Phân tích đánh giá rơle sel 421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kv thạnh mỹ đà nẵng

Bảo vệ khoảng cách có vai trò quan trọng đối với các đường dây truyền tải điện và là bảo vệ chính luôn được trang bị Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có nguyên lý làm việc dựa trên đo lường điện áp dòng điện nhị thứ và tổng trở tại điểm ngắn mạch thời gian tác động của rơ le được phân chia theo các vùng bảo vệ Rơle SEL 421 được sử dụng rộng rãi để bảo vệ khoảng cách cho đường dây truyền tải điện 500kV tại Việt Nam nhờ tính ưu việt của nó Luận văn này nghiên cứu phân tích đánh giá rơle SEL 421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ Đà Nẵng Luận văn đã phân tích tính toán thông số chỉnh định cho rơle SEL 421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ Đà Nẵng Từ việc phân tích tính toán chỉnh định áp dụng Matlab tác giả đã xây dựng mô hình đánh giá đặc tính làm việc của rơle SEL 421 dựa trên nguyên lý làm việc sơ đồ logic bảo vệ của SEL 421 và thông số tính toán chỉnh định Từ kết quả làm việc tác giả đã có được một số đánh giá về rơle bảo vệ này Mô hình này cũng giúp nhân viên vận hành kiểm tra đánh giá thông số chỉnh định phân tích nắm rõ đặc tính hoạt động của rơle để phục vụ cho công tác vận hành cũng như đánh giá sự tác động của rơ le sau sự cố nhằm nâng cao năng lực vận hành góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGÔ TRẦN LONG

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ RƠLE SEL-421

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ĐƯỜNG DÂY 500KV THẠNH MỸ- ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

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

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Trong luận văn có sử dụng, trích dẫn một số bài viết, tài liệu chuyên ngành bảo vệ khoảng cách của Việt Nam và của một số tác giả thuộc các hãng rơle trên thế giới

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

Ngô Trần Long

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Đặt tên đề tài 3

7 Bố cục luận văn 3

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

1.1 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ 4

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

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

1.2 Các vấn đề chung và tính toán bảo vệ đường dây truyền tải 9

1.2.1 Tình hình sự cố và hệ thống rơle bảo vệ đường dây truyền tải 9

1.2.2 Tính toán ngắn mạch trên đường dây truyền tải 12

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ đường dây truyền tải 15

1.3 Kết luận 23

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO RƠLE SEL-421 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ĐƯỜNG DÂY 500KV THẠNH MỸ- ĐÀ NẴNG 24

2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây 24

2.2 Tính toán ngắn mạch đường dây 25

2.3 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách của SEL-421 26

2.3.1 Các chức năng chính của rơ le SEL- 421 26

2.3.2 Các cài đặt chung 28

2.3.3 Cài đặt giá trị cho thành phần khoảng cách pha Mho (21P) 34

2.3.4 Phần tử khoảng cách chạm đất (21MG và 21XG) 37

2.3.5 Giới hạn phần tử khoảng cách chạm đất đặc tính tứ giác 37

2.3.6 Hệ số bù dòng thứ tự không 39

2.3.7 Thời gian trễ theo vùng 40

2.3.8 Sơ đồ SOTF 40

2.3.9 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và cắt có thời gian 42

2.3.10 Cài đặt phát hiện hở mạch (EPO) 43

2.4 Bảng cài đặt cho rơ le SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng 44

2.5 Kết luận 52

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ PHÂN TÍCH SỰ CỐ KHI RƠLE SEL-421 TÁC ĐỘNG 54

3.1 Sự cần thiết xây dựng chương trình hỗ trợ phân tích sự cố 54

3.2 Bản ghi sự cố rơ le SEL- 421 54

3.2.1 Giới thiệu bản tin sự cố điển hình của rơle SEL- 421 54

3.2.2 Giới thiệu tập tin COMTRADE của bản tin sự cố 55

3.3 Xây dựng chương trình 57

3.3.1 Xử lý số liệu đầu vào 57

3.3.2 Xác định dạng ngắn mạch 58

3.3.3 Xác định vùng sự cố ngắn mạch 59

3.3.4 Tính toán giá trị tổng trở 60

3.4 Mô phỏng sự làm việc của rơ le SEL- 421 61

3.5 Kết luận 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN V N THẠC S (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE SEL-421 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ĐƯỜNG DÂY 500KV THẠNH MỸ- ĐÀ NẴNG

Học viên: Ngô Trần Long Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 Khoá: K34 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Bảo vệ khoảng cách có vai trò quan trọng đối với các đường dây truyền tải

điện và là bảo vệ chính luôn được trang bị Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có nguyên lý làm việc dựa trên đo lường điện áp, dòng điện nhị thứ và tổng trở tại điểm ngắn mạch, thời gian tác động của rơ le được phân chia theo các vùng bảo vệ Rơle SEL-421 được sử dụng rộng rãi để bảo vệ khoảng cách cho đường dây truyền tải điện 500kV tại Việt Nam nhờ tính ưu việt của nó Luận văn này nghiên cứu phân tích, đánh giá rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng Luận văn đã phân tích, tính toán thông số chỉnh định cho rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ-

Đà Nẵng Từ việc phân tích, tính toán chỉnh định, áp dụng Matlab tác giả đã xây dựng mô hình đánh giá đặc tính làm việc của rơle SEL-421 dưạ trên nguyên lý làm việc, sơ đồ logic bảo vệ của SEL-421 và thông số tính toán chỉnh định Từ kết quả làm việc, tác giả đã có được một số đánh giá về rơle bảo vệ này Mô hình này cũng giúp nhân viên vận hành kiểm tra, đánh giá thông số chỉnh định, phân tích nắm rõ đặc tính hoạt động của rơle để phục vụ cho công tác vận hành cũng như đánh giá sự tác động của rơ le sau sự cố, nhằm nâng cao năng lực vận hành góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn lưới điện

Từ khóa: Rơ le bảo vệ khoảng cách, SEL- 421, tổng trở, điện áp, dòng điện

ANALYSIS, ASSESSMENT SEL-421 DISTANCE PROTECTION FOR

500KV LINE THANH MY- DA NANG Abstract: Distance protection plays an important role for the operation of power

transmission line Distance protection is based on measurement of voltage, current and the value of short circuit impedance In this protection, trip time of the relay is divided rely on protection zones The SEL-421 relay is widely used to protect the 500kV transmission line

in Vietnam This thesis investigates the distance protection function of SEL-421 relays for 500kV line from Thanh My to Da Nang The setting parameters of the SEL-421 relay are analyzed and calculated A model is developed in Matlab for evaluating the operational characteristics of the SEL-421 relay by using the tripping principle, the SEL-421 logic and the setting parameters From the results of the simulation, the author has obtained some evaluation of this protection relay The model also allows the operator to check and evaluate the setting parameters, analyze the operational characteristics of the relay Moreover, the impact of the relay after incidents is evaluated Therefore the research improves the operation capability, and contributes to the safe operation of the power grid

Keywords: Distance relay, SEL- 421, short circuit impedance, voltage, current

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số

1.3 Thống kê sự cố lưới điện truyền tải năm 2016 9 1.4 Thống kê sự cố lưới điện truyền tải năm 2017 10

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

2.5 Trình bày các phép tính khác nhau cho đặc tính MHO 35

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

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

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

thông F, từ cảm B và sức điện động thứ cấp eT theo thời gian (b) 8

1.5 Kết cấu hình học của đường dây trên không 17 1.6 Sơ đồ đo tổng trở đường dây bằng CPC100 và CPC CU1 18 1.7 Vùng làm việc Z1 của rơ le bảo vệ khoảng cách 19

1.9 Đặc tuyến Mho trong trường hợp đường dây ngắn 20

2.1 Sơ đồ đấu nối đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng 24

3.7 Cách lấy mẫu trong một chu kỳ của Rơle SEL 421 58 3.8 Cách tính biên độ và góc pha của dòng điện và điện áp 58

Số

Để đảm bảo vận hành an toàn, liên tục thì công tác ngăn ngừa và loại trừ các bất thường, sự cố là một trong những yêu cầu tiên quyết Bất thường và sự cố trong

hệ thống truyền tải điện thường xảy ra ở đường dây dẫn điện, gây ảnh hưởng rất lớn đến vận hành an toàn hệ thống điện Để giải quyết vấn đề này, các thiết bị rơ le bảo

vệ đã được đưa vào vận hành từ lâu, đóng vai trò phát hiện, loại trừ một cách nhanh nhất các phần tử sự cố, hư hỏng trong hệ thống điện ra khỏi vận hành, duy trì trạng thái vận hành an toàn và ổn định của hệ thống điện

Căn cứ trên mức độ quan trọng cũng như tầm ảnh hưởng của hệ thống truyền tải điện cao áp và siêu cao áp, Bộ Công Thương đã đưa yêu cầu về cấu hình của rơ

le bảo vệ vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện QCVN 2015:BCT làm

cơ sở cho việc tính toán, thiết kế, lắp đặt, chỉnh định hệ thống rơ le bảo vệ Đối với đường dây 500kV, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện quy định sử dụng hai bộ bảo vệ chính đó là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch dọc Do đó bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có vai trò đặc biệt quan trọng Vì vậy, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle để áp dụng trong vận hành thực tế là vấn đề thiết thực góp phần cho việc đảm bảo vận hành an toàn hệ thống điện Từ các kết quả tính toán và việc tiến hành mô phỏng các dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơle so sánh với các bản ghi sự cố để đối chứng từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp về vấn đề chỉnh định rơle cũng như việc lựa chọn hợp lý thiết bị đo lường, mạch nhị thứ bảo vệ liên quan rơle

2

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle bảo

vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ – Đà Nẵng nhằm mục đích nắm rõ đặc tính hoạt động, sơ đồ logic và thực hiện tín h toán một số trường hợp sự cố

để mô phỏng sự làm việc của rơle kỹ thuật số bảo vệ khoảng cách

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Các vấn đề bảo vệ đường dây và rơle kỹ thuật số bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu việc tính toán chỉnh định cho rơle kỹ thuật số bảo vệ khoảng cách cho đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng, mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng bảo vệ khoảng cách của rơle cho các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo

vệ và ngoài vùng bảo vệ trên nền Matlab để phân tích đánh giá bảo vệ

4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Tính toán chỉnh định rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng

- Áp dụng Matlab để mô phỏng đặc tính bảo vệ khoảng cách của rơle SEL-421 cho đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng trên cơ sở tính toán chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle

- Nhiệm vụ chính:

+ Hệ thống hoá lý thuyết rơle bảo vệ

+ Tính toán ngắn mạch đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng để làm cơ sở chỉnh định bảo vệ khoảng cách cho đường dây

+ Nghiên cứu cấu hình, đặc tính và logic bảo vệ của rơle SEL-421

+ Tính toán chỉnh định rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng

+ Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng đặc tính bảo vệ khoảng cách của rơle SEL-421 cho đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng trên cơ sở tính toán chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle

3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây đã đưa vào sử dụng trong hệ thống điện Việt Nam từ nhiều năm qua nhưng hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu nào về việc áp dụng Matlab để mô phỏng đặc tính bảo vệ khoảng cách của rơle qua thông số chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle, từ đó có góp ý về vấn đề chỉnh định rơle cũng như việc lựa chọn hợp lý thiết bị đo lường, mạch nhị thứ bảo vệ liên quan rơle

Việc nắm rõ đặc tính làm việc của rơle qua mô phỏng với các vị trí sự cố khác nhau giúp cho việc phân tích, đánh giá tính chính xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của bảo vệ Ngoài ra, cũng giúp cho nhân viên vận hành nắm vững đặc tính tác động của rơle để nhanh chóng phân tích đánh giá khi có sự cố xảy ra từ đó đưa ra hướng xử lý kịp thời, chính xác nhằm khôi phục lại chế độ vận hành bình thường tăng độ ổn định cho hệ thống điện, góp phần đảm bảo công tác vận hành an toàn, liên tục lưới điện truyền tải nói riêng và hệ thống điện Việt Nam nói chung

6 Đặt tên đề tài

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

"Phân tích đánh giá rơle SEL-421 bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng"

4

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

SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

1.1 Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ

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

Nhiệm vụ của hệ thống bảo vệ rơ le là phát hiện các sự cố, tình trạng làm việc không bình thường và kết hợp với các thiết bị bảo vệ nhất thứ để loại trừ càng nhanh càng tốt phân tử bị sự cố ra khỏi hệ thống

Theo thống kê sự cố hàng năm cho thấy, gần 70% trong tổng số sự cố là do ngắn mạch đường dây, khi xảy ra ngắn mạch dòng điện tại chỗ ngắn mạch tăng cao rất lớn dẫn đến dòng điện từ nguồn đến vị trí ngắn mạch gây ra tác động nhiệt và cơ gây nguy hiểm cho các phần tử mà nó chạy qua Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu tồn tại lâu sẽ gây hư hỏng thiết bị Ngoài ra, ngắn mạch làm điện áp giảm thấp gây ảnh hưởng đến các thiết bị dùng điện ở khu vực lân cận điểm ngắn mạch Nguy hiểm nhất, ảnh hưởng của sự cố ngắn mạch là ảnh hưởng đến HTĐ, có thể gây mất

ổn định và dẫn đến tan rã hệ thống

Các rơle bảo vệ kỹ thuật số hiện nay có khả năng phát hiện sự cố gần như tức thời (trong vòng vài chu kỳ) và cách ly phần tử sự cố ra khỏi hệ thống, giúp có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những thiệt hại, hư hỏng do sự cố gây ra Yêu cầu cơ bản của hệ thống rơle bảo vệ trong HTĐ đó là : hoạt động tin cậy, tác động chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy cao

- Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn Độ tin cậy gồm có tin cậy khi tác động và tin cậy không tác động

- Tính chọn lọc: là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử

bị sự cố ra khỏi hệ thống Hệ thống điện luôn phát triển và ngày càng phức tạp do vậy tính chọn lọc của bảo vệ ngày càng được yêu cầu cao Tính chọn lọc gồm 2 loại

là chọn lọc tuyệt đối và chọn lọc tương đối

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

5

điểm sự cố, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn và nâng cao khả năng duy trì chế

độ làm việc ổn định của các máy phát và toàn bộ HTĐ

- Độ nhạy của bảo vệ: độ nhạy của bảo vệ đặc trưng cho khả năng phát hiện sự

cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, đó là tỷ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của

nó Tuỳ thuộc vào vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy cũng khác nhau Các đối tượng bảo vệ càng quan trọng thì yêu cầu độ nhạy càng cao

1.1.2 Các bộ phận đo lường của hệ thống bảo vệ

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế

độ làm việc bất thường của các phần tử Các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm thấp Bảo vệ rơle sẽ theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử trong hệ thống điện thông qua hai đại lượng cơ bản là dòng điện và điện áp Tuy nhiên, đối với hệ thống truyền tải điện siêu cao áp, dòng điện và điện áp sơ cấp là rất lớn, do đó không thể đưa trực tiếp các giá trị thực tế làm đại lượng đầu vào của rơ le Vì vậy, cần phải biến đổi các đại lượng này về giá trị phù hợp theo tỷ lệ xác định gọi là tỷ số biến làm đại lượng đầu vào cho rơ le Việc ghi nhận và biến đổi các giá trị và điện áp được thực hiện

bởi máy biến dòng điện (TI) và máy biến điện áp (TU)

1.1.2.1 Máy biến dòng điện (TI)

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

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

6

Để phản ánh đúng cả trị số và góc pha, cần phải đấu nối đúng các đầu dây cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến dòng điện Theo sơ đồ: các đầu dây sơ cấp S1 và S2, các đầu dây thứ cấp T1 và T2 Quy ước: giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp IS đi từ đầu S1 đến S2 thì dòng điện thứ cấp IT đi từ đầu T2 đến T1

Sai số của biến dòng điện: IT = IS / n (n : tỷ số biến đổi của biến dòng) Tuy nhiên, thực tế bao giờ cũng có sai số do tổn thất sinh ra trong biến dòng Gồm có các sai số sau:

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

- T : chu kỳ của dòng điện xoay chiều S

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

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

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

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

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

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

số giới hạn theo độ chính xác

7

- Các TI dùng cho thiết bị bảo vệ có cấp chính xác 5P và 10P, sai số cho phép

về trị số (fi); góc pha (θi, phút) và sai số phức hợp (Fi %) theo bảng 1.1

Tính toán phụ tải của máy biến dòng:

- Trong sơ đồ bảo vệ, phụ tải của máy biến dòng điện có thể được đặc trưng bằng công suất đầu ra phía thứ cấp Spt (VA) hoặc tổng trở phía phụ tải Zpt (Ω) Tổng trở phía thứ cấp của TI gồm có điện trở của rơle, điện trở dây nối phụ và điện trở tiếp xúc Tổng trở phụ tải càng lớn thì công suất tiêu thụ ở phía thứ cấp càng cao, và sai số của biến dòng càng lớn

(1.3)

- Chế độ hở mạch thứ cấp của biến dòng:

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

hở, nếu phía sơ cấp có dòng điện thì toàn bộ dòng điện sơ cấp ấy sẽ làm nhiệm vụ

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

8

cấp của TI trước khi tiến hành đổi nối Chế độ làm việc với cuộn thứ cấp bị nối ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng

Hình 1.2 : Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp i S , từ thông F,

từ cảm B và sức điện động thứ cấp e T theo thời gian (b)

1.1.2.2 Máy biến điện áp (TU)

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

ở mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp

Phụ tải của TU thông thường được mắc song song cùng nhau, tổng trở của dây nối nếu quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của TU Đầu ra các cuộn dây của biến điện áp cũng được đánh dấu tương tự như đã xét đối với máy biến dòng, đấu đúng đầu cuộn dây với các dụng cụ đo và thiết bị bảo vệ có ý nghĩa quan trọng khi cần xét đến góc lệch pha của các đại lượng điện

Sai số của biến điện áp:

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

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

Trong đó:

9

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

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

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

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

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

Theo thống kê tại bảng 1.3 và 1.4 cho thấy, đối với các sự cố xảy ra trên lưới điện truyền tải thì sự cố xảy ra đối với đường dây chiếm phần lớn Sự cố đường dây chiếm tỉ lệ khoảng 60% đến 70% trên tổng số sự cố của lưới truyền tải Do vậy, vấn

đề rơle bảo vệ cho đường dây có vai trò quan trọng cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện, giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra

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

Đối tượng

sự cố

Cấp điện áp Phân loại

Số lần (lần)

Tổng số lần Tỷ lệ (%)

44

Sự cố thoáng qua 32

Trạm biến áp 220kV 19

(Nguồn: công văn rút kinh nghiệm sự cố trên lưới truyền tải của EVNNPT)

Căn cứ vào Phụ lục 4.3-4: Cấu hình rơ le bảo vệ cho DDK và Cáp trang 251/256 của QCVN: 2015/BCT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện quy định về cấu hình rơ le bảo vệ của đường dây 220kV và 500kV như sau: [9]

a) 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 bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74;

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

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

Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 được dự phòng kép, được 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

b) 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 kép, được tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong bảo vệ chính

11

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

12

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

1.2.2 Tính toán ngắn mạch trên đường dây truyền tải

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

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

(1.5)

Ta thấy, dòng ngắn mạch phụ thuộc tỷ lệ thuận với điện áp trước khi ngắn mạch và tỷ lệ nghịch với tổng trở hệ thống (nhìn từ điểm ngắn mạch) Có nghĩa là nếu điện áp trước ngắn mạch càng lớn thì dòng ngắn mạch sẽ lớn và ngược lại, điểm ngắn mạch càng gần nguồn thì dòng ngắn mạch càng lớn, điểm ngắn mạch xa nguồn sẽ nhỏ

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

Theo nguyên tắc tương đương thành phần thứ tự thuận (TTN) đối với các dạng

sự cố khác nhau, dòng TTT (IkA1) được xác định như dòng ngắn mạch 3 pha ở xa thêm tương đương “điện kháng bổ sung” tính theo công thức 1.6

)

* )

( 1

*

n A n

kA

x x j

) (

n k

x x

E

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

13

) ( 1

* ) ( ) (

n kA n n

0 2

) (

1

.

3

x x

x x

khi ngắn mạch 2 pha chạm đất (N(1,1)),

0 2

0 2 ) 1 , 1 (

x x

x x x

- n : chỉ số dạng ngắn mạch

- I (n) kA1 : Dòng TTT đối với dạng ngắn mạch xem xét

Dòng ngắn mạch chạm đất 1 pha (tùy dạng ngắn mạch) là:

(1.9) Hay khi ngắn mạch 2 pha chạm đất:

(1.10)

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

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

(1) Đối với máy điện đồng bộ: x 2 = ½ (x d ” + x q ”) Trường hợp máy điện không có

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

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

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

- Máy bù đồng bộ và các động cơ đồng bộ lớn 0,24 0,08

Do vậy, trong hầu hết trường hợp, x0 của MBA chỉ có từ phía cuộn dây nối Y có trung tính nối đất

Tóm lại:

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

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

- Khi nối cuộn dây Y0/Y: X0 = ∞

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

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

- Đối với máy biến áp 3 pha 3 trụ:

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

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

- Đối với MBA 3 cuộn dây, theo nguyên tắc sẽ có 1 cuộn nối tam giác,

(4) Đường dây không:

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

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

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

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

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

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

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

Đối với đường dây truyền tải điện có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự hoạt động tin cậy, chính xác của bảo vệ rơ le Vì vậy, nghiên cứu các yếu tố này là việc làm cần thiết đối với người chỉnh định, người vận hành thiết bị Nhằm giúp người vận hành nắm bắt được những yếu tố này, tác giả xin phép trình bày một số yếu tố

cơ bản đối với đường dây truyền tải điện nói chung và đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng như sau:

1.2.3.1 Ảnh hưởng sai số TI, TU đến thông số đo lường của RLBV

Các TI và TU truyền thống được sản xuất bằng lõi thép nên luôn tồn tại sai số

đo lường do bản thân cấu tạo của chúng bởi các yếu tố từ dư, tổn hao sắt từ lõi thép, tổn hao dây đồng do vật liệu và công nghệ chế tạo hoặc do TI bị bão hoà khi bị sự

cố (hình 1.3)

Hình 1.3 Vùng bão hòa của TI

Hoặc xuất hiện hiện tượng cộng hưởng từ do quá ứng suất nhiệt của TU kiểu

tụ phân áp làm xuất hiện tín hiệu nhiễu tần số cao (hình 1.4.)

16

Hình 1.4 TU kiểu tụ có cộng hưởng từ

Trong trường hợp sai số đo lường TI, TU lớn thì xuất hiện hiện tượng kém tầm hoặc quá tầm làm đường dây này bị cắt ra trong khi sự cố lại xảy ra ở đường dây ngoài vùng bảo vệ

Giải pháp cải thiện sai số TI, TU

Các hãng sản xuất thiết bị như ABB, AREVA giới thiệu sản phẩm TI, TU không truyền thống (Non Conventional Instrument Transformers - NCIT) không sử dụng lõi sắt truyền thống, sử dụng các công nghệ cảm biến khác nhau như quang học và cuộn Rogowski Rơle kỹ thuật số trong tương lai chỉ làm nhiệm vụ phối hợp chức năng bảo vệ, và có thể không còn card đầu vào tương tự và card tiếp điểm rơle đầu ra trong TBA tự động hoá Đối với phương pháp chuyển đổi tín hiệu điện sang quang cho TI cho thấy các ưu điểm nổi bật như sau:

- Thiết bị NCIT không có tiếng ồn điện từ, vật liệu cách điện hợp lý, và có thể đo lường tín hiệu với dải tần số lớn (tần số định mức và sóng hài) Do đó nó có hiệu suất cao, tin cậy hỗ trợ cho chuẩn truyền thông IEC61850 Tuy nhiên, chi phí đầu tư thiết bị lắp mới và bảo trì sau khi đưa vào vận hành là khá cao

1.2.3.2 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của BVRL

Trong thực tế các giá trị tính toán thông số đường dây (tổng trở thứ tự thuận, tổng trở thứ tự không và hệ số hỗ cảm đường dây) để chỉnh định cho BVRL có thể sai khác đáng kể so với giá trị đo lường thực nên sẽ làm nó làm việc không chọn lọc

Việc chỉnh định phù hợp thiết bị bảo vệ khoảng cách đòi hỏi sự hiểu biết đúng các giá trị trở kháng đường dây Hiện nay việc đo lường tổng trở đường dây và hệ

số k khó có thể thực hiện được và chủ yếu được thực hiện tính toán bằng tay hoặc

17

sử dụng phần mềm chuyên dụng như PowerFactory của hãng DigSILENT, PSS của SHAW PTI hoặc Cape của ELECTROCON

Các thông số cần để tính toán tổng trở đường dây khá nhiều

Cấu hình hình học đường dây (hình 1.5):

• Chiều cao so với đất và khoảng cách ngang của mỗi dây pha và dây đất

• Độ võng trung bình của đường dây ở khoảng giữa

Hình 1.5 Kết cấu hình học của đường dây trên không

Một số thông số về điện cần biết:

• Điện trở suất đất ρ

• Điện trở một chiều DC của toàn bộ dây dẫn

• Dạng xoắn ốc của các dây dẫn

• Bán kính hình học của các dây dẫn

• Đường kính tổng thể của các dây dẫn

Ảnh hưởng của điện trở suất của đất, các ống, hoặc các cấu trúc kim loại được chôn, và khoảng cách chính xác của dây với đất, tạo ra nhiều khó khăn khi xác định tổng trở dọc theo toàn bộ chiều dài của dây (đặc biệt khi dây đi qua các khu vực có địa hình phức tạp và nhiều cơ sở hạ tầng)

Một nguyên nhân khác để quan tâm là một số lượng lớn các thông số có liên quan đến tính toán thông số đường dây Nếu một thông số sai lệch sẽ gây ra sai số đáng kể Có một vài thông số như thế trong tổng trở thứ tự thuận, nhưng có nhiều yếu

tố ảnh hơn ảnh hưởng tới tổng trở thứ tự không hoặc hệ số k, bởi vì cần có các thông

số chính xác để tính toán

Các thông số chính xác của đường dây được sử dụng cho các rơle bảo vệ khoảng

cách, định vị sự cố và các tính toán lưới điện Khi thực hiện việc xác định các trở kháng đường dây bằng phương pháp toán học, sử dụng các bước tính toán đơn giản sẽ không đúng với thực tế Vì vậy, để có các giá trị thông số đường dây một cách chính

- Đo thông số đường dây bằng CPC 100 và CP CU1 : Đây là phương pháp sử

dụng thiết bị CPC100 + CP CU1 và hộp nối đất CP GB1 là hệ thống đo chính xác trở

kháng đường dây (hình 1.6) Phép đo theo tần số đã chọn có khả năng loại trừ các nhiễu đường dây

Hình 1.6 Sơ đồ đo tổng trở đường dây bằng CPC100 và CPC CU1

Nhận xét:

Thiết bị đo CPC 100 + CP CU1 là giải pháp thường được sử dụng, tiết kiệm chi phí để đo trở kháng đường dây, đảm bảo cho việc các rơle khoảng cách và quá dòng có hướng được cài đặt đúng, ngăn ngừa các tác động không mong muốn trong BVRL và nâng cao độ chính xác tính toán vị trí sự cố

1.2.3.3 Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến vùng tác động của bảo vệ khoảng cách[11]

Ngắn mạch hầu hết là hiện tượng phóng điện tạm thời trong môi trường ẩm ướt, sự cố gây ra hồ quang điện tại chỗ ngắn mạch, dẫn đến khả năng cháy nổ và có

thể gây nguy hiểm cho con người, thiết bị Điện trở sự cố (R F) tạo bởi điện trở hồ

quang, điện trở tiếp xúc và điện trở chân cột tại chỗ ngắn mạch Giá trị R F càng lớn

sẽ làm tăng trị số điện trở đo được và giảm góc pha của véc tơ tổng trở rơ le Nếu không xét đến góc của tổng trở tải thì tổng trở sự cố có thể coi là thuần trở Công thức tính RF được xác định theo các trường hợp sự cố như sau:

19

Trong đó : R TF - điện trở đất chân cột

R ARC - điện trở hồ quang

a) Điện trở sự cố trên đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ một phía

Xét trường hợp vùng làm việc Z1 của rơle khoảng cách (hình 1.7): Nếu tồn tại

RF > 0 thì đặc tính tổng trở dịch chuyển sang phía phải trên mặt phẳng tổng trở một đoạn F1C, và F21 đo lường được giá trị ZF + RF là AC và vẫn tác động theo thời gian vùng 1 Tuy nhiên, nếu giá trị điện trở sự cố lớn hơn RF hoặc ngắn mạch tại F2thì tổng trở sự cố đo lường của rơle nằm ngoài vùng 1 bảo vệ (Zl), nghĩa là rơle sẽ

đo sai Rơle F21 tưởng ngắn mạch xa hơn vùng 1 và tác động chậm đi

Hình 1.7 Vùng làm việc Z 1 của rơ le bảo vệ khoảng cách b) Điện trở sự cố trên đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ hai phía

Đối với đường dây có hai nguồn cung cấp, việc xác định điện trở hồ quang không đơn giản như trường hợp mạng hình tia Trường hợp tổng quát, xét đường dây có hai nguồn cung cấp phía trái và phía phải của đường dây sự cố Điện trở sự

cố trong trường hợp này làm sai lệch sự làm việc của các rơ le khoảng cách, tổng trở ZRL sẽ không còn tỷ lệ với khoảng cách đến điểm sự cố

c) Khắc phục ảnh hưởng của điện trở sự cố đến vùng làm việc của rơle khoảng cách

+) Dịch chuyển đặc tính bảo vệ Mho

Cũng giống như các loại bảo vệ có đặc tính đi qua gốc tọa độ, bảo vệ khoảng cách đặc tính Mho là khó có khả năng xác định đúng tổng trở ngắn mạch khi giá trị

20

tổng trở ngắn mạch nằm gần gốc tọa độ, tương ứng với điện áp gần bằng không Để khắc phục điều này cần phải có sự phân cực (polarization) đường tròn Mho như hình 1.8 Rơ le sẽ lấy điện áp đo lường trước khi xảy ra ngắn mạch để phân cực đặc tính Tổng trở hệ thống Zs tương ứng với điện áp trước ngắn mạch được thêm vào cực dưới đường tròn để tạo đặc tính phân cực Khi đó rơ le sẽ so sánh hai đại lượng ZF-Zs và Zr-ZF, nếu góc lệch giữa hai đại lượng này nhỏ hơn bằng ±900 thì rơ le sẽ tác động

Hình 1.8 Đặc tính Mho trước và sau khi phân cực

Mặc dù tổng trở đặt của rơ le khoảng cách thường bằng 80% tổng trở đường dây, để dự phòng cho sự sai lệch của sai số TU, TI, nhưng điện trở tại điểm ngắn mạch cũng gây ra những khó khăn nhất định trong việc phát hiện sự cố của phần tử khoảng cách Mho

Trong những trường hợp bảo

vệ cho đường dây ngắn, có tổng trở

rất nhỏ, đặc tuyến Mho nằm rất xa so

với vùng tải Khi xảy ra ngắn mạch

chạm đât, sự có mặt của điện trở hồ

quang, điện trở thân cột làm cho

tổng trở sự cố ngoài vùng làm việc

của rơ le Mho dẫn đến mất khả năng

làm việc chính xác Hình 1.9 Đặc tuyến Mho trong trường hợp

đường dây ngắn

Khi có ngắn mạch chạm đất, phần tử Mho cho bảo vệ ngắn mạch chạm đất có khả năng mở rộng và giải quyết sự tăng lên của thành phần Rf Sự mở rộng này tương ứng với tổng trở nguồn phía sau rơ le bảo vệ Mặc dù vậy, phần tử Mho vẫn khó có thể phát hiện ra sự cố ngay cả khi ngắn mạch đó không có điện trở hồ quang

21

và điện trở thân cột nằm trong dãi tổng trở đường dây Trường hợp này là do sự khuếch đại ngược nếu tổng trở nguồn quá lớn trong khi đường dây lại quá ngắn

Để khắc phục nhược điểm trên của BVKC Mho, người ta sử dụng đặc tính đa giác

+) Sử dụng đặc tính bảo vệ tứ giác (Quadramho)

Đặc tính đa giác được xây

dựng như hình 1.10:

Zset là tổng trở đặt vào rơ le,

là tổng trở của cả đường dây Rset

là điện trở đặt đã bao gồm cả các

điện trở ngắn mạch Rleft là điện

trở đặc trưng cho dòng tải hướng

ngược Thành phần định hướng

công suất chỉ cho phép rơ le dò tìm

điểm ngắn mạch ở hướng thuận

Với việc cài đặt tổng trở đặt

chạm đến cuối vùng bảo vệ sẽ làm

cho bảo vệ xảy ra trường hợp tác

động sai khi ngắn mạch ở ngoài

vùng Sự tác động sai này là do sự

không đáp ứng được của thành

phần điện kháng do ảnh hưởng của

dòng tải hướng thuận và điện trở

ngắn mạch Trong khi đặc tuyến

Mho thì với góc bo cong lại tránh

được trường hợp tác động này, chi

tiết như hình 1.11

Hình 1.11 Sự phân cực đặc tính đa giác

Để đáp ứng sự thích nghi của thành phần điện kháng X cần phải có sự phân cực

Sự phân cực là việc tạo ra một góc nghiêng α như hình trên Có nhiều kỹ thuật được đưa ra để giải quyết việc tạo ra góc nghiêng này Đối với rơ le SEL 421 thì sẽ sử dụng dòng điện thứ tự nghịch hoặc dòng thứ tự không để phân cực cho điện kháng đường dây

Trong các trường hợp ngắn mạch pha – pha, nhiều tài liệu kỹ thuật đã chứng minh đặc tuyến Mho và đặc tuyến đa giác đều có khả năng làm việc là như nhau Rơ le

Hình 1.10 Đặc tuyến đa giác của bảo vệ

khoảng cách

α

22

SEL 421 sử dụng đặc tuyến Mho cho các bảo vệ chống ngắn mạch pha-đất và pha-pha, đặc tuyến đa giác chỉ sử dụng cho bảo vệ ngắn mạch pha-đất

1.2.3.4 Ảnh hưởng của thành phần hồ quang thứ cấp

Đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng được bổ sung lắp đặt thiết bị kháng

bù ngang 3 pha 91MVAr và kháng trung tính vào năm 2017 có các thông số sau:

Nấc Điện kháng trung tính Điện trở trung tính

Hồ quang thứ cấp trên đường dây 500kV là tổng các dòng điện hỗ cảm, hỗ dung giữa các pha mạng điện gần kề đối với pha sự cố sau khi dòng hồ quang thứ cấp bị cắt đi bởi máy cắt hai đầu đường dây Đối với đường dây có kháng bù ngang còn có thêm thành phần một chiều do năng lượng bị “bẫy” trong kháng bù ngang Thành phần này xuất hiện từ thời điểm máy cắt hai đầu đường dây mở ra đến thời điểm dòng điện hồ quang thứ cấp cắt điểm không đầu tiên Nếu không xét đến điện trở hồ quang thứ cấp, thời gian để thành phần này cắt điểm không đầu tiên rất dài Tuy nhiên trong thực tế điện trở hồ quang thứ cấp sẽ tăng theo thời gian, điện trở hồ quang thứ cấp có thể được mô phỏng bằng một hàm số của thời gian với giá trị điện trở ban đầu là 0,5 ohm , tốc độ tăng là 0,8ohm/giây và tăng đến giá trị cuối cùng là 100 ohm

Sử dụng kết quả mô phỏng của Công ty tư vấn thiết kế điện 4 (PECC4) cho thấy với các giá trị kháng trung tính được lựa chọn như trên, dòng hồ quang thứ cấp

do thành phần hỗ cảm gây nên khi có sự cố một pha trên đường dây Thạnh Mỹ- Đà Nẵng và máy cắt pha tại hai đầu đường dây mở đạt trị số dưới 7 A rms và điện áp phục hồi khoảng 85kV rms (thành phần 50Hz) Thời gian dập thành phần hồ quang thứ cấp 50Hz không quá 0,2 s Hình 1.12 thể hiện kết quả mô phỏng có tính đến sự biến thiên của điện trở hồ quang thứ cấp

23

Hình 1.12 Dòng sóng dòng điện hồ quang thứ cấp- ngắn mạch (có kể đến hiệu ứng

của điện trở hồ quang thứ cấp) Điện trở trung tính 800 Ohm

Kết quả cho thấy thời gian dòng hồ quang thứ cấp qua điểm không khoảng 0,48s Do đó điện trở R= 800 Ohm được lắp đặt với kháng trung tính cho kháng 91 MVAr là phù hợp Với điện trở này mô phỏng cho thấy rằng thành phần một chiều

có thể gây ra sự chậm trễ khoảng 0,48s trong việc tạo ra điểm cắt không đầu tiên của dòng hồ quang thứ cấp

Như vậy thời gian này đảm bảo cho việc rơ le đóng lại một pha thành công sau

sự cố với thời gian chết nhỏ hơn 1 giây Giá trị này có ý nghĩa quan trọng trong việc chỉnh định thời gian của F79 1 pha Bởi vì, chức năng tự đóng lại một pha quyết định việc sự cố là thoáng qua hay kéo dài, ảnh hưởng đến ổn định của toàn hệ thống Theo quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia, với sự cố đường dây 500kV được phép đóng lại 1 lần kể cả lần tự động đóng lại không thành công.[8]

1.3 Kết luận

Trong chương 1 tác giả đã tìm hiểu tình hình sự cố và trang bị hệ thống rơle bảo vệ trên lưới truyền tải điện Việt Nam hiện nay Tổng hợp lý thuyết tính toán ngắn mạch Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ cho đường dây truyền tải điện Qua đó rút ra một số vấn đề cơ bản để làm cơ sở thực hiện các phần tiếp theo của luận văn như sau:

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

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

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

24

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO RƠLE SEL-421 BẢO VỆ KHOẢNG

CÁCH ĐƯỜNG DÂY 500KV THẠNH MỸ- ĐÀ NẴNG

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

Hình 2.1 Sơ đồ đấu nối đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng

Đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng có chiều dài 76 km, sử dụng dây phân pha, mỗi pha gồm 4 dây ACSR330/43; Sử dụng dây chống sét kết hợp dây cáp quang loại OPGW80 để truyền tín hiệu bảo vệ và thông tin

- Tại đầu trạm 500kV Đà Nẵng: Lắp đặt kháng bù ngang 91 MVAr

- Điện kháng đường dây x = 0,12Ω/km

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

- Biến điện điện áp cung cấp cho rơle bảo vệ đường dây tại đầu trạm Thạnh

25

2.2 Tính toán ngắn mạch đường dây

Sử dụng chương trình PSS/E (Power System Simulator for Engineer của công

ty PTI- Mỹ) để tính toán dòng ngắn mạch liên quan đến các thanh cái đấu nối đến

các TBA 500kV, 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 điện ngắn mạch ba pha và một pha tại thời điểm năm 2018, kết quả như bảng 2.1

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

Tính toán ngắn mạch đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng

Thực hiện tính toán ngắn mạch 3 pha và 1 pha đối với đường dây 574 Thạnh Mỹ- 572 Đà Nẵng, chi tiết tại phụ lục 2.1 cho kết quả như trong bảng 2.2 và bảng

2.3

Bảng 2.2: Dòng điện ngắn mạch 03 pha

Điểm ngắn mạch

Dòng ngắn mạch từ hướng Thạnh Mỹ

(A)

Dòng ngắn mạch từ hướng Đà Nẵng (A) Ngắn mạch ngoài tại thanh cái

Ngắn mạch ngoài tại thanh cái

2.3 Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách của SEL-421

2.3.1 Các chức năng chính của rơ le SEL- 421

Rơ le SEL-421 với chức năng chính là bảo vệ khoảng cách với các đặc tính hình tròn (MHO), đặc tính đa giác (QUARD) Ngoài ra rơ le SEL- 421 có thể khai thác thêm nhiều tính năng khác nhau cho bảo vệ, điều khiển, kết nối máy tính

Rơ le SEL- 421 có các chức năng chính là :

- Bảo vệ khoảng cách pha- pha, pha- đất đặc tính hình tròn (MHO) với 5 cấp tác động (1 vùng có thể mở rộng)

- Bảo vệ khoảng cách pha- đất đặc tính đa giác(QUARD) với 4 cấp tác động

- Bảo vệ quá dòng với các đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc Với chức năng đặc tính thời gian

- Bảo vệ chống đóng vào điểm sự cố

- Xác định điểm sự cố, Ghi sự cố

- Chống hư hỏng máy cắt

- Tự động đóng lặp lại

27

SEL 421 PROTECTION AND AUTOMATION RELAY

28

2.3.2 Các cài đặt chung

SEL- 421 có các cài đặt dùng nhận diện, những cài đặt cho phép người dùng nhận biết như sau:

- Circuit Breaker 1 (BID 1) - Circuit Breaker 2 (BID 2)

Với mỗi cài đặt được gõ tối đa 40 ký tự

SID:= T500 THANH MY RID:= 574 THANH MY 572 DA NANG_SEL 421 Cấu hình máy cắt: Đường dây được bảo vệ bởi 2 máy cắt

NUMBK:= 2

BID 1:= CB574 Tên máy cắt thứ nhất

BID 2:= CB 573 Tên máy cắt thứ hai

Người dùng có thể đặt giá trị điện áp danh định và thứ pha theo các giá trị đặt

NFREQ:= 50Hz điện áp danh định

PHROT:= ABC thứ tự pha

nguồn dòng điện và điện áp cho những ứng dụng thay đổi rộng rãi Rơ le SEL-421

cung cấp 5 ứng dụng cài đặt mặc định (ESS:=N,1,2,3 hoặc 4) bao gồm các ứng dụng chung Khi đặt ESS:=Y, có thể thiết lập nguồn dòng và áp cho các ứng dụng

khác

Hình 2.2 Bộ đầu vào dòng điện và điện áp 3 pha

COMB = IW+IX

IAX IBX ICX

VAY VBY VCY

VAZ VBZ VBZ Mặt sau rơle

SEL 421 (1 phần)

29

Thông thường, dòng IW (máy cắt chính) được sử dụng như nguồn dòng của đường dây, nhưng nếu máy cắt liền kề thay thế cho máy cắt chính, dòng IX được sử dụng là nguồn dòng của đường dây SELOGIC cài đặt ALTI điều khiển sự chuyển đổi giữa IW và IX cũng như nguồn dòng đường dây Sự thay đổi cài đặt nguồn dòng giữa ALINEI và ANTI không được sử dụng thường xuyên và do đó thường được thiết lập là NA Cài đặt ANTI sẽ tự động ẩn đi và được đặt là NA nếu ALINEI:= NA (không cho phép chuyển đổi nguồn dòng của đường dây)

Hình 2.3 chỉ ra sự kết hợp giữa

dòng IW và IX (xem COMB =

IW+IX) thiết lập cho bảo vệ đường

dây, đo lường… (LINEI:=

Hình 2.4 chỉ ra sự phân chia của

các dòng cắt đối với 2 máy cắt, các

30

Sau khi lựa chọn giá trị 3 cho ESS, rơ le sẽ tự động cài đặt giá trị cho các đại lượng LINEI, BK1I và BK2I như sau:

LINEI:= COMB Lựa chọn nguồn dòng cho đường dây

BK1I:= IW Nguồn dòng cho máy cắt 1: CB 574

BK2I:= IY Nguồn dòng cho máy cắt 2: CB573

Thông thường, dòng IW (máy cắt chính) được sử dụng như nguồn dòng của đường dây, nhưng nếu máy cắt liền kề thay thế cho máy cắt chính, dòng IX được sử dụng

là nguồn dòng của đường dây SELOGIC cài đặt ALTI điều khiển sự chuyển đổi giữa IW và IX cũng như nguồn dòng đường dây Sự thay đổi cài đặt nguồn dòng giữa ALINEI và ANTI không được sử dụng thường xuyên và do đó thường được thiết lập là NA Cài đặt ANTI sẽ tự động ẩn đi và được đặt là NA nếu ALINEI:=

NA (không cho phép chuyển đổi nguồn dòng của đường dây)

Hình 2.4 miêu tả lựa chọn nguồn dòng và áp cho rơ le SEL- 421 bảo vệ đường dây 574 Thạnh Mỹ- 572 Đà Nẵng Rơ le này sử dụng đầu vào điện áp VY, phối hợp

dòng điện IW và IY cho bảo vệ đường dây Điện áp VAZ được dùng cho tự động đóng lặp lại và kiểm tra đồng bộ

2.3.2.2 Cài đặt cho máy cắt

Cấu hình máy cắt :

Cài đặt kiểu cắt cho cả 2 máy cắt là kiểu cắt 1 pha đơn lẻ

BK1TYP:= 1 Kiểu cắt máy cắt 1 :1 cực

BK2TYP:= 2 Kiếu cắt máy cắt 2: 1 cực

Cài đặt đầu vào cho máy cắt 1 (CB 574) :

52AA1:= IN204- Đầu vào tiếp điểm thường mở pha A máy cắt 574

52AB1:= IN205- Đầu vào tiếp điểm thường mở pha B máy cắt 574

52AC1:= IN 206- Đầu vào tiếp điểm thường mở pha C máy cắt 574

Cài đặt đầu vào cho máy cắt 2 (CB573)

52AA2:= RMB1A- Đóng pha A máy cắt 573

52AB2:= RMB2A- Đóng pha B máy cắt 573

52AC2:= RMB2A- Đóng pha C máy cắt 573

31

2.3.2.3 Cài đặt cấu hình đường dây

Rơ le SEL- 421 có 4 cài đặt tỷ lệ để biến đổi dòng điện và điện áp nhị thứ mà

rơ le đo lường được tương đương với giá trị nhất thứ Những cài đặt là tỷ số biến đổi điện áp và tỷ số biến đổi dòng điện PTRY, PTRZ, CTRW và CTRX Sử dụng điện áp Y cho bảo vệ đường dây và Z cho kiểm tra đồng bộ Cho phép lựa chọn nguồn dòng và áp thì có thể kết hợp đầu vào nguồn dòng W và X cho dòng đường dây Giá trị VNOMY và VNOMZ là giá trị điện áp pha của biến điện áp

CTRW:= 2000 Tỷ số biến dòng – đầu vào W CTRX:= 2000 Tỷ số biến dòng- đầu vào Y PTRY:= 4545,5 Tỷ số biến áp- đầu vào Y PTRZ:= 4545,5 Tỷ số biến áp- đầu vào Z VNMOY:= 110 Điện áp biến áp pha danh định- đầu vào Y

VNMOZ:= 110 Điện áp biến áp pha danh định- đầu vào Z

Nhập giá trị trở kháng thứ tự thuận, thứ tự không của đường dây cần bảo vệ Với đường dây 574 Thạnh Mỹ- 572 Đà Nẵng ta có các giá trị sau:

Z1MAG:= 8,06 Độ lớn trở kháng đường dây thứ tự thuận

Z1ANG:= 85,13 Góc trở kháng đường dây thứ tự thuận

Z0MAG:= 26,85 Độ lớn trở kháng đường dây thứ tự không

Z0ANG:= 71,80 Góc trở kháng đường dây thứ tự không

Lựa chọn chức năng định vị sự cố: EFLOC:= Y

Cài đặt LL là chiều dài đường dây Giá trị này không có đơn vị, có thể đặt chiều dài đường dây với đơn vị dặm,km ,ohm,… Đặt chiều dài đường là km

LL:= 76

Chức năng định vị sự cố sẽ sử dụng các giá trị Z1MAG, ZIANG, Z0MAG, Z0ANG,

LL mà bạn đã cài đặt

2.3.2.4 Cài đặt cấu hình rơ le

Có thể lựa chọn vùng bảo vệ khoảng cách từ 0 đến 5 đối với bảo vệ khoảng cách pha MHO (E21MP), chạm đất MHO (E21MG), chạm đất tứ giác (E21XG) Cũng có thể lựa chọn độc lập số lượng vùng bảo vệ của mỗi kiểu của bảo vệ khoảng cách, nhưng chỉ lựa chọn đúng số lượng vùng cần bảo vệ Đối với đường dây mà luận văn quan tâm, ta cài đặt như sau:

32

E21MP:= 3 Vùng bảo vệ khoảng cách pha MHO

E21MG:= 3 Vùng bảo vệ khoảng cách chạm đất MHO

E21XG:= 3 Vùng bảo vệ chạm đât tứ giác

Không cần cài đặt chức năng phát hiện quá độ biến điện áp kiểu tụ ECVT nếu SIR(Source Impedance Ratio- Tỷ số trở kháng nguồn) bé hơn 5 SIR bằng tỷ số giữa trở kháng nguồn và trở kháng đường dây Tính toán tỷ số này phụ thuộc vào vùng 1 của bảo vệ, vì khi ngắn mạch ngoài vùng 1 thì rơ le không được tác động Tính SIR dựa vào công thức (2.21)

1 1

Z (2.21)

Trong đó : Z1S là trở kháng thứ tự thuận của nguồn

Z1L là trở kháng thứ tự thuận của đường dây

bộ định thời phải chạy thời gian lại từ đầu sau mỗi bước tác động và gây ra chậm trễ trong việc loại trừ sự cố Do đó, ta lựa chọn đặc tính thời gian phụ thuộc:

ECDTD:=Y Phần tử khoảng cách có đặc tính thời gian phụ thuộc

Logic chống đóng vào điểm sự cố SOTF (Switch On To Fault) cho phép cắt bằng các phần tử bảo vệ sau khoảng thời gian đã đặt sau khi máy cắt đóng

ESOTF:=Y Cho phép cắt sau khi đóng vào điểm sự cố

Cho phép thực hiện kiểm tra đồng bộ