Nghiên ứu đánh giá độ tin ậy ủa á phương thứ bảo vệ đường dây 220kv trạm sơn tây

21 CHƢƠNG IV: ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ ĐƢỜNG DÂY .... Vấn đề cần đƣợc thảo luận là phƣơng thức bảo vệ và hệ thống mạch nhị thứ nào sẽ có độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

CHU QUANG TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC

TRẠM SƠN TÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội –2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

CHU QUANG TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 220KV

TRẠM SƠN TÂY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS NGUYỄN XUÂN TÙNG

Hà Nội –2019

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các Quý Thầy/Cô đã giảng dạy trong chương trình cao học Kỹ thuật điện – trường Đại học Bách khoa Hà Nội , những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích về Kỹ thuật điện, làm cơ

sở cho tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Xuân Tùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, cho tôi nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực hiện đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô đang giảng dạy tại Viện Điện – trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các anh, chị uản lý vận hành Trạm biến áp q220kV Sơn Tây đã giúp đỡ tôi trong việc trong quá trình thu thập dữ liệu, thông tin của luận văn, đóng góp ý kiến và bổ sung những thiếu sót cho luận văn của tôi Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học cũng như thực hiện luận văn

Do thời gian có hạn, kinh nghiệm nghiên cứu chưa có nên còn nhiều thiếu xót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý Thầy/Cô và các anh chị học viên

Xin chân thành cảm ơn!.

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết qu nghiên c u c a riêng tôi, không sao chép c a ả ứ ủ ủ

ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác ộN i dung luận văn có tham khảo, s d ng và ử ụtrích d n các tài liẫ ệu, thông tin đã đƣợc đăng tải trên các tác ph m, t p chí, bài báo ẩ ạ

và các trang web theo danh m c tài li u tham kh o cụ ệ ả ủa luận văn

Tác giả

Chu Quang Toàn

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I :CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ 2

1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ 2

1.2 Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ 4

1.3 Một số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ 7

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất ghiên cứu 9

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 11

2.1 Các chỉ tiêu phổ biến để đánh giá độ tin cậy 11

2.1.1 Giới thiệu chung 11

2.1.2.Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của các phần tử 11

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ 13

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 17

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy 17

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố 19

3.4 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản 21

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 24

4.1 Giới thiệu về trạm biến áp 220 kV Sơn Tây và phương thức bảo vệ 24

4.1.1 Giới thiệu về trạm biến áp 24

4.1.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ của ngăn lộ đường dây 27 tại trạm2 27

iv

4.1.3 Ma trận cắt hiện đang sử dụng 28

4.2 Các kịch bản đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn lộ đường dây 272 tại trạm biến áp 220kV Sơn Tây 31

4.2.2 Các giả thiết khi tính toán độ tin cậy của các sơ đồ bảo vệ đường dây 31

4.2.3 Các kịch bản so sánh độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây 32 4.3 Giá trị không sẵn sàng của một số phần tử trong sơ đồ phương thức bảo vệ rơle 33 4.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính toán cây sự cố 37

4.5 Kết quả đánh giá và các nhận xét 39

4.5.2 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 3 39

4.5.3 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 2 (sơ đồ mở rộng) 42

4.5.4.Đánh giá kết quả 46

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 51

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ phương thức đường dây 6

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ không có dự phòng 15

Hình 2.2 Hệ thống bảo vệ có dự phòng 15

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp 19

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song 20

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây 22

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng 23

Hình 4.1 Sơ đồ một sợi trạm 220kV Sơn Tây 24

Hình 4.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ ngăn lộ 272 25

Hình 4.3 Ma trận cắt của phương thức bảo vệ đường dây 272 Trạm 220kV Sơn Tây 30

Hình 4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 32

Hình 4.5 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 33

Hình 4.6 Giao diện chính của phần mềm 37

Hình 4.7 Các biểu tượng có sẵn trong phần mềm 38

Hình 4.8 Giao diện quản lý dữ liệu của OpenFTA 38

Hình 4.9 Các chức năng hỗ trợ phân tích, tính toán cây sự cố 39

Hình 4.10 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ rút gọn) 40

Hình 4.11 Cây sự cố với sơ đồ 3 (sơ đồ rút gọn) 40

Hình 4.12 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 43

Hình 4.13 Cây sự cố với sơ đồ 2 (sơ đồ mở rộng) 44

vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố 19Bảng 4.1 Thống kê các chỉ số độ không sẵn sàng của một số phần tử 36Bảng 4 So sánh mức độ không sẵn sàng của các sơ đồ phương thức bảo vệ khác nhau với 2 ngăn lộ đường dây 46Bảng 4 Mức độ đóng góp của các hư hỏng tới độ không sẵn sàng của sự kiện đỉnh3 46

MỞ ĐẦU

Hệ thống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạt động với độ tin cậy cao, tuy nhiên

do hệ thống gồm nhiều thiết bị hợp thành nên vẫn có những sự cố xảy ra và có thể dẫn tới những thiệt hại lớn cho hệ thống

Có thể thấy phương thức bảo vệ của các thiết bị chính trong hệ thống đã được qui định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu nối các thiết bị và mạch nhị thứ còn khác nhau giữa các trạm Việc khác nhau của hệ thống nhị thứ là do quan điểm thiết kế của các hãng không giống nhau Vấn đề cần được thảo luận là phương thức bảo vệ và hệ thống mạch nhị thứ nào sẽ có độ tin cậy cao hơn và phù hợp về mặt kinh tế

Xuất phát từ lý do này, luận văn đã đi sâu nghiên cứu cách thức đánh giá định lượng

độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây, phương pháp sử dụng là phương pháp cây sự cố Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn đối với phương thức bảo vệ đường dây 220kV vì đây là phần tử phổ biến trên lưới điện và mang tính chất quang trọng Phần tính toán áp dụng kết quả nghiên cứu sẽ thực hiện đối với sơ đồ phương thức bảo vệ của đường dây 272 - Trạm 220kV Sơn Tây – Truyền tải điện Hòa Bình

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành chương5

vệ; đồng thời giới thiệu các sơ đồ phương thức chung bảo vệ đường dây 220kV & 500kV và các hư hỏng thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ Trong chương này cũng đặt ra mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Chương :II Giới thiệu các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của hệ thống điều khiển bảo vệ và các giải pháp để nâng cao độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ

sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

loại trừ sự cố trong vùng đối với một số sơ đồ bảo vệ đường dây phổ biến với mức

độ dự phòng tăng dần Phạm vi áp dụng là với sơ đồ bảo vệ đường dây 272 – Trạm220kV Sơn Tây – Truyền tải điện Hòa Bình Phần mềm OpenFTA được sử dụng để xây dựng và đánh giá mức độ không sẵn sàng

CHƯƠNG I :CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG

RƠLE BẢO VỆ

Nhiệm v ính cụ ch ủa thi t b b o v ế ị ả ệ rơle là tự độ ng c t ph n t ắ ầ ử hư hỏng ra

kh i h ỏ ệthống điện, ghi nh n phát hi n ra tình tr ng làm viậ ệ ạ ệc không bình thường của các ph n t ầ ử hư hỏng trong h ệ thống điện Tùy vào mức độ tình tr ng làm vi c bạ ệ ất thường mà rơle ảb o v ệcó th ch c nh báo tín hi u ho c ể ỉ ả ệ ặ tác động c t máy c t ắ ắCác yêu cầu chính đố ới v i hệ thống rơle bảo v : ệ

a) Tính chọ ọn l c

Tác động c a b o v m b o ch c t ph n t b ủ ả ệ đả ả ỉ ắ ầ ử ị hư hỏng ra kh i h thỏ ệ ống điện được

gọi là tác động ch n l Khi có ngu n cung c p d ọ ọc ồ ấ ự trữ cho h tiêu thộ ụ, tác động như vậ ạy t o kh ả năng cho hộ tiêu th ti p tụ ế ục được cung cấp điện

Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loạ ừi tr kh ả năng bảo v ệ tác động như là bảo

v d ệ ựtrữ trong trường h p h ng hóc b o v ợ ỏ ả ệhoặc máy c t c a các ph n t lân c n ắ ủ ầ ử ậ

C n phân bi t hai khái ni m ch n l ầ ệ ệ ọ ọc

+ Chọ ọc tương đốn l i: Theo nguyên tắc tác động c a mình, b o v có th làm ủ ả ệ ể

ph n t y, càng giầ ử ấ ảm được th i gian t t thờ ụ ấp điện áp các h tiêu th và càng có ở ộ ụ

kh ả năng giữ ổn định c a h ủ ệthống điện Để giảm th i gian c t ng n m ch c n phờ ắ ắ ạ ầ ải

gi m thả ời gian tác động c a thi t b b o v ủ ế ị ả ệ rơle Tuy nhiên trong mộ ốt s trư ng h p ờ ợ

để ự th c hi n yêu cệ ầu tác động nhanh thì không th th a mãn yêu c u ch n l c Hai ể ỏ ầ ọ ọyêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau

c) Độ nh y ạ

B o v ả ệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối v i nhớ ững hư hỏng và tình tr ng làm viạ ệc không bình thường có th xu t hi n nh ng ph n t ể ấ ệ ở ữ ầ ử được b o v trong h th ng ả ệ ệ ốđiện Thường độ nhạy được đặc trưng bằng h s nh y Kn ệ ố độ ạ Đối v i các b o v ớ ả ệlàm việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch ệ ố độ, h s nhạy được xác định b ng ằ

t s giỷ ố ữa đại lượng tác động t i thi u (ví d : dòng ng n m ch nh nh t) khi ngố ể ụ ắ ạ ỏ ấ ắn

m ch trạ ực tiế ở cuốp i vùng b o v ả ệ và đại lượng đặt (tức dòng khởi động)

d) Đảm bảo độtin cậy

B o v ph i luôn luôn s n sàng khả ệ ả ẵ ởi động và tác ng m t cách ch c ch n trong tđộ ộ ắ ắ ất

c ả các trường h p ng n m ch trong vùng b o v và các tình tr ng làm vi c không ợ ắ ạ ả ệ ạ ệbình thường đã định trước M t khác b o v ặ ả ệ không được tác động khi ng n m ch ắ ạngoài N u b o v có nhi m v d ế ả ệ ệ ụ ự trữ cho các b o v sau nó thì khi ng n m ch ả ệ ắ ạtrong vùng d ự trữ ả b o v này ph i khệ ả ởi động nhưng không được tác động khi bảo

v ệ chính đặ ầt g n ch ỗngắn mạch hơn chưa tác động Để tăng tính đảm b o c a bả ủ ảo

v c n: ệ ầ

+ Dùng rơle có chất lượng cao

+ Chọn sơ đồ ả b o v ệ rơle đơn giản nh ất

+ Các b ph n ph ộ ậ ụ(cực n i, dây d nố ẫ , rơle trung gian) dùng trong sơ đồ phải

Đối v i các trang thi t b i n cao áp và siêu cao áp, chi phí mua s m, l p t ớ ế ị đ ệ để ắ ắ đặthi t b b o v thế ị ả ệ ường ch chi m m t vài ph n tr m giá tr c a công trình Vì v y ỉ ế ộ ầ ă ị ủ ậyêu c u vầ ề kinh không ra, mà bốn yêu u k thu t trên óng vai trò quytế đề cầ ỹ ậ đ ết định, vì nếu không tho mãn ả được các yêu u này s d n n h u qu tai h i cầ ẽ ẫ đế ậ ả ạcho h th ng i n ệ ố đ ệ

Đối v i l i i n t ng áp và hớ ướ đ ệ ru ạ áp, số ượ l ng các ph n tử cần ầ được b o v r t ả ệ ấlớn, v yêu c u i và ầ đố ới thi t bị b o v không cao b ng thi t b b o v các nhà ế ả ệ ằ ế ị ả ệ ở

máy i n ho c lđ ệ ặ ưới truyền t i cao áp Vì v y cần ph i cân nh c tính kinh tế trong ả ậ ả ắ

l a ch n thi t b b o v sao ch có th m b o ự ọ ế ị ả ệ o ể đả ả được các yêu u k thu t và chi cầ ỹ ậphí th p nh ấ ất

Hiện nay, h ệthống đường dây và các máy bi n áp truy n tế ề ải điện năng đóng một vai trò quan tr ng trong viọ ệc đưa điện năng sản xuất được đến h tiêu th S ộ ụ ố lượngđường dây và các tr m bi n áp truy n tạ ế ề ải điện tăng lên không ngừng do phải đáp

ứng nhu cầu tăng rất nhanh c a ph t i Viủ ụ ả ệc xây dựng thêm các đường dây các ở

cấp điện áp 500, 220, 110kV trong h ệthống truy n tề ải điện ngày càng nhi u chính ề

vì vậy mà phương thức s d ng dùng b o v ử ụ để ả ệcho các tuyến đường ph n t quan ầ ử

trọng trong h ốệ th ng truy n t i và phân ph i ề ả ố điện năng Bên c nh các yêu c u k ạ ầ ỹthuật, các yêu c u v tính kinh t ầ ề ế ngày càng được quan tâm nhằm nâng cao độ tin

cậy để ả b o v ệ đường dây truy n tề ải điện tốt hơn và ối ưu về ặt m t kinh t ế

Việc phát hi n và ệ loạ ừi tr nhanh s c ự ố trên đường dây giúp tăng khả năng cung

cấp điện liên t c,tin c y cho toàn h ụ ậ ệ thống điện Theo quy định m i c a EVN ban ớ ủhành năm 2016 về ấ c u hình h th ng và quy cách k thu t cệ ố ỹ ậ ủa rơle bảo v ệcho hệthống đường dây truy n t i đi n 500kV; 220kV và 110kV ề ả ệ như sau (trích lược): Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây 220 kV

1 Cấu hình rơ le bảo vệ

a Đường dây 220 kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơ le bảo vệ đường dây với cấu hình như sau:

 Thiết bị rơ le bảo vệ số 1: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, SOTF, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL

 Thiết bị rơ le bảo vệ số 2: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 68 (B/T), SOTF, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL

 Các chức năng bảo vệ và tự động 25/79, 27/59 không phải dự phòng

và được tích hợp vào một trong hai thiết bị rơ le bảo vệ trên hoặc sử dụng thiết bị bảo vệ rơle riêng

b Thiết bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dòng điện từ các cuộn dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây.

c Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT, PUTT79 và các mạch nhị thứ

đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 220 kV

d Cô lập thiết bị rơ le bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất

kỳ chức năng nào của thiết bị rơ le bảo vệ số 2 (hoặc số 1 tương ứng)

2 Phương thức truyền tín hiệu

a Chức năng rơle bảo vệ 87L của thiết bị rơ le bảo vệ số 1 được truyền tín hiệu giữa hai đầu đường dây bằng một trong ba phương thức sau:

- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơ le ở hai đầu đường dây

- Kênh truyền dẫn quang

- Kênh thuê riêng

b Chức năng bảo vệ sử dụng kênh truyền của thiết bị rơ le bảo vệ số 2 (POTT, PUTT ) được truyền tín hiệu giữa hai đầu đường dây bằng một trong ba phương thức sau:

- Kênh truyền tải ba

- Kênh truyền dẫn quang thiết lập bằng thiết bị truyền dẫn và sợi quang độc lập vật lý với kênh truyền dẫn quang dùng cho chức năng rơle bảo vệ 87L của thiết

bị rơle bảo vệ số 1

- Kênh thuê riêng (trong trường hợp cả kênh truyền tín hiệu cho thiết bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2 đều là kênh thuê riêng thì hai kênh này cũng phải độc lập vật lý

về sợi quang và thiết bị truyền dẫn)

c Các chức năng bảo vệ, tín hiệu liên động khác ở hai đầu đường dây như: 27, 59, 50BF, DTT phải được truyền đồng thời trên hai kênh truyền tín hiệu của hai thiết

bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2

Ví dụ ề sơ đồ phương thứ v c bảo v i vệ đố ới các ngăn ộ đườ l ng dây 220kV:

Hình: 1.1: Sơ đồ phương thứ c b o v ả ệ đườ ng dây

21/21N: B o v khoả ệ ảng cách đường dây

67/67N: B o v ả ệ quá dòng có hướng /bảo v quá dòng chệ ạm đất có hướng 85: Truy n cề ắt,nhận thông tin phối hợp tác động t b o v ừ ả ệ đầu đối di n ệ27/59: B o v kém áp/quá áp ả ệ

25/79: Kiểm tra đồng bộ/Tự động đóng lại AR

FL/FR: nh v s c /ghi s c Đị ị ự ố ự ố

50BF: B o v ả ệchống hư hỏng máy c ắt.

74: Rơle giám sát mạch c t ắ

1.3 M ột số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ

H ệthống rơle bảo v ệ được thi t k hoế ế để ạt động với độ tin c y cao, tuy nhiên do h ậ ệthống g m nhi u thi t b h p thành nên v n có nh ng s c xồ ề ế ị ợ ẫ ữ ự ố ảy ra như liệt kê sau đây:

a) Hư hỏng ph n c ng cầ ứ ủa rơle bảo v ệ

B o v cho các ả ệ đường dây là h ệthống các rơle bao gồm rơle số, rơle điệ cơn V ề

m t c u tặ ấ ạo các rơle kỹthuậ ốt s bao g m các linh kiồ ện điện t , các ph n t b ng ử ầ ử ả

mạch như IC, chíp, điốt, transitor, t ụ điện…Các linh kiện điện t ử này đượ ổ ợp c t hthành các đầu vào input và đầu ra output để ự th c hiện cơ cấu tác động mỗi khi rơle thực hi n chệ ức năng bảo vệ Rơle bảo v luôn luôn hoệ ạt động 24/24h trong ngày luôn luôn sẵn sàng để tác động khi có s c x y ra ự ố ả trên đường dây, m t khác các ặlinh kiện điện t ử cũng có tuổi th nhọ ất định chính vì v y mà có xác suậ ất hư hỏng

nhất định dẫn đến nguyên nhân làm rơle không tác động khi có s c x y Bên c nh ự ố ả ạcác rơle kỹ thu t s b o v h thậ ố ả ệ ệ ống đường dây còn có rơle điệ cơ, các rơle cơ này n

hoạt động dựa trên nguyên lý điệ ừ đượn t , c c u t o t các cu n dây, mấ ạ ừ ộ ạch điệ ừn t

và các tiếp điểm Qua quá trình ho t ạ động lâu dài rơle cơ cũng bị ảnh hưởng và hư

hỏng như đứt dây, già hóa mạch điện t , các tiừ ếp điểm của rơle tiếp xúc kém

b) Hư hỏng ngu n làm viồ ệc cho rơle bảo v ệ

Trong b t c m biấ ứtrạ ến áp nào cũng luôn luôn có hệthống ngu n AC/DC cung cồ ấp cho toàn bộ ệ ố h th ng mạch bảo v ệ cũng như điều khi n c a các thi t b máy c t, dao ể ủ ế ị ắcách ly…Khi có sự ố ảy ra cho dù rơle có ạt động đúng và tác động nhưng nế c x ho u thiếu h ốệth ng ngu n DC cung c p thì máy cồ ấ ắt cũng không thể ắt đượ c c, chính vì l ẽ

đó mà hệ th ng ngu n AC/DC trong tr m bi n áp r t quan tr ng Theo quy chu n ố ồ ạ ế ấ ọ ẩ

c a EVN thì trong tr m biủ ạ ến áp thường có hai h ệthống ngu n DC riêng bi t và hoồ ệ ạt động độ ậc l p v i nhau Nguớ ồn DC được d phòng nóng b ng hai h th ng acquy ự ằ ệ ố

độ ậc l p Hai h thệ ống acquy độ ập này được l c ph n p b ng hai h thụ ạ ằ ệ ống điện AC riêng bi t c a tr m M t ngu n l y t ngu n t ệ ủ ạ ộ ồ ấ ừ ồ ự dùng địa phương bên ngoài trạm,

m t ngu n AC l y qua máy bi n áp t dùng trong trộ ồ ấ ế ự ạm điện V i thi t k h ớ ế ế ệthống

ngu n AC/ồ DC như vậy đảm b o cho h ả ệthống m ch nh ạ ịthứ điều khi n b o v hoể ả ệ ạt

động tin cậy giúp cho rơle sẵn sàng tác động cô l p ph n t b ậ ầ ử ị hư hỏng khi có s c ự ố

x y ra Tuy nhiên xác suả ất hư hỏng h ệthống ngu n AC, DC v n có th xồ ẫ ể ảy ra như

hư hỏng acquy, hư hỏng t chủ ỉnh lưu AC DC, hư hỏ/ ng các máy bi n áp t dùng ế ựcung cấp điệ ừn t 22/0,4kV, hư hỏng attomat v.v Chính vì vậy khi xét đế ổn t ng quan

v tin c y c a c h ề độ ậ ủ ả ệ thống r le b o v ơ ả ệ cho các đường dây c n ph i xét t i h ầ ả ớ ệthống DC này

c) Hư hỏng mạch dòng điện, điện áp c p t i ấ ớ cho rơle

Các biến dòng điện và biến điện áp cung c p tín hiấ ệu để rơle liên tục ki m tra và ểphát hi n các tình tr ng làm vi c bệ ạ ệ ất thường hoặc sự ố c Khi có s c x y ra, các giá ự ố ảtrị dòng điện và điện áp này vượt quá (ho c gi m thặ ả ấp hơn) giá tr ị cài đặt trong rơle thì rơle sẽ tác động g i l nh t i c t các máy cử ệ ớ ắ ắt để cô lập điểm s c Xác xuự ố ất hư

h ng biỏ ến dòng điện và biến điện áp r t nh và chi m m t t l là ấ ỏ ế ộ ỷ ệthấp trong thực

t ế

d) Hư hỏng, u sai m ch nh đấ ạ ị rơle bảo v ệ

Bên c nh nh ng nhân t khách quan thì nhân t ạ ữ ố ố chủ quan của con người cũng là

m t trong nguyên nhân gây ra sai sót khi n ộ ế rơle tác động nhưng không cắt được khi

có s c xự ố ảy ra Rơle muốn làm việc được c n phầ ải đấu các mạch điện nh ịthứ liên quan như mạch lực dòng điện, điện áp cấp cho rơle, mạch ngu n DC nuôi, m ch các ồ ạinput đầu vào nh phânị , các đầu ra output tiếp điểm làm việc đi cắt các máy cắt Rơle ạt độho ng c t ắ đúng được máy c t theo yêu c u ch khi các mắ ầ ỉ ạch này đúng với nguyên lý thi t k cế ế ủa rơle Thự ếc t cho thấy xác su t x y ra viấ ả ệc đấu sai m ch nh ạ ị

thứ này là khá nhi u, lý do có th do trình độề ể là , do k ỹ năng và cả do hi u sai v ể ềnguyên lý hoạ ột đ ng của rơle dẫn đến nhầm lẫn

e) Sai sót khi cài đặt phi u chế ỉnh định và cấu hình rơle

M t nguyên nhân khá ph bi n d n t i h ộ ổ ế ẫ ớ ệ thống rơle bảo v không hoệ ạt động như mong mu n là do ố sai sót khi cấu hình rơle, cài đặt giá tr ị tác động, cài đặt các output, input cho rơle bảo vệ Như chúng ta đã biết rơle là mộ ảt s n phẩm điện t ửthông minh của con người dùng để ả b o v cho các thi t b ệ ế ị điện, tuy nhiên tùy vào đối tượng b o v mà nó c n phả ệ ầ ải được cài t các thông s phù h p theo tính toán đặ ố ợtrước Công vi c này ệ đòi hỏi người cài đặt và cấu hình rơle phải có chuyên môn,

trình độ và được đào tạo Công việc cài đặt không đúng sẽ ẫn đến rơle làm việ d c sai, làm việc không đúng gây ảnh hưởng t i tu i th c a thi t b ớ ổ ọ ủ ế ị điện nói riêng và ảnh hưởng đến các thi t b khác lân cế ị ận Ngày nay dưới tác động c a khoa h c và ủ ọ

k ỹthuật các loại rơle kỹ thuậ ốt s phát tri n không ng ng c v s ể ừ ả ề ố lượng và chất lượng, ngày càng có nhiều hãng rơle và nhiều ch ng loủ ại rơle khác nhau, s d ng ử ụnhi u lo i ph n mề ạ ầ ềm khác nhau để cài đặt cũng như cấu hình chức năng bảo vệ Chính vì th khi m t ch ng lo i hay mế ộ ủ ạ ột hãng rơle mới đưa vào vận hành trên h ệthông lướ điệi n công việc cài đặt cũng như thí nghiệm đôi khi cũng xảy ra sai sót

dẫn đến nguyên nhân không cắt được máy c t khi có s c x y ra ắ ự ố ả

f) Hư hỏng c a bảủ n thân máy c t ắ

M t y u t quan tr ng chính d n t i vi c h ộ ế ố ọ ẫ ớ ệ ệ thống rơle không loại tr ừ được s c ự ốchính là do hư ỏh ng c a b n thân máy c t Mủ ả ắ ặc dù rơle bảo v ệ đã tác động, m ch ạ

nh ịthứ làm vi c t t, các cu n cệ ố ộ ắt đã làm việc nhưng máy cắ ẫt v n không cắt được đó

là do nguyên nhân như hư hỏng chính cu n c t, cu n c t b hộ ắ ộ ắ ị ỏng, các cơ cấu cơ khí

c a máy c t b k t làm cho các tr c c c a máy c t không th tách r i tiủ ắ ị ẹ ụ ự ủ ắ ể ờ ếp điểm chính c a máy c t Xác suủ ắ ất hư hỏng này nói chung x y ra khá ít và hi m khi g p ả ế ặtrong thực tế

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất

nghiên cứu

H ệthống rơle bảo v ệ được thi t k hoế ế để ạt động với độ tin c y cao, tuy nhiên do h ậ ệthống g m nhi u thi t b h p thành nên v n có nh ng s c x y ra và có th d n t i ồ ề ế ị ợ ẫ ữ ự ố ả ể ẫ ớ

nh ng thiữ ệt hạ ới l n cho h ệthống

Có th ểthấy phương thức b o v c a các thi t b chính trong h ả ệ ủ ế ị ệthống đã được qui

định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu n i các thi t b và m ch nh th còn khác nhau ố ế ị ạ ị ứ

gi a các tr m C u hình c a các h ữ ạ ấ ủ ệthống nh ị thứ có th khác nhau tùy theo quan ểđiểm thi t k c a các hãng Vế ế ủ ấn đề ần quan tâm đố ới đơn vị ử ụ c i v s d ng là phương

thức b o v và h ốả ệ ệ th ng m ch nh ứạ ịth nào s ẽ có độ tin cậy cao hơn và phù h p v ợ ề

m t kinh t ặ ế

t phát t lý do này, lu u cách th

Xuấ ừ ận văn sẽ đi sâu nghiên cứ ức đánh giá định lượng độ tin c y cậ ủa các sơ đồ phương thức b o v d a trên ả ệ ự phương pháp cây sự ố c Phạm vi nghiên c u s gi i hứ ẽ ớ ạn đối với phương thức b o v ả ệ đường dây vì đây là

ph n t quan tr ng, có su t s c l n và gây ầ ử ọ ấ ự ố ớ ảnh hưởng nhiều đến h ệthống Phần tính toán áp d ng k t qu nghiên c u s ụ ế ả ứ ẽthực hiện đố ới sơ đồ phương thứi v c b o v ả ệngăn lộ đường dây 272 (Vĩnh Tường – Sơn Tây) tại trạm 220kV Sơn Tây thu c ộTruy n tề ải điện Hòa Bình

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ

THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

Độ tin c y c a h th ng (ho c ph n t ) là xác suậ ủ ệ ố ặ ầ ử ất để ệ ố h th ng ho c ph n t ặ ầ ửhoàn thành các nhi m v yêu c u trong kho ng th i gian ệ ụ ầ ả ờ xác định và điều ki n nhệ ất

định Độ tin c y và các ch s liên quan là mậ ỉ ố ột đại lượng xác su t, ph thu c th i ấ ụ ộ ờgian; tuy nhiên trong nhiều trường h p có th s d ng gi ợ ể ử ụ ả thiết các ch s không ỉ ố

ph ụ thuộc thời gian để tính toán độ tin ậy Đây chỉ là phương pháp gần đúng cnhưng ả thi đểkh có th áp d ng trong th c t ể ụ ự ế

Đối v i h th ng (hay ph n t ) ph c hớ ệ ố ầ ử ụ ồi như hệthống điện và các ph n t c a nó ầ ử ủthì khái ni m kho ng thệ ả ời gian xác định không có ý nghĩa bắt bu c vì h ộ ệthống làm

vi c liên tệ ục Do đó độ tin cậy được đo bởi một đại lượng thích hợp hơn là độ ẵn ssàng

“Độ ẵ s n sàng là xác suất để để ệ h th ng (hay ph n t ) hoàn thành ho c s n sàng ố ầ ử ặ ẵhoàn thành nhi m v trong thệ ụ ời điểm b t k ấ ỳ”

Độ ẵn sàng cũng là xác suất để ệ ố s h th ng tr ng thái t t trong thở ạ ố ời điểm b t k và ấ ỳđược tính b ng t s gi a th i gian h th ng tr ng thái t t và t ng th i gian ho t ằ ỷ ố ữ ờ ệ ố ở ạ ố ổ ờ ạ

động Ngư c l i vợ ạ ới độ ẵn sàng là độ s không sẵn sàng, đó là xác suất để ệ ố h th ng (hay ph n tầ ử) ở trạ ng thái h ng ỏ

Độ tin c y c a các ph n t là y u t quyậ ủ ầ ử ế ố ết định độ tin c y c a c h th ng, do v y ậ ủ ả ệ ố ậ

để đánh giá độ tin c y ph i xu t phát t các ph n t c u thành h th ng ậ ả ấ ừ ầ ử ấ ệ ố

M t s ộ ố chỉ tiêu đượ ử ụng để đánh giá độc s d tin c y cậ ủa ầ ử ớph n t v i gi ảthiết ỷ ệt l

hư hỏng và s a chử ữa là đại lượng không đổi theo th i gian ờ như sau [1]:

- T n su t s c ầ ấ ự ố (λ): là s l n thi t b b s c trong mố ầ ế ị ị ự ố ột đơn vịthời gian D ữ

liệu này được th ng kê t ực tếố ừth ho c qua các th nghi m ặ ử ệ

- Cường độ phục h i ồ (μ): ổT ng s s a ch a chia cho t ng s ố ử ữ ổ ố đơn vị ờ th i gian làm việc ho c thờặ i gian ho t đ ng ạ ộ

- Thời gian trung bình giữa các s c (MTTF)ự ố : Thời gian trung bình gi a thữ ời gian bắt đầu hoạt động ho c hoặ ạt động tr l i sau khi s a ch a và lở ạ ử ữ ần hư hỏng tiếp theo V i gi ớ ảthi t ế t n suầ ất s c ự ốlà hằng s theo th i gian thì ố ờ MTTF = λ-1

- Thời gian s a chử ữa trung bình (MTTR): Thời gian trung bình để ửa s và khôi

phục lại sự hoạ ột đ ng của thiết bị Thời gian này bao gồm cả thời gian chu n b , ẩ ị thời gian b o trì ch ng và ả ủ độ thời gian dành cho các khâu h u c n V i gi ậ ầ ớ ả thiết cường

độ ph c h i là h ng s theo th i gian ụ ồ ằ ố ờ thì MTTR = μ-1

- Th i gian trung bình gi a các lờ ữ ần hư hỏng (MTBF): Thời gian trung bình

gi a các l n b s c ữ ầ ị ự ố hư hỏng c a thi t b ủ ế ị tính đến khi được sửa xong và đưa trở ại l

hoạ ột đ ng

MTBF là tổng của MTTF và MTTR Vì MTTR là hường nhỏ so với MTTF, chúng t

ta giả định rằng MTBF là ấp xỉ bằng x MTTF và MTBF = λ-1

Các rơle bảo v và h th ng b o v ệ ệ ố ả ệ được thi t k s a chế ế để ử ữa được (h th ng ph c ệ ố ụ

h , dồi) o đó các chỉ ố đo độ s tin c y c n bao g m kh ậ ầ ồ ả năng hư hỏng và kh ả năng ửs a

ch a.ữ

Mức độ s n sàng là xác suẵ ấ ểt đ h ệthống hay ph n t hoàn thành ho c s n sàng hoàn ầ ử ặ ẵthành nhi m v trong thệ ụ ời điểm b t k , là xác suấ ỳ ất để ệ h thống ng thái t t trong ởtrạ ố

thời điểm b t k (là t s gi a th i gian h ốấ ỳ ỉ ố ữ ờ ệ th ng ạở tr ng thái t t và t ng th i gian ố ổ ờ

hoạ ột đ ng) Phương trình (1) minh họa phương thức tính mức độ s n sàng: ẵ

)1(

MTTR MTBF

MTBF MTTR

MTTF

MTTF A

V i h ớ ệthống rơle bảo v ệ thường quan tâm t i th i gian không th s n sàng làm viớ ờ ể ẵ ệc

c a h ủ ệthống trong một năm Độ không s n sàng (Unavailability) là xác suẵ ất để ệ h

thống hay ph n t ạầ ử ởtr ng thái hỏng Để tính h s không sệ ố ẵn sàng, ta xác định chu

k % s c mà các thành ph n, thi t b ho c h ỳ ự ố ầ ế ị ặ ệthống không s n sàng th c hi n các ẵ ự ệchức năng của mình như phương trình (2)

1 MTBF MTTR(2)

MTTR A

- Giảm th i gian trung bình s a chờ ử ữa: tăng cường thí nghi m, kiệ ểm tra rơle, tăng cường thi t bị rơle dựế phòng

- Giảm thời gian trung bình hư hỏng: s d ng các thi t b có tử ụ ế ị ỷ l ệ hư hỏng thấp, thi t k ch c chắế ế ắ n tin c y ậ

Các chỉ số đánh giá mức độ sẵn sàng và không sẵn sàng đều không có đơn vị, tuy nhiên có thể qui đổi ra thành các đại lượng thời gian khi tính cho một năm

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

Hệ thống bảo vệ bao gồm các rơle và các thiết bị phụ trợ, khi có sự cố các rơle sẽ tác động cắt các máy cắt để loại trừ sự cố Với lưới điện trung thế có thể sử dụng cầu chì và các thiết bị tự đóng lại để loại trừ sự cố

Do có vai trò quan trọng nên hệ thống bảo vệ được thiết kế dựa trên nguyên tắc phải đảm bảo luôn sẵn sàng phát hiện và loại trừ các sự cố Để tăng cường mức độ sẵn sàng thì hệ thống rơle thường được thiết kế theo nguyên tắc

- S d ng h ử ụ ệthống có các rơle ại chỗ ựt d phòng cho nhau

- H ệthống rơle luôn có các bảo v d phòng cệ ự ấp trên để đả m b o lo i tr ả ạ ừ được

s c khi các b o v t i ch b ự ố ả ệ ạ ỗ ị hư hỏng (có vùng ch ng l n gi a b o v giồ ấ ữ ả ệ ữa

b o v tả ệ ại chỗ và b o v d phòng t xa) ả ệ ự ừ

Giải pháp tăng cường dự phòng là phương thức sử dụng thêm một hoặc nhiều các thiết bị bảo vệ dự phòng bên cạnh bảo vệ chính để tránh việc hệ thống cùng bị một loại hư hỏng dẫn tới không cắt được sự cố trên lưới Hệ thống bảo vệ có dự phòng được sử dụng chủ yếu ở lưới điện truyền tải vì lý do: nếu không có hệ thống dự phòng thì khi hư hỏng thiết bị sẽ dẫn tới phải cắt sự cố bằng các bảo vệ cấp trên và dẫn tới kéo dài thời gian loại trừ sự cố Việc kéo dài thời gian loại trừ sự cố có thể dẫn tới các hậu quả nghiêm trọng như mất ổn định, rã lưới Hệ thống bảo vệ dự phòng cũng được sử dụng phổ biến đối với máy phát điện và máy biến áp công suất lớn

Các phương thức thiết kế hệ thống bảo vệ dự phòng bao gồm:

- S d ng hai b ử ụ ộ rơle bảo v (Main 1 và Main 2) ệ

- S d ng thêm các kênh thông tin d phòng ử ụ ự

- Thiế ế các ệ thốt k h ng mạch dòng điện và mạch điện áp riêng bi cho hai b ệt ộrơle bảo v ệ

- S d ng h ử ụ ệthống nguồn điện m t chi u riêng ộ ề

- S d ng máy c t có hai cu n c t, các cu n cử ụ ắ ộ ắ ộ ắt được điều khi n b ng các ể ằ

m ch c t riêng v i ngu n ạ ắ ớ ồ DC độ ậ c l p v i nhau ớ

Riêng với máy cắt điện do không thể đầu tư máy cắt dự phòng nên cần được trang

bị bảo vệ dự phòng hư hỏng máy cắt

Ngày nay việc áp dụng hệ thống bảo vệ dự phòng ở các cấp điện áp đã trở nên kinh

tế hơn vì các rơle hiện nay đã được tích hợp sẵn nhiều tính năng bảo vệ trong một rơle Tuy nhiên việc tăng cường các rơle bảo vệ cũng có thể dẫn tới khả năng hệ thống bị mất an toàn do các tác động không mong muốn của hệ thống này; để tránh các trường hợp này thì với các hệ thống có nhiều rơle cần xem xét thiết kế logic cắt máy cắt chỉ khi có ít nhất 2 bảo vệ cùng tác động

Một giải pháp khác nâng cao độ an toàn là sử dụng các rơle các hãng khác nhau để tránh việc xảy ra cùng một lỗi hư hỏng Một số kỹ sư cho rằng việc sử dụng các rơle với các nguyên tắc hoạt động khác nhau và sử dụng nền tảng phần cứng khác nhau

sẽ làm giảm nguy cơ hoạt động sai của rơle vì thế đã đề nghị khi thiết kế sơ đồ dự phòng thì s không ử sử dụng cùng một loại rơle bảo vệ của cùng một hãng Tuy nhiên hiện nay các rơle có thể sử dụng chung các thiết bị phần cứng của một số nhà sản xuất dẫn tới việc sử dụng các rơle của các hãng khác nhau có thể không cần thiết, thực tế cho thấy xác suất cùng một phần tử bị hư hỏng cùng một thời điểm với hai rơle giống nhau là rất thấp

Việc sử dụng rơle giống hệt nhau trong một hệ thống bảo vệ chính có những ưu điểm sau:

- Hai h ệthống gi ng nhau cho phép các k ố ỹ sư thiết k m t h ế ộ ệthống và s d ng ử ụđược hai l n: giầ ảm nhân công khi cài đặt, cấu hình; tránh được các l i khi cài ỗ

đặt; gi m xác su t nh m l n cả ấ ầ ẫ ủa con người

- Đảm b o s ả ựphối hợp b o v tả ệ ốt hơn do hai hệthống b o v gi ng nhau ả ệ ố

- Gi m chi phí và giá thành tích h p vào h ả ợ ệthống t ng hóa tr m ự độ ạ

- Các nhân viên v n hành s d s d ng h ậ ẽ ễ ử ụ ệthống hơn do có chung giao diện

- Các k ỹ sư có thể phân tích d u v i cùng mữliệ ớ ột loại công c và k ụ ỹ năng

- Nhân viên có th ể chỉ ầ đào tạ c n o chuyên sâu v mề ột loại rơle thay vì ph i hả ọc cách sử ụng hai rơ le cho cùng mộ d t mục đích

- X lý s c ử ự ố đơn giản hơn vì dễ dàng hơn cho gườ ử ụng để n i s d so sánh các báo cáo của hai rơle giống h t nhau choệ cùng mộ s c t ự ố

Ví dụ minh họa về phương thức bảo vệ đường dây không có/có dự phòng:

Phương thức bảo vệ trong Hình 2.2 s ử dụng sơ đồ bảo vệ kép bao gồm hai rơle bảo

vệ cho đường dây Tín hiệu dòng điện ấp cho rơle lấy từ các cuộn riêng rẽ của BI choặc lấy từ các BI khác nhau đối với bảo vệ so lệch,với bảo vệ khoảng cách đường dây lấy cả tín hiệu dòng điện và điện áp Hệ thống rơle bảo vệ sử dụng hai nguồn

Line Protection Relay

điện một chiều độc lập và các máy cắt ngăn lộ đường dây đều có hai cuộn cắt dự phòng cho nhau Khi có sự trên đường dây một hoặc cả hai bảo vệ rơle tác động gửi lệnh cắt cắt máy cắt hoặc máy cắt đầu dối diện cô lập điểm sự cố Trong sơ đồ dự phòng thường giả thiết các thiết bị dự phòng có chất lượng tương đương nhau về các chỉ số như độ nhạy và về tốc độ hoạt động.

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy

Phương pháp cây sự cố (Fault Tree Analysis - FTA) là một công cụ hữu dụng

để phân tích rủi ro và đánh giá độ tin cậy; giúp các kỹ sư có thể hiểu một hệ thống

có thể bị hư hỏng dừng hoạt động do các yếu tố nào; nhận dạng được cách thức tốt nhất để giảm rủi ro hoặc cũng đánh giá được tỷ lệ có thể xảy ra các sự kiện với hệ thống đang quan tâm [1]

Phương pháp cây sự cố được phát triển từ năm 1962 tại Bell Laboratories, Mỹ và nhanh chóng được phát triển và công nhận như một công cụ hữu hiệu đối với các chuyên gia phân tích độ tin cậy Trong giai đoạn đầu phát triển, công cụ được dùng chủ yếu trong các nhiệm vụ quốc phòng, tuy nhiên sau đó đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàng không vũ trụ, hóa chất, hạt nhân….và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác

FTA dựa trên phương thức phân tích từ trên xuống, bắt đầu với sự kiện không mong muốn có thể xảy ra sau đó xác định sự kiện cơ sở (Base event - BE) Trạng thái không mong muốn của hệ thống được diễn tả bởi Top Event (TE) TE và

BE được kết hợp với nhau thông qua các cổng logic (AND gate, OR gate) Cây sự

cố là công cụ để nhận dạng và đánh giá các tổ hợp của các sự kiện không mong muốn có thể dẫn tới trạng thái không mong muốn của hệ thống

Sự kiện không mong muốn được coi à Top Event của cây sự cố Ví dụl : máy cắt không cắt được khi có sự cố được coi là một sự kiện không mong muốn đối với

hệ thống rơle bảo vệ (TOP EVENT) Truy xuất ngược từ việc máy cắt không cắt được có thể do hai nguyên nhân: hư hỏng của bản thân máy cắt hoặc hư hỏng của bản thân rơle; hai điều kiện này hợp thành lôgic OR (HOẶC) Xem xét tiếp việc hư hỏng của rơle có thể do hư hỏng phần cứng hoặc lỗi của phần mềm; hai điều kiện này lại hợp thành một lôgic OR Để tránh việc rơle bị hư hỏng có thể sử dụng hai rơle dự phòng lẫn nhau, điều kiện này hợp thành logic AND do việc hư hỏng rơle gây ra ảnh hưởng tới việc không cắt máy cắt chỉ xảy ra khi hai rơle cùng hư hỏng

Một phần tử có thể xuất hiện tại nhiều chỗ trong cây sự cố nếu phần tử này có liên

hệ và ảnh hưởng tới nhiều phần tử khác trong cùng hệ thống

Cây sự cố thường được diễn tả dưới dạng đồ họa sử dụng các phần tử logic AND, OR…để dễ phân tích tính toán

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố:

Sự kiện cơ bản: hư hỏng hoặc lỗi trong một phần tử của

hệ thống (ví dụ: nguồn DC bị hỏng)

Sự kiện bên ngoài: sự kiện thuộc diện mong đợi có thể

xảy ra (không phải hư hỏng của bản thân phần tử)

Sự kiện chưa phát triển: sự kiện có thể không gây ra hệ

quả hoặc sự kiện chưa có đủ thông tin để đánh giá

Sự kiện điều kiện: các điều kiện mà gây ảnh hưởng hoặc

hạn chế tới đầu ra của các cổng logic (ví dụ: chế độ vận

hành có thể ảnh hưởng tới việc hư hỏng của BI dẫn tới

hệ thống bảo vệ mất tín hiệu dòng điện)

Sự kiện trung gian: sự kiện đạt được tại đầu ra của các

cổng logic

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các logic trong phương pháp cây sự cố

OR: đầu ra xuất hiện nếu bất cứ đầu vào nào xuất hiện

AND: đầu ra xuất hiện nếu tất cả các đầu vào xuất hiện

(các đầu vào độc lập với nhau)

OR chuyên biệt: đầu ra xuất hiện nếu một đầu vào chỉ

định trước xuất hiện

AND ưu tiên: đầu ra chỉ xuất hiện nếu tất cả các đầu vào

xuất hiện tại một bước nào đó được chỉ định trước (bước

chỉ định trước này do sự kiện điều kiện quyết định)

Biểu tượng chuyển tiếp: dùng để liên kết đầu vào đầu ra

của các cây sự cố (ví dụ liên kết từ hệ thống con tới hệ

thống lớn)

Chuyển tiếp vào

Chuyển tiếp

ra

Bảng 3.1 Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố

Mỗi cây hỏng hóc được thành lập cho một sự kiện đỉnh

Ưu điểm: cây sự cố là phương pháp hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống phức tạp Phương pháp này cho phép đánh giá về chất lượng cũng như số lượng trên quan điểm độ tin cậy Về mặt chất lượng cây sự cố cho hình ảnh rõ ràng về nguyên nhân, cách thức xảy ra hỏng hóc và các hành vi của hệ thống Hơn nữa, phương pháp cây sự cố cho phép tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố

- Kết nối kiểu nối tiếp:

Ví d c a ki u k t n i này là BI ụ ủ ể ế ố – Rơle – Máy c t: tín hi u c t máy c t khi s c ắ ệ ắ ắ ự ốchỉ

có đƣợc nế ấ ảu t t c các ph n t ầ ử nhƣ BI và Rơle và bản thân Máy c t ho t đ ng t t ắ ạ ộ ố

- Kết nối kiểu song song:

Các ph n t ầ ử đƣợc n i song song, t o ra kh ố ạ ả năng dự phòng và nâng cao độ tin cậy

ph n t n i tiầ ử ố ếp được đẳng tr thành m t ph n t ị ộ ầ ử và dùng phương pháp đường tối thiểu ho c lát cặ ắt tối thiểu đểtính.

Phương pháp lát cắ ốt t i thi u: ể

Lát c t bao g m các ph n t mà khi các ph n t ắ ồ ầ ử ầ ử này đồng th i h ng thì h ờ ỏ ệthống s ẽ

h ng V i gi ỏ ớ ảthiế ằt r ng m i ph n t u có kh ỗ ầ ử đề ả năng đáp ứng nhu c u t Lát cầ ải ắt

t i thi u là lát c t bao g m s ố ể ắ ồ ố lượng t i thi u các ph n t H ố ể ầ ử ệthống ch t t khi t t c ỉ ố ấ ảcác lát c t t i thiắ ố ểu đề ốu t t, n u ch m t lát c t t i thi u h ng thì h ế ỉ ộ ắ ố ể ỏ ệthống s h ng ẽ ỏ

M t lát c t tộ ắ ối thiểu h ng khi t t c các ph n t c a nó hỏ ấ ả ầ ử ủ ỏng Như vậy lát cắt được

mô t b ng s n i song song các ph n t cả ằ ự ố ầ ử ủa nó, còn sơ đồ độ tin c y c a h ậ ủ ệthống

s ẽlà sự ghép nối tiếp của các lát cắ ối thiểt t u

3.4 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản

Xét m t h ộ ệthống b o v ả ệ rơle đơn giản g m m t máy cồ ộ ắt, rơle quá dòng điện, biến dòng điện cung c p tín hiấ ệu cho rơle và hệ th ng ngu n thao tác dc (ố ồ Hình ) Áp

d ng cây s c phân tích kh ụ ự ố để ả năng hệthống b o v này không sả ệ ẵn sàng đểloại trừ được sự ố c trên đường dây được bảo v ệ

S ki n c n quan tâm là h ự ệ ầ ệthống không lo i tr ạ ừ được sự ố đượ c c coi là s kiự ện đỉnh (Top Event) Để đơn giản gi ảthiết các s ki n h ng hóc xự ệ ỏ ảy ra độ ậc l p v i nhau ớ

Hình 3.3 Cây ự ố s c cho m ch b o v ạ ả ệ đườ ng dây

S kiự ện đỉnh được ả thiếgi t là “Không cắt được máy c t khi có s c trong vùng ắ ự ốđược b o v ” ả ệ Phương pháp cây sự ố đượ c c bắt đầu t s kiừ ự ện đỉnh, sau đó phụthuộc vào m i quan h logic c a các s kiố ệ ủ ự ện đỉnh v i các s ki n s c thành ph n ớ ự ệ ự ố ầ(thân, cành, lá….), thành lập cây s c thông qua các s c trung gian và các c ng ự ố ự ố ổlogic C ng OR Hình ổ ở chỉ ra r ng b t c s c thành phằ ấ ứ ự ố ần nào đều d n t i s c ẫ ớ ự ốđỉnh

- 0,0001 cho kênh truyền

Do các ph n t n i v i nhau qua logic OR nên t n su xu t hi n s kiầ ử ố ớ ầ ất ấ ệ ự ện đỉnh b ng ằ

t ng t n suổ ầ ất của các s ki n nhánh và b ng: ự ệ ằ

0.01+0.001+0.001+0.01+0.0001=0.0221

Có thể nâng cao độ tin c y c a h ốậ ủ ệth ng (gi m t n su xu t hiả ầ ất ấ ện sự kiện đỉ ) bằnh ng cách thiết kế ệ h ốth ng b o v vả ệ ới sơ đồcó dự phòng (Hình )

Hình 3.4 Cây s c cho m ch b o v ự ố ạ ả ệ đường dây có rơl e d phòng ự

V n vẫ ới sơ đồ trên, b sung thêm mổ ột rơle dự phòng (rơle quá dòng có thời gian 51) Cây s c ự ố trong trường h p này có thêm c ng AND C ng AND này th hi n ợ ổ ổ ể ệ

c ả hai rơle hỏng m i gây ra s kiớ ự ện “cả hai rơle không tác động” với cường độ hư

h ng 0,001×0,001 = 0,000001 T n su t s c c a s kiỏ là ầ ấ ự ố ủ ự ện đỉnh trong trường hợp này s ẽ là 0,0202 Như vậy độ tin cậy ở sơ đồ này đã đượ ảc c i thiện do có thêm rơle

d phòng ự (cải thi n 8,6%) ệ

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY

Sơ đồ nối điện chính trạm biến áp 220kV Sơn Tây( Phía 220kV)

Sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây 272 của trạm 220kV Sơn Tây