Nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số

cố cũng chính là xác định chính xác tổng trở của các đường dây sẽ giúp cho các kếtqủa tính toán chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làmviệc chính xác.Trên t

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN XUÂN TRUNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Xuân Trung

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

1

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 6

I Giới thiệu chung: 6

II Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện 6

III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía: 8

IV Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía 18

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH, TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV NINH BÌNH – NHO QUAN

22 I Tổng quan về trạm biến áp 220 kV Ninh Bình 22

II Tổng quan về trạm biến áp 500 kV Nho Quan 23

III Tổng quan về đường dây tải điện Nho Quan – Ninh Bình

24 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 25

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BẢO VỆ KỂ TỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 26

I Phân tích các dạng ngắn mạch bằng chương trình ETAP

26 II Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của bảo vệ khoảng cách 322

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 37

CHƯƠNG 4: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG THU THẬP ĐƯỢC TỪ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY

388 I Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía dùng phần mềm Digsi và Sigra của Siemens: 388

II Mô phỏng ngắn mạch đường dây bằng chương trình ATPDraw 455

III Kết quả mô phỏng 533

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 59

KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 600

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 612

TÀI LIỆU THAM KHẢO 623

PHỤ LỤC 644

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý 9

Hình 1 2 Đặc tí n h tác động loại MhO 9

Hình 1 3 Sơ đồ thay t hế vòng lặp tính t o án t ổng trở sự cố pha - p ha . 101

Hình 1 4 Sơ đồ thay t hế vòng lặp tính t o án t ổng trở sự cố pha - đ ất . 112

Hình 1 5 Sơ đồ thay t hế vòng lặp tính t o án t ổng trở sự cố 3 pha - đ ấ t . 122

Hình 1 6 Sự cố c h ạm đất trên đườ n g dây có hai nguồn cấp . 134

Hình 1 7 Ảnh hư ở ng c ủa điện trở t ạ i điểm sự cố đến tổng trở đo đ ư ợ c 155

Hình 1 8 Ảnh hưởng c ủa điện kh á ng tương h ỗ của các đườ n g dây s ong son g . 166

Hình 1 9 Các cấu hì n h đư ờ ng dây s ong s o ng . 177

Hình 1 1 0 Ảnh hư ở n g của hệ số p hân bố dò n g điện Ki l ên số đ o 178

Hình 1 1 1 Sơ đồ n g u y ên lý của đư ờ n g dây bị sự cố v ớ i hai n guồn cấ p 19

Hình 1 1 2 Sơ đồ t h ay thế của đư ờ ng dây sự c ố . 19

Hình 3 1 Sơ đồ mô p h ỏng đư ờ ng d ây 220 k V Ninh B ì n h -Nho Quan . 2 66

Hình 3 2 Sơ đồ ng u y ê n lý bảo vệ 21 . 322

Hình 4 1 Bản g h i thô n g tin s ự cố ngày 9 5.2 0 2 0 …… … …… … … … ……… … …… 40

Hình 4 2 Lấy th ô ng t i n s ự cố tr o ng Sig r a … ……… … …… … …… … ……… … …… …… 40

Hình 4 3 Biến th i ên d òng điện 3 pha . 411

Hình 4 4 Biến th i ên đ i ện áp trên 3 pha . 422

Hình 4 5 Chức n ă ng b ảo vệ trên rơle 422

Hình 4 6 Chuỗi cách điện pha C vị trí 74 ĐZ NQ-NB1 bị phóng điện 444

Hình 4 7 Mỏ ph ó ng s é t làm việc vị trí 74 ĐZ N Q -NB1 444

Hình 4 8 : Sơ đồ mô p h ỏng đư ờ ng d â y 220 kV Nho Qua n -Ninh B ình n gắn mạch 3 pha 47

Hình 4 9 Sơ đồ mô p h ỏng đư ờ ng d â y 220 kV Nho Qua n -Ninh B ình n gắn mạch 1 pha 477

Hình 4 1 0 Mô h ì nh đ i ện áp ngu ồ n hệ th ố n g . 48

Hình 4 1 1 Dữ li ệ u đ ư ờ ng dây trên k hông t ro ng mô đun LCC 49

Hình 4 1 2 Mô h ì nh t ổ ng trở ph a - đ ất . 51

Hình 4 1 3 Đầu đ o đi ệ n áp và d ò ng điệ n . 52

Hình 4 1 4 Mô h ì nh đ i ểm ngắn m ạch . 52

Hình 4 1 5 Cài đ ặt th ô ng số chư ơ ng trìn h . 522

Hình 4 1 6 B i ế n th i ê n d ò n g đ i ệ n v à đ i ệ n á p t ạ i 2 đầ u đ ư ờ n g dâ y k h i ngắ n m ạ c h 3 ph a

54

Hình 4 1 7 Biểu đ ồ đi ệ n áp và d ò ng điện tại 2 đầu đư ờ ng d ây khi n g ắn mạch 3 pha 555

Hình 4 1 8 B i ế n th i ê n d ò n g đ i ệ n v à đ i ệ n á p t ạ i 2 đầ u đ ư ờ n g dâ y k h i ngắ n m ạ c h 1

ph a 577

Hình 4 1 9 : Biểu đ ồ đi ệ n áp và d ò ng điện tại 2 đầu đư ờ ng d ây khi n g ắn mạch 1 pha 588

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý 6

Bảng 1 2 Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng 10

Bảng 3 1 Thông s ố n g uồn hệ th ố ng … … … … ……… … …… … … … ……… … …… 27

Bảng 3 2 Thông số d â y dẫn và d â y chống sét . 27

Bảng 3 3 Thông số c ấ u trúc đư ờ ng dâ y . 28

Bảng 3 4 Điện trở và điện kháng thứ tự thuận của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 333

Bảng 3 5 Điện trở điện kháng thứ tự không của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho Quan 344

Bảng 3 6 Tổng trở bảo vệ TTT của 3 vùng 344

Bảng 3 7 Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng 344

Bảng 3 8 Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể tới điện trở hồ quang 355

Bảng 3 9 Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể đến hồ quang tại vị trí ngắn mạch .355

Bảng 4 1 Kh¶ n¨ng m« pháng cña ATP 45

Bảng 4 2 Thông số c ủ a đư ờ ng dây . 51

Bảng 4 3: Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha 566

Bảng 4 4 Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha 577

cố cũng chính là xác định chính xác tổng trở của các đường dây sẽ giúp cho các kếtqủa tính toán chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làmviệc chính xác.

Trên thực tế có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định điểm sự cố, tùytheo đối tượng là đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối hoặc là cácđường cáp Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách là một công cụ vừalàm nhiệm vụ bảo vệ, phát hiện sự cố vừa định vị vị trí điểm sự cố trên đường dây Tuynhiên các rơle khoảng cách hoạt động dựa trên tín hiệu đo lường chỉ tại một đầu, do đókết quả định vị điểm sự cố thường bị sai lệch do bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố.Trong nhiều trường hợp sai số có thể lên tới hàng chục km và điều này sẽ gây khó khăncho các công tác khắc phục sau sự cố

Tổng trở của đường dây có thể được tính toán bằng lý thuyết, tuy nhiên, trong cáctính toán này đều dựa trên giả thiết đường dây là đồng nhất, điện trở suất của đất khôngđổi suốt dọc tuyến…và do đó kết quả tính toán thường có sai số đáng kể so với giá trịthực tế (đặc biệt là tổng trở thứ tự không của đường dây)

Một số hãng sản xuất đã chế tạo thiết bị thí nghiệm để đo tổng trở đường dây,thiết bị định vị sự cố chuyên dụng, tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, thiết bịđắt tiền, cần sự phối hợp của nhiều đơn vị

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn đi sâu vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số”.

Kết quả nghiên cứu được mô phỏng áp dụng đối với mô hình tuyến đường dây220kV Ninh Bình – Nho Quan và các tính toán cùng kết quả mô phỏng đã chứng minhcác ưu điểm của thuật toán này

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 4 chương

- Chương 1: Những yếu tố ảnh hưởng tới sự làm việc chính xác của bảo vệ khoảng

- Chương 3: Xác định các tham số bảo vệ kể tới các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của bảo vệ khoảng cách.

- Chương 4: Định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường thu thập được từ hai đầuđường dây

CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH

XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

I Giới thiệu chung:

Hệ thống điện ngày càng phát triển và phức tạp, trong quá trình vận hành luônluôn xảy ra sự cố hư hỏng các phần tử trong hệ thống Trong trường hợp sự cố, phần tử

sự cố yêu cầu được tách ra khỏi hệ thống để giảm thiểu thiệt hại cho các phần tử sự cố

và loại bỏ chế độ vận hành không bình thường cho hệ thống Hành động này cần phảiđược thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác bằng cách rơle bảo vệ tự động.Đồng thời mỗi khi sự cố xảy ra trên một đường dây (phân phối hoặc truyền tải), yêu tốquan trọng là xác định vị trí điểm sự cố càng nhanh càng tốt để nâng cao chất lượngdịch vụ Nếu vị trí lỗi không được xác định một cách nhanh chóng có thể sẽ tạo ra cắtđiện kéo dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra và ảnh hưởng đến độ tin cậycấp điện Tất cả những trường hợp trên nêu lên tầm quan trọng của nghiên cứu định vị

sự cố và do đó vấn đề này đã thu hút được sự chú ý rộng rãi của các nhà nghiên cứutrong hệ thống điện trong những năm gần đây

II Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện

Hệ thống đường dây truyền tải điện ngày càng phát triển lớn mạnh về số lượng

và độ phức tạp Tính đến thời điểm hiện tại, lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyềntải điện 1 quản lý vận hành có 2.977km đường dây 500kV và 7.463km đường dây220kV Theo “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xétđến năm

2030” lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 1 quản lý vận hành sẽ xây dựng

và đưa vào vận hành thêm theo từng giai đoạn 2021-2030 là 680km đường dây 500kV,

Bảng 1 1 Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý

16 sự cố thoáng qua và sự cố kéo dài trên đường dây 220 và 500kV, công tác xác định

vị trí sự cố là hết sức khó khăn, và tiêu tốn nhiều công sức, chi phí Với mục tiêu yêu

cầu ngày càng nâng cao chất lượng điện năng và nâng cao hiệu suất lao động do đó việc áp dụng các giải pháp để xác định vị trí sự cố một cách chính xác là hết sức cần thiết.

Định vị sự cố chính xác giúp phát hiện nhanh hơn điểm sự cố, kể cả sự cố thoángqua và sự cố duy trì

Sự cố thoáng qua có thể được khắc phục thông qua tự động đóng lại Tuy nhiênxác định sớm và nhanh chóng điểm bị hư hỏng sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố tiếp theo

có thể xảy ra Mặt khác đối với các sự cố thoáng qua, các phần tử trên hệ thống đãđược khôi phục về điện, các yếu tố gây sự cố đã tách ra khỏi lưới công tác xác địnhnguyên nhân sự cố là hết sức khó khăn, do đó việc định vị chính xác điểm sự cố giúpkhoanh vùng chính xác và nhanh chóng xác định được nguyên nhân sự cố

Với những sự cố vĩnh cửu, yêu cầu xác định nhanh, chính xác điểm sự cố để táchphần tử sự cố ra khỏi lưới, nhanh chóng xử lý khôi phục lưới điện, giảm thời gianngừng cung cấp điện Nếu vị trí sự cố không được xác định một cách nhanh chóng, sẽlàm mất điện trong một thời gian dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra vàchất lượng cung cấp điện sẽ bị ảnh hưởng lớn

Hiện nay, các đường dây truyền tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thườngđược trang bị các bảo vệ chính là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch dọc đườngdây Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cáchbáo vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km) Điều này xảy ra

do nguyên lý định vị sự cố được sử dụng trong rơle khoảng cách chỉ dựa vào tín hiệu

đo lường tại chỗ (sử dụng tín hiệu đo lường từ 1 phía), do đó chịu ảnh hưởng của rấtnhiều yếu tố bên ngoài gây nên sai số lớn Các rơle so lệch dọc đường dây hiện đại đãđược tích hợp thêm chức năng định vị điểm sự cố và có khả năng làm việc với độchính xác cao hơn vì các rơle loại này có thể sử dụng nguyên lý định vị sự cố dựa trêntín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây Tuy nhiên, hầu hết trong các tài liệu rơle nàyđều không đề cập đến thuật toán và phương pháp xác định điểm sự cố và trên thực tếphép định vị sự cố của các rơle so lệch dọc đường dây hiện tại vẫn có sai số khá lớn.Một phần quan trọng trong vận hành lưới truyền tải điện là tính toán cài đặt chỉnhđịnh rơle và tính toán các chế độ vận hành của lưới Các tính toán này yêu cầu xác địnhtổng trở đường dây càng chính xác càng tốt Tuy nhiên, tổng trở đường dây phụ thuộcnhiều vào điều kiện địa chất nơi đường dây đi qua, khi điện trở suất của đất thay đổi thìviệc tính toán các giá trị tổng trở bằng phần mềm trở nên thiếu chính xác, mặt khác cácđường dây sau thời gian vận hành đã được cải tạo, sửa chữa dẫn đến làm thay đổi cácthông số kỹ thuật cơ bản của đường dây nên việc xác định tổng trở là hết sức khó khăn

Xuất phát từ thực tế công tác vận hành lưới truyền tải điện đã nêu trên, cần cónghiên cứu làm rõ ưu điểm và thuật toán sử dụng để định vị sự cố và xác định chínhxác tổng trở của đường dây Các mục tiếp theo trình bày chi tiết hơn về các phươngpháp định vị sự cố và xác định tổng trở của đường dây truyền tải điện.

Có nhiều phương pháp định vị sự cố đã được đề xuất áp dụng đối với đường dâytruyền tải điện, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp dụngnhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, có thể phân loại theo 2nhóm chính: định vị sự cố dựa trên tính toán tổng trở của đường dây và định vị sự cốdựa trên đo lường các dạng sóng lan truyền trên đường dây, một số phương pháp ngàynay đang được sử dụng như sau:

- Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp ở cuối đườngdây, chủ yếu là phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ 1 phía đườngdây và phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đườngdây

- Định vị sự cố dựa trên phương pháp sóng lan truyền (travelling wave method)

- Định vị sự cố dựa trên phương pháp tần số cao (high-frequency methods)

III Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía:

Thuật toán xác định vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía rất đơngiản và kinh tế so với các phương pháp định vị sự cố khác Thuật toán này được thiết

kế để tính toán vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường cả ba pha dòng điện và điện áptại một đầu đường dây Ngoài ra có một số thuật toán chỉ sử dụng điện áp ba pha hoặcdòng điện ba pha Các vector quay với tần số cơ bản của tín hiệu đo lường hoặc dữ liệumẫu được xử lý trong thuật toán Các thông số trở kháng của đường dây cũng được xácđịnh để xác định khoảng cách đến điểm sự cố

1 Nguyên lý làm việc:

Hình 1 1 Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý

Cho đường dây 1 nguồn cấp đơn giản như Hình 1 1, tổng trở tới điểm sự cốthường có tính chất điện trở, trên sơ đồ mô tả dạng thuần trở (RF) Đường dây bị tácđộng bởi một sự cố (F)- không biết khoảng cách sự cố tới trạm A Nếu bỏ qua dòngnạp trên

đường dây, ta có IA = IF, tổng trở từ trạm A tới điểm sự cố được tính toán như sau:

ị điện kháng đo được, rơle sẽ tính toán ra khoả

Cân bằng phần ảo cả 2 vế (1.1) ta có:

� = Ima � (���� )

= � ��        (1.2)Ima��(����) ���

Phương pháp này chính là thuật toán được sử dụng trong các rơle bảo vệ khoảngcách thông dụng Rơle sẽ dựa trên giá trị dòng điện và điện áp để tính toán giá trị tổngtrở đo được Giá trị tổng trở đo được sẽ được sử dụng để xác định điểm làm việc củarơle trên mặt phẳng tổng trở, nếu điểm làm việc này thuộc vùng tác động (vùng I, vùng

II hoặc vùng III…) thì rơle sẽ khởi động các bộ đếm thời gian tương ứng Trong chế độvận hành bình thường điểm làm việc sẽ nằm bên ngoài các đặc tính tác động

Dựa theo giá tr Hình 1 2 Đặc tính tác động loại MhO ng cách từ vị trí đặtđiểm đo đến điểm sự cố theo công thức:

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

nhiễu loạn ảnh hưởng đến độ chính các của định vị Giá trị khoảng cách tính toán được

là kết quả trung bình của nhiều lần tính toán dựa theo số mẫu thu thập được

Lý do sử dụng điện kháng trong tính toán vị trí điểm sự cố là để tránh ảnh hưởngcủa hồ quang tại điểm sự cố Hồ quang có tính chất điện trở, nếu sử dụng giá trị tổngtrở để tính khoảng cách thì giá trị tổng trở này bị ảnh hưởng bởi điện trở hồ quang và

sẽ làm sai lệch vị trí sự cố tính toán được

2 Các mạch vòng tính toán tổng trở:

Tổng trở được rơle tính toán dựa trên 6 mạch vòng cơ bản tương ứng với các sự

cố pha - pha và pha - đất: A - B, B - C, C - A, A - E, B - E, C - E

Bảng 1 2 Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng

A-B hoặc B-C hoặc C-A hoặc A-E

hoặc B-E hoặc C-E

Sự cố 2 pha – đất

Với sự cố pha - pha hoặc pha - đất thì chỉ một trong các mạch vòng trên sẽ chokết quả đo lường chính xác (tổng trở thấp nhất), các mạch vòng khác sẽ cho kết quảtính toán lớn hơn Với sự cố khác có thể nhiều mạch vòng đo cùng cho ra kết quả chínhxác

Vòng lặp cho trường hợp sự cố pha – pha:

Vòng lặp tính toán tổng trở cho trường hợp sự cố pha – pha được tính theo công

11

Vòng lặp cho trường hợp sự cố pha – đất:

Vòng lặp tính toán tổng trở cho trường hợp sự cố pha – đất được tính theo công

Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất được thể hiện trong Hình

Hình 1 4 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất

Nhưng khác với các sự cố khác với trường hợp này phải bù hệ số KN

Vòng lặp cho trường hợp sự cố 3 pha – đất

Hình 1 5 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố 3 pha - đất

Theo như sơ đồ thay thế ở trên thì công thức để tính tổng trở sự cố đối với trườnghợp này có thể được viết như sau:

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của việc định vị sự cố có thể kể đến là:

- Ảnh huởng của điện trở tại điểm sự cố

- Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố

- Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ do các đường dây chạy song song gây ra

- Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

a Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố

Các sự cố, đặc biệt là sự cố một pha thường xảy ra do sứ đường dây bị phóngđiện Hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điệntrở hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất Một số trường hợp sự

cố thông qua vật trung gian thì chính giá trị điện trở của các vật trung gian này cũnggây ảnh hưởng đến tính chính xác của phép định vị sự cố

Điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài của hồ quang và dòng điện theo công thức

Trong đó: Rarc - điện trở hồ quang ()

Larc - Là chiều dài hồ quang (m) trong trường hợp không có gió

If - Giá trị dòng sự cố (A)

Chiều dài hồ quang ban đầu bằng khoảng cách từ dây dẫn đến cột hoặc giữa haidây dẫn, nhưng nó sẽ tăng và kéo dài do gió thổi ngang qua do sự đối lưu và truyềnsóng điện từ Người ta đưa ra giả thuyết điện trở hồ quang phụ thuộc vào khoảng cáchdây dẫn, vận tốc gió và thời gian theo công thức:

Tarc – Thời gian hồ quang

Trong trường hợp dây dẫn bị đứt và rơi xuống đất thì điện trở tại điểm tiếp xúcchạm đất phụ thuộc vào loại đất, độ ẩm của đất và cấp điện áp của lưới điện Khi sự cốcác pha với nhau điện trở sự cố thường nhỏ và không vượt quá vài ohm () Tuy nhiênđiện trở sự cố lớn hơn nhiều đối với sự cố liên quan đến đất vì điện trở nối đất của cột

có thể tới 10  thậm chí cao hơn Trường hợp đặc biệt điện trở sự cố còn lớn hơn khi

sự cố dây dẫn chạm vào cây cối hoặc đứt dây và rơi xuống vùng đất khô cứng Nhưvậy điện trở sự cố có giá trị từ vài ohm đến hàng trăm ohm

Xét ảnh hưởng của điện trở sự cố đến tổng trở đo được

Xét trường hợp sự cố pha - đất trên đường dây có hai nguồn cấp như Hình 1 6

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

Z L : tổng trở của đường dây AB

U A ; I A: là điện áp và dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A

I F: dòng điện tổng chạy qua điểm sự cố, với quan hệ

F A B (1.14)

Thay thế F A B vào phương trình (1.15) ta có:

1 B

F F 

 I A 

hoàn toàn thuần

trở Thành phần điện trở trong tổng trở đo được sẽ bị sai khác với điện trở của phầnđường dây bị sự cố, tuy nhiên thành phần điện kháng không bị ảnh hưởng , do đókhoảng cách đo được sẽ đúng với khoảng cách sự cố thực tế (vì phép xác định khoảngcách chỉ dựa theo thành phần điện kháng)

 Nếu dòng điện I A và I B lệch pha nhau: thì thành phần

thể hiện như một tổng

trở bao gồm thành phần điện trở và điện kháng hoặc thành phần điện trở và điện dung

(tùy theo dòng I B là sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với I A trong công thức (2.16).Thành phần Z F khi đó sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện kháng trong tổng trở mà rơle đođược, và do đó khoảng cách tính toán được sẽ bị sai khác so với thực tế Hình 1 7 thểhiện chi tiết quan hệ này

Hình 1 7 Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được

a Điện trở tại điểm sự cố thể hiện thuần trở

b Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện dung

c Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện kháng

b Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố

Góc lệch pha giữa dòng điện giữa hai đầu đường dây khi xảy ra sự cố, một cáchgần đúng có thể coi xấp xỉ bằng góc lệch pha của điện áp hai đầu đường dây trong chế

độ vận hành bình thường Mặt khác, góc lệch pha của điện áp trong chế độ bình thườnglại phụ thuộc vào mức độ tải của đường dây, do đó có thể nói dòng điện tải trên đườngdây có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của phép định vị sự cố Trong trường hợpđường dây chỉ có một nguồn cấp thì ảnh hưởng này là không cần tính đến

c Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song

Trong lưới truyền tải điện hầu hết các đường dây vận hành đều song song và đichung cột Các đường dây này có ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau, ảnh hưởng này sẽ làđáng kể trong trường hợp sự cố một pha chạm đất, dòng điện thứ tự không (TTK) chạytrên đường dây lân cận sẽ cảm ứng một điện áp TTK lên đường dây bị sự cố làm chogiá trị đo được của rơle tổng trở tại đường dây sự cố bị sai lệch.

Hình 1 8 Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song

Điện áp thứ tự không:

01 01 01 0M 02

Trong đó:

V01: điện áp TTK của bảo vệ trên đường dây bị sự cố

Z01: tổng trở TTK của đường dây bị sự cố

Z0M: tổng trở tương hỗ TTK giữa hai đường dây

Ví dụ về giá trị của tổng trở TTK và tổng trở tương hỗ TTK của một đường dây có thểlà:

Để rơle có thể làm việc đúng cần bù lại sự thay đổi về điện kháng TTK do cácđường dây lân cận gây ra Các rơle hiện nay thực hiện việc này bằng cách lấy dòngTTK từ đường dây lân cận đưa vào trong rơle và rơle sẽ có thuật toán để bù lại thànhphần hỗ cảm TTK này Tuy nhiên, việc này chỉ thực hiện được khi hai đường dây đi ra

từ cùng

một trạm biến áp, trong trường hợp hai đường dây thuộc hai trạm riêng biệt thì rất khó

để thực hiện giải pháp này

Việc xác định chính xác thành phần tổng trở tương hỗ TTK còn gặp nhiều khókhăn do có trường hợp các đường dây chỉ đi song song một phần hoặc đường dây songsong đang cắt khỏi vận hành và nối đất hai đầu…

Hình 1 9 Các cấu hình đường dây song song

a) Đường dây song song toàn tuyến; b) Đường dây song song một phần

d) Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

Xét sự ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện đến tính chính xác của rơ le bảo vệkhoảng cách được minh họa dưới Hình 1 10

Xét hai trường hợp tiêu biểu như trên Hình 1 10 ta thấy tổng trở của rơ le bảo vệkhoảng cách đặt ở đầu A của đường dây AB đo được khi ngắn mạch xảy ra ở điểm Ntrên đường dây BD tiếp theo bằng (giả thiết tỷ số biến đổi của biến dòng điện và biếnđiện áp ki = ku = 1)

Hình 1 10 Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện Ki lên số đo

của rơ le bảo vệ khoảng cách; a: K i >1; Z R >Z thực tế ; b: K i <1; Z R <Z thực tế

Tổng trở của rơle đo được:

- IBD) nên hệ số phân bố dòng điện Ki < 1 nghĩa là rơ le sẽ đo được giá trị nhỏ hơn giátrị tổng trở thực tế ZAN.

Với những lưới điện có cấu hình phức tạp hệ số phân bố dòng điện có thể thayđổi theo chế độ làm việc của lưới điện Khi điểm ngắn mạch càng nằm xa điểm đặt rơ

le bảo vệ thì ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện càng lớn

IV Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía:

Phương pháp này sử dụng tín hiệu đo lường từ hai đầu của đường dây tải điện Yêu cầu quan trọng là các tín hiệu này phải được đồng bộ về mặt thời gian

Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía:

Xét sự cố xảy ra tại điểm F, cách trạm A một khoảng là x (%) trên đường dây

ABnhư trong Hình 1 11

Sơ đồ thay thế đơn giản (đối với đường dây truyền tải điện ngắn có thể bỏ quatổng dẫn) của đường dây trên trong trường hợp sự cố như trên Hình 1 12.

Hình 1 12 Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố

Dòng điện và điện áp {I A & I B }, {U A & U B} đo tại hai trạm được đồng bộ về mặtthời gian

Điện áp UF tại điểm sự cố có thể tính theo:

F B B * ZD (1.20)

Trong đó ZD là tổng trở của toàn bộ đoạn đường dây AB

Trừ hai phương trình cho nhau:

Để tránh trường hợp này, nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng các thành phầndòng điện và điện áp thứ tự thuận hoặc nghịch (tính toán dựa trên thành phần thứ tựnghịch chỉ áp dụng được với các sự cố không đối xứng)

Ưu nhược điểm của phương pháp:

Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đườngdây có ưu điểm hơn so với chỉ dùng tín hiệu từ một đầu:

o Không bị ảnh hưởng của tổng trở nguồn

o Điện trở tại điểm sự cố không xuất hiện trong phương trình tính toán khoảngcách đến điểm sự cố, do đó không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của kếtquả định vị sự cố

Vấn đề cần giải quyết đối với thuật toán này

Phương trình (1.21) có thể áp dụng cho mọi trường hợp sự cố khác nhau (trừ sự

cố đứt dây), tuy nhiên trong một số trường hợp sự cố, khi tính toán yêu cầu phải bùthành phần thứ tự không Mà như ta đã biết, thành phần tổng trở thứ tự không rất khó

để có thể xác định chính xác do phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan (ví dụ điệntrở suất của vùng đất dọc tuyến đường dây đi qua là không đồng nhất) do đó nếu sửdụng phương pháp này sẽ gặp sai số rất lớn Để giải quyết các vấn đề này, trong luậnvăn đề xuất sử dụng thành phần thứ tự thuận để tính toán các phương trình về góc đồng

bộ và xác định vị trí sự cố

Mặt khác, thuật toán dựa trên giả thiết tín hiệu đo lường được đồng bộ hoàn toàn

về mặt thời gian Việc đồng bộ về mặt thời gian giữa các trạm biến áp tại hai đầuđường dây và các trạm khác thường được giải quyết bằng cách lắp đặt các đồng hồhoạt động dựa theo tín hiệu vệ tinh GPS (đồng hồ GPS) Tuy nhiên trong điều kiệnViệt Nam thì việc lắp đặt các đồng hồ này chưa thực sự phổ biến, do đó khả năng đểthu được tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây là rất khó Để giải quyết vấn

đề này, trong chương tiếp theo của luận văn đề xuất phương pháp để đồng bộ lại cáctín hiệu đo lường này từ các tín hiệu đo lường có sẵn thu thập được từ 2 đầu đườngdây

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Tổng kết các ưu, nhược điểm của phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này:

- Dễ dàng thực hiện do tín hiệu đo lường được thu thập tại chỗ, không yêu cầu truyền tín hiệu từ đầu đối diện

- Không cần phải đồng bộ về mặt thời gian giữa tín hiệu thu thập được của các rơletại hai đầu

- Sai số trong phạm vi chấp nhận được đối với sự cố pha-pha (theo thực tế vận hành)

Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

- Ảnh hưởng của hồ quang tại điểm sự cố

- Ảnh hưởng của tải trước sự cố trên đường dây

- Ảnh hưởng bởi hệ số phân bố dòng điện (do xuất hiện các nguồn khác cấp vàođiểm sự cố hoặc dòng điện tại điểm sự cố khác với dòng điện đo được tại vị trí đặt

ra đối với lưới truyền tải và hệ thống điện nói chung)

Như vậy với phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu từ một phía thì độ chínhxác của phương pháp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và rất khó để xác định được chínhxác để khắc phục các yếu tố đó, do đó độ chính xác của phương pháp cũng sẽ bị ảnhhưởng theo Khắc phục các nhược điểm mà phương pháp định vị điểm sự cố dựa theothông tin từ một phía, phương pháp định vị điểm sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từhai phía đường dây đem lại độ chính xác cao hơn và khắc phục được một phần cácnhược điểm của phương pháp định vị sự cố dựa vào tín hiệu đo lường từ 1 đầu

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH, TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY

220KV NINH BÌNH – NHO QUAN

I Tổng quan về trạm biến áp 220 kV Ninh Bình

1 Vai trò của trạm biến áp 220 kV Ninh Bình

Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình trực thuộc Truyền tải điện Ninh Bình - Công tyTruyền tải điện 1, đóng trên địa bàn Phường Ninh Khánh - TP Ninh Bình - Tỉnh NinhBình Trạm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải điện miền Bắc Trạm cótổng công suất 500 MVA trong đó có: 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV; 09 ngăn lộ220kV; 15 ngăn lộ 110kV; 08 ngăn lộ 22kV Tụ bù gồm: 01 tụ bù tĩnh 110kV/56 MVAr.Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho các nhà máy Xi Măng của tỉnh, khu

công

nghiệp X18 Nho Quan và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh các tỉnh phía Bắcnhư: Nam Định, Hà Nam,…

Trạm 220kV Ninh Bình có sơ đồ nhất thứ như phụ lục kèm theo

2 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ tại đầu Trạm biến áp 220kV Ninh Bình:

Đường dây 273 Nho Quan (T500NQ) – 272 Ninh Bình (E23.1) tại đầu trạm biến

áp 220kV Ninh Bình có sơ đồ phương thức bảo vệ thể hiện như phụ lục kèm theo

Hệ thống rơ le bảo vệ tại ngăn lộ 272 bao gồm bảo vệ rơ le đường dây F87L, F21, F67, F79

+ Bảo vệ rơ le so lệch đường dây F87L loại SEL 311L do hãng SEL sản xuất+ Bảo vệ rơ le khoảng cách đường dây F21 loại 7SA611 do hãng Siemens sản

+ Bảo vệ rơ le quá dòng F67 loại 7SJ622 do hãng Siemens sản xuất

+ Bảo vệ rơ le tự động đóng lại loại PK341 do hãng AEG sản xuất

II Tổng quan về trạm biến áp 500 kV Nho Quan

1 Vai trò của trạm biến áp 500 kV Nho Quan

Trạm biến áp 500 kV Nho Quan trực thuộc Truyền tải điện Ninh Bình - Công tyTruyền tải điện 1, đóng trên địa bàn xã Đồng Phong – huyện Nho Quan - Tỉnh NinhBình Trạm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải điện miền Bắc Nam.Trạm có tổng công suất 1750 MVA trong đó có: 02 MBA 450 MVA – 500/220/35kV; 01

MBA 600 MVA – 500/220/35 kV; 02 MBA 125 MVA – 220/110/10 kV; 05 ngăn lộđường dây 500kV; 14 ngăn lộ 220kV; 09 ngăn lộ 110kV; 02 ngăn lộ 35kV Tụ bù gồm:

02 tụ bù dọc đường dây 500kV/98 MVAr Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện

an toàn liên tục lưới tryền tải điện miền Nam Bắc, cấp điện cho khu công nghiệp NhoQuan và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh các tỉnh phía Bắc như: Hòa Bình,

Hà Nam,…

Trạm 500kV Nho Quan có sơ đồ nhất thứ như phụ lục kèm theo

2 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ tại đầu Trạm biến áp 500 kV Nho Quan

Đường dây 273 Nho Quan (T500NQ) – 272 Ninh Bình (E23.1) tại đầu trạm biến

áp 500kV Nho Quan có sơ đồ phương thức bảo vệ thể hiện như phụ lục kèm theo

Hệ thống rơ le bảo vệ tại ngăn lộ 273 bao gồm như sau:

+ Bảo vệ rơ le so lệch đường dây F87L loại SEL 311L do hãng SEL sản xuất