Phân tích, đánh giá rơle sel 311l bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kv di linh pleiku

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, trong luận văn có sử dụng một số số liệu thống kê, tính toán hệ thống của các đơn vị ngành điện; trích dẫn một số b

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHẠM HỒNG CHƯƠNG

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE SEL-311L BẢO VỆ

SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500KV DI LINH - PLEIKU

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, trong luận văn

có sử dụng một số số liệu thống kê, tính toán hệ thống của các đơn vị ngành điện; trích dẫn một số bài viết, tài liệu rơle bảo vệ so lệch đường dây của hãng SEL

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Chương

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE SEL-311L BẢO VỆ

SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500KV DI LINH – PLEIKU

Tóm tắt: Bảo vệ so lệch dọc có vai trò quan trọng đối với các đường dây truyền tải

điện và là bảo vệ chính luôn được trang bị Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ có nguyên lý làm việc tốt, tác động không thời gian trì hoãn, có thể tác động với mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối Rơle SEL-311L được sử dụng rộng rãi để bảo vệ so lệch dọc cho đường dây truyền tải điện 500kV tại Việt Nam nhờ tính ưu việt của nó Luận văn này nghiên cứu phân tích, đánh giá rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV

Di Linh - Pleiku Luận văn đã phân tích, tính toán thông số chỉnh định cho rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh – Pleiku Từ việc phân tích, tính toán chỉnh định, áp dụng Matlab/Simulink tác giả đã xây dựng mô hình mô phỏng đặc tính làm việc của rơle SEL-311L dưạ trên nguyên lý làm việc, sơ đồ logic bảo vệ của SEL-311L và thông số tính toán chỉnh định Từ kết quả mô phỏng, tác giả đã có được một số đánh giá về rơle bảo vệ này Mô hình mô phỏng này cũng giúp nhân viên vận hành kiểm tra, đánh giá thông số chỉnh định, phân tích nắm rõ đặc tính hoạt động của rơle để phục vụ cho công tác vận hành, nhằm nâng cao năng lực vận hành góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn lưới điện

ANALYSIS, ASSESSMENT SEL-311 DIFFERENTIAL PROTECTION

FOR 500KV LINE DI LINH - PLEIKU Abstract: Differential protection is important for power transmission lines and is the

main protection always provided Differential protection is a good working principle, with

no time-delay effect, which can affect all types of short circuits and ensures absolute selectivity The SEL-311L relay is widely used to differential protection for the 500kV transmission line in Vietnam thanks to its superiority This thesis investigates the analysis and evaluation of the SEL-311L relay to protect the 500 kV line of Di Linh - Pleiku The thesis has analyzed, calculated parameters for the relay SEL-311L protect the line difference 500kV Di Linh - Pleiku From Matlab / Simulink, the author has developed a working model of the SEL-311L relay based on the working principle, the SEL-311L's protective logic scheme and Calculated parameters From simulation results, the author has obtained some evaluation of this protection relay This simulation model also allows the operator to check and evaluate the adjustment parameters, to understand the operational characteristics of the relay for operation, to improve operational capability, to ensure the safe operation of the power grid

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Đặt tên đề tài 3

7 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE VÀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 4

1.1 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ 4

1.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản của mạch bảo vệ rơle 4

1.1.2 Các bộ phận đo lường của hệ thống bảo vệ 5

1.1.2.1 Máy biến dòng điện (TI) 5

1.1.2.2 Máy biến điện áp (TU) 7

1.2 Các vấn đề chung và tính toán bảo vệ đường dây truyền tải 8

1.2.1 Tình hình sự cố và hệ thống rơle bảo vệ đường dây truyền tải 8

1.2.2 Tính toán ngắn mạch trên đường dây truyền tải 10

1.2.2.1 Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng) 10

1.2.2.2 Khi ngắn mạch không đối xứng: {(N(1), N(1,1); N(2)} 10

1.2.2.3 Điện kháng thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK) của các phần tử 11

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ đường dây truyền tải 13

1.2.3.1 Tổng trở biểu kiến [3] 13

1.2.3.2 Tác động của hiện tượng quá độ 14

1.2.3.3 Ảnh hưởng không cân bằng tổng trở pha 16

1.2.3.4 Hiệu ứng cộng hưởng dưới đồng bộ 16

1.2.3.5 Vấn đề do nghịch đảo điện áp (điện áp âm) 17

1.3 Kết luận 19

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO RƠLE SEL-311L BẢO VỆ SO

LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500KV DI LINH - PLEIKU 20

2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây 20

2.2 Tính toán ngắn mạch đường dây 20

2.3 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch của SEL-311L 25

2.3.1 Nguyên lý hoạt động 26

2.3.2 Cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch 28

2.3.3 Cài đặt đảm bảo chọn lọc khi sự cố ngoài vùng bảo vệ 31

2.3.3.1 Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle lớn hơn 3 lần dòng danh định (Idđ)31 2.3.3.2 Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle nhỏ hơn 3 lần dòng danh định 31

2.3.3.3 Sự cố không đối xứng ngoài vùng bảo vệ 31

2.3.4 Những cài đặt liên quan đến 87L 31

2.3.4.1 Cài đặt tỷ số biến CTR (1-6000) 32

2.3.4.2 Chọn cài đặt APP để định ứng dụng cho SEL-311L: APP (87L, 87L21, 87L21P, 87LSP, 311L) 32

2.3.4.3 Cài đặt giá trị E87L (2, 3, 3R, N) 33

2.3.4.4 Cài đặt giá trị EHST (N, 1-6) hoặc (N, SP1, SP2) khi APP=87LSP 33

2.3.4.5 Cài đặt giá trị EHSDTT (Y, N) 33

2.3.4.6 Cài đặt giá trị EDD (Y,N) 33

2.3.4.7 Cài đặt giá trị ETAP (Y,N) 34

2.3.4.8 Cài đặt giá trị EOCTL (Y,N) 34

2.3.4.9 Cài đặt giá trị PCHAN (X,Y) 34

2.3.4.10 Cài đặt giá trị EHSC (Y, N) 34

2.3.4.11 Cài đặt giá trị CTR_X và CTR_Y (1-6000) 34

2.3.4.12 Cài đặt giá trị 87LPP (OFF, 1-10 A Secondary) 35

2.3.4.13 Cài đặt giá trị 87L2P (OFF, 0.5-5 A Secondary) 35

2.3.4.14 Cài đặt giá trị 87LGP (OFF, 0.5-5 A Secondary) 35

2.3.4.15 Cài đặt giá trị CTALRM (0.5-10 A Secondary) 35

2.3.4.16 Cài đặt giá trị 87LR (2.0-8, Unitless) 35

2.3.4.17 Cài đặt giá trị 87LANG (90 0 – 2700) 35

2.3.4.18 Cài đặt giá trị OPO Open Pole Option (52, 27) 35

2.4 Chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách 35

2.4.1 Chức năng bảo vệ khoảng cách pha MHO 35

2.4.2 Chức năng bảo vệ khoảng cách cho sự cố chạm đất 38

2.4.3 Giám sát bổ sung cho chức năng bảo vệ khoảng cách 40

2.4.4 Cài đặt mở rộng bảo vệ vùng 1 40

2.4.5 Thời gian trễ các vùng 41

2.5 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ quá dòng cắt nhanh 42

2.5.1 Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh và thời gian độc lập (50P) 42

2.5.2 Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh và thời gian độc lập (50G) 43

2.5.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch cắt nhanh và thời gian độc lập (50Q) 44

2.6 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ điện áp (27/59) 45

2.6.1 Các giá trị điện áp 45

2.6.2 Các cài đặt cho bảo vệ điện áp 45

2.6.3 Latch Bit LTx (x = 116) 48

2.6.4 Remote Bit RBx (x = 116) 48

2.6.5 Timer SVx (x = 116) 49

2.6.6 Input IN101IN106 và IN301IN308 49

2.6.7 Output OUT101OUT107, OUT201OUT206, OUT301 OUT312 49

2.6.8 Relay Word Bit 49

2.6.9 Toán tử logic 49

2.6.10 Phương trình logic 50

2.7 Bảng giá trị cài đặt của F87L 50

2.8 Kết luận 53

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L CỦA RƠLE SEL-311L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWERSYSTEM 55

3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 55

3.1.1 Xây dựng mô hình bảo vệ so lệch dọc đường dây 55

3.1.2 Mô phỏng đặc tính làm việc của chức năng 87L 56

3.2 So sánh, phân tích đánh giá 61

3.3 Kết luận 61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản sao)

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CÁC KÍ HIỆU

F87L Bảo vệ so lệch dọc đường dây (Line Differential Protection) F21 Bảo vệ khoảng cách

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TI (CT) Máy biến dòng điện (Current Transformer)

TU (VT) Máy biến điện áp (Voltage Transformer)

TTT Thành phần thứ tự thuận

TTK Thành phần thứ tự không

2.1 Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 500kV trạm biến áp

2.4 Trình bày các phép tính khác nhau cho đặc tính MHO 37 2.5 Các cài đặt cho bảo vệ khoảng cách 37 2.6 Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách chạm đất 38

2.9 Tín hiệu điện áp của chức năng 27/59 45

2.11 Giá trị cài đặt của F87L cho SEL-311L 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

1.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế máy biến dòng 5 1.2

Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp iS, từ

thông F, từ cảm B và sức điện động thứ cấp eT theo thời gian (b) 7 1.3 Tổng trở biểu kiến đo được của rơle tại A khi tụ đặt đầu đường dây 13

2.5

Cài đặt góc mở 87LA NG cho vùng hạn chế dựa trên góc lệch lớn

nhất khi có sự cố ngoài và các yếu tố sai lệch cùng xảy ra đồng

Đường cong thời gian tác động áp dụng cho tất cả các bảo vệ quá

dòng cắt nhanh vô hướng trong SEL-311L 43 2.10

Đường cong thời gian trở về áp dụng cho tất cả các bảo vệ quá

dòng cắt nhanh vô hướng trong SEL-311L 43 2.11 Logic hoạt động chức năng điện áp một pha và ba pha 47 2.12 Logic hoạt động chức năng điện áp dây 47 2.13 Giản đồ xung ngõ vào và ngõ ra của Timer SV1 49

3.2 Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây 57

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội, hệ thống điện Việt Nam cũng phát triển với tốc độ rất nhanh, lưới điện được mở rộng không ngừng và ngày càng trở nên phức tạp Vận hành lưới điện an toàn và hiệu quả là nhiệm

vụ hàng đầu của ngành điện

Trong quá trình vận hành, lưới điện có thể xảy ra sự cố hoặc tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử gây ảnh hưởng đến chế độ ổn định của hệ thống Đối với hệ thống điện, các sự cố xảy ra phần lớn là sự cố đường dây dẫn điện, các sự cố đường dây gây ảnh hưởng đến vận hành an toàn hệ thống điện rất lớn, đặc biệt khi có sự cố đối với các đường dây truyền tải điện siêu cao áp Để giải quyết vấn đề sự cố, các thiết bị rơle bảo vệ đóng vai trò rất quan trọng trong công tác vận hành hệ thống điện Các thiết bị rơle bảo vệ có vai trò phát hiện và loại trừ sớm các phần tử sự cố trong hệ thống điện ra khỏi vận hành, giúp duy trì trạng thái vận hành an toàn và ổn định cho

bị đo lường, mạch nhị thứ bảo vệ liên quan rơle

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh – Pleiku nhằm mục đích nắm rõ đặc tính hoạt động, sơ đồ logic và thực hiện tính toán một số trường hợp sự cố để mô phỏng sự làm việc của rơle kỹ thuật số bảo vệ so lệch

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các vấn đề bảo vệ đường dây và rơle kỹ thuật số bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu việc tính toán chỉnh định cho rơle kỹ thuật số bảo vệ so lệch dọc cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku, mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng bảo vệ so lệch của rơle cho các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và ngoài vùng bảo vệ trên nền Matlab/Simulink để phân tích đánh giá bảo vệ

4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Tính toán chỉnh định rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku

- Áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so lệch dọc của rơle SEL-311L cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku trên cơ sở tính toán chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle

- Nhiệm vụ chính:

+ Hệ thống hoá lý thuyết rơle bảo vệ

+ Tính toán ngắn mạch đường dây 500kV Di Linh - Pleiku để làm cơ sở chỉnh định bảo vệ so lệch dọc cho đường dây

+ Nghiên cứu cấu hình, đặc tính và logic bảo vệ của rơle SEL-311L + Tính toán chỉnh định rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku

+ Áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so lệch dọc của rơle SEL-311L cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku trên cơ sở tính toán chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù rơle SEL-311L bảo vệ

so lệch dọc đường dây đã đưa vào sử dụng trong hệ thống điện Việt Nam từ nhiều năm qua nhưng hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu nào về việc áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so lệch dọc của rơle qua thông

số chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle, từ đó có góp ý về vấn

đề chỉnh định rơle cũng như việc lựa chọn hợp lý thiết bị đo lường, mạch nhị thứ bảo vệ liên quan rơle

Việc nắm rõ đặc tính làm việc của rơle qua mô phỏng với các vị trí sự cố khác nhau giúp cho việc phân tích, đánh giá tính chính xác, thời gian tác động

và tính chọn lọc của bảo vệ Ngoài ra, cũng giúp cho nhân viên vận hành nắm vững đặc tính tác động của rơle để nhanh chóng phân tích đánh giá khi có sự

cố xảy ra từ đó đưa ra hướng xử lý kịp thời, chính xác nhằm khôi phục lại chế

độ vận hành bình thường tăng độ ổn định cho hệ thống điện, góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn, liên tục lưới điện truyền tải nói riêng và hệ thống điện Việt Nam nói chung

6 Đặt tên đề tài

Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn có tên là:

"Phân tích, đánh giá rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku"

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE VÀ TÌNH HÌNH

SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

1.1 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ

1.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản của mạch bảo vệ rơle

Có rất nhiều nguyên nhân gây sự cố cho HTĐ: do các hiện tượng thời tiết cực đoan như giông bão, lũ lụt, động đất gây ra, do máy móc thiết bị hao mòn, già cỗi trong quá trình vận hành, do vi phạm của con người, do thao tác của nhân viên vận hành… Hệ thống rơle bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và kết hợp các thiết bị bảo vệ để loại trừ càng nhanh càng tốt đối với phần tử bị sự

cố ra khỏi hệ thống, không để hệ thống bị sự cố lan rộng, giúp hệ thống nhanh chóng trở vệ trạng thái ổn định ban đầu

Trong vận hành HTĐ truyền tải, phần lớn sự cố là do ngắn mạch đường dây, khi xảy ra ngắn mạch dòng điện tại chỗ ngắn mạch tăng cao rất lớn dẫn đến dòng điện từ nguồn đến vị trí ngắn mạch gây ra tác động nhiệt và cơ gây nguy hiểm cho các phần tử mà nó chạy qua Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu tồn tại lâu sẽ gây hư hỏng thiết bị Ngoài ra, ngắn mạch làm điện áp giảm thấp gây ảnh hưởng đến các thiết bị dùng điện ở khu vực lân cận điểm ngắn mạch Nguy hiểm nhất, ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch là ảnh hưởng đến HTĐ, có thể gây mất ổn định và dẫn đến tan rã hệ thống

Các rơle bảo vệ kỹ thuật số hiện nay có khả năng phát hiện sự cố gần như tức thời (trong vòng vài chu kỳ) và cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống, giúp có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại,

- Tác động nhanh: tính tác động nhanh của rơle bảo vệ là một yêu cầu hết sức quan trọng, vì việc cô lập càng nhanh chóng phần tử bị sự cố thì sẽ càng hạn chế mức độ thiệt hại do sự cố gây ra, càng giảm thời gian sụt điện áp

ở vùng lân cận điểm sự cố, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn và nâng cao khả năng duy trì chế độ làm việc ổn định của các máy phát và toàn bộ HTĐ

- Độ nhạy của bảo vệ: độ nhạy của bảo vệ đặc trưng cho khả năng phát hiện sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy,

đó là tỷ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Tuỳ thuộc vào vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy cũng khác nhau Các đối tượng bảo vệ càng quan trọng thì yêu cầu độ nhạy càng cao

1.1.2 Các bộ phận đo lường của hệ thống bảo vệ

1.1.2.1 Máy biến dòng điện (TI)

Dùng để biến đổi dòng điện sơ cấp của đối tượng bảo vệ thành dòng điện thứ cấp phù hợp cung cấp cho hệ thống bảo vệ, đo lường Máy biến dòng làm nhiệm vụ cách ly mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp và đảm bảo dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (5 hoặc 1A) khi dòng điện sơ cấp danh định có thể rất khác nhau

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế máy biến dòng

Để phản ánh đúng cả trị số và góc pha, cần phải đấu nối đúng các đầu dây cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến dòng điện Theo sơ đồ: các đầu dây sơ cấp S1 và S2, các đầu dây thứ cấp T1 và T2 Quy ước: giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp IS đi từ đầu S1 đến S2 thì dòng điện thứ cấp IT đi từ đầu T2 đến T1 Sai số của biến dòng điện: IT = IS / n (n : tỷ số biến đổi của biến dòng) Tuy nhiên, thực tế bao giờ cũng có sai số do tổn thất sinh ra trong biến dòng Gồm có các sai số sau:

- Sai số về trị số dòng điện fi : bằng hiệu số giữa biên độ dòng điện sơ cấp sau khi đã tính đổi IS và dòng điện thứ cấp IT

- Sai số góc θi : bằng góc lệch pha θ giữa véc tơ dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp

- Sai số phức hợp Fi : bằng trị số hiệu dụng của dòng điện thứ cấp lý tưởng với dòng điện thứ cấp thực tế, bao gồm cả sai số về trị số và sai số về

góc pha có xét đến ảnh hưởng của các hài bậc cao trong dòng điện từ hoá:

- T : chu kỳ của dòng điện xoay chiều S

- n i : Tỷ số biến đổi của máy biến dòng

- i T : Giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp

- I S và i S : tương ứng là giá trị hiệu dụng và tức thời của dòng điện sơ cấp

Yêu cầu cấp chính xác của biến dòng cho rơle bảo vệ:

- Trị số dòng điện sơ cấp mà ở đó TI còn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu được gọi là dòng điện giới hạn theo độ chính xác

- Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ chính xác và dòng điện định mức gọi

Tính toán phụ tải của máy biến dòng:

- Trong sơ đồ bảo vệ, phụ tải của máy biến dòng điện có thể được đặc trưng bằng công suất đầu ra phía thứ cấp Spt (VA) hoặc tổng trở phía phụ tải

Zpt (Ω) Tổng trở phía thứ cấp của TI gồm có điện trở của rơle, điện trở dây nối phụ và điện trở tiếp xúc Tổng trở phụ tải càng lớn thì công suất tiêu thụ ở phía thứ cấp càng cao, và sai số của biến dòng càng lớn

- Chế độ hở mạch thứ cấp của biến dòng:

Từ sơ đồ thay thế của TI trên hình vẽ 1.1 nhận thấy khi mạch thứ cấp của

TI bị hở, nếu phía sơ cấp có dòng điện thì toàn bộ dòng điện sơ cấp ấy sẽ làm nhiệm vụ từ hoá, từ cảm Bm tăng lên đột ngột gây bão hoà cho mạch từ nên các đường cong biến thiên theo thời gian của độ từ cảm B và từ thông F có dạng bằng đầu Khi dòng điện sơ cấp qua trị số không, sức điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng có dạng đỉnh nhọn với biên độ rất lớn (Hình vẽ 1-2) Đặc biệt trong chế độ sự cố, khi dòng điện sơ cấp đạt bội số lớn, sức điện động cảm ứng phía thứ cấp có thể đến hàng chục kV, rất nguy hiểm cho người và thiết bị bên thứ cấp Vì vậy trong vận hành không được để

hở mạch phía thứ cấp của TI trong khi phía sơ cấp có dòng điện chạy qua Trong trường hợp cần thực hiện đổi nối phía thứ cấp khi có dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp thì phải nối tắt các cực thứ cấp của TI trước khi tiến hành đổi nối Chế độ làm việc với cuộn thứ cấp bị nối ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng

Hình 1.2 : Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp i S , từ thông F, từ cảm B và sức điện động thứ cấp e T theo thời gian (b)

1.1.2.2 Máy biến điện áp (TU)

Máy biến điện áp (Voltage Transformer) làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cao phía sơ cấp xuống điện áp thứ cấp tiêu chuẩn (100V hoặc 110V) để dùng cho mục đích bảo vệ và đo lường, đồng thời cách ly các thiết bị ở mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp

Phụ tải của TU thông thường được mắc song song cùng nhau, tổng trở của dây nối nếu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của TU Đầu ra các

cuộn dây của biến điện áp cũng được đánh dấu tương tự như đã xét đối với máy biến dòng, đấu đúng đầu cuộn dây với các dụng cụ đo và thiết bị bảo vệ

có ý nghĩa quan trọng khi cần xét đến góc lệch pha của các đại lượng điện Sai số của biến điện áp:

Cũng tương tự như biến dòng điện, biến điện áp cũng có sai số

- Sai số của biến điện áp được tính theo công thức:

F U % =

Trong đó:

- FU% : Sai số tính bằng %

- nU : Tỷ số biến đổi của BU, nU = USdđ/ UTdđ

- US/ UT : giá trị tương ứng của điện áp đo được trên cực của cuộn sơ cấp và thứ cấp

- Sai số góc θU : bằng góc lệch pha giữa véc tơ điện áp sơ cấp và véc tơ điện áp thứ cấp

- Cấp chính xác của TU: cấp chính xác thông thường dùng cho bảo vệ của TU được cho ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Cấp chính xác dùng cho bảo vệ của TU

1.2 Các vấn đề chung và tính toán bảo vệ đường dây truyền tải

1.2.1 Tình hình sự cố và hệ thống rơle bảo vệ đường dây truyền tải

Theo thống kê tại bảng 1.3 cho thấy, đối với các sự cố xảy ra trên lưới điện truyền tải thì sự cố xảy ra đối với đường dây chiếm phần lớn Sự cố đường dây chiếm tỉ lệ khoảng 70% trên tổng số sự cố của lưới truyền tải Do vậy, vấn đề rơle bảo vệ cho đường dây có vai trò quan trọng cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện, giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra

Bảng 1.3: Thống kê sự cố lưới điện truyền tải năm 2016

Đối tượng

sự cố

Cấp điện áp Phân loại

Số lần (lần) Tổng số lần

Tỷ lệ (%)

a) Đối với các đường dây 500kV

- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74

- Bảo vệ dự phòng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74

- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 được dự phòng đúp, được tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong bảo vệ chính

- Bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên đường cáp quang

- Chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ chính được phối hợp hai đầu với nhau thông qua sợi cáp quang nêu trên

- Bảo vệ khoảng cách dự phòng được phối hợp hai đầu với nhau thông qua kênh tải ba

b) Đối với các đường dây 220kV có đường truyền cáp quang

- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 50BF, 85, 74

- Bảo vệ dự phòng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 85, 74

- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phòng, có thể được tích hợp ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên

- Bảo vệ so lệch và khoảng cách được phối hợp với đầu đối diện thông qua kênh truyền bằng cáp quang

c) Đối với các đường dây 220kV không có đường truyền cáp quang

- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 50BF, 85, 74

- Bảo vệ dự phòng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 85, 74

- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phòng, có thể được tích hợp ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên

- Bảo vệ khoảng cách hai đầu đường dây được phối hợp với nhau thông qua kênh truyền tải ba

- Hệ thống rơle bảo vệ được trang bị cho lưới điện 220kV và 500kV hiện nay nhìn chung hoạt động tin cậy và chọn lọc tốt

1.2.2 Tính toán ngắn mạch trên đường dây truyền tải

1.2.2.1 Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng)

Dòng ngắn mạch 3 pha (giá trị hiệu dụng ban đầu) tại điểm ngắn mạch được xác định tổng quát theo biểu thức quen thuộc:

(1.5) Như vậy, dòng ngắn mạch phụ thuộc tỷ lệ thuận với điện áp trước khi ngắn mạch và tỷ lệ nghịch với tổng trở hệ thống (nhìn từ điểm ngắn mạch)

1.2.2.2 Khi ngắn mạch không đối xứng: {(N(1), N(1,1); N(2)}

Theo nguyên tắc tương đương thành phần TTT đối với các dạng sự cố khác nhau, dòng TTT (IkA1) được xác định như dòng ngắn mạch 3 pha ở xa thêm tương đương “điện kháng bổ sung” tính theo công thức 1.6

)

* )

(

1

*

n A n

kA

x x j

E I

) (

n k

x x

E I

Hay module của vectơ thành phần chu kỳ của dòng pha sự cố tại điểm ngắn mạch theo biểu thức chung (1.8)

) ( 1

* ) ( ) (

n kA n n

0 2

)(

.1

.3

x x

x x x

Đối với máy biến áp, đường dây không, cáp và kháng điện: x2 = x1

(1) Đối với máy điện đồng bộ: x 2 = ½ (x d ” + x q ”) Trường hợp máy điện không có cuộn cản: √ Giá trị này sai khác so với biểu thức

trên không quá 12%

Giá trị trung bình x2 và x0 của máy điện đồng bộ mẫu như sau (pu)

Kiểu máy điện đồng bộ X2 X0

- Máy phát thủy điện có cuộn cản 0,25 0,07

- Máy phát thủy điện không có cuộn cản 0,45 0,07

- Máy bù đồng bộ và các động cơ đồng bộ lớn 0,24 0,08 (2) Kháng điện: có thể lấy x0 ≈ x1

Tóm lại:

- Đối với tất cả MBA, khi nối cuộn dây Y0/∆: x0 = x1

- Đối với nhóm 3 pha gồm 3 MBA 1 pha, MBA 3 pha 4 trụ và MBA kiểu bọc:

- Khi nối cuộn dây Y0/Y: X0 = ∞

- Khi nối cuộn dây Y0/Y0 : X0 = X1(*) ;

(*) Nếu đảm bảo đường đi cho dòng TTK ở cả 2 cuộn dây

- Đối với máy biến áp 3 pha 3 trụ:

- Khi nối cuộn dây Y0/Y: x0 = x1 + xμ0

- Khi nối cuộn dây Y0/Y0 : cần phải sử dụng sơ đồ thay thế toàn phần khi lấy trong sơ đồ giá trị x0 tương ứng

- Đối với MBA 3 cuộn dây, theo nguyên tắc sẽ có 1 cuộn nối tam giác, phải lấy x0 = ∞

(4) Đường dây không:

- Trong tính toán gần đúng có thể lấy trung bình x1 = 0,4Ω/km

- Đường dây không 1 mạch có dây dây chống sét: x0 ≈ 2,0 x1

- Đường dây không 2 mạch có dây chống sét: x0 ≈ 3,0 x1

1.2.2.4 Sơ đồ thay thế (song song, nối tiếp, )

Điện kháng tương đương x ss của n phần tử có điện kháng x song song

giảm đi n lần là: xss = x/n

Nếu nút có n nhánh kháng x và nguồn É1, É2,…,Én thì tương đương sơ

đồ một nhánh xtđ có nguồn Étđ được xác định theo biểu thức:

Như vậy, càng nhiều nguồn đổ vào một nút thì tổng dòng ngắn mạch tại

nút này càng lớn do x tđ càng nhỏ Càng có nhiều mạch song song thì tổng trở tương đương càng thấp và làm cho dòng ngắn mạch càng tăng

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ đường dây truyền tải

Trong phạm vi luận văn, chỉ xem xét ảnh hưởng của tụ bù dọc đối với hệ thống bảo vệ đường dây truyền tải cao áp và siêu cao áp Hệ thống tụ bù dọc làm thay đổi các đặc tính của đường dây và hoạt động của hệ thống tụ bù dọc

có ảnh hưởng đến rơle bảo vệ khoảng cách của đường dây truyền tải

Hình 1.4: Tổng trở biểu kiến đo được của rơle tại A khi tụ đặt giữa đường dây

Hình 1.5: Tổng trở biểu kiến đo được của rơle khi tụ đặt các vị trí khác nhau 1.2.3.2 Tác động của hiện tượng quá độ

Khi có ngắn mạch xuất hiện trên đường dây truyền tải, xuất hiện sự thay đổi đột ngột trong hệ thống và sự thay đổi này được đi kèm bởi sự hiệu ứng quá

độ Ngay lập tức sẽ gây tần số quá độ (100-1000 Hz) khi điện cảm và điện dung

hệ thống tương ứng với sự thay đổi của mạng điện Nếu dòng ngắn mạch lớn đủ

để gây kích hoạt hệ thống bảo vệ tác động nối tắt tụ bù dọc, khi tụ được nối tắt, rơle sau đó nhận thấy dòng điện và điện áp khác nhau lớn

Hiện tượng quá độ do ngắn mạch 0gồm hai loại: quá độ tần số cao và quá độ tần số thấp

Quá độ tần số cao: Quá độ tần s0ố cao là do tần số tự nhiên của sự nối tiếp cảm kháng và dung kháng của hệ thống Khi có sự thay đổi trong mạng,

ví vụ như ngắn mạch hoặc nối tắt các tụ bù dọc, dẫn đến sự điều chỉnh lại năng lượng dự trữ giữa các kháng trở đường dây và các tụ tạo nên dòng tần số

cao chạy trong mạng Đó là nguyên nhân gây ra dòng điện tần số cao.

Sự quá độ khởi đầu tạo thành thành phần chu kỳ với các tần số dao động

là một hàm số của khoảng cách đến sự cố và tổng trở nguồn Độ lớn ban đầu của dòng điện quá độ kết hợp với ngắn mạch một pha có thể được đánh giá bằng việc giả định rằng sóng điện áp từ ngắn mạch bao gồm các sóng cùng độ lớn trong mỗi hướng Sau đó chúng ta có thể tính toán giá trị hiệu dụng của dòng điện ban đầu như sau:

C

LL Z

V I

3

2 5 , 0

Công thức (1.12) cho giá trị cao nhất của điện áp tính bằng Volt, và thừa

số 0.5 cần thiết để tìm độ lớn của sóng trong một hướng Ví dụ với đường dây

750 kV, độ lớn ban đầu của dòng điện quá độ cho ngắn mạch pha khoảng

1000 A [3]

Tần số tăng lên 1000 Hz có thể đạt giá trị cao đến 15% cơ bản Dòng điện tần số cao giảm một cách nhanh chóng Hầu hết rơle được thiết kế làm việc ở tần số cơ bản và phải được lọc hết các thành phần quá độ tần số cao bằng cách sử dụng bộ lọc thông thấp Trên đường dây truyền tải dài, quá độ tần số cao có thể hoàn toàn khác nhau tại hai đầu đường dây, hai rơle giống nhau tại hai đầu đường dây có thể nhận thấy dòng điện và điện áp hoàn toàn khác nhau Ngoài ra, vì ngắn mạch có thể xuất hiện tại bất kì điểm nào trong mạng điện, phổ của quá độ tần số cao là rất lớn, và điều này rất khó để dự báo

đo lường chính xác

Quá độ tần số thấp: là do điều kiện cộng hưởng đươc tạo thành giữa các

tụ bù dọc mắc nối tiếp và kháng trở nối tiếp trong mạng, nó là quá độ tần số dưới đồng bộ Khi ngắn mạch xảy ra, hệ thống có bù dọc nối tiếp chuyển đổi trạng thái từ trước ngắn mạch đến sau ngắn mạch Xem trong mặt phẳng phức

Z, quỹ tích trở kháng di chuyển từ giá trị trước ngắn mạch, thường cách xa với gốc, đến vị trí mới gần hơn với gốc và dọc theo đường đại diện của trở kháng đường dây Dịch chuyển này thường được mô tả như dạng xoắn logarit Sự dịch chuyển này có thể là nguyên nhân làm cho các phần tử đo lường khoảng cách vượt vùng hoặc hụt vùng, và có thể so sánh hướng cũng sai Vùng lỗi này có thể được khắc phục bởi bộ lọc thông thấp cho các đại

lượng được đo lường Việc sai hướng có thể được sửa bởi phân cực rơle sử dụng điện áp pha không ngắn mạch hoặc phân cực bộ nhớ

Quá độ tần số thấp vận hành giống như bù một chiều, mà nó có thể là nguyên nhân sự bão hòa trong máy biến dòng Tuy nhiên, vì các tụ bù dọc không có bù một chiều trong đường dây được bù dọc Với nguyên tắc cơ bản, rơle đường dây yêu cầu phải hoạt động chính xác ngay cả khi có quá độ tần số thấp Quá độ tần số thấp có thể là nguyên nhân gây ra vấn đề cộng hưởng dưới đồng bộ [3]

1.2.3.3 Ảnh hưởng không cân bằng tổng trở pha

Trở kháng không cân bằng pha xuất hiện là kết do việc nối tắt (do điện trở phi tuyến, khe hở phóng điện) và đưa vận hành lại các tụ bù dọc vào hệ thống một cách không đối xứng (chỉ một hoặc 02 pha)

Hệ thống tụ được nối tắt dựa vào khe hở phóng điện hoặc điện trở phi tuyến, điện trở phi tuyến phóng điện khi điện áp đặt lên bộ tụ đạt ngưỡng quy định còn phóng điện qua khe hở là do hệ thống bảo vệ tụ điều khiển

Việc nối tắt tụ có thể xảy ra tại các thời điểm khác nhau của từng pha, điều này dẫn đến mất cân bằng lớn ở các pha trong thời gian ngắn Sự thay đổi đột ngột này xuất hiện tại cùng thời điểm mà bảo vệ rơle đường dây thực hiện các quyết định của chúng liên quan đến việc bảo vệ đường dây (cắt sự cố) Rơle bảo vệ nhận thấy đường dây có sự thay đổi nhanh chóng, từ bình thường đến ngắn mạch đến chế độ mất cân bằng nghiêm trọng, tất cả các trình

tự diễn ra nhanh chóng, điều này ảnh hưởng lớn đến sự làm việc chính xác của chúng

Một vài phương thức được dùng để giải quyết vấn đề này:

- Phương thức nối tắt tụ trước khi rơle bảo vệ đường dây đưa tín hiệu tác động cắt: Điều này làm trễ thời gian cắt sự cố (không được chấp nhận trong một số trường hợp do không đảm bảo thời gian loại trừ sự cố)

- Lắp đặt các rơle riêng lẻ cho mỗi pha: điều này làm tăng chi phí nhưng

sẽ tốt hơn là có một rơle đường dây đơn với dữ liệu được đo lường từ cả ba pha, thường được dùng trên đường dây siêu cao áp để khắc phục sự cố không cân bằng tổng trở pha

1.2.3.4 Hiệu ứng cộng hưởng dưới đồng bộ

Một vấn đề khác ảnh hưởng việc bảo vệ của đường dây có tụ bù dọc mắc nối tiếp là hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ Đây là hiện tượng cộng hưởng xảy ra với mạch RLC nối tiếp, tần số cộng hưởng điện có thể được tính theo công thức [3]:

k f X

X f X

X LC

f

L C L

C

er   0  0 

2 2

- f er là tần số cộng hưởng của hệ thống điện

- f 0 là tần số cơ bản của hệ thống điện

- X c là dung kháng đường dây tại tần số cơ bản có bù dọc nối tiếp

- X L là cảm kháng đường dây ở tần số cơ bản

- k là hệ số bù của đường dây

Tần số dao động được xem xét là tần số cơ bản, vì dung kháng luôn ít hơn tổng cảm kháng đường dây Trong thực tế, tần số cộng hưởng dưới đồng

bộ nằm trong khoảng từ 15 đến 90% của tần số cơ bản hệ thống

Tần số dưới đồng bộ đặc trưng thành phần dưới đồng bộ trên dòng điện

và điện áp được giám sát bởi rơle bảo vệ đường dây truyền tải Do tần số thấp nên khó khăn cho việc lọc tần số này nhanh để đáp ứng tác động nhanh của rơle Vì lý do này, bảo vệ rơle cho đường dây được bù dọc thường được thiết

kế để hoạt động một cách chính xác khi có dòng điện và điện áp với thành phần dưới đồng bộ Các thành phần dưới đồng bộ cộng với thành phần cơ bản

có thể gây quá áp làm cho các thiết bị bảo vệ quá áp của tụ bù nối tắt tụ

1.2.3.5 Vấn đề do nghịch đảo điện áp (điện áp âm)

Nghịch đảo điện áp xảy ra khi tổng điện kháng giữa ngắn mạch và rơle

là có tính dung kháng Điều này thường xảy ra khi tụ bù dọc đặt ở đầu đường dây và ngắn mạch ở phía xa nhưng gần với tụ Khi ngắn mạch thoáng qua nằm ngoài tụ bù dọc, tại (h=0+), trở kháng biểu kiến nằm trong góc phần tư thứ 4 cho đến khi tụ nối tắt hoàn toàn Trở kháng biểu kiến của rơle vẫn còn trong góc phần tư thứ 4 cho các ngắn mạch nằm ở trước 1/3 chiều dài đường dây đối với trường hợp này Tại khoảng cách của 0,75 trở kháng rời khỏi vòng tròn mho danh định Chú ý rằng quỹ tích trở kháng di chuyển ra khỏi vùng được vẽ và vòng tròn cộng hưởng trước khi trở lại vùng lân cận của vòng tròn mho như khi ngắn mạch gần nút phía xa (h=1-) Kết quả ngắn mạch tại thanh cái phía xa nằm trong vùng cắt (h=1+)

Với việc đóng vào ngắn mạch thì kết quả là trở kháng biểu kiến nằm trong góc phần tư thứ 4, điện áp rơle thường nằm trong góc phần tư thứ 3, nhưng trở lại góc phần tư thứ 4 khi trở kháng trở lại vào vùng cắt được mô tả bởi đặc tính Mho Dòng điện rơle khi đóng vào ngắn mạch là nhanh pha hơn điện áp gần 900, nhưng xoay theo chiều kim đồng hồ khi ngắn mạch di chuyển xa hơn thanh cái Dòng của rơle luôn còn trong nửa bên phải của mặt

phẳng phức, nhưng điện áp di chuyển vào trong nửa mặt phẳng bên trái khi ngắn mạch ở vùng quan trọng Điều này có nghĩa là đo lường có hướng khi ngắn mạch trong vùng này là đúng, nhưng trở kháng di chuyển ra ngoài vùng cắt đối với những ngắn mạch cần độ chính xác Vấn đề liên quan đến trở kháng thứ tự nghịch do đóng vào ngắn mạch có thể được hiệu chỉnh bằng việc thêm vào rơle một mạch nhớ nhằm nhận biết đúng hướng ngắn mạch Điều này đưa ra một quỹ đạo cắt tương tự đặc tính độ lệch Mho Điều này đảm bảo phát hiện đúng ngắn mạch cho những ngắn mạch gần tụ bù dọc, hoặc ngoài thanh góp Rơle cũng phải loại trừ ngắn mạch sau khi nối tắt tụ và đặc tính Mho bình thường là thỏa mãn trong trường hợp này

1: Bù 70%; 2: Không bù; 3: Đặc tuyến Mho; 4: Mho đặc biệt

5: Tổng trở nguồn

- Đảo áp xảy ra khi kháng trở tổng cộng giữa sự cố và rơle là dung kháng

- Khi tụ nối tiếp đặt ở đầu đường dây và sự cố gần với tụ

+ Đối với sự cố vửa qua tụ nối tiếp đến 1/3 đoạn đầu

+ Tại khoảng 0,75, tổng trở rời khỏi vòng Mho nhỏ

Hình 1.6: Đặc tuyến mở rộng vùng bảo vệ khi tụ đặt ở đầu đường dây

Điện kháng nghịch được chú ý khi đóng vào ngắn mạch cũng ảnh hưởng đến rơle khoảng cách đường dây Có xu hướng làm tăng điện kháng thứ tự nghịch, có thể gây cắt nhầm của đường dây kề, ngoài ra điều kiện này được đưa vào tính toán trong việc thiết kế bảo vệ rơle của các đường dây Giải pháp đưa ra là có thể trì hoãn cắt vùng 1 cho đến khi tụ được nối tắt hoặc sử dụng chức năng so sánh hướng thêm vào để phối hợp bảo vệ của đường dây kề Như xem xét ở trên, thấy rằng thiết bị đo lường khoảng cách dưới vùng phải được cài đặt rất ngắn để tránh vượt vùng Hơn nữa, ngắn mạch gần rơle

có thể xuất hiện ngoài vùng cắt của rơle khoảng cách Những vấn đề này xảy

ra trước khi tụ bù dọc được nối tắt Một vài hệ thống bảo vệ được thiết kế để chờ đến khi tụ được nối tắt xảy ra trước khi quyết định xuất tin hiệu cắt Tuy nhiên, trong nhiều trường việc trì hoãn thời gian có thể không được chấp nhận

1.3 Kết luận

Trong chương 1 tác giả đã tìm hiểu lý thuyết tổng quát về bảo vệ rơle, nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của hệ thống rơle bảo vệ, các bộ phận đo lường cho rơle bảo vệ trong hệ thống điện Tìm hiểu tình hình sự cố và trang

bị hệ thống rơle bảo vệ trên lưới truyền tải điện Việt Nam hiện nay Tổng hợp

lý thuyết tính toán ngắn mạch Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo

vệ cho đường dây truyền tải điện Qua đó rút ra một số vấn đề cơ bản để làm

cơ sở thực hiện các phần tiếp theo của luận văn như sau:

- Hệ thống rơle bảo vệ trong HTĐ phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản đó là: hoạt động tin cậy, tác động chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy cao

- Các bộ phận đo lường cho rơle bảo vệ trong hệ thống điện phải đảm bảo cấp chính xác cần thiết đáp ứng cho yêu cầu bảo vệ

- Rơle bảo vệ cho đường dây truyền tải là vấn đề quan trọng, đối với việc tính toán bảo vệ đường dây cần lưu ý đến các yếu tố làm ảnh hưởng đến hoạt động của rơle để có biện pháp xử lý thích hợp, đặc biệt là hệ thống tụ bù dọc đối với rơle bảo vệ khoảng cách đường dây

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO RƠLE SEL-311L BẢO VỆ SO LỆCH

DỌC ĐƯỜNG DÂY 500KV DI LINH - PLEIKU 2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây

Hình 2.1: Sơ đồ đấu nối đường dây 500kV Di Linh - Pleiku

Đường dây 500kV Di Linh – Pleiku có chiều dài 312,5 km, sử dụng dây phân pha, mỗi pha gồm 4 dây ACSR330/42; Sử dụng dây chống sét kết hợp dây cáp quang loại OPGW80 để truyền tín hiệu bảo vệ và thông tin Tại mỗi đầu đường dây có lắp đặt tụ bù dọc và kháng bù ngang:

- Tại đầu trạm 500kV Di Linh: Lắp đặt bộ tụ bù dọc 30,5Ω-2000A và kháng bù ngang 116MVAr

- Tại đầu trạm 500kV Pleiku: Lắp đặt bộ tụ bù dọc 30,5Ω-2000A và kháng bù ngang 90MVAr

- Điện kháng đường dây (đã bao gồm tụ bù dọc): x = 0,1128Ω/km

- Biến dòng điện cung cấp cho rơle bảo vệ tại hai đầu đường dây có tỷ số biến 2000/1A

- Biến điện điện áp cung cấp cho rơle bảo vệ đường dây tại đầu trạm Di Linh có tỷ số biến 550000/110V

- Biến điện điện áp cung cấp cho rơle bảo vệ đường dây tại đầu trạm Pleiku có tỷ số biến 500000/110V

- Điện trở một chiều dây dẫn : R = 0.0224725 Ω/km

500kV, kết quả tính toán đã cập nhật phụ tải và hệ thống đến giai đoạn năm

2017 Giá trị tính toán ứng với giá trị phụ tải cực đại, dòng điện ngắn mạch ba pha và một pha tại thời điểm năm 2017, kết quả như bảng 2.1

Bảng 2.1: Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 500kV trạm biến áp

Di Linh và Pleiku năm 2017

Trạm biến áp Dòng ngắn mạch

03 pha

Dòng ngắn mạch

01 pha X - BUS -X /I+/ AN(I+) /IA/ AN(IA) [PLEIKU 500.00] AMPS 30819.2 -86.60 24864.2 -86.36 [DILINH 500.00] AMPS 30986.5 -78.43 20355.7 -83.90

Tính toán ngắn mạch đường dây 500kV Di Linh – Pleiku

Tính toán ngắn mạch 3 pha:

Từ kết quả tổng dòng ngắn mạch thanh cái 500kV tại Di Linh và Pleiku

INDL = 30986,5(A) ; INPL = 30819,2(A) Đường dây có chiều dài 312,5(Km), điện kháng đơn vị (đã bao gồm tụ

Ta có sơ đồ thay thế nhƣ sau:

Khi ngắn mạch ngoài tại thanh cái Di Linh:

(2.8)

2 1

1

2 3 3

X X

U X

X X

500 3 2

NPL

(Ω) (2.12) Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái Di Linh:

X 0HT1 X 0ĐZ X 0HT2

507 , 55 0

2 0 1 0

0 2 0 1 0 1

HT

ĐZ HT

HT

X X

X

X X

 

595 , 41 0

2 0 1 0

0 1 0 2 0 2

HT

ĐZ HT

HT

X X

X

X X

93 , 97 2 0

1 0

HT

HT X X

Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái Di Linh:

93 , 97 6 , 11 2

500 3

2

3

1 0 1 1

N

X X

500 3

2 2

3

0 1

2 0 2 1

1 21

kA

X X

X X

U I

ĐZ ĐZ

HT HT

500 3

2 2

3

0 1

1 0 1 1

1 22

kA

X X

X X

U I

ĐZ ĐZ

HT HT

500 3

2

3

2 0 2 1

1 12

HT HT

N

X X

( 304 , 8 2

5 , 70 2

25 , 35 2 93 , 90 6 , 9 2

500 3

2 2

2 2

3

0 1

1 0 1 1

1 31

A kA

X X

X X

U I

ĐZ ĐZ

HT HT

( 335 , 10 2

5 , 70 2

25 , 35 2 23 , 55 7 , 9 2

500 3

2 2

2 2

3

0 1

2 0 2 1

1 32

A kA

X X

X X

U I

ĐZ ĐZ

HT HT

500kV trạm Di Linh 24885 6148 Ngắn mạch ngoài tại thanh cái

500kV trạm Di Linh 12383 6955 Ngắn mạch ngoài tại thanh cái

Ngắn mạch giữa đường dây 500kV

2.3 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch của SEL-311L

Bảo vệ so lệch dòng cho đường dây và hệ thống tự động của SEL-311L bao gồm cả bộ phận dựa trên tín hiệu dòng và điện áp Khi mất hoặc không xác định được điện áp thì không ảnh hưởng đến một số chức năng bảo vệ dựa trên tín hiệu dòng điện

Rơle SEL-311L có 5 chức năng bảo vệ so lệch cho đường dây:

- 03 chức năng cho từng pha

- 01 chức năng cho dòng thứ tự nghịch và 01 chức năng cho dòng thứ tự không

Bảo vệ pha cho phép tác động nhanh khi sự cố dòng lớn

Bảo vệ theo dòng thứ tự nghịch và thứ tự không tác động nhạy khi sự cố không đối xứng, không làm ảnh hưởng đến sự làm việc an toàn của rơle

Với toàn bộ các đường dây có 2 hoặc 3 đầu cuối, rơle 87L không nhất thiết phải cài đặt khác so với mặc định của nhà sản xuất

SEL-311L Line Current Differential Protection and

Automation System

(Bảo vệ so lệch dòng điện và tự động hoá SEL-311L)

Hình 2.2: Các phần tử bảo vệ so lệch dòng điện của SEL-311L

SEL-311L trao đổi một cách đồng bộ theo thời gian dòng Ia, Ib, Ic giữa

2 hay 3 phía của đường dây Mỗi rơle tính toán 3I2, 3I0 cho tất cả các đầu đường dây So lệch dòng 87LA, 87LB, 87LC, 87L2, 87LG của mỗi rơle so sánh giá trị Ia, Ib, Ic, 3I2 và 3I0 cho các đầu đường dây Tất cả các rơle đều tính toán tương đương nhau để tránh sự trễ của truyền tín hiệu

Chức năng so lệch pha 87LA, B, C phát hiện sự cố 3 pha một cách tin cậy Chức năng so lệch dòng thứ tự nghịch 87L2 (bảo vệ bị hạn chế khi dòng

ở trên cả 3 pha vượt quá 3 lần dòng danh định : 15A đối với rơle danh định 5A và 3A đối với rơle danh định 1A), thứ tự không dùng cho các sự cố không đối xứng (bảo vệ bị hạn chế khi 2 trong 3 dòng trên 3 pha vượt quá 3 lần dòng danh định)

2.3.1 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.3 thể hiện đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ so lệch, thể hiện tỷ số phức của dòng ở hai đầu của đường dây Có các đặc tính tác động khác nhau cho mỗi dòng Qui định dòng chạy vào đường dây được bảo

vệ có góc 00

, dòng chạy ra khỏi đường dây được bảo vệ có góc 1800 Như vậy, khi bình thường tỷ số dòng điện ở 2 đầu là Khi sự cố ngoài

đường dây được bảo vệ thì tỷ số này vẫn là

SEL-311L có đặc tính bao quanh điểm , vùng đó gọi là vùng hạn chế Rơle sẽ cắt khi tỷ số dòng điện nằm ngoài vùng hạn chế đó

Hình 2.3: Đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ SEL-311L

Trên mặt phẳng phức hình 2.3, rơle SEL-311L tạo ra xung quanh điểm

11800 một vùng hãm Chức năng so lệch tác động khi tỉ số dòng điện giữa hai đầu đường dây vượt ra ngoài vùng hãm này và dòng so lệch cao hơn ngưỡng cài đặt Rơle không tác động khi tỉ số dòng điện giữa hai đầu đường dây nằm trong vùng hãm hoặc khi dòng so lệch nhỏ hơn ngưỡng cài đặt

Dòng so lệch của SEL-311L được tính theo công thức 2.19

Đặt giá trị pickup 87LPP cho dòng pha, 87LGP cho dòng chạm đất và 87L2P cho dòng thứ tự nghịch

Đặc tính tác động phẳng của SEL-311L ưu việt hơn đặc tính của các rơle khác do SEL-311L xem xét cả về trị số và góc pha của dòng điện đồng thời SEL-311L xử lí được các sai số của CT

Công thức 2.20 [1] tính tổng trở lớn nhất của CT để có thể tránh sai số

1) R

X ( I

V Z

F

s B

Với đường dây 2 đầu, SEL-311L yêu cầu CT đáp ứng cả hai tiêu chuẩn sau:

- CT không được bão hòa khi dòng sự cố thứ cấp nhỏ hơn 15A đối với

CT 5A, và 3A đối với CT 1A

- Tổng tải tiêu thụ của CT không được vượt quá [1]:

1) R

X ( I

V 7.5

F

s





Hình 2.4: Vùng hạn chế bao quanh các sự cố ngoài của SEL-311L

Giá trị khởi động của chức năng bảo vệ so lệch của SEL-311L bảo vệ đường dây 500kV Di Linh – Pleiku:

87LPP =

=

= 1,2

2.3.2 Cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch

Đặt chức năng so lệch pha 87LA, 87LB, 87LC để phát hiện các sự cố 3 pha trên đường dây bảo vệ

Hình 2.5 thể hiện khi sự cố trên đường dây bảo vệ, có thể có các điều kiện làm ảnh hưởng đến tỷ số của dòng điện ở hai đầu

- Vùng A: Lệch góc 200 do phân bố nguồn

Vùng tác động Vùng hãm

- Vùng B: Lệch góc khoảng 21,60 do độ trễ của kênh truyền tín hiệu giữa hai đầu

200 Tương tự, khi ngắn mạch bên trong mà không phải giữa đường dây thì điểm

sự cố trên đồ thị cũng nằm trong nửa mặt phẳng bên phải lân cận điểm 100 Vì vậy, khi ngắn mạch 3 pha bên trong thì tỉ số dòng pha nằm trong mặt phẳng phải với ±200

của trục thực dương như hình 2.5 cho góc nguồn và trở kháng như đã phân tích ở trên (vùng A)

- Xét đến sai số trong tính toán dữ liệu gây ra bởi sự chậm trễ không đồng đều trong kênh phát và nhận tín hiệu dòng Giả sử, trong một vòng mạng quang đồng bộ một chiều với 20 nút, thời gian truyền và nhận có thể sai khác 2ms, giả sử một nút đi theo một hướng và 19 nút kia đi theo hướng khác (trường hợp lớn nhất) SEL-311L xác định việc trì hoãn kênh 1 chiều như chậm một nửa chu kỳ cắt Trong hoàn cảnh này, làm chậm chu kỳ cắt là

khoảng 2ms Trong trường hợp đặc biệt, cả hai rơle SEL-311L xác định việc trì hoãn kênh một chiều là 1 ms và mỗi rơle sử dụng dòng tại chỗ được đo lường sớm 1ms để liên kết dữ liệu tại chỗ và dữ liệu nhận được từ xa Theo cách đó, cả hai rơle có 1ms lỗi liên kết dữ liệu (một rơle sớm và một chậm sau) Điều này gây ra góc của tỉ lệ mặt phẳng  bị sai lệch khoảng 220 Trong một rơle thì độ lệch dương (ngược chiều kim đồng hồ trên mặt phẳng ), trong rơle khác thì độ lệch âm (cùng chiều kim đồng hồ trên mặt phẳng ), (vùng B)

- Phụ thuộc vào góc quay tại rơle riêng biệt, độ lệch này có thể thêm vào hoặc trừ ra từ góc được gây ra bởi góc của hệ thống không đồng nhất và góc của tải đã thảo luận ở trên Giả thiết góc thêm vào, khi trường hợp xấu nhất Khi ngắn mạch trong góc trên mặt phẳng có thể sai lệch  0 0 0

42 22

- Tiếp tục xem xét bão hòa CT CT bị bão hòa một cách dữ dội trong tức thời có thể gây ra thành phần chủ yếu của dòng thứ cấp sớm pha hơn dòng sơ cấp 400

} để có thể đảm bảo tác động ngay cả khi các ảnh hưởng trên đồng thời xảy ra

87L cho pha và cài đặt đặc tính tác động

Cài đặt cho chức năng 87L pha thể hiện như hình 2.4

Đặt 87LANG và 87LR giống nhau cho tất cả các chức năng so lệch Bảo

vệ sự cố 3 pha yêu cầu cao nhất cho cài đặt 87LANG Thông số cài đặt mặc định của nhà sản xuất là 1950 Theo những thử nghiệm của SEL thì giá trị này

là thích hợp cho rơle hoạt động tin cậy và hiệu quả

Giá trị 87LR mặc định là 6, còn 87LPP là 1,2 lần giá trị dòng thứ cấp danh định

Đặt chức năng so lệch dòng thứ tự nghịch 87L2 để phát hiện các sự cố không cân bằng trên đường dây cần bảo vệ

Có 3 biến cần đặt cho bảo vệ so lệch dòng thứ tự nghịch 87L2

87LANG và 87LR đặt giống nhau cho các chức năng

87L2P (giá trị 3I2) được đặt để phát hiện một cách tin cậy các sự cố không đối xứng trong vùng bảo vệ Tuy nhiên, giá trị đặt phải lớn hơn so với dòng không cân bằng do điện áp không đối xứng (điện áp không đối xứng

càng lớn thì tạo ra dòng so lệch càng lớn) Trong trường hợp xấu nhất, hở 1 đầu đường dây hay sự cố chạm đất có thể gây sụt áp hoàn toàn Thường đặt 87L2P khoảng 10% dòng danh định (khoảng 0.5A cho rơle 5A)

2.3.3 Cài đặt đảm bảo chọn lọc khi sự cố ngoài vùng bảo vệ

Nhìn chung, các cài đặt cho chức năng 87L như đã trình bày ở trên đảm bảo tốc độ tác động nhanh, nhạy và tính chọn lọc cho các sự cố trong vùng được bảo vệ Vùng hạn chế trên đặc tính tác động có được bao quanh điểm

đã tính đến việc ảnh hưởng của các yếu tố sai số Có thể kiểm tra tính chọn của bảo vệ khi có sự cố ngoài vùng bảo vệ

2.3.3.1 Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle lớn hơn 3 lần dòng danh định (Idđ)

Trước hết xem xét sự làm việc của phần tử 87L2 Khi sự cố 3 pha ngoài xảy ra, CT ở một đầu có thể bị bão hòa trong khi CT ở đầu kia thì không, sự khác nhau này có thể dẫn tới 87L2 tác động nhầm Vì vậy, 87L2 sẽ bị khóa khi dòng trên cả 3 pha tại bất kì đầu đường dây nào vượt quá 3 lần dòng Idđ (3A đối với rơle 1A)

Cũng giống như vậy, với chức năng của phần tử 87LG Khi dòng trên 2 hoặc 3 pha tại bất kì đầu đường dây nào vượt quá 3 lần Idđ thì 87LG sẽ bị khóa Nếu 87L2 không được sử dụng thì đặt chức năng so lệch pha để phát hiện sự cố 3 pha và sự cố 2 pha chạm đất trong vùng bảo vệ, đặt 87LG để phát hiện sự cố chạm đất 1 pha

2.3.3.2 Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle nhỏ hơn 3 lần dòng danh định

Trong trường hợp này thì chức năng so lệch thứ tự nghịch và thứ tự không của phần tử 87L2 và 87LG được bổ sung thêm chức năng giám sát bởi Relay Word bits 87L2T và 87LGT Đó là kết quả của thuật toán hãm thành phần hài bậc 2 và thành phần một chiều của phần tử so lệch thứ tự nghịch và thứ tự không (đặc tính so lệch có hãm)[1]

2.3.3.3 Sự cố không đối xứng ngoài vùng bảo vệ

Với sự cố không đối xứng ngoài vùng bảo vệ, những cài đặt theo khuyến cáo của nhà sản xuất như trên hình 2.5 đã có thể loại trừ được tác động nhầm của bảo vệ (87LANG=1950

, 87LR=6)

2.3.4 Những cài đặt liên quan đến 87L

Các cài đặt liên quan đến chức năng 87L không được tính toán trước mà chỉ được đặt sao cho phù hợp với cấu hình hệ thống và mục đích bảo vệ cụ thể Sử dụng lệnh SET để truy nhập vào các cài đặt này