Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải trên lưới điện thành phố Hồ Chí Minh

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Kỷ

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Thị Tịnh Minh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Đinh Hoàng Bách

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng 08 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 TS Trần Hoàng Lĩnh – Chủ tịch Hội đồng

2 PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi – Thư ký Hội đồng 3 TS Lê Thị Tịnh Minh

4 TS Đinh Hoàng Bách 5 PGS.TS Huỳnh Châu Duy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRẦN VĂN CHUYÊN MSHV: 1670795 Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1969 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số:

- Nghiên cứu về rơ le SEL-311L

- Tính toán, chỉnh định bảo vệ so lệch, kết hợp với bảo vệ khoảng cách cho đường dây đã được lựa chọn

- Mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng 87L của rơle SEL-311L

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 08/4/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/7/2019 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ KỶ

Tp HCM, ngày tháng 8 năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠN

60520202

bộ môn Hệ thống Điện – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

tôi đã được nhận đề tài Luận văn thạc sĩ „Nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải trên lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh“

Trong quá trình thực hiện đề tài, bản thân tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Lãnh đạo EVNHCMC, Ban Kỹ thuật EVNHCMC, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam (A2), các Thầy, Cô giáo của bộ môn Hệ thống Điện – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh , đặc biệt là Thầy giáo – TS Lê Kỷ, người trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện bản Luận văn này

Nay bản Luận văn đã hoàn thành, tôi xin trân trọng cám ơn Lãnh đạo EVNHCMC, Ban Kỹ thuật EVNHCMC, Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam (A2), các Thầy, Cô giáo của bộ môn Hệ thống Điện – Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh , trân trọng cám ơn Thầy giáo – TS Lê Kỷ

Trân trọng

TÁC GIẢ

Trần Văn Chuyên

động tức thời khi ngắn mạch xảy ra tại bất kỳ điểm nào trong vùng bảo vệ

Với nội dung „Nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải trên lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh“, Luận văn đã đi sâu nghiên cứu về

lý thuyết bảo vệ so lệch đường dây, nêu lên được thực trạng của hệ thống bảo vệ rơle, từ đó đề xuất áp dụng bảo vệ so lệch dùng rơle SEL-311L cho một đường dây điển hình Luận văn đã tính toán được các thông số cài đặt đối với chức năng 87L và chức năng 21 ( dự phòng ) của rơle SEL-311L đối với đường dây này, đồng thời xây dựng được mô hình mô phỏng để mô tả quá trình làm việc của chức năng 87L trong rơle SEL-311L

Qua bản luận văn này, tác giả mong muốn ngày càng có nhiều đường dây truyền tải được áp dụng bảo vệ so lệch để góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh

SUMMARY OF THE MASTER'S DOCUMENT

Protection has absolutely selective characteristic, not reacting to oscillations, overloads, short circuit, immediately affecting when short circuits occur at any point in the protected area With the content "Research and application of differential protection for transmission line in Ho Chi Minh City's power grid", theoriotically, the thesis has contributed to the study of the theory of line differential protection, the reality of the relay protection system, thereby proposing the application of differential protection using SEL-311L relay for a typical line The thesis has calculated the settings for the 87L function and 21 (standby) function of the SEL-311L relay for this line, and built a simulation model to describe the process of making 87L function in the SEL-311L relay

Through this dissertation, the author hopes that more and more transmission lines will be used with differential protection to contribute to

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, trong Luận văn có sử dụng một số số liệu lấy từ phần mềm quản lý kỹ thuật PMIS; một số số liệu đo thông số kỹ thuật đường dây của Trung tâm Thí nghiệm Điện; tham khảo cách tính toán cài đặt rơle từ Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam (A2); trích dẫn một số bài viết, tài liệu rơle bảo vệ so lệch đường dây của hãng SEL và SIEMENS

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

Trần Văn Chuyên

MỤC LỤC

II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

II.1 Mục tiêu của đề tài 3

II.2 Nội dung nghiên cứu 3 CHƯƠNG II 5 I THỰC TRẠNG 5

II LỰA CHỌN ĐƯỜNG DÂY ĐỂ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BẢO VỆ SO LỆCH 17

CHƯƠNG III 19

I KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY 19

I.1 Bảo vệ so lệch dọc cho đường dây đơn 23

I.2 Bảo vệ so lệch đường dây song song 24

II RƠLE SEL-311L 27

II.1 Tổng quan 27

II.2 Nguyên lý hoạt động 28

II.3 Cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch 31

II.4 Cài đặt đảm bảo chọn lọc khi sự cố ngoài vùng bảo vệ 34

II.5 Những cài đặt liên quan đến 87L 35

II.6 Chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách 41

III THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY ĐÔNG THẠNH (171) - TÂN HIỆP (172) 49

III.4 Tỉ số CT tại trạm Đông Thạnh và Tân Hiệp 49

III.5 Tỉ số VT tại trạm Đông Thạnh và Tân Hiệp 49

IV Tính toán ngắn mạch 1 pha 52

V TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHỨC NĂNG 87/21 CỦA RƠLE SEL-311L BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY ĐÔNG THẠNH (171) - TÂN HIỆP (172) 56

IV.1 Tính toán chỉnh định đối với chức năng 87L 56

IV.2 Tính toán chỉnh định đối với chức năng 21 58

CHƯƠNG IV 64

I XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 64

II HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 66

III CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 69

III.1 Khi lưới điện làm việc bình thường 69

III.2 Khi sự cố 3 pha trong vùng bảo vệ 71

III.3 Khi sự cố 3 pha tại thanh cái trạm Đông Thạnh 74

III.4 Khi sự cố 3 pha tại thanh cái trạm Tân Hiệp 76

III.5 Khi sự cố 1 pha trong vùng bảo vệ 79

III.6 Khi sự cố 1 pha tại thanh cái trạm Đông Thạnh 82

III.7 Khi sự cố 3 pha tại thanh cái trạm Tân Hiệp 84

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

TỪ VIẾT TẮT

EVNHCMC: Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh CT: Máy biến dòng điện

VT: Máy biến điện áp

87L: Chức năng bảo vệ so lệch đường dây 21: Chức năng bảo vệ khoảng cách

TTĐĐHTĐMN: Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam

CHƯƠNG I

MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

I GIỚI THIỆU I.1 Đặt vấn đề

Bảo vệ so lệch là loại bảo vệ đơn giản, đáng tin cậy Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối, không phản ứng theo dao động, quá tải, ngắn mạch ngoài và tác động tức thời khi ngắn mạch xảy ra tại bất kỳ điểm nào trong vùng bảo vệ

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các loại rơle kỹ thuật số và hệ thống truyền tín hiệu nên bảo vệ so lệch không chỉ dùng để bảo vệ máy phát, máy biến áp…mà còn được sử dụng để bảo vệ các đường dây truyền tải Bảo vệ so lệch không phụ thuộc vào cấu tạo và chiều dài của đường dây

Với lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay do Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC) quản lý đã đáp ứng tiêu chí N-1, trên đường dây không còn điểm đấu nối chữ T, đường dây không dài, cơ sở hạ tầng mạng truyền thông đã có sẵn, không phải đầu thư thêm (mạng cáp quang dùng riêng, hiện đang phục vụ cho hệ thống SCADA, các thiết bị đã kết nối theo chuẩn IEC61850) thì việc đưa bảo vệ so lệch đường dây vào sử dụng một cách rộng rãi sẽ gặp nhiều thuận lợi Với cấu trúc của lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay và những ưu điểm vượt trội của bảo vệ so lệch, việc nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải có ý nghĩa hết sức quan trọng, góp phần làm tăng độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh

I.2 Tính cấp thiết của đề tài

- Tại khoản 1, điều 9 tại Thông tư số 39/2015/TT-BCT có quy định rõ dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo

vệ chính như sau:

Điện áp ( kV )

Dòng ngắn mạch lớn nhất

tới ngày 31/12/2017

Áp dụng từ ngày 01/01/2018

Lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh do EVNHCMC quản lý hiện có 140 đường dây, đoạn đường dây (đoạn đường dây – tức là EVNHCMC chỉ quản lý một phần, phần còn lại của đường dây do các đơn vị

khoảng cách làm bảo vệ chính Qua xem xét các phiếu chỉnh định rơle bảo vệ khoảng cách của các đường dây, thấy rằng hầu hết không đáp ứng được yêu cầu của Thông tư 39/2015/TT-BCT về thời gian tối đa loại trừ sự cố (chủ yếu ở vùng 2 và 3 của bảo vệ, chiếm 15 – 20% chiều dài đường dây) Vì vậy, để đáp ứng được yếu tố thời gian tối đa loại trừ sự cố theo yêu cầu tại Thông tư 39/2015/TT-BCT, cần phải đưa bảo vệ so lệch đường dây truyền tải vào làm bảo vệ chính của đường dây

- Mặt khác, tất cả các đường dây trên lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh do EVNHCMV quản lý hiện nay có chiều dài ngắn và đang sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ chính Tuy nhiên với đường dây ngắn thì bảo vệ khoảng cách sẽ làm việc không đáng tin cậy do loại bảo vệ này phụ thuộc vào tổng trở của đường dây, trong khi đó bảo vệ so lệch đã khắc phục được các nhược điểm của bảo vệ khoảng cách, cộng với cấu trúc lưới điện

thuận lợi, phù hợp với việc sử dụng bảo vệ so lệch, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây là một việc làm cần thiết

II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1 Mục tiêu của đề tài

- Mục tiêu tổng quát:

+ Mục tiêu tổng quát của đề tài đó là góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh do EVNHCMC quản lý

+ Đáp ứng yêu cầu của Thông tư 39/2015/TT-BCT (khoản 1, điều 9) - Mục tiêu cụ thể:

Mục tiêu cụ thể của đề tài đó là nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch dùng rơle SEL-311L cho một đường dây truyền tải điển hình trên lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh, do rơle SEL-311L có nhiều đặc tính ưu việt (ví dụ như đặc tính tác động phẳng của SEL-311L ưu việt hơn đặc tính của các rơle khác do SEL-311L xem xét cả về trị số và góc pha của dòng điện đồng thời SEL-311L xử lí được các sai số của CT), ngoài chức năng 87L rơle còn có nhiều chức năng quan trọng khác; rơle làm việc ổn định, tin cậy, dễ cài đặt, dễ giao tiếp và có giá thành hợp lý

Từ kết quả của nghiên cứu, có thể mở rộng đối với các đường dây khác nhằm mục đích góp phần đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh

II.2 Nội dung nghiên cứu

Đề tài này tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

- Nghiên cứu thực trạng đường dây truyền tải và hệ thống bảo vệ rơle

trên lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh do EVNHCMC quản lý Trên cơ sở đó lựa chọn đường dây điển hình để nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch dùng rơle SEL-311L cho đường dây này

- Nghiên cứu về bảo vệ so lệch đường dây - Nghiên cứu về rơ le SEL-311L

- Tính toán, chỉnh định bảo vệ so lệch, kết hợp với bảo vệ khoảng cách cho đường dây đã được lựa chọn

- Mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng 87L của rơle SEL-311L

- Các đường dây nhận điện từ các trạm 500kV/220kV/110kV do Truyền tải điện, Khách hàng, các đơn vị khác (Công ty LĐCT các Tỉnh) quản lý: 78 đường dây

- Các đường dây do EVNHCMC quản lý một phần (đoạn đường dây): 22 đường dây (bao gồm cả đường dây 110/220kV)

- Các đường dây nhận điện từ các trạm 110/220kV do EVNHCMC

quản lý toàn bộ kể cả trạm và đường dây: 40 đường dây (tất cả đều là đường dây có cấp điện áp 110 kV)

Trong phạm vi của bản luận văn này, sẽ chỉ đi sâu nghiên cứu đối với 40 đường dây do EVNHCMC quản lý toàn bộ đường dây cũng như các trạm 110kV cấp điện cho các đường dây này để làm cơ sở lựa chọn đường dây điển hình tính toán áp dụng bảo vệ so lệch

Dưới đây là bảng thống kê thông số kỹ thuật cơ bản, hiện trạng hệ thống bảo vệ rơle của 40 đường dây này (Bảng 1)

Bảng 1 Thông số kỹ thuật và hiện trạng hệ thống bảo vệ rơle

S T T

Tên đường dây

Chiều dài ( m )

Loại đường

dây

Hệ thống bảo vệ rơle ( Chức năng/Rơle )

1

An Khánh (172) - Việt Thành (172)

172 An Khánh:

- 21/MICOM P445 - 67/MICOM P132

172 Việt thành:

- 21/SIEMENS 7SA610

- 79/MERLIN GERIN MG-S79

2

An Nghĩa (171) - Cần

Giờ (172)

171 An Nghĩa: - 21/67N/MERLIN GERIN

(171)

171 Bình Lợi:

- 21/SEL 421 - 67/SEL 451

171 Tân Sơn Nhất:

- 21/MICOM P543 - 67/MICOM P143

4

Bình Phú (171) - Phú Định

5

Bình Tân (171) - Bà Quẹo

(172)

171 Bình Tân:

- 21/ALSTOM P443 - 67/ALSTOM P142

172 Bà Quẹo: - 21/SIEMENS 7SA51

- 67/ABB SPAS 348C

6

Bình Tân (172) - Bình Trị

Đông (172)

172 Bình Tân:

- 21/ALSTOM P443 - 67/ALSTOM P142

(172)

175 Bình Tân:

- 21/ALSTOM P443 - 67/ALSTOM P142

(172)

176 Bình Tân:

- 21/ALSTOM P443 - 67/ALSTOM P142

Đa (171)

171 Bình Triệu:

- 21/MICOM P445 - 67/67N/MICOM P139

171 Thanh Đa:

- 21/67/79/MICOM P445

- 67N/SIEMENS 7SJ620

10

Bình Triệu (173) - Hỏa Xa

(171)

173 Bình Triệu:

- 21/MICOM P445 - 67/67N/MICOM P139

Lộc (171)

172 Tham Lương:

- 21/67/MICOM P543 - 67/ MICOM P132

(172)

175 Quận 8:

- 87L/21/SEL 311L - 67/SEL 351A

172 Chợ Quán:

- 21/SEL 751A - 67/67N/SEL 351A

- 79/SEL 311L

14

Chợ Lớn (171) - Trường Đua

171 Củ Chi:

- 21/MICOM P445 - 50/51/ALSTOM

- 79/ALSTOM

- 67/67N/SEL 351A

16

Củ Chi 2 (180) - Phú Hòa

Đông (171)

180 Củ Chi 2:

- 21/SEL 421 - 67/SEL 451

171 Phú Hòa Đông:

- 21/67/79/MICOM P543

- 67/ MICOM P132

17

Củ Chi 2 (181) - Bàu Đưng

(171)

181 Củ Chi 2:

- 87/21/SEL 311L - 67/SEL 451

(172)

182 Củ Chi 2:

- 87/21/SEL 311L - 67/SEL 451

(174)

171 ĐaKao:

- 21/MICOM P543 - 67/MICOM P127

171 Thạnh Lộc:

- 21/SEL 421

- 67/SEL 451

21

Hiệp Bình Phước (173) -

Hỏa Xa (172)

173 Hiệp Bình Phước:

- 21/MICOM P443 - 67/MICOM P142

(171)

172 Hỏa Xa:

- 21/67/79/MICOM P445 - 67/67N/MICOM P132

171 Hòa Hưng:

- 21/SIEMENS

- 67/SIEMENS

25

Nam Sài Gòn 1 (172) - Việt

Thành (175)

172 Nam Sài Gòn 1:

- 21/79/SEL 311C - 50/51/INGETEAM

- 67/67N/SEL 351A

175 Việt Thành:

- 21/67N/MICOM P445 - 67/SIEMENS 7SJ62

- 79/MERLIN GERIN MG-S79

26

Phú Mỹ Hưng (171) - Tân

27

Phú Mỹ Hưng (173) - Nam

28

Chợ Quán (171) - Chánh

Hưng (172)

171 Chợ Quán:

- 21/SEL 751A - 67N/SEL 351A

- 79/SEL 311L

172 Chánh Hƣng:

- 21/67/MERLIN GERIN - 79/MERLIN GERIN

30

Phú Mỹ Hưng (174) - Nam

31

Phú Định (173) - Hùng Vương

(172)

173 Phú Định:

- 21/SIEMENS 7SA6321 - 67/SEL 7SJ6351A

172 Hùng Vương:

21/67/MICOM P443

32

Tân Bình 2 (171) - Bà

Quẹo (171)

171 Tân Bình 2:

- 21/SIEMENS 7SA522 - 67/SIEMENS 7SA622

171 Bà Quẹo:

- 21/SIEMENS 7SA511 - 67/ABB SPAS 348C

33

Tân Bình 3 (171) - Tân

Bình 1 (171)

171 Tân Bình 3:

- 67/SEL 351A - 87L/SEL 311L

171 Tân Bình 1:

-50/51/SIEMENS 7SJ61 - 87L/SEL 311L

34

Tân Hiệp (172) - Đông Thạnh

(171)

172 Tân Hiệp:

- 21/MICOM P443 - 67/67N/MICOM P127

171 Đông Thạnh:

- 21/SEL 421 - 67/SEL 451

35

Tân Tạo (171) - Tân Túc

(177)

171 Tân Tạo:

- 21/MICOM P441 - 67/SEL 351A

177 Tân Túc:

- 21/7PA3032 - 67/SEL 7SJ6351

36

Xa Lộ (171) - Tân Sơn Nhất

37

Thảo Điền (171) - An

Khánh (171)

171 Thảo Điền:

- 21/MICOM P543 - 67/MICOM P143

171 An Khánh:

- 21/MICOM P445 - 67/MICOM P132

38

Hiệp Bình Phước (180) -

Bình Lợi (172)

180 Hiệp Bình Phước:

- 21/MICOM P443 - 67/MICOM P142

172 Bình Lợi:

- 21/SEL 421 - 67/SEL 451

39

Việt Thành (171) - Chánh

40

Bến Thành (174) - Hùng

Vương (171)

174 Bến Thành:

- 21/MICOM P445 - 67/MICOM P132

Mặt khác đường dây nổi có nguy cơ sự cố lớn hơn do các nguyên nhân khách quan tác động (cây xanh, phương tiện giao thông, các vật lạ bay vi phạm khoảng cách an toàn)

Với mục tiêu của bản luận văn là lựa chọn đường dây thuộc nhóm đường dây có nguy cơ sự cố cao để nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch nhằm mục đích góp phần tăng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời mất điện, từ đó luận văn lựa chọn đường dây nổi để thực hiện

Nhìn vào bảng 1, sẽ lựa chọn đường dây cụ thể, đó là đường dây Đông Thạnh (171) - Tân Hiệp (172) Đây là đường dây có chiều dài tương đối lớn

trong các đường dây truyền tải trên lưới điện do EVNHCMC quản lý, mặt khác đây là đường dây cấp điện cho phụ tải quan trọng đó là Nhà máy nước Tân Hiệp

Rơle sử dụng cho bảo vệ so lệch đường dây sử dụng loại rơle 311L do các ưu điểm của nó như đã trình bày trong Chương I, nội dung II.1 Khi đó sẽ bỏ rơle SEL-421 tại ngăn máy cắt 171 trạm Đông Thạnh và bỏ rơle MICOM-P443 tại ngăn máy cắt 172 trạm Tân Hiệp Rơle SEL-311L sẽ được cài đặt các chức năng bảo vệ so lệch (87L) và bảo vệ quá dòng (21) để bảo vệ

SEL-cho đường dây Đông Thạnh (171) - Tân Hiệp (172)

(Tài liệu tham khảo: Chương trình quản lý kỹ thuật PMIS – Công ty Lưới điện Cao thế Thành phố Hồ Chí Minh)

CHƯƠNG III

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BẢO VỆ SO LỆCH

CHO ĐƯỜNG DÂY ĐÔNG THẠNH (171) - TÂN HIỆP (172) SỬ DỤNG RƠLE SEL-311L

I KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY

Ngày nay ở Việt Nam bảo vệ so lệch dòng điện không chỉ sử dụng để bảo vệ máy phát, máy biến áp mà nó đã được sử dụng khá phổ biến để bảo vệ lưới truyền tải Để nâng cao độ nhạy của bảo vệ so lệch dòng điện các hãng chế tạo rơle số đã phát minh ra loại rơle so lệch dòng điện có hãm, cộng với sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống truyền tín hiệu mà loại rơle này đã dần khắc phục được các nhược điểm cơ bản của mình bằng phương pháp so sánh tín hiệu dòng điện ở hai đầu đường dây thông qua các I1S,I2S,thiết bị truyền tin thay cho việc dùng dây dẫn phụ

(Hình 1)

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm

Điều này không những nâng cao độ tin cậy mà còn nâng cao độ nhạy của bảo vệ Trên thực tế có nhiều mô hình sơ đồ nguyên lý của rơle so lệch có hãm, mỗi hãng có thể đưa ra một mô hình khác nhau sao cho từ đó họ có thể chế tạo ra phần cứng và chương trình hoá được các thuật toán logic để cài đặt vào bộ nhớ của rơle Trên hình 1 trình bày một trong các dạng sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm

Ở đây chúng ta không đi sâu vào cấu tạo của rơle so lệch dòng điện mà chỉ từ nguyên lý làm việc của nó chúng ta sẽ ứng dụng để bảo vệ đường dây trong hệ thống điện Từ sơ đồ nguyên lý trên hình 1 ta có:

Trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài: Dòng

vào độ sai lệch giữa các CT và thành phần không chu kì trong dòng điện chạy qua đối tượng được bảo vệ Dòng không cân bằng thứ cấp có thể được xác định theo biểu thức sau:

I1S,I2S, I1T, I2T, I1µ, I2µ: lần lượt là dòng điện sơ cấp, thứ cấp và dòng từ

hoá của CT.

nI: hệ số biến đổi của các CT

Kđn: hệ số tính đến sự đồng nhất của các CT K

ngắn mạch

fi: sai số tương đối của CT I

đầu khi ngắn mạch ngoài trực tiếp 3 pha

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ:

Trường hợp đường dây có một nguồn cung cấp: giả sử HT2 trên hình 1 được cắt ra Khi đó:

̇LV = ̇1S = ( ̇ ̇ ) (3.4)

Để bảo vệ có thể làm việc đúng trong trường hợp này thì giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ ILV phải chọn lớn hơn giá trị dòng điện hãm IH, nghĩa là:

ILV = IH/KH (3.5) Với KH là hệ số hãm, thường chọn KH = (0,2 ÷ 0,5)

Giới hạn dưới của hệ số hãm được chọn cho miền có dòng ngắn mạch bé để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng ngắn mạch lớn

Trường hợp đường dây có hai nguồn cung cấp: (Hình 1)

Dòng điện I1s ngược hướng với dòng điện I2S nên I1T cũng sẽ ngược hướng với I2T Khi đó:

Bảo vệ so lệch dòng điện có tính chọn lọc tuyệt đối do đó yêu cầu độ

nhạy người ta phải sử dụng các biện pháp nhằm hạn chế thành phần dòng không cân bằng như mắc nối tiếp với cuộn dây rơle một điện trở phụ, sử dụng máy biến dòng bão hoà trung gian Còn với rơle số do được trang bị bộ lọc số có thể lọc nhanh được thành phần sóng hài khác tần số cơ bản 50 Hz trong dòng sự cố kết hợp với chức năng khoá khi có sóng hài nên rơle so lệch số có độ nhạy khá cao

(Hình 2)

Đồ thị véctơ dòng điện khi có ngắn mạch ngoài (a) và trong (b) vùng bảo vệ

Như đã nói ở trên, bảo vệ so lệch có tính chọn lọc tuyệt đối nên thời gian tác động của bảo vệ không cần phải phối hợp với các bảo vệ khác, tức là về nguyên tắc bảo vệ có thể tác động không thời gian

Sau đây chúng ta sẽ xét một số phương án ứng dụng nguyên lý so lệch để bảo vệ cho một số đường dây trong hệ thống điện

I.1 Bảo vệ so lệch dọc cho đường dây đơn

Để bảo vệ đường dây đơn một hoặc hai nguồn cung cấp người ta thường sử dụng bảo vệ so lệch dọc có hãm Từ nguyên lý so lệch chúng ta nhận thấy: để có thể so sánh dòng điện ở hai đầu đường dây thì ngoài đường dây truyền tải chính ra phải bố trí thêm đường dây dẫn phụ để truyền tín hiệu dòng điện giữa hai đầu đường dây cho bảo vệ so lệch dọc Ngày nay, đối với rơle số người ta thường thay thế dây dẫn phụ bằng việc truyền tín hiệu thông qua đường dây thông tin, điều này không những nâng cao độ tin cậy, độ nhạy của bảo vệ mà còn tăng khả năng tự động hoá trong hệ thống điện đặc biệt là khi hệ thống scada được đưa vào sử dụng Trên hình 3 trình bày nguyên lý bảo vệ đường dây dùng rơle so lệch có hãm truyền tín hiệu dùng thiết bị truyền tin

(Hình 3)

Bảo vệ so lệch dòng có hãm truyền tín hiệu hai đầu bảo vệ bằng phương pháp truyền tin

Đối với các đường dây có chiều dài ngắn (< 10 km) người ta vẫn sử dụng dây dẫn phụ để truyền tín hiệu dòng điện giữa hai đầu đường dây (Hình 1) Khi đó để giảm bớt số lượng dây dẫn phụ dùng trong sơ đồ ba pha người ta dùng phương pháp cộng dòng điện pha thông qua các máy biến dòng cộng (Hình 4) Hệ số biến đổi pha trong máy biến dòng cộng phải được chọn sao cho dòng điện ở đầu ra không bị triệt tiêu đối với bất kỳ một dạng ngắn mạch nào Chẳng hạn với sơ đồ hình 4, tỉ số vòng dây giữa các cuộn là: W1:W2:W3 = 2:1:3 và dòng điện đầu ra của máy biến dòng là:

̇ra=2 ̇ a+ ̇c+3 ̇N

sao

I.2 Bảo vệ so lệch đường dây song song

Bảo vệ so lệch ngang có hướng được dùng để bảo vệ cho đường dây song song nối vào thanh góp qua các máy cắt riêng (Hình 5) Bảo vệ so lệch ngang có hướng làm việc dựa theo nguyên tắc so sánh dòng điện trên hai đường dây song song Trong chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch

và có giá trị gần bằng nhau nên dòng điện vào rơle:

(Hình 4)

Cộng dòng điện để giảm bớt dây dẫn phụ trong sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện

Bộ phía thanh góp A:

[( ̇ ̇ ) ( ̇ ̇ )] ̇ ≤ ̇KĐR (3.9)

Bảo vệ không tác động trong trường hợp này

Bộ phía thanh góp B: sẽ bị khoá do chiều dòng điện đi từ đường dây vào thanh góp Như vậy bảo vệ không tác động trong trường hợp này

(Hình 5)

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang có hướng

Khi xảy ra ngắn mạch tại N2 (giả sử phía phụ tải không có nguồn truyền ngược về), dòng ngắn mạch tại điểm N2 được cung cấp từ hai phía: dòng cung cấp trực tiếp theo đường A1N2 và dòng đổ về theo đường vòng

dòng do nhánh kia cung cấp do tổng trở mạch vòng thường lớn) Dòng ngắn mạch trên đi qua hai bộ bảo vệ so lệch ở hai đầu thanh góp

Bộ phía thanh góp A: Chiều dòng điện đi từ thanh góp vào đường dây sẽ làm cho chức năng định hướng công suất của rơle làm việc để xác định điểm ngắn mạch nằm trên nhánh đường dây nào có luồng công suất lớn hơn (nhánh I), đồng thời dòng điện so lệch vào rơle xác định theo công thức:

̇SL= [( ̇ ̇ ) ( ̇ ̇ )]> ̇KĐR (3.10)

Các dữ liệu trên sẽ được tổng hợp và so sánh với các giá trị cài đặt Trong trường hợp này bộ phía A sẽ đưa tín hiệu đi cắt máy cắt 1

Bộ phía thanh góp B: Dòng điện chạy trên hai nhánh I1S và I2S có chiều ngược nhau Khi đó dòng điện so lệch được xác định theo công thức sau: ̇SL= [( ̇ ̇ ) ( ̇ ̇ )]> ̇KĐR (3.11)

Các số liệu thu được sẽ được bộ phía thanh góp B tổng hợp và đưa tín

cắt bởi bảo vệ so lệch ở hai phía thanh góp và nhánh đường dây còn lại tiếp tục vận hành nhưng khi đó chức năng so lệch sẽ bị khoá để tránh bảo vệ có thể tác động nhầm khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ vì lúc đó bảo vệ so lệch ngang trở thành bảo vệ quá dòng có hướng

Khi xảy ra ngắn mạch tại N3 (gần thanh góp A), do tổng trở đoạn từ thanh góp A đến điểm ngắn mạch nhỏ hơn rất nhiều so với tổng trở mạch vòng dẫn đến dòng ngắn mạch hầu như đổ dồn hoàn toàn qua nhánh A3N3 làm cho bảo vệ phía A tác động cắt máy cắt 3 còn dòng trong mạch vòng rất nhỏ nên bảo vệ phía B không tác động Chỉ khi máy cắt 3 bị cắt ra, dòng ngắn mạch đổ dồn về nhánh vòng và khi đó bảo vệ phía B mới tác động cắt máy cắt 4 Trường hợp này được gọi là hiện tượng khởi động không đồng thời, hiện tượng này sẽ làm tăng thời gian cắt ngắn mạch lên gây ảnh hưởng đến tính tác động nhanh của bảo vệ

Trong trường hợp xảy ra đứt dây kèm theo chạm đất một nhánh đường dây thì bảo vệ so lệch ngang có hướng sẽ tác động không đúng cắt cả hai nhánh đường dây Đây chính là một nhược điểm rất lớn của bảo vệ so lệch ngang có hướng Để khắc phục người ta dựa vào khoảng thời gian từ lúc đứt

dây đến khi chạm đất để khoá chức năng so lệch của bảo vệ

(Tài liệu tham khảo: Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện – PGS.TS Lê Kim Hùng)

II RƠLE SEL-311L II.1 Tổng quan

- Bảo vệ so lệch dòng cho đường dây và hệ thống tự động của 311L bao gồm cả bộ phận dựa trên tín hiệu dòng và điện áp Khi mất hoặc không xác định được điện áp thì không ảnh hưởng đến một số chức năng bảo vệ dựa trên tín hiệu dòng điện

SEL Rơle SELSEL 311L có 5 chức năng bảo vệ so lệch cho đường dây: + 03 chức năng cho từng pha

+ 01 chức năng cho dòng thứ tự nghịch và 01 chức năng cho dòng thứ

tự không

- Bảo vệ pha cho phép tác động nhanh khi sự cố dòng lớn

- Bảo vệ theo dòng thứ tự nghịch và thứ tự không tác động nhạy khi sự cố không đối xứng, không làm ảnh hưởng đến sự làm việc an toàn của rơle.

- Với toàn bộ các đường dây có 2 hoặc 3 đầu cuối, rơle 87L không nhất thiết phải cài đặt khác so với mặc định của nhà sản xuất

(Hình 6)

Các phần tử bảo vệ so lệch dòng điện của SEL-311L

- SEL-311L trao đổi một cách đồng bộ theo thời gian dòng Ia, Ib, Ic giữa 2 hay 3 phía của đường dây Mỗi rơle tính toán 3I2, 3I0 cho tất cả các đầu đường dây So lệch dòng 87LA, 87LB, 87LC, 87L2, 87LG của mỗi rơle so sánh giá trị Ia, Ib, Ic, 3I2 và 3I0 cho các đầu đường dây Tất cả các rơle đều tính toán tương đương nhau để tránh sự trễ của truyền tín hiệu

- Chức năng so lệch pha 87LA, B, C phát hiện sự cố 3 pha một cách tin cậy Chức năng so lệch dòng thứ tự nghịch 87L2 (bảo vệ bị hạn chế khi dòng ở trên cả 3 pha vượt quá 3 lần dòng danh định: 15A đối với rơle danh định 5A và 3A đối với rơle danh định 1A), thứ tự không dùng cho các sự cố không đối xứng (bảo vệ bị hạn chế khi 2 trong 3 dòng trên 3 pha vượt quá 3 lần dòng danh định)

II.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 7 thể hiện đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ so lệch, thể hiện tỷ số phức của dòng ở hai đầu của đường dây Có các đặc tính tác

động khác nhau cho mỗi dòng Qui định dòng chạy vào đường dây được bảo vệ có góc 00

, dòng chạy ra khỏi đường dây được bảo vệ có góc 1800 Như vậy, khi bình thường tỷ số dòng điện ở 2 đầu là 11800 Khi sự cố ngoài đường dây được bảo vệ thì tỷ số này vẫn là 11800

SEL-311L có đặc tính bao quanh điểm 11800, vùng đó gọi là vùng hạn chế Rơle sẽ cắt khi tỷ số dòng điện nằm ngoài vùng hạn chế đó

(Hình 7)

Đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ SEL-311L

Trên mặt phẳng phức hình 7, rơle SEL-311L tạo ra xung quanh điểm

hai đầu đường dây vượt ra ngoài vùng hãm này và dòng so lệch cao hơn ngưỡng cài đặt Rơle không tác động khi tỉ số dòng điện giữa hai đầu đường dây nằm trong vùng hãm hoặc khi dòng so lệch nhỏ hơn ngưỡng cài đặt

Dòng so lệch của SEL-311L được tính theo công thức:

Dạng của vùng hạn chế được thể hiện trên hình 8 Đặt 87LANG để xác định góc mở của vùng hạn chế Đặt 87LR để xác định bán kính của vùng hạn chế

Đặt giá trị pickup 87LPP cho dòng pha, 87LGP cho dòng chạm đất và 87L2P cho dòng thứ tự nghịch

Đặc tính tác động phẳng của SEL-311L ưu việt hơn đặc tính của các rơle khác do SEL-311L xem xét cả về trị số và góc pha của dòng điện đồng thời SEL-311L xử lí được các sai số của CT

Công thức sau tính tổng trở lớn nhất của CT để có thể tránh sai số

(Hình 8)

Vùng hạn chế bao quanh các sự cố ngoài của SEL-311L

II.3 Cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch

Đặt chức năng so lệch pha 87LA, 87LB, 87LC để phát hiện các sự cố 3 pha trên đường dây bảo vệ

Hình 9 thể hiện khi sự cố trên đường dây bảo vệ, có thể có các điều kiện làm ảnh hưởng đến tỷ số của dòng điện ở hai đầu