Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích, đánh giá chức năng bảo vệ so lệch rơ le toshiba-GRB200: Áp dụng bảo vệ thanh cái tại trạm biến áp 110KV KCN Vĩnh Hảo, tỉnh Bình Thuận

Luận văn trình bày nội dung phân tích, đánh giá chức năng bảo vệ so lệch thanh cái của rơ le Toshiba GRB200 trên cơ sở lý thuyết chung của bảo vệ so lệch, sử dụng Simulink trong Matlab đ

Giới thiệu đề tài nghiên cứu

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội dẫn đến nhu cầu năng lƣợng tăng cao, lưới điện không ngừng được đầu tư, nâng cấp, mở rộng Số lượng đường dây, trạm biến áp liên tục đƣợc xây mới và số lƣợng ngăn lộ trong một trạm biến áp cũng tăng lên làm tăng xác xuất sự cố và phức tạp trong vận hành Các chỉ tiêu liên quan về cung cấp điện, thời gian loại trừ sự cố trên lưới ngày một khắc khe hơn Trong các trạm biến áp, hệ thống thanh cái là một trong những phần tử quan trọng, đóng vai trò cầu nối giữa nhận và phát công suất Sự cố trên thanh cái rất ít xảy ra nhƣng vì thanh cái là đầu mối liên hệ của nhiều phần tử trong hệ thống nên khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái nếu không đƣợc loại trừ một cách nhanh chóng và tin cậy thì có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng và có thể làm tan rã hệ thống Vì tính chất quan trọng của thanh cái cho nên các hệ thống rơ le bảo vệ đi theo cũng có những yêu cầu rất nghiêm ngặt, để đảm bảo tính chọn lọc, độ nhạy, thời gian loại trừ sự cố phù hợp với các quy định hiện hành

Trong thực tế vận hành hệ thống điện, một thời gian khá dài trước đây, rơ le bảo vệ thanh cái chỉ đƣợc lắp đặt tại các trạm biến áp có điện áp cao nhƣ 500kV, 220kV, và chỉ số ít các trạm 110kV đặc thù mới đƣợc trang bị rơ le bảo vệ thanh cái Vì vậy đối với các trạm biến áp 110kV, khi xảy ra ngắn mạch trên thanh cái thì chƣa biết đƣợc phần tử bảo vệ tác động, cũng nhƣ thời gian cô lập sự cố

Trước tình hình đó, Bộ Công Thương đã ban hành thông tư 39 /2015/TT- BCT, „Quy định hệ thống lưới điện phân phối‟, yêu cầu thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ chính lưới điện 110kV là 150ms [4] Trích dẫn „Điều 9 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố’ Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính đƣợc quy định nhƣ sau (Hình i1):

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân

Hình 0.1 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố [4]

Theo đó, Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam đã có văn bản số 6751/EVN-KTSX ngày 28/11/2022, nội dung có đoạn:

“Để tuân thủ tiêu chí thời gian tối đa loại trừ sự cố của bảo vệ chính ở cấp điện áp 110kV theo Quy định hệ thống điện phân phối, Tập đoàn đã chỉ đạo các đơn vị thực hiện trang bị bảo vệ so lệch thanh cái (87B) tại văn bản 1468/EVN-

KTSX ngày 12/3/2020, nhắc lại tại văn bản 4100/EVN-KTSX ngày 25/7/2022”

Trên tinh thần đó, Tổng Công Ty Điện Lực Miền Nam đã có có rất nhiều văn bản chỉ đạo, giao nhiệm vụ, yêu cầu các đơn vị thành viên có các giải pháp triển khai cụ thể để đáp ứng yêu cầu của Tập đoàn Trong đó Công Ty Thí Nghiệm Điện Miền

Nam là đơn vị cung cấp thiết bị, thi công, lắp đặt và thí nghiệm các tủ rơ le bảo vệ thanh cái trong các trạm biến áp 110kV thuộc SPC

Hiện nay, có rất nhiều hãng sản xuất rơ le cung cấp rơ le bảo vệ thanh cái nhƣ

GRB100, GRB200 của Toshiba; P740, P746 của Schneider; REB650, REB670 của

ABB; B30, B90 của GE….Nhƣng trong giai đoạn vừa qua vì nhiều lý do khác nhau, rơ le bảo vệ thanh cái GRB200 của Toshiba là rơ le phổ biến hơn để lắp đặt trong các trạm biến áp 110kV của SPC Với số lƣợng lớn rơ le bảo vệ thanh cái sẽ đƣợc đƣa lên hệ thống để vận hành, rất cần có một nghiên cứu đầy đủ, chuyên sâu, để đảm bảo rơ le hoạt động tin cậy, ổn định trên lưới điện

Với các lý do trên, đề tài tập trung: “PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CHỨC

NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI RƠ LE TOSHIBA-GRB200 TẠI

TRẠM BIẾN ÁP 110KV KCN VĨNH HẢO TỈNH BÌNH THUẬN”

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân Đề tài tiến hành nghiên cứu nguyên lý làm việc, nghiên cứu các mô hình bảo vệ ứng với các kết cấu thanh cái khác nhau, các yếu tố, trường hợp gây ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch thanh cái Tiếp theo, xây dựng mô hình bảo vệ so lệch thanh cái bằng Matlab - Simulink để tiến hành mô phỏng các dạng trường hợp sự cố, các vị trí sự cố khác nhau trong vận hành, phân tích và đối chiếu sự làm việc của rơ le, đồng thời kết hợp với việc thử nghiệm rơ le thực tế tại trạm để đánh giá.

Mục tiêu đề tài

Phân tích đánh giá chức năng bảo vệ so lệch thanh cái của rơ le GRB200 tại trạm 110kV KCN VĨNH HẢO, áp dụng mở rộng cho sơ đồ thanh cái chữ H.

Phạm vi đề tài

- Lý thuyết về các mô hình bảo vệ so lệch cái

- Chức năng bảo vệ so lệch thanh cái của rơ le TOSHIBA GRB200

- Nghiên cứu, phân tích đánh giá hoạt động rơ le GRB200 bảo vệ so lệch thanh cái 110kV tại trạm 110kV KCN VĨNH HẢO, tỉnh Bình Thuận

- Nghiên cứu, xây dựng mô hình, mô phỏng mở rộng cho các loại hình trạm 110kV khác nhau trên lưới điện SPC.

Phương pháp nghiên cứu

 Nghiên cứu lý thuyết về bảo vệ so lệch thanh cái, nguyên lý làm việc của rơ le GRB200 dùng bảo vệ so lệch thanh cái, ứng dụng thực tế tại trạm biến áp 110kV KCN VĨNH HẢO, tỉnh Bình Thuận

 Nghiên cứu cách tính toán chỉnh định bảo vệ so lệch cho thanh cái 110kV

 Xây dựng mô hình mô phỏng đặc tính hoạt động của rơ le GRB200, mô phỏng các dạng sự cố khác nhau bằng phần mềm Matlab/Simulink

 Thử nghiệm thực tế rơ le ở trạm để phân tích đánh giá bảo vệ

 Nghiên cứu mở rộng, xây dựng mô hình, mô phỏng, áp dụng cho sơ đồ thanh cái chữ H

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Tìm hiểu các lý thuyết về bảo vệ so lệch thanh cái dưới góc nhìn thực tiễn

 Thông qua mô phỏng, thử nghiệm để đối chiếu sự làm việc của chức năng bảo vệ so lệch thanh cái giữa lý thuyết với thực tế

 Giúp cho các cán bộ kỹ thuật có cái nhìn rõ hơn về rơ le GRB200, giúp cho quá trình đánh giá hệ thống bảo vệ chính xác hơn, để đảm bảo an toàn và tin cậy khi đƣa rơ le bảo vệ thanh cái vào vận hành

 Nội dung luận văn có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho công tác đào tạo

CÁC NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI 5

Giới thiệu chung về bảo vệ so lệch thanh cái

Các hệ thống thanh cái có cấu tạo đơn giản, do đó sự cố của thanh cái chiếm tỷ lệ rất nhỏ so với các loại sự cố khác Một số nguyên nhân gây sự cố thanh cái gồm hƣ hỏng cách điện, hƣ hỏng máy cắt, vật lạ rơi vào, nối đất di động còn để lại trên thanh cái, hƣ hỏng biến điện áp, biến dòng, ngoài ra sự cố của thanh cái thường là sự cố chạm đất và chủ yếu do lỗi của các loài vật, con người Độ tin cậy là yếu tố rất quan trọng đối với bảo vệ thanh cái do việc cắt một thanh cái sẽ dẫn tới cắt hàng loạt ngăn lộ nối tới thanh cái đó Để tránh việc tác động nhầm, bảo vệ thanh cái thường gồm hai hệ thống độc lập và tín hiệu cắt chỉ phát ra khi cả hai bảo vệ cùng tác động [8]

Các cấu hình thanh cái và vùng bảo vệ tương ứng:

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống một thanh cái

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống một thanh cái có phân đoạn

Vùng bảo vệ 1 Vùng bảo vệ 2

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thanh cái có 2 máy cắt trên một mạch

Hình 1.4 Sơ đồ 3/2 máy cắt trên một mạch

Vùng bảo vệ 2 Vùng bảo vệ 1

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống hai thanh cái có máy cắt liên lạc

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống hai thanh với thanh cái vòng

Có nhiều phương thức bảo vệ cho thanh cái như bảo vệ so lệch tổng trở cao, bảo vệ so lệch tổng trở thấp, với cấu trúc tập trung hoặc phân tán Hầu hết các bảo vệ thanh cái hiện nay đều chủ yếu dựa trên nguyên lý bảo vệ so lệch và so sánh hướng dòng điện Trong đó, bảo vệ so lệch hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh tổng dòng điện đi vào và đi ra của đối tƣợng đƣợc bảo vệ Nếu điều kiện này không đƣợc thỏa mãn nghĩa là đã có sự cố xảy ra trong vùng đƣợc bảo vệ Bảo vệ so sánh hướng dòng điện giám sát góc pha của các dòng điện, khi có bất cứ dòng điện nào đổi hướng so với các dòng điện còn lại thì đó là trường hợp sự

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân cố trong vùng bảo vệ Bảo vệ so sánh hướng dòng điện tận dụng được ưu điểm là biến dòng dù có bị bão hòa thì vẫn có khả năng cung cấp đủ thông tin về góc pha dòng điện Trong một số thiết kế, chức năng so sánh hướng dòng điện được sử dụng để giám sát chức năng bảo vệ so lệch, tránh bảo vệ tác động nhầm khi sự cố ngoài, một số thiết kế khác sử dụng chức năng kiểm tra vùng (Check zone) để tránh tác động nhầm [8].

Bảo vệ so lệch tổng trở thấp cho các hệ thống thanh cái

1.2.1 Giới thiệu về các cấu hình bảo vệ so lệch thanh cái

Cấu trúc của hệ thống rơ le bảo vệ so lệch thanh cái hiện nay gồm hai cấu hình:

- Phương thức bảo vệ phân tán: Có cấu trúc phân tán gồm hai phần riêng biệt: Khối trung tâm (Central unit) và các „module‟ ngăn lộ (Bay unit) hoặc tên gọi khác là „module‟ thu thập dữ liệu, Data Acquisition Unit (DAU), Khối

BU hoặc DAU có nhiệm vụ thu thập tín hiệu dòng điện, điện áp, trạng thái máy cắt, dao cách ly, và gửi về khối trung tâm để xử lý [8]

Hình 1.7 Cấu trúc bảo vệ thanh cái kiểu phân tán Trong trường hợp khối trung tâm bị sự cố hoặc đường truyền tín hiệu giữa khối trung tâm và các khối BU bị hỏng thì các „module‟ ngăn lộ BU này vẫn làm việc độc lập và duy trì đƣợc các chức năng bảo vệ quá dòng tối thiểu Bộ

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân xử lý trung tâm (CPU) xử lý tất cả các tín hiệu từ DAU (Truyền về qua cáp quang) và đồng bộ việc lấy mẫu giữa các DAU

Một số trạm biến áp sử dụng phương thức bảo vệ phân tán như: 500kV Vĩnh Tân 4, 220kV Sóc Trăng, 220kV Hàm Tân, 220kV Thuận An

- Phương thức bảo vệ tập trung: Tín hiệu từ các ngăn lộ được đưa trực tiếp về khối trung tâm, do đó không cần phải có khâu đồng bộ lấy mẫu Phương thức này có nhƣợc điểm là số lƣợng dây dẫn lớn để trao đổi tín hiệu giữa rơ le bảo vệ thanh cái và các ngăn lộ, đặc biệt là các trạm biến áp có số lƣợng ngăn lộ nhiều Để tránh việc có nhiều dây dẫn nối về phòng điều khiển thì có thể thực hiện việc tổ hợp dòng điện trước khi đưa về, tuy nhiên điều này yêu cầu các biến dòng phải có cùng tỷ số [8]

Hình 1.8 Cấu trúc bảo vệ thanh cái kiểu tập trung Một số trạm biến áp sử dụng phương thức bảo tập trung như: 500kV Chơn Thành, 220kV Tân Thành, 220kV Bình Long, 220kV Kiên Bình

1.2.2 Các vấn đề cần quan tâm với bảo vệ so lệch thanh cái

1.2.2.1 Chọn tín hiệu dòng điện cho vùng bảo vệ

Hình 1.9 thể hiện sơ đồ nguyên lý chung của vùng bảo vệ, với các hệ thống nhiều thanh cái, cần biết vị trí của các dao cách ly để xác định ngăn lộ đƣợc nối tới thanh cái nào, từ đó sẽ chuyển tín hiệu dòng điện đến vùng bảo vệ tương ứng

Hình 1.9Sơ đồ nguyên lý của thể hiện logic của bảo vệ so lệch thanh cái

Các rơ le kỹ thuật số hiện nay, tín hiệu mạch dòng của các ngăn lộ đƣợc đưa vào các kênh đo lường riêng biệt, tín hiệu trạng thái đóng mở của dao cách ly, máy cắt đƣợc đƣa vào các ngõ vào tín hiệu số, rơ le sẽ chuyển đổi trạng thái bảo vệ một cách hoàn toàn tự động bên trong

1.2.2.2 Giải quyết các vấn đề liên quan tới trạng thái tiếp điểm phụ của dao cách ly

Theo hình 1.10 dao cách ly (Ký hiệu DCL-1) và máy cắt (Ký hiệu 52): Tiếp điểm phụ của dao cách ly (89A, 89B) cung cấp tín hiệu (Tín hiệu nhị phân) về trạng thái đóng, mở của dao cách ly (DCL-1) Chức năng lựa chọn vùng bảo vệ sử dụng tín hiệu từ tiếp điểm phụ này để tự động chuyển đổi động tín hiệu dòng điện tới phần tử bảo vệ so lệch tương ứng

Trong quá trình đóng, mở các dao cách ly sẽ có các trạng thái trung gian của tiếp điểm phụ (Chƣa mở hoặc chƣa đóng hoàn toàn khi dao cách ly còn đang chuyển động)

Trạng thái dao cách ly

Lựa chọn vùng bảo vệ

So lệch vùng bảo vệ

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý thu thập tín hiệu của rơ le kỹ thuật số Bảng 1.1 thể hiện các khả năng có thể xảy ra với các vị trí tiếp điểm phụ và cách rơ le giải quyết với các trạng thái này:

Bảng 1.1 Trạng thái dao cách ly theo tổ hợp trạng thái tiếp điểm phụ

TT 89A 89B Trạng thái của dao cách ly

1 Mở Mở Dao cách ly đƣợc coi là đã ĐÓNG

2 Mở Đóng Dao cách ly đƣợc coi là đã MỞ

3 Đóng Mở Dao cách ly đƣợc coi là đã ĐÓNG

4 Đóng Đóng Dao cách ly đƣợc coi là đã ĐÓNG

Chức năng chọn vùng cho nhiều vùng bảo vệ hoạt động dựa vào trạng thái dao cách ly sau tổ hợp để quyết định có đƣa dòng điện ngăn lộ vào phần tử so lệch hay không

1.2.2.3 Phân tích các tình huống sự cố ứng với các cấu hình lắp đặt biến dòng ngăn liên lạc:

- Biến dòng lắp đặt tại hai phía máy cắt liên lạc, có vùng chồng lấn:

Sự cố tại F1 đều thuộc về cả 2 vùng nên phần tử so lệch của cả thanh cái

1 và thanh cái 2 cắt đồng thời Ƣu điểm của cấu hình này là sự cố đƣợc loại trừ tức thời (Hình 1.11)

Hình 1.11 Sơ đồ mô tả sự cố giữa máy cắt và biến dòng với biến dòng lắp đặt 2 phía

- Sử dụng một biến dòng tại một phía với hai cuộn thứ cấp có chồng lấn

Hình 1.12 Sơ đồ mô tả sự cố giữa máy cắt và biến dòng lắp đặt 1 phía có vùng chồng lấn Đối với sơ đồ bố trí này, bảo vệ so lệch thanh cái sẽ có vùng mù (blind zone), là vùng giữa biến dòng và máy cắt, khi có sự cố trong vùng này mặc dù máy cắt liên lạc đã mở nhƣng vẫn còn dòng sự cố

Sự cố tại F1 (Hình 1.12) thuộc ngoài vùng của phần tử so lệch thanh cái

2, trong khi đó phần tử so lệch thanh cái 1 tác động tức thời, cắt các máy cắt bao gồm cả máy cắt liên lạc, tuy nhiên sự cố tại F1 vẫn tồn tại Tại cùng thời điểm bảo vệ khởi động chức năng chống hƣ hỏng máy cắt (50BF) thuộc máy cắt liên lạc, sau khi đếm hết thời gian thì bảo vệ 50BF này sẽ cắt toàn bộ máy cắt nối tới thanh cái 2

1.2.2.4 Đặc tính làm việc của rơ le bảo vệ thanh cái tổng trở thấp

Rơ le bảo vệ so lệch tổng trở thấp sử dụng nguyên lý hãm để đảm bảo không tác động nhầm với sự cố ngoài hoặc khi các biến dòng có đặc tính sai khác nhau Rơ le có tổng trở thấp đối với các biến dòng, do vậy biến dòng ngoài việc cấp dòng điện cho rơ le có thể sử dụng chung cho rơ le bảo vệ khác trong một số tình huống [8] Ví dụ về đặc tính bảo vệ so lệch thanh cái có dạng nhƣ sau:

Hình 1.13 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch thanh cái kỹ thuật số

Bảo vệ so lệch tổng trở cao cho các hệ thống thanh cái

Khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ với dòng ngắn mạch quá lớn có thể gây bão hoà biến dòng, dẫn đến sự tác động nhầm của bảo vệ Để đảm bảo tác động chọn lọc của bảo vệ so lệch khi có ngắn mạch ngoài, có thể sử dụng nguyên lý bảo vệ so lệch tổng trở cao Cũng cần lưu ý rằng nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm trong các rơ le kỹ thuật số hiện nay đã có khả năng làm việc an toàn trong trường biến dòng bị bão hòa, do vậy có thể không cần sử dụng tới nguyên lý bảo vệ so lệch tổng trở cao, tuy nhiên mỗi nguyên lý này đều có ƣu và nhƣợc điểm riêng và vẫn đƣợc sử dụng trên thực tế [8] Để đơn giản, xét trường hợp sơ đồ bảo vệ thanh cái với chỉ hai đường dây nhƣ sau (Hình 1.15)

Hình 1.15Sơ đồ bảo vệ so lệch tổng trở cao thanh cái đơn giản Khi xảy ra ngắn mạch ngoài với giả thiết biến dòng (BI2) trên đường dây bị sự cố bị bão hoà hoàn toàn Sơ đồ thay thế khi biến dòng BI2 bị bão hòa (Hình 1.16)

Hình 1.16 Sơ đồ thay thế khi biến dòng BI2 bị bảo hòa hoàn toàn Khi đó trở kháng nhánh từ hóa biến dòng BI2 giảm rất thấp và có thể coi Z từ hóa = 0, mạch thứ cấp của biến dòng BI2 coi nhƣ bị nối tắt Khi đó dòng điện thứ cấp từ biến dòng BI1 sẽ phân dòng chạy qua rơ le và tổng trở cuộn thứ cấp của biến dòng BI2, tùy theo tương quan tổng trở mà dòng điện chạy trên nhánh rơ le có thể sẽ lớn đủ làm rơ le tác động nhầm Để rơ le so lệch không tác động trong trường hợp này cần giảm nhỏ dòng điện chạy vào nhánh rơ le Do nhánh rơ le song song với nhánh tổng trở thứ cấp của biến dòng BI2 nên để dòng điện chạy vào nhỏ ta cần tăng tổng trở nhánh rơ le Điều này thực hiện bằng cách nối tiếp với nhánh rơ le một điện trở có giá trị lớn (Còn đƣợc gọi là điện trở ổn định), do vậy toàn bộ nhánh gồm (Rơ le và điện trở ổn định) sẽ có tổng trở lớn và từ đó sinh ra tên gọi của loại bảo vệ này [8] (Hình 1.17)

Hình 1.17 Cấu trúc nguyên lý của rơ le so lệch tổng trở cao

1.4 So sánh ƣu nhƣợc điểm của bảo vệ so lệch tổng trở cao và tổng trở thấp

Bảng 1.2 So sánh ƣu điểm và nhƣợc điểm giữa hai loại bảo vệ so lệch

Hạng mục Bảo vệ so lệch tổng trở cao

Bảo vệ so lệch tổng trở thấp

Dùng chung cuộn thứ cấp với các rơ le khác

Cho phép biến dòng với tỷ số biến khác nhau

Khả năng cấu hình lại vùng bảo vệ

Phát hiện hở mạch thứ cấp biến dòng

Có (rơ le giám sát tác động)

Bù sự sai khác cực tính biến dòng

Không Có Độ nhạy Phụ thuộc vào chỉnh định

Có thể điều chỉnh Độ an toàn hãm Tốt Rất tốt

Yêu cầu có logic phát hiện sự cố Không cần Cần có

Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt Không Có

Bảo vệ vùng mù (blind zone) Không Có

Cho phép đo lường riêng từng mạch

Khả năng cắt máy cắt trực tiếp Không Có

Mức độ phức tạp khi chỉnh định Thấp Trung bình

Chi phí Thấp Trung bình đến cao

Trong chương 1 đã giới thiệu lý thuyết chung về các dạng bảo vệ so lệch thanh cái nhƣ bảo vệ so lệch tổng trở cao, tổng trở thấp theo kiểu phân tán, tập trung ứng với từng loại thanh cái khác nhau và đƣa ra ƣu, nhƣợc điểm của từng kiểu bảo vệ Chương 1 giúp đưa ra cơ sở lý thuyết làm tiền đề nghiên cứu cho các chương kế tiếp, trong đó sẽ tập trung phân tích về bảo vệ so lệch tổng trở thấp, kiểu tập trung.

Kết luận chương 1

Trong chương 1 đã giới thiệu lý thuyết chung về các dạng bảo vệ so lệch thanh cái nhƣ bảo vệ so lệch tổng trở cao, tổng trở thấp theo kiểu phân tán, tập trung ứng với từng loại thanh cái khác nhau và đƣa ra ƣu, nhƣợc điểm của từng kiểu bảo vệ Chương 1 giúp đưa ra cơ sở lý thuyết làm tiền đề nghiên cứu cho các chương kế tiếp, trong đó sẽ tập trung phân tích về bảo vệ so lệch tổng trở thấp, kiểu tập trung

GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ CỦA RƠ LE

Giới thiệu chung về sơ đồ bảo vệ thanh cái của rơ le Toshiba GRB200

Cùng với sự phát triển của khoa học, công nghệ, hệ thống bảo vệ rơ le cũng đã trải qua rất nhiều thay đổi, từ hệ thống bảo vệ rơ le cơ, đến hệ thống rơ le điện tử, và trong giai đoạn hiện nay là thế hệ rơ le kỹ thuật số có kết nối thông tin Các rơ le kỹ thuật số hiện nay đƣợc xem là thế hệ rơ le thông minh vì ngoài các chức năng bảo vệ chính, nó còn có thêm các chức năng giám sát các tín hiệu đầu vào tương tự như dòng, áp, giám sát các ngõ vào, ngõ ra kỹ thuật số giúp cho hệ thống bảo vệ đạt yêu cầu tin cậy cao nhất Ngoài ra rơ le hiện nay còn có khả năng lưu trữ các thông tin, sự kiện xảy ra trong quá trình vận hành cũng như khi sự cố, giúp cho người vận hành có cái nhìn tổng quát khi có sự cố liên quan đến phần tử bảo vệ Trên hệ thống điện Việt Nam hiện nay đang vận hành rơ le của rất nhiều hãng khác nhau nhƣ ABB, SEL, SIEMENS, SCHNEIDER, GE và trong những năm gần đây trên hệ thống lưới điện của SPC sử dụng rất nhiều dòng rơ le của hãng Toshiba để bảo vệ các phần tử khác nhau trong trạm biến áp và đường dây như GRL200, GRT200, GRD200, và bảo vệ thanh cái là rơ le GRB200

Sơ đồ nguyên lý rơ le GRB200 bao gồm các khối cơ bản nhƣ sau (Hình 2.1):

 Khối thu thập tín hiệu dòng, áp từ các ngăn lộ, các tín hiệu này đƣợc đƣa vào rơ le sau đó đƣợc chuyển qua bộ lọc, tín hiệu sau khi lọc đƣợc đƣa qua bộ biến đổi A/D và đƣa vào khối xử lý trung tâm

 Khối ngõ vào, ngõ ra bao gồm các tiếp điểm thực thi lệnh từ các chức năng bảo vệ dùng để cắt máy cắt, hoặc báo hiệu, ngõ vào dùng để thu thập trạng thái của các dao cách ly, máy cắt, tín hiệu khởi động 50BF từ các ngăn lộ trên thanh cái đƣợc bảo vệ

 Khối giao diện người dùng bao gồm màn hình hiển thị, các phím bấm, đèn Leds, cổng giao tiếp với máy tính

 Khối nguồn để cấp nguồn nuôi cho rơ le

 Khối xử lý trung tâm nhận các tín hiệu đầu vào nhƣ dòng, áp, trạng thái các dao cách ly, máy cắt, thông tin từ bộ kết nối mở rộng, sau quá trình xử lý

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân thông tin từ các chức năng bảo vệ sẽ xuất lệnh tác động thông qua các rơ le phụ, và truyền thông tin đến các hệ thống giám sát qua các cổng giao tiếp

Hình 2.1 Sơ đồ khối của rơ le GRB200 [5]

Cấu trúc bên ngoài mặt trước rơ le kỹ thuật số GRB200 (Hình 2.2) bao gồm:

 Màn hình hiển thị giao diện người dùng, tại đây người dùng có thể dùng các phím vận hành để truy xuất thông số của rơ le nhƣ dòng, áp, các giá trị cài đặt, dòng sự cố trong trường hợp không dùng phần mềm chuyên dụng

 Cổng USB dùng để giao tiếp với máy tính, truy xuấy tất cả thông số nhƣ giá trị cài đặt, thông số vận hành, thông số sự cố về máy tính với phần mềm chuyên dụng

 Các đèn Leds dùng để cấu hình các chức năng bảo vệ, pha sự cố, khi có sự cố xảy ra, các chức năng làm việc, các Leds này sẽ sáng lên, cho người vận hành dễ dàng xác định thông tin hơn

 Các phím chức năng dùng để truy cập nhanh các mục cần xem trên rơ le nhƣ đo lường, dòng sự cố , thay vì phải di chuyển theo cây thư mục khi dùng phím vận hành

Hình 2.2 Cấu trúc bên ngoài mặt trước rơ le GRB200 [5]

Cấu trúc bên ngoài mặt sau của rơ le (Hình 2.3):

 Các hàng kẹp để đấu nối cấp nguồn nuôi rơ le

 Các khối để cấp dòng các ngăn lộ, áp thanh cái

 Các hàng kẹp ngõ ra từ các rơ le phụ, ngõ vào để thu thập trạng thái dao cách ly, máy cắt,

Hình 2.3 Cấu trúc bên ngoài, mặt sau rơ le GRB200 [5]

Rơ le GRB200 là rơ le so lệch tổng trở thấp dùng để bảo vệ thanh cái, nó đƣợc thiết kế rất linh hoạt, tác động nhanh và chọn lọc đối với nhiều dạng thanh cái khác nhau nhƣ

 Thanh cái đơn có/không có ngăn phân đoạn

 Thanh cái đôi có máy cắt liên lạc

 Thanh cái đôi có thanh cái vòng

Rơ le GRB200 có thể phát hiện sự cố pha, sự cố đất trên thanh cái đƣợc bảo vệ bởi các phần tử so lệch riêng biệt, có tối đa 24 ngõ vào mạch dòng để cấu hình cho các ngăn lộ phát tuyến, ngăn phân đoạn Rơ le có thể phân biệt chính xác sự cố trong, ngoài vùng bảo vệ, kể cả trong trường hợp biến dòng bị bảo hòa

Các chức năng của rơ le GRB200:

- So lệch tổng trở thấp bao gồm 6 vùng riêng biệt và vùng kiểm tra

- Có đặc tính cản, đảm bảo làm việc ổn định khi có sự cố bên ngoài

- Có giải pháp khi có bảo hòa biến dòng

- Đáp ứng với các ngăn lộ có tỷ số biến dòng khác nhau

- Mô hình thanh cái động

- Đƣa ngăn lộ khỏi sơ đồ vận hành

- Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt

- Bảo vệ quá dòng dự phòng

- Kiểm tra điện áp thanh cái

- Giám sát lỗi biến dòng

- Giám sát trạng thái thiết bị nhất thứ

- Đo lường điện áp, dòng điện

- Giám sát mạch dòng, mạch áp

- Ghi nhận dạng sóng dòng, áp

Các chức năng bảo vệ của rơ le GRB200

2.2.1 Chức năng bảo vệ so lệch thanh cái

Rơ le GRB200 sử dụng so lệch dòng điện bảo vệ cho từng vùng thanh cái riêng lẻ đƣợc phân chia bởi các ngăn phân đoạn, cũng nhƣ toàn bộ thanh cái chung của trạm (check zone- DIFCH) Đối với bảo vệ từng phần thanh cái riêng lẻ (DIFZA, DIFZB) các tín hiệu dòng điện từ các ngăn lộ, trạng thái các dao cách ly của các ngăn lộ đƣợc kết nối lại với nhau, hình thành vùng bảo vệ, các tín hiệu đi cắt sẽ đƣợc gửi đến tất cả các máy cắt trong vùng (Hình 2.4)

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý tổng quát chức năng bảo vệ so lệch rơ le GRB200 [5] Vùng bảo vệ đƣợc tạo ra phụ thuộc vào cấu hình thanh cái và trạng thái đóng mở của các dao cách ly Rơ le GRB200 cho phép tạo nên vùng bảo vệ bằng cách cài đặt để cấu hình ngăn lộ đó đƣợc kết nối đến vùng bảo vệ nào theo sự thay đổi chế độ vận hành của thanh cái Vùng bảo vệ kiểm tra (check zone), đƣa tất cả các tín hiệu dòng điện của tất cả ngăn lộ, ngoại trừ ngăn phân đoạn để tạo nên vùng bảo vệ (Hình 2.5) Do cơ chế bảo vệ không sử dụng trạng thái dao cách ly nên bảo vệ này rất an toàn, giúp cho rơ le không hoạt động sai trong trường hợp không có sự cố và có sự cố bên ngoài thanh cái

Bằng cách sử dụng hai biện pháp bảo vệ này, rơ le GRB200 đảm bảo khả năng bảo vệ rất đáng tin cậy cho nhiều loại hệ thống thanh cái khác nhau

Hình 2.5 Sơ đồ thể hiện cách tạo vùng bảo vệ của rơ le GRB200 [5]

Hình 2.6 thể hiện một ứng dụng điển hình của hệ thống hai thanh cái, DIFCH là vùng bảo vệ kiểm tra bao phủ tất cả các thanh cái DIFZA và DIFZB là bảo vệ vùng riêng biệt đối với thanh cái A và B tương ứng Các phần tử điện áp UVSFA, UVSFB, UVGFA và UVGFB có thể được cấu hình cho mỗi thanh cái dưới dạng chức năng kiểm tra điện áp, giúp tăng độ tin cậy của rơ le, rơ le sẽ xuất lệnh cắt khi áp thanh cái thật sự xuống thấp do sự cố thật trên thanh cái Lệnh cắt đƣợc thực thi khi chức năng bảo vệ so lệch vùng kiểm tra (check zone) và vùng đƣợc

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân bảo vệ riêng biệt cùng làm việc, kết hợp với phần tử giám sát áp của từng thanh cái riêng biệt

Hình 2.6 Sơ đồ thể hiện ứng dụng chi tiết của chức năng so lệch [5]

Các phần tử bảo vệ so lệch vùng kiểm tra DIFCH, và so lệch vùng thanh cái riêng biệt DIFZA, DIFZB dựa trên công thức cơ bản của dòng so lệch [5], (2.1)

Trong đó, Id: dòng so lệch; Ir: dòng cản; I1, I2, In: dòng các ngăn lộ trên thanh cái

Hình 2.7 mô tả đặc tuyến làm việc của các pha A, B, C của phần tử DIFCH và DIFZA, DIFZB Vùng làm việc của chức năng so lệch là vùng giới hạn đƣợc tạo nên bởi 03 đường thẳng:

- Id = Idmin (giá trị cài đặt dòng so lệch nhỏ nhất [DIFCH-I], [DIFDZ-I])

- Id= [DIF**-Slope]×Ir, (DIFCH-Slope, DIFDZ-Slope), giá trị độ dốc cài đặt)

Hình 2.7 Đặc tuyến làm việc của các phần tử so lệch [5]

2.2.2 Chức năng giám sát dòng

2.2.2.1 Giám sát lỗi mạch dòng:

Nếu có lỗi (hở mạch) xuất hiện trên mạch dòng của bất kỳ ngăn lộ nào, phần tử so lệch có khả năng làm việc sai, do đó chức năng giám sát lỗi mạch đƣợc đƣa vào cho phần tử so lệch Chức năng so lệch xác định có lỗi ở mạch dòng xảy ra khi có dòng so lệch xuất hiện nhƣng không có sự thay đổi điện áp thanh cái Khi có lỗi mạch dòng xảy ra, các phần tử so lệch sẽ bị khóa Lỗi mạch dòng đƣợc xác định khi công thức 2.2 thỏa mãn [5]

Max(|Ia|, |Ib|, |Ic|) − 4 × Min(|Ia|, |Ib|, |Ic|) ≥ k0 (2.2)

Trong đó Max(|Ia|, |Ib|, |Ic|): Giá trị lớn nhất của của Ia, Ib, Ic; Min (|Ia|, |Ib|,

|Ic|): Giá trị nhỏ nhất của của Ia, Ib, Ic; k0 = 20% của dòng định mức

2.2.2.2 Giám sát dòng so lệch:

Dòng so lệch được giám sát để kiểm tra tình trạng bình thường của mạch dòng điện, chức năng giám sát sẽ dò tìm các bất thường ở dòng so lệch trong trường hợp có lỗi xuất hiện trên mạch dòng điện ở các kênh được cấp vào cho rơ le, chức năng giám sát có ở tất cả các phần tử so lệch (DIFCH, DIFZA, DIFZB) Nếu có dòng so lệch xuất hiện nhƣng chƣa đến ngƣỡng dòng sự cố, và dòng so lệch này tồn tại trong một thời gian đƣợc cài đặt, chức năng giám sát dòng so lệch sẽ làm việc và sẽ khóa chức năng so lệch

2.2.3 Chức năng thấp áp an toàn

Tín hiệu cắt đƣợc xuất ra khi các chức năng bảo vệ liên quan đƣợc kích hoạt bởi các sự cố, và độ tin cậy cao là cần thiết đối với các tín hiệu cắt này Do đó chức năng thấp áp an toàn đƣợc đƣa vào để đảm bảo các chức năng bảo vệ xuất lệnh cắt một cách an toàn nhất

Chức năng này gồm các phần tử nhƣ, thấp áp pha – đất (UVFS), thấp áp pha – pha (UVSFS), độ thay đổi thấp áp (UVDFS), các phần tử này làm việc ở tất cả các vùng bảo vệ

2.2.4 Chức năng bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt (50BF)

Nếu một sự cố không đƣợc loại trừ do lỗi của máy cắt thì sau đó chức năng bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt sẽ làm việc để loại trừ sự cố bằng cách cắt các máy cắt liên quan tại trạm hoặc có thể gửi lệnh cắt đến đầu đối diện qua đường truyền thông tin Nếu dòng điện vẫn còn tồn tại trong một khoảng thời gian xác định theo sau lệnh cắt từ chức năng bảo vệ, chức năng chống hƣ hỏng máy cắt sẽ xác định là đã có lỗi xảy ra tại máy cắt Dòng điện tồn tại đƣợc xác định bởi phần tử quá dòng (OCCBF_CH*) trên mỗi pha của biến dòng điện Mỗi ngăn lộ trên thanh cái sẽ có các phần tử quá dòng tương ứng của từng ngăn lộ, mỗi ngăn lộ sẽ có chức năng 50BF riêng (Hình 2.8)

Hình 2.8 Đặc tính của phần tử giám sát dòng ngăn lộ [5] Để chức năng 50BF trong rơ le GRB200 làm việc, rơ le sẽ thu thập tín hiệu tác động từ các rơ le bảo vệ chính tại các ngăn lộ, khi các rơ le này tác động, ngoài việc xuất lệnh cắt máy cắt tại chính ngăn lộ đó, sẽ đồng thời gửi tín hiệu khởi động chức năng 50BF đến rơ le 87B GRB200, rơ le 87B sẽ kết hợp với tín hiệu dòng

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân của ngăn lộ đƣợc khởi động sau một khoảng thời gian t1 đƣợc cài đặt mà ngăn lộ đó vẫn còn dòng ở ngƣỡng cao hơn giá trị cài đặt (OCCBF_CH*), chứng tỏ máy cắt không mở tốt, chức năng này sẽ xuất lệnh cắt lại máy cắt (Re-trip), sau khi xuất lệnh mở lại máy cắt, mà dòng điện vẫn còn duy trì trong khoảng thời gian t2, chức năng 50BF sẽ làm việc cắt các máy cắt liên quan Sơ đồ nguyên lý làm việc chức năng 50BF (Hình 2.9)

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý làm việc chức năng 50BF

Chức năng này có ba cơ chế bảo vệ:

- Cơ chế cắt lại (Re-Trip) :Thực hiện lệnh cắt máy bị lỗi một lần nữa để xem máy cắt có mở đƣợc lại hay không

- Cơ chế cắt vùng bảo vệ (50BF):Thực hiện lệnh cắt tất cả các máy cắt trong vùng bảo vệ

- Cơ chế gửi lệnh: Sẽ gửi lệnh cắt máy cắt đến đầu đối diện

Lệnh cắt từ các rơ le bảo vệ ngăn lộ

Khối thời gian chờ TCBF-RE

Gửi lệnh cắt lại máy cắt

Khối thời gian chờ cắt vùng bảo vệ

Gửi lệnh cắt vùng bảo vệ trên thanh cái

2.2.5 So sánh một số mô hình bảo vệ của một số rơ le khác (SEL, ABB, )

2.2.5.1 Rơ le bảo vệ của hãng SEL

SEL là hãng rơ le với nhiều sản phẩm đa dạng , đƣợc sử dụng ở các trạm biến áp hiện nay nhƣ:

- So lệch đường dây SEL 311L, SEL 387L

- Rơ le khoảng cách SEL 321, SEL 421

- Rơ le so lệch máy biến áp SEL 387E, SEL 487E

- Rơ le bảo vệ thanh cái SEL 487B (Hình 2.10)

Hình 2.10 Rơ le bảo vệ so lệch thanh cái của hãng SEL [6]

Hình 2.11 giới thiệu mô hình bảo vệ thanh cái của rơ le SEL 487B cũng là mô hình bảo vệ tập trung bao gồm thu thập dữ liệu dòng, trạng thái dao cách ly, máy cắt của từng ngăn lộ và cấu hình thành vùng bảo vệ tương ứng, mỗi ngăn lộ cũng có các chức năng dự phòng riêng biệt nhƣ bảo vệ quá dòng, bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt Các chức năng chính của rơ le SEL 487B

50 : Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50BF: Bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt

51: Bảo vệ quá dòng theo đặc tuyến 27/59 : Bảo vệ thấp áp/quá áp

87: Bảo vệ so lệch DFR : Lưu trữ sự kiện

Hình 2.11 Các chức năng chính của rơ le SEL 487B [6]

Trong chương 2 đã giới thiệu về rơ le bảo vệ thanh cái GRB200, trình bày các chức năng chính được sử dụng trên lưới hiện nay, và tìm hiểu thêm mô hình bảo vệ của rơ le SEL487B, rơ le REB670, qua đó ta thấy rằng các thế hệ rơ le hiện nay, các chức năng bảo vệ đều giống nhau Nhưng rơ le SEL và ABB, trong một số trường hợp sử dụng đến ba rơ le riêng lẻ cho từng pha A, B, C, còn đối với trạm biến áp ở cấp 110kV thường chỉ sử dụng 01 rơ le có thể gây khó khăn trong quá trình cài đặt, cấu hình và vận hành Sau khi tìm hiểu các chức năng chung của rơ le GRB200, trong chương 3 sẽ tập trung tìm hiểu cách tính toán giá trị chỉnh định cho chức năng bảo vệ so lệch thanh cái, giới thiệu về trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo, cách cấu hình rơ le bảo vệ của trạm dựa trên các dữ liệu thực tế

TRÌNH BÀY CÁCH TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ CHỈNH ĐỊNH CHO RƠ

Giới thiệu về trạm 110kV KCN VĨNH HẢO

Trạm biến áp 110kV KCN Vĩnh Hảo, tọa lạc tại xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Trạm được thiết kế quy mô hai đường dây, một máy biến áp Thanh cái phía 110kV được thiết kế với sơ đồ thanh cái cứng, một đường dây đấu nối về Nhà máy điện mặt trời Vĩnh Hảo, một đường đấu nối về Nhà máy điện mặt trời Vĩnh Hảo 4 Trái tim của trạm là máy biến áp 63MVA, cấp điện áp 115/23kV, cho phép điều áp dưới tải (hình 3.1)

Thanh cái 22kV của trạm đƣợc trang bị 11 ngăn lộ bao gồm:

- 01 ngăn lộ biến điện áp 22kV

- 06 ngăn lộ phát tuyến 22kV

- 01 ngăn lộ dao cách ly liên lạc

Hình 3.1 Sơ đồ một sợi trạm biến áp 110kV KCN Vĩnh Hảo [12]

Thông số các thiết bị chính trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo [10]

Máy biến áp lực 110/22kV- 63MVA

▪ Phương pháp điều chỉnh điện áp: OLTC (phía 110kV)

▪ Phương pháp làm mát: ONAN/ONAF

Máy cắt khí SF6 - 110kV

▪ Kiểu : khí SF6, 3 pha, lắp đặt ngoài trời

▪ Điện áp định mức : 123 kV

▪ Khả năng chịu dòng điện ngắn mạch: 31,5kA/s

▪ Dòng điện cắt định mức : 31,5 kA

▪ Dòng điện đóng định mức : 62,5 kA peak

▪ Điện áp điều khiển, cuộn đóng/cắt, động cơ căng lò xo: 110VDC

▪ Điện áp sấy, chiếu sáng : 220VAC

▪ Điện áp định mức :123 kV

▪ Điện áp điều khiển, động cơ : 110VDC

▪ Điện áp sấy, chiếu sáng : 220VAC

▪ Kiểu : 1 pha, lắp đặt ngoài trời

▪ Điện áp định mức : 123kV

▪ Dòng điện cho phép hoạt động lâu dài Icp ≥ Iđm: 2222 A

Tủ điện trọn bộ 22kV

▪ Dòng điện định mức thanh cái:

Dòng điện định mức của tủ lộ tổng: 2500 A

Dòng điện định mức của tủ lộ ra: 800 A

▪ Khả năng chịu dòng điện ngắn mạch: 25 kA/1 sec

▪ Kiểu: 1 pha, loại xuyên cách điện bằng nhựa Epoxy

▪ Tỷ số biến đổi, công suất định mức và cấp chính xác

▪ Tủ lộ tổng: 1250-2500/1/1/1A 5P20/5P20/CL0,5-3x15VA

▪ Tủ xuất tuyến: 400-800/1/1A 5P20/CL0,5–2x15VA

Tỉ số biến dòng tính toán vận hành của 02 ngăn lộ đường dây 171, 172 là 1200/1, của ngăn lộ tổng máy biến áp 131 là 400/1

3.1.2 Sơ đồ một sợi phương thức bảo vệ, đo lường

Hình 3.2 Sơ đồ phương thức đo lường, bảo vệ của trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo [12]

 Sơ đồ phương thức bảo vệ hai ngăn lộ đường dây

Hình 3.3 Sơ đồ phương thức bảo vệ hai ngăn lộ đường dây [9]

Theo thiết kế ngăn lộ đường dây số 1, với tên thiết kế là ngăn E01, chỉ danh vận hành là ngăn lộ 171, đường dây số 2, tên thiết kế là ngăn E03, chỉ danh vận hành là ngăn lộ 172

 Tủ điều khiển bảo vệ là E01-CRP1, E03-CRP3 gồm:

- Công tơ đo đếm điện năng

- Thiết bị thu thập, điều khiển, đo lường dòng, áp, công suất ngăn lộ (BCU), loại GBU200 của Toshiba

- Rơ le bảo vệ chính, F87L, loại GRL200 gồm các chức năng 87L, 21, 67,

- Rơ le bảo vệ dự phòng, F67, loại GRD200 gồm các chức năng F67, 50/51, 27/59

 Biến dòng ngăn lộ đường dây gồm 05 cuộn nhị thứ:

- Cuộn 1 dùng cho công tơ đo đếm điện năng

- Cuộn 5 dùng cho F87B, bảo vệ so lệch thanh cái

 Sơ đồ phương thức bảo vệ ngăn lộ máy biến áp

Hình 3.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ ngăn lộ máy biến áp [9]

 Tủ điều khiển bảo vệ là E04-CRP4 gồm:

- Công tơ đo đếm điện năng, đồng hồ đo lường đa chức năng phía 22kV

- Công tơ đo đếm điện năng phía 110kV

- Rơ le bảo vệ chính, F87T, loại GRT200 gồm các chức năng 87T, 50REF,

- Rơ le bảo vệ dự phòng, F67, loại GRD200 gồm các chức năng F67, 50/51

- Rơ le bảo vệ 50/51GNS, loại P3U30 gồm chức năng 50/51

 Biến dòng ngăn lộ máy biến áp gồm 05 cuộn nhị thứ:

- Cuộn 1 dùng cho công tơ đo đếm điện năng

- Cuộn 3 dùng cho F87B, bảo vệ so lệch thanh cái

 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh cái:

Hình 3.5 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh cái [9]

Rơ le bảo vệ thanh cái GRB200, nhận dòng từ hai ngăn lộ đường dây, ngăn lộ máy biến áp để tính toán dòng so lệch bảo vệ thanh cái, nhận lệnh khởi động chức năng bảo vệ chống hƣ hỏng máy cắt (50BF) từ các ngăn lộ khi có sự cố tại ngăn lộ đó Khi có sự cố trên thanh cái hoặc chức năng 50BF của bất kỳ ngăn lộ nào đó làm việc, rơ le sẽ xuất lệnh mở tất cả các máy cắt trên thanh cái để cô lập sự cố (Hình 3.5)

Nhận tín hiệu dòng điện

Nhận tín hiệu khởi động 50BF

Rơ le bảo vệ thanh cái đƣợc đặt tại tủ điều khiển, bảo vệ ngăn lộ phân đoạn E02-CRP2 (Hình 3.6), mặc dù hiện tại thanh cái là thanh cái cứng, nhƣng trạm đã trang bị sẵn tủ phân đoạn, chuẩn bị cho giai đoạn mở rộng

Hình 3.6 Vị trí rơ le F87B thực tế tại trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo [9]

Tính toán, cấu hình chức năng bảo vệ so lệch 87B

3.2.1 Tính toán giá trị chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch 87B

Các giá trị cần quan tâm để cài đặt là tỉ số biến dòng, độ dốc đặc tuyến, và giá trị khởi động

GRB200 không có yêu cầu sử dụng biến dòng chuyên dụng hoặc biến dòng có tỷ lệ giống hệt nhau GRB200 có thể dùng chung biến dòng với các bảo vệ khác và có thể điều chỉnh các tỷ số biến dòng khác nhau bằng cách cài đặt trong rơ le Yêu cầu chung của biến dòng là giữ đƣợc độ ổn định khi có sự cố ngoài, vì

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân khi đó biến dòng dễ bão hòa với dòng ngắn mạch ngoài lớn Để đảm bảo rơ le làm việc đúng đối với những dòng ngắn mạch ngoài lớn, hệ số Ks của mỗi biến dòng phải thỏa mãn điều kiện sau [5]:

Ks ≥ 2, khi Tc ≤ 250 ms Trong đó Tc là hằng số thời gian DC của mạch nhất thứ

Vk: điện áp điểm gãy, điện áp bão hòa của biến dòng

Rct: Điện trở nhị thứ cuộn dây của biến dòng

RL: Điện trở dây dẫn giữa rơ le và biến dòng

RB: Điện trở nội bộ kênh dòng của ngăn lộ sẽ đấu nối với biến dòng.(0.1Ohm đối với rơ le dòng định mức 1A, 0.012 Ohm đối với dòng định mức 5A)

Ro: Điện trở của rơ le mắc nối tiếp với rơ le GRB200 nếu có

IFmax: Dòng ngắn mạch cực đại đi qua biến dòng

Ví dụ với các thông số nhƣ sau:

Biến dòng có Vk = 800 V, Tỷ số biến = 1200/1, Rct = 5.0 Ohm, RL = 3.0 Ohm, RB = 0.1 Ohm, Ro = 0 Ohm (không mắc nối tiếp) và IFmax = 40kA

= 3 Điều này cho thấy rằng chức năng so lệch sẽ hoạt động đúng đối với tất cả dòng sự cố khi hằng số thời gian DC của mạch nhất thứ nhỏ hơn 250ms

 Độ dốc đặc tuyến của phần tử so lệch

Có thể thay đổi giá trị mong muốn bằng cách cài đặt giá trị [DIFCH-Slope] và [DIFDZ-Slope], nhưng giá trị đề xuất thường là 30%, vì hiệu quả làm việc có thể không tốt khi cài đặt độ dốc nhỏ hơn 30% trong cùng một tình huống Có hai lý do để chọn giá trị này, ví dụ như trường hợp sơ đồ thanh cái (Hình 3.7)

Hỡnh 3.7 Tỡnh huống đặc tuyến làm việc điểm làm việc ẵ dũng sự cố [5]

+ Lớn hơn 30%: Phụ thuộc vào cách sắp xếp thanh cái hoặc tình trạng vận hành của mỏy cắt mà phần tử so lệch khụng phỏt hiện đƣợc điểm ẵ dũng sự cố (Hỡnh 3.7-phải) Khi sự cố tại điểm ẵ dũng sự cố, dũng ra khỏi vựng bảo vệ bằng ẵ lần dũng hướng vào vựng bảo vệ, điểm làm việc của phần tử so lệch là chấm đen trên đặc tuyến (Hình 3.7 –trái), trên đặc tuyến làm việc này, sự cố có thể đƣợc phát hiện khi giá trị độ dốc [DIF**-Slope]0% vì tỷ số của Id/Ir = 1/3

+ Nhỏ hơn 30%: Khả năng phát hiện độ bão hòa biến dòng bị suy giảm, trong trường hợp việc lựa chọn biến dòng không thể thực hiện.

 Tính toán giá trị ngƣỡng làm việc dòng so lệch [DIF**-I] Để tính toán giá trị dòng so lệch, cần tuân theo 4 bước [5]:

- Bước 1: Dòng sự cố nhỏ nhất (IFmin)

Chức năng so lệch nên hoạt động với dòng sự cố nhỏ nhất nhân với 0.8

Giá trị cài đặt [DIF**-I] ≤ 0.8IFmin (3.1)

Rơ le so lệch hoạt động nhanh hơn khi có dòng sự cố lớn chạy qua Do đó, giá trị của IFmin phải đƣợc coi là lớn hơn 300% giá trị cài đặt [DIF**-I]

Giá trị cài đặt [DIF**-I] ≤ IFmin / 3 (3.2)

- Bước 2: Độ chính xác hoạt động của phần tử so lệch Độ chính xác sẽ phụ thuộc vào giá trị dòng nhất thứ của biến dòng, lưu ý rằng độ hoạt động chính xác có thể không tốt khi giá trị làm việc của rơ le nhỏ và dòng nhất thứ của biến dòng là lớn Nghĩa là độ chính xác giảm đi khi giá trị cài đặt [DIF**-I] / giá trị nhất thứ biến dòng là nhỏ (Hình 3.8) Theo nhà sản xuất rơ le, độ chính xác hoạt động sẽ phụ thuộc vào số lƣợng kênh dòng

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân đƣợc đấu nối, và cũng cho thấy rằng giá trị hoạt động của phần tử so lệch nên lớn hơn giá trị nhất thứ biến dòng nhân với hệ số α để độ chính xác có thể đạt đến 5%

Giá trị cài đặt [DIF**-I] ≥ Giá trị nhất thứ biến dòng lớn nhất × α (3.3)

Hình 3.8 Đặc tuyến độ chính xác của phần tử so lệch theo số lƣợng kênh dòng [5]

Hình 3.8 thể hiện sự tương quan giữa số lượng kênh dòng và độ chính xác, tọa độ điểm giao giữa số lƣợng kênh dòng và độ chính xác mong muốn thể hiện giá trị α tương ứng Trong đó giá trị α phụ thuộc vào số lượng kênh dòng theo bảng 3.1:

Bảng 3.1 Hệ số α theo số lƣợng kênh dòng [5]

- Bước 3: Tầm hoạt động bị ảnh hưởng bởi dòng sự cố lớn nhất IFmax

Việc tính toán so lệch có thể không đƣợc thực hiện nếu rơ le so lệch hoạt động ở ngoài tầm giá trị động, có nghĩa là rơ le không thể tính toán đúng nếu dòng sự cố quá lớn và dòng nhất thứ biến dòng là nhỏ, và giá trị IFmax / Giá trị nhất thứ biến dòng lớn hơn 65.653

IFmax ≤ Giá trị biến dòng nhỏ nhất × 65.536 (3.4)

Có thể chọn giá trị tùy ý nhƣng nên kiểm tra xem giá trị có đủ thích hợp trong phương trình (3.1), và kiểm tra giá trị thỏa mãn phương trình (3.2), (3.3), để rơ le hoạt động nhanh và chính xác Cuối cùng, nên kiểm tra hoạt động phần tử so lệch bằng phương trình (3.4)

3.2.2 Xây dựng cấu hình, phương thức bảo vệ cho rơ le dùng phần mềm GR-

TERMS Để cấu hình cài đặt rơ le bảo vệ thanh cái GRB200 cần có những dữ liệu nhƣ: Bản vẽ thiết kế nhị thứ, bảng trị số chỉnh định của đơn vị tính toán trị số, máy tính có cài phần mềm chuyên dụng GR-TERMS

3.2.2.1 Bản vẽ thiết kế nhị thứ:

- Bản vẽ thiết kế mạch áp (Hình 3.9), do thanh cái tại trạm là thanh cái cứng, trang bị 01 biến điện áp nên chỉ một mạch áp đấu nối vào rơ le

Hình 3.9 Sơ đồ đấu nối mạch áp cho rơ le GRB200 [9] Áp thanh cái

- Bản vẽ thiết kế mạch dòng (hình 3,10), thể hiện mạch dòng ngăn lộ nào đấu nối vào kênh dòng số bao nhiêu tại rơ le để cấu hình cài đặt trị số cho đúng trong mô hình tính toán chức năng so lệch

Hình 3.10 Sơ đồ đấu nối mạch dòng rơ le GRB200 [9]

Chương 3 trình bày sơ đồ một sợi phương thức bảo vệ, đo lường của trạm biến áp 110kV KCN Vĩnh Hảo, giới thiệu cách chọn tỷ số các biến dòng, tính toán giá trị khởi động, chọn độ dốc đặc tuyến làm việc theo hướng dẫn của nhà sản xuất rơ le Sử dụng thông số từ bảng chỉnh định thực tế tại trạm, sơ đồ nhị thứ đấu nối rơ le, dùng phần mềm GR-TIERM để cấu hình, cài đặt Các thông số và mô hình thanh cái này sẽ đƣợc dùng để xây dựng mô hình và thực hiện mô phỏng bằng Matlab/Simulink trong chương 4

MÔ PHỎNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI BẰNG MATLAB/ SIMULINK

Giới thiệu về phần mềm MATLAB/SIMULINK

MATLAB, viết tắt của “Matrix Laboratory” là phần mềm dùng để tính toán, mô phỏng kỹ thuật dựa trên nền tảng ma trận, đƣợc hàng triệu kỹ sƣ và nhà khoa học trên toàn thế giới sử dụng để phân tích, thiết kế rất nhiều hệ thống, sản phẩm khác nhau Phần mềm có tích hợp đồ họa giúp dễ dàng hình dung và hiểu rõ chi tiết hơn

Hình 4.1 Giao diện phần mềm Matlab

Simulink là một bộ công cụ rất quan trọng trong MATLAB, phục vụ cho việc mô hình hóa và mô phỏng các hệ thống kỹ thuật, vật lý dựa trên cơ sở sơ đồ cấu trúc dạng khối Việc xây dựng các mô hình có thể thực hiện đơn giản với các khối có sẵn trong thƣ viện Simulink đƣợc tích hợp với MATLAB, cho phép kết hợp các thuật toán MATLAB vào các mô hình và xuất kết quả mô phỏng sang MATLAB để phân tích

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân Đối với hệ thống điện, người dùng có thể sử dụng các khối có sẵn trong thư viện của Simulink/ Simscape để xây dựng một hệ thống điện mong muốn, và mô phỏng các trạng thái vận hành khác nhau

Hình 4.2 Giao diện thƣ viện trong Simulink

Mô phỏng chức năng bảo vệ thanh cái của rơ le GRB200 bằng phần mềm Matlab/Simulink

4.2.1 Giới thiệu các khối chính sử dụng trong Simulink

- Khối nguồn ba pha: tại đường dẫn Simscape/Electrical/Speciallized Power

Systems/Fundamental Blocks/Electrical Sources (Hình 4.3), mô phỏng hệ thống nguồn phát 3 pha Các thông số chính cần cài đặt là điện áp, tần số, công suất ngắn mạch ba pha

- Khối máy cắt: tại đường dẫn Simscape/Electrical/Speciallized Power Systems/Fundamental Blocks/Elements (Hình 4.4) mô phỏng máy cắt ba pha Các thông số cần cài đặt là thời gian đóng, mở (switching times) và loại máy cắt là 1 pha hay 3 pha

Hình 4.3 Khối nguồn 03 pha Hình 4.4 Khối máy cắt

- Khối sự cố: tại đường dẫn Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Elements (Hình 4.5) mô phỏng các dạng sự cố trên lưới Các thông số cần quan tâm là loại sự cố, pha sự cố, thời gian diễn ra sự cố và điện trở sự cố

Hình 4.5 Khối sự cố Hình 4.6 Khối đo lường

- Khối đo lường: tại đường dẫn Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Measurements (Hình 4.6) , dùng để đo lường dòng điện, điện áp 3 pha

- Khối tải: tại đường dẫn Simscape / Electrical / Specialized Power Systems

/ Fundamental Blocks / Elements, (Hình 4.7) mô phỏng phụ tải 3 pha

- Khối máy biến áp: tại đường dẫn Simscape / Electrical / Specialized Power

Systems / Fundamental Blocks / Elements, (Hình 4.8) mô phỏng máy biến áp 3 pha, 2 cuộn dây Các thông số chính nhƣ công suất, điện áp các phía, tổ đấu dây

Hình 4.7 Khối tải 3 pha Hình 4.8 Khối máy biến áp

Ngoài các khối chính trên, để xây dựng nguyên lý làm việc của rơ le, còn sử dụng một số khối nhƣ Sum Mux, RMS, And, Or

4.2.2 Xây dựng mô hình trong Simulink

Sơ đồ dùng để thực hiện mô phỏng là sơ đồ trạm biến áp thanh cái cứng, bao gồm 03 ngăn lộ, 02 ngăn lộ đường dây nối với lưới điện, 01 ngăn lộ máy biến áp cấp nguồn cho phụ tải Nguyên lý xây dựng mô hình mô phỏng, quá trình đo lường, tính toán, xử lý và đưa ra lệnh mở các máy cắt như hình 4.9

- Khối đo lường: thu thập tín hiệu dòng điện của từng ngăn lộ để chuyển đến khối tính toán

- Khối tính toán: Dựa trên các tín hiệu dòng điện của các ngăn lộ sẽ tính ra dòng so lệch (Idiff), dòng cản (Ires) của từng pha

- Khối kiểm tra so lệch vùng (Diff zone): Các giá trị Idiff, Ires vừa tính đƣợc sẽ đƣợc đối chiếu lên đặc tuyến làm việc đƣợc xây dựng từ các giá trị cài đặt đầu vào, xem các giá trị Idiff, Ires này có đi vào vùng tác động hay không, nếu đúng sẽ có tín hiệu từ chức năng so lệch (Diff zone)

Khối kiểm tra so lệch (Check zone) tiếp nhận giá trị Idiff, Ires từ khối tính toán Giá trị này sẽ được đối chiếu với đặc tuyến làm việc của khối "Check zone" Nếu giá trị nằm trong vùng làm việc, tín hiệu từ chức năng so lệch (Diff Check zone) sẽ được tạo ra Khi giá trị tính toán thỏa mãn cả "Diff zone" và "Check zone", tín hiệu so lệch chung sẽ được tạo ra.

Hình 4.9 Sơ đồ lưới điện và nguyên lý làm việc để mô phỏng

- Khối kiểm tra điều kiện áp thanh cái: Tín hiệu từ chức năng so lệch chung sẽ được kiểm tra với điện áp thanh cái đo lường, xem giá trị điện áp này có giảm nhỏ hơn với giá trị đã được cài đặt trước hay không, nếu điều kiện này thỏa mãn thì chứng tỏ đã có sự cố thật trên thanh cái, rơ le sẽ xuất lệnh tác động đi mở các máy cắt

Từ các khối cơ bản của Simulink, dựa vào sơ đồ lưới điện và nguyên lý làm việc vừa trình bày (Hình 4.9), ta xây dựng mô hình mô phỏng chức năng bảo vệ so lệch thanh cái trong Simulink.(Hình 4.10)

Hình 4.10 Sơ đồ trạm biến áp trong Simulink

 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 171, TC C11 (Hình 4.11)

Hình 4.11 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 171, TC C11 Ngăn lộ 171, TC C11 bao gồm:

- Khối nguồn, mô phỏng nguồn hệ thống 3 pha, cấp điện áp 110kV, có công suất ngắn mạch có thể điều chỉnh để đạt dòng ngắn mạch mong muốn

- Khối đo lường (Three-phase VI measurement) dùng đo lường dòng điện qua ngăn lộ, tín hiệu dòng điện từ khối này sẽ đƣa đến khối Goto – CT -

171, để đƣa vào khối tính toán

- Khối máy cắt mô phỏng máy cắt thực tế, có thể điều khiển đóng mở và nhận lệnh cắt từ khối xử lý

- Thanh cái cứng C11, được tạo thành từ khối đo lường (Three-phase VI measurement), kết nối các ngăn lộ với nhau, mô phỏng thanh cái thực tế, tín hiệu điện áp từ khối đo lường này được đưa đến khối Goto – PT- C11, đưa vào khối kiểm tra điều kiện để xác định sự cố thật trong vùng bảo vệ

- Khối tạo sự cố dùng để tạo sự cố, mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ

 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 172 (Hình 4.12) : các khối tương tự ngăn lộ 171

 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 131 (Hình 4.13): Tín hiệu dòng điện ngăn lộ 131 từ khối đo lường được đưa đến khối Goto – CT - 131, để đưa vào khối tính toán Ngoài ra ngăn lộ này còn có khối máy biến áp, mô phỏng máy biến áp 3 pha, 2 cuộn dây, cấp điện áp 115/23kV, công suất 63MVA, khối tải mô phỏng phụ tải 3 pha của lưới hạ áp, dùng tải tiêu thụ để mô phỏng dòng công suất vận hành của hệ thống ở trạng thái bình thường của lưới điện

Hình 4.13 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 131

Hình 4.12 Sơ đồ chi tiết ngăn lộ 172

4.2.3 Xây dựng sơ đồ khối tính toán chức năng bảo vệ so lệch

 Sơ đồ nguyên lý khối tính toán dòng so lệch Idiff, dòng cản Ires:

Dòng đo lường từ các khối Goto CT-171, CT-172, CT-131, sẽ được lấy qua các khối From CT-171, CT-172, CT-131 để đƣa vào khối tính toán „Caculation‟, tại đây dòng của từng ngăn lộ sẽ đƣợc chia thành từng pha riêng biệt để thực hiện tính toán dòng Idiff, Ires của từng pha A, B, C (Hình 4.14) Dựa trên công thức tổng quát (2.1)

Dòng từng pha của các ngăn lộ 171, 172, 131 đƣợc đƣa qua hàm „Sum‟ để tính dòng so lệch Idiff A, B, C của thanh cái, tổng độ lớn các dòng sẽ là dòng Ires

Hình 4.15 Khối tính toán dòng Idiff, Ires của từng pha

 Sơ đồ nguyên lý khối kiểm tra đặc tuyến (Diff_zone) :

Dòng so lệch Idiff, dòng cản Ires từng pha A, B, C sau khi tính toán sẽ đƣợc đƣa qua khối kiểm tra đặc tuyến (Diff_zone) của từng pha A, B, C, khối kiểm tra đặc tuyến đƣợc xây dựng trên cơ sở 2 giá trị là ngƣỡng dòng tác động (Idiff-min) và độ dốc (Slope) (Hình 4.16), giá trị Idiff, Ires của pha nào thỏa mãn đặc tuyến làm việc sẽ tạo ra một tín hiệu báo so lệch trên pha đó, (Hình 4.17) tín hiệu này sau đó đƣợc đƣa qua khối kiểm tra điều kiện „Check zone‟ tiếp theo

Hình 4.16 Khối kiểm tra đặc tuyến làm việc

Hình 4.17 Tín hiệu so lệch pha A, B, C sau khi qua khối kiểm tra đặc tuyến

 Sơ đồ nguyên lý khối kiểm tra (Check - zone) :

Khối „Check zone‟ (Hình 4.18) có thông số (Idiff-min, độ dốc) và nguyên lý làm việc giống nhƣ khối „Diff zone‟, đối với sơ đồ thanh cái cứng, dòng so lệch Idiff, Ires của từng pha khối „Check zone‟ là giống với khối „Diff zone‟, từ khối tính toán chung Các giá trị Idiff và Ires của các pha thỏa mãn đặc tuyến làm việc

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân sẽ tạo ra lần lƣợt tín hiệu „Diff-checkzone-A‟, „Diff-checkzone-B‟, „Diff- checkzone-C‟ Tín hiệu so lệch DIF-A, DIF-B, DIF-C từ khối kiểm tra „Diff zone‟ sẽ đƣợc đƣa đến cổng logic „and‟ để kết hợp với tín hiệu so lệch từ khối

Trên nền tảng của Matlab/Simulink, chương 4 đã xây dựng được mô hình mô phỏng, xây dựng các khối tính toán, so lệch vùng (Diff Zone), so lệch (Check zone) khối kiểm tra điều kiện dựa trên nguyên lý làm việc của rơ le bảo vệ so lệch thanh cái GRB200 Trên cở sở của chương này và giá trị cài đặt rơ le thực tế tại trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo, phần mô phỏng và thử nghiệm sẽ đƣợc thực hiện trong chương kế tiếp

Tỉ số biến áp Ngƣỡng tác động

Nguõng giám sát áp Độ dốc đặc tuyến

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SIMULINK VÀ THỬ NGHIỆM RƠ LE THỰC TẾ

Giới thiệu về hợp bộ thử nghiệm rơ le OMICRON CMC 356 và phần mềm điều khiển „Test Universe‟

Hiện nay máy thử nghiệm rơ le có rất nhiều hãng nhƣng thông dụng và giao diện dễ sử dụng với người dùng là CMC 356 của hãng OMICRON (Hình 5.1) Phần cứng bao gồm các khối sau:

Hình 5.1 Hợp bô thử nghiệm CMC 356

- Đầu phát điện áp (voltage output): Hợp bộ CMC 356 có 4 đầu phát điện áp 300V

- Đầu phát dòng điện (current output): Có 6 đầu phát dòng điện chia là 2 nhóm, nhóm A 3 đầu phát dòng điện 32A, nhóm B 3 đầu phát dòng điện 32A, cũng có thể nối song song các đầu phát dòng nhóm A và nhóm B để tăng dòng điện phát lên thành 3 x 64A

- Đầu phát nguồn phụ DC (aux dc): phát điện áp trong dải 0-264 VDC để cấp nguồn cho đối tƣợng thử

- Đầu ra nhị phân (binary output): có 4 tiếp điểm rơ le, đƣợc điểu khiển bởi phần mềm „Test Universe‟ trong các ứng dụng thí nghiệm cụ thể

- Đầu vào nhị phân (binary input): có 10 đầu vào nhị phân chia làm 5 nhóm cách ly về điện (1+2, 3+4…), trong đó từng cặp đầu vào dùng 1 đầu điện thế chung Đầu vào có thể cấu hình dạng có điện hoặc không điện

Với công suất phát dòng, áp có thể thay đổi linh hoạt, với các ngõ ra, và nhiều ngõ vào có thể lập trình, nó có thể đƣợc dùng để mô phỏng, thử nghiệm hầu hết các chức năng bảo vệ của các rơ le kỹ thuật số hiện nay tại phòng thí nghiệm hoặc tại công trường thực tế

Máy đƣợc điều khiển bởi phần mềm chuyên dụng của hãng, „Test Universe‟ Phiên bản đƣợc sử dụng hiện tại là TU4.3 với giao diện nhƣ (Hình 5.2)

Hình 5.2 Giao diện phần mềm điều khiển Test Universe 4.3 Phần mềm có rất nhiều „module‟ tùy theo yêu cầu thực tế:

- Quick CMC: Giao diện phát dòng, áp tùy chỉnh

- State Sequence: tạo ra chuỗi nhiều trạng thái với dòng, áp khác nhau và thời gian xác định, đƣợc sử dụng mô phỏng nhiều trạng thái của hệ thống điện, ví dụ thử nghiệm chức năng tự đóng lại

- TransPlay/ Advanced TransPlay: phát lại dòng áp, mô phỏng sự cố dựa trên dữ liệu ghi nhận sự cố từ rơ le (.CFG) để thử nghiệm lại phản ứng của rơ le đối với sự cố hoặc bất thường

Ngoài ra có một số „module‟ đƣợc thiết kế cho các chức năng bảo vệ riêng nhƣ:

- Overcurrent: thử nghiệm chức năng bảo vệ quá dòng

- Distance/ Advanced Distance: thử nghiệm chức năng bảo vệ khoảng cách

-Differential/Harmonic: thử nghiệm rơ le bảo vệ so lệch và thử nghiệm chức năng khóa chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp khi có sóng hài

Trong phạm vi luận văn, tác giả sử dụng hợp bộ OMICRON CMC 356, và

„Module‟ „Quick CMC‟ để mô phỏng thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch thanh cái của rơ le GRB200 tại trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo „Module‟ thử nghiệm

„Quick CMC‟ là „module‟ phần mềm cơ bản nhất trong các „module‟ phần mềm chuyên dụng của máy CMC, có giao diện trực quan, dễ hiểu, thể hiện và cho phép điều chỉnh biên độ, góc pha tùy ý theo nhu cầu của người dùng, thích hợp cho việc trình bày chi tiết các bước thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch thanh cái (Hình 5.3) Giao diện thể hiện ngõ ra điện áp 3 pha, 3 pha nhóm dòng A, 3 pha nhóm dòng B, có biên độ, góc pha, tần số có thể điều chỉnh, phía bên dưới góc phải là nơi ghi nhận thời gian tác động của rơ le, thời gian từ lúc phát sự cố mô phỏng, đến khi ngõ vào của máy ghi nhận tín hiệu tác động từ rơ le

Hình 5.3 Giao diện „Module‟ „Quick CMC‟

Ví dụ về sơ đồ đấu nối thử nghiệm nhƣ hình 5.4 Ba pha Ia, Ib, Ic của nhóm dòng A đấu nối đến mạch dòng ngăn lộ 172, ba pha nhóm dòng B đấu nối đến mạch dòng ngăn lộ 131 Khi cần thử nghiệm cấp dòng ngăn lộ nào, người thử nghiệm sẽ đấu nối các nhóm dòng đến mạch dòng tương ứng, có thể cấp dòng, một pha hoặc ba pha tùy tình huống mô phỏng sự cố, ngõ ra tác động của rơ le sẽ đƣợc đấu nối đến ngõ vào nhị phân của hợp bộ CMC 356

Hình 5.4 Sơ đồ đấu nối phần cứng, dòng, tiếp điểm thử nghiệm thực tế

Giới thiệu chung về thông số, mô phỏng và thử nghiệm

5.2.1 Giới thiệu thông số dùng mô phỏng, thử nghiệm

Mô phỏng và thử nghiệm rơ le bảo vệ so lệch thanh cái GRB200 dựa trên giá trị cài đặt rơ le (Hình 5.5a), và đặc tuyến làm việc thực tế (Hình 5.5b) Dòng so lệch tối thiểu để rơ le làm việc là 1200A, và độ dốc đặc tuyến là 30% Các thông số mô phỏng thể hiện trong Bảng 5.1

Hình 5.5 a Giá trị cài đặt rơ le b Đặc tuyến làm việc của rơ le

Bảng 5.1 Thông số dùng để mô phỏng và thử nghiệm

Thông số Giá trị Ghi chú

Dòng so lệch tối thiểu 1200 A

Theo bảng chỉnh định rơ le thực tế của trạm do đơn vị điều độ ban hành Độ dốc đặc tuyến 30%

Tỷ số biến dòng ngăn lộ

Thời điểm tạo sự cố 0.2 s

Công suất ngắn mạch Không cố định, thay đổi để tạo dòng sự cố lớn hơn giá trị cài đặt cho mô hình tác động

Do không thu thập đƣợc giá trị dòng ngắn mạch thực tế trên thanh cái tại trạm

5.2.2 Các nội dung mô phỏng bằng Simulink và thử nghiệm rơ le thực tế:

- Mô phỏng, thử ngiệm giá trị khởi động:

Mục đích là kiểm tra hoạt động của đặc tuyến mô phỏng (Hình 5.6a) và rơ le thực tế (Hình 5.6b), đánh giá đáp ứng giá trị cài đặt Idiff-min đối với từng phần tử dòng trong mô hình bảo vệ a Đặc tuyến xây dựng trong simulink b Đặc tuyến rơ le thực tế Hình 5.6 Đặc tuyến xây dựng trong simulink và rơ le thực tế

- Mô phỏng, thử nghiệm sơ đồ cấu trúc bảo vệ

Mục đích kiểm tra hoạt động của sơ đồ cấu trúc bảo vệ, khi có ngắn mạch trong vùng, ngoài vùng bảo vệ, đánh giá giá trị dòng so lệch, dòng cản của phần tử so lệch thanh cái

- Mô phỏng, thử nghiệm vùng làm việc trên đặc tuyến của dòng so lệch và dòng cản

Mục đích kiểm tra vùng làm việc đƣợc xây dựng từ Simulink trên cơ sở lý thuyết của rơ le và thử nghiệm kiểm tra thực tế.

Mô phỏng Simulink, thử nghiệm rơ le thực tế

Để mô phỏng, thử nghiệm đầy đủ 03 nội dung nhƣ đã trình bày, cần xây dựng

03 sơ đồ vận hành tương ứng 04 kịch bản sự cố như sau (Bảng 5.2):

Bảng 5.2 Bảng tổng hợp sơ đồ vận hành và kịch bản mô phỏng

Mô tả sơ đồ vận hành

1 Sự cố trên thanh cái

Tác động, không tác động

Mô phỏng, thử nghiệm giá trị khởi động

2 Sự cố trên thanh cái

Tác động, không tác động Mô phỏng, thử nghiệm sơ đồ cấu trúc bảo vệ

Sự cố ngoài vùng bảo vệ, điểm ngắn mạch phía ngoài ngăn lộ 131

Sự cố ngoài vùng, biến dòng có sai số

Mô phỏng, thử nghiệm vùng làm việc trên đặc tuyến của dòng so lệch và dòng cản

5.3.1 Mô phỏng, thử nghiệm giá trị khởi động

5.3.1.1 Giới thiệu sơ đồ vận hành số 1, kịch bản số 1:

- Trạng thái vận hành trạm: máy 171 đóng, máy cắt 172 mở, máy cắt 131 mở Tương ứng với trạng thái vận hành thực tế: khi đóng điện 01 máy cắt đường dây để nhận điện vào trạm thì xảy ra sự cố trên thanh cái

- Kịch bản mô phỏng: ngắn mạch trên thanh cái tại điểm N1 (Hình 5.7) tại thời điểm 0.2s

Hình 5.7 Sơ đồ một sợi và sơ đồ mô phỏng Simulink cho kịch bản số 1

5.3.1.2 Mô phỏng tác động kịch bản số 1: Tạo dòng sự cố lớn hơn 1200A

Bảng 5.3 Kịch bản số 1, bảng mô tả mô phỏng tác động Thời điểm Tình trạng vận hành

Máy cắt 131 Điểm làm việc

0 ÷ 0.2s Bình thường Đóng Mở Mở

Sự cố trên thanh cái Đóng Mở Mở Đang di chuyển Đang tính toán Không

0.222s Sự cố trên thanh cái Mở Mở Mở

Theo hình 5.8, sự cố xảy ra tại thời điểm 0.2s, sau khoảng thời gian 22.384ms, máy cắt 171 mở và cô lập sự cố Thời gian đáp ứng của rơ le 0.022s phụ thuộc vào công suất ngắn mạch hay giá trị dòng ngắn mạch mô phỏng Thời gian đáp ứng càng nhỏ khi giá trị dòng ngắn mạch càng lớn

Hình 5.8 Kịch bản số 1, dạng sóng, trạng thái khi mô phỏng tác động

Giá trị dòng sự cố là 1200A, dòng so lệch Idiff và dòng cản Ires bằng nhau (Hình 5.9), 1200A

Hình 5.9 Kịch bản số 1, đồ thị giá trị dòng Idiff, Ires khi mô phỏng tác động

Thời điểm tạo sự cố 0.2s

Dựa trên đặc tuyến làm việc (Hình 5.10) ta thấy quỹ đạo làm việc của phần tử so lệch đi đến điểm tác động theo đặc tuyến, nên rơ le xuất lệnh „Trip‟ là đúng

Hình 5.10 Kịch bản số 1, đồ thị thể hiện quỹ đạo làm việc khi mô phỏng tác động

5.3.1.3 Mô phỏng không tác động kịch bản số 1:

Mô phỏng không tác động bằng cách tạo dòng ngắn mạch nhỏ hơn 1200A

Bảng 5.4 Kịch bản số 1, bảng mô tả mô phỏng không tác động Thời điểm Tình trạng vận hành

0 ÷ 0.2s Bình thường Đóng Mở Mở

Sự cố trên thanh cái Đóng Mở Mở

Tại 0.2s, tạo sự cố, đến 0.222s dòng ngắn mạch có giá trị 1193A, nhỏ hơn giá trị dòng so lệch tối thiểu cài đặt 1200A, rơ le không xuất lệnh „Trip‟ (Hình 5.11) Máy cắt 171 ở trạng thái đóng trước và sau khi có sự cố

Hình 5.11 Kịch bản số 1, dạng sóng, trạng thái khi mô phỏng không tác động Theo hình 5.12 dòng so lệch Idiff và dòng cản Ires bằng nhau, 1193A

Hình 5.12 Kịch bản số 1, đồ thị giá trị dòng Idiff, Ires khi mô phỏng không tác động Dựa trên đặc tuyến làm việc (Hình 5.13) ta thấy quỹ đạo làm việc của phần tử so lệch chƣa đi đến điểm tác động, rơ le không xuất lệnh „Trip‟ là đúng

5.3.1.4 Thử nghiệm thực tế kịch bản số 1 dùng rơ le GRB200:

Dùng máy thử nghiệm rơ le, bơm dòng nhị thứ 1.02A vào cọc dòng ngăn lộ

171, tỷ số biến dòng là 1200/1, giá trị đo lường nhất thứ, 1.02A *1200 = 1224A, lớn hơn giá trị cài đặt 1200A Rơ le xuất lệnh „Trip‟ Thời gian tác động đo đƣợc

26.2ms (Hình 5.14) Giá trị ghi nhận khi rơ le tác động, dòng Idiff = 1224A, dòng cản Ires = 1226A (Hình 5.15)

Hình 5.14 Kịch bản số 1, giá trị thử nghiệm, thời gian tác động

Hình 5.15 Kịch bản số 1, giá trị dòng so lệch thực tế ghi nhận trên rơ le Điểm làm việc Điểm tác động

Hình 5.13 Kịch bản số 1, đồ thị thể hiện quỹ đạo làm việc khi mô phỏng không tác động

Hình 5.16 thể hiện dạng sóng dòng ngăn lộ 171, pha A, dòng so lệch, trạng thái các biến nội bộ của rơ le đƣợc ghi nhận khi có sự cố mà điểm làm việc đi vào vùng đặc tính tác động, rơ le tác động chức năng so lệch vùng A „DIF-OPT-ZA‟, do trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo là thanh cái cứng, nên rơ le đƣợc cấu hình chọn một vùng bảo vệ là vùng A Rơ le xuất lệnh cắt các máy cắt 171, 172, 131, „DIF-TRIP-

CH1‟, „DIF-TRIP-CH3‟, „DIF-TRIP-CH4‟

Hình 5.16 Kịch bản số 1,dạng sóng và các tín hiệu làm việc nội bộ bên trong rơ le

5.3.1.5 Đánh giá kết quả mô phỏng, thử nghiệm kịch bản số 1

Kịch bản số 1 mô tả sự cố xảy ra trên thanh cái khi tiến hành đóng điện để nhận điện từ nguồn về trạm biến áp, kịch bản đã đƣợc mô phỏng tình huống sự cố có dòng lớn và nhỏ hơn giá trị cài đặt, kết quả cho thấy mô hình xây dựng làm việc đúng theo yêu cầu, và đúng với kết quả thực nghiệm thực tế của rơ le GRB200

Dạng sóng dòng ngăn lộ

Dạng sóng dòng so lệch Idiff, pha A

Giao diện khi rơ le tác động Các biến nội bộ khi tác động

5.3.2 Mô phỏng, thử nghiệm sơ đồ cấu trúc bảo vệ

- Trạng thái vận hành trạm: máy 171 đóng, máy cắt 172 đóng, máy cắt 131 đóng Tương ứng với tình trạng vận hành thực tế: khi trạm đang vận hành sơ đồ đủ, có sự cố trên thanh cái, dòng ngắn mạch từ 03 ngăn lộ cùng đổ về điểm sự cố

- Kịch bản mô phỏng: ngắn mạch trên thanh cái tại điểm N1 (Hình 5.17) tại thời điểm 0.2s

5.3.2.2 Mô phỏng tác động kịch bản số 2: Tạo dòng từ các ngăn lộ sao cho dòng sự cố tổng lớn hơn 1200A

Bảng 5.5 Kịch bản số 2, bảng mô tả mô phỏng tác động

Bình thường Đóng Đóng Đóng

Sự cố trên thanh cái Đóng Đóng Đóng Đang di chuyển Đang tính toán Không

Sự cố trên thanh cái Mở Mở Mở

Tại 0.2s tạo sự cố, đến 0.222s dòng ngắn mạch qua ngăn lộ 171 là 300.7A, ngăn lộ 172 là 300.7A, ngăn lộ 131 là 600.5A, dòng ngắn mạch tổng 1202A lớn hơn giá trị cài đặt 1200A, rơ le xuất lệnh „Trip‟ Trạng thái máy cắt 171, 172, 131 đóng từ 0s cho đến khi có lệnh „Trip‟ từ rơ le Tại 0.222s các máy cắt 171, 172, 131 mở, (Hình 5.18)

Hình 5.18 Kịch bản số 2, dạng sóng, trạng thái khi mô phỏng tác động

Dựa trên đặc tuyến làm việc (Hình 5.19) ta thấy quỹ đạo làm việc của phần tử so lệch đi vào vùng tác động, nên rơ le xuất lệnh „Trip‟ là đúng

Hình 5.19 Kịch bản số 2, đồ thị thể hiện quỹ đạo làm việc khi mô phỏng tác động

5.3.2.3 Mô phỏng không tác động kịch bản số 2:

Mô phỏng tạo dòng từ các ngăn lộ 171, 172, 131 sao cho dòng sự cố tổng nhỏ hơn 1200A Tại 0.2s, tạo sự cố, đến 0.222s dòng đổ về điểm ngắn mạch từ ngăn lộ

171 là 396.9A, ngăn lộ 172 là 396.9A, ngăn lộ 131 là 399.8A, dòng so lệch tổng Điểm tác động Điểm làm việc

1193.6A, quỹ đạo dòng so lệch chƣa đến điểm làm việc (Hình 5.21), rơ le không

„Trip‟, máy cắt 171, 172, 131 đóng trong toàn bộ quá trình mô phỏng (Hình 5.20)

Bảng 5.6 Kịch bản số 2, bảng mô tả mô phỏng không tác động

0 ÷ 0.2s Bình thường Đóng Đóng Đóng

Sự cố trên thanh cái Đóng Đóng Đóng Đang di chuyển Đang tính toán Không

Sự cố trên thanh cái Đóng Đóng Đóng

Hình 5.20 Kịch bản số 2, dạng sóng, trạng thái khi mô phỏng không tác động

5.3.2.4 Thử nghiệm thực tế kịch bản số 2 dùng rơ le GRB200:

Bơm dòng nhị thứ 1.51A vào cọc dòng ngăn lộ 131, tỷ số biến dòng ngăn lộ là 400/1, giá trị đo lường nhất thứ, 1.51A *400 = 604A

Bơm dòng nhị thứ 0.25A vào cọc dòng ngăn lộ 171, 172, tỷ số biến dòng giống nhau 1200/1, giá trị đo lường nhất thứ ngăn lộ 171, 172, 0.25A *1200 = 300A Các dòng cùng góc 0⸰ hướng vào thanh cái, tổng giá trị bơm tính toán 1204A lớn hơn giá trị cài đặt 1200A Rơ le xuất lệnh „Trip‟ Thời gian tác động đo đƣợc 26.20ms (Hình 5.22)

Hình 5.22 Kịch bản số 2, giá trị thử nghiệm, thời gian tác động

Giá trị dòng ghi nhận khi rơ le tác động, dòng so lệch Idiff = 1209.6A, dòng cản Ires = 1209.6A,(Hình 5.23), đúng theo giá trị bơm Điểm làm việc Điểm tác động

Hình 5.21 Kịch bản số 2, đồ thị thể hiện quỹ đạo làm việc khi mô phỏng không tác động

Hình 5.23 Kịch bản số 2, giá trị dòng so lệch thực tế ghi nhận trên rơ le

Hình 5.24 thể hiện dạng sóng dòng ngăn lộ 171, 172, 131 pha A, trạng thái các biến nội bộ của rơ le đƣợc ghi nhận khi có sự cố Rơ le xuất lệnh cắt các máy cắt

171, 172, 131, „DIF-TRIP-CH1‟, „DIF-TRIP-CH3‟, „DIF-TRIP-CH4‟

Hình 5.24 Kịch bản số 2,dạng sóng và các tín hiệu làm việc nội bộ bên trong rơ le

Các biến nội bộ khi tác động

5.3.2.5 Đánh giá kết quả mô phỏng, thử nghiệm kịch bản số 2

Kịch bản số 2 mô tả sự cố xảy ra trên thanh cái khi trạm đang vận hành, các máy cắt 171, 172, 131 đang đóng, giả sử khi sự cố, phía lưới trung thế vẫn có nguồn công suất đổ về điểm ngắn mạch, kịch bản đã mô phỏng tình huống sự cố có dòng so lệch lớn và nhỏ hơn giá trị cài đặt, mục đích để kiểm tra sơ đồ cấu trúc bảo vệ đáp ứng nhƣ thế nào khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, kết quả cho thấy mô hình xây dựng tính toán dòng so lệch tổng đúng theo yêu cầu, kết quả thực nghiệm thực tế của rơ le GRB200 cho thấy cấu hình cài đặt của rơ le là đúng theo nguyên lý bảo vệ, tương thích kết quả mô phỏng

- Trạng thái vận hành trạm: máy 171 đóng, máy cắt 172 đóng, máy cắt 131 đóng Tương ứng với tình trạng vận hành thực tế: khi trạm đang vận hành sơ đồ đủ, có sự cố ngoài vùng bảo vệ hướng về ngăn lộ 131, dòng ngắn mạch từ ngăn lộ 171, 172 cùng đổ qua ngăn lộ 131, về điểm sự cố

- Kịch bản mô phỏng: ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ tại điểm N1 (Hình 5.25) tại thời điểm 0.2s

5.3.2.7 Mô phỏng kịch bản số 3, sự cố ngoài vùng bảo vệ:

Sau khi xây dựng mô hình chức năng bảo vệ so lệch thanh cái trong chương 4, chương 5 đã tiến hành mô phỏng kết hợp thử nghiệm thực tế rơ le GRB200 bằng hợp bộ thử nghiệm OMICRON, CMC 356 theo 04 kịch bản khác nhau Các kịch bản được lựa chọn đều mang tính đặc trưng và gắn liền với thực tế vận hành lưới điện Kết quả mô phỏng cho thấy chức năng bảo vệ so lệch thanh cái xây dựng trong Matlab\Simulink hoạt động đúng theo lý thuyết bảo vệ so lệch và nguyên lý của rơ le GRB200, kết quả thử nghiệm thực tế tương thích với kết quả mô phỏng, cho thấy các thông số cài đặt, cấu hình vùng bảo vệ của rơ le đúng theo yêu cầu

XÂY DỰNG, MÔ PHỎNG MỞ RỘNG, ÁP DỤNG BẢO VỆ

Giới thiệu chung

Các chương trước đã trình bày lý thuyết về chức năng bảo vệ so lệch thanh cái, tìm hiểu sơ đồ phương thức bảo vệ của trạm 110kV KCN Vĩnh Hảo, sử dụng

Matlab/Simulink để xây dựng mô hình, mô phỏng, quá trình mô phỏng phần nào đó giúp chúng ta có cái nhìn trực quan, sinh động về cách mà rơ le bảo vệ, hệ thống phản ứng khi có sự cố, sơ đồ thanh cái của trạm Vĩnh Hảo là sơ đồ thanh cái cứng,

03 máy cắt, (Hình 6.1a), để bảo vệ so lệch cho thanh dạng này cần 02 phần tử so lệch, so lệch thanh cái bảo vệ và so lệch kiểm tra, nhƣng vai trò của phần tử so lệch kiểm tra (check zone) cũng chưa thể hiện rõ nét Trong chương này sẽ xây dựng mô hình, tiến hành mô phỏng với sơ đồ trạm chữ H (hình 6.1b) có 05 máy cắt, đây là kiểu sơ đồ phổ biến hiện nay trên lưới điện 110kV của SPC Sơ đồ gồm 2 thanh cái riêng biệt, kết nối với nhau bởi máy cắt phân đoạn Chức năng bảo vệ so lệch thanh cái cho sơ đồ dạng này sẽ gồm 03 phần tử, phần tử so lệch thanh cái số 1, so lệch thanh cái số 2 và so lệch kiểm tra (check zone) a) b) Hình 6.1 Sơ đồ trạm Vĩnh Hảo và sơ đồ chữ H

Xây dựng mô hình mô phỏng

Từ các khối cơ bản đã sử dụng để xây dựng mô hình ở chương 4, ta xây dựng sơ đồ thanh cái trạm chữ H trong Simulink, (hình 6.2)

Hình 6.2 Sơ đồ trạm biến áp dạng chữ H Trên hình 6.2 ta thấy các phần tử cơ bản trong một ngăn lộ cũng tương tự như mô hình đã xây dựng ở chương 4, ngoài ngăn lộ đường dây, ngăn máy biến áp, mô hình chữ H có thêm ngăn máy cắt phân đoạn, ngăn lộ này bao gồm 01 máy cắt và một khối đo lường lấy tín hiệu dòng điện Như đã giới thiệu ở phía trên sơ đồ này sẽ có 03 phần tử so lệch, và sẽ có thêm bảo vệ vùng mù

6.2.1 Bảo vệ vùng mù (blind zone protection) Đối với các sơ đồ thanh cái mà ngăn phân đoạn có biến dòng lắp đặt nằm về 1 phía của máy cắt hoặc 01 biến dòng lấy tín hiệu dùng chung cho 2 vùng bảo vệ sẽ có vùng mù, là vùng nằm giữa máy cắt và biến dòng, khi sự cố xảy ra trong vùng này sẽ có 01 phần tử so lệch làm việc, 01 phần tử so lệch xem là sự cố ngoài vùng, dẫn đến mặc dù máy cắt phân đoạn mở, nhƣng sự cố vẫn chƣa đƣợc loại trừ.(Hình 6.3)

Hình 6.3 Sơ đồ thể hiện dòng ngắn mạch tại vùng mù Tại hình 6.3 ta thấy khi có ngắn mạch tại vùng mù thì dòng so lệch Id-ZA, và Id-ZB nhƣ sau:

Ta thấy Id-ZA có dòng so lệch, dẫn đến chức năng so lệch thanh cái A, DIF ZA làm việc, điểm ngắn mạch nằm ngoài vùng bảo vệ thanh cái B, dòng so lệch thanh cái B bằng 0, DIF ZB không làm việc, cho nên khi có sự cố, DIF ZA làm việc mở máy cắt nhƣng sự cố vẫn chƣa đƣợc cô lập Để giải quyết vấn đề này, ta sẽ sử dụng trạng thái mở của máy cắt phân đoạn, khi rơ le tác động mở máy cắt phân đoạn, phần tử so lệch DIF ZB sẽ loại bỏ dòng Ibc2 ra khỏi công thức tính toán dòng so lệch khi đó Id-ZB = |I3+I4| ≠ 0, dẫn đến phần tử so lệch DIF ZB làm việc, cô lập sự cố

Do khối máy cắt trong Simulink không có tiếp điểm trạng thái thường đóng, thường mở như máy cắt thật nên chúng ta xây dựng logic trạng thái máy cắt phân đoạn 112, khi tiến hành mô phỏng, nếu dòng đo lường các pha tại máy cắt nhỏ hơn một giá trị cài đặt thì máy cắt xem nhƣ mở, (Hình 6.4) và tiếp điểm trạng thái này sẽ đƣợc sử dụng để kích hoạt bảo vệ vùng mù trong công thức tính toán của 02 phần tử so lệch vùng.(Hình 6.5)

Hình 6.4 Sơ đồ logic trạng thái máy cắt phân đoạn 112

Hình 6.5 Sơ đồ kích hoạt bảo vệ vùng mù

6.2.2 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch của thanh cái C11

Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch thanh cái C11

Sơ đồ nguyên lý cũng gồm các khối chính nhƣ khối tính toán dòng so lệch, dòng cản, nhận tín hiệu dòng điện từ ngăn lộ đường dây 171, ngăn phân đoạn 112, ngăn máy biến áp 131, dòng so lệch, dòng cản từng pha sau khi đƣợc tính toán sẽ được đưa đến khối kiểm tra đặc tuyến (đã trình bày ở chương 4) để xác định sự cố trong vùng tác động hay không, tín hiệu so lệch làm việc này sau đó sẽ đƣợc kết hợp với tín hiệu so lệch của phần tử kiểm tra (checkzone) và tín hiệu điện áp thanh cái, nếu các điều kiện đều thỏa mãn thì sẽ có tín hiệu tác động „Trip C11‟

Do có bảo vệ vùng mù nên phần tính toán dòng so lệch, dòng cản chi tiết sẽ có khác biệt, cụ thể nhƣ sau, ví dụ cho 1 pha:

Hình 6.7 Sơ đồ chi tiết khối tính toán dòng so lệch, dòng cản của phần tử so lệch thanh cái C11 Ở trạng thái bình thường, tín hiệu dòng của các ngăn lộ 171, 131, 112 sẽ được sử dụng để tính toán Tín hiệu bảo vệ vùng mù đƣợc đƣa đến khóa chuyển, khi đƣợc kích hoạt sẽ loại tín hiệu dòng điện ngăn lộ phân đoạn 112 khỏi công thức tính toán dòng so lệch và dòng cản

6.2.3 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch của thanh cái C12

Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch của thanh cái C12 cũng tương tự như thanh cái C11, tín hiệu dòng điện đầu vào là 172, 112, 132, do sử dụng một tín hiệu dòng điện ngăn lộ 112 chung cho 2 phần tử so lệch thanh cái, nên tín hiệu dùng cho TC C12 phải đảo dấu (Hình 6.9), tín hiệu tác động ngõ ra là „Trip C12‟

Hình 6.8 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch thanh cái C12

Hình 6.9 Sơ đồ chi tiết khối tính toán dòng so lệch, dòng cản của phần tử so lệch thanh cái C12

6.2.4 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch kiểm tra (check zone) Để tăng độ tin cậy chức năng bảo vệ so lệch thanh cái, đối với các hệ thống thanh cái có vùng bảo vệ động, đƣợc xác định tùy theo trạng thái vận hành của ngăn lộ, chức năng so lệch kiểm tra đƣợc đƣa vào, chức này không phân biệt kiểu thanh cái của trạm biến áp, mà chỉ xem tổng dòng vào và tổng dòng ra của trạm có cân bằng hay không để xác định thật sự có sự cố trong trạm biến áp, hay do lỗi xác định định vị ngăn lộ, gây so lệch dòng, dẫn đến có tín hiệu làm việc của chức năng so lệch vùng bảo vệ riêng biệt, chức năng này hoạt động an toàn vì không dựa vào

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân trạng thái các dao cách ly hay máy cắt, mà chỉ lấy tín hiệu dòng điện các ngăn lộ, trừ ngăn phân đoạn 112 Hình 6.10 thể hiện sơ đồ nguyên lý chi tiết của phần tử so lệch kiểm tra

Hình 6.10 Sơ đồ nguyên lý phần tử so lệch kiểm tra Tín hiệu dòng điện các ngăn lộ 171, 172, 131, 132 đƣợc đƣa vào khối tính toán, dòng so lệch, dòng cản của từng pha sau khi tính toán sẽ đƣợc đƣa đến khối kiểm tra đặc tuyến (đã trình bày ở chương 4) để xác định sự cố trong hay ngoài vùng làm việc Nếu xác định có sự cố sẽ có tín hiệu tác động „Check zone Trip‟

Hình 6.11 Sơ đồ bên trong khối tính toán của phần tử so lệch kiểm tra

Hình 6.12 Sơ đồ tính toán chi tiết của pha A

Kết quả mô phỏng

6.3.1 Giới thiệu thông số và vị trí mô phỏng

Bảng 6.1 Thông số mô dùng để mô phỏng cho sơ đồ chữ H

Thông số Giá trị Ghi chú

Dòng so lệch tối thiểu

1200 A Độ dốc đặc tuyến (Diff- zone, Check zone)

Thời điểm tạo sự cố 0.2 s

Công suất ngắn mạch Không cố định Thay đổi để tạo dòng sự cố mong muốn Bảng 6.1 trình bày các thông số dùng mô phỏng, các thông số về dòng so lệch Idiff min và độ dốc tương tự như đã trình bày ở chương 5 Bảng 6.2 thể hiện các vị trí sẽ tạo sự cố để mô phỏng, đánh giá đáp ứng của mô hình

Bảng 6.2 Các vị trí sẽ mô phỏng của sơ đồ chữ H

Vị trí sự cố Mô tả Ghi chú

F1 (Hình 6.13) Ngoài vùng bảo vệ, hướng đường dây

Các mô phỏng đƣợc thực hiện trong trường hợp vận hành sơ đồ đủ, 05 máy cắt đều đóng, nguồn công suất nhận từ ngăn lộ 171 và 172

F2 (Hình 6.13) Sự cố trong vùng, TC C11

F3 (Hình 6.13) Sự cố trong vùng mù, mô phỏng 2 trường hợp có và không có bảo vệ vùng mù

Hình 6.13 Các vị trí sự cố của sơ đồ chữ H

6.3.2.1 Vị trí sự cố F1: Vị trí sự cố ngoài vùng bảo vệ hướng đường dây 171

Hình 6.14 Vị trí sự cố F1

Bảng 6.3 Vị trí sự cố F1, bảng mô tả mô phỏng không tác động Thời điểm

Bình thường Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng

Sự cố ngoài đường dây Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng

Hình 6.15 Vị trí sự cố F1, dạng sóng dòng các ngăn lộ

Hình 6.16 Vị trí sự cố F1, quỹ đạo điểm làm việc của phần tử so lệch TC C11, TC

Hình 6.17 Vị trí sự cố F1, quỹ đạo điểm làm việc của phần tử so lệch kiểm tra

Ta thấy tại vị trí sự cố F1, có dòng sự cố lớn hơn 2000A, đi từ ngăn lộ 172, qua ngăn phân đoạn 112, về điểm sự cố ngoài đường dây 171 Đây là sự cố ngoài vùng bảo vệ, quỹ đạo các phần tử so lệch nằm ngoài vùng làm việc của đặc tuyến (hình 6.16, hình 6.17), rơ le không tác động, các máy cắt vẫn đóng trước và sau sự cố (hình 6.18) Điểm làm việc Điểm làm việc Điểm làm việc

Hình 6.18 Vị trí sự cố F1, lệnh tác động và trạng thái các máy cắt

Vị trí sự cố F2, trong vùng bảo vệ trên thanh cái C11, hình 6.19

Vị trí sự cố F1, không có lệnh tác động

Toàn bộ máy cắt đóng trước và sau sự cố

Bảng 6.4 Vị trí sự cố F2, bảng mô tả mô phỏng tác động Thời điểm

C11 Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng Đang tính toán Đang tính toán Đang tính toán

Mở Đóng Mở Mở Đóng

Tại vị trí sự cố F2, sự cố trong vùng bảo vệ thanh cái C11, quỹ đạo làm việc phần tử so lệch thanh cái C11 (hình 6.20-trái), và so lệch kiểm tra đi vào vùng làm việc (hình 6.21), rơ le tác động „TRIP-C11‟mở các máy cắt 171, 131, 112 liên quan Điểm ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ TC C12, quỹ đạo làm việc phần tử so lệch thanh cái C12 ngoài vùng làm việc (hình 6.20-phải), không có lệnh tác động

„TRIP-C12‟, máy cắt 172, 132 vẫn đóng (hình 6.22)

Hình 6.22 Vị trí sự cố F2, lệnh tác động và trạng thái các máy cắt

Vị trí sự cố F2, sự cố trong vùng, TRIP_C11

Cắt các máy cắt liên quan TC C11,

Vị trí sự cố F2, Check zone làm việc

Sự cố tại điểm F3, sự cố trong vùng mù, điểm sự cố nằm giữa biến dòng và máy cắt phân đoạn hình 6.23 Mô phỏng sự cố trong 2 trường hợp, chức năng bảo vệ so lệnh thanh cái có và không có bảo vệ vùng mù

- Trường hợp không có bảo vệ vùng mù

Bảng 6.5 Vị trí sự cố F3, bảng mô tả mô phỏng tác động không có bảo vệ vùng mù Thời điểm

Sự cố tại vùng mù

Hình 6.24 Vị trí sự cố F3, dạng sóng dòng các ngăn lộ, không có bảo vệ vùng mù

Dòng sự cố duy trì

Hình 6.27 Vị trí sự cố F3, lệnh tác động và trạng thái các máy cắt, không có bảo vệ vùng mù Khi sự cố trong vùng mù, chức năng bảo vệ so lệch thanh cái C11 tác động do ngắn mạch trong vùng, quỹ đạo điểm làm việc trong vùng tác động (hình 6.25- trái), cắt các máy cắt 171, 131,112, nhƣng dòng sự cố vẫn duy trì, dòng từ ngăn lộ

172, qua ngăn phân đoạn 112, đến điểm sự cố là 2300 A (Hình 6.24), chức năng so

Vị trí sự cố F3, sự cố vùng mù,TRIP_C11, không TRIP_C12

Cắt các máy cắt liên quan TC C11,

Chức năng so lệch kiểm tra tác động duy trì

GVHD: TS Lê Thị Tịnh Minh HVTH: Nguyễn Phi Luân lệch kiểm tra làm việc duy trì (Hình 6.26), nhƣng chức năng so lệch thanh cái C12 nhận thấy điểm sự cố ngoài vùng nên không tác động.(Hình 6.25-phải)

- Trường hợp có bảo vệ vùng mù

Bảng 6.6 Vị trí sự cố F3, bảng mô tả mô phỏng tác động có bảo vệ vùng mù

Mở Mở Mở Mở Mở

TRIP- C11, TRIP- C12 Khi có chức năng bảo vệ vùng mù, cùng một điểm và dòng sự cố, thì chức năng so lệch TC C11 làm việc trước, rơ le sẽ cắt các máy cắt thanh cái C11, sau khi nhận thấy máy cắt phân đoạn 112 đã mở, logic bảo vệ vùng mù làm việc, loại bỏ dòng ngăn lộ 112 ra khỏi logic tính toán so lệch thanh cái C12, điểm làm việc phần tử so lệch TC C12 di chuyển từ ngoài vùng đi vào vùng tác động (hình 6.29) sau 35ms chức năng so lệch thanh cái C12 tác động, sẽ cắt tiếp các máy cắt liên quan trên TC C12 để cô lập sự cố (hình 6.28)

Hình 6.28 Vị trí sự cố F3, lệnh tác động và trạng thái các máy cắt, có bảo vệ vùng mù

Hình 6.29 Vị trí sự cố F3, quỹ đạo điểm làm việc của phần tử so lệch thanh cái C12

Vị trí sự cố F3, sự cố vùng mù,TRIP_C11, sau 35ms TRIP_C12

Sau 35ms, cắt máy cắt 172, 132

Logic bảo vệ vùng mù làm việc

Chương 6 đã xây dựng mô hình, nguyên lý bảo vệ, tiến hành mô phỏng, áp dụng cho sơ đồ thanh cái chữ H, 5 máy cắt, dạng sơ đồ đặc trưng của lưới điện 110kV hiện nay, các điểm sự cố trong quá trình mô phỏng đã bám sát thực tế trong vận hành lưới điện để kiểm chứng hoạt động của mô hình được xây dựng, kết quả mô phỏng hoạt động đúng nguyên lý bảo vệ đối với sơ đồ thanh cái H, đặc biệt là chức năng bảo vệ vùng mù, chức năng này rất quan trọng, giúp cho quá trình cô lập sự cố diễn ra nhanh hơn, nâng cao độ tin cậy của chức năng bảo vệ so lệch thanh cái trên lưới điện Quá trình tìm hiểu, mô phỏng chức năng bảo vệ vùng mù cũng góp phần nâng cao kiến thức, kinh nghiệm trong việc cài đặt, thử nghiệm rơ le thực tế

Tiêu đề	Phân tích, đánh giá chức năng bảo vệ so lệch của rơ le Toshiba - GRB200 - Áp dụng bảo vệ thanh cái tại trạm biến áp 110KV KCN Vĩnh Hảo, tỉnh Bình Thuận
Tác giả	Nguyễn Phi Luân
Người hướng dẫn	TS. Lê Thị Tịnh Minh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. HCM

Định dạng
Số trang	138
Dung lượng	7,37 MB