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

MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

Mục tiêu của đề tài 3

+ 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 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.

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

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

4 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

CHƯƠNG II THỰC TRẠNG ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI VÀ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE TRÊN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DO

I THỰC TRẠNG Đường dây truyền tải do EVNHCMC quản lý hiện có 140 đường dây, đoạn đường dây có cấp điện áp 110/220kV, trong đó:

- Đường dây 110kV: 124 đường dây (bao gồm cả đường dây nổi, cáp ngầm và đường dây hỗn hợp), tổng chiều dài: 729.268 km

- Đường dây 220kV: 16 đường dây (bao gồm cả đường dây nổi, cáp ngầm và đường dây hỗn hợp), tổng chiều dài: 101.233 km

Các đường dây này được nhận điện từ 04 trạm 500kV: Nhà Bè, Phú Lâm, Cầu Bông, Tân Định (tất cả các trạm này đều do Truyền tải điện quản lý) và 10 trạm 220kV: Thủ Đức, Cát Lái, Hóc Môn, Bình Chánh, Tao Đàn, Hiệp Bình Phước, Củ Chi 2, Công Nghệ Cao, Bình Tân, Quận 8 (trong đó có

05 trạm do EVNHCMC quản lý gồm: Hiệp bình Phước, Củ Chi 2, Công Nghệ Cao, Bình Tân, Quận 8 và 05 trạm do Truyền tải điện gồm: Thủ Đức, Cát Lái, Hóc Môn, Bình Chánh, Tao Đàn), cụ thể:

- 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

6 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

Hệ thống bảo vệ rơle ( Chức năng/Rơle )

29 Xa Lộ (171) - Đakao (173) 1.967 Cáp ngầm

19

KHÁI NIỆM VỀ BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY 19

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

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm

20 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 điện so lệch ISL (chính là dòng làm việc) của bảo vệ được xác định theo công thức: ̇SL = Δ ̇ = ̇1T - ̇2T = ̇LV

IKCBT: dòng không cân bằng thứ cấp CT, giá trị của dòng này phụ thuộc 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: ̇KCBT = Kđn KKCK fi ̇Nngoaimax (3.3)

I 1S ,I 2S , I 1T , I 2T , I 1à , I 2à : lần lượt là dũng điện sơ cấp, thứ cấp và dũng từ

21 hoá của CT. nI: hệ số biến đổi của các CT

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

KKCK: hệ số tính đến sự có mặt của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch fi: sai số tương đối của CT

INngoaimax: thành phần chu kỳ của dòng điện chạy qua CT tại thời điểm đầu khi ngắn mạch ngoài trực tiếp 3 pha

Trong chế độ này dòng điện vào cuộn hãm IH lớn hơn dòng vào cuộn làm việc I LV nên bảo vệ không tác động (Hình 2a)

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 I LV phải chọn lớn hơn giá trị dòng điện hãm IH, nghĩa là:

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 thường chọn hệ số K H cao để ngăn chặn bảo vệ có thể tác động nhầm

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

Dòng điện I 1s ngược hướng với dòng điện I2S nên I1T cũng sẽ ngược hướng với I2T Khi đó:

Như vậy, trong trường hợp này dòng I SL >> IH (Hình 2b) do đó bảo vệ sẽ tác động Độ nhạy của bảo vệ được xác định theo công thức:

Bảo vệ so lệch dòng điện có tính chọn lọc tuyệt đối do đó yêu cầu độ nhạy của bảo vệ K n ≥ 2 Đối với rơle điện cơ để đảm bảo được yêu cầu về 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

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

24 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

Với I N là dòng điện chạy trong dây trung tính của tổ máy biến dòng dấu 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 ngoài (giả sử tại N1), các dòng điện chạy trên hai nhánh đường dây cùng chiều và có giá trị gần bằng nhau nên dòng điện vào rơle:

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

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

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 N 2 được cung cấp từ hai phía: dòng cung cấp trực tiếp theo đường A1N2 và dòng đổ về theo đường vòng A34B2N2 (thường dòng ngắn mạch do nhánh A1N2 có giá trị lớn hơn so với 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)

RƠLE SEL-311L 27

- Bảo vệ so lệch dòng cho đường dây và hệ thống tự động của SEL- 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

- Rơle SEL-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

- 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

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, 3I 2 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

29 động khác nhau cho mỗi dòng Qui định dòng chạy vào đường dây được bảo vệ có góc 0 0 , dòng chạy ra khỏi đường dây được bảo vệ có góc 180 0 Như vậy, khi bình thường tỷ số dòng điện ở 2 đầu là 1180 0 Khi sự cố ngoài đường dây được bảo vệ thì tỷ số này vẫn là 1180 0

SEL-311L có đặc tính bao quanh điểm 1180 0 , 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 1180 0 một vùng hãm Chức năng so lệch tác động khi tỉ số dòng điện giữa 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:

Giá trị biên độ của tỉ số dòng điện 2 đầu đường dây

Tỉ số dòng điện 2 đầu đường dây khi vận hành bình thường và sự cố ngoài

Giá trị góc pha của tỉ số dòng điện 2 đầu đường dây

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

ZB : tổng trở trong của CT

VS : điện áp của CT

IF : dòng sự cố thứ cấp

X/R : tỷ số điện kháng và điện trở sự cố

Với đường dây 2 đầu, SEL-311L yêu cầu CT đáp ứng cả hai tiêu chuẩn sau:

- CT không được bão hòa khi dòng sự cố thứ cấp nhỏ hơn 15A đối với CT loại 5A, và 3A đối với CT loại 1A

- Tổng tải tiêu thụ của CT không được vượt quá:

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

- Vùng A: Lệch góc 20 0 do phân bố nguồn.

- Vùng B: Lệch góc khoảng 21,6 0 do độ trễ của kênh truyền tín hiệu giữa hai đầu

- Vùng C: Lệch góc khoảng 40 0 do sai số CT

Vùng hãm Vùng tác động

Cài đặt góc mở 87LANG cho vùng hạn chế dựa trên góc lệch lớn nhất khi có sự cố ngoài và các yếu tố sai lệch cùng xảy ra đồng thời

- Khi ngắn mạch 3 pha giữa đường dây trên hệ thống đồng nhất và đường dây không tải Trường hợp này dòng từ xa và tại chỗ bằng nhau về độ lớn và góc pha Tỉ số véc tơ của dòng từ xa và dòng tại chỗ là 10 0 sẽ rơi vào điểm gốc bên phải của đồ thị như hình 9 Nếu hệ thống không đồng nhất, góc ở hai đầu đường dây khác nhau, do đó góc của tỉ số dòng từ xa và dòng tại chỗ khác không Nếu góc của các trở kháng nguồn khác nhau bằng 10 0 , và có sự khác biệt góc 10 0 giữa các nguồn, thì góc giữa dòng từ xa và dòng tại chỗ có thể xấp xỉ 20 0 Tương tự, khi ngắn mạch bên trong mà không phải giữa đường dây thì điểm sự cố trên đồ thị cũng nằm trong nửa mặt phẳng bên phải lân cận điểm 10 0 Vì vậy, khi ngắn mạch 3 pha bên trong thì tỉ số dòng pha nằm trong mặt phẳng phải với ±20 0 của trục thực dương như hình 9 cho góc

33 nguồn và trở kháng như đã phân tích ở trên (vùng A)

- Xét đến sai số trong tính toán dữ liệu gây ra bởi sự chậm trễ không đồng đều trong kênh phát và nhận tín hiệu dòng Giả sử, trong một vòng mạng quang đồng bộ một chiều với 20 nút, thời gian truyền và nhận có thể sai khác 2ms, giả sử một nút đi theo một hướng và 19 nút kia đi theo hướng khác (trường hợp lớn nhất) SEL-311L xác định việc trì hoãn kênh 1 chiều như chậm một nửa chu kỳ cắt Trong hoàn cảnh này, làm chậm chu kỳ cắt là khoảng 2ms Trong trường hợp đặc biệt, cả hai rơle SEL-311L xác định việc trì hoãn kênh một chiều là 1 ms và mỗi rơle sử dụng dòng tại chỗ được đo lường sớm 1ms để liên kết dữ liệu tại chỗ và dữ liệu nhận được từ xa Theo cách đó, cả hai rơle có 1ms lỗi liên kết dữ liệu (một rơle sớm và một chậm sau) Điều này gây ra góc của tỉ lệ mặt phẳng

 bị sai lệch khoảng 22 0 Trong một rơle thì độ lệch dương (ngược chiều kim đồng hồ trên mặt phẳng ), trong rơle khác thì độ lệch âm (cùng chiều kim đồng hồ trên mặt phẳng ), (vùng B)

- Phụ thuộc vào góc quay tại rơle riêng biệt, độ lệch này có thể thêm vào hoặc trừ ra từ góc được gây ra bởi góc của hệ thống không đồng nhất và góc của tải đã thảo luận ở trên Giả thiết góc thêm vào, khi trường hợp xấu nhất Khi ngắn mạch trong góc trên mặt phẳng có thể sai lệch     

- Tiếp tục xem xét bão hòa CT, CT bị bão hòa một cách dữ dội trong tức thời có thể gây ra thành phần chủ yếu của dòng thứ cấp sớm pha hơn dòng sơ cấp 40 0 (vùng C)

- Xét tổng bão hòa CT, hệ thống không đồng nhất, góc phụ tải, trì hoãn kênh truyền không đối xứng, thì góc trên mặt phẳng của dòng pha vào khoảng        82 0 khi ngắn mạch 3 pha bên trong

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

III.2 Loại dây Đường dây sử dụng dây dẫn loại ACSR 400mm 2

Dòng định mức quy định là 858A

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

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

III.6 Tổng trở thứ tự thuận Z 1

Thông số Giá trị đo (Ω) Tổng trở thứ tự thuận Z1

III.7 Tổng trở thứ tự không Z 0

Thông số Giá trị đo (Ω) Tổng trở thứ tự không Z 0

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH ĐƯỜNG DÂY ĐÔNG THẠNH (171) - TÂN HIỆP (172) 50 Tính toán ngắn mạch 3 pha 51

Theo số liệu từ Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Nam, dòng ngắn mạch

3 pha và 1 pha tại thanh cái 110kV tại các trạm Đông Thạnh và Tân Hiệp như trong bảng sau:

Bảng 7 Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 110kV trạm biến áp Đông Thạnh và Tân Hiệp tháng 7/2019

Trạm Biến áp Dòng ngắn mạch 3 pha (A) Dòng ngắn mạch 1 pha (A) Đông Thạnh 14300 12900

Tính toán ngắn mạch 1 pha 52

Từ bảng thông số đường dây 110kV Đông Thạnh (171) – Tân Hiệp (172), ta có:

Khi ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 110kV trạm Đông Thạnh:

Khi ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 110kV trạm Tân Hiệp:

Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Khi ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 110kV trạm Đông Thạnh:

= 7,05kA = 7050A Khi ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 110kV trạm Tân Hiệp:

= 5,51kA = 5510A Khi ngắn mạch 3 pha giữa đường dây:

IV Tính toán ngắn mạch 1 pha

= 17,88 Ω Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái 110kV trạm Đông Thạnh:

Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái 110kV trạm Tân Hiệp:

Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái 110kV trạm Đông Thạnh:

Khi ngắn mạch 1 pha tại thanh cái 110kV trạm Tân Hiệp:

Khi ngắn mạch 3 pha giữa đường dây:

Từ kết quả tính toán ngắn mạch, ta có bảng trị số dòng điện ngắn mạch như sau:

(Tài liệu tham khảo: Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa Hệ thống điện –

NXB Giáo dục 2005 – Tác giả Trần Quang Khánh)

Bảng 8 Giá trị các dòng ngắn mạch

Dòng ngắn mạch 3 pha Điểm ngắn mạch Dòng ngắn mạch hướng từ trạm Đông Thạnh (A)

Dòng ngắn mạch hướng từ trạm Tân Hiệp (A)

Ngắn mạch ngoài tại thanh cái trạm Đông Thạnh

Ngắn mạch ngoài tại thanh cái trạm Tân Hiệp

Ngắn mạch giữa đường dây Đông Thạnh – Tân Hiệp 6260 8330

Ngắn mạch ngoài tại thanh cái trạm Đông Thạnh

Ngắn mạch ngoài tại thanh cái trạm Tân Hiệp

Ngắn mạch giữa đường dây Đông Thạnh – Tân Hiệp 6525 5820

64

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 64

Như đã nói ở chương II, sau khi thay thế rơle SEL-421 tại ngăn máy cắt

171 trạm Đông Thạnh và rơle MICOM-P443 tại ngăn máy cắt 172 trạm Tân Hiệp bằng các rơle SEL-311L, rơle SEL-311L sẽ được cài đặt các chức năng bảo vệ so lệch (87L) và bảo vệ quá dòng (21) để bảo vệ cho đường dây Đông Thạnh (171) - Tân Hiệp (172)

Nội dung của chương này chỉ mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng 87L của rơle SEL-311L, vì vậy ta có sơ đồ nguyên lý như hình 13

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dọc đường dây Đông Thạnh (171) – Tân Hiệp (172) dùng rơ le SEL-311L

Từ sơ đồ nguyên lý ta xây dựng mô hình mô phỏng trên nền Matlab/Simulink như trong hình 14

Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây Đông Thạnh (171) – Tân Hiệp (172)

Khối Three-Phase Source được lấy từ thư viện Simpowersystem/Electrical Source: Khối này mô phỏng các MBT T1 và T2 tại các trạm Đông Thạnh và Tân Hiệp

Khối Three-Pha V-I-Measurement được lấy từ thư viện Simpowersystem/ Measurements: Khối này mô phỏng các CT ở 2 đầu đường dây

Khối Three-Phase Breaker được lấy từ thư viện Simpowersystem/ Elements: Khối này mô phỏng các MC171 và MC172

Khối Distributed Parameters Line được lấy từ thư viện Simpowersystem/ Elements: Khối này mô phỏng đường dây truyền tải

Khối Three-Pha Fault được lấy từ thư viện Simpowersystem/ Elements: Khối này mô phỏng các dạng sự cố khác nhau

Khối 87L: Mô phỏng chức năng 87L của rơle SEL-311L Sơ đồ logic của khối 87L được mô tả trong hình 15

Khối phân tích Fourier để tách phần tín hiệu biên độ và tín hiệu góc pha (đơn vị là độ)

Khối D2R chuyển đổi đơn vị từ độ thành radian.

Khối Magnitude-Angle to Complex để tổng hợp tín hiệu dòng điện lại thành tín hiệu dạng số phức

Khối Sum cộng tín hiệu số phức của dòng điện hai phía đường dây để tính toán dòng so lệch

Khối Complex to Magnitude-Angle để tách tín hiệu dòng điện cho kết quả là cặp tín hiệu biên độ và góc pha của dòng so lệch

Khối so sánh Relational Operator để so sánh biên độ dòng so lệch với giá trị cài đặt F87LP

Khối chia Divide dùng để tính tỉ số dòng điện ở 2 đầu đường dây.

Khối R2D chuyển đổi đơn vị từ radian thành độ.

Khối Scope là dao động ký.

HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 66

Dòng điện hai đầu đường dây ( ILocal và IRemote) được lấy từ khối Three-Pha V-I-Measurement (Dòng điện ba pha) sẽ được đưa đến khối Demux (phân kênh) để tách thành ba tín hiệu tương ứng với dòng ba pha, sau đó tiếp tục đưa qua khối phân tích Fourier để tách phần tín hiệu biên độ và tín hiệu góc pha (đơn vị là độ) Cặp tín hiệu này, với tín hiệu góc pha sau khi đưa qua

Sơ đồ logic của khối 87L

68 khối chuyển đổi đơn vị từ độ thành radian (D2R) được đưa đến khối Magnitude-Angle to Complex để tổng hợp tín hiệu dòng điện lại thành tín hiệu dạng số phức

Tín hiệu dạng số phức của dòng điện IR và IL được đưa qua khối Sum để tính dòng so lệch qua rơle, vì ⃗ ⃗ ⃗ Dòng ⃗ được đưa qua khối Complex to Magnitude-Angle để tách tín hiệu biên độ và tín hiệu góc pha

Tín hiệu biên độ của dòng so lệch ⃗ sau đó được đưa qua khối so sánh Relational Operator để so sánh với giá trị cài đặt 87LPP, giá trị sau so sánh được đưa qua khối AND để đưa đến khối Three-Phase Breaker (Máy cắt).

Mặt khác, tín hiệu dạng số phức của dòng điện IR và IL được đưa qua khối Divide để tính tỉ số dòng điện ở hai đầu đường dây IR/IL, sau đó giá trị này được đưa qua khối Complex to Magnitude-Angle để tách thành hai thành phần biên độ và góc pha

- Thành phần biên độ được sử dụng để so sánh với bán kính ngoài và bán kính trong của đặc tuyến hãm (87LR và

) theo giá trị cài đặt thông qua các khối so sánh

- Thành phần góc pha được đưa qua khối chuyển đổi từ đơn vị Radian thành đơn vị độ (khối R2D), tín hiệu góc pha của dòng so lệch này được sử dụng để so sánh với phạm vi góc đặc tuyến vùng hãm (87LANG) theo giá trị cài đặt

Tín hiệu biên độ và góc pha của dòng điện dạng số phức từ hai đầu đường dây sau khi qua khối chia Divide tiếp tục cho qua khối Complex to Real-Imag để phân tích thành hai thành phần thực và ảo, các giá trị này sau đó đưa đến khối Scope (Dao động ký) để lấy tín hiệu biên độ và góc pha, tín hiệu

69 này được sử dụng để đưa đi vẽ đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ SEL-311L.

CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 69

Trước khi chạy mô hình mô phỏng, chúng ta phải tiến hành cài đặt thông số cho các khối, thông số này phải phù hợp với thông số của đường dây và các thiết bị được mô phỏng Để mô tả đặc tính tác động chức năng 87L của rơle SEL-311L, chúng ta viết một đoạn mã trên Matlab (có tên Script.m) như PHỤ LỤC 2

III.1 Khi lưới điện làm việc bình thường

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 16 (a, b, c)

(Hình 16c) Đặc tính tác động của Rơle

Khi lưới điện làm việc bình thường, ta thấy điện áp và dòng điện 3 pha cân bằng, điểm tác động nằm trong vùng hãm, vì vậy trong trường hợp này, rơle không tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 17 (a, b, c, d, e)

(Hình 17a) Điện áp 3 pha tại trạm Đông Thạnh

(Hình 17b) Điện áp 3 pha tại trạm Tân Hiệp

(Hình 17c) Dòng điện 3 pha phía trạm Đông Thạnh đến

(Hình 17d) Dòng điện 3 pha phía trạm Tân Hiệp đến

(Hình 17e) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 3 pha trong vùng bảo vệ, ta thấy điện áp của các pha giảm thấp, điện áp đầu trạm Đông Thạnh thấp hơn điện áp đầu trạm Tân Hiệp, dòng điện tăng cao, dòng phía trạm Đông Thạnh đến thấp hơn dòng phía trạm Tân Hiệp đến, điểm tác động nằm trong vùng cắt, vì vậy trong trường hợp này, rơle tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 18 (a, b, c, d)

(Hình 18a) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Đông Thạnh

(Hình 18b) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Tân Hiệp

(Hình 18d) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 3 pha tại thanh cái trạm Đông Thạnh, ta thấy điện áp của các pha giảm thấp, đặc biệt là điện áp các pha trên thanh cái trạm Đông Thạnh, dòng điện tăng cao, điểm tác động nằm trong vùng hãm, vì vậy trong trường hợp này, rơle không tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 19 (a, b, c, d)

(Hình 19a) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Đông Thạnh

(Hình 19b) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Tân Hiệp

(Hình 19d) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 3 pha tại thanh cái trạm Tân Hiệp, ta thấy điện áp của các pha giảm thấp, đặc biệt là điện áp các pha trên thanh cái trạm Tân Hiệp, dòng điện tăng cao, điểm tác động nằm trong vùng hãm, vì vậy trong trường hợp này, rơle không tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 20 (a, b, c, d, e)

(Hình 20a) Điện áp 3 pha tại trạm Đông Thạnh

(Hình 20b) Điện áp 3 pha tại trạm Tân Hiệp

(Hình 20c) Dòng điện 3 pha phía trạm Đông Thạnh đến

(Hình 20d) Dòng điện 3 pha phía trạm Tân Hiệp đến

(Hình 20e) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 1 pha trong vùng bảo vệ, ta thấy điện áp của pha sự cố giảm thấp, dòng điện pha sự cố tăng cao, điểm tác động nằm trong vùng cắt, vì vậy trong trường hợp này, rơle tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 21 (a, b, c, d)

(Hình 21a) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Đông Thạnh

(Hình 21b) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Tân Hiệp

(Hình 21d) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 1 pha tại thanh cái trạm Đông Thạnh, ta thấy điện áp của pha bị sự cố giảm thấp, dòng điện pha sự cố tăng cao, điểm tác động nằm trong vùng hãm, vì vậy trong trường hợp này, rơle không tác động cắt máy cắt

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

Kết quả chạy mô hình mô phỏng như trong hình 22 (a, b, c, d)

(Hình 22a) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Đông Thạnh

(Hình 22b) Điện áp 3 pha phía đầu trạm Tân Hiệp

(Hình 22d) Đặc tính tác động của Rơle

Khi sự cố 1 pha tại thanh cái trạm Tân Hiệp, ta thấy điện áp của pha bị sự cố giảm thấp, dòng điện pha sự cố tăng cao, điểm tác động nằm trong vùng hãm, vì vậy trong trường hợp này, rơle không tác động cắt máy cắt

- Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB khoa học và kỹ thuật

- Introduction to Simulink® with Engineering Applications - Steven T

Karris - Orchard Publications/www.orchardpublications.com)

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, 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, tác giả đã thực hiện bản Luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải trên lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh” Hi vọng kết quả của Luận văn sẽ góp phần làm tăng độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh

Luận văn Thạc sĩ với đề tài ―Nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải trên lưới điện Thành phố hồ chí minh‖ có 04 chương:

Chương I, tác giả đã nêu lên sự cần thiết của Đề tài, mục tiêu và các nội dung cần nghiên cứu của bản Luận văn

Chương II, tác giả đã nêu lên được thực trạng đường dây truyền tải và hệ thống bảo vệ rơle trên lưới điện thành phố Hồ Chí Minh do EVNHCMC quản lý và đã chọn được đường dây điển hình để thực hiện việc nghiên cứu ứng

89 dụng bảo vệ so lệch

Chương III, tác giả đã trình bày khái niệm về bảo vệ so lệch đường dây, đi sâu nghiên cứu rơle SEL-311L với các nội dung như: nguyên lý hoạt động; cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch; cài đặt đảm bảo chọn lọc khi sự cố ngoài vùng bảo vệ; những cài đặt liên quan đến 87L; chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách

Trong chương III, tác giả cũng đã đưa ra thông số đường dây được chọn để thực hiện việc nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch (chiều dài, loại dây dẫn, dòng định mức, tỉ số CT, VT ở 2 đầu đường dây, tổng trở thứ tự thuận

Z1, tổng trở thứ tự không Z 0 ) Trên cơ sở đó tính toán chỉnh định chức năng 87/21 của rơle SEL-311L

Qua kết quả tính toán, tác giả đã viết được phiếu chỉnh định rơle cùng bảng setting, từ đó có thể tiến hành cài đặt thông số cho rơle SEL-311L để thực hiện nhiệm vụ bảo vệ 87/21 cho đường dây đã được chọn

Chương IV, tác giả đã xây dựng được mô hình mô phỏng của đường dây điển hình được chọn để nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch và các thiết bị liên quan, đã chọn được các khối mô phỏng các thiết bị và cài đặt thông số phù hợp với thông số thực tế của đường dây được bảo vệ