Nội dung bài viết là giới thiệu Rơle khoảng cách kỹ thuật số Micom để bảo vệ đường dây truyền tải điện. Để hiểu rõ hơn mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài viết
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 GIớI THIệU RƠLE KHOảNG CáCH Kỹ THUậT Số MICOM Để BảO Vệ ĐƯờNG DÂY TRUYềN TảI ĐIệN Nguyễn Minh Cờng (Trờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Nguyên) Đặt vấn đề Các rơle khoảng cách MICOM loại sản phẩm h ng sản xuất hệ thống bảo vệ điều khiển ALSTOM T&D Đây loại rơle kỹ thuật số đợc ứng dụng công nghệ đại Chúng cung cấp khả bảo vệ toàn diện cho động cơ, máy phát, xuất tuyến ĐZ không, mạng điện cáp, ĐZ có bù dọc Nh vậy, rơle khoảng cách số MICOM P441, P442 P444 hoàn toàn đáp ứng đợc yêu cầu bảo vệ cho tất TBA truyền tải phân phối cấp điện áp hệ thống điện Các rơle khoảng số MICOM đợc tích hợp hoàn hảo phần cứng phần mềm, cho phép xử lý mềm dẻo, xác tình cố gần, xa, cố chồng chéo MICOM có th viện với đầy đủ sơ đồ logic ứng dụng nh sơ đồ logic khả trình, kết hợp với khả đo lờng, thu thập - xử lý nhanh tình xảy hệ thống đa phơng thức xử lý hợp lý cho loại cố Đặc biệt nhờ thuật toán dò tìm chuẩn đoán tiên tiến mà rơle khoảng cách số MICOM phán đoán đợc tình cố trớc thực xảy hiển thị cảnh báo số đo lờng mà dạng sóng đồ thị véctơ chúng thông qua cổng truyền thông số đại Ngoài phần mềm cài đặt cho rơle, MICOM có phần mềm mô với giao diện giống thực tế với cửa sổ Window phân lớp đa năng, đồng thời lập trình kết nối trực tiếp với rơle để thu thập - truy xuất liệu thông qua hệ thống modem Do dùng phần mềm phục vụ cho công tác đào tạo, huấn luyện cài đặt rơle khoảng cách Rơle khoảng cách MICOM họ P44X hợp rơle số h ng ALSTOM Đây loại rơle kỹ thuật số đợc ứng dụng công nghệ đại Các rơle kỹ thuật số MICOM họ P44X hoàn toàn đáp ứng đợc yêu cầu bảo vệ cho đờng dây truyền tải phân phối hệ thống điện Trong hệ thống điện Việt Nam, rơle khoảng cách số đợc sử dụng phổ biến để bảo vệ đờng dây 110, 220 kV 500 kV, việc tìm hiểu chỉnh định chúng để đảm bảo độ tin cậy vận hành cần thiết Giíi thiƯu vỊ r¬le sè MICOM hä P44X 2.1 CÊu hình chung Hình dáng bên rơle khoảng cách số MICOM P441 nh hình Trong đó: (1) - hình tinh thể lỏng (LCD) hiển thị 16 kí tự dới hai hàng (2) - bốn đèn LED cố định (3) - tám đèn LED hiển thị vùng khả trình (4) - hệ thống phím chức Hình 1: Giao diện rơle Micom P441 103 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 (5) - phím chức đọc, xoá kí tự hiển thị thời gian kí hiệu sản phẩm (7) - che chắn bảo vệ đầu kết nối cổng truyền thông (8) - phần đầu kẹp chì Ngoài cấu hình chung nh trên, rơle khoảng cách số MICOM họ P44X có đặc điểm riêng nh sau: - P441: có đầu vào logic, 16 đầu để truyền tín hiệu cắt máy cắt, hiển thị thời gian, truyền thông xa chức khác - P442: có 16 đầu vào logic 21 đầu số, đồng hồ đồng thời gian thực, đầu nối truyền thông với cáp quang - P444: có 24 đầu vào logic số 32 đầu ra, đồng hồ đồng thời gian thực, đầu nối truyền thông với cáp quang Thời gian tác động nhanh rơle khoảng cách số MICOM khoảng 18 ms Rơle khoảng cách MICOM có hai loại cổng truyền thông là: cổng truyền thông nội (local communication port) cổng truyền thông từ xa (remote communication port) Cổng truyền thông nội bộ: gồm mạch giao tiếp đợc thiết kế sử dụng kết nối trực tiếp với máy tính để thu thập liệu hay tải chơng trình, sơ đồ logic, thông số cài đặt sử dụng phần mềm mô để kết nối rơle với Cổng truyền thông từ xa đợc sử dụng để kết nối với thiết bị truyền tin trao đổi thông tin trung tâm điều khiển với rơle, truyền tín hiệu cắt liên động hai rơle hai đầu đờng dây (ĐZ) Nhờ mà ngời ta xây dựng trạm biến áp vận hành hoàn toàn tự động không cần ngời trực, từ nâng cao tính tự động hoá, khả ®ång bé, ®é tin cËy còng nh− chÊt l−ỵng ®iƯn hệ thống điện 2.2 Các chức rơle Hình chức rơle khoảng cách số MICOM họ P44X đợc ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc tế ANSI Chức bảo vệ khoảng cách (21) Là chức rơle, làm việc theo nguyên lý tổng trở thấp Z< Rơle bao gồm vùng làm việc, đó: - Vùng 1: Luôn làm việc theo hớng thuận - Vïng 1X (vïng më réng), vïng 2, 3: lµm việc theo hớng thuận, kích hoạt không - Vùng 4: làm việc theo hớng ngợc (có thể chọn không), điện trở hệ số bù trùng với vùng - Vùng P: vùng khả trình, kích hoạt làm việc theo hớng thuận hớng ngợc 104 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 Hình Sơ đồ bảo vệ đờng dây rơle khoảng cách số MICOM Các thông số chỉnh định cho vùng cố pha-pha pha-đất hoàn toàn độc lập Chức bảo vệ khoảng cách bị khoá máy biến điện áp (TU) bị lỗi Chức bảo vệ vùng bị khoá không khoá (tuỳ chọn) có tợng dao động công suất Định vị điểm cố: Chức tính toán tổng trở cố khoảng cách từ chỗ đặt TI, TU đến điểm cố Kết đợc hiển thị đơn vị km, % đờng dây đợc bảo vệ Chức cắt nhanh đóng điện vào đờng dây bị cố: Rơle dùng đầu vào kiểm tra trạng thái máy cắt tín hiệu đờng dây chết để khởi tạo bảo vệ Khi đóng điện vào đờng dây có cố, rơle đa lệnh cắt nhanh cho dù điểm cố vùng cắt nhanh (vùng 1) vùng cắt có thời gian (trờng hợp xảy đóng điện vào đờng dây sau đ sửa chữa mà quên tháo tiếp địa) Ngoài rơle khoảng cách số MICOM họ P44X làm việc kết hợp với sơ đồ bảo vệ liên động Chức bảo vệ dòng (50/51) Có cấp tác động độc lập nhau: - CÊp vµ 2: cã thĨ lµm viƯc theo h−íng thuận hớng ngợc vô hớng Khi lỗi TU rơle làm việc có hớng rơle tự động chuyển qua làm việc vô hớng với thời gian chỉnh định riêng khoá (tuỳ chọn) Rơle làm việc theo đặc tuyến thời gian độc lập phụ thuộc 105 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 - Cấp 3: làm việc vô hớng khoá, với đặc tuyến thời gian độc lập làm việc liên tục làm việc với chức chống đóng điện vào điểm cố - Cấp 4: làm việc vô hớng khoá với đặc tuyến thời gian độc lập, dùng để bảo vệ góp Chức bảo vệ dòng chạm đất (50/51N) Có hai cấp bảo vệ: - Cấp 1: làm việc có hớng vô hớng khoá theo đặc tuyến thời gian độc lập phụ thuộc - Cấp 2: làm việc có hớng vô hớng khoá theo đặc tuyến thời gian độc lập Chức bảo vệ điện áp, điện áp (59/27) Mỗi chức có hai cấp bảo vệ Cấp chọn theo đặc tuyến thời gian độc lập phụ thuộc Cấp làm việc theo đặc tuyến thời gian độc lập Chức kiểm tra đồng (25) Chức dùng để đóng hoà máy cắt tay chế độ tự động đóng lặp lại Chức tự động đóng lặp lại (79) Rơle cho phép đóng lặp lại pha có không kiểm tra hoà đồng Số lần đóng lặp lại cho phép lần chu trình Chức điều khiển máy cắt tay Có kiểm tra hoà đồng Có chế độ điều khiển: từ xa (remote), chỗ (local) Chức kiểm tra cố máy cắt (74) Lệnh khởi tạo từ bên bên rơle Chức giám sát kênh truyền tin (85) Khả kiểm tra lỗi đờng truyền kênh tin từ thân rơle Chức phụ - Chức ghi lại cố: ghi lại 5ữ10 cố - Chức đo lờng: dòng, áp, góc pha, công suất 2.3 Các chức mở rộng cắt liên động Trong hệ thống điện, đặc biệt lới điện truyền tải, yêu cầu độ chọn lọc (discrimination hay selectivity) nh tốc độ khắc phục cố đóng vai trò quan trọng việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện nh tính ổn định hệ thống Khi cấp điện áp công suất truyền tải tăng lên, yêu cầu nói trở lên ngặt nghèo mà nhiều trờng hợp, bảo vệ dùng nguyên lý kiểu phân cấp với ba vùng khoảng cách (three- step distance protection) thông thờng không đáp ứng đợc Để khắc phục đợc điều rơle MICOM áp dụng loại sơ đồ khoảng cách khác (trong số có sơ đồ sử dụng đờng truyền thông tin liên lạc) làm việc kết hợp với lôgic khác để tăng độ tin cậy bảo vệ 106 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 2.3.1 Sơ đồ vùng I mở rộng Sơ đồ thờng làm việc với chức tự đóng lại TĐL (auto-reclose) Rơle khoảng cách bảo vệ hay Rơle dòng bảo vệ dự phòng hay Rơle tự đóng lại độc lập III ZA Để làm đợc điều này, vùng I II Rơle khoảng cách phải thay đổi ZA I ZA đợc độ dài có tín hiệu chức B N1 N2 TĐL đa đến, hay nói cách khác N3 A C vùng I có hai giá trị đặt điều 2 1 khiển đợc Ngoài độ dài thông thờng I ZB vùng I từ 80- 90% độ dài đờng dây, giá trị đặt vùng I mở rộng II ZB Rơle A2 trạm A (hình 3) thờng bao III trùm toàn đờng dâyđợc bảo vệ ZB điện áp, tức có giá trị khoảng 120% độ dài đờng dây (xấp xỉ Hình Sơ đồ đờng dây vùng II khoảng cách) Trong chế độ bình thờng, Rơle A2 đợc cài đặt với vùng I mở rộng Giả sử có ngắn mạch điểm N2 nằm giới hạn vùng này, nhng đờng dây bảo vệ AB, Rơle A2, B1 C1 cắt nhanh để cách ly cố Chức TĐL đợc kích hoạt đặt bit tín hiệu giải trừ để chuyển giá trị đặt bảo vệ khoảng cách tõ vïng I më réng vỊ vïng I th«ng th−êng suốt thời gian lại chu kỳ TĐL (vùng I mở rộng bị khoá) Điều đợc thực trớc TĐL đóng lại máy cắt lần thứ (trong khoảng thời gian chết đầu), để máy cắt A2và B1 đóng lại đờng dây, cố trì đờng dây đợc bảo vệ AB khiến chúng lại cắt Thao tác TĐL Rơle A2 thành công có ngắn mạch trì N3 hay có cố thoáng qua N1 N2 Còn có cố trì đờng dây đợc bảo vệ, vùng khoảng cách thông thờng Rơle A2 B1 với thời gian trễ khác lại cắt máy cắt tơng ứng Trong trờng hợp này, việc đảm bảo cắt nhanh 100% đờng dây đợc bảo vệ không thực đợc Vùng cắt nhanh xác định giá trị đặt vùng I bảo vệ hai đầu đờng dây Nh vậy, với vïng I më réng sư dơng kÕt hỵp víi chøc TĐL, cố thoảng qua toàn đờng dây đợc bảo vệ đợc cách ly nhanh mà không cần dùng đờng dây truyền tin Đây u điểm sơ đồ vùng I khoảng cách mở rộng 2.3 Các sơ đồ cắt liên động Các sơ đồ cắt liên động dùng dờng truyền tín hiệu cho phép giảm thời gian cách ly cố 100% đờng dây đợc bảo vệ Nh đ trình bầy, thao tác cắt liên động đợc chia thành cắt liên động trực tiếp cắt liên động dùng tín hiệu cho phép Các sơ đồ kiểu lại đợc phân loại tuỳ theo phần tử khoảng cách phát tín hiệu xa nằm đờng dây đợc bảo vệ (nội tuyến- underreaching) hay vợt đờng dây này(vợt tuyến-overreaching) 107 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 2.3.1 Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp (Direct Transfer Trip - DTT) Theo sơ đồ này, Rơle đầu cắt máy cắt truyền tín hiệu tới Rơle phía xa qua đầu số Rơle phía đầu nhận nhận tín hiệu qua đầu vào số Giá trị gán đầu vào nµy lµ mét biÕn (variable) hay mét hµm (function) cã khả phát tín hiệu cắt trực tiếp đầu Rơle đầu nhận tới máy cắt mà không cần điều kiện Trong sơ đồ cắt liên động trực tiếp (DTT), tín hiệu cắt đợc phát cắt máy cắt đồng thời chuyển thành tín hiệu liên động kiểu trực tiếp cho Rơle phía xa Rơle phía xa mặt nguyên tắc phải đợc cài đặt giống Rơle phía đầu đờng dây Trên hình giả sử Rơle B1 Rơle phát, Rơle A2 Rơle thu Khi có cố điểm N2, sử dụng sơ đồ bảo vệ khoảng cách ba cấp thông thờng Rơle A2 cắt ngắn mạch với thời gian trễ vùng II Thời gian lớn (300-600 ms) số đờng dây truyền tải cao áp siêu cao áp Sơ đồ cắt liên động dùng đờng truyền thông tin cho phép giảm đáng kể thời gian cắt Rơle A2 Thực vậy, Rơle B2 đa tín hiệu cắt máy cắt tức thời (30 ms), đồng thời phát tín hiệu liên động trực tiếp qua đầu số đờng truyền thông tin (đi tối đa 20 ms) tới đầu vào số Rơle A2 Rơle A2 cắt máy cắt nhận đợc tín hiệu trực tiếp này.Thời gian cách ly cố ( kể thời gian thao tác máy cắt 40 50 ms) trờng hợp khoảng 90 100 ms Rơle B1 có giá trị đặt thao tác tơng tự nh Rơle A2 có cố gần đầu trạm A Nh vậy, việc sử dụng đờng truyền tín hiệu nói chung giảm thời gian cắt cố 100% độ dài đờng dây đợc bảo vệ Điều có ý nghĩa lớn độ ổn định động toàn hệ thống, đặc biệt lới liên kết cao áp siêu cao áp Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp có u điểm đơn giản nhng độ tin cậy chúng không cao Nếu đờng dây truyền tin nguyên nhân (nh nhiễu hay có đờng truyền, nhiều đờng truyền dùng dây tải điện PLC) phát tín hiệu sai rơle cắt máy cắt nhầm gây điện không đáng có 2.3.2 Các sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép (Permissive Transfer Trip PTT) Do nhợc điểm sơ đồ cắt liên động trực tiếp (DTT), thực tế ngời ta hay sử dụng loại sơ đồ dïng tÝn hiƯu cho phÐp cã ®é tin cËy cao Thực chất loại sơ đồ Rơle đầu nhận nhận đợc tín hiệu cắt liên động tõ phÝa xa gưi tíi, nã kh«ng gưi tÝn hiƯu cắt mà kiểm tra xem điều kiện có đợc thoả m n không, có gửi tín hiệu cắt máy cắt Điều kiện Rơle phía đầu nhận phát thấy có cố vùng khoảng cách, phần tử định hớng hay phần tử phát cố Nh tín hiệu liên động tín hiệu trực tiếp (DTT) mà tín hiệu cho phép (PTT) Đôi đợc viết tắt (PTT) Cũng tơng tự nh trên, phần tử phát tín hiệu cho phép Rơle đầu phát phần tử nội tuyến (vùng I khoảng cách) sơ đồ đợc gọi cắt liên động phÇn tư néi tun trun tÝn hiƯu cho phÐp (Permissive Underreaching Transfer Trip- PUTT) Còn phần tử phát tín hiệu cho phép Rơle đầu phát phần tử vợt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát cố, phần tử định hớng) sơ đồ đợc gọi cắt liên động phần tử vợt tuyến truyền tín hiệu cho phép (Permissive Overreaching Transfer Trip- PUTT) Trong sơ đồ đây, phía đầu nhận phần tử định cắt cuối (điều kiện cắt) sơ đồ đợc gán thêm tên gọi phần tử Thí dụ, ta thấy sơ đồ PUTT với 108 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 phần tử phát cố, sơ đồ POTT với vùng I mở rộng Riêng sơ đồ POTT phần tử định hớng phát tín hiệu cho phép định cắt đợc gọi sơ đồ POTT kiểu so sánh hớng Trong sơ đồ cắt liên động cổ điển dùng Rơle điện Rơle tĩnh, phần tử phát tín hiệu liên động xa phần tử định cắt nhận đợc tín hiệu liên động từ xa gửi tới Điều tạo vài hạn chế định sơ đồ Còn Rơle số, với việc tách rời phần tử phát tín hiệu phần tử định cắt, hạn chế nói đợc khắc phục Trên thực tế ngời ta phân biệt sơ đồ POTT tuý (dùng bảo vệ khoảng cách ba cấp kết hợp cắt liên động, gọi POTT1)và sơ đồ POTT có thêm vùng III khoảng cách hớng ngợc có chức khoá (POTT2) Loại sơ đồ sau làm việc tơng tự nh sơ đồ tuý cố bên đờng dây Còn cố bên ngoài, vùng III hớng ngợc khoá toàn bảo vệ khoảng cách lại 2.4 Sơ đồ khoá liên động (blocking scheme) Khác với sơ đồ dùng tín hiệu cho phép, sơ đồ dùng tín hiệu khoá sử dụng đờng dây truyền tin để truyền tín hiệu khóa Rơle phát hiƯn thÊy sù cè ë vïng ng−ỵc (h−íng vỊ phÝa cái), bên đờng dây đợc bảo vệ So với sơ đồ dùng tín hiệu cho phép (PTT), sơ đồ dùng tín hiệu khoá liên động làm việc tốt trờng hợp ngắn mạch đờng dây có đầu nguồn yếu Khi đầu dây phía nguồn mạnh tự động cắt tÝn hiƯu kho¸ tõ phÝa ngn u gưi tíi Kết luận Qua báo giúp cho hiểu đợc chức mở rộng rơle khoảng cách số MICOM Điều giúp cho cán kỹ thuật dễ dàng tiếp cận loại rơle số bảo vệ khoảng cách tơng đơng khác Tóm tắt Để đảm bảo mục tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống điện hầu hết đờng dây truyền tải phân phối đợc trang bị rơle khoảng cách số làm bảo vệ Việc nghiên cứu để chỉnh định cài đặt thông số cho loại bảo vệ quan trọng nhằm vận hành hệ thống điện cách tin cậy, an toàn hiệu Bài báo giới thiệu số chức cách tính toán cài đặt thông số cho rơle khoảng c¸ch sè MICOM hä P44X (X: 1, 2, 4) Summary INTRODUCES NUMERICAL DISTANCE RELAY’S MICOM TO PROTECT POWER TRANSMISSION LINES In order to attain economic and technical effect in power system operation in many power transmission and distribution lines, numerical distance relays are used as one of the main protectors Therefore, the study and setting of this protection is very important so as to operate the power system most safely, reliably and effectively The article presents some basic functions and methods of setting numerical distance relay MICOM‘s P44X TµI LIƯU THAM KHảO [1] Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm (2001), Rơle số-lý thuyết ứng dụng, Nxb Giáo dục [2] Alstom (2000), relays MICOM P441, P442, P444 Application Notes, Commissioning & Maintenance Guide, Technical Data, Default PSL, Introduction 109 ... rộng rơle khoảng cách số MICOM Điều giúp cho cán kỹ thuật dễ dàng tiếp cận loại rơle số bảo vệ khoảng cách tơng đơng khác Tóm tắt Để đảm bảo mục tiêu kinh tế kỹ thuật hệ thống điện hầu hết đờng dây. .. hết đờng dây truyền tải phân phối đợc trang bị rơle khoảng cách số làm bảo vệ Việc nghiên cứu để chỉnh định cài đặt thông số cho loại bảo vệ quan trọng nhằm vận hành hệ thống điện cách tin cậy,... gian tác động nhanh rơle khoảng cách số MICOM khoảng 18 ms Rơle khoảng cách MICOM có hai loại cổng truyền thông là: cổng truyền thông nội (local communication port) cổng truyền thông từ xa (remote