Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Phân tích và đánh giá chức năng bảo vệ so lệch đường dây của rơ le Toshiba-GRL200 tại trạm biến áp 110kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

Luận văn đã tính toán được các thông số cài đặt đối với chức năng chức năng F87L của rơle TOSHIBA-GRL200 dựa trên cơ sở thông số đường dây 110kV tại trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh B

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN BAN

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY CỦA RƠ LE TOSHIBA-GRL200 TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110KV AN HIỆP, TỈNH BẾN TRE

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2024

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS PHAN QUANG ẤN

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS LÊ THỊ TỊNH MINH

(Ghi rõ họ, tên, ọc vị và chữ ký)

4 Phản biện 2: TS TRẦN THANH NGỌC 5 Ủy viên: TS ĐỒNG TRUNG KIÊN Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PGS.TS PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN BAN MSHV: 2270251 Ngày, tháng, năm sinh: 20/02/1982 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201

I TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY CỦA RƠ LE TOSHIBA-GRL200 TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110KV AN HIỆP, TỈNH BẾN TRE

ANALYSIS AND EVALUATION OF DIFFERENTIAL PROTECTION FUNCTION FOR TRANSMISSION LINES OF THE TOSHIBA-GRL200 RELAY AT 110KV AN HIEP SUBSTATION, BEN TRE PROVINCE

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu lý thuyết chung về bảo vệ rơle trên đường dây truyền tải - Tìm hiểu chức năng bảo vệ đường dây của rơle TOSHIBA-GRL200

- Tính toán thông số cài đặt cho bảo vệ so lệch của rơle này tại trạm biến áp 110kV

An Hiệp, Tỉnh Bến Tre

- Mô phỏng và đánh giá bảo vệ so lệch đường dây bằng phần mền Matlab/Simulink

Thực hiện thử nghiệm thực tế rơle TOSHIBA-GRL200 bằng hợp bộ thử nghiệm OMICRON Test Universal để minh chứng cho lý thuyết

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2023 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/04/2024 (gia hạn đến 03/06/2024) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: - Cán bộ hướng dẫn 1: TS PHAN QUANG ẤN

- Cán bộ hướng dẫn 2: TS LÊ THỊ TỊNH MINH

Tp HCM, ngày … tháng … năm 2024

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

TS PHAN QUANG ẤN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS LÊ THỊ TỊNH MINH

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

ĐÀO TẠO

TS NGUYỄN NHẬT NAM TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện Luận Văn Thạc Sĩ Với sự kính trọng và lòng

biết ơn sâu sắc nhất, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Cô TS Lê Thị Tịnh Minh và thầy TS Phan Quang Ấn, người đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ, giảng dạy những

kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, Bộ Môn Hệ Thống Điện – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM đã tận

tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn Xin chân

thành bày tỏ lòng biết ơn đến Công ty Thí Nghiệm Điện Miền Nam đã không ngừng

hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em tiếp cận, nghiên cứu sâu hơn về các chức năng của rơle để củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học cũng như tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn đến gia đình, các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho em rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2024

Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Ban

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong bối cảnh nền kinh tế xã hội của nước ta đang ngày càng phát triển mạnh mẽ, hệ thống truyền tải điện đóng vai trò là xương sống của an ninh quốc gia và là một bộ phận không thể thiếu trong việc đảm bảo vận hành ổn định nền kinh tế, xã hội Với yêu cầu về độ tin cậy ngày càng khắt khe, việc tác động nhầm của các rơle trên lưới điện phải được hạn chế đến mức tối thiểu Tuy nhiên, vẫn còn nhiều trường hợp mất điện ngoài ý muốn, có thể kể đến mất điện do chưa tối ưu phối hợp tính chọn lọc của các bảo vệ, vùng bảo vệ còn chồng chéo nhau Một ví dụ điển hình về bảo vệ đường dây dùng bảo vệ khoảng cách không đủ độ nhạy để tác động chính xác trong trường hợp điện trở sự cố lớn, dao động công suất, … Vì vậy, bảo vệ so lệch dọc là một giải pháp để tăng độ tin cậy, độ nhạy cao để phát hiện nhanh chóng sự cố, cách ly đối tượng sự cố ra khỏi hệ thống điện, góp phần tăng độ ổn định cho hệ thống tránh trường hợp tác động nhầm qua các đường dây liền kề gây tổn thất về kinh tế

Luận văn trình bày về lý thuyết bảo vệ đường dây, nêu lên được thực trạng của hệ thống bảo vệ rơle, từ đó đề xuất áp dụng bảo vệ so lệch dùng rơle TOSHIBA-GRL200 cho đường dây điển hình Luận văn đã tính toán được các thông số cài đặt đối với chức năng chức năng F87L của rơle TOSHIBA-GRL200 dựa trên cơ sở thông số đường dây 110kV tại trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre và thực hiện mô phỏng đánh giá mô hình F87L trong các điều kiện sự cố khác nhau bằng phần mềm Matlab/Simulink kết hợp với thử nghiệm thực tế rơle bằng hợp bộ thí nghiệm OMICRON Test Universal của hãng OMICRON Từ đó đánh giá các yếu tố gây ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ F87L và thể thiện được ưu nhược điểm của chức năng này

Luận văn gồm 6 chương Trong đó: Chương 1: Tổng quan về bảo vệ rơle và các dạng sự cố trên đường dây truyền tải Chương 2: Giới thiệu về các chức năng bảo vệ đường dây của rơle TOSHIBA-

GRL200

Chương 3: Tính toán giá trị chỉnh định bảo vệ so lệch (F87L) cho rơle TOSHIBA -

GRL200 bảo vệ đường dây 110kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre Chương 4: Mô phỏng chức năng bảo vệ so lệch (F87L) bằng Matlab/Simulink Chương 5: Đánh giá kết quả mô phỏng bảo vệ so lệch (F87L) của rơle bằng

Matlab/Simulink Chương 6: Thử nghiệm và đánh giá kết quả thí nghiệm thực tế bảo vệ so lệch đường

dây của rơle TOSHIBA-GRL200 tại trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

ABSTRACT

In our country's increasing socio-economic development, the power transmission system is the backbone of national security It is an indispensable part of ensuring stable operation - a social economy With increasingly strict reliability requirements, the false impact of relays on the power grid is increasingly limited However, there are still many unexpected power outages, including those due to needing to optimally coordinate the selectivity of protection systems and overlapping protection zones A typical example is that distance protection is not sensitive enough to operate accurately in the case of large fault resistances, power fluctuations, etc Therefore, vertical differential protection is a solution to increase reliability Reliable, high sensitivity to quickly detect incidents and isolate incident objects from the electrical system, improving system stability to avoid mistaken impacts on adjacent lines causing loss of electricity and economy

The thesis presents the line protection theory, outlines the relay protection system's current situation, and proposes to apply differential protection using the TOSHIBA-GRL200 relay for typical lines The thesis has calculated the setting parameters for the F87L function of the TOSHIBA-GRL200 relay based on the 110kV line parameters at the 110/22kV An Hiep substation, Ben Tre province, and performed simulations Evaluate the F87L model under different fault conditions using Matlab/Simulink software combined with actual relay testing using the OMICRON Test Universal testing kit from OMICRON From there, the factors that affect the F87L protection function will be evaluated, and the advantages and disadvantages of this function will be demonstrated

The thesis includes six chapters In there: Chapter 1: Overview of relay protection and types of faults on transmission lines Chapter 2: Introduction to the line protection functions of the TOSHIBA-GRL200

relay

Chapter 3: Calculate the differential protection setting value (F87L) for the

TOSHIBA - GRL200 relay to protect the 110kV An Hiep line, Ben Tre province

Chapter 4: Simulating differential protection function (F87L) using Matlab/Simulink Chapter 5: Evaluate the simulation results of differential protection (F87L) of relays

using Matlab/ Simulink Chapter 6: Testing and evaluating the results of actual field differential protection

experiments of the TOSHIBA-GRL200 relay at the 110/22kV An Hiep substation, Ben Tre province

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu cá nhân của tôi trong suốt thời gian qua Mọi thông tin và số liệu sử dụng để phân tích trong luận văn và kết quả đánh giá là do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được công bố dưới bất kỳ hình thức nào

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trung thực trong thông tin sử dụng trong công trình nghiên cứu này

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Ban

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 5

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5

6 Nội dung luận văn 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠ LE VÀ CÁC DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 7

1.1 Tổng quan về các bảo vệ rơle trên đường dây truyền tải 7

1.1.1 Bảo vệ quá dòng 7

1.1.2 Bảo vệ khoảng cách 9

1.1.3 Bảo vệ so lệch đường dây 12

1.2 Các dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện 16

1.3 Các yêu cầu đối với bảo vệ trong hệ thống điện 17

1.4 Phân tích và đánh giá các sự cố thực tế liên quan bảo vệ đường dây 110kV của EVNSPC 21

1.4.1 Sự cố đường dây 171 Cái Dầu – 171 An Châu sử dụng rơle bảo vệ khoảng cách F21_GRZ200 21

1.4.2 Sự cố đường dây 172 Bình Đức – 171 Chợ Gạo sử dụng rơle bảo vệ so lệch F87_GRL200 23

1.4.3 Phân tích ưu-nhược điểm khi trang bị bảo vệ so lệch 25

1.5 Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY CỦA RƠLE TOSHIBA-GRL200 26

2.1 Giới thiệu Rơle TOSHIBA GRL200 26

2.2 Chức năng bảo vệ so lệch đường dây 28

2.2.1 Bảo vệ so lệch dòng điện pha (DIFL) 29

2.2.2 Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (DIFGL) 32

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng và chức năng khắc phục 34

2.3 Chức năng bảo vệ khoảng cách 35

2.3.1 Bảo vệ khoảng cách sự cố pha-pha (ZS) 37

2.3.2 Bảo vệ khoảng cách sự cố pha-đất (ZG) 38

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng và chức năng khắc phục 40

2.4 Kết luận chương 2 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ CHỈNH ĐỊNH BẢO VỆ SO LỆCH CHO RƠLE TOSHIBA - GRL200 BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 110KV AN HIỆP, TỈNH BẾN TRE 42

3.1 Giới thiệu tổng quan về trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 42

3.1.1 Giới thiệu về trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 42

3.1.2 Quy mô của trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 42

3.1.3 Sơ đồ một sợi và phương thức bảo vệ - đo lường của trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 43

3.2 Tính toán chức năng bảo vệ cho đường dây mạch 171 (mạch nối từ trạm 110kV An Hiệp - trạm 220kV Bến Tre 2) 45

3.2.1 Tính toán giá trị chỉnh định chức năng 87L 45

3.2.2 Xây dựng cấu hình cho rơle trên phần mềm GR-TIEMS 50

3.3 Kết luận chương 3 52

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH (F87L) BẰNG MATLAB/ SIMULINK 53

4.1 Giới thiệu về phần mềm MATLAB/SIMULINK 53

4.2 Thuật toán bảo vệ so lệch cho đường dây trong Matlab / Simulink 53

4.3 Mô hình hóa chức năng so lệch (F87L) của bảo vệ đường dây tai TBA

110kV An Hiệp 54

4.3.1 Mô hình các khối module chính của lưới điện 54

4.3.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc của khối bảo vệ so lệch (F87L) từ Simulink 58

5.2 Mô phỏng lưới điện vận hành bình thường 68

5.2.1 Mô phỏng lưới điện vận hành bình thường 68

5.2.2 Đánh giá kết quả khi đường dây vận hành bình thường 72

5.3 Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ 73

5.3.1 Mô phỏng khi đường dây bị sự cố 3pha ngoài vùng bảo vệ (sự cố phía thanh cái 110kV TBA 220kV Bến Tre 2) 73

5.3.2 Mô phỏng khi đường dây bị sự cố 3pha ngoài vùng bảo vệ (sự cố phía thanh cái TBA 110kV An Hiệp) 77

5.3.3 Đánh giá kết quả sự cố ngoài vùng bảo vệ 81

5.4 Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ 82

5.4.1 Mô phỏng khi đường dây bị sự cố 3pha 82

5.4.2 Đánh giá kết quả 90

5.5 Mô phỏng thử nghiệm đặc tính bảo vệ của rơle 91

5.5.1 Mô phỏng giá trị khởi động (cấp 1) của bảo vệ so lệch 91

5.5.2 Đánh giá kết quả 97

5.5.3 Mô phỏng giá trị bảo vệ (cấp 2) của bảo vệ so lệch 97

5.5.4 Đánh giá kết quả 101

5.6 Kết luận chương 5 101

CHƯƠNG 6: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THỰC TẾ BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY CỦA RƠ LE TOSHIBA-GRL200 TẠI

TRẠM 110/22KV AN HIỆP - TỈNH BẾN TRE 102

6.1 Kết nối rơle GRL200 với hợp bộ OMICRON Test Universal 102

6.1.1 Sơ đồ kết nối thiết bị thử nghiệm OMICRON Test Universal 102

6.1.2 Cấu hình các thông số chính cho hợp bộ thử nghiệm OMICRON Test Universal 105

6.2 Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch 107

6.2.1 Trường hợp 1: Thử nghiệm trường hợp vận hành bình thường 108

6.2.2 Trường hợp 2: Thử nghiệm sự cố ngoài vùng bảo vệ 110

6.2.3 Trường hợp 3: Thử nghiệm sự cố trong vùng bảo vệ 112

6.2.4 Trường hợp 4: Thử nghiệm giá trị khởi động (cấp 1) của bảo vệ so lệch 114

6.2.5 Trường hợp 5: Thử nghiệm giá trị cấp 2 của bảo vệ so lệch 119

6.3 Đánh giá chức năng bảo vệ so lệch (F87L) của rơle GRL200 121

6.4 Kết luận chương 6 121

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮC

A2 Trung tâm Hệ Thống Điện Miền Nam EVNSPC Tổng Công ty Điện lực Miền Nam HTĐ Hệ thống điện

TBA Trạm biến áp BVKC Bảo vệ khoảng cách.BVSL Bảo vệ so lệch F87L Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây F21 Chức năng bảo vệ khoảng cách

TI (CT) Máy biến dòng điện (Current Transformer) TU (VT) Máy biến điện áp (Voltage Transformer) MC Máy cắt

TC Thanh góp ĐZ Đường dây DIFL Chức năng bảo vệ so lệch pha của rơle GRL200 DIFGL Chức năng bảo vệ so lệch thứ tự không của rơle GRL200 EF BT2 Mô phỏng sự cố tại thanh cái 110kV (TC-C12) TBA 220kV Bến Tre 2 EF AH Mô phỏng sự cố tại thanh cái TBA 110kV AN Hiệp

IF Line Mô phỏng sự cố trên đường dây 171-An Hiệp_178-Bến Tre 2

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 0.1 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng chức năng khoảng cách (F21) 2

Hình 0.2 Thời gian tối đa loại trừ sự cố đối với cấp điện áp 110kV 2

Hình 0.3 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng chức năng so lệch dọc (F87L) 3

Hình 1.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ cơ bản của đường dây truyền tải điện 7

Hình 1.2 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng độc lập (1), phụ thuộc (2) và hỗn hợp (3, 4) 8

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ quá dòng có hướng 8

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ khoảng cách 9

Hình 1.5 Các dạng đặc tính thường gặp của bảo vệ khoảng cách 10

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ so lệch dòng điện 13

Hình 1.7 Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện một nguồn cung cấp 14

Hình 1.8 Ảnh hưởng của dòng điện nạp do điện dung đường dây 15

Hình 1.9 So sánh dòng điện lấy mẫu tại chỗ và từ xa 15

Hình 1.10 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng rơle BVKC (F21_GRZ200) 21

Hình 1.11 Dữ liệu sự cố trích xuất từ rơle GRZ200 tại trạm 110kV Cái Dầu 22

Hình 1.12 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng rơle BVSL (F87L_GRL200) 23

Hình 1.13 Dữ liệu sự cố trích xuất từ rơle GRL200 tại trạm 110kV Bình Đức 24

Hình 2.1 Các chức năng chính của rơle TOSHIBA-GRL200 27

Hình 2.2 Giao diện chính của rơle TOSHIBA-GRL200 28

Hình 2.3 Sơ đồ kết nối rơle GRL200 trên đường dây truyền tải 29

Hình 2.4 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch DIFL 30

Hình 2.5 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch DIFGL 32

Hình 2.6 Hiện tượng dòng điện dung 34

Hình 2.7 Đặc tính Mho của bảo vệ khoảng cách 36

Hình 2.8 Đặc tính tứ giác của bảo vệ khoảng cách 36

Hình 2.9 Bảo vệ khoảng cách sự cố pha-pha 37

Hình 2.10 Bảo vệ khoảng cách sự cố pha-đất 38

Hình 2.11 Mạch tương đương của bảo vệ khoảng cách sự cố pha-đất 40

Hình 2.12 Hệ số bù cho các phần tử bảo vệ của bảo vệ khoảng cách sự cố pha-đất.

41

Hình 3.1 Sơ đồ một sợi của trạm biến áp 110kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 43

Hình 3.2 Sơ đồ phương thức của trạm biến áp 110kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre 44

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối tính toán thông số bảo vệ so lệch đường dây 171-An Hiệp nối 178-Bến Tre2 45

Hình 3.4 Các thông số cần tính toán cho bảo vệ so lệch DIFL 47

Hình 3.5 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch với sự cố pha 49

Hình 3.6 Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch với sự cố đất 50

Hình 3.7 Giao diện của phần mềm GR-TIEMS hãng TOSHIBA 50

Hình 3.8 Cài đặ thông số tín hiệu Analog (Dòng-Áp) 51

Hình 3.9 Cài đặt thông số liên quan chức năng bảo vệ so lệch sự cố pha 51

Hình 3.10 Cài đặt thông số liên quan chức năng bảo vệ so lệch sự cố đất 52

Hình 4.1 Thiết lập thông số khối nguồn 3 pha (Three-Phase Source) 54

Hình 4.2 Thiết lập thông số khối máy cắt 3 pha (Three-Phase Breaker) 55

Hình 4.3 Thiết lập thông số khối đo lường (Three-Phase V-I Measurement) 56

Hình 4.4 Thiết lập thông số khối phụ tải (Three Phase-Series RLC Load) 56

Hình 4.5 Thiết lập thông số khối đường dây (ThreePhase PI Section Line) 57

Hình 4.6 Thiết lập thông số khối sự cố (Three-Phase Fault) 58

Hình 4.7 Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch đường dây 110kV (171_An Hiệp nối mạch 178_Bến Tre 2) 59

Hình 4.8 Khối tính toán dòng điện so lệch và dòng điện hãm pha A 60

Hình 4.9 Khối tính toán dòng điện so lệch và dòng điện hãm 61

Hình 4.10 Khối xử lý logic bảo vệ so lệch pha A 62

Hình 4.11 Khối xử lý logic bảo vệ so lệch 63

Hình 4.12 Khối rơle “Differential Line Relay (GRL200)” 63

Hình 4.13 Tạo thông số cài đặt giá trị chỉnh định cho khối rơle 64

Hình 4.14 Cấu hình các thông số cài đặt giá trị chỉnh định cho khối rơle 65

Hình 4.15 Cài đặt thông số chỉnh định cho khối rơle 65

Hình 4.16 Mã code cho đặc tính của bảo vệ so lệch (F87L) 66

Hình 5.1 Mô hình mô phỏng đường dây vận hành bình thường 69

Hình 5.2 Dạng sóng dòng điện 2 phía đường dây (Iabc_Remote và Iabc_Local) 70

Hình 5.3 Dòng điện (RMS) 2 phía đường dây 70

Hình 5.4 Đường đặc tính làm việc của rơle 71

Hình 5.5 Dòng điện so lệch (Idiff) và dòng hãm (Irest) 71

Hình 5.6 Mô phỏng sự cố tại TC 110kV TBA 220kV Bến Tre 2 74

Hình 5.7 Dạng sóng dòng điện 2 phía đường dây khi sự cố tại 220kV Bến Tre 2 75

Hình 5.8 Dòng điện (RMS) 2 phía đường dây khi sự cố tại 220kV Bến Tre 2 75

Hình 5.9 Đường đặc tính làm việc của rơle khi sự cố tại 220kV Bến Tre 2 76

Hình 5.10 Dòng điện so lệch và dòng hãm khi sự cố tại 220kV Bến Tre 2 76

Hình 5.11 Mô phỏng sự cố tại thanh cái TBA 110kV An Hiệp 78

Hình 5.12 Dạng sóng dòng điện 2 phía đường dây khi sự cố tại 110kV An Hiệp 79

Hình 5.13 Dòng điện (RMS) 2 phía đường dây khi sự cố tại 110kV An Hiệp 79

Hình 5.14 Đường đặc tính làm việc của rơle khi sự cố tại 110kV An Hiệp 80

Hình 5.15 Dòng điện so lệch và dòng hãm khi sự cố tại 110kV An Hiệp 80

Hình 5.16 Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ trên đường dây 171-An Hiệp nối mạch 178-Bến Tre 2 83

Hình 5.17 Dạng sóng dòng điện 2 phía đường dây khi sự cố trong vùng bảo vệ 84

Hình 5.18 Giản đồ trip F87L khi sự cố trong vùng bảo vệ 84

Hình 5.19 Dòng điện (RMS) 2 phía đường dây của các pha khi sự cố trong vùng bảo vệ 85

Hình 5.20 Đường đặc tính làm việc pha A của rơle khi sự cố trong vùng bảo vệ 86

Hình 5.21 Dòng điện so lệch và dòng hãm pha A khi sự cố khi sự cố trong vùng bảo vệ 86

Hình 5.22 Đường đặc tính làm việc pha B của rơle khi sự cố trong vùng bảo vệ 87

Hình 5.23 Dòng điện so lệch và dòng hãm pha B khi sự cố khi sự cố trong vùng bảo vệ 87

Hình 5.24 Đường đặc tính làm việc pha C của rơle khi sự cố trong vùng bảo vệ 88

Hình 5.25 Dòng điện so lệch và dòng hãm pha C khi sự cố khi sự cố trong vùng bảo vệ 88

Hình 5.26 Giao diện của mô hình khi sự cố trong vùng bảo vệ 89

Hình 5.27 Mô hình mô phỏng giá trị khởi động của bảo vệ so lệch 92

Hình 5.28 Dạng sóng dòng điện đường dây với giá trị dưới ngưỡng khởi động 93

Hình 5.29 Dòng điện (RMS) đường dây với giá trị dưới ngưỡng khởi động 93

Hình 5.30 Đặc tính làm việc của rơle với giá trị dưới ngưỡng khởi động 94

Hình 5.31 Dòng điện so lệch và dòng hãm với giá trị dưới ngưỡng khởi động 94

Hình 5.32 Dạng sóng dòng điện đường dây với giá trị trên ngưỡng khởi động 95

Hình 5.33 Dòng điện (RMS) đường dây với giá trị trên ngưỡng khởi động 95

Hình 5.34 Đặc tính làm việc của rơle với giá trị trên ngưỡng khởi động 96

Hình 5.35 Dòng điện so lệch và dòng hãm với giá trị trên ngưỡng khởi động 96

Hình 5.36 Mô phỏng giá trị bảo vệ cấp 2 của bảo vệ so lệch 98

Hình 5.37 Dạng sóng dòng điện đường dây với giá trị dòng điện so lệch cấp 2 99

Hình 5.38 Dòng điện (RMS) đường dây với giá trị dòng điện so lệch cấp 2 99

Hình 5.39 Đặc tính làm việc của rơle với giá trị dòng điện so lệch cấp 2 100

Hình 5.40 Dòng điện so lệch và dòng hãm với giá trị dòng điện so lệch cấp 2 100

Hình 6.1 Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm chức năng bảo vệ so lệch đường dây 102

Hình 6.2 Sơ đồ thiết kế nguyên lý mạch cho rơle F87L ngăn lộ 171 của trạm 110kV An Hiệp 103

Hình 6.3 Kết nối rơle với hợp bộ thí nghiệm OMICRON Test Universal 104

Hình 6.4 Giao diện phần mềm Test Universal của hãng OMICRON 105

Hình 6.5 Module QuickCMC test chức năng bảo vệ so lệch 106

Hình 6.6 Cấu hình các thông số chính cho Module QuickCMC 106

Hình 6.7 Thông số cài đặt các giá trị bảo vệ của rơle F87L 107

Hình 6.8 Trường hợp đường dây vận hành bình thường 108

Hình 6.9 Trường hợp đường dây vận hành bình thường 108

Hình 6.10 Giá trị dòng đo lường, dòng so lệch và dòng hãm của rơle hai phía khi đường dây vận hành bình thường 109

Hình 6.11 Trường hợp sự cố ngoài vùng bảo vệ 110

Hình 6.12 Thử nghiệm sự cố 3 pha ngoài vùng bảo vệ 110

Hình 6.13 Giá trị dòng đo lường, dòng so lệch và dòng hãm của rơle hai phía 111

Hình 6.14 Trường hợp sự cố trong vùng bảo vệ 112

Hình 6.15 Thử nghiệm sự cố 3 pha trong vùng bảo vệ 112

Hình 6.16 Giá trị dòng đo lường, dòng so lệch và dòng hãm của rơle hai phía 113

Hình 6.17 Vị trí thử nghiệm giá trị dưới ngưỡng khởi động 114

Hình 6.18 Thử nghiệm giá trị dưới ngưỡng khởi động sự cố 3pha 115

Hình 6.19 Vị trí thử nghiệm giá trị trên ngưỡng khởi động 116

Hình 6.20 Thử nghiệm giá trị trên ngưỡng khởi động sự cố 3pha 116

Hình 6.21 Dữ liệu rơle ghi nhận sự cố chức năng bảo vệ so lệch 117

Hình 6.22 Giao diện rơle khi sự cố chức năng bảo vệ so lệch 118

Hình 6.23 Vị trí thử nghiệm giá trị bảo vệ cấp 2 của bảo vệ so lệch 119

Hình 6.24 Thử nghiệm giá trị bảo vệ cấp 2 của bảo vệ so lệch 120

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Bảng so sánh yêu cầu đối với bảo vệ trong HTĐ của rơle F21 và F87L

19 Bảng 3.1 Thông số của hệ thống đường dây mạch 171_An Hiệp 45Bảng 3.2 Thông số dòng ngắn mạch của hệ thống đường dây mạch 171_An Hiệp

46 Bảng 5.1 Phương thức mô phỏng đường dây ở chế độ vận hành bình thường 68Bảng 5.2 Kết quả mô phỏng đường dây vận hành bình thường 72Bảng 5.3 Phương thức mô phỏng đường dây sự cố tại TC 110kV TBA 220kV Bến

Tre 2 73Bảng 5.4 Phương thức mô phỏng đường dây sự cố tại TC TBA 110kV An Hiệp 77Bảng 5.5 Kết quả mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ 81Bảng 5.6 Phương thức mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ 82Bảng 5.7 Kết quả mô phỏng đường dây sự cố trong vùng bảo vệ 90

MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

Trong thời đại công nghiệp như ngày nay, điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống xã hội Việc sản xuất, truyền tải phải trải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn nên tồn tại những sự cố hư hỏng không mong muốn Nhằm đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống điện, các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trên lưới điện cần được triển khai sử dụng rộng rãi Trong các thiết bị này thì rơle bảo vệ là thiết bị đóng vai trò hết sức quan trọng

Trên lưới điện truyền tải, sự cố trên đường dây chiếm 60-70% nên vấn đề bảo vệ cho đường dây truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây gây ra, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên tục cho phụ tải và an ninh năng lượng Vì vậy, trên các đường dây truyền tải nói chung và đường dây truyền tải 110kV nói riêng thì bảo vệ hiện hữu sử dụng chức năng khoảng cách (F21) được biết đến là một trong những giải pháp bảo vệ đường dây tin cậy Bảo vệ này hoạt động dựa trên nguyên tắc đo tổng trở (𝑍𝑅 =𝑈𝑅

𝐼𝑅) Trong đó: 𝑍R là tổng trở đường dây đo được, tỷ lệ thuận với khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến vị trí ngắn mạch trên đường dây; UR là điện áp vào rơle ; IR là dòng điện vào rơle Tuy nhiên, thực tế giá trị tác động của rơle còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như sai số TI, TU, thông số đường dây, dao động điện và vị trí điểm sự cố… Ngoài ra, khi sự cố xảy ra gần một đầu đường dây, rơle bảo vệ F21 không thể cắt nhanh 2 máy cắt ở hai đầu cùng lúc

Hình 0.1 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng chức năng khoảng cách (F21) Để khắc phục nhược điểm của bảo vệ khoảng cách và tăng độ tin cậy cho

hệ thống điện, Bộ Công Thương đã đưa ra Thông tư 39/2015/TT-BCT về “đáp ứng thời gian loại trừ sự cố của lưới điện phân phối” Theo nội dung của thông

tư [1], thì thời gian tối đa loại trừ sự cố đối với cấp điện áp 110kV là 150ms

Hình 0.2 Thời gian tối đa loại trừ sự cố đối với cấp điện áp 110kV

(Nguồn: Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương)

Trên cơ sở đó, Tập đoàn điện lực Việt Nam cũng đưa ra các văn bản: văn

bản số 4100/EVN-KTSX ngày 25/7/2022 về việc “tuân thủ Quy định HTĐ phân phối đối với thời gian loại trừ sự cố cấp điện áp 110kV” [2] và văn bản số 6751/EVN-KTSX ngày 28/11/2022 về việc “triển khai giải pháp đảm bảo thời

gian loại trừ sự cố cấp điện áp 110kV” [3] Theo 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 lập đề án trang bị rơle bảo vệ đường dây truyền tải có chức năng so lệch dọc đường dây (F87L) để đảm bảo thời gian loại trừ sự cố cho đường dây phân phối cấp điện áp 110kV, riêng đối với đường dây truyền tải cấp điện áp 500kV, 220kV hiện nay tất cả các rơle bảo vệ ĐZ đã được trang bị chức lệch bảo vệ so lệch dọc (F87L) Trong đó, Công Ty Thí Nghiệm Điện Miền Nam là đơn vị cung cấp thiết bị, thi công, lắp đặt và thí nghiệm chức năng bảo vệ so lệch dọc (F87L) của rơle TOSHIBA-GRL200 cho hệ thống lưới điện 110kV thuộc EVNSPC

Các ưu điểm điểm của bảo vệ so lệch dọc đường dây:

- Thời gian tác động nhanh (sấp xỉ 0s)

- Không phụ thuộc vào cấu trúc lưới, sự thay đổi kết cấu lưới của hệ thống điện

- Có độ tin cậy làm việc cao, tính toán thông số chỉnh định đơn giản - Đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối, có thể tác động với mọi dạng ngắn

mạch xãy ra trong vùng bảo vệ

Hình 0.3 Giản đồ bảo vệ ĐZ truyền tải sử dụng chức năng so lệch dọc (F87L)

Với các lý do trên, đề tài tập trung: “PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY CỦA RƠ LE TOSHIBA-GRL200 TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110KV AN HIỆP, TỈNH BẾN TRE” Đề tài tiến hành

nghiên cứu nguyên lý làm việc và các yếu tố gây ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ so lệch Đề tài xét bảo vệ đường dây 110kV tại TBA 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre dùng rơle TOSHIBA-GRL200 Tiếp theo, xây dựng mô hình bảo vệ so lệch đường dây bằng phần mềm Matlab/Simulink để tiến hành mô phỏng các dạng sự cố, phân tích và đối chiếu sự làm việc của rơle, đồng thời kết hợp với việc thử nghiệm rơle thực tế tại trạm để đánh giá

2 Mục tiêu nghiên cứu

➢ Mục tiêu tổng quát: Phân tích đánh giá chức năng bảo vệ so lệch đường dây

F87L làm giải pháp thay thế bảo vệ đường dây 110kV thuộc Tổng Công Ty Điện Lực Miền Nam (EVNSPC)

➢ Mục tiêu cụ thể:

- Tìm hiểu lý thuyết chung về bảo vệ rơle trên đường dây truyền tải

- Tìm hiểu chức năng bảo vệ đường dây của rơle TOSHIBA-GRL200

- Tính toán thông số cài đặt cho bảo vệ so lệch của rơle này tại TBA 110kV

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

➢ Đối tượng nghiên cứu: Chức năng F87L của rơle TOSHIBA-GRL200 ➢ Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, phân tích đánh giá hoạt động chức năng

F87L của rơle TOSHIBA-GRL200 bảo vệ đường dây 110kV tại TBA 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

4 Phương pháp nghiên cứu

➢ Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Tổng hợp các bảo vệ trên

đường dây truyền tải, nghiên cứu nguyên lý làm việc của rơle GRL200 ứng dụng chức năng bảo vệ so lệch đường dây cấp điện áp 110kV TBA 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

TOSHIBA-➢ Phương pháp mô hình hóa lý thuyết: Dùng phần mềm Matlab/Simulink để

thiết lập mô hình mô phỏng đường dây và sự cố trên đường dây, mô phỏng hoạt động rơle GRL200 để đánh giá độ hoạt động tin cậy của rơle

➢ Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm khoa học: Thực hiện thử nghiệm thực

tế tác động vào đối tượng nghiên cứu (TOSHIBA-GRL200) bằng hợp bộ thử nghiệm OMICRON Test Universal để minh chứng cho lý thuyết và phân tích đánh giá bảo vệ

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

➢ Thông qua mô phỏng, thử nghiệm đối chiếu sự làm việc của chức năng bảo vệ so lệch đường dây F87L giữa lý thuyết với thực tế

➢ Giúp cho các cán bộ kỹ thuật có cái nhìn rõ hơn về rơle GRL200, giúp cho quá đánh giá hệ thống bảo vệ chính xác hơn, để đảm bảo an toàn và tin cậy khi đưa rơle bảo vệ so lệch vào vận hành

➢ Dùng cho công tác đào tạo

6 Nội dung luận văn Mở đầu

- Lý do chọn đề tài - Mục tiêu nghiên cứu - Đối tượng và phạm vị nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Chương 1: Tổng quan về bảo vệ rơle và các dạng sự cố trên đường dây

truyền tải

Chương 2: Giới thiệu về các chức năng bảo vệ đường dây của rơle

TOSHIBA-GRL200

Chương 3: Tính toán giá trị chỉnh định bảo vệ so lệch (F87L) cho rơle

TOSHIBA - GRL200 bảo vệ đường dây 110kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

Chương 4: Mô phỏng chức năng bảo vệ so lệch (F87L) bằng

Matlab/Simulink

Chương 5: Đánh giá kết quả mô phỏng bảo vệ so lệch (F87L) của rơle bằng

Matlab/Simulink

Chương 6: Thử nghiệm và đánh giá kết quả thí nghiệm thực tế bảo vệ so

lệch đường dây của rơle TOSHIBA-GRL200 tại trạm biến áp 110/22kV An Hiệp, tỉnh Bến Tre

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠ LE VÀ CÁC DẠNG SỰ

CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

1.1 Tổng quan về các bảo vệ rơle trên đường dây truyền tải

Đối với đường dây truyền tải điện trong hệ thống điện ngày nay, các rơle kỹ thuật số được sử dụng tích hợp đa chức năng (Hình 1.1) bao gồm các chức năng điều khiển, liên động, bảo vệ so lệch dọc (87L), bảo vệ khoảng cách (21), bảo vệ quá dòng có hướng (67), bảo vệ quá dòng vô hướng (50, 51) Ngoài ra còn có bảo vệ thấp/quá áp (27/59), hòa đồng bộ/tự đóng lại (25/79), … Trong đó chức năng chính và dự phòng lần lược được đề cập trong các mục sau

Hình 1.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ cơ bản của đường dây truyền tải/phân phối

điện

1.1.1 Bảo vệ quá dòng

Bảo vệ quá dòng điện là một trong những bảo vệ được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất trong tất cả các phương pháp bảo vệ bởi đặc tính cắt dựa trên giá trị của dòng điện đảm bảo an toàn cho các thiết bị sử dụng điện Đây là bảo vệ có nguyên lý làm việc đơn giản Tuy nhiên có độ nhạy không cao, thời gian tác động thường chậm đối với các rơle cơ truyền thống và không có tính chọn lọc nên bảo vệ này thường được sử dụng làm bảo vệ dự phòng đối với các đường dây truyền tải điện

Các bảo vệ quá dòng hiện nay được sử dụng gồm bảo vệ quá dòng có hướng, bảo vệ quá dòng vô hướng:

➢ Trong đó bảo vệ quá dòng vô hướng có thể làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (đường 1) hoặc phụ thuộc (đường 2) hoặc hỗn hợp (đường 3;4)

Hình 1.2 Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng độc lập (1), phụ thuộc (2) và

hỗn hợp (3, 4)

(Nguồn: Thư viện Học liệu mở Việt Nam_VOER)

➢ Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng điện và chiều định hướng công suất theo cách đấu nối cực tính TI tại chỗ nối bảo vệ Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá trị định trước (dòng khởi động Ikđ) và cùng chiều định hướng công suất với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ quá dòng có hướng

(Nguồn: Bảo vệ quá dòng có hướng_trithuctot.com)

1.1.2 Bảo vệ khoảng cách

Hiện nay, BVKC đóng vai trò là bảo vệ chính đối với đường dây truyền tải 110kV và là bảo vệ dự phòng đối với đường dây truyền tải 500kV, 220kV

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ khoảng cách

(Nguồn: Tài liệu “Giáo trình bảo vệ rơle” Trường cao đẳng điện lực Miền Bắc )

➢ Nguyên lý làm việc của BVKC

Nguyên lý BVKC dùng để phát hiện sự cố trên hệ thống tuyền tải điện hoặc máy phát điện bị mất đồng bộ hay thiếu (mất) kích kích Đối với các hệ thống truyền tải (Hình 1.4), tổng trở đo được tại vị trí đặt bảo vệ trong chế độ làm việc bình thường (bằng thương số của điện áp tại vị trí đặt bảo vệ với dòng điện phụ tải ) giá trị tổng trở này cao hơn nhiều so với tổng trở đo được trong chế độ sự cố Ngoài ra trong nhiều trường hợp tổng trở của mạch vòng sự cố thường tỷ lệ với khoảng cách từ vị trí đặt bảo vệ đến vị trí ngắn mạch

- Trong chế độ làm việc bình thường, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ phụ thuộc vào trị số và góc pha của dòng điện phụ tải Công thức tính xác định dòng điện, điện áp vào rơle F21 và tổng trở rơle đo được:

Dòng điện vào rơle: 𝐼𝑅 = 𝐼

𝑛𝐼: tỷ số biến đổi tổng trở 𝑍𝑆 =𝑈

𝐼 = 𝑍𝐷+ 𝑍𝑃: là tổng trở phụ tải và đường dây

- Khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây, sẽ có sự đột biến về tổng trở ZS, ZS

giảm đến một giá trị ZN nào đó tuỳ thuộc vào điểm ngắn mạch Rơle khoảng cách phát hiện sự đột biến này và so sánh với giá trị tổng trở khởi động (Zkđ), nếu thoả mãn sẽ tác động gửi tín hiệu đi cắt máy cắt với thời gian tương ứng của vùng sự cố Để đảm bảo tính chọn lọc phải chọn tổng trở khởi động của bảo vệ: Zkđ < ZD.

➢ Các dạng đặc tính thường gặp của bảo vệ khoảng cách:

Hình 1.5 Các dạng đặc tính thường gặp của bảo vệ khoảng cách

(Nguồn: bài giảng “Bảo vệ khoảng cách”, thầy Đặng Tuấn Khanh)

Hình 1.5 giới thiệu các loại đặc tính khởi động của BVKC thông dụng Theo nội dung trong tài liệu [7] thì:

Đặc tính của mỗi rơle là quỹ tích của những điểm thỏa điều kiện ZR=ZkđR Phần tô màu của đặc tính mà trong đó ZR < ZkđR ứng với vùng tác động của rơle Ngoài vùng này ZR > ZkđR rơle không tác động Đặc tính khởi

động được biểu diễn bằng phương trình đặc tính ZkđR = f (φR,UR, IR) mặt phẳng phức Z

➢ Nguyên tắc chỉnh định của rơle bảo vệ khoảng cách:

Vùng 1: Vùng cắt nhanh Có thời gian tác động là t1 (thường thì A2 đặt 0s) và do sai số của biến dòng điện và điện áp người ta thường đặt tới 80% chiều dài đường dây

Vùng 2: Có thời gian tác động là t2 > t1 (thường thì A2 đặt 0.3s) và để đảm bảo chọn lọc thời gian t2 phải lớn hơn so với thời gian làm việc của bảo vệ chính liền kề Vùng 2 bảo vệ thường chiếm toàn bộ chiều dài đường dây cộng với 30% chiều dài đường dây liền kề

Vùng 3: Có thời gian tác động t3 > t2 (thường thì A2 đặt 1s) và chiều dài bảo vệ là bao bọc toàn bộ chiều dài đường dây liền kề

➢ Các yếu tố ảnh hưởng tới bảo vệ khoảng cách: Theo nội dung trong tài liệu [7],các yếu tố ảnh hưởng đến BVKC: - Ảnh hưởng của điện trở hồ quang lên thời gian tác động các cấp của

BVKC - Ảnh hưởng do sự khác nhau của dòng điện trong các nhánh giữa chỗ

đặt bảo vệ và chỗ ngắn mạch - Ảnh hưởng do điểm ngắn mạch gần chỗ đặt bảo vệ - Ảnh hưởng của sai số đo lường

- Ảnh hưởng của cách nối dây máy biến áp động lực đặt giữa chỗ bảo vệ và chỗ ngắn mạch

- Ảnh hưởng của dao động điện - Ảnh hưởng của tụ điện bù dọc lên bảo vệ khoảng cách ➢ Ưu và nhược điểm của bảo vệ khoảng cách

Cũng theo nội dung trong tài liệu [7], thì BVKC có các ưu và nhược điểm

sau: - Các ưu điểm chính của bảo vệ khoảng cách:

• Đảm bảo tính chọn lọc trong mạng có cấu trúc bất kỳ và có số nguồn cung cấp tùy ý

• Vùng I của bảo vệ chiếm gần 80 ÷ 90% độ dài phần tử được bảo vệ và có thời gian làm việc rất bé Điều này rất quan trọng đối với điều kiện ổn định hệ thống là phải cắt nhanh phần tử sự cố gần thanh góp nhà máy điện và các trạm điểm nút công suất lớn

• Có độ nhạy cao đối với ngắn mạch

- Các nhược điểm của bảo vệ khoảng cách:

• Các sơ đồ bảo vệ không tiếp điểm dùng bán dẫn, vi mạch thì phức tạp về mặt sơ đồ logic và có rất nhiều phần tử chức năng

• Không đảm bảo cắt tức thời ngắn mạch trên toàn bộ đường dây được bảo vệ, không đảm bảo được thời gian loại trừ sự cố theo thông tư [1] • Phản ứng theo dao động và phụ tải, vì vậy việc tránh phụ tải làm giảm độ nhạy bảo vệ, giảm tác dụng dự trữ cho phần tử kề Để chống dao động phải dùng thiết bị khóa và bảo vệ càng trở nên phức tạp

Tuy còn những khuyết điểm như trên, nhưng hiện nay BVKC vẫn là bảo thông dụng nhất dùng để bảo chính hay dự trữ cho các đường dây cao áp hay trung áp

1.1.3 Bảo vệ so lệch đường dây

Hiện nay bảo vệ so lệch dọc được yêu cầu là bảo vệ chính sử dụng trên toàn bộ các đường dây truyền tải điện 220kV, 500kV và đang được áp dụng trên các đường dây 110kV Bảo vệ so lệch đường dây mang đầy đủ các tính ưu việt về yêu cầu của rơle bảo vệ trong hệ thống điện đảm bảo các yếu tố về độ tin cậy cao, có tính chọn lọc tuyệt đối, thời gian tác động nhanh (0s), độ nhạy cao ➢ Nguyên lý của bảo vệ so lệch đường dây:

Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ

Quy ước hướng dương của tất cả các dòng điện theo chiều mũi tên như trên sơ đồ Hình 1.6

𝐼𝑅̇ = |𝐼𝐼𝑇̇ + 𝐼𝐼𝐼𝑇̇ |

Trong đó: • 𝐼̇R: dòng điện qua rơle • 𝐼̇IT: dòng điện thứ cấp biến dòng I • 𝐼̇IIT: dòng điện thứ cấp biến dòng II Dòng vào rơle bằng hiệu hình học dòng điện của hai TI, chính vì vậy bảo vệ có tên gọi là bảo vệ dòng so lệch

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ so lệch dòng điện

(Nguồn: Thư viện Học liệu mở Việt Nam_VOER)

- Trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài (ở điểm F1): Trường hợp lí tưởng (các TI không có sai số, bỏ qua dòng dung và dòng rò của đường dây được bảo vệ) thì 𝐼̇IT cùng độ lớn, ngược chiều với 𝐼̇IIT:

𝐼𝐼𝑆̇ = 𝐼𝐼𝐼𝑆̇ => 𝐼𝐼𝑇̇ = 𝐼𝐼𝐼𝑇̇ => 𝐼𝑅̇ = 𝐼𝐼𝑇̇ − 𝐼𝐼𝐼𝑇̇ = 0 Trong đó:

• 𝐼̇IS: dòng điện sơ cấp biến dòng I • 𝐼̇IIS: dòng điện sơ cấp biến dòng II - Khi ngắn mạch trong (ở điểm F2 dòng 𝐼̇IS và 𝐼̇IIS khác nhau cả trị số và

góc pha 𝐼̇IT cùng chiều với 𝐼̇IIT Khi hướng dòng quy ước như trên thì dòng ở chỗ hư hỏng là:

Nếu dòng 𝐼̇R vào rơle lớn hơn dòng khởi động 𝐼̇kđR của rơle, thì rơle khởi động và cắt phần tử bị hư hỏng

Giả sử khi nguồn cung cấp là từ một phía như Hình 1.7 (𝐼̇IIS = 0), lúc đó chỉ có dòng 𝐼̇IT, dòng 𝐼̇R = 𝐼̇IT và bảo vệ cũng sẽ khởi động nếu 𝐼̇R > 𝐼̇kđR

Hình 1.7 Sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện một nguồn cung cấp

(Nguồn: Thư viện Học liệu mở Việt Nam_VOER)

Như vậy theo nguyên tắc tác động thì bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối và để đảm bảo tính chọn lọc không cần phối hợp về thời gian t ≈ 0s Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn giữa hai TI đặt ở 2 đầu phần tử được bảo vệ ➢ Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch:

- Sai số của TU, TI:

• Với chế độ sự cố ngoài vùng bảo vệ: + Dòng điện là dòng sự cố có giá trị lớn → sai số TI lớn hơn + Phân bố dòng điện tương tự chế độ bình thường

+ Dòng điện chạy qua rơle sẽ lớn → phải chỉnh định để rơle không tác động dẫn đến dòng khởi động của rơle sẽ phải lớn đồng thời cũng làm giảm độ nhạy của rơle

• Với chế độ sự cố trong vùng bảo vệ: Dòng điện chạy qua rơle bằng tổng dòng hai phía → có giá trị lớn → rơle sẽ tác động ngay

• Để tránh sự làm việc không muốn của rơle khi có ngắn mạch ngoài do sai số của TI ta sử dụng bảo vệ so lệch có hãm:

+ Với chế độ sự cố ngoài vùng: dòng hãm có giá trị lớn, dòng so lệch nhỏ + Với chế độ sự cố trong vùng: dòng hãm có giá trị nhỏ, dòng so lệch lớn

(Dòng điện hãm được tính theo công nghệ của từng hãng sản xuất)

- Ảnh hưởng của dòng điện nạp do điện dung đường dây:

Đối với đường dây ngắn hoặc đường dây hạ áp thì lúc vận hành bình thường dòng so lệch 𝐼diff = |𝐼𝐿 + 𝐼𝑅| = 0 Tuy nhiên đối với đường dây cao áp và siêu cao áp, thành phần điện dung đường dây có ảnh hưởng đến thông số đường dây, nó làm cho dòng hai đầu đường dây lệch nhau một góc δ và dòng so lệch 𝐼diff = |𝐼𝐿 + 𝐼𝑅 + 𝐼𝐶| ≠ 0 như Hình 1.8

Hình 1.8 Ảnh hưởng của dòng điện nạp do điện dung đường dây

(Nguồn: trithuctot.com ) - Thời gian đồng bộ dữ liệu dòng điện hai đầu:

Mặc dù rơle hai đầu đường dây đã được cài đặt thời gian giống nhau nhưng dòng điện lấy mẫu tại chỗ và dòng điện lấy mẫu từ xa nhận được từ rơle cuối đường dây bảo vệ vẫn bị lệch pha một góc α do có thời gian trễ của đường truyền tín hiệu (TCH) Để giải quyết vấn đề này rơle sẽ lưu trữ trạng thái mẫu dòng điện tại chỗ IL sau khoảng thời gian trễ TCH mới đem so sánh với mẫu dòng điện từ xa IR (Hình 1.9)

Hình 1.9 So sánh dòng điện lấy mẫu tại chỗ và từ xa

Trong đó: TCH1, TCH2: Thời gian trễ của kênh truyền 1, kênh truyền 2 t0: Thời điểm truyền tín hiệu từ rơle A đến rơle B

t1: Thời điểm rơle B nhận tín hiệu từ rơle A t2: Thời điểm truyền tín hiệu từ rơle B đến rơle A t3: Thời điểm rơle A nhận tín hiệu từ rơle B

1.2 Các dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện

Hệ thống điện Việt Nam hiện nay được sử dụng đường dây điện xoay chiều 3 pha Với hàng trăm nhà máy điện ở rất xa phụ tải, để có thể truyền tải điện với tổn thất nhỏ nhất cần rất nhiều các đường dây dài đến hàng trăm km, đặc biệt địa hình nước ta đường dây 500kV nối từ Bắc vào Nam dài hàng nghìn km Đây chính là nguy cơ cao gây ra các sự cố trên đường dây Có rất nhiều các dạng sự cố trên đường dây, việc nghiên cứu các dạng sự cố này nhằm tính toán xác định vị trí sự cố chính xác trong các rơle bảo vệ Dưới đây là các dạng sự cố cơ bản trong hệ thống điện 3 pha:

➢ Theo các nghiên cứu và thực tiễn trong hệ thống điện 3 pha có 5 dạng sự cố như sau:

- Ngắn mạch 3 pha: (thường kèm theo chạm đất) chiếm 5% suất sự cố - Ngắn mạch 2 pha: không chạm đất chiếm 10% suất sự cố

- Ngắn mạch 2 pha chạm đất chiếm 20% suất sự cố - Ngắn mạch 1 pha: chạm đất chiếm 65% suất sự cố - Ngắn mạch chạm đất tại nhiều điểm khác nhau trên một đường dây ➢ Theo thống kê suất sự cố xảy ra trong hệ thống điện đối với từng thiết bị

điện có sự khác nhau rất lớn trong đó đối với đường dây truyền tải điện trên không chiếm phần lớn suất sự cố do đặc điểm được thiết kế ngoài trời và trên cao trải dài trên nhiều vùng miền với khối lượng lớn Một số thiết bị thường bị sự cố trong hệ thống điện ngày nay:

- Đường dây tải điện trên không chiếm 50% - Đường dây cáp chiếm 10%

- Máy cắt điện (MC) chiếm 15% - Máy biến áp (MBA); Các máy phát điện đồng bộ (MFĐ) chiếm 12% - Máy biến dòng điện (CT, BI, TI…); biến điện áp (PT, BU, TU…) chiếm 2% - Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm 3%

- Các loại hư hỏng khác chiếm 8% ➢ Một số nguyên nhân gây ra sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện: Nguyên

nhân gây ra sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện gồm có nguyên nhân khách quan và chủ quan Cụ thể:

• Nguyên nhân khách quan là do sét đánh vào hệ thống điện với cường độ lớn, điện áp cao, các thiết bị chống sét làm việc không hiệu quả, do bão lốc xoáy cuốn theo cây hoặc các vật liệu vào lưới truyền tải điện, lũ lụt gây sụt lún đổ cột, cháy rừng, …

• Còn nguyên nhân chủ quan là do trình độ kỹ thuật non yếu hay sử dụng các thiết bị cũ, làm việc kém hiệu quả hoặc không thực hiện đúng quy trình vận hành và duy tu bảo dưỡng thiết bị, do vi phạm khoảng cách hành lang an toàn lưới điện như trồng cây thả diều, …

1.3 Các yêu cầu đối với bảo vệ trong hệ thống điện

Để đảm bảo các yêu cầu cung cấp điện về chất lượng điện năng và tính ổn định của phụ tải điện hiện nay các hệ thống điện đòi hỏi các rơle bảo vệ cần đảm bảo được một số yêu cầu nhất định về độ tin cậy, tính chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy của rơle khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên trên lưới truyền tải điện

➢ Độ tin cậy: Đây là yêu cầu đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chính xác, chắc chắn Cần phân biệt hai khái niệm:

- Độ tin cậy khi tác động: là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố

xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

- Độ tin cậy không tác động: là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận

hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định

➢ Chọn lọc: - BVRL được gọi là có chọn lọc nếu nó chỉ cắt phần bị sự cố hay hư hỏng

thì BVRL chỉ cần loại bỏ phần tử đó - Theo nguyên lý làm việc, các bảo vệ được phân ra:

+ Chọn lọc tuyệt đối: Phản ứng với sự cố xảy ra ở các phần tử mà thiết bị

cần bảo vệ, mà không phản ứng với sự cố xảy ra ngoài vùng bảo vệ

+ Chọn lọc tương đối: Phản ứng với tất cả các dạng sự cố với sự biến đổi

các thông số vượt quá một ngưỡng nào đó ➢ Tác động nhanh:

Đảm bảo tính ổn định của các máy phát làm việc song song trong HTĐ Giảm tác hại của dòng ngắn mạch đến các thiết bị, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn, nâng cao hiệu quả tự đóng lại

- Rơle tác động nhanh (hay còn gọi là có tốc độ cao) nếu thời gian tác động

không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ dao động của dòng điện tần số công nghiệp 50Hz)

- Ngoài thời gian tác động của rơle, việc loại trừ nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện Các máy cắt điện tốc độ cao hiện đại có thời gian thao tác từ 20 đến 60ms (từ 1 đến 3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thông thường có thời gian thao tác không qua 5 chu kỳ (khoảng 100 ms ở 50Hz)

- Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với

thời gian thao tác máy cắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 40 đến 160 ms 50Hz) đối với các bảo vệ tác động nhanh

➢ Độ nhạy: Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy Knh Đối với bảo vệ phản ứng với dòng ngắn mạch

Knh = INM min/Ikđ

INM min: là dòng ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua bảo vệ khi ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ

Ikđ: là dòng điện khởi động của bảo vệ - Tuỳ theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác

nhau Các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng từ 1,5 đến 2, còn các bảo vệ dự phòng từ 1,2 đến 1,5

- Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất phải kể đến:

+ Chế độ làm việc của hệ thống (mức huy động nguồn) + Cấu hình của lưới điện

+ Dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch + Nguyên lý làm việc của rơle

+ Đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện, … ➢ Tính kinh tế:

- Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp: yêu cầu về kinh tế

không đề ra, mà yêu cầu về kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định vì nếu không thoả mãn được yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho HTĐ

- Đối với lưới điện trung áp và hạ áp: số lượng các phần tử cần được bảo

vệ rất lớn, vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và có chi phí thấp nhất trong quá trình xây dựng công trình điện mới trên toàn quốc

Bảng 1 1 Bảng so sánh yêu cầu đối với bảo vệ trong HTĐ của rơle F21 và

F87L

Độ tin cậy Tác động

nhanh Độ nhạy Chọn lọc Kinh tế

Quy định

- Độ tin cậy khi tác động: làm

việc đúng khi có sự cố xảy ra

- Đảm bảo tính ổn định của HTĐ Giảm tác hại của dòng ngắn

- Là khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ

- Chọn lọc tuyệt đối:

Phản ứng với sự cố xảy ra ở các phần tử

- Thiết bị điện cao áp và siêu cao áp: yêu cầu cao

trong phạm vi đã được xác định

- Độ tin cậy không tác động:

tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ

mạch đến các thiết bị, giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn, nâng cao hiệu quả tự đóng lại

- Thời gian loại trừ sự cố khoảng 40 đến 160 ms 50Hz) đối với các bảo vệ tác động nhanh

thống bảo vệ

- Các bảo vệ chính thường yêu cầu

Knh=1,5÷2, còn các bảo vệ dự phòng Knh=1,2÷1.5

mà thiết bị cần bảo vệ, mà không phản ứng với sự cố xảy ra ngoài vùng bảo vệ

- Chọn lọc tương đối:

Phản ứng với sự biến đổi các thông số vượt quá một ngưỡng nào đó

về về kỹ thuật - Lưới

điện trung áp và hạ áp yêu cầu về kinh tế kết hợp với kỹ thuật

BVKC (F21)

Đáp ứng yêu cầu

Không đáp ứng TT39 [1]

Đáp ứng yêu cầu

Chọn lọc tương đối

Đáp ứng yêu cầu

BVSL (F87L)

Đáp ứng yêu cầu

Đáp ứng TT39 [1]

Đáp ứng yêu cầu

Chọn lọc tuyệt đối

Đáp ứng yêu cầu