Bảo vệ chạm đất một pha bằng cách so sánh song song các véc tơ cực đại dòng thứ tự không và cảnh báo chạm đất

Bài viết Bảo vệ chạm đất một pha bằng cách so sánh song song các véc tơ cực đại dòng thứ tự không và cảnh báo chạm đất giới thiệu sơ đồ khối của thiết bị bảo vệ chạm đất một pha theo nguyên lý so sánh các véc tơ cực đại dòng thứ tự không và dòng chạm đất kết hợp phát tín hiệu cảnh báo. Thiết bị này phù hợp với mạng có chiều dài lớn, dòng chạm đất có thể đạt đến 40 A.

CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI BẢO VỆ CHẠM ĐẤT MỘT PHA BẰNG CÁCH SO SÁNH SONG SONG CÁC VÉC TƠ CỰC ĐẠI DÒNG THỨ TỰ KHÔNG VÀ CẢNH BÁO CHẠM ĐẤT Đinh Văn Thắng Trường Đại học Mỏ - Địa chất Email: dinhvanthang@humg.edu.vn TÓM TẮT Bài báo giới thiệu sơ đồ khối thiết bị bảo vệ chạm đất pha theo nguyên lý so sánh véc tơ cực đại dòng thứ tự khơng dịng chạm đất kết hợp phát tín hiệu cảnh báo Thiết bị phù hợp với mạng có chiều dài lớn, dịng chạm đất đạt đến 40 A Với chức bổ sung cảnh báo tín hiệu, cho phép xác định vị trí pha chạm đất phục vụ cho việc khắc phục cố thuận lợi Từ khóa: chạm đất pha, dịng chạm đất, dịng thứ tự khơng, điện áp thứ tự khơng ĐẶT VẤN ĐỀ Để bảo vệ lưới điện thiết bị điện trung áp mỏ có cố chạm đất pha, người ta thường trang bị rơ le bảo vệ chạm đất Có nhiều loại rơ le bảo vệ chạm đất pha trang bị cho lưới điện trung áp mỏ tùy thuộc vào tính tác dụng, yêu cầu bảo vệ cố xảy Rơ le bảo vệ chạm đất pha tác động theo tín hiệu điện áp thứ tự khơng thường xây dựng với chức cảnh báo có chạm đất mà khơng có khả tác động cắt chọn lọc Các dạng bảo vệ chạm đất pha tập trung làm việc theo nguyên lý so sánh độ lớn dịng thứ tự khơng khởi hành chạm đất với độ lớn dịng thứ tự khơng khởi hành cịn lại khơng bị chạm đất Với nguyên tắc này, sử dụng biên độ, trị hiệu dụng giá trị trung bình chúng để so sánh Thiết bị bảo vệ chạm đất pha dạng phù hợp với mạng có chiều dài lớn, dịng chạm đất đạt đến 40 A Với chức bổ sung tín hiệu cảnh báo, cho phép xác định vị trí pha chạm đất phục vụ cho việc khắc phục cố thuận lợi (MBA) tự dùng, 01 MBA đo lường HTMИ-6 nhiều khởi hành song song nối với Thuật toán hàm chức bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dịng sau [1] : Trong đó: yj – tín hiệu đo lường với giả thiết xj – có trị cực đại số tín hiệu đo cửa khởi hành khác nhau; u – tín hiệu điện áp thứ tự không; uy – trị số ngưỡng đặt điện áp thứ tự không; δo – trị số nhỏ cho trước; I1, I2, , In – dịng thứ tự khơng khởi hành chạm đất; k1, k2, , kn – hệ số quy đổi dòng điện Nếu bỏ qua sai số biến đổi dịng điện thứ tự khơng máy biến dịng thứ tự khơng để nâng cao tính chọn lọc bảo vệ, số lượng tối thiểu khởi hành kết nối vào trạm biến áp phải trở lên NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết chung dạng bảo vệ tập trung Xét mơ hình mạng phân phối điện cao áp kV mỏ (Hình H.1) Trạm phân phối cấp điện từ lưới điện 35 kV Trong trạm có 01 máy biến áp 30 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 H.1 Mơ hình mạng điện trung áp kV mỏ chạm đất pha NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Khác với thiết bị bảo vệ chạm đất pha tác động theo dịng chạm đất thơng thường, thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung hoạt động khơng cần hiệu chỉnh ngưỡng tác động dòng chạm đất pha khởi hành chạm đất ln tổng dịng điện dung riêng khởi hành cịn lại khơng chạm đất Từ đó, biểu thức tính dịng tác động bảo vệ sau: I t ,c = ( I cΣ − I cmax ) / kn (2) Nếu tính điều kiện độ nhạy [1]: k j I j δ0 = xˆ j δ0 ≥ kn (3) Điều kiện chọn lọc xác định thông qua hệ số chọn lọc kcl thỏa mãn biểu thức sau: kcl = xˆ j − xˆk (4) xˆ j ≥ xˆk + δ (5) Hay: đó: xˆ j - tín hiệu vào lớn nhất; xˆk - giá trị tín hiệu lớn thứ nhì; δ - độ phân giải cấu đo lường, cho phép phân biệt giá trị tín hiệu lớn hai tín hiệu gần nhau: kcl = k j Iˆ j − kk Iˆk ≥ δ (6) Với giả định tất hệ số k1, k2, , kn khác khơng nhau, điều kiện tối thiểu độ chọn lọc bảo vệ bội số dịng chạm đất pha khởi hành chạm đất dòng thứ tự không khởi hành không chạm đất [2] Iˆ j kk δ ≥ + Iˆk k j k j Iˆk (7) Có thể kết luận rằng, điều kiện độ phân giải cao khả so sánh sơ đồ tăng lên, nghĩa δ→0 Khi δ = có nghĩa là: k j Iˆ j ≥ kk Iˆk (8) Quay trở với hệ số hiệu chỉnh cho dịng thứ tự khơng [2] khởi hành thì: ′ ≤ k j Iˆ j khc ′′ kk Iˆk khc (9) Và bội nhỏ dòng chạm đất pha khởi hành thứ j khởi hành không chạm đất thứ k để đảm bảo chức bảo vệ chắn thiết bị bảo vệ chạm đất pha sau: k j ,k = Iˆ j k j ≥ khc Iˆk kk (10) đó, khc = k’hc.k”hc – hệ số hiệu chỉnh Từ suy rằng, độ tin cậy chắn tác động bảo vệ chạm đất pha tập trung (so sánh song song) tác động theo dịng thỏa mãn nhờ khâu biến đổi dịng điện thành điện áp với hệ số biến đổi hiệu chỉnh Với điều kiện cụ thể thực tế, sai số biến đổi dịng – áp khơng thể đảm bảo xác tỷ lệ tương ứng dịng thứ tự khơng I1, I2, I3, , In với tín hiệu điện áp sau khối biến đổi thành U1, U2, U3, , Un toàn dải biến động tín hiệu chạm đất mạng Trên sở thuật toán bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng trên, nhà nghiên cứu chế tạo đưa số sơ đồ thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng, hoạt động theo nguyên tắc so sánh nối tiếp hay song song đại lượng thứ tự không chạm đất pha 2.2 Thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dịng thứ tự khơng có cảnh báo tín hiệu chạm đất Sơ đồ khối chức thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dịng thứ tự khơng có cảnh báo tín hiệu chạm đất giới thiệu Hình H.2 Thiết bị phù hợp với mạng có chiều dài lớn, dịng chạm đất đạt đến 40 A Với chức bổ sung cảnh báo tín hiệu, cho phép xác định vị trí khởi hành chạm đất phục vụ cho việc khắc phục cố thuận lợi Nguyên lý hoạt động thiết bị tìm kiếm trị biên độ lớn nửa chu kỳ đầu dòng chạm đất pha thành phần dòng điện dung Trị số lớn dòng điện dung chế độ độ xác định theo phương pháp so sánh song song biên độ dịng thứ tự khơng khởi hành chạm đất không chạm đất Cấu trúc thiết bị gồm phần tử sau: 1-khối biến áp phối hợp trở kháng; 2-khối chỉnh lưu; 3-khối chọn điện áp cao nhất; CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 31 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI 4-khối nhớ tín hiệu; 5-khối phục hồi trạng thái đầu; 6- khối công tắc điều khiển không tiếp điểm thường mở; 7-khối xác định hướng công xuất; 8-khối logic trùng khớp; 9-phần tử nhớ; 10-phần tử logic OR; 11-phần tử logic AND; 12, 18- định thời gian; 13-khối khởi động thiết bị; 14,16-phần tử đảo; 17-phần tử logic AND Thiết bị cho tín hiệu căt máy cắt khởi hành bị cố cho tín hiệu cảnh báo cố chạm đất tương ứng Nó có khả sử dụng hiệu cho mạng điện trung tính cách ly mạng có cuộn kháng dập hồ quang nối với trung tính mạng Thiết bị ghi nhận trạng thái cố chạm đất pha như: Chạm đất thoảng qua, chạm đất lâu dài Thuật toán logic bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ dòng cực đại sau:     yi = ( xˆ j ≥ δ )( u ≥ U y ) xˆ j u + xˆ j u ( ) (11)     đó, xˆ j , u , xˆ j , u hướng (dấu) dòng thứ tự không lớn áp thứ tự không theo hướng rời khỏi Các máy biến áp phối hợp trở kháng sau biến dòng thứ tự khơng có hai nửa cuộn dây phía thứ cấp 2.3 Phân tích nguyên lý làm việc thiết bị Khi chạm đất pha xảy khởi hành nào, khối chỉnh lưu biến đổi tín hiệu dịng xoay chiều 3io thành điện áp chiều tỷ lệ với độ lớn dòng điện Từ cửa khối chỉnh lưu 2, tín hiệu đưa tới khối chọn lọc điện áp lớn theo nguyên tắc so sánh song song Kết nhận sau khối tức thời tìm kênh có trị số dịng thứ tự khơng lớn Từ cửa khối 3, tín hiệu đưa đến nhớ xây dựng từ phần tử rơ le đèn phóng điện khí lạnh (hiện số) để ghi nhớ số hiệu khởi hành có dịng thứ tự khơng lớn H.2 Sơ đồ khối thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ dòng cực đại có cảnh báo chạm đất 32 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Tín hiệu xuất cửa thiết bị dấu công suất thứ tự không hướng từ cuối khởi hành (do khối hướng công suất kiểm soát) Trong sơ đồ nguyên lý mạch thiết bị bảo vệ chạm đất pha này, sử dụng khối xác định hướng công suất chung cho tất khởi hành nhờ công tắc điện tử không tiếp điểm tự động nối với khới hành có dịng thứ tự khơng lớn chạm đất Khi chạm đất bên vùng bảo vệ (chạm đất cái) có khả xảy tác động nhầm với khởi hành có thành phần dịng điện dung riêng lớn Tuy nhiên, mạch có khối xác định hướng cơng suất nên cửa thiết bị khơng xuất tín hiệu cắt máy cắt có dịng thứ tự khơng lớn Khi tín hiệu chạm đất bị triệt tiêu (sau ngắt khởi hành có cố) khoảng thời gian khoảng 1s, định thời 12 cho tín hiệu đến khối đưa thiết bị trở lại trạng thái sẵn sàng cho hoạt động bảo vệ chạm đất pha Ngồi định thời 12 có chức chặn tác động thiết bị có xung dịng nhảy vọt đầu vào khơng liên quan đến tượng chạm đất pha CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ KẾT LUẬN Các thiết bị bảo vệ chạm đất pha thông thường tác dụng theo độ lớn dòng chạm đất pha dạng độc lập để bảo vệ mạng điện cao áp trung tính khơng nối đất thường có nhược điểm tin cậy độ chọn lọc tác động cắt khởi hành có cố chạm đất không cao Thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dịng thứ tự khơng có cảnh báo tín hiệu chạm đất khởi hành lại khơng bị chạm đất phù hợp với mạng có chiều dài lớn, dịng chạm đất đạt đến 40 A Với chức bổ sung cảnh báo tín hiệu, cho phép xác định vị trí pha chạm đất phục vụ cho việc khắc phục cố thuận lợi Nhược điểm thiết bị khả hoạt động số lượng khởi hành mạng nhỏ Trong trường hợp kết so sánh không xác định khởi hành bị chạm đất khởi hành không bị chạm đất ❏ TÀI LIỆU THAM KHẢO Буксторов В.Ф., Поляков В.Е (1987), Устройство для токовой направленной защиты от однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралю Изд Вузов Электромеханика Букстояров В.Ф., Щуцкий В.И (1999), Защита от замыканий на землю в электроустановках -35 кВ Изд Екатеринбург SINGLE-PHASE EARTH FAULT PROTECTION IN HIGH VOLTAGE NETWORK BY COMPARISON OF ZERO SEQUENCE CURRENT VECTORS AND WARNING SIGNAL ABSTRACT The paper introduces a block diagram of a single-phase earth fault protection device according to the principle of comparing the maximum vector of zero sequence current and earth fault current in combination with generating alarm signals This device is suitable for long-distance networks and the earth fault current can be up to 40A It also has a signal alarm function, allowing the fault phase to be located to help eliminate the fault conveniently Keywords: single phase earth fault, earth fault current, zero sequence current, zero sequence voltage Ngày nhận bài: 21/10/2021; Ngày gửi phản biện: 23/10/2021; Ngày nhận phản biện: 29/11/2021; Ngày chấp nhận đăng: 20/2/2022 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2022 33 ... hay song song đại lượng thứ tự không chạm đất pha 2.2 Thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dòng thứ tự khơng có cảnh báo. .. tín hiệu chạm đất Sơ đồ khối chức thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dịng thứ tự khơng có cảnh báo tín hiệu chạm đất giới... hành có cố chạm đất khơng cao Thiết bị bảo vệ chạm đất pha tập trung tác động theo dòng sử dụng nguyên lý so sánh song song véc tơ cực đại dịng thứ tự khơng có cảnh báo tín hiệu chạm đất khởi hành