Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông

Có đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng như: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số, logic điều khiển bảo vệ… được tích hợp như một trong những chức năng dự phòng và đặc biệt

THÁI HÒA

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƯỜNG DÂY

500kV PLEIKU – CẦU BÔNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 852.02.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG

Phản biện 1: GS.TS Lê Kim Hùng

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa

vào ngày 09 tháng 3 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đường dây (ĐZ) 500kV có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc truyền tải điện đi xa Các hư hỏng xảy ra trên ĐZ sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ Theo thống kê trong thực tế vận hành, dạng ngắn mạch 3 pha chiếm 5%, 2 pha chiếm 10%, 2 pha-đất là 20% và đặc biệt ngắn mạch 1 pha chiếm tới 65% tổng số các dạng ngắn mạch Vì vậy, việc nghiên cứu chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ (87L) và các tình trạng làm việc không bình thường, sự

cố xảy ra với ĐZ là rất cần thiết Khi có sự cố trên ĐZ thì HTBV phải lập tức loại trừ các sự cố xảy ra Chính vì vậy đòi hỏi các loại bảo vệ ĐZ phải đáp ứng cao về tính chọn lọc, khả năng tác động nhanh, nhậy và tin cậy Có thể nói, 87L là cấu hình rơle tối ưu để sử dụng trong các tình huống ngắn mạch này bên cạnh chức năng 21 Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle so lệch dọc kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây Các nhà sản xuất đã cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm giảm sự tác

động không mong muốn, trong đó điển hình là rơle SEL-411L Rơle

này được trang bị đầy đủ các chức năng điều khiển, bảo vệ & tự động hóa cho đường ĐZ tải điện Nó có các chức năng như: bảo vệ

so lệch đường dây độc lập cho các thành phần của pha, thứ tự pha (thuận, nghịch và thứ tự không) để đảm bảo độ nhậy cao nhất Yêu cầu của rơle bảo vệ là hoạt động chính xác cho mọi dạng ngắn mạch

và có tính chọn lọc tuyệt đối Nó cho phép lựa chọn nhiều phương thức kết nối thông tin khác nhau Có đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng như: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số, logic điều khiển bảo vệ… được tích hợp như một trong những chức năng dự phòng và đặc biệt có một tính năng khá nổi trội so với SEL-

311L là định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWFL)

TWFL sử dụng các nhãn thời gian từ dữ liệu sóng lan truyền và cần một kênh truyền riêng biệt để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách

tự động Phương pháp này có độ chính xác cao nhất

Với yêu cầu đặt ra là bảo vệ hoạt động chính xác cho mọi dạng ngắn mạch và có tính chọn lọc tuyệt đối như trên nên cần có sự

nghiên cứu sâu hơn về rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ nhằm phân tích đánh giá tính chính xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của rơle bảo vệ này để giúp tăng độ ổn định, đảm bảo sự vận hành tin cậy, an toàn liên tục cho HTĐ Đây cũng chính là lý do để học viên chọn đề

tài “Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông”

2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L cho ĐZ 500kV Pleiku - Cầu Bông

- Xây dựng phương pháp thí nghiệm rơle SEL-411L áp dụng cho

đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông

- Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ 500kV Pleiku-Cầu Bông và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle

- Áp dụng đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét

3 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu sâu hơn chức năng; nghiên cứu tính toán chỉnh định, cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L giúp kiểm tra chất lượng hệ thống bảo vệ nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn

- Nhiệm vụ chính:

+ Nghiên cứu lý thuyết về rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ Đánh giá chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ;

+ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của bảo vệ; + Tính toán chỉnh định, cấu hình rơle SEL-411L;

+ Xây dựng phương pháp thí nghiệm rơle SEL-411L;

+ Tìm hiểu và áp dụng các chương trình mô phỏng rơle bảo vệ so lệch ĐZ và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle bằng phần mềm Matlab/Simulink

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Với việc nghiên cứu SEL-411L một cách cụ thể, có hệ thống sẽ giúp đánh giá, phân tích các sự cố và hư hỏng một cách chính xác hơn Có thể ứng dụng mở rộng cho các ĐZ hoặc các bảo vệ khác

Đề tài đã giải quyết được một khối lượng lớn công việc cho nhân viên thí nghiệm khi thử nghiệm, phân tích sự cố rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ (trong điều kiện công tác nghiêm ngặt về thời gian và tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục, an toàn và tin cậy) giúp rút ngắn thời gian và tiến độ thí nghiệm Đồng thời cung cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

5 ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI

Từ những lý do đã nêu ở trên Đề tài được chọn có tên là:

“Nghiên cứu đánh giá chức năng, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông”

1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây

1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thường dùng

1.3 Kết luận

Chương 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE

2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L

2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L

2.3 Kết luận

Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG

3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L 3.2 Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L

3.3 Kết luận

Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC

MATLAB/SIMULINK SIMPOWER SYSTEM

4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng

4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC

ĐƯỜNG DÂY 1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây

Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây

Bảo vệ so lệch dọc đường dây dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện [2] Bảo vệ có 2 phần tử rơle được đặt tại 2 đầu đường dây 02 phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau qua 3 phương thức:

- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;

- Kênh truyền dẫn quang;

- Kênh thuê riêng

Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây: tính chọn lọc, tác động

nhanh, độ nhạy và tính đảm bảo [2]

1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây thường dùng 1.3 Kết luận

Chương 1 đã trình bày nguyên lý làm việc cơ bản của chức năng bảo vệ so lệch ĐZ trên rơle kỹ thuật số Qua đó cho ta thấy rơle kỹ thuật số ngày nay được tích hợp nhiều chức năng bảo vệ với khả năng chỉnh định thông số cài đặt và lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau Trên

cơ sở đó, ta đi sâu vào phân tích các chức năng của rơle SEL-411L

và các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ trong chương 2

CHƯƠNG 2 RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE 2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L

SEL-411L được thiết kế cho bảo vệ đường dây (ĐZ) và cáp lực các cấp điện áp truyền tải (500kV và 220kV tại Việt Nam) Dưới đây là một số tính năng cơ bản mà SEL411L có thể thực hiện:

- Bảo vệ chính 87L cho ĐZ, cáp lực, tác động nhanh và an toàn

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng tin cậy như: 21, 50/51…

- Cắt với tốc độ cao: Rơle dùng phần tử HSDPS;

- Đầy đủ chức năng TĐL có kiểm tra hòa đồng bộ cho 02 MC;

- Giám sát mạch cắt;

- Chức năng ghi chụp sự cố nâng cao file có độ phân dải cao;

- Định vị sự cố bằng 3 phương pháp trong đó có phương pháp định

vị bằng sóng lan truyền (TWFL) là ưu việt nhất

2.1.1 Chức năng chính: Bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L

2.1.1.1 Chức năng 87L

SEL411L chứa 5 thành phần so lệch dọc đường dây gồm: Một cho mỗi 1 pha (87LP: pha A, B và C), một cho thứ tự nghịch (87LQ) và một cho thứ tự không (87LG) sử dụng các bộ so sánh AP Chức năng

87L hoạt động an toàn và đảm bảo độ nhậy cao nhất

2.1.1.2 Đặc tính Alpha Plane tổng quát-AP

Giá trị Alpha là 1 tỉ số phức giữa dòng từ xa (IR) và dòng tại chỗ (IL) Nó được xây dựng trên mặt phẳng phức (với phần thực & ảo của tỉ số Iremote/Ilocal) đại diện bằng độ lớn và góc pha Qui định dòng chạy vào ĐZ được bảo vệ có góc 00, dòng chạy ra khỏi ĐZ được bảo

vệ có góc 1800 Khi vận hành bình thường hoặc sự cố ngoài vùng được bảo vệ thì tỉ số dòng điện ở 2 đầu là 11800 SEL-411L có đặc tính bao xung quanh điểm 11800, vùng đó gọi là vùng hãm Rơle sẽ không tác động khi tỷ số dòng điện nằm trong vùng hãm

Hình 2.2: Đặc tính làm việc và hãm của chức năng 87L trong

2.1.2.1 Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)

2.1.2.2 Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)

2.1.2.3 Chức năng dò dao động công suất (78)

2.1.2.4 Chức năng cắt và nhận truyền cắt

2.1.2.5 Chức năng bảo vệ xa

2.1.2.6 Chức năng bảo vệ quá dòng

2.1.2.7 Chức năng lỗi máy cắt

2.1.2.8 Chức năng điện áp

2.1.2.9 Chức năng tần số

2.1.2.10 Chức năng đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ

2.1.3 Định vị sự cố

2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L

Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ ĐZ: Trong luận văn này, ta

sẽ xét ảnh hưởng của các yếu tố: Dòng dung, tụ bù dọc và sai số CT

2.2.1 Điện dung đường dây tải điện: Khi tính toán bảo vệ so lệch

dọc ĐZ, người ta hay quan tâm đến việc tính toán dòng dung để tránh việc bảo vệ tác động nhầm

2.2.2 Ảnh hưởng của sai số biến dòng điện (CT)

2.2.2.1 Lỗi biến dòng điện

2.2.2.2 Bão hòa mạch từ biến dòng (CT)

sự làm việc chính xác của rơle, đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, tin cậy Vì vậy yêu cầu nhân viên thí nghiệm, người vận hành phải nắm vững nguyên lý hoạt động để có thể cài đặt thông số, cấu hình, phương trình SELogic…được sử dụng tại TBA 500kV Pleiku và Cầu Bông Công việc này sẽ được phân tích trong Chương 3

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO

VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG

3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt và cấu hình rơle SEL-411L

3.1.1 Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn

SEL-411L dùng phần tử tốc độ cao cho các chức năng 87L và khoảng cách và áp dụng các phần tử này cho tất cả vùng và đặc tính (bao gồm các đặc tính đường tròn và tứ giác) Do đó, khi có sự cố bên trong vùng được bảo vệ, các phần tử tốc độ cao này phải kích hoạt trước khi CT xảy ra bão hòa trong tất cả các trường hợp sự cố nghiêm trọng nhất (bão hòa xảy ra đáng kể trong thời gian nhỏ hơn một chu kỳ) Nó có thể xuất hiện khi sự cố bên trong, bên ngoài, hoặc các sự kiện khác như đóng xung kích MBA Khi bão hòa CT xảy ra, dòng thứ cấp không còn tăng theo dòng sơ cấp nữa

Dựa vào các yếu tố trên đây, chúng ta có thể dùng hai điều kiện sau đây để giới hạn việc lựa chọn tính chọn CT cho sự cố ngoài vùng tại thanh cái ở trạm từ xa:

➤Các chức năng 87L không được hoạt động;

➤Chức năng 21 quá tầm của vùng 2 cài đặt ở 125% chiều dài

ĐZ được bảo vệ phải hoạt động đúng để làm chức năng dự phòng hiệu quả cho sự cố ngoài vùng

Để đáp ứng hai yêu cầu trên, CT phải đáp ứng bất phương trình sau:

➤➤IF là dòng sự cố (dòng nhị thứ) do sự cố ngoài vùng tại đầu

Pleiku (chức năng 21) hoặc dòng sự cố ngoài vùng lớn nhất tại thanh

cái Pleiku (chức năng 87L);

➤➤X/R là tỷ số giữa điện kháng (sơ cấp) chia cho điện trở của hệ

thống tại đầu Pleiku (bằng 2πf • TP, trong đó TP là hằng số thời gian

của hệ thống);

➤➤RCT là điện trở trong của CT;

➤➤ZB là tổng trở thứ cấp được nối bao gồm cáp nhị thứ nối rơle và

cáp nối CT;

➤➤ k là một hệ số được xác định bằng thử nghiệm tại nhà máy;

➣ k = 6 cho các chức năng khoảng cách (mho và tứ giác);

CTR

Bảng 10: Cài đặt chức năng so lệch pha-pha từ nhà chế tạo

87LPP Ngưỡng khởi động của chức năng so OFF, 0.1–2 1.2

lệch pha trong chế độ an toàn (pu)

87LPR Bán kính cho chức năng so lệch pha

b Hiệu suất của biến dòng cho các sự cố ngoài vùng

c Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách

d Cài đặt chức năng cho PWS khi OOS

e Chức năng xâm lấn tải

f Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)

g Logic kiểm tra mất áp

h Chức năng kiểm tra hướng

i Logic cắt

j Các tùy chọn cắt 1 pha

k Chức năng bảo vệ quá dòng trong SEL-411L

l Chức năng điện áp trong SEL-411L

k Chức năng tần số trong SEL-411L

n Logic cắt và bảo vệ

3.1.4 Phân tích cấu hình 87L

3.1.4.1 Cấu hình cho phép chức năng 87L làm việc

3.1.4.2 Cấu hình khóa chức năng 87L

3.1.4.3 Cấu hình MC

3.1.4.4 Cấu hình ĐZ

3.1.4.5 Cấu hình chức năng 87L

3.2 Thí nghiệm rơle hệ thống bảo vệ SEL-411L

3.2.1 Kiểm tra ban đầu

3.2.2 Thí nghiệm các chức năng bảo vệ

3.2.2.1 Kiểm tra chức năng đo lường

3.2.2.2 Kiểm tra chức năng bảo vệ so lệch dọc (thử lệnh 87L)

Thí nghiệm chức năng so lệch dọc đường dây: Có 2 phương pháp thí nghiệm chức năng bảo vệ so lệch dọc:

a Thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ: Cần kênh truyền

thông tin và đồng bộ thời gian GPS cho rơle ở 2 đầu ĐZ Phương pháp này đòi hỏi thiết bị thí nghiệm ở 2 đầu đường dây phải đồng bộ với nhau về thời gian, nguồn nuôi cho thiết bị thí nghiệm để khi phát

sự cố 2 rơle có thể ghi nhận đúng dòng như mô phỏng Thực tế rất

khó để thực hiện được phương pháp này (hình 3.8)

Hình 3.8: Sơ đồ thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ

b Thử bằng phương pháp Test Loopback tại rơle

+ Kiểm tra chế độ loopback: Phép thử nghiệm này để kiểm tra

loopback của các kênh truyền thông để tránh sự cố với các kênh thông tin khác Khi kiểm tra loopback hoạt động, rơle thay thế địa chỉ của rơle từ xa bằng địa chỉ riêng của nó để cho phép phần tử 87L phản ứng với dữ liệu được truyền bởi nó

Khi thử bằng phương pháp Test Loopback cần lưu ý cài đặt tỉ số TI tại 2 đầu đường dây giống nhau

+ Kiểm tra độ nhậy

+ Thí nghiệm thành phần so lệch pha:

+ Kiểm tra đặc tính hãm của Alpha Plane (AP):

3.2.3 Kiểm tra mang tải

3.3 Kết luận

Chương này đã tiến hành phân tích cấu hình và thí nghiệm HT bảo

vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông Rơle phải giám sát liên tục HTĐ và phải sẵn sàng để phát hiện mọi dạng sự cố trên

ĐZ, vì vậy công tác thí nghiệm chúng trước khi đưa vào vận hành và thí nghiệm định kỳ là rất quan trọng nhằm đảm bảo sự hoạt động tin cậy Việc cài đặt thông số, cấu hình và trình tự thí nghiệm đã được trình bày chi tiết trong chương này sẽ giúp nhân viên thí nghiệm hiểu

rõ các thông số vận hành, cấu hình, phương pháp thí nghiệm để rút ngắn thời gian thí nghiệm tại các TBA khác dùng loại rơle tương tự