Phân tích, ứng dụng hệ thống định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWF) cho lưới điện công ty truyền tải 2

PHÂN TÍCH, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN CHO LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2 Học viên : Trương Thanh Trường Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG THANH TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ 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

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

Trương Thanh Trường

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2 (PTC2) 4

1.2 PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY VÀ CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 4

1.2.1 Chức năng định vị sự cố trong rơle khoảng cách Siemens 7SA522 sử

dụng trên lưới điện PTC2 5

1.2.2 Chức năng định vị sự cố trong rơle so lệch dọc Siemens 7SD522 sử dụng trên lưới điện PTC2 7

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH (RZ) 8

1.3.1 Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến vùng làm việc của rơle RZ 8

1.3.2 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơ le 11

1.3.3 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle 12

1.3.4 Ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của rơle 13

1.3.5 Ảnh hưởng của tụ bù dọc đến sự làm việc của rơle RZ 14

1.3.6 Ảnh hưởng của kiểu cột điện và việc đảo pha không đầy đủ 16

1.3.7 Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song 16

1.3.8 Nhận xét đánh giá 17

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17

CHƯƠNG 2: ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN 18

2.1 MỞ ĐẦU 18

2.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 19

2.2.1 Các thông số trên đường dây tải điện dài 19

2.2.2 Sóng phản xạ và khúc xạ - quy tắc Petersen 19

2.3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN TRUYỀN (TWF: TRAVELING WAVE FAULT) 20

2.3.1 Phương pháp định vị sự cố bằng sóng lan truyền 20

2.3.2 Phương pháp định vị sự cố của hãng Kinkei SFL-2000 23

2.3.3 Phương pháp định vị sự cố của hãng SEL411L-1 27

2.3.4 Nhận xét đánh giá 30

2.4 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN TRUYỀN (TWF) CHO LƯỚI ĐIỆN PTC2 31

2.4.1 Đặc điểm công tác quản lý vận hành lưới điện PTC2 31

2.4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWF) 32

2.4.3 Thiết bị phần cứng 33

2.4.4 Phần mềm 36

2.4.5 Quản lý vận hành và khai thác hệ thống 40

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ 42

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MATLAB - SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN 42

3.1.1 Giới thiệu về Matlab-Simulink 42

3.1.2 Giới thiệu về công cụ mô phỏng lưới điện 43

3.2 MÔ PHỎNG CHO MỘT SỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN TẠI TRẠM BIẾN ÁP 500KV DỐC SỎI 45

3.2.1 Xây dựng mô hình đường dây để đánh giá định vị sự cố theo phương pháp tổng trở 48

3.2.2 Xây dựng mô hình đường dây để đánh giá định vị sự cố theo phương pháp sóng lan truyền (TWF) 48

3.2.3 Kết quả mô phỏng định vị sự cố theo phương pháp tổng trở trên rơle Siemens 7SA522 và sóng lan truyền cho đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 - Tam Kỳ/272 50

3.2.4 Kết quả mô phỏng định vị sự cố theo phương pháp tổng trở trên rơle

Siemens 7SA522 và sóng lan truyền cho đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 – Đà Nẵng/576 56

3.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 62

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

PHÂN TÍCH, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN CHO LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2

Học viên : Trương Thanh Trường Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Ứng dụng công nghệ định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền cho lưới

điện truyền tải giải quyết được vấn đề mà phương pháp tổng trở hiện tại chưa đáp ứng được,

đó là làm sao xác định nhanh chóng, chính xác vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện với sai số không quá ± 0.5km Do đặc thù của lưới điện truyền tải là các đường dây có chiều dài tương đối lớn, đi qua địa hình phức tạp cho nên việc xác định chính xác vị trí sự cố giúp giảm được thời gian ngừng vận hành của đường dây để khắc phục sự cố và giảm chi phí vận hành đường dây khi xử lý sự cố Các sự cố trên lưới thường thoáng qua nên việc xác định chính xác vị trí sự cố cho phép thực hiện các giải pháp ngăn ngừa (như thay thế các chuỗi sứ

bị phóng điện, cắt tỉa các cây cao ngoài hành lan có thể vị phạm khoảng cách khi có tác động của gió ) Luận văn này phân tích, đánh giá bộ định vị sự cố theo phương pháp sóng lan truyền kiểu D áp dụng cho đường dây truyền tải điện sử dụng phần mềm Matlab - Simulink

để mô phỏng so sánh với phương pháp tổng trở trên rơle Siemens 7SA và kết quả tiềm kiếm thực tế Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng phương pháp sóng lan truyền (kiểu D) cho kết quả

định vị sự cố với sai số rất bé và có thể áp dụng tốt cho lưới điện Công ty Truyền tải điện 2

Từ khóa: Sóng lan truyền, Tổng trở, Truyền tải điện, Định vị sự cố, Matlab Simulink

APPLICATION ANALYSIS OF THE FACTORIES OF THE TRANSMISSION

SYSTEM OF THE POWER TRANSMITION COMPANY NO.2

Abstract – Applying travelling wave fault location technology to the transmission grid

solves the problem by the method of measuring the impedance has not met yet, namely: fast, accurate identification of fault location on the transmission line with a tolerance of no more than ± 0.5 meters With the characteristics of the transmission grid is relatively large length lines, passing through the complex terrain, so the precise location of the incident can help reduce the time to stop operation of the line to overcome Incident and reduced line operating costs when troubleshooting Precise determination of the location of these faults enables carrying out preventive works (e.g replacement of insulators, pruning tall trees in addition to orchids can distort distances when exposed to the wind ) in order to prevent permanent faults This dissertation analyzes and evaluates fault locators using traveling wave method type D applied to power transmission lines using Matlab - Simulink software to simulate comparisons with the method of impedance matching on Siemens 7SA relays and the actual search results The simulation results show that the traveling wave method (type D) results in problem location with very small error and can be applied well to power transmission no 2 Keywords: Travelling wave; Impedance; Transmission grid; Fault location; Matlab Simulink

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt Nguyên nghĩa

1 BI Máy biến dòng điện

18 PTC2 Công ty Truyền tải điện 2

20 QCVN Quy chuẩn Việt Nam

21 SCADA Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu

22 TWF Sóng lan truyền

23 WT Phân tích Wavelet

24 WAN Mạng kết nối các mạng LAN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thuật toán định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu trên rơle

Bảng 3.2 Thông số mô phỏng cho đường dây 220kV Dốc Sỏi/276 -

Bảng 3.3 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 220kV

Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường 53 Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng sự cố 02 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276

-Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường 53 Bảng 3.5 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 02 pha đường dây 220kV

Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường 54 Bảng 3.6 Kết quả mô phỏng sự cố 03 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276

-Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải bình thường 54 Bảng 3.7 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 220kV

Dốc Sỏi/276 -Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải tăng cao 55 Bảng 3.8 Kết quả mô phỏng sự cố 02 pha đường dây 220kV Dốc Sỏi/276

-Tam Kỳ/272, RF = 10, 20, 30[Ω], tải tăng cao 55 Bảng 3.9 Thông số mô phỏng cho đường dây 500kV Dốc Sỏi/574 -

Bảng 3.10 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV

Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường 59 Bảng 3.11 Kết quả mô phỏng sự cố 02 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574

- Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường 59 Bảng 3.12 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 02 pha đường dây 500kV

Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường 60 Bảng 3.13 Kết quả mô phỏng sự cố 03 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574

- Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường 60 Bảng 3.14 Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV

Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao 61 Bảng 3.15 Kết quả mô phỏng sự cố 02 pha đường dây 500kV Dốc Sỏi/574

- Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao 61

Bảng 3.16

Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV

Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải bình thường

và có tụ

62

Bảng 3.17

Kết quả mô phỏng sự cố chạm đất 01 pha đường dây 500kV

Dốc Sỏi/574 - Đà Nẵng/576, RF =10, 20, 30[Ω], tải tăng cao

và có tụ

62

Bảng 3.18 Kết quả xác định vị trí sự cố trên rơle khoảng cách và tìm kiếm

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ lưới điện Công ty truyền tải điện 2 5

Hình 1.4 Điện trở sự cố được cung cấp từ 02 nguồn 7 Hình 1.5 Đường cong điện áp trên đường dây bị lỗi 7

Hình 1.8 Mô tả vùng sự cố trên mặt phẳng tổng trở MhO 9 Hình 1.9 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn 10 Hình 1.10 Đặc tính từ hóa BI và dòng điện thứ cấp BI khi bão hòa 11

Hình 1.13 Hệ số bù tổng trở theo vùng cài đặt trên rơle 7SA522 12

Hình 1.14 Kết quả đo dòng sóng hài khi đóng xung kích MBA AT3 Trạm

Hình 1.15 Biểu đồ quan hệ độ méo dạng THDi và Pickup sóng hài bậc 3 13

Hình 1.16 Chức năng khóa sóng hài khi đóng xung kích MBA AT3 Trạm

500kV Dốc Sỏi trên rơle so lệch 7UT513 ngày 05/02/2018 14 Hình 1.17 Đo tổng trở của đường dây phụ thuộc vào dung lượng và

Hình 1.19 Cấu hình treo dây trên cột 500kV và 220kV 16 Hình 2.1 Sơ đồ Petersen tính toán truyền sóng giữa hai môi trường 20 Hình 2.2 Sơ đồ Petersen khi 2 môi trường có ghép điện dung C và sóng

Hình 2.11 Thuật toán tính toán xác định vị trí sự cố hãng Kinkei 25

Hình 2.12 Phần mềm phân tích tính toán xác định khoảng cách trên máy

Hình 2.13 Định vị điểm sự cố trên bản đồ Map của hãng Kinkei 26

Hình 2.16 Sơ đồ cấu hình định vị sự cố TWFL SEL411L-1 30 Hình 2.17 Định vị điểm sự cố trên bản đồ Map của hãng Sel 30

Hình 2.19 Cấu hình hệ thống theo phương pháp sóng lan truyền TWF 32 Hình 2.20 Sơ đồ đấu nối tín đầu hiệu vào cho TWF Processing 33 Hình 2.21 Sóng sự cố và nhãn thời gian trên thiết bị TWF Processing 34

Hình 2.25 Sóng sự cố và nhãn thời gian trên thiết bị TWF Processing 36 Hình 2.26 Cài đặt thời gian ghi dữ liệu sóng qua Web Service 36 Hình 2.27 Bảng kê thông tin ghi nhận sóng vượt ngưỡng trên bộ TWF 37 Hình 2.28 Thông tin cài đặt trên Web Server của máy tính FL SYSTEM 38 Hình 2.29 Kết quả vị trí lỗi được tính toán tự động trên FL SYSTEM 38 Hình 2.30 Dữ liệu sự cố dưới dạng sóng trên FL SYSTEM 39 Hình 2.31 Truy xuất dữ liệu quá khứ trên Web Server 39 Hình 2.32 Thông tin cảnh báo về các thiết bị trong hệ thống 39

Hình 3.7 Cửa sổ cài đặt thông số mô phỏng trên Simulinks 44 Hình 3.8 Mô hình mô phỏng xác định điểm sự cố trên rơle 7SA522 45

Hình 3.12 Mô phỏng mô hình xác định điểm sự cố theo phương pháp sóng

Hình 3.13 Khối biến đổi Clarke’s 48 Hình 3.14 Xác định tín hiệu sóng truyền về đầu Dốc Sỏi 51 Hình 3.13 Xác định tín hiệu sóng truyền về đầu Tam Kỳ 52 Hình 3.16 Xác định tín hiệu sóng truyền về đầu Dốc Sỏi 57 Hình 3.17 Xác định tín hiệu sóng truyền về đầu Đà Nẵng 58

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Công ty Truyền tải điện 2 (PTC2) trực thuộc Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia có nhiệm vụ quản lý vận hành các đường dây và Trạm biến áp cấp điện áp 220kV đến 500kV từ địa bàn tỉnh Kontum cho đến tỉnh Quảng Bình

Các đường dây truyền tải được trang bị các bảo vệ chính với chức năng khoảng cách, chức năng so lệch dọc để xác định điểm sự cố, nhưng thực tế cho thấy chức năng xác định vị trí sự cố trong các rơle trên sai số thường là rất lớn do ảnh hưởng bởi yếu

tố như tổng trở đường dây, điện trở hồ quang tại điểm ngắn mạch, dạng ngắn mạch, sai

số BI, BU Đường dây cấp điện áp 220kV và 500kV do PTC2 quản lý có chiều dài tương đối lớn lại đi qua địa hình đồi núi, sông phức tạp nên khi có sự cố gây khó khăn cho việc tìm kiếm điểm sự cố để xử lý, cũng như tốn khá nhiều thời gian để khôi phục lại tình trạng vận hành của đường dây

Theo báo cáo “Đánh giá tình hình vận hành trong năm 2017, mục tiêu nhiệm vụ của công tác vận hành trong thời gian tới” tại hội nghị quản lý kỹ thuật năm 2018 của Công ty Truyền tải điện 2, thống kê trong năm 2017 sự cố đường dây 500kVvà 220kV

là 18 vụ chiếm 66,67% tổng số vụ sự cố của PTC2 (so với năm 2016 là 20 sự cố) và thời gian ngừng cung cấp điện để kiểm tra, xử lý sự cố tương đối lớn (đường dây 500kV khoảng 19 giờ, đường dây 220kV khoảng 27 giờ và chưa kể đến thời gian sự

cố kéo dài do thiên tai)

Do vậy, việc tính toán định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây có ý nghĩa rất lớn, rút giảm bớt thời gian, nhân công và vật lực trong quá trình tìm kiếm và xử lý điểm sự cố Hiện nay có nhiều phương pháp để định vị sự cố, tuy nhiên chưa có một đánh giá đầy đủ Qua các tài liệu, học viên nhận thấy phương pháp sóng lan truyền đang triển khai áp dụng tại một số đường dây thuộc lưới điện PTC2 dựa vào việc phân tích sóng truyền về các đầu đường dây và thời gian sai lệch giữa các xung sự cố ban đầu và xung phản hồi để định vị điểm sự cố là phương pháp khác biệt hoàn toàn với phương pháp truyền thống tổng trở Nhằm nghiên cứu sâu phương pháp định vị sự cố

và đánh giá đầy đủ phương pháp này, góp phần trong việc quản lý vận hành lưới truyền tải PTC2, học viên chọn đề tài “Phân tích, ứng dụng hệ thống định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWF) cho lưới điện Công ty Truyền tải điện 2”

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VỊ NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 2

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ứng dụng phương pháp sóng lan truyền để định vị sự cố cho các đường dây truyền tải điện thuộc Công ty Truyền tải điện 2

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Xác định nhanh chóng, chính xác vị trí sự cố trên đường dây

- Giảm chi phí quản lý vận hành đường dây (do giảm thời gian xử lý sự cố)

- Khôi phục nhanh việc cung cấp điện, nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến định vị sự cố theo phương pháp sóng lan truyền

-Thu thập số liệu thực tế về sự cố tại PTC2

- Sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỂN

Trình bày các đặc điểm chính và những vấn đề cần quan tâm trong hệ thống bảo

vệ rơle của hệ thống điện, thông qua việc xem xét các ảnh hưởng của thiết bị đo BU,

BI, thông số đường dây, sóng hài, điện trở sự cố Các vấn đề được xem xétsẽ tạo điều kiện cho việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp định vị sự cố khác có độ chính xác cao hơn

Chương 2: Giới thiệu khái quát các phương pháp định vị sự cố theo phương pháp sóng lan truyền như loại A, B, C, D, E Trình bày thiết bị định vị sự cố Kinkei SFL2000, SEL411L sử dụng phương pháp sóng lan truyền cụ thể trên lưới PTC2, đưa

ra nhận xét và đề xuất cấu hình phù hợp cho lưới PTC2

Chương 3: Trình bày việc xây dựng mô hình đường dây sử dụng công cụ Matlab

- Simulink để mô phỏng theo phương pháp tổng trở để định vị sự cố sử dụng thuật

toán áp dụng trên rơle khoảng cách Siemens 7SA và mô hình theo phương pháp sóng lan truyền sử dụng phương pháp hai đầu kiểu D để so sánh, đánh giá

Tổng hợp kết quả mô phỏng theo hai phương tổng trở và sóng lan trền cho một

số đường dây tải điện tại Trạm biến áp 500kV Dốc Sỏi xét đến yếu tố ảnh hưởng như: dạng sự cố, khoảng cách sự cố, điện trở sự cố, phụ tải, tụ bù

Cuối cùng, phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo: trình bày tóm tắt các kết quả đạt được của luận văn và nêu ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài cũng như nghiên cứu dự kiến sẽ thực hiện trong tương lai

CHƯƠNG 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM SỰ CỐ VÀ CÁC

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2 (PTC2)

Lưới điện thuộc phạm vi quản lý của Công ty từ cấp điện áp 220kV đến 500kV,

đi qua địa hình chủ yếu là rừng núi phức tạp và ven biển Trung bộ

 Phạm vi quản lý đường dây gồm:

 Sơ đồ lưới điện Công ty Truyền tải điện 2 như hình 1.1

1.2 PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY VÀ CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ

CỐ

Các đường dây tải điện tại Việt Nam phải tuân thủ theo cấu hình hệ thống rơle bảo vệ tại QCVN: 2015/BCT “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về kỹ thuật điện” [5] Theo quy định, các trang bị rơle trên đường dây truyền tải điện:

 Đường dây cấp điện áp 500kV (có hai sợi cáp quang độc lập liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây):

- Bảo vệ chính 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74

- Bảo vệ chính 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85

- 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

Riêng đường dây chỉ có một sợi cáp quang thì cấu hình chỉ có một bảo vệ chính

và một bảo vệ dự phòng

 Đường dây cấp điện áp 220kV (có truyền tin bằng 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

Riêng đường dây không truyền tin bằng cáp quang thì cấu hình bảo vệ chính và

dự phòng giống như bảo vệ dự phòng trong trường hợp có truyền tin bằng cáp quang

1.2.1 Chức năng định vị sự cố trong rơle khoảng cách Siemens 7SA522 sử dụng trên lưới điện PTC2

Rơle bảo vệ khoảng cách 7SA522 do hãng Siemens sản xuất [9], được trang bị chức năng định vị điểm sự cố FL nhằm đo đạc khoảng cách từ điểm đặt rơle của trạm đến điểm sự cố và có bộ nhớ giá trị đo riêng biệt với thuật toán lọc chuyên dụng, chức năng này có thể được kích hoạt bởi lệnh dừng của bảo vệ ngắn mạch hoặc bởi mỗi lần phát hiện lỗi Để xác định được vị trí sự cố cần phải nhập các số liệu về đường dây cho rơle như: chiều dài đường dây, điện trở, điện kháng thứ cấp thứ tự thuận X0 Nguyên tắc của chức năng là căn cứ vào các cặp giá trị đo được của dòng điện, điện áp lỗi (trong khoảng thời gian 1/20 chu kỳ) để tình tính xác định điểm sự cố, theo công thức [9]:

- Trường hợp sự cố pha-pha Giả sử ngắn mạch L1- L2, xem hình 1.2a

ZFL3-E , ZFL1-L2: tổng trở sự cố pha - đất và pha - pha [Ω]

UL3-E, UL1-E, UL2-E: điện áp ngắn mạch pha L1, L2 L3[KV],

IL1, IL2, IL3, IE: dòng điện ngắn mạch pha L1, L2 L3 và dòng ngắn mạch chạy trong đất [KA]

φU, φL, φE: góc pha của điện áp pha ngắn mạch, của dòng điện pha ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch chạy trong đất

RL, RE: điện trở pha ngắn mạch, điện trở đất [Ω]; XL, XE: điện kháng pha ngắn mạch, điện trở đất [Ω]

a Ngắn mạch pha - pha b Ngắn Mạch pha - đất

Hình 1.2: Ngắn mạch pha- pha và pha- đất

 Khoảng cách đến điểm sự cố L F được xác định dựa trên công thức [9]:

1k [ ]

đo F

Hình 1.3: Thông tin sự cố trên rơle Siemens 7SA522

Kết quả xác định được, như hình 1.3:

- Vòng lặp ngắn mạch dùng để xác định tổng trở lỗi

- Điện kháng lỗi sơ cấp, thứ cấp dưới dạng [Ω]

- Điện trở lỗi sơ cấp, thứ cấp dưới dạng [Ω]

- Khoảng cách đến điểm lỗi bằng [km] hoặc dặm

- Khoảng cách theo tỷ lệ % của dường dây được tính toán

Trường hợp điểm sự cố được cung cấp bởi hai nguồn cung cấp thì thông tin về vị trí lỗi có thể không chính xác, do ảnh hưởng điện áp nạp từ hai đầu đến điểm sự cố làm cho dòng điện đi qua điện trở sự cố Rhq không còn như trường hợp một nguồn cung cấp

Giả sử trường hợp sự cố tại điểm F do hai nguồn cung cấp như hình 1.4

Ta có:

1

2

đo được lúc sự cố tại đầu 1; 2

1.2.2 Chức năng định vị sự cố trong rơle so lệch dọc Siemens 7SD522 sử

dụng trên lưới điện PTC2

Chức năng định vị sự cố trên rơle 7SD522 [10] là chức năng tự điều khiển và độc

lập sử dụng các tham số đường dây và đo lường đặt trong các chức năng khác Khi có

lỗi xãy ra, nó được kích hoạt bởi các chức năng bảo vệ được cung cấp bên trong rơle

7SD522 Đối với đường dây có hai đầu trang bị rơle 7SD522 thì khi có lỗi cả hai đầu

truyền trao đổi các giá trị đo được tại mỗi đầu cho nhau (thông tin về dòng, áp) thông

qua giao diện bảo vệ giúp định vị tương đối chính xác về điểm sự cố

 Xác định vị trí lỗi sử dụng bộ định vị từ một đầu đường dây: giống phương

pháp tổng trở một đầu 7SA522

 Xác định vị trí lỗi sử dụng bộ định vị từ hai đầu đường dây:

- Phương pháp này có xem xét đến điện dung và điện trở của đường dây, nó xác

định sự cố dựa trên việc so sánh điện áp

ở hai phía Đường dây được giả định là

không có nhánh rẽ với dòng điện và điện

áp đã biết ở mỗi đầu, điện áp có thể tính

cho bất kỳ vị trí x nào trên đường dây

(xem hình 1.5) cho cả phía bên phải và

bên trái vì điện áp đặt tại điểm lỗi được

tính toán giống nhau cho cả hai phía,

đặc tính điện áp hai đầu lỗi Hình 1.5: Đường cong điện áp trên

đường dây bị lỗi Hình 1.4: Điện trở sự cố được cung

cấp từ 02 nguồn

Để đơn giản, mô hình đặc tính tuyến tính của điện áp được sử dụng minh họa như hình 1.5 [10], đặc tính này được tính toán dựa vào giá trị đo được của mỗi đầu về dòng điện, điện áp và tổng trở trên mỗi đơn vị đường dây

- Ưu điểm của phương pháp:

+ Xác định đúng vị trí lỗi ngay cả khi có dòng phụ tải chạy trên đường đường dây kép và trở kháng cao, độ chính xác của vị trí lỗi không bị ảnh hưởng bởi sự cài đặt không chính xác về giá trị bù trở kháng đất

+ Phương pháp này ổn định so với ảnh hưởng của một đường dây song song, do

đó không cần phải tính toán song song

Kết quả xác định được của cả hai phương pháp tương tự như trên 7SA522, xem hình 1.6:

Hình 1.6: Thông tin sự cố trên rơle Siemens 7SD522

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA RƠLE KHOẢNG CÁCH (RZ)

Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc và nhận dạng sự cố của rơle khoảng cách có thể kể đến như sau:

- Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến vùng làm việc của rơle RZ

- Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơle

- Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle

- Ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của rơle

- Ảnh hưởng của tụ bù dọc đến sự làm việc của rơle

- Ảnh hưởng của cấu hình cột điện và việc đảo pha không đầy đủ

- Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song

1.3.1 Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến vùng làm việc của rơle RZ

Khi xảy ra sự cố thường kèm theo là phóng điện hồ quang, hồ quang điện có thể hình thành bắc cầu giữa các pha hoặc trên chuỗi sứ hướng vào trụ điện, do đó điện trở

hồ quang này cũng sẽ được tính vào tổng trở sự cố mà rơle đo được

Điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện sự cố và độ dài của hồ quang theo công thức [4]:

R = (1.9) Trong đó:

Rarc: điện trở hồ quang [Ω]; If: độ lớn dòng điện sự cố [A]

Larc: chiều dài hồ quang trong trường hợp không có gió [m]

Khi dây dẫn bị đứt và rơi xuống đất thì điện trở tại điểm tiếp xúc với đất phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất của đất Khi sự cố các pha với nhau điện trở sự cố RF

thường nhỏ và không vượt quá vài ohm [Ω] Tuy nhiên, khi sự cố liên quan đến đất thì điện trở sự cố RF lớn hơn nhiều vì điện trở nối đất của cột có thể tới 15 [Ω] thậm chí cao hơn

Chiều dài hồ quang ban đầu bằng khoảng

cách từ dây dẫn đến cột hoặc giữa hai dây dẫn,

nhưng nó sẽ tăng và kéo dài do gió thổi ngang

qua do sự đối lưu và truyền sóng điện từ Công

thức tính RF xác định trong các trường hợp,

xem hình 1.7:

- Sự cố pha - đất: RF = Rarc + RTF

Trong đó, RTF là điện trở chân cột

- Sự cố pha - pha: RF = Rrac

1.3.1.1 Xét ảnh hưởng điện trở sự cố

trên đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ một phía

Khảo sát đường dây AB như hình 1.8 có

một nguồn cung cấp từ đầu A bảo vệ khoảng, cách

sử dụng đặc tuyến Mho [12] là vòng tròn đi qua gốc

A, ZL là tổng trở của đường dây AB muốn bảo vệ và

có góc đường dây (φ)

Xét vùng khoảng cách Z1 của F21, khi sự cố tại

điểm F1 trên đường dây AB với điện trở sự cố RF = 0

[Ω], thì tại đầu A rơle F21 đo được giá trị tổng trở sự

cố ứng với đoạn AF1 là ZF Nếu điện trở sự cố RF > 0

[Ω] thì trổng trở sự cố lúc này ứng với đoạn AN là ZF

+ RF, trong trường hợp này bảo vệ F21 vẫn tác động

trong vùng Z1 Tuy nhiên, nếu giá trị RF lớn hoặc khi

Hình 1.7: Sự cố hồ quang pha -

pha, pha - đất

Hình 1.8: Mô tả vùng sự cố trên mặt phẳng tổng trở Mho

ngắn mạch tại điểm F2 thì tổng trở sự cố đo được nằm ngoài vùng khoảng cách Z1 và bảo vệ sẽ tác động với vùng Z2 với thời gian tZ2 > tZ1, nghĩa là rơle F21 đo sai

Như vậy, do ảnh hưởng của điện trở sự cố làm tổng trở đo ở đầu cực rơle tăng lên, rơle tưởng điểm ngắn mạch lùi xa hơn và bảo vệ có thể tác động với thời gian lớn

ZL: tổng trở của đường dây A; ZA, ZB: tổng trở nguồn A, nguồn B

d: khoảng cách từ thanh góp A đến điểm sự cố F (d=0÷1)

- Dòng điện tổng chạy qua điện trở sự cố RF:

I F =I A+ (1.12) I B Trong đó:

IA, IB: là dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A và phía trạm B

UA, UB: là điện áp đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A và phía trạm B

Do các giá trị dòng điện đều là đại lượng số phức nên thành phần (1 )

I B R

sẽ là số thực và ZF chỉ còn thành phần điện trở, tổng trở mà rơle đo được sẽ bị sai khác với điện trở của phần đường dây

bị sự cố, tuy nhiên rơle tính toán khoảng cách sự cố dựa theo điện kháng đo được nên

sẽ không bị ảnh hưởng đến độ chính xác

- Nếu dòng điện IA và IB lệch pha nhau: thì ( )

I B I A

sẽ là số phức và ZF đo được

là một tổng trở Tổng trở ZF bao gồm thành phần điện trở và điện kháng hoặc thành

phần điện trở và điện dung, do vậy thành phần ZF sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện

kháng của tổng trở ZRL mà rơle đo được, kết quả là khoảng cách tính toán được sẽ bị

sai khác so với thực tế

1.3.2 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơ le

Các biến áp đo lường như BI và BU luôn có sai số do yếu tố từ dư, tổn hao sắt từ trong lõi thép, tổn hao dây đồng do vật liệu và công nghệ chế tạo hoặc xuất hiện hiện tượng cộng hưởng từ do quá ứng suất nhiệt của BU kiểu tụ phân áp làm xuất hiện tín hiệu nhiễu tần số cao hoặc do BI bị bão hoà khi bị sự cố, xem hình 1.10

Để lấy tín hiệu đo lường dòng điện, điện áp về rơle bảo vệ cần phải sử dụng các sợi cáp điện nhị thứ có chiều dài tương đối lớn để đấu nối (do các rơle thường lắp đặt cách xa vị trí của BI & BU) nên tổng trở tính toán được cũng có sự sai lệch nhất định

Hình 1.10: Đặc tính từ hóa BI và dòng điện thứ cấp BI khi bão hòa

Trên hình 1.10: I Primary là dòng điện sơ cấp; I Secondary là dòng điện thứ cấp của BI bị méo, nhọn đầu khi BI bão hòa do ngắn mạch; I Diff là dòng điện sai lệch của hai BI nối đến rơle so lệch

1.3.3 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle

Thực tế tính toán các thông số đường dây như tổng trở thứ tự thuận, tổng trở thứ

tự không và hệ số hỗ cảm đường dây để tính toán cài đặt cho rơle bảo vệ không thể sát với giá trị thực tế trên đường dây Vì vậy khi bảo vệ làm việc lúc có sự cố có thể tác động sai vùng, không chọn lọc làm ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện cũng như

ổn định hệ thống

Tổng trở sự cố của đường dây phụ

thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó

phải kể đến như kết cấu của cột điện, độ

treo cao của dây dẫn, độ võng, dạng ngắn

mạch pha - pha, ngắn mạch pha - đất,

như hình 1.11, 1.12a, b

Vì vậy, trong tính toán giá trị cài

đặt của các hãng sản xuất rơle bảo vệ đều

= (1.15) Trong đó: ZE tổng trở thứ tự không, ZL tổng trở thứ tự thuận

Hình 1.13: Hệ số bù tổng trở theo vùng cài đặt trên rơle 7SA522

đường dây 220kV Dốc Sỏi/267 - Tam kỳ/272

Hình 1.11: Độ treo cao, độ võng của

dây dẫn

Trong hình 1.13, RG/RL hệ số bù điện trở (điện trở thứ tự không/điện trở thứ tự thuận); XG/XL hệ số bù điện kháng (điện kháng thứ tự không/điện kháng thứ tự thuận

1.3.4 Ảnh hưởng của sóng hài đến sự làm việc của rơle

Tín hiệu điện trên hệ thống truyền tải có giá trị tần số là 50 Hz hoặc 60 Hz (ở Việt Nam sử dụng tần số 50 Hz), dạng sóng điện áp do nguồn phát sẽ có dạng thuần sin biến thiên tuần hoàn theo thời gian Tuy nhiên, trên hệ thống điện sử dụng nhiều phụ tải phi tuyến như động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), lõi thép của máy biến áp (khi đóng điện xung kích máy biến áp hoặc mất tải đột ngột, xem hình 1.14), các bộ biến đổi công suất (diot, thyristor) của các mạch chỉnh lưu, nghịch lưu, dòng điện mà phụ tải không tuyến tính này lại không có dạng thuần sin dẫn đến hiện tượng méo dạng sóng tín hiệu điện áp tại cực của phụ tải nói trên làm sản sinh sóng hài lan truyền trong lưới điện có thể gây tác động nhầm cho hệ thống bảo vệ và các phần tử khác

Hình 1.14: Kết quả đo dòng sóng hài khi đóng xung kích MBA AT3

- Kết quả thử nghiệm cho bảo vệ quá dòng có

đặc tính phụ thuộc cũng chịu ảnh hưởng tương tự

như đặc tính độc lập Nghĩa là giá trị dòng điện tác

động của rơle sẽ tăng khi giá trị dòng sóng hài bậc 3

và trị số THDi tăng, dòng sóng hài ảnh hưởng đến

giá trị dòng điện tác động của rơle làm cho bảo vệ

tác động sai và giảm độ tin cậy cung cấp điện

Hình 1.15: Biểu đồ quan hệ độ méo dạng THDi và Ipickup sóng hài bậc 3 (I3/I1)

Ngày nay, trên lưới truyền tải điện hầu hết sử dụng các rơle bảo vệ kỹ thuật số và được các hãng trang bị các bộ lọc sóng hài nhằm trì hoãn hoặc khóa các bảo vệ khi

xuất hiện các thành phần sóng hài bậc 2, 5, xem hình 1.16 minh họa

+ 87 Crossblock by 2 Harmonic: kích hoạt khối khóa sóng hài bậc 2

1.3.5 Ảnh hưởng của tụ bù dọc đến sự làm việc của rơle RZ

Để giảm cảm kháng của đường dây, tăng giới hạn truyền tải cống suất theo điều kiện ổn định của hệ thống, để cải thiện việc phân bố điện áp dọc theo chiều dài đường dây theo công suất khác nhau cũng như giảm tổn thất điện năng người ta thường lắp nối tiếp vào các đường dây siêu cao áp và đường dây dài các tụ bù dọc [4]

Để thuận tiện trong quản lý vận hành, các tụ bù dọc được ghép nối ở đầu đường dây (vị trí Trạm biến áp) các dạng sau, xem hình 1.17 a, b, c, d

Tùy thuộc vào mức độ và vị trí đặt tụ bù mà tổng trở đo được tại các đầu đường dây sẽ khác nhau, hệ số KC đặc trưng cho mức độ bù với C C

L

X K X

= (KC = 0.25 ÷0.75,

thường chọn KC = 0.6)

Khi đặt tụ bù làm cho tổng trở đo được trên đường dây sẽ khác với trường hợp đường dây không đặt thiết bị bù và khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau trên đường dây có thể làm cho bảo vệ khoảng cách tác động sai hoặc không xác định được điểm sự cố nếu điểm ngắn mạch gần tụ bù

Hình 1.16: Chức năng khóa sóng hài khi đóng xung kích MBA AT3 Trạm 500kV

Dốc Sỏi trên rơle so lệch 7UT513 ngày 05/02/2018

a Đường dây chưa bù b KC = 0.6 đầu Trạm A

ZA = Z1-1 = RL+ J(XL-XC)  -JXC (RL  0, XL<< XC) (1.16)

Ngược lại bảo vệ khoảng cách đặt phía sau Trạm A (bảo vệ 3) sẻ tác động sai do tổng trở rơle này đo được nằm trong giá trị chỉnh định, xem hình 1.18

Ngày nay, các tụ bù được thiết kế lắp máy cắt song song với tụ điện để nối tắt tụ

bù dọc khi xảy ra ngắn mạch (Bypass tụ) làm cho tổng trở của đường dây giống như

Hình 1.18: Ảnh hưởng của tụ bù dọc đến rơle RZ

bình thường (trường hợp hình 1.17a) và bảo vệ khoảng cách làm việc chọn lọc, đồng

thời chỉnh thời gian tác động của vùng I chậm hơn 0.1÷0.15[s] để thiết bị nối tắt tụ làm

việc trước, vì vậy làm mất đị khả năng tác động nhanh của bảo vệ khoảng cách vùng I

1.3.6 Ảnh hưởng của kiểu cột điện và việc đảo pha không đầy đủ

Do ảnh hưởng tương hỗ giữa các pha với nhau và giữa các pha với đất làm cho

tổng trở các pha sẽ khác nhau tùy thuộc vào cấu hình treo dây trên cột điện như hình

1.19 và đảo pha có thể gây sai số tới tổng trở đo được lên tới 10% Đối với đường dây

siêu cao áp 500kV thì

việc đảo pha được

tiến hành đầy đủ, do

đó ảnh hưởng của cấu

hình treo dây và đảo

pha tới tổng trở đo

được nằm trong giới

hạn cho phép Tuy

nhiên với các đường

dây ngắn thì việc đảo

pha thường ít được áp dụng do vấn đề chi phí đầu tư

1.3.7 Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song

Các đường dây vận hành song song sẽ có tác dụng hỗ cảm lẫn nhau, khi xãy ra

ngắn mạch trên một đường dây thì điện áp thứ tự không của đường dây còn tác động

lên đường dây sự cố làm cho bảo vệ khoảng cách có thể đo sai tổng trở sự cố

Ví dụ: Cho hai đường dây vận hành song song như hình 1.20

Khi ngắn mạch chạm đất tại điểm F, thì điện áp rơle khoảng cách đo được:

VF21(F) = I02.Z02 + I01.Z0m (1.17)

Trong đó:

VF21(F): điện áp thứ tự không đo

được của đường dây sự cố

Z02: tổng trở thứ tự không của đường

dây sự cố

Z0m: tổng trở tương hỗ thứ tự không

giữa hai đường dây

I01, I02: dòng điện thứ tự không chạy

trên đường dây không sự cố, sự cố

Giá trị điện áp đo được có thêm phần điện áp hỗ cảm làm cho rơle khoảng cách

xác định sai vị trí sự cố Ngày nay, các rơle khoảng cách có tính toán bù giá trị này,

Hình 1.19: Cấu hình treo dây trên cột 500kV và 220kV

Hình 1.20: Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song

tuy nhiên đối với các mạch đường dây chỉ song song một phần thì vấn đề này rất khó thực hiện

1.3.8 Nhận xét đánh giá

Do ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, nhất là trường hợp sự cố pha - đất làm cho tổng trở đo được lớn hơn thực tế vị trí điểm sự cố, cũng như yếu tố sai số của BI, BU làm cho việc xác định điểm sự cố có sự sai lệch nhất định Để đảm bảo tính chọn lọc thường sử dụng chức năng dò vùng có đặc tính tứ giác hoặc Mho dịch chuyển góc đặc tính tổng trở kết hợp sử dụng các BI&BU có từ trễ bé với đường đặc tính sắt từ tốt hơn

Các rơle bảo vệ trong hệ thống điện là các phần tử chịu ảnh hưởng lớn nhất do sự xuất hiện của sóng hài bậc cao, để bảo vệ làm việc tin cậy các bảo vệ này phải được trang bị các bộ lọc khử hoặc nhận biết để khóa chức năng bảo vệ, giúp cho việc phân tích, tìm nguyên nhân sự cố được chính xác và thuận tiện hơn

Việc đưa thiết bị bù vào đường dây siêu cao áp, cũng như tác dụng tương hỗ của các mạch vận hành song song làm cho rơle khoảng cách tính toán sai vị trí sự cố so với đường dây thực tế Mặc dù với thuật toán tính toán của rơle số hiện tại đã được bù các ảnh hưởng này nhưng chỉ mang tính chất tương đối, chưa giải quyết triệt để được vấn

đề này

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Theo các số liệu thống kê về sự cố trong hệ thống lưới truyền tải cho thấy đường dây truyền tải có xác suất sự cố chiếm tỷ trọng khá lớn là 80-90% Đối với đường dây trên không vận hành với điện áp > 6kV, sự cố thoáng qua chiếm tỷ lệ 65-70%, còn lại 30-35% là sự cố vĩnh cửu, đối với đường dây có điện áp càng cao thì phần trăm sự cố

thoáng qua càng lớn [2]

Ngày nay với yêu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện, việc nhận dạng

sự cố và định vị sự cố lưới điện đòi hỏi phải đảm bảo nhanh chóng và tính chính xác cao Đối với đường dây truyền tải có quá nhiều thông số để thu thập và tính toán, bên cạnh đó do ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như sai số BI, BU, điện trở sự cố, sóng hài, đã được nêu ở trên đủ để thấy tính phức tạp khi xảy ra sự cố trên đường dây truyền tải điện Đối với lưới điện PTC2 đang sử dụng chức năng định vị sự cố được tích hợp chung với các bảo vệ trên đường dây của nhiều hãng khác nhau như Siemens, Sel, Micom, ABB, Alstom, tuy nhiên độ chính xác không cao, chương 2 sẽ trình bày phương pháp định vị điểm sự cố được nhận định có tính ưu việt hơn phương pháp tổng trở đó là bộ định vị sự cố theo phương pháp sóng lan truyền áp dụng cho đường dây truyền tải điện

Trên lưới điện truyền tải hiện nay việc xác định điểm sự cố sử dụng phổ biến nhất là thuật toán tổng trở đo được từ một đầu đường dây Tuy nhiên, thuật toán này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: sai số thiết bị đo lường về dòng điện (BI) và điện áp (BU), ảnh hưởng của điện trở sự số đến vùng làm việc của rơle khoảng cách, ảnh hưởng của thiết bị bù, ảnh hưởng của thông số đường dây, ảnh hưởng của cấu hình cột điện, Mặc dầu các hãng sản xuất đã đưa ra nhiều giải pháp để khắc phục như sử dụng hệ số bù chạm đất kE, bù tác dụng tương hổ của đường dây song song kM, trì hoãn thời gian tác động khi đường dây có lắp tụ bù, đo tổng trở toàn đường dây khi không tải, nhưng sai số về vị trí sự cố vẫn rất lớn gây khó khăn cho việc tìm kiếm và khắc phục sự cố Vì vậy phải kết hợp rải quân băng rừng, lội suối đi kiểm tra từng vị trí trên toàn tuyến đường dây bị sự cố, với những cách thức như hiện nay chưa đáp ứng được việc khắc phục nhanh sự cố và chưa kinh tế

Ngày nay, với công nghệ xác định khoảng cách đến điểm sự cố trên đường dây truyền tải có độ chính xác cao (sai số trong phạm vị ± 500m) bằng phương pháp sóng lan truyền trên đường dây đã được nhiều hãng sản xuất như là [6], [8], [11]: Kinkei (Nhật), Sel (Mỹ), Hathaway (Anh), nghiên cứu phát triển Ở lưới điện PTC2 hệ thống định vị sự cố loại TWS - Hathaway, SFL200-Kinkei, TW- Sel 411L cũng được lắp đặt theo dự án tại một số ít đường dây 500kV, tuy nhiên các hệ thống này chỉ mang tính chất thử nghiệm trong vận hành hoặc đã tách khỏi vận hành hoặc chưa đưa vào sử dụng do nhiều yếu tố như: chưa thực hiện đồng bộ GPS giữa hai đầu, chưa có hệ thống thu thập dữ liệu hai đầu để tính toán phân tích, đường dây bị rẽ nhánh do phát triển lưới hoặc nhà sản xuất chưa cung cấp đầy đủ các phần mềm để phân tích xác định vị trí sự cố, do đó vẫn chưa được kiểm chứng kết quả

2.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

2.2.1 Các thông số trên đường dây tải điện dài

R0: điện trở trên một đơn vị chiều dài đường dây [/km]

G0: điện dẫn trên một đơn vị chiều dài đường dây [1/.km]

X0: điện kháng trên một đơn vị chiều dài đường dây [/km]

C0: điện dung trên một đơn vị chiều dài đường dây [F/km]

α: hệ số pha, β: hệ số suy giảm

Z1, Z2: tổng trở trong môi trường thứ nhất, thứ hai

Uk: điện áp khúc xạ trong môi trường Z2,

Ut và Uf: điện áp tới và phản xạ về môi trường Z1;

(p): giá trị phức

α, β: hệ số khúc xạ và phản xạ

- Truyền sóng trong trường hợp giữa hai môi trường có ghép điện dung C như hình

Sóng khúc xạ tăng dần đến trị số ổn định và độ dốc cực đại của nó xuất hiện lúc

ban đầu khi t = 0, xem hình 2.2

- Truyền sóng trong trường hợp hở mạch môi trường Z1 (Z2 = ∞): khi đó α = 2, β

= 1 phản xạ dương toàn phần với điện áp được tăng gấp đôi

- Truyền sóng trong trường hợp ngắn mạch môi trường Z1 (Z2 = 0): khi đó α = 0,

β = -1 phản xạ âm toàn phần với điện áp giảm đến không, dòng điện tăng gấp đôi

2.3 PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN

TRUYỀN (TWF: TRAVELING WAVE FAULT)

2.3.1 Phương pháp định vị sự cố bằng sóng lan truyền

Thuật toán sóng lan truyền dựa trên nguyên lý quá độ điện khi xảy ra sự cố trên

đường dây truyền tải điện Sóng sự cố lan truyền gần với tốc độ ánh sáng, chạy dọc

Hình 2.1: Sơ đồ Petersen tính toán truyền sóng

giữa hai môi trường

Hình 2.2: Sơ đồ Petersen khi 2 môi trường có ghép điện

dung C và sóng khúc xạ

theo đường dây hướng về vị trí đặt thiết bị định vị và thiết bị định vị sự cố sẽ nhận biết

sóng đến để gán nhãn thời gian tương ứng Tùy thuộc vào phương pháp đo được sử

dụng mà bộ định vị điểm sự cố được chia thành 05 phương pháp A, B, C, D và E, có

thể tóm tắt như sau

2.3.1.1 Phương pháp A

Bộ định vị điểm sự cố kiểu A thực hiện phép đo ở một phía của đường dây,

khoảng cách đến điểm sự cố được phân tích bằng cách xác định độ lệch thời gian giữa

sóng đầu tiên tạo ra tại vị trí sự cố đến trạm A (t1) và sóng phản xạ tiếp theo từ vị trí sự

cố về A (t3), như hình 2.3 Khoảng cách d đến vị trí sự cố F được xác định tại trạm A

v: vận tốc truyền sóng trên

đường dây [m/s]

Sai số của phương pháp chịu

ảnh hưởng bởi thời gian ngắn mạch

và phát sinh hồ quang tại điểm sự

cố, nếu thời gian tồn tại quá ngắn thì

sẽ khó có sóng phản xạ lần hai từ

điểm sự cố

2.3.1.2 Phương pháp B

Bộ định vị điểm sự cố kiểu B dựa vào kết quả thực hiện phép đo cả hai đầu

đường dây, sóng sự cố từ điểm F chạy về cả hai đầu trạm A và B như hình 2.4 Sự

xuất hiện của đợt sóng đầu tiên vài micro giây đến một đầu kích hoạt bộ hẹn giờ Bộ

đếm thời gian bị tắt ở đầu kích hoạt khi tín hiệu từ thiết bị được cài đặt ở đầu đối diện

được gửi đi, khi sóng phát ra từ vị trí sự cố được phát hiện trong thiết bị Việc tính toán khoảng cách vị trí sự cố cũng tương tự như phương pháp đo kiểu

D (sẽ trình được bày dưới đây)

Sai số của phương pháp là phải

tính toán đến sự chậm trễ liên quan

đến việc truyền tín hiệu từ trạm đối

diện đến trạm kích hoạt làm dừng bộ

hẹn giờ

Hình 2.3: Bộ định vị sự cố loại A

Hình 2.4: Bộ định vị sự cố loại B

2.3.1.4 Phương pháp C

Bộ định vị loại C thực hiện các

phép đo ở một phía của đường dây Bộ

định vị gửi một xung đến vị trí mà xảy

ra sự cố tại F, khoảng cách đến vị trí

sự cố được tính bằng khoảng thời gian

giữa thời điểm gửi xung (t1) và thời

1.3.1.4 Phương pháp D

Bộ định vị sự cố kiểu D thực hiện các phép đo trên cả hai đầu của đường dây, các sóng phát ra tại một vị trí lỗi chạy tới các trạm A, B và tiếp cận chúng trong vài micro giây Để xác định chính xác vị trí lỗi, phương pháp định vị kiểu D yêu cầu đồng bộ thời gian của thiết bị được lắp trên hai

đầu, bộ định vị xác định thời điểm sóng

tới trạm A và trạm B, sau đó chúng

được sử dụng để tính toán khoảng cách

từ vị trí lỗi, xem hình 2.6

Khoảng cách d đến vị trí lỗi F tính

từ trạm A được xác định qua sự chênh

lệch giữa các thời gian truyền tới hai

L: Chiều dài toàn bộ đường dây (nối từ trạm A đến trạm B) [m]

tA, tB: thời gian sóng đầu tiên đến trạm A và B [s]

Phương pháp có ưu điểm là định vị sự cố với độ chính xác cao (ngay cả đường dây có bù dọc và đường dây song song, ngay cả khi mất kênh thông tin), khi đường

Hình 2.5: Bộ định vị sự cố loại C

Hình 2.6: Bộ định vị sự cố loại D

dây bị tuột lèo thì bộ định vị không xác định được vị trí Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm là cần phải có sự chính xác có của thiết bị đồng GPS cho hai đầu đường dây

1.3.1.5 Phương pháp E

Bộ định vị kiểu E sẽ thực hiện phép đo ở một phía của đường dây, với mục đích

sử dụng sóng gây ra bởi máy cắt trên đường dây Điện áp trong các pha khi có lệnh chuyển mạch của máy cắt có một sự

thay đổi biên độ và pha khác nhau,

kết quả từ việc chuyển đổi mỗi cực

trong một khoảng thời gian khác

nhau Khoảng thời gian giữa xung

thứ nhất khởi tạo bởi máy cắt đóng

và xung phản chiếu từ mạch vòng

của điểm sự cố đã được tính toán cho

khoảng cách điểm sự cố như hình

t2: thời gian sóng phản xạ từ vị trí lỗi đến trạm A [s]

Bộ định vị kiểu E có thể được sử dụng để phát hiện vị trí của dây dẫn bị tuột lèo hoặc đứt

2.3.2 Phương pháp định vị sự cố của hãng Kinkei SFL-2000

2.3.2.1 Giới thiệu

Thiết bị định vị sự cố SFL-2000 [8] tự động tính toán và xác định vị trí xảy ra sự

cố theo phương pháp sóng lan truyền trên đường dây tải điện (ví dụ nó có thể định vị

vị trí đường dây bị sét đánh hoặc đường dây bị đoản mạch)

Hiện tại hãng Kenkei cung cấp 02 sản phẩm, xem hình 2.8:

+ Loại 4 mạch cho hai đường truyền song song

+ Loại 8 mạch cho hai trạm lớn

Hình 2.7: Bộ định vị sự cố loại E

Hình 2.8: Thiết bị định vị sự cố hãng Kinkei

2.3.2.2 Cấu hình và phương thức hoạt đông của hệ thống

Hệ thống định vị sự cố gồm có thiết bị dò lỗi SFL-2000 được lắp đặt ở hai đầu đường dây của trạm truyền tải Để thực thực hiện dò lỗi mỗi bộ SFL-2000 phải được nối với tín hiệu dòng điện và điện áp của đường dây cần định vị thông qua BI &BU Các bộ SFL-2000 ở mỗi đầu đường dây được đồng bộ với nhau thông qua hệ thống đồng bộ thời gian (GPS)

SFL-2000 ghi lại các lỗi xãy ra trên dường dây, bằng cách thực hiện lấy mẫu ở

tốc độ cao hơn 10 MHz dưới dạng dữ liệu SURGE (lấy mẫu ở mức cao hơn) và dữ liệu DFR (lấy mẫu ở mức thấp hơn), được đồng bộ bằng đồng hồ GPS nội bộ sau đó dữ liệu được chuyển tới máy tính chủ F/L Server theo yêu cầu để tính toán thông qua mạng nội bộ IP Net Word Sau đó máy

tính chủ F/L Server thực hiện xác định

điểm sự cố thông qua phần mềm

chuyên dụng với thuật toán tính toán

khoảng cách đến điểm sự cố xem hình

2.10, 2.11 và theo công thức (2.11)

Hình 2.9: Sơ đồ cấu hình định vị sự cố SFL-2000

Hình 2.10: Phương pháp định vị sự cố

hãng Kinkei

Kết quả của vị trí lỗi có thể được kiểm tra bằng cách truy cập vào hệ thống từ

máy tính khách (máy tính CLIENT) qua trình duyệt Web và mạng IP NetWord

(Internet Protocon: là mạng theo địa chỉ IP), kết quả này cũng có thể được gửi đến các

bộ phận liên quan như điều độ hệ thống điện, trực ban sản xuất, cơ quan chỉ huy xử lý

sự cố, thông qua Máy tính SCADA

L: khoảng cách giữa trạm A và trạm B [m]

t: khoảng thời gian chênh lệch của sóng xuất hiện hai đầu [sec] với t = − tA tB

(sai lệch thời gian sóng đến đầu trạm A so với trạm B)

v: Vận tốc lan truyền của sóng truyên đường dây [m/sec]

Kết quả tính toán xác định khoảng cách như hình 2.12

Hình 2.11: Thuật toán tính toán xác định vị trí sự cố hãng Kinkei

- Dữ liệu báo cáo được lưu trữ thời gian bắt đầu có sự cố, áp hoặc dòng trước và sau khi xảy ra sự cố

- Hỗ trợ hiển thị vị trí lỗi của tuyến đường dây được tính toán trên bản đồ Map, xem hình 2.13

Hình 2.13: Định vị điểm sự cố trên bản đồ Map của hãng Kinkei

2.3.2.4 Thiết lập cài đặt thông số

Bộ SFL-2000 sử dụng màn hình màu 5.7 inch LCD (ma trận TFT 640 x480) và

22 phím bấm trên bảng điều khiển Trên màn hình hiển thị, người dùng có thể truy cập được thông số vận hành cơ bản như: thông tin kích hoạt, dạng sóng và cài các thông số

cơ bản cho thiết bị, như hình 2.14

Hình 2.12:Phần mềm phân tích tính toán xác định khoảng

cách trên máy tính F/L Server

Truy cập WebServer thiết bị SFL-2000 tích hợp chức năng Web Server trong nó, người dùng có thể cài đặt các thông số vận hành như xác lập trạng thái kích hoạt, hiển thị dạng sóng, cài đặt các thông số cho thiết bị thông qua trình duyệt trên máy tính kết nối đến SFL-2000

2.3.3 Phương pháp định vị sự cố của hãng SEL411L-1

- Phương pháp định vị sự cố một

đầu (single-ended) dựa trên nguyên lý

tổng trở và không yêu cầu kênh truyền

thông giao tiếp giữa các rơle Rơle áp

dụng thuật toán tổng trở, để tính toán

khoảng cách tới điểm sự cố dựa trên các

giá trị điện áp và dòng điện tại điểm đặt

rơle

Hình 2.14: Thông tin cài đặt trên bộ SFL-2000

Hình 2.15: Rơle định vị sự cố TWFL

SEL411L-1

- Phương pháp định vị sự cố hai đầu (double-ended) dựa trên nguyên lý tổng trở

và cần 01 kênh truyền thông riêng biệt Rơle tại mỗi đầu ghi nhận giá trị dòng điện tổng và sử dụng giá trị này như một số lượng phân cực (a polarizing quantity) để thu được kết quả có độ chính xác cao hơn phương pháp một đầu

- Phương pháp TWFL sử dụng các nhãn thời gian từ dữ liệu sóng lan truyền và cần một kênh truyền riêng biệt để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động, phương pháp này có độ chính xác cao nhất trong 03 phương pháp

Phương pháp định vị sẽ được chọn theo trật tự cho trước, trong đó TWFL được

ưu tiên Nếu TWFL không khả dụng, như trường hợp sự cố xảy ra khi điện áp qua giá trị 0, rơle sẽ chuyển qua sử dụng phương pháp tổng trở

2.3.3.2 Cấu hình và phương thức hoạt động của hệ thống

Cấu hình hệ thống định vị sự cố như hình 2.16:

Hình 2.16: Sơ đồ cấu hình định vị sự cố TWFL SEL411L-1

- Tín hiệu đầu vào của bộ định vị sự cố TWFL SEL411L-1 cũng là dòng điện và điện áp trên đường dây cần định vị

- Mỗi đầu đường dây được trang bị rơle SEL411L-1 để thu thập tín hiệu đầu vào

và liên lạc với nhau thông qua kênh truyền độc lập

- Các máy tính tại mỗi đầu được cài đặt phần mềm SEL Syncho Wave Event để phân tích các bản ghi (TW) và tính toán điểm sự cố

- Việc thu thập các thông tin phục vụ điều hành, xử lý sự cố của các cấp liên quan được thực hiện thông qua mạng WAN liên kết đến các máy tính tại trạm biến áp Phương pháp hoạt động của hệ thống: rơle SEL411L-1 thực hiện chức năng định

vị sự cố bằng sóng lan truyền TWFL thông qua cơ chế chụp dữ liệu vận hành tốc độ cao Thuật toán TWFL cũng dựa trên trên nguyên lý quá độ điện khi xảy ra sự cố trên đường dây, rơle sẽ nhận biết sóng đến gán nhãn thời gian bằng tín hiệu độ chính xác cao IRIG-B và trao đổi thông tin nhãn thời gian đó với rơle ở đầu đối diện thông qua

một kênh truyền độc lập Trên cơ sở các thông số chiều dài đường dây, tốc độ lan truyền sóng và chiều dài cáp nhị thứ kết nối rơle từ biến dòng điện (BI) rơle sẽ tính toán chính xác vị trí của sự cố

- Theo phương pháp hai đầu: việc tính toán vị trí sự cố sẽ theo phương trình như sau:

Twave1: nhãn thời gian của đầu sóng sự cố tại đầu đặt rơle tính toán

Twave2: nhãn thời gian của đầu sóng sự cố tại đầu đối diện

TWLL : chiều dài đường dây

c: tốc độ ánh sáng (bằng 299,792.458 km/s hoặc 186,282.397 mile/s tùy theo thiết lập biến LLUNIT)

LPVEL: tốc độ truyền sóng trên đường dây tính theo đơn vị tương đối (pu) với tốc

độ ánh sáng

- Theo phương pháp một đầu: khi sóng khởi tạo lan truyền đến đầu đặt rơle tính toán, nó sẽ phản xạ ngược lại về phía điểm sự cố, việc tìm chính xác là sóng phản xạ như đã mô tả thường là một nhiệm vụ rất thách thức bởi có rất nhiều sóng phản xạ khác nhau, sinh ra từ các nhánh rẽ liền kề, từ các điểm đặt máy biến áp, vị trí sự cố sẽ được tính đơn giản theo phương trình như sau:

Twave1: nhãn thời gian của sóng khởi tạo

Twave2: nhãn thời gian của sóng phản xạ tại điểm sự cố

LPVEL: tốc độ truyền sóng trên đường dây tính theo đơn vị tương đối (pu) với tốc

độ ánh sáng

2.3.3.3 Tính năng của hệ thống

- Đạt độ chính xác cao và không chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố: thay đổi kích thước /hoặc khoảng cách dây dẫn, thay đổi cấu hình cột điện, hoán chuyển dây dẫn,

đường dây có rẽ nhánh (tapped lines), tụ bù dọc

- Có thể định vị sự cố khi không có hoặc mất kênh truyền độc lập (sử dụng phương pháp một đầu)

- Có thể xác định được vận tốc truyền sóng truyên mỗi đường dây truyền tải bằng cách đóng một máy cắt vào đường dây không mang điện (de-energized line) và tạo một báo cáo TW Rơle nhận biết sự kiện TW khi đóng máy cắt thông qua việc chuyển giá trị trạng thái (dropout) của các biến thiết lập rơle nhận biết pha mở

- SEL411L-1 cũng xác định và hiển thị vị trí lỗi của tuyến đường dây được tính

toán trên bản đồ Map, xem hình 2.17