TAPmin ≤ 7,5

- Cài đặt giá trị dòng điện khởi động ban đầu có sử dụng

chức năng hãm (Restrained Element Operating Current

Pickup - O87P): Dải thông số có thể lựa chọn nằm trong

khoảng từ 0,1 đến 1,0*TAP

- Điều kiện kiểm tra dải thông số đã nhập có phù hợp

không theo điều kiện sau:

1A: TAPmin*O87P≥0,1*In;

5A: TAPmin*O87P ≥ 0,1*In

- Cài đặt độ dốc của các đường đặc tính làm việc

(Restraint Slope Percentage - SPL1, SPL2): Đoạn đặc

tuyến SPL1 có thể chọn trong khoảng: (5 ÷ 100)%, mỗi

bước thay đổi là 1%; đoạn đặc tuyến SPL2: có thể kích hoạt

hay không, khoảng lựa chọn cài đặt là từ: (25÷200)%

- Giới hạn đường độ dốc - SPL1 (Restraint Current

Slope 1 Limit - IRS1): lựa chọn giá trị nằm trong khoảng

(1÷20)%, mỗ bước chỉnh là 1%

- Điều kiện kiểm tra dải thông số đã nhập có phù hợp

không theo điều kiện sau:

1A: TAPmax*IRS1 ≤ 31;

5A: TAPmax*IRS1 ≤ 155;

- Cài đặt dòng khởi động không hãm (Unrestrained

Element Current Pickup - U897P): Dải cài đặt có thể chọn

từ 1A đến 20A, mỗi bước điều chỉnh là 0,1A

- Cài đặt tỷ lệ hãm sóng hài bậc hai đối với thành phần cơ

bản (Second Harmonic Blocking Percentage of Fundamental

- PCT2): có thể kích hoạt hoặc không, giá trị cài đặt nằm trong

khoảng từ 5% đến 100%, mỗi bước thay đổi 1%

- Cài đặt tỷ lệ hãm sóng hài bậc bốn đối với thành phần

cơ bản (Fouth Harmonic Blocking Percentage of

Fundamental - PCT4): Có thể kích hoạt hoặc không, giá trị

cài đặt từ 5% đến 100%, mỗi bước thay đổi là 1%

- Cài đặt tỷ lệ hãm sóng hài bậc năm đối với thành phần

cơ bản (Fifth Harmonic Blocking Percentage of

Fundamental - PCT5):có thể chọn hoặc không, giá trị cài đặt từ 5% đến 100%, mỗi bước đặt là 1%

- Cài đặt ngưỡng cảnh báo sóng hài bậc năm (Fifth Harmonic Alarm Threshold - TH5P): có thể kích hoạt hoặc không, giá trị đặt trong khoảng từ 0,02 đến 3,2, mỗi bước thay đổi là 0,01

- Điều kiện kiểm tra dải thông số đã nhập có phù hợp không theo điều kiện sau:

1A: TAPmin∙TH5P ≥0,05;

TAPmax∙TH5P ≤ 31;

5A: TAPmin∙TH5P ≥0,25;

TAPmax∙TH5P ≤ 155;

1.2.3 Tính toán các thông số cài đặt cho rơle SEL-387A

a Tính toán bù dòng điện thứ cấp cho các máy biến dòng BI ở hai phía sơ cấp và thứ cấp của MBA

Biểu thức tổng quát tính bù dòng điện như công thức (5):

( )

 *

=

Trong đó:

IAWn IBWn ICWn

rơle

IAWnC IBWnC IBWnC

các pha sau khi bù

( )

CTC m

+  : ma trận bù

Việc cài đặt WnCTC=m sẽ xác định ma trận nào sẽ được rơle sử dụng để hiệu chỉnh góc pha của các dòng điện đưa vào rơle Các giá trị cài đặt là 0, 1, 2, …, 11, 12

Bảng 1 Bảng tổng hợp các ma trận bù (m =1 đến 12)

1

1

3

−

5

1

3

−

9

1

3

−

2

1 2 1 1

3

2 1 1

−

6

2 1 1 1

1 2 1 3

−

10

1

3

−

3

1

3

−

7

1

3

−

11

1

3

−

4

1 1 2 1

3

1 2 1

− −

 − −

 − − 

8

1 2 1 1

1 1 2 3

− − 

 − − 

12

1

3

b Tính dòng điện cơ bản – Current TAP

Dòng điện cơ bản được xác định dựa vào biểu thức sau [2]:

*1000

*

MVA

VWDGn CTRn

Trong đó:

+ C = 1 nếu BI nối sao Y

+ C = 3 nếu BI nối tam giác D

+ MVA – công suất định mức của MBA

+ VWDGn – điện áp dây của cuộn dây MBA, (kV) + CTRn – tỷ số biến dòng của BI

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 53 Giá trị của TAPn phải thỏa mãn điều kiện sau:

7,5



c Tính toán độ dốc của các đường đặc tính hãm

Để tính toán độ dốc của các đường đặc tính hãm đối với

bảo vệ so lệch dòng điện, chúng ta cần quan tâm đến các

thông tin sau [1]:

- Sai số của các máy biến dòng điện BI (e) thường cho phép

trong khoảng ± 10%, do đó trong hệ đơn vị tương đối e = 0,1

- Sai số do thay đổi đầu phân áp của MBA (a), khoảng

từ 90 đến 110% Trong hệ đơn vị tương đối a = 0,1

- Trong trường hợp có ngắn mạch ngoài, dòng không

cân bằng sẽ có giá trị lớn nhất khi các dòng điện vào MBA

được đo với sai số dương lớn nhất của các máy biến dòng

điện BI và các dòng điện ra khỏi MBA được đo với sai số

âm lớn nhất của BI, cũng như đầu phân áp ở nấc cao nhất

Công thức tính dòng điện không cân bằng lớn nhất khi có

ngắn mạch ngoài là:

max

1 1

1

d

e

a

−

+

Trong đó:

in

IWn

 - tổng các dòng điện thứ cấp của BI đặt ở phía

cuộn sơ cấp của MBA;

out

IWn

 - tổng các dòng điện thứ cấp của BI đặt ở phía

cuộn thứ cấp của MBA

Các tổng

in

IWn

out

IWn

 phải bằng nhau khi có ngắn mạch ngoài và trong chế độ làm việc bình thường, do đó ta

có thể biểu diễn dòng không cân bằng cực đại theo phần

trăm dòng điện trong cuộn dây MBA:

e

Ngoài ra, ta còn phải tính đến sai số do dòng từ hóa của MBA

(khoảng 3%) và sai số do đo lường của rơle (≤5%) Sai số tổng

cộng lớn nhất có thể lên đến 36% Vì vậy, nếu chỉ sử dụng một

đường đặc tính hãm thì ta chọn SPL1 trong khoảng 40%

Tuy nhiên, để tăng độ nhạy của bảo vệ trong các chế độ

khi sai số của máy biến dòng điện BI nhỏ và tăng độ an toàn

trong các chế độ khi dòng lớn và sai số của BI lớn, chúng ta

nên sử dụng 2 đường đặc tính hãm với hai độ dốc khác nhau,

trong đó SPL1 khoảng 25%, IRS1 khoảng 3 (đơn vị tương

đối) và SPL2 khoảng từ 50 đến 60% (Hình 2) [1, 3, 5]

d Ví dụ tính toán và cài đặt các thông số của bảo vệ so

lệch SEL–387A bảo vệ cho MBA ba pha hai cuộn dây

tại phòng thí nghiệm rơle

Sơ đồ nguyên lý trong mô hình thí nghiệm của bảo vệ

so lệch SEL-387A tại phòng thí nghiệm rơle thuộc Khoa

Điện như Hình 3

- Thông số của MBA ba pha hai cuộn dây: công suất

100MVA; tổ nối dây Y/Y; tỷ số BI: 600/5A ở phía điện áp

230kV và 1200/5A ở phía 138kV

- Kích hoạt chức năng bảo vệ so lệch: E87 = Y;

- Cài đặt thông số của BI: tổ nối dây và tỷ số biến dòng:

CTR1 = 120 CTR2 = 240

- Cài đặt công suất MBA: MVA = 100

- Kích hoạt chức năng bù dòng điện thứ cấp của BI và

ma trận bù:ICOM = Y; W1CTC = 11; W2CTC = 11

- Điện áp các cuộn dây MBA: VWDG1 = 230; VWDG2 = 138

- Cài đặt đường đặc tính cho bảo vệ so lệch:O87P = 0,3; SPL1 = 25; SPL2 = 50; IRS1 = 3; U87P = 10; PTC2 = 15; PTC4 = 15; PCT5 = 35; TH5P = OFF (khóa chức năng cảnh báo sóng hài bậc năm); DCRB = N; HRSTR = N; IHBL = N

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý nối dây và đấu nối mạch nhị thứ

vào rơle SEL-387A

Hình 4 Màn hình giao diện cài đặt rơle SEL-387A của

ACSELERATOR QuickSet®

Các thông số trên được cài đặt vào rơle SEL-387A bằng phần mềm ACSELERATOR QuickSet®SEL-5030 Software của hãng SEL (Hình 4)

f aul t point 2

f aul t point 1

ct s

ct 4

ct s

ct 5

ct s

ct 6

ct 3

ct s

ct 2

ct s

ct 1

ct s

ICWW1 IBW1 IAW1 INW1

cr 1

t ga

b2 b1

cr 1

~

t 1 0v

0v

t 2

t 3 0v

r l 1

r 3

r 2

r l 1

r 1

r l 1

k1-a

uf m

t o f aul t point 1 or 2

l ine t o l ine

f aul t

ps

f t

p2 s2

p2 s2

p2 s2

INW1

IAW1 ICWW1

387A

120VDC p o w e r

s u p p l y

=

=

p o w e r

o u t 103

o u t 102

o u t 101

n

v c

v b

v a

ia W2

ia

ib

ic

ib W2

ic W2

in W2

in W1

ic W1

ib W1

ic ib ia

ia W1

c r 1

b 1 b 2

r e s e t

c o n t r o l

r e l a y 1

c r 1-c c r 1-b

d c

p o w e r

s u p p l y

54 Phạm Văn Kiên, Hoàng Trần Thế

2 Kết quả và bàn luận

Ưu điểm của việc sử dụng phần mềm ACSELERATOR

QuickSet®5030 Software để cài đặt cho rơle

SEL-387A là truy cập và cài đặt các thông số chỉnh định rất

nhanh chóng và dễ dàng Bên cạnh đó chức năng cài đặt

còn cho phép tự động kiểm tra các điều kiện trong công

thức (7) và một số điều kiện về độ nhạy, độ dốc đường đặc

tính tác động Sau khi cài đặt xong, người dùng có thể truy

cập chức năng Human Machine Interface để hiển thị các

thông tin đo lường online về giá trị dòng điện, góc pha hoặc

hiển thị thông tin đo lường dưới dạng đồ thị véctơ trên màn

hình giao diện máy tính thông qua cổng truyền thông của

rơle SEL-387A (Hình 5; 6; 7)

Hình 5 Giao diện thông tin đo lường của rơle SEL-387A

Hình 6 Thông tin đo lường phía sơ cấp của MBA

Hình 7 Thông tin đo lường phía thứ cấp của MBA

Điều chỉnh giá trị tải và nguồn, rồi cho ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ của hai pha A và B tại N3 trên Hình 3, ta đo được các dạng sóng như trong Hình 8

(a)

Hình 8 Dạng sóng và góc pha đo được lúc vận hành bình

thường (tại thời điểm chu kỳ 1,75 (a); (b); (c)) và khi ngắn mạch

hai pha A và B ngoài vùng bảo vệ (từ sau chu kỳ 3 (a); (d); (e))

(a)

Hình 9 Dạng sóng và góc pha đo được lúc vận hành bình

thường (tại thời điểm chu kỳ 1,75 (a);(b); (c)) và khi ngắn mạch hai pha A và B trong vùng bảo vệ (từ sau chu kỳ 3 (a); (d); (e))

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I A W 1

I B W 1

I C W 1

I A W 2

I B W 2

I C W 2

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I W 1 1

I W 2 1

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I A W 1

I B W 1

I C W 1

I A W 2

I B W 2

I C W 2

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I W 1 0

I W 1 1

I W 1 2

I W 2 1

I W 2 2

-1 0 -5 0 5

1 0

0

2 5

5 0

7 5

1 0 0

1 2 5

C y c l e s

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I A W 1

I B W 1

I C W 1

I A W 2

I B W 2

I C W 2

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I W 1 1

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I A W 1

I B W 1

I C W 1

I A W 2

I B W 2

I C W 2

0

4 5

9 0

1 3 5

1 8 0

2 2 5

2 7 0

3 1 5

I W 1 1

I W 1 2

I W 2 1

I W 2 2

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 3(88).2015 55

Ở chế độ làm việc bình thường, xét tại thời điểm từ chu

kỳ đầu tiên đến thời điểm chu kỳ 1,75 (tương ứng từ

khoảng thời gian 0 giây đến thời điểm 39,62 giây) Đồ thị

dạng sóng của dòng điện mà rơle đo lường được trên Hình

8 a và đồ thị véctơ trên Hình 8 b cho thấy giá trị dòng điện

đi vào MBA của từng pha A,B,C là IAW1, IBW1, ICW1

bằng nhau về độ lớn với giá trị dòng điện đi ra khỏi MBA

IAW2, IBW2, ICW2, tuy chúng có lệch nhau khoảng

16,220 Nếu gióng thông số này lên đường đặc tính tác động

của rơle thì điểm làm việc nằm trong vùng hãm, do vậy rơle

SEL-387A sẽ không tác động, điều này đúng với thực tế

thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

Sử dụng bộ tạo ngắn mạch hai pha A và B ngoài vùng

bảo vệ tại điểm N3 trên Hình 3, ngay lập tức dòng điện đo

được tăng lên khá cao (hiển thị dạng sóng trên Hình 8a),

đồng thời từ đồ thị véctơ Hình 8d, dòng điện ngắn mạch

IAW1 = IAW2 và IBW1 = IBW2 còn dòng điện ICW1,

ICW2 gần như không đổi Như vậ,y giá trị dòng điện khi

xảy ra sự cố ngắn mạch đi vào MBA bằng giá trị dòng điện

đi ra khỏi MBA, và điểm làm việc này cũng nằm trong

vùng hãm (vùng 3) trên đường đặc tính tác động của

SEL-387A nên rơle không tác động, do đó dòng điện ngắn mạch

vẫn duy trì (thể hiện trên đồ thị dạng sóng Hình 8a)

Xét trường hợp khi ngắn mạch hai pha A và B trong

vùng bảo vệ của rơle SEL-387A tại N4 trên Hình 3, ta đo

được các dạng sóng như trong Hình 9

Từ đồ thị véctơ trên Hình 9d, giá trị dòng điện ngắn

mạch sau thời điểm 1,75 chu kỳ (tương ứng với thời gian

17,2 giây) đi vào MBA là IAW1 và IBW1 tăng lên rất lớn,

còn dòng điện ra khỏi MBA: IAW2, IBW2 rất bé, điểm sự

cố này khi gióng trên đường đặc tính bảo vệ hoàn toàn nằm

trong vùng tác động của rơle 387A Do vậy, rơle

SEL-387A tác động đi cắt máy cắt tại thời điểm 7 chu kỳ tương

ứng với thời gian tại 17,3 giây Thời gian tác động của toàn

bộ hệ thống bảo vệ rơle, từ khi xảy ra ngắn mạch đến khi máy cắt cắt hoàn toàn là 0,1 giây

3 Kết luận

Như vậy, từ việc phân tích các thông số cần thiết để tính toán cài đặt chỉnh định cho rơle SEL-387A, khi có xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến tính tác động chắc chắn cũng như kết quả kiểm nghiệm thực tế các thông số trên tại phòng thí nghiệm rơle của Khoa Điện, đã giải quyết được các yêu cầu thực tế đặt ra Kết quả này được nhóm tác giả đánh giá là khá quan trọng, khi nâng cao khả năng phân tích cho sinh viên trong các báo cáo thí nghiệm và là minh chứng cho phần lý thuyết đã được học trên giảng đường Bên cạnh đó, kết quả của bài báo có thể được sử dụng để giúp các học viên cao học phát triển hướng nghiên cứu chuyên sâu khi xét chi tiết đến khả năng hãm các thành phần sóng hài bậc cao, sử dụng các công cụ phân tích kết quả bổ sung như phần mềm SIGRA của hãng Siemens, AcSELerator® Analytic Assistant SEL-5601 của SEL

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] SEL, SEL-387A Two winding current differential protection, Pullman-Washington, SUA, 1996-1997

[2] L Hewitson, M Brown, B Ramesh, Practical Power Systems

Protection, Elsevier Science&Technology Books, 2004

[3] SEL, SEL-387A Current differential and Overcurrent protection Relay

[4] TS Đặng Phan Tường, Vài nét về lịch sử của hệ thống truyền tải

điện Quốc gia, Chủ tịch HĐTVTổng công ty Truyền tải điện Quốc

gia, Website NangluongVietnam.vn [5] *** SEL, Technical Documentations SEL-387, Pullman-Washington, SUA, 1996-1997

[6] G Ziegler, Numerical Differential Protection: Principles and

Applications, Siemens, Berlin, 2005

(BBT nhận bài: 25/12/2014, phản biện xong: 29/12/2014)