Nghiên cứu phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc sel 411l cho đường dây 500kv pleiku cầu bông

Rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL 411L dùng tại các trạm biến áp 220kV và 500kV ở Việt Nam như 500kV Pleiku Cầu Bông 220kV Nha Trang Tuy Hòa Đây là loại rơle mới đòi hỏi nhân viên thí nghiệm vận hành hiểu rõ cách cài đặt cấu hình thí nghiệm để đảm bảo vận hành an toàn tin cậy nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm với yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian cắt điện vì độ tin cậy cung cấp điện SEL 411L có chức năng bảo vệ so lệch tốc độ cao đường dây truyền tải Ngoài ra còn có các chức năng bảo vệ khác khoảng cách và quá dòng với tính năng cắt 1 pha 3 pha kiểm tra đồng bộ khi đóng lặp lại giám sát mạch cắt bảo vệ lỗi máy cắt Rơle có tính năng đo lường mở rộng ghi dữ liệu bao gồm chụp và báo cáo dữ liệu có độ phân giải cao Định vị sự cố bằng sóng truyền TWFL là một chức năng đặc biệt của SEL 411L để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động có độ chính xác cao nhất Luận văn trình bày cách cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây Ngoài ra để minh họa trực quan tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hoạt động của rơle

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

THÁI HÒA

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƯỜNG DÂY

500kV PLEIKU – CẦU BÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Trong luận văn có trích dẫn một số thực nghiệm của hãng chế tạo rơle

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

Thái Hòa

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM RƠLE BẢO VỆ

SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU – CẦU BÔNG

Học viên: Thái Hòa Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 852.02.01 Khóa: K34-ĐN Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: - Rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L dùng tại các trạm biến áp 220kV và 500kV ở Việt Nam như: 500kV Pleiku & Cầu Bông, 220kV Nha Trang & Tuy Hòa Đây là loại rơle mới đòi hỏi nhân viên thí nghiệm, vận hành hiểu rõ cách cài đặt, cấu hình, thí nghiệm để đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm với yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian cắt điện vì độ tin cậy cung cấp điện SEL-411L có chức năng bảo vệ

so lệch tốc độ cao đường dây truyền tải Ngoài ra, còn có các chức năng bảo vệ khác: khoảng cách và quá dòng với tính năng cắt 1 pha/3 pha, kiểm tra đồng bộ khi đóng lặp lại, giám sát mạch cắt, bảo vệ lỗi máy cắt Rơle có tính năng đo lường mở rộng, ghi dữ liệu bao gồm chụp

và báo cáo dữ liệu có độ phân giải cao Định vị sự cố bằng sóng truyền (TWFL) là một chức năng đặc biệt của SEL-411L để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động có độ chính xác cao nhất Luận văn trình bày cách cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây Ngoài ra, để minh họa trực quan, tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hoạt động của rơle

Từ khóa - SEL-411L; TWFL; rơle; bảo vệ so lệch dọc đường dây; Pleiku – Cầu Bông.

RESEARCHING AND ANALYZING CONFIGURATION AND TESTING LINE DIFFERENTIAL PROTECTION SEL-411L RELAY FOR 500kV

TRANSMISSION LINE PLEIKU – CAU BONG

Abstract - SEL-411L line differential protection has been used at some 220kV and 500kV substations in Vietnam such as: 500kV Pleiku & Cau Bong, 220kV Nha Trang & Tuy Hoa This is a new type of relay that requires experimental and operational personnel understand how to install, configure, test to ensure safe and reliable operation to shorten the testing time with a stringent electricity cutting time because of reliability of power supply SEL-411L is a high-speed current differential protection for transmission lines In addition, there are other protection functions: distance and overcurrent protection with 1-phase/3-phase trip, synchronous inspection when reclosing, circuit trip monitoring, circuit breaker failure protection Relay has extended measurement feature, data recording feature including collecting and reporting of high resolution data Traveling wave fault location (TWFL) is a special function of SEL-411L for automatic fault location reporting with the highest accuracy This thesis presents how to configure and test line differential protection In addition, for visual illustration, the author uses Matlab software to simulate relay operation

Keywords – SEL-411L; TWFL; relay; line differential protection; Pleiku – Cau Bong

MỤC LỤC Trang

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2

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

5 Đặt tên đề tài……… ………… 3

6 Bố cục luận văn……… ……… 3

Chương 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY……… ………….4

1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây……… ……… 4

1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thường dùng……… …….6

1.3 Kết luận……… …….7

Chương 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE………… …………8

2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L……… ………… 8

2.1.1 Chức năng chính: bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L 9

2.1.1.1 Chức năng 87L……… ………9

2.1.1.2 Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP 10

2.1.1.3 Giám sát sự cố bên ngoài 11

2.1.1.4 MBA dạng inline 12

2.1.1.5 Chức năng cắt 1 pha từ 87L 13

2.1.2 Các chức năng bảo vệ khác 13

2.1.2.1 Chức năng bảo vệ khoảng cách (21) 13

2.1.2.2 Chức năng gia tốc bảo vệ (chống đóng vào điểm sự cố-SOTF) 15

2.1.2.3 Chức năng dò dao động công suất (78) 15

2.1.2.4 Chức năng cắt và nhận truyền cắt 16

2.1.2.5 Chức năng bảo vệ xa……… 16

2.1.2.6 Chức năng bảo vệ quá dòng 16

2.1.2.7 Chức năng lỗi máy cắt 17

2.1.2.8 Chức năng điện áp 17

2.1.2.9 Chức năng tần số 17

2.1.2.10 Chức năng đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ 17

2.1.3 Định vị sự cố 17

2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L…… 19

2.2.1 Điện dung đường dây tải điện……… 19

2.2.2 Ảnh hưởng của sai số biến dòng……… ……….20

2.2.2.1 Sai số biến dòng điện……… 20

2.2.2.2 Bão hòa mạch từ của biến dòng……… 20

2.2.2.3 Dòng không cân bằng……… 21

2.2.3 Ảnh hưởng của tụ bù dọc 22

2.2.3.1 Tác dụng của tụ bù dọc……… ……23

2.2.3.2 Xác định dung lượng bù……… …….23

2.2.3.3 Ảnh hưởng khi bù dọc & nốt tắt nhanh TBD khi có ngắn mạch xảy ra 23

2.3 Kết luận……… 25

Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ

SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG 26

3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L 26

3.1.1 Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn 26

3.1.2 Tính toán ngắn mạch 28

3.1.2.1 Tính toán ngắn mạch 3 pha 29

3.1.3.2 Tính toán ngắn mạch 1 pha 30

3.1.3 Cài đặt rơle 31

3.1.3.1 Dữ liệu hệ thống điện 32

3.1.3.2 Cài đặt chung……… ……… .33

3.1.3.3 Hiển thị máy cắt 33

3.1.3.4 Cài đặt nhóm group 1 34

3.1.3.5 Cài đặt chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ 87L 34

a Cài đặt các phần tử so lệch pha 38

b Cài đặt các phần tử so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 (87LQ/87LG) 40

3.1.3.6 Cài đặt các chức năng bảo vệ khác 41

a Giám sát quá độ CVT 41

b Hiệu suất của biến dòng cho các sự cố ngoài vùng 43

c Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách 44

d Cài đặt chức năng cho PWS khi OOS 45

e Chức năng xâm lấn tải……… 46

f Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF) .46

g Logic kiểm tra mất áp 47

h Chức năng kiểm tra hướng 47

i Logic cắt 47

j Các tùy chọn cắt 1 pha .49

k Chức năng bảo vệ quá dòng trong SEL-411L .48

l Chức năng điện áp trong SEL-411L 50

m Chức năng tần số trong SEL-411L 50

n Logic cắt và bảo vệ 51

3.1.4 Phân tích cấu hình 87L 52

3.1.4.1 Cấu hình cho phép 87L làm việc 52

3.1.4.2 Cấu hình khóa 87L……… ……… 52

3.1.4.3.Cấu hình MC……… ……… 53

3.1.4.4.Cấu hình ĐZ……… ……… 54

3.1.4.5.Cấu hình 87L……… ……… 54

3.2 Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L 55

3.2.1 Kiểm tra ban đầu 55

3.2.2 Thí nghiệm các chức năng bảo vệ 55

3.2.2.1 Kiểm tra chức năng đo lường 57

3.2.2.2 Kiểm tra chức năng bảo vệ so lệch dọc (thử lệnh 87L) 58

a Thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ 58

b Thử bằng phương pháp Test Loopback 59

3.2.3 Kiểm tra mang tải 63

3.3 Kết luận……… 63

Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM

4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng……… 64

4.1.1 Xây dựng sơ đồ bảo vệ so lệch dọc đường dây 65

4.1.2 Mô phỏng nguyên lý & đặc tính làm việc của chức năng 87L 66

4.1.2.1 Xây dựng khối nguyên lý làm việc 66

4.1.2.2 Phân tích sự làm việc của rơle ở các chế độ 68

a Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ 68

b Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ……… 71

c Nhận xét……… 74

4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả 74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) 78

PHỤ LỤC 1: 79

PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY BẰNG MATLAB 100

PHỤ LỤC 3: 102

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

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÍ HIỆU:

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

TU (VT): Máy biến điện áp (Voltage Transformer) MC: Máy cắt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong HTĐ Việt Nam 04 Bảng 2 Mô tả các cài đặt định vị sự cố bằng sóng truyền 18 Bảng 3 Dòng ngắn mạch trên các thanh cái CB & PLK năm 2018 29 Bảng 4 Dòng ngắn mạch 1 pha & 3 pha sau khi tính đƣợc 31

Bảng 15 Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-pha Mho 44 Bảng 16 Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-đất Mho 44

Bảng 19 Cài đặt chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF) 46

Bảng 21 Lập trình SEL-441L để cắt 1 pha cho chức năng khoảng cách

Bảng 23 Các đại lƣợng làm việc của quá dòng có thời gian 49 Bảng 24 Cài đặt chức năng quá dòng có thời gian 50 Bảng 25 Các đại lƣợng làm việc của chức năng điện áp 50

2.14 CT bão hòa dữ dội, dòng thứ vượt trước dòng sơ cấp một góc 40 độ

2.15 CT gây ra góc pha dẫn trước và làm giảm độ lớn dòng điện 21 2.16 Đồ thị xác định thời gian tắt của hồ quang thứ cấp 25 3.1 HTĐ được sử dụng cho việc chọn lựa biến dòng 26

3.4 Cài đặt góc mở 87LPA cho vùng hãm dựa trên góc lệch lớn nhất khi

có sự cố ngoài vùng & các yếu tố sai lệch cùng xảy ra đồng thời 38 3.5 Sơ đồ cấu hình cho phép chức so lệch dọc làm việc 52 3.6 Sơ đồ cấu hình cho phép khóa chức năng so lệch dọc 53

3.8 Sơ đồ đấu nối thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ 58

4.3 Mô hình mô phỏng thuật toán tính toán rơle SEL-411L 69

4.4 Đặc tính tác động khi sự cố ngoài vùng 70 4.5 Tín hiệu rơle không Trip khi vận hành bình thường hoặc sự cố

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong hệ thống điện (HTĐ), các thiết bị của HTBV đóng vai trò rất quan trọng Nó đóng góp một phần rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và độ tin cậy cung cấp điện Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố, hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống điện (HTĐ)

ĐZ 500kV có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc truyền tải điện đi xa Các hư hỏng xảy ra trên ĐZ sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Theo thống kê trong thực tế vận hành, dạng ngắn mạch 3 pha chiếm 5%, 2 pha chiếm 10%,

2 pha-đất là 20% và đặc biệt ngắn mạch 1 pha chiếm tới 65% tổng số các dạng ngắn mạch Vì vậy, việc nghiên cứu chức năng 87L và các tình trạng làm việc không bình thường, sự cố xảy ra với ĐZ là rất cần thiết Khi có sự cố trên ĐZ thì HTBV phải lập tức loại trừ các sự cố xảy ra Chính vì vậy đòi hỏi các loại bảo vệ ĐZ phải đáp ứng cao

về tính chọn lọc, khả năng tác động nhanh, nhạy và tin cậy Có thể nói, 87L là cấu hình rơle tối ưu để dung trong các tình huống ngắn mạch này bên cạnh chức năng 21 Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle

so lệch dọc kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây Các nhà sản xuất đã cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp

nhằm giảm sự tác động không mong muốn, trong đó điển hình là rơle SEL-411L Rơle

này được trang bị đầy đủ các chức năng điều khiển, bảo vệ & tự động hóa cho đường

ĐZ tải điện SEL-411L có các chức năng như: bảo vệ so lệch dọc cho từng pha, so lệch thứ tự nghịch và thứ tự không để đảm bảo độ nhạy cao nhất SEL-411L cho phép lựa chọn nhiều phương thức kết nối thông tin khác nhau và có đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng như: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số, logic điều khiển bảo vệ… cùng được tích hợp trong một khối rơle Đặc biệt, SEL-411L có một tính năng khá nổi trội so với SEL-311L là định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan

truyền (TWFL) 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

Với yêu cầu đặt ra là bảo vệ hoạt động chính xác cho mọi dạng ngắn mạch và có tính chọn lọc tuyệt đối nên cần có sự nghiên cứu sâu hơn về rơle số bảo vệ so lệch ĐZ nhằm phân tích đánh giá tính chính xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của rơle bảo vệ này để giúp tăng độ ổn định, đảm bảo sự vận hành tin cậy, an toàn liên tục cho

HTĐ Đây cũng chính là lý do để tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông‖

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L dùng cho ĐZ 500kV Pleiku - Cầu Bông

- Xây dựng phương pháp thí nghiệm rơle SEL-411L áp dụng cho đường dây

500kV Pleiku - Cầu Bông

- Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle (Matlab/Simulinks…)

- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu sâu hơn chức năng; nghiên cứu tính toán chỉnh định, cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L giúp kiểm tra chất lượng hệ thống bảo vệ nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn

+ Tìm hiểu và áp dụng các chương trình mô phỏng rơle bảo vệ so lệch ĐZ và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle bằng phần mềm Matlab/Simulink

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng Từ trước đến nay, các ĐZ cấp điện áp 220kV đến 500kV đều đã sử dụng rơle bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ chính và đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua, nhất là tại các ĐZ 220kV, 500kV thường sử dụng loại SEL-311L

Với việc nghiên cứu rơle SEL-411L một cách cụ thể và có hệ thống sẽ giúp chúng ta đánh giá, phân tích các sự cố chính xác hơn Có thể ứng dụng mở rộng cho các ĐZ hoặc các bảo vệ khác

Với ý nghĩa thực tế, đề tài đã giải quyết được khối lượng lớn công việc cho nhân viên thí nghiệm khi thử nghiệm, phân tích sự cố rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ (trong điều kiện công tác nghiêm ngặt về thời gian, tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục, an toàn và tin cậy), giúp rút ngắn thời gian, tiến độ thí nghiệm Đồng thời, cung cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

5 ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI

Từ những lý do đã nêu ở trên Đề tài được chọn có tên là: “Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông‖

2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L

2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L

2.3 Kết luận

Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ

SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG

3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L

3.2 Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L

Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM 4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng

4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY

Trong HTĐ Việt Nam, lưới truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc kết nối

điện giữa các khu vực, nối các nhà máy điện đến các TBA để truyền tải điện cho khắp mọi miền đất nước Vì vậy, việc thiết lập một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy,

ổn định và bền vững không những là tiêu chí hàng đầu mà ngành điện đã và đang hướng đến mà còn là mong đợi của khách hàng sử dụng điện Để đảm bảo sự làm việc liên tục, an toàn và tin cậy của các phần tử trong HTĐ, cần có những thiết bị rơle bảo

vệ để ghi nhận và phát hiện ra phần tử bị hỏng nhằm cô lập ngay chúng ra khỏi HTĐ Hiện nay, trong hệ thống điện Việt Nam đã và đang dùng phổ biến rơle kỹ thuật số đến từ các nhà sản xuất như SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER, TOSHIBA (bảng 1) Ngoài các chức năng chính là bảo vệ, các rơle này còn tích hợp thêm các chức năng khác như đo lường, điều khiển, tự động hóa, ghi bản tin sự cố, giám sát cấu hình phần cứng, phần mềm… Các rơle số có thể làm việc riêng lẻ hoặc kết hợp nhiều chức năng

dự phòng khác trong một rơle mà không làm thay đổi độ tin cậy về chức năng bảo vệ của chúng

Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam

SEL 487E, 411, 351, 451, 311L, 411L, 787, 751, 421, 487B Siemens 7SA522, 7SD522, 7UT6137SJ64, 7SJ80…

ABB REL 670, REL 511, REF 610, RET 670, REG 670… Schneider P123, P127, P132, P443, P543, P632 …

Trong chương này sẽ phân tích nguyên lý chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ trong rơle số được sử dụng phổ biến tại các trạm biến áp hiện nay

1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây

Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây

Bảo vệ so lệch dọc đường dây dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện [2] Hiểu một cách đơn giản thì nó là rơle bảo vệ có 2 phần tử rơle được đặt tại 2 đầu đường dây

Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phương thức:

- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;

- Kênh truyền dẫn quang;

- Kênh thuê riêng

Tại cùng một thời điểm thì phần tử rơle sẽ so sánh dòng điện theo đại lượng về pha tại đầu và cuối đường dây được bảo vệ Nếu 2 giá trị dòng điện đó có độ lệch lớn hơn giá trị được cài đặt thì rơle sẽ tác động cắt máy cắt để cô lập đường dây bị sự cố, tránh sự cố lan rộng Để thực hiện điều này, tại hai đầu phần tử được bảo vệ đặt các máy biến dòng có cùng tỉ số biến dòng ni Có hai nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch là nguyên lý làm việc theo dòng điện tuần hoàn và nguyên lý làm việc theo điện

áp cân bằng Thời gian tác động của bảo vệ so lệch dọc đường dây được cài đặt là 0 (s) Ưu điểm lớn nhất của bảo vệ so lệch dọc đường dây là độ tin cậy cao, không phụ thuộc vào chiều dài của đường dây và cấu tạo của dây dẫn [2]

Khi vận hành bình thường, bỏ qua ảnh hưởng của dòng dung, dòng điện sơ cấp CT1 và CT2 là i (hình 1.1) Nếu tỷ số biến dòng giống nhau, cuộn dây nhị thứ của các biến dòng CT1 và CT2 tại 2 đầu đường dây có thể được nối trực tiếp tạo thành một mạch điện kín với dòng điện nhị thứ là I Như vậy trong điều kiện vận hành bình thường, dòng điện chạy qua phần tử đo lường M là zero Khi một sự cố xuất hiện trong vùng bảo vệ, xuất hiện dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1, từ trạm 2 là i2, tương ứng dòng nhị thứ là I1 và I2 Lúc đó dòng chảy qua phần tử đo lường M là I1 + I2làm tác động phần tử M [2]

Với bảo vệ so lệch dọc ĐZ, để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng dây dẫn phụ, ta sử dụng các đường truyền thông tin như cáp quang và các bộ giao diện Tín hiệu dòng điện tại một đầu được rơle thu nhận và xử lý số hóa Mỗi rơle tại một đầu sẽ đo lường dòng điện tại chỗ và gởi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng điện đến rơle phía đối diện qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đường thông tin

* Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây:

Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối Khi trong

HTĐ có dao động hoặc xảy ra tình trạng không đồng bộ, dòng ở 2 đầu phần tử được bảo vệ luôn bằng nhau và không làm cho bảo vệ tác động mất chọn lọc [2]

Tác động nhanh: Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên không yêu cầu phải phối hợp thời gian với bảo vệ phần tử kề Nó có thể thực hiện để tác động không thời gian

Độ nhạy: Bảo vệ có độ nhạy tương đối cao do dòng khởi động có thể chọn nhỏ hơn dòng làm việc của đường dây [2]

Tính đảm bảo:

- Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2]

- Nhược điểm chủ yếu của bảo vệ là có dây dẫn phụ Khi đứt dây dẫn phụ có thể làm kéo dài thời gian ngừng hoạt động của bảo vệ, hoặc bảo vệ có thể tác động không đúng (nếu bộ phận kiểm tra đứt mạch thứ cấp không làm việc) [2]

Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lưới truyền tải của EVN [9]:

* Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây trên không 500kV bảo vệ cho đường dây 500kV có hai sợi cáp quang độc lập liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây, bao gồm ba bộ bảo vệ:

 Bảo vệ chính 1: được tích hợp các chức năng 87L, 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 Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 được dự phòng kép, tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong một trong hai bộ bảo vệ chính Hai bộ bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên hai sợi cáp quang độc lập Bảo vệ khoảng cách được phối hợp hai đầu với nhau thông qua một trong hai sợi cáp quang nêu trên hoặc PLC

* Bảo vệ cho đường dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây, bao gồm hai bộ bảo vệ:

 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

1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây thường dùng

Ngày nay với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, rơle điện từ được thay thế bằng rơle kỹ thuật số có các tính năng vượt trội Nhiều nhà sản xuất trên thế giới đã chế tạo các dòng sản phẩm chất lượng và tin cậy như rơle kiểu 7UT51, 7SD52 của hãng Siemens, rơle kiểu MTP của hãng GE Multilin, bảo vệ so lệch ĐZ SEL-311L

và đặc biệt là SEL-411L của hãng SEL…Đặc điểm của bảo vệ so lệch đường dây là rơle phải được đặt ở hai đầu đường dây truyền tải và chúng cần phải tương đồng về tính năng kỹ thuật, như hình 1.2

Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật

Thực tế hiện nay, việc đầu tư mua sắm thiết bị cho hệ thống bảo vệ so lệch đường dây truyền tải điện cao áp là do các chủ đầu tư xây dựng các trạm biến áp ở hai đầu đường dây truyền tải thực hiện và việc liên lạc giữa hai hệ thống bảo vệ này thông qua các thiết bị Teleprotection (truyền cắt bảo vệ xa); PCM-30 và 02 lõi cáp quang trong

số 12 lõi của ĐZ cáp quang OPGW-12 treo trên đường dây truyền tải điện cao áp

Do đó, để hệ thống bảo vệ so lệch đường dây tác động nhanh và tin cậy cần phải có

sự phối hợp chặt chẽ giữa các chủ đầu tư trong quá trình mua sắm thiết bị, ví dụ đối với hệ thống bảo vệ so lệch đường dây SEL-411L cần phải biết rõ Order Code (0411L7JC0421524XX) của rơle đã được hoặc sẽ lắp đặt ở phía đầu ĐZ đối diện

1.3.Kết luận

Chương 1 đã trình bày nguyên lý làm việc cơ bản của chức năng bảo vệ so lệch ĐZ trên rơle kỹ thuật số Qua đó cho ta thấy rơle kỹ thuật số ngày nay được tích hợp nhiều chức năng bảo vệ với khả năng chỉnh định thông số cài đặt và lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau Trên cơ sở đó ta đi sâu vào phân tích các chức năng của rơle SEL 411L và các yếu tố ảnh hưởng đến bảo

vệ trong chương 2

CHƯƠNG 2 RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU

TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE

2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L

SEL-411L được thiết kế cho bảo vệ ĐZ và cáp lực với các cấp điện áp truyền tải (lưới 220kV, 500kV tại Việt Nam) Nó tích hợp các chức năng: bảo vệ so lệch dọc ĐZ, khoảng cách, bảo vệ quá dòng, điện áp, tần số, định vị sự cố trong một khối rơle Dưới đây là một số tính năng cơ bản mà SEL411L có thể thực hiện:

- Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ hoặc cáp lực, tác động nhanh và an toàn (sử dụng chức năng so lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối)

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng tin cậy như: 21, 50/51… (kết hợp 5 vùng của các phần tử khoảng cách pha-pha và pha-đất với các phần tử quá dòng có hướng); Cung cấp phần tử 21 và hướng trong các sơ đồ bảo vệ dựa trên đường truyền tin như: POTT, DCB và DCUB hoặc cho bảo vệ dự phòng cắt nhanh/có thời gian

- Cắt với tốc độ cao: Rơle này dùng phần tử HSDPS (lựa chọn hướng và pha tốc

độ cao) và các phần tử 21 tốc độ cao để phát hiện các sự cố có dòng lớn của HTĐ như ngắn mạch pha-pha

- Đầy đủ chức năng đóng lặp lại có kiểm tra hòa đồng bộ cho 02 máy cắt;

- Tự động hóa: Tận dụng các tính năng tự động hóa nâng cao bao gồm các phần

tử lập trình để điều khiển tại chỗ và từ xa Sử dụng các đường links nối tiếp và Ethernet để truyền tải thông tin quan trọng một cách hiệu quả, bao gồm cả dữ liệu đo lường, bảo vệ và điều khiển trạng thái I/O, đồng bộ pha theo IEEE C37.118, các tin nhắn GOOSE IEC 61850, các bộ ghi sự kiện (SER), các báo cáo, giám sát MC, các bản ghi sự kiện tóm tắt của rơle và đồng bộ hóa thời gian Sử dụng các phương trình điều khiển SELOGIC mở rộng với các hàm toán học và so sánh trong các ứng dụng điều khiển Có các mức xác nhận để chỉnh định mạch đầu vào điều khiển cách ly cao

để kết hợp dễ dàng các phần tử từ các hệ thống khác nhau Kết hợp tới 1000 lines của logic tự động hóa để tăng tốc và cải thiện các hoạt động điều khiển

Kết nối thông tin đa dạng (Rơle cung cấp các giao diện truyền thông mở rộng từ tiêu chuẩn SEL ASCII và các giao thức truyền thông nâng cao MIRRORED BITS® cho tới kết nối Ethernet với card Ethernet tùy chọn Với card Ethernet, có thể sử dụng các

công cụ truyền thông mới nhất của ngành, bao gồm các giao thức: Telnet, FTP, IEC

61850 và DNP3 (nối tiếp và LAN / WAN))

Phần mềm ACSELERATOR QuickSet® SEL-5030 hỗ trợ trong việc cấu hình, thiết lập, kiểm soát và thu thập dữ liệu từ rơle (tại chỗ và từ xa) Phần mềm này được bao gồm khi mua card Ethernet tùy chọn với sự hỗ trợ của giao thức IEC 61850 ACSELERATOR Architect cho phép bạn xem và cấu hình theo giao thức IEC 61850 thông qua giao diện GUI

2.1.1 Chức năng chính: Bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L

2.1.1.1 Chức năng 87L

Hình 2.1: Vùng làm việc và vùng hãm của chức năng so lệch ĐZ

Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ, tác động nhanh và an toàn (sử dụng chức năng so lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối, hình 2.1) SEL-411L áp dụng thuật toán Alpha Plane tổng quát sử dụng cho các ứng dụng như nhiều dòng trong vùng so lệch, ứng dụng hãm sóng hài hoặc cho máy biến áp (MBA) dạng ―in-line‖ và

bù dòng nạp của ĐZ Với thuật toán AP thì các phần tử so lệch mỗi pha riêng biệt (87LP), so lệch thứ tự nghịch (87LQ) và so lệch thứ tự 0 (87LG) dùng bộ so sánh AP Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố ngoài vùng, chúng cung cấp chức năng 87L an toàn và nhạy Nguyên lý AP tổng quát tương tự như SEL-311L có hai đầu cuối Tuy nhiên, SEL-311L & SEL-411L là hai nền tảng phần cứng và phần mềm hoàn toàn độc lập Chúng không tương thích để dùng chung trong một sơ đồ 87L SEL411L chứa năm thành phần so lệch dọc đường dây gồm: Một cho từng pha (87LP: pha A, B và C), một cho thứ tự nghịch (87LQ) và một cho thứ tự không (87LG), sử dụng các bộ so sánh AP Các thành phần pha cung cấp bảo vệ tốc độ cao cho sự cố có dòng lớn Thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không cung cấp bảo vệ

nhạy cho sự cố dòng không đối xứng Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố

ngoài vùng, bù dòng điện nạp tùy chọn, và logic phát hiện sự cố Chức năng 87L hoạt

động an toàn và đảm bảo độ nhạy cao nhất

Bù dòng điện nạp đường dây tăng cường độ nhạy của các phần tử 87L trong các ứng dụng của rơle để bảo vệ các đường dây cao áp dài hoặc cáp điện Dòng điện nạp được tính toán bằng cách sử dụng các điện áp ở cuối đường dây đo được Giá trị này sau đó được trừ đi từ dòng điện pha được đo Phương pháp bù này cho kết quả bù chính xác cho cả điều kiện hệ thống cân bằng và không cân bằng

87L trong rơle cung cấp những chức năng sau đây:

➤Tính toán các sóng hài trong dòng so lệch cho các ứng dụng MBA dạng line‖ mà không cần phải gửi các sóng hài của các dòng điện đầu cuối qua kênh 87L

―in-➤Giám sát sự cố bên ngoài dựa vào trình tự gia tăng dòng so lệch và dòng hãm

2.1.1.2 Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP

Giá trị Alpha là một tỷ số phức giữa dòng dòng từ xa (IR) và tại chỗ (IL) Nó được đại diện bằng độ lớn và góc pha Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây AP có thể được áp dụng một cách tự nhiên cho các vùng được bao bọc bởi hai dòng điện, chẳng hạn như đối với hai đường dây đầu cuối được kết nối trong sơ đồ có một máy cắt ở mỗi đầu (xem hình 2.2) Trong trường hợp này, chúng ta đo lường và so sánh tỉ

số phức của hai dòng điện (k = IR/IL) với đặc tính làm việc Qui định dòng chạy vào

ĐZ được bảo vệ có góc 00, dòng chạy ra khỏi ĐZ được bảo vệ có góc 1800 Khi vận hành bình thường hoặc sự cố ngoài vùng được bảo vệ thì tỉ số dòng điện ở hai đầu là

11800 SEL-411L có đặc tính bao xung quanh điểm 11800, vùng đó gọi là vùng hãm Rơle sẽ không tác động khi tỷ số dòng điện nằm trong vùng hãm

+ Làm tương tự như thế cho các pha khác (B và C)

Hình 2.2: Đặc tính làm việc và hãm của chức năng 87L trong SEL-411L

Nguyên tắc hoạt động của AP đã được chứng minh an toàn, nhanh chóng và nhạy vì sự kết hợp của các yếu tố bao gồm: khả năng chống lại tốt với mức độ bão hòa của CT khi ngắn mạch ngoài, độ nhạy tốt, tốc độ của các phần tử so lệch (87LQ, 87LG), và độ nhạy tốt của các phần tử (87LQ và 87LG)

Thuật ngữ ―AP mở rộng‖ đề cập đến một thuật toán với các đặc điểm sau:

➤ Nó đo lường bất kỳ số lượng dòng điện nào có liên kết với vùng so lệch

➤ Nó cho phép thao tác tùy ý các tín hiệu trung gian so lệch và hãm

➤ Nó tạo ra hai dòng điện tương đương (dòng tại chỗ và dòng từ xa) để cho ra một tỷ số phức trên AP, với tỷ số này kiểm tra so với đặc tính làm việc của AP Rơle

sử dụng thuật toán AP mở rộng vì những lý do sau:

+ Khả năng làm việc với các ĐZ có nhiều đầu với mỗi thiết bị đầu cuối có nhiều dòng điện liên kết với vùng 87L

+ Có khả năng thực hiện bù dòng điện nạp không phải ước tính chính xác số lượng dòng điện nạp từ mỗi thiết bị đầu cuối liên kết với vùng so lệch AP truyền thống hoạt động dựa trên các dòng điện của vùng và sẽ yêu cầu mỗi dòng điện của vùng phải được bù riêng

+ Khả năng cung cấp bảo vệ MBA dạng ―in-line‖, đặc biệt là với lợi thế của việc hãm sóng hài khi tình trạng dòng từ hóa tăng vọt AP truyền thống không phát hiện tín hiệu hãm sóng hài này và không thể có các ứng dụng như vậy

+ Có khả năng hãm tốt các phần tử so lệch (87LQ và 87LG) hơn khi sự cố ngoài vùng bảo vệ (ví dụ như các sự cố ba pha đối xứng)

2.1.1.3 Giám sát sự cố ngoài vùng bảo vệ

Chức năng 87L của rơle kết hợp một thuật toán phát hiện sự cố ngoài vùng bảo vệ Thuật toán này phân tích một số tính năng nhất định của các dòng điện vùng 87L để khai báo sự kiện bên ngoài như: sự cố, khởi động tải dưới tỷ số X/R đặc biệt cao, hoặc dòng từ hóa tăng vọt của MBA có thể gây nguy hiểm cho sự an toàn của 87L khi độ bão hòa của CT có thể xuất hiện

Việc xác định thuật toán xảy ra trước và ở bất kể độ bão hòa nào của biến dòng (CT),

có tính an toàn thích hợp cho sơ đồ 87L, đặc biệt là đối với các phần tử 87LQ và 87LG Thuật toán phát hiện sự cố bên ngoài gồm hai trường hợp:

➤Trường hợp ―bão hòa AC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa có khả năng nhanh và nghiêm trọng do biên độ của dòng điện rất lớn trong các sự cố bên ngoài gần sát vùng; ➤Trường hợp ―bão hòa DC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa chậm và ít nghiêm trọng hơn, như trong các trường hợp: dòng từ hóa MBA tăng đột biến hoặc các sự cố với tỉ số X/R đặc biệt cao

Hình 2.3 cho thấy một sơ đồ logic đơn giản về thành phần ―bão hòa AC‖ của thuật toán Nguyên lý hoạt động dựa trên cơ sở rằng: sau khi sự cố khởi động, dòng so lệch không xuất hiện ngay khi có sự cố ngoài vùng bảo vệ, nhưng tín hiệu hãm lập tức tăng ngay Logic sự cố ngoài vùng này khác với logic sự cố trong vùng (trong đó, cả dòng

so lệch và dòng hãm đều xuất hiện đồng thời) Thuật toán theo dõi sự khác biệt này đáp ứng với những thay đổi về dòng so lệch và dòng hãm Nếu thuật toán phát hiện sự gia tăng đầy đủ về tín hiệu hãm mà không có sự gia tăng tương ứng của tín hiệu so lệch, nó sẽ thông báo có một sự cố bên ngoài Khi cả hai tín hiệu phát triển đồng thời, logic EFDAC sẽ không khẳng định

Hình 2.3: Sơ đồ logic giám sát sự cố ngoài vùng (trường hợp “bão hòa AC”)

Nói chung, rơle sẽ phát hiện ra sự cố ngoài vùng (trong giới hạn độ nhạy của thuật toán phát hiện sự cố) đối với tất cả các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị ở các đầu đường dây liên quan Tùy thuộc vào dòng điện chạy về điểm sự cố ngoài vùng, rơle có thể phát hiện hoặc không phát hiện ra các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị

ở các đầu đường dây từ xa Để giải quyết vấn đề này, các rơle chuyển đổi các bit phát hiện sự cố ngoài vùng để thông báo cho tất cả các rơle đặt ở các đầu ĐZ nếu có bất kỳ rơle nào phát hiện ra một sự cố ngoài vùng

SEL-411L kết hợp output từ cả hai logic để điều khiển một Relay Word bit (bit) phát hiện lỗi bên ngoài (EFD) Rơle sử dụng kết hợp ―OR‖ của trường hợp bão hòa

AC và DC không chỉ để điều khiển bộ giám sát sự cố bên ngoài tại chỗ, mà còn để chuyển tiếp thông tin về sự cố bên ngoài đến tất cả các thiết bị đầu cuối từ xa

Bit EFD mà chúng ta thấy là output của Hình 2.4 là 1 sự kết hợp ―OR‖ của bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng tại chỗ và từ xa Bằng cách này, tất cả các thiết bị đầu cuối đều nhận được một cảnh báo về sự cố ngoài vùng ngay cả khi một trong các thiết

bị đầu cuối có dòng điện nhỏ nhất đóng góp cho sự cố Khi xác nhận bit EFD thì tất cả các phần tử 87L chuyển sang chế độ an toàn cao

Hình 2.4: Bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng kết hợp (AC & DC) 2.1.1.4 MBA dạng mắc nối tiếp

Chức năng 87L thực hiện việc bù nhóm vector MBA dạng mắc nối tiếp Chức năng này cũng cung cấp logic khóa trong điều kiện đóng xung kích MBA và cung cấp cả hai: hãm sóng hài và chặn dòng từ hóa trong MBA Việc bù dòng điện xảy ra ở rơle tại chỗ trước khi đến rơle từ xa Khi rơle tại chỗ nhận dữ liệu từ các thiết bị ở đầu ĐZ đối diện, nó có thể lấy được các dữ liệu này thông qua việc sử dụng cùng tín hiệu đang xử

lý và thuật toán như Hình 2.5

Hình 2.5: Bù MBA dạng In-Line ở rơle tại chỗ 2.1.1.5 Chức năng cắt một pha từ 87L

SEL-411L cho phép cắt một pha từ 87L Điều này bao gồm các sự cố điện trở cao từ các phần tử 87LQ và 87LG nhạy Các phần tử này không có pha sự cố cố định Do đó, chức năng 87L kết hợp logic lựa chọn pha bị sự cố của chính nó và sử dụng các thành phần đối xứng trong các dòng so lệch pha để cung cấp kiểu sự cố rất nhạy, chính xác

và nhanh để nhận biết Dòng so lệch có sẵn cho SEL-411L là dòng sự cố tại điểm sự

cố Mối quan hệ về góc pha giữa các thành phần đối xứng của dòng sự cố này cho phép lựa chọn pha rất chính xác, ngay cả dưới sự hiện diện của dòng điện nạp, sai số

CT hoặc một số lỗi về đồng bộ hóa dữ liệu Rơle cũng sử dụng logic lựa chọn pha bị

sự cố này từ 87LP các phần tử pha bởi vì các phần tử này kém nhạy hơn và có thể thay đổi độ tin cậy giữa ba pha theo điện trở sự cố và các điều kiện khác Khi thực hiện cắt

1 pha trong chế độ ―slave‖ từ logic 87DTT, SEL-411L sử dụng logic nhận dạng một đầu đã được chứng minh dựa trên các mối quan hệ về góc trong dòng điện tại chỗ

2.1.2 Các chức năng bảo vệ khác

2.1.2.1 Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)

SEL-411L có năm vùng khoảng cách độc lập: vùng 1 và 2 được chọn cố định theo hướng thuận Vùng 3, 4 và 5 có thể chọn hướng thuận hoặc nghịch nhưng khi trong cùng 1 vùng pha-pha hay pha-đất, nếu ta đã chọn theo một hướng nào đó thì chức năng còn lại cũng chọn theo hướng đó Tất cả các vùng được cài đặt độc lập Chức năng này dùng cực tính điện áp thứ tự thuận và để tạo ra một đặc tính đường tròn mở rộng Các phần tử khoảng cách pha hoạt động trên các sự cố pha-pha, pha-đất và 3 pha

Bảo vệ khoảng cách đặc tính Mho: SEL-411L sử dụng đặc tính Mho cho pha-pha và

pha-đất Hai vùng được cố định theo hướng thuận và ba vùng còn lại có thể được đặt

hướng thuận hoặc nghịch

Tất cả các phần tử Mho sử dụng cực tính thứ tự thuận mở rộng đặc tính hoạt động tỷ

lệ với trở kháng nguồn Điều này tạo sự tin cậy, an toàn cho các sự cố sát vùng

Hình 2.6: Đặc tính Mho-Đặc tính trạng thái ổn định và đặc tính mở rộng Logic xâm lấn tải: Là chức năng ngăn chặn sự tác động nhầm của rơle khi HTĐ đang

vận hành trong tình trạng tải lớn [11] Khi chức năng này được cài đặt, nếu rơle tính toán giá trị tổng trở thứ tự thuận nằm trong vùng đặt của tải thì chức năng 21 sẽ khóa

Vì vậy khi thí nghiệm các điểm nằm sát trục X thì sẽ không tác động chính xác

Hình 2.7: Logic xâm lấn tải Logic kiểm tra mất áp (LOP) giám sát các phần tử hướng: Logic này tham gia bảo vệ

khóa chức năng khoảng cách khi phần tử ELOP= Y hoặc Y1 Khi đó rơle sẽ khóa chức năng bảo vệ khoảng cách khi phát hiện mất áp

Bảo vệ khoảng cách đặc tính tứ giác (Quad): SEL-411L cung cấp năm vùng đặc tính

tứ giác cho pha và đất Các đường trở kháng của đặc tính tứ giác tự động nghiêng với dòng tải để tránh truyền cắt dưới/vượt tuyến Các cài đặt có sẵn ngăn chặn sự vượt tuyến của đặc tính tứ giác Ta có thể chọn để không cho phép các phần tử khoảng cách Mho và Quad hoạt động hoặc sử dụng chúng một cách riêng biệt hoặc đồng thời Mỗi phần tử khoảng cách đều có cài đặt cụ thể Phần tử khoảng cách đất bao gồm 3 cài đặt

hệ số bù thứ tự 0 (k01, k0R, và k0F) để tính trở kháng sự cố đất một cách chính xác Cài đặt k01 sử dụng các đại lượng thứ tự nghịch để điều chỉnh trở kháng ĐZ thứ tự 0

để đo chính xác Cài đặt k0F và k0R cho thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Hình 2.8: Đặc tính Quad

Để có được kết quả thử nghiệm đạt chuẩn thích hợp cho các phần tử tứ giác (sự cố đất), thường hay sử dụng mô hình trở kháng nguồn không đổi (để có thể mô phỏng sự thay đổi của HT thực cho độ lớn và góc pha của cả điện áp và dòng điện để đạt được điểm trở kháng yêu cầu

Hướng: Chức năng về hướng gia tăng độ nhạy và an toàn: SEL411L dùng các phần

tử kiểm tra hướng để giám sát các thành phần bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng có hướng Phần tử hướng thứ tự nghịch sử dụng cùng nguyên tắc giống trong rơle SEL-

321 và SEL-421

2.1.2.2 Chức năng gia tốc bảo vệ (Logic chống đóng vào điểm sự cố-SOTF)

Khi đóng điện vào ĐZ đang sự cố do những nguyên nhân khách quan và chủ quan thường hay xảy ra và gây ra hậu quả nghiêm trọng về thiết bị và con người Các sự cố này dù lớn hay nhỏ cần phải được cô lập ngay lập tức

Vì thế, ta có mạch gia tốc bảo vệ SOTF để cô lập sự cố một cách nhanh chóng nhất

dù xảy ra ở bất kỳ hình thức nào (thực tế chỉ là một bảo vệ cắt nhanh)

Với SEL-411L: Chức năng SOTF hoạt động khi có sự cố trên ĐZ thì rơle sẽ gởi lệnh đóng lặp lại Khi tự động đóng lặp lại hoặc đóng bằng tay không thành công do sự cố vẫn còn tồn tại thì chức năng SOTF sẽ được kích hoạt Khi MC được nhận lệnh cắt từ SOTF, chức năng F79 sẽ phải bị khóa

Logic SOTF cho phép các phần tử bảo vệ cắt trong một khoảng thời gian được đặt trước sau khi MC đóng Các phần tử này trong phương trình điều khiển SELOGIC TRSOTF (đi cắt để chống đóng vào điểm sự cố) Logic SOTF làm việc qua hai giai đoạn: Xác nhận một điều kiện SOTF có thể và khởi động thời gian bảo vệ SOTF Rơle xác nhận điều kiện SOTF như sau:

➤ Khi MC mở: Phát hiện điều kiện mở 1 pha (3PO hoặc SPO) khi cài đặt 52AEND ➤ Khi MC đóng: Phát hiện điều kiện mở 1 pha (3PO hoặc SPO) khi cài đặt CLOEND không phải là OFF

2.1.2.3 Chức năng dò dao động công suất (78)

Dao động công suất (PWS) là chế độ làm việc bất thường của HTĐ [12] PWS sẽ xuất hiện khi HT xảy ra các sự cố, truyền tải công suất quá cao, hoặc trong quá trình

HT chuyển trạng thái làm việc (đóng cắt phụ tải, các ĐZ truyền tải) Khi đó, dòng điện

và điện áp đo lường ở rơle có độ lớn và góc lệch pha thay đổi liên tục theo chu kỳ dao động (I tăng, U giảm) và rơle cảm nhận như có ngắn mạch trên đường dây Do đó, rơle dễ bị tác động nhầm, dẫn đến cắt thêm các máy phát điện và đường dây, làm trầm trọng hơn chế độ vận hành của hệ thống điện (HTĐ) và có thể dẫn đến rã lưới

SEL-411L có khả năng chọn một trong hai thuật toán để dò dao động công suất Với phương pháp cài đặt ngưỡng 0, không cần thiết phải nghiên cứu hoặc cài đặt hệ thống (ngoài việc cho phép) chức năng 78 hoạt động Nếu sử dụng các phép đo điện

áp tại chỗ (xem hình 2.9) để gần đúng với điện áp trung tâm dao động (SCV), rơle sử dụng sự thay đổi về tỷ lệ SCV để định lượng tình trạng dao động công suất Đối với cả hai phương pháp, hệ thống cung cấp hiệu suất tốt được chứng minh cho các tình trạng

sự cố trong vùng và ngoài vùng và tất cả các dao động công suất bình thường

Hình 2.9: Áp dụng VS để ước lượng điện áp trung tâm dao động 2.1.2.4 Chức năng cắt và nhận truyền cắt

Với SEL-411L: Sơ đồ cắt hỗ trợ truyền thông cung cấp khối bảo vệ cho ĐZ mà không cần bất kỳ thiết bị điều phối bên ngoài nào cả Rơle gồm 5 sơ đồ sau đây:

➤ POTT - cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phép;

➤ POTT2 - cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phép 2 kênh; ➤ POTT3- cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phép (tách pha); ➤ DCUB - Bỏ chặn điều khiển dữ liệu so sánh hướng;

➤ DCB - Chặn điều khiển dữ liệu so sánh hướng

2.1.2.5 Chức năng bảo vệ xa (85): 85 làm việc khi chức năng 21 trong SEL-411L tại

TBA 500kV Pleiku xảy ra sự cố nằm ở vùng 1 làm việc Lúc này, rơle sẽ khép tiếp điểm đi cắt MC xuất tuyến 500kV tại đầu Pleiku đồng thời khép tiếp điểm của chức năng 85 gửi tín hiệu đến TBA 500kV Cầu Bông để cắt MC 500kV đầu đối diện bằng

tín hiệu cáp quang và ngược lại

2.1.2.6 Chức năng quá dòng (50/51)

SEL-411L bao gồm 4 phần tử quá dòng pha, bốn phần tử quá dòng thứ tự nghịch và bốn phần tử quá dòng cắt nhanh đất SEL-411L cũng có 10 phần tử quá dòng đặc tính

thời gian nghịch Có thể chọn các đại lượng làm việc sau: | IA |, | IB |, | IC |, MAX (|

IA |, | IB |, | IC |), | I1 |, | 3I2 |, | IG |, | 87IA |, | 87IB |, | 87IC |, | 87I1 |, | 87I2 |, | 87IG |

2.1.2.7 Chức năng lỗi máy cắt (50BF): Bảo vệ 50BF làm việc trên nguyên tắc phát

hiện lỗi MC khi có sự cố xảy ra & phát lệnh đi cắt các MC xung quanh nhằm ngăn

ngừa sự cố phát triển

2.1.2.8 Chức năng điện áp (59/27): Rơle cung cấp sáu phần tử kém áp và sáu phần

tử quá áp Mỗi phần tử trong số 12 phần tử này có hai cấp, với tổng cộng 24 phần tử

quá áp/kém

2.1.2.9 Chức năng tần số (81): Dùng các phần tử tần số để bảo vệ tần số bất thường Các phần tử quá/kém tần số trong rơle có sáu cấp Chúng sử dụng điện áp thứ tự

thuận Mỗi phần tử này có thể hoạt động quá hoặc kém tần số không phụ thuộc vào sự

cài đặt khởi động của nó

2.1.2.10 Chức năng đóng lặp lại (79) và chức năng kiểm tra hòa đồng bộ (25)

SEL-411L cung cấp tối đa 4 lần đóng lặp lại, đặt tại địa chỉ E79 Chức năng tự động đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ cung cấp đầy đủ các sơ đồ điều khiển cho tự động đóng lặp (ĐLL) lại một và hai MC Chức năng này gồm cả 1 pha và 3 pha

2.1.3 Định vị sự cố

Rơle SEL-411L dùng 3 phương pháp sau đây để định vị sự cố [13]:

• Phương pháp 1 đầu SE (Single-ended);

• Phương pháp nhiều đầu ME (Multi-ended);

• Phương pháp sóng truyền TW (Travelling Wave)

Phương pháp định vị sự cố 1 đầu (single-ended) cũng trên cơ sở nguyên lý tổng trở và không đòi hỏi 1 kênh truyền thông riêng để giao tiếp giữa các rơle Rơle dùng thuật toán Takagi để tính toán khoảng cách tới điểm sự cố dựa trên các giá trị điện áp

và dòng điện tại điểm đặt rơle

Phương pháp định vị sự cố 2 đầu (double-ended) dựa trên nguyên tắc tổng trở và cũng cần có 1 kênh truyền thông riêng biệt Rơle tại mỗi đầu sẽ ghi nhận lại giá trị dòng tổng và dùng nó như một đại lượng phân cực để thu về 1 kết quả có độ chính xác cao hơn phương pháp 1 đầu

TWFL thì dùng các nhãn thời gian từ dữ liệu sóng lan truyền và cần thiết phải có một kênh thông tin riêng để thực hiện việc tự động báo cáo vị trí sự cố Phương pháp này rất ưu việt và độ chính xác đạt được cao nhất

Rơle hỗ trợ phương pháp định vị sự cố bằng sóng truyền cho hai đầu của các đường dây Nó sử dụng thuật toán sóng truyền loại D (double ended-2 đầu) để tính các vị trí

sự cố Một bộ chuyển đổi ―tương tự-số‖ riêng biệt và chuyên dụng lấy mẫu hai tập cài đặt các dòng điện 3 pha (tập các đầu vào dòng điện 3 pha: IAW, IBW và ICW và tập các đầu vào dòng điện kết hợp: IAX, IBX và ICX) ở tần số 1,5625 MHz Nếu TWCOMI được cài đặt N và TWALTI được cài đặt là NA hoặc 0, thuật toán định vị

sự cố bằng sóng truyền sử dụng các dòng IW Nếu TWALTI được cài đặt và đánh giá

là logic 1 thì thuật toán định vị sự cố bằng sóng truyền sử dụng các dòng IX Nếu TWCOMI được cài đặt thành Y, thuật toán sử dụng các dòng kết hợp (IAW + IAX, IBW + IBX và ICW + ICX) [13]

Setting TWFLIF cho phép tính toán vị trí sự cố Sau một nhiễu loạn, rơle ước tính thông tin về sóng đến nếu TWFLIF được xác nhận Nếu kênh so lệch được cấu hình (E87CH = 2SS hoặc 2SD trong setting Port 87) thì rơle sẽ gửi thông tin sóng truyền đến tới rơle đầu cuối từ xa Khi rơle này nhận được thông tin sóng truyền từ xa (thông qua 1 kênh truyền thông khác), thuật toán sẽ tính toán vị trí sự cố Để có hiệu suất tốt nhất, hãy lập trình TWFLIF sao cho nó chỉ xác nhận các tình trạng sự cố bên trong Tóm tắt sự kiện gồm thông tin vị trí sự cố sóng truyền được tính toán và làm cho nó

có hiệu lực dưới dạng một đại lượng tương tự TWFLOC Sóng truyền cũng cung cấp thông tin sóng đến tại mỗi rơle đầu cuối Hơn nữa, thời gian của sóng đến (nano giây) cũng có sẵn dưới dạng các input tương tự DNP

Hình 2.10 cho thấy các sóng truyền được bắt tại một trong hai đầu cuối Bảng 2: mô tả các setting định vị sự cố bằng sóng truyền

Hình 2.10: Rơle trao đổi thông tin đỉnh của sóng truyền thông qua kênh truyền tin 87L

Hình 2.11: Sơ đồ định vị bằng TWFL Bảng 2: Mô tả các cài đặt định vị sự cố bằng sóng truyền

ETWFL (Y, N) Cho phép định vị sự cố bằng sóng truyền

SCBL Chiều dài cáp nhị thứ đấu đến CT (m), thuật toán định vị sự cố

bằng sóng truyền bù cho chiều dài cáp nhị thứ của CT

LPVEL Tốc độ truyền sóng tính bằng pu theo tốc độ ánh sáng

TWFLIF Điều kiện sự cố bên trong cho TWFL (phương trình SELOGIC)

2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L

Để bảo vệ so lệch dọc làm việc đúng, điều kiện đầu tiên là tổng dòng điện vào thiết bị bảo vệ bằng không trong điều kiện vận hành bình thường Tuy nhiên, trong thực tế sẽ luôn có xuất hiện dòng không cân bằng do những nguyên nhân sau:

- Dòng dung đường dây: tạo ra do dung dẫn ĐZ so với đất và giữa các pha với nhau

- Sai số biến dòng điện: gây ra bởi sự đáp ứng đặc tính của biến dòng điện với mạch

đầu vào của thiết bị

- Ngoài ra, sai số dòng điện còn chịu ảnh hưởng của sai số tính toán, các thành phần

sóng hài, sai lệch tần số, chất lượng đường truyền …

Để tránh các ảnh hưởng gây ra tác động nhầm cho rơle so lệch, các bảo vệ hiện nay

đều sử dụng các đặc tính phân cực (hay còn gọi là đặc tính hãm)

* Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L: Trong luận văn này, ta sẽ xét ảnh hưởng của các yếu tố: dòng dung ĐZ, tụ bù dọc (TBD) và sai số CT

2.2.1 Điện dung đường dây tải điện

Xét điện dung ĐZ chính là ta đi xét tụ điện của nó Bản chất của tụ điện là chất điện môi xen giữa hai vật dẫn Trong trường hợp ĐZ truyền tải: không khí coi như

chất điện môi, các dây dẫn và đất, hoặc hệ thống nối đất, là hai bản cực của tụ

Xét ĐZ truyền tải (Hình 2.12): Ta thấy khoảng cách giữa các pha, giữa pha với

đất thường khác nhau Sự mất đối xứng hay khoảng cách tương đương dẫn đến điện dung không cân bằng giữa các pha Trong đó: Xp là điện kháng của kháng bù ngang (KBN) (); BCg: Dung dẫn pha - đất (1/); BCh: Dung dẫn Pha - Pha (1/) Do đó,

sẽ tạo ra dòng dung đường dây so với đất và giữa các pha với nhau, dòng này được xác định theo điện áp và điện dung đường dây Điều này cần lưu ý khi tính toán giá trị chỉnh định của chức năng so lệch dọc trong rơle Với một số rơle hiện nay đã có hỗ trợ cho việc cài đặt dòng so lệch phù hợp khi đưa vào các thông số điện áp và dung ĐZ

Hình 2.12: Dung dẫn pha-pha trên 1 mạch, dung dẫn giữa các pha 2 mạch, dung

dẫn pha- đất ĐZ mạch kép

* Nhận xét: Khi tính toán bảo vệ so lệch dọc ĐZ, người ta hay quan tâm đến việc tính

toán dòng dung để tránh việc bảo vệ tác động nhầm

2.2.2 Ảnh hưởng của sai số biến dòng điện (CT)

2.2.2.1 Sai số biến dòng điện: gây ra bởi sự đáp ứng đặc tính của biến dòng điện với

mạch đầu vào của thiết bị Để giảm ảnh hưởng của chúng, rơle tính toán dòng điện ổn

định ∆I từ các thông số của biến dòng điện và độ lớn dòng điện đo được

Nhận xét: Sai số của CT là do mạch từ của CT bị bão hòa (do tồn tại của dòng từ hóa)

làm giảm dòng thứ cấp so với giá trị xác định theo tỉ số biến định mức Điều đó làm giảm chiều dài vùng bảo vệ (đối với chức năng 21) Dòng từ hóa càng cao thì sai số càng lớn Vì vậy, CT được kiểm tra theo đường cong sai số 10% đối với giá trị cực đại của dòng điện khi ngắn mạch ở cùng vùng 1 đối với chức năng 21

V thứ cấp = I thứ cấp * (Z cuộn thứ cấp + Z dây dẫn phụ + Z thiết bị nối vào) Khi tải tăng sẽ dẫn đến điện áp thứ cấp tăng Điều này làm gia tăng dòng từ hóa

Ie dẫn đến tăng sai số của CT

2.2.2.2 Bão hòa mạch từ biến dòng (CT)

- Là trạng thái dòng thứ cấp của TI không còn tăng tuyến tính với dòng sơ cấp hay tỷ

số của nó [10]

- Nguyên nhân cơ bản của bão hòa mạch từ: dòng sơ cấp của CT tăng quá cao so với giá trị thiết kế

- Khi CT bão hòa dẫn đến sai số làm ảnh hưởng tới việc đo lường và bảo vệ rơle Biết

được bão hòa mạch từ CT xảy ra khi nào, đường cong từ hóa của CT cao hay thấp giúp

ta biết được loại CT dùng cho đo lường hay bảo vệ Khi đó, HTĐ sẽ làm việc tin cậy

- Đối với rơle SEL-411L: khi sự cố không cân bằng ngoài vùng Lúc CT bão hòa

dữ dội, cường độ dòng điện đo được có thể giảm xuống chỉ còn 1/3 mức lúc dòng chưa bão hòa Điều này sẽ dịch chuyển tỉ số AP từ 1 xuống thấp đến 1/3-Hình 2.15

- 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 40º (vùng C)-Hình 2.14

Hình 2.14: CT bão hòa dữ dội, dòng thứ vượt trước dòng sơ cấp 1 góc 40º (vùng C)

Hình 2.15: CT bão hòa gây ra góc pha dẫn trước và làm giảm độ lớn dòng điện 2.2.2.3 Dòng không cân bằng

Ikcb sinh ra do đặc tính từ hóa của các CT khác nhau [2] Trong tình trạng vận hành bình thường và ngắn mạch ngoài vẫn có Ikcb vào rơle Ikcb lớn khi I sơ cấp tăng cho nên mức độ từ hóa của các TI khác nhau càng lớn Ngắn mạch sát vùng bảo vệ thì Ikcb rất lớn Vì vậy, yêu cầu của bảo vệ so lệch nói chung và bảo vệ so lệch đường dây nói

riêng là không được tác động khi có ngắn mạch ngoài Cho nên điều kiện bảo vệ không được tác động khi có ngắn mạch ngoài là Ikđbv > Ikcb max [2]

Ikcb max = k.Inng max; Kđz = Kđn.Kkck * fi, trong đó:

Kkck: Dòng tự do; fi: hệ số không chu kỳ, Kđn: Độ nhạy

Ikđ > Kđn.Kkcb.fi Inng max, trong đó thành phần Kkcb trong dòng Ikcb là rất lớn Ikcb không phải lớn trong giai đoạn đầu của ngắn mạch ngoài mà là sau khi ngắn mạch ngoài 1 vài chu kỳ (1 chu kỳ = 1/50=20ms) Ikcb sau ngắn mạch ngoài lớn hơn Ikcb trước ngắn mạch ngoài là do có từ dư trong lõi thép [2]

* Đối với chức năng bảo vệ 87L:

- CT đóng một vai trò quan trọng Sai số trong CT và ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa TI sẽ làm bảo vệ tác động sai Vì vậy, cần phải sử dụng các vật liệu sắt từ chất lượng tốt để cải thiện đặc tính từ hóa CT, đồng thời ngoài công tác kiểm tra sai số tỉ số biến CT trong mạch đo đếm, bảo vệ và kiểm tra mạch nhị thứ đảm bảo theo yêu cầu thiết kế thì chúng ta cần phải chú ý đến sai số chúng làm việc ở tải thực tế, yêu cầu công tác kiểm định và kiểm tra sai số CT định kỳ hằng năm cần được chú trọng hơn và cần có những giải pháp để giảm thiểu sai số hiệu quả hơn nữa Muốn giảm sai số đầu

ra CT nhỏ cần phải tăng chi phí để chế tạo và sử dụng các giải pháp mới

- Đặc tính tác động phẳng của SEL-411L khá ưu việt do nó xét đến cả về biên độ và

góc pha của dòng điện, đồng thời xử lí được sai số của CT

- Công thức tính tổng trở Z lớn nhất của CT để có thể tránh sai số đối với SEL-411L:

1

S B

F

V Z

X I

R là tỉ số điện kháng & điện trở sự cố;

- Với ĐZ có 2 đầu cuối, SEL-411L 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 lớn hơn 7,5.

1

S

F

V X I R

2.2.3 Ảnh hưởng của tụ bù dọc (TBD)

Tụ bù dọc thường ảnh hưởng đến bảo vệ F21 Phần này đề cập một số yếu tố ảnh hưởng của TBD đối với chức năng F21

2.2.3.1 Tác dụng của TBD

- TBD là phương pháp nối tiếp các bộ tụ điện tĩnh (hoặc máy bù đồng bộ) vào các ĐZ

dùng trong truyền tải xa

- TBD dùng để bù thông số ĐZ (bù công suất phản kháng) nhằm tăng khả năng truyền

tải của ĐZ Ngoài ra nó còn có tác dụng giảm điện áp trong trường hợp ĐZ vận hành không tải và hở mạch đầu cuối (điều chỉnh U bằng cách điều chỉnh Q nên dùng TBD; dòng điện mang tính dung khi đi qua điện dung của ĐZ sẽ làm điện áp sau điện dung

ĐZ giảm thấp so với trước điện dung) [6]

- TBD giúp tăng độ ổn định, tin cậy cung cấp điện và giảm được chi phí vận hành nhờ tính ưu việt về kỹ thuật của nó TBD nâng cao khả năng truyền tải ĐZ nhưng không làm mất đi độ ổn định của điện áp và góc pha Trái lại, còn tăng sự ổn định cho chúng

mà không làm giảm công suất truyền tải Đồng thời giảm số lượng ĐZ, giảm tổn thất điện áp, giảm quá điện áp phục hồi TRV:

+ Thay đổi giá trị điện kháng của ĐZ nhằm giảm tổn thất điện áp trên ĐZ (cải thiện tính ổn định của điện áp tại các nút) và giúp tăng độ ổn định điện áp của HTĐ khi có

sự cố (bù sự giảm sụt áp do XL gây ra bằng việc sinh ra một lượng QC-giá trị này tỷ lệ với bình phương dòng điện tải qua tụ, nhờ đó cải thiện điện áp của ĐZ và của HTĐ); + Tăng giới hạn truyền tải Pgh =U1.U2/ (XL -XC) của ĐZ bằng cách XC của tụ triệt tiêu

1 phần (bù) XL của ĐZ-thay đổi giá trị điện kháng của ĐZ:

P truyền tải trên ĐZ trước bù: Pgh =U1.U2/ (XL -XC); P truyền tải trên ĐZ sau bù: Pbù =

U1.U2/ ((XL -( XC –Xbù)), trong đó:

U1, U2: điện áp đầu và cuối ĐZ; XL: cảm kháng của ĐZ; XC: dung kháng của ĐZ; Xbù: dung kháng của TBD So sánh công suất truyền tải trên ĐZ trước và sau bù: Pbù > P

2.2.3.2 Xác định dung lượng bù

- Bù quá nhiều sẽ làm tăng dòng ngắn mạch, bù quá điện áp

- Dung lượng bù cho lưới 500kV ở Việt Nam là < 70% (xo*l (ohm))

2.2.3.3 Ảnh hưởng khi bù dọc & nối tắt nhanh TBD khi có ngắn mạch xảy ra

- Một trong những khó khăn đáng kể của việc dùng TBD là cần phải bảo vệ

chống quá điện áp cho các bộ tụ điện khi có ngắn mạch [6] Thường bảo vệ bằng những mỏ phóng khi điện áp đặt trên tụ vượt quá 3-4 lần Uđm, những mỏ phóng này sẽ nối tắt các bộ tụ điện lại Sau khi có ngắn mạch, để giữ vững sự ổn định động cần phải nhanh chóng đưa các tụ điện vào làm việc lại vì tác dụng bù của chúng trong giai đoạn này (sau khi cắt ngắn mạch) trong nhiều trường hợp sẽ là yếu tố quyết định để giải quyết tốt sự cố Vì vậy, thường dùng những mỏ phóng có tự động khử nhanh ion nhờ

trang bị khí nén hoặc những mỏ phóng thông thường nối cùng một mạch với các MC không khí làm nhiệm vụ khử nối tắt các bộ tụ điện [6]

- Ngoài những điểm tích cực khi dùng TBD đã nói ở trên thì khi bù cũng có thể

làm thay đổi thông số của ĐZ (khi thay đổi dung của tụ thì Zđz cũng thay đổi theo) dẫn tới thay đổi trào lưu công suất và hoạt động của chúng sẽ tác động đến rơle 21 lý do: Khi có ngắn mạch sau TBD thì rơle không thể thấy điểm ngắn mạch và cả 1 đoạn

ĐZ gần đó vì tổng trở đo được nằm sau lưng bảo vệ nên không tác động được Điều này có thể làm cho bảo vệ trước đó tác động sai (vì không chọn lọc) Để ngăn tác động sai thì khi xảy ra ngắn mạch ta cần nối tắt tụ điện để trở lại bình thường Tuy nhiên, cần trì hoãn lại tác động khoảng 0,1-0,15s Ở các bộ TBD hiện đại, người ta dùng hệ thống bảo vệ bằng điện trở phi tuyến MOV, khe phóng điện và MC đấu song song với

bộ tụ để bảo vệ quá áp khi vận hành bình thường, vì TBD có dung lượng cố định nên trị số của nó là không đổi Do đó, khi có ngắn mạch xảy ra hoặc sự cố đứt 1 dây trong

4 dây của 1 pha thì cũng không ảnh hưởng gì đến tụ vì khi đó tụ đã được nối tắt (chế

độ bypass) để 21 tác động đúng sự cố Như vậy, khi cài đặt rơle, người ta không kể đến TBD, đó là do phương thức vận hành của tụ quy định rồi

- Thành phần dòng phóng trong TBD: Nếu khi sự cố chạm đất 1 pha trên ĐZ mà

không nối tắt tụ bằng MC bypass, dòng hồ quang thứ cấp sẽ có biên độ rất lớn với thành phần dao động của dòng phóng chiếm đa phần ở dải tần 5-7Hz Các thành phần này góp phần làm tăng thời gian dập tắt hồ quang, cũng như gây khó khăn để đạt được thời gian chết rút ngắn theo yêu cầu duy trì ổn định HTĐ Do vậy nhất thiết phải loại trừ thành phần dòng phóng trong TBD nhằm tăng tiến trình dập tắt hồ quang mau chóng Vận hành thực tế cho thấy khi xảy ra ngắn mạch trên ĐZ, năng lượng hấp thu của MOV tụ sẽ vượt quá khả năng chịu đựng của MOV, do vậy MC bypass tụ sẽ nối tắt TBD ở cả 2 đầu của pha sự cố với thời gian đóng nhanh nhất Thông thường, khoảng thời gian này khoảng 100-130ms (Tbypass=100-130ms) [6]

Thời gian chết để đóng lại một pha cho đường dây 500 kV không thực hiện bù dọc được tính theo công thức sau: Tdeadtime = Tbypass + Tdc + Tarc + Tdielectric , trong đó:

Tbypass: thời gian lớn nhất để nối tắt tụ bù dọc Tbypass =130ms

Tarc: thời gian cần thiết để dập tắt thành phần 50 Hz

Tdielectric: thời gian cần thiết để phục hồi cách điện = 100 ms

Tdc: thời gian để có điểm về 0 đầu tiên của dòng hồ quang thứ cấp (do thành phần

DC của dòng điện hồ quang thứ cấp tạo nên)

Với đường dây không có tụ bù dọc, thời gian chết cho đóng lại một pha được tính theo công thức sau: Tdeadtime = Tdc + Tarc + Tdielectric

Hình 2.16: Đồ thị xác định thời gian tắt của hồ quang thứ cấp

2.3 Kết luận

Chương này đã phân tích nguyên lý hoạt động, thông số của các chức năng chính của SEL-411L và các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của SEL-411L Các thông số cài đặt, cấu hình quyết định sự làm việc chính xác của rơle, đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, tin cậy Vì vậy yêu cầu nhân viên thí nghiệm, người vận hành phải nắm vững nguyên lý hoạt động để có thể cài đặt thông số, cấu hình, phương trình SELogic được sử dụng tại TBA 500kV Pleiku và Cầu Bông sẽ được phân tích trong Chương 3

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG

ĐZ 500kV Pleiku-Cầu Bông được thiết kế bảo vệ bằng rơle so lệch dọc SEL-411L Trong chương này, tác giả sẽ trình bày cách tính toán chỉnh định, cài đặt thông số, phân tích cấu hình và thí nghiệm HTBV so lệch dọc ĐZ 500kV Pleiku-Cầu Bông

3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt và cấu hình rơle SEL-411L

ĐZ 500kV Pleiku – Cầu Bông có chiều dài 415,35 km, được sử dụng loại dây dẫn nhôm lõi thép phân pha, mỗi pha gồm 4 dây ACSR330/43 Sử dụng dây chống sét kết hợp với dây cáp quang loại OPGW80 để truyền tín hiệu bảo vệ và thông tin Tại mỗi đầu ĐZ có lắp đặt tụ bù dọc (TBD), kháng bù ngang (KBN) & kháng trung tính

- Tại đầu CB: Lắp đặt bộ TBD503 30,5Ω-2000A và KBN (KH503) 157MVAr

- Tại đầu PLK: Lắp đặt bộ TBD504 30,5Ω-2000A và KBN (KH504) 63,3MVAr

3.1.1 Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn

Hình 3.1: Hệ thống điện được sử dụng cho việc chọn lựa biến dòng (CT)

SEL-411L dùng phần tử tốc độ cao cho các chức năng 87L và khoảng cách và áp dụng các phần tử này cho tất cả vùng và đặc tính (bao gồm các đặc tính đường tròn và

tứ giác) Do đó, khi có sự cố bên trong vùng được bảo vệ, các phần tử tốc độ cao này phải kích hoạt trước khi CT xảy ra bão hòa trong tất cả các trường hợp sự cố nghiêm trọng nhất (bão hòa xảy ra đáng kể trong thời gian nhỏ hơn một chu kỳ) Nó có thể xuất hiện khi sự cố bên trong, bên ngoài, hoặc các sự kiện khác như đóng xung kích MBA Khi bão hòa CT xảy ra, dòng thứ cấp không còn tăng theo dòng sơ cấp nữa Dựa vào các yếu tố trên đây, chúng ta có thể dùng hai điều kiện sau đây để giới hạn việc lựa chọn tính chọn CT cho sự cố ngoài vùng tại thanh cái ở trạm từ xa:

➤Các chức năng 87L không được hoạt động;

➤Chức năng 21 quá tầm của vùng 2 cài đặt ở 125% chiều dài ĐZ được bảo vệ phải hoạt động đúng để làm chức năng dự phòng hiệu quả cho sự cố ngoài vùng

Để đáp ứng hai yêu cầu trên, CT phải đáp ứng bất phương trình sau đây:

k

➤➤E SAT là điện áp từ hóa của CT theo tiêu chuẩn IEC;

➤➤IF là dòng sự cố (dòng nhị thứ) do sự cố ngoài vùng tại đầu Pleiku (chức năng 21) hoặc dòng sự cố ngoài vùng lớn nhất tại thanh cái Pleiku (chức năng 87L);

➤➤X/R là tỷ số giữa điện kháng (sơ cấp) chia cho điện trở của hệ thống tại đầu Pleiku (bằng 2πf • TP, trong đó TP là hằng số thời gian của hệ thống);

➤➤RCT là điện trở trong của CT;

➤➤ZB là tổng trở thứ cấp được nối bao gồm cáp nhị thứ nối rơle và cáp nối CT;

➤➤ k là một hệ số được xác định bằng thử nghiệm tại nhà máy;

➣ k = 6 cho các chức năng khoảng cách (mho và tứ giác);

➣ k = 7,5 cho các chức năng so lệch dọc ĐZ

Cách tính toán như sau:

- Tính dòng sự cố lớn nhất IF cho sự cố 3 pha và 1 pha ở cả 2 đầu;

- Tính tỉ số X/R cho sự cố 3 pha và 1 pha;

k

hợp cho sự cố 3 pha và 1 pha Dùng k=6 & dữ liệu sự cố ở đầu Pleiku;

- Lặp lại bước 3 để xác định xem CT đã chọn có phù hợp không đối với các sự cố

ba pha và một pha trong ứng dụng 87L Sử dụng k = 7.5 và dữ liệu cho thiết bị đầu cuối với dòng sự cố lớn nhất

T

X X

T T

X X X





Ta có: Tỉ số CT chọn 2000/1; Cấp chính xác: 5P20; Công suất định mức: 30VA;

RCT=15; ALF=20; R=0,25; Công suất rơle: 0.1VA

* Từ kết quả tính toán ở trên đối với sự cố ba pha và một pha cho cả hai chức năng

21 và 87L chỉ ra rằng: kết quả này đã thỏa mãn bất phương trình (1) Vì vậy, tỉ số CT

đã chọn là phù hợp để dùng cho cả chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ và khoảng cách

3.1.2 Tính toán ngắn mạch

Dùng phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineer) để tính dòng ngắn mạch liên quan đến các thanh cái đấu nối đến các TBA 500kV Cầu Bông và Pleiku, kết quả tính toán đã cập nhật phụ tải và hệ thống đến giai đoạn năm 2018 Giá trị tính toán ứng với giá trị phụ tải cực đại, dòng ngắn mạch ba pha và một pha tại thời điểm năm 2018 (bảng 3)

Bảng 3: Dòng ngắn mạch trên các thanh cái 500kV tại CB & PLK năm 2018

TBA Dòng ngắn mạch 3 pha Dòng ngắn mạch 1 pha CAU BONG –BUS PLEIKU Độ lớn Góc pha Độ lớn Góc pha [CAU BONG 500.00] kAMPS 63.0kA -85.15 26,26kA -74.84 [PLEIKU 500.00] kAMPS 62.5kA -86.18 26.48 kA -75.54

19,873

48, 423(5, 03 )

22

NCB

DZ HT

X X

22

NPL

DZ HT

X X

U

(3.11) Hình vẽ khi ngắn mạch 1 pha trên thanh cái Cầu Bông:

HT HT CB

HT HT PL

Từ đó, suy ra: X0HT1=69,5 & X0HT2=51,9

Khi ngắn mạch 1 pha trên thanh cái Cầu Bông