Bài viết trình bày giải pháp đơn giản và hiệu quả cho việc phối hợp đảm bảo tính chọn lọc của các bảo vệ trên lưới điện phân phối dạng hình tia khi có các nguồn điện phân tán kết nối vào. Giải pháp này rất thuận lợi vì hiện tại các thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối như rơle quá dòng điện, tự đóng lại (TĐL) đều là các các thiết bị kỹ thuật số, đồng thời khắc phục được các vấn đề như làm mù các rơle quá dòng điện hay tác động sai, làm mất tính chọn lọc của TĐL – cầu chì và cầu chì – cầu chì.
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN LÊN BẢO VỆ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC TÓM TẮT Báo cáo trình bày giải pháp đơn giản hiệu cho việc phối hợp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ lưới điện phân phối dạng hình tia có nguồn điện phân tán kết nối vào Giải pháp thuận lợi thiết bị bảo vệ lưới điện phân phối rơle q dịng điện, tự đóng lại (TĐL) các thiết bị kỹ thuật số, đồng thời khắc phục vấn đề làm mù rơle dòng điện hay tác động sai, làm tính chọn lọc TĐL – cầu chì cầu chì – cầu chì Tuy nhiên khn khổ báo cáo này, vấn đề phối hợp không chọn lọc TĐL – cầu chì có nguồn điện phân tán lưới điện phân phối tập trung phân tích Bên cạnh đó, dựa vào phần mềm Etap mô thực cho trường hợp khác cho lưới điện phân phối điển hình nhằm minh họa giải pháp đề xuất T I GIỚI THIỆU rong vòng năm trở lại đây, nguồn điện phân tán dạng điện mặt trời, lượng gió, lượng sinh khối phát triển mạnh mẽ sách ưu đãi giá bán điện Việt Nam nguồn lượng tái tạo Chính sách ưu đãi Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg ngày 06/04/2020 chế khuyến khích phát triển điện mặt trời Việt Nam, Quyết định số 39/2018/QĐ-TTg ngày 10/9/2018 chế hỗ trợ phát triển dự án điện gió Việt Nam, Quyết định số 08/2020/QĐ-TTg ngày 05/3/2020 chế hỗ trợ phát triển dự án điện sinh khối Việt Nam Nhờ mà loại hình nguồn điện phân tán ứng với cơng suất vài MW đời tham gia cung cấp điện cách kết nối vào lưới điện phân phối phổ biến Mặt tốt nguồn điện phân tán đảm bảo cung cấp điện cho địa phương, giảm công suất chạy đường dây truyền tải, góp phần tăng độ tin cậy giảm tổn thất truyền tải Mặt xấu tránh khỏi sinh ThS.ĐẶNG TUẤN KHANH Bộ mơn Hệ thống điện - Trường ĐH Bách khoa TPHCM ThS.PHAN HỒNG THẮNG Cơng ty tư vấn xây dựng điện Hịa Bình – PEC SV.NGUYỄN ĐỨC NHÂN Bộ mơn Hệ thống điện - Trường ĐH Bách khoa TPHCM vấn đề cho việc chỉnh định, chọn lựa thiết bị bảo vệ phối hợp thiết bị bảo vệ lưới điện phân phối Vấn đề phối hợp bảo vệ lưới điện phân phối hình tia cách sử dụng thiết bị bảo vệ rơle dịng điện, TĐL, cầu chì ứng dụng rộng rãi thực tế từ lâu Sự phối hợp mang đến nhiều lợi ích có cố xảy loại trừ giảm tác động xấu cố, hạn chế điện diện rộng thời gian điện, tăng cường độ tin cậy nâng cao ổn định cung cấp điện Tuy nhiên, với tham gia nguồn phân tán vào lưới điện phân phối, chúng sinh số trường hợp bảo vệ thiếu xác, không phối hợp thiết bị bảo vệ, tính chọn lọc TĐL – cầu chì hay cầu chì – cầu chì Điều dẫn đến giảm độ tin cậy, làm ổn định cung cấp điện có cố xảy Những vấn đề cần phải quan tâm nghiên cứu đưa giải pháp có tính khả thi Ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến dòng điện ngắn mạch lưới điện phân phối cần quan tâm tạo ảnh hưởng xấu đến phối hợp bảo vệ lưới điện phân phối Giải pháp đưa phải kiểm tra lại phối hợp bảo vệ có nguồn điện phân tán tham gia vào lưới điện phân phối Việc chỉnh định lại thiết bị bảo vệ thực dễ dàng cho rơle dòng điện, TĐL dạng vi xử lý hay kỹ thuật số Ngồi việc xây dựng mơ ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến lưới điện phân phối cách sử dụng phần mềm Etap, báo cáo cịn trình bày bước thực giải pháp khắc phục vấn đề phối hợp bảo vệ BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 15 Báo cáo tổ chức thành bốn phần, phần II trình bày tóm tắt phương pháp phối hợp bảo vệ truyền thống cho lưới điện phân phối điển hình Phần III xem xét ảnh hưởng xấu nguồn điện phân tán đến phối hợp bảo vệ truyền thống giải pháp khắc phục đề nhằm giải vấn đề này, đồng thời dựa phần mềm Etap trường hợp khác mô để minh họa Phần cuối đưa kết luận hướng nhiên cứu II PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP CỦA TỰ ĐÓNG LẠI – CẦU CHÌ A Phương pháp truyền thống: Trên xuất tuyến phân phối, ba thiết bị bảo vệ thông dụng rơle dòng điện đặt đầu xuất tuyến, tự đóng lại đặt đầu hay xuất tuyến, cầu chì đặt nhánh rẻ Tất chúng phải phối hợp với đảm bảo tính chọn lọc Sự phối hợp TĐL – cầu chì quan tâm phân tích báo cáo Có hai cách phối hợp TĐL cầu chì trường hợp tiết kiệm cầu chì trường hợp khơng tiết kiệm cầu chì Vì ưu điểm tiết kiệm nên trường hợp tiết kiệm cầu chì khuyến nghị sử dụng cho việc phối hợp TĐL – cầu chì Hình Sự phối hợp bảo vệ tự đóng lại – cầu chì Hình cho thấy thiết bị bảo vệ phối hợp theo cách cho tất dòng điện cố nằm khoảng giới hạn từ dòng điện ngắn mạch cực tiểu nhánh Ifmin đến dòng điện ngắn mạch cực đại nhánh Ifmax Đường đặc tính tác động nhanh TĐL nằm đặc tính thời gian nóng chảy tối thiểu 16 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 cầu chì, đường đặc tính tác động chậm TĐL nằm phía đặc tính thời gian cắt tổng cầu chì Với giả thiết chỉnh định lần TĐL, có cố thống qua TĐL tác động mở máy cắt trước dây chì bắt đầu nóng chảy Sau khoảng thời gian tự đóng lại chỉnh định, TĐL bắt đầu đóng lại máy cắt Nếu lúc cố khơng cịn đóng điện lại thành cơng, cung cấp điện lại bình thường Cịn cố cịn tồn cầu chì phải đứt đặc tính tác động chậm TĐL có nhiệm vụ dự phịng mở máy cắt theo đường đặc tính cắt chậm để loại trừ cố cho trường hợp lý mà cầu chì khơng đứt Cuối rơle q dịng điện nằm đầu xuất tuyến đóng vai trị làm bảo vệ dự phịng với đặc tính tác động nằm cao Hình B Ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến bảo vệ truyền thống giải pháp khắc phục: Khi nguồn điện phân tán bổ sung vào xuất tuyến phân phối nơi phía so với rơle q dịng điện TĐL làm thay đổi Ifmax Ifmin, làm tăng dịng điện qua cầu chì so với TĐL hay rơle dòng điện Hậu phối hợp tính chọn lọc dịng điện ngắn mạch lớn Ifmax Một hậu khác dòng điện qua TĐL IRec nhỏ dòng điện qua cầu chì IFuse, cầu chì nóng chảy trước TĐL tác động mở máy cắt theo đặc tính tác động nhanh Để giải vấn đề giải pháp khắc phục đưa trình tự thực theo bước sau: Bước 1: Khi có nguồn điện phân tán tham gia vào lưới điện phân phối, cần xem xét đến phối hợp bảo vệ TĐL – cầu chì Nếu phối hợp khơng đảm bảo tính chọn lọc chuyển sang Bước Bước 2: Tính tốn dạng ngắn mạch vị trí đầu nhánh cuối nhánh mà cầu chì bảo vệ để xác định hai giá trị dòng điện Ifmax Ifmin Bước 3: Cài đặt đặc tính bảo vệ dựa phương pháp trình bày phần II-A với giá trị dòng điện giới hạn Ifmax Ifmin Bước 4: Với xuất nguồn điện phân tán, dòng điện ngắn mạch qua TĐL IRec nhỏ dòng điện qua cầu chì IFuse Do đó, đặc tính tác động nhanh TĐL chọn Bước cần hiệu chỉnh thông qua việc xác định giá trị nhỏ tỷ số IRec /IFuse tính cách sử dụng mạch tương đương trường hợp xấu Bước 5: Đường đặc tính tác động nhanh TĐL hiệu chỉnh cách nhân đường đặc tính với giá trị nhỏ tỷ số IRec /IFuse tính Bước Các đường cong đặc tính TĐL dạng kỹ thuật số dễ dàng điều khiển nên việc hiệu chỉnh có tính khả thi cao III PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN LÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI: điện ngắn mạch cực đại nhánh xảy Bus có nguồn DG1, cịn dịng điện ngắn mạch cực tiểu vị trí cuối đường dây Bus khơng có nguồn DG1 Tính tốn giá trị cài đặt cho thiết bị bảo vệ rơle dòng điện, TĐL, chọn cỡ cầu chì thực dựa phần mềm Etap Giá trị tỷ số IRec /IFuse tính việc xây dựng mạch tương đương Hình 3, kết là: IRec ZDG1 (1) = =0.501 IFuse ZTh +ZDG1 Với: ZDG1 : Tổng tổng trở nguồn DG1 tổng trở máy biến áp T1 ZTh : Tổng trở tương đương Thevenin mạng nhìn từ nguồn DG1 A Cấu trúc lưới điện phân phối điển hình: Xét lưới điện phân phối có cơng suất ngắn mạch Ssc = 1000 MVA, cung cấp điện cho hai xuất tuyến Feeder Feeder thông qua máy biến áp có cơng suất 15 MVA đoạn đường dây 69 kV, nhánh phối hợp bảo vệ rơle q dịng điện, TĐL, cầu chì Hai máy phát đồng DG1 DG2 đóng vai trị nguồn điện phân tán, có cơng suất MW MW đấu nối vào xuất tuyến Hình thơng số phần tử có giá trị cho từ Bảng đến Bảng Để đơn giản cho phân tích báo cáo giả sử xét phối hợp bảo vệ TĐL – cầu chì cho nguồn điện phân tán nhánh kết nối vào cịn nguồn nhánh cịn lại khơng kết nối Hình Mạch tương đương tính tốn giá trị tỷ số IRec /IFuse Khảo sát trường hợp có nguồn DG1 kết nối vào nhánh Feeder 1, nguồn DG2 không tham gia vào nhánh Feeder Khi xuất nguồn DG1 làm cho tính phối hợp chọn lọc TĐL – cầu chì trường hợp tiết kiệm cầu chì nói mục II-A Để giải vấn đề vận dụng giải pháp trình bày phần II-B Xem xét dịng điện ngắn mạch có cố xảy nhánh Feeder 1, dễ nhận thấy dịng Hình Lưới điện phân phối có nguồn điện phân tán kết nối vào BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 17 Bảng Thông số phụ tải lưới điện phân phối Tải Công suất (MW + jMVar) Tải Công suất (MW + jMVar) L1 0.8+0.47j L3 0.9+0.6j L2 1.5+1j L4 0.9 Bảng Thông số đường dây lưới điện phân phối Đường dây Điểm đấu nối R + jX (Ω/km) Chiều dài (km) Line Grid Bus Grid – Bus 0.235+0.46j 3.05 Line Feeder Bus – Feeder 0.367+0.474j 3.75 Line Feeder Bus – Feeder 0.239+0.4j 5.5 Line Bus – Bus 0.134+0.174j 0.148 Line Bus – Bus 1.34+0.174j 0.104 Line Bus – Bus 1.34+0.174j 0.362 Line Bus – Bus 10 0.426+0.155j 0.189 Bảng Thông số máy phát đồng Tên máy phát Cấp điện áp (kV) Công suất (MW) Trở kháng Xd(%) X2(%) X0 (%) DG1 13.8/13.8 20 10 DG2 13.8/13.8 10 10 Bảng Thông số máy biến áp Tên MBA Cấp điện áp (kV) Công suất (MVA) Trở kháng (%) Tổ đấu dây T-15 13.8/69 15 10 YNyn0 T1 13.8/13.8 5.5 YNd1 T2 13.8/13.8 YNd1 T3 0.4/13.8 5.5 YNd1 T4 0.4/13.8 YNd1 Bảng Bảng chọn lựa cầu chì hãng Chance loại Fuse Link (K) 18 Tên cầu chì Thơng số chì Tên cầu chì Thơng số chì F1 140A F12 80A F2 140A F23 100A F11 80A F24 80A BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 Bảng Kết tính tốn dịng điện ngắn mạch nhánh Feeder Vị trí NM Bus Bus Loại NM Khơng có nguồn DG1 Có nguồn DG1 IRec/IFuse có nguồn DG1 IFuse (A) IRec (A) IFuse (A) IRec (A) ABC 2428 2428 3274 2428 0.742 A-G 1496 1496 4085 2049 0.502 ABC 2407 2407 3237 2407 0.744 A-G 1479 1479 3974 1990 0.501 Bảng trình bày kết tính tốn dịng điện ngắn mạch gồm dịng điện ngắn mạch ba pha (ABC) dòng điện ngắn mạch pha chạm đất (A-G) cho hai trường hợp có nguồn khơng có nguồn DG1 tham gia kết nối vào lưới điện phân phối Kết cho thấy dịng điện ngắn mạch sau có nguồn DG1 tham gia vào lưới điện cao lên Bảng Điều dẫn đến phá vỡ phối hợp TĐL – cầu chì trường hợp tiết kiệm cầu chì Khi chưa có nguồn DG1, dựa vào phần mềm Etap mô kết phối hợp TĐL – cầu chì minh họa Hình 4, kết cho thấy lúc có cố ba pha sau cầu chì F1 tự đóng lại REC1 cầu chì F1 đảm bảo phối hợp tốt Nghĩa có cố ngắn mạch ba pha TĐL tác động trước so với cầu chì Hình Phối hợp bảo vệ nhánh Feeder có nguồn DG1 xảy ngắn mạch ba pha Hình Phối hợp bảo vệ nhánh Feeder chưa có nguồn DG1 xảy ngắn mạch ba pha Trường hợp có nguồn DG1 tham gia vào nhánh Feeder 1, dịng điện ngắn mạch qua cầu chì F1 3.274 kA dịng điện qua tự đóng lại REC1 2.428 kA dẫn đến cầu chì F1 nóng chảy ứng với thời gian 0.0565 giây so với thời gian tác động nhanh TĐL 0.0573 giây Điều dẫn đến khả tính phối hợp chọn lọc TĐL – cầu chì Hình minh họa chi tiết kết phối hợp đặc tính TĐL – cầu chì phần mềm Etap BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 19 Hình Hiệu chỉnh phối hợp bảo vệ nhánh Feeder có nguồn DG1 xảy ngắn mạch ba pha Áp dụng giải pháp trình bày phần II-B để hiệu chỉnh đặc tính tác động nhanh TĐL, kết đạt minh họa Hình Kết cho thấy sau hiệu chỉnh nhân với tỷ số cực tiểu IRec/IFuse 0.501 thời gian tác động nhanh tự đóng REC1 lại 0.0497 giây so với thời gian nóng chảy cầu chì F1 0.0565 giây Như vậy, phối hợp bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc cho trường hợp tiết kiệm cầu chì Lưu ý TĐL phải phối hợp với cầu chì có thời gian nóng chảy nhanh nhánh Feeder trường hợp có nhiều cầu chì nhánh Feeder nằm sau tự đóng lại REC1 Hồn tồn tương tự, bước thực tính tốn phối hợp bảo vệ cho nhánh để đơn giản không xét đến xuất nguồn DG1 nhánh Feeder Kết tính tốn dịng điện ngắn mạch nhánh Feeder trình bày Bảng Bảng Kết tính tốn ngắn mạch nhánh Feeder Vị trí NM Bus Bus 20 Loại NM Khơng có nguồn DG2 Có nguồn DG2 IRec/IFuse có nguồn DG2 IFusee(A) IRec(A) IFuse(A) IRec(A) ABC 2204 2204 3253 2204 0.678 A-G 1337 1337 3556 1802 0.507 ABC 2072 2072 3008 2040 0.678 A-G 1230 1230 2980 1507 0.506 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 Khi chưa có nguồn DG2, dựa vào phần mềm Etap mô kết phối hợp TĐL – cầu chì minh họa Hình 7, kết cho thấy lúc có cố ba pha sau cầu chì F2 tự đóng lại REC2 cầu chì F2 đảm bảo phối hợp tốt Nghĩa có cố ngắn mạch ba pha TĐL tác động trước so với cầu chì Hình Phối hợp bảo vệ nhánh Feeder chưa có nguồn DG2 xảy ngắn mạch ba pha Hình Phối hợp bảo vệ nhánh Feeder có nguồn DG2 xảy ngắn mạch ba pha Tuy nhiên có nguồn DG2 tham gia vào nhánh Feeder 2, dịng điện ngắn mạch qua cầu chì F2 3.253 kA dòng điện qua tự đóng lại REC1 2.204 kA, dẫn đến cầu chì F2 nóng chảy ứng với thời gian 0.0573 giây so với thời gian tác động nhanh TĐL 0.0574 giây Điều dẫn đến khả tính phối hợp chọn lọc TĐL – cầu chì Hình minh họa chi tiết kết phối hợp đặc tính TĐL – cầu chì phần mềm Etap Hình Hiệu chỉnh phối hợp bảo vệ nhánh Feeder có DG2 xảy ngắn mạch ba pha BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 21 Cũng áp dụng giải pháp đề xuất để hiệu chỉnh đặc tính tác động nhanh TĐL, kết đạt minh họa Hình Kết cho thấy sau hiệu chỉnh nhân với tỷ số cực tiểu IRec/IFuse 0.506 thời gian tác động nhanh tự đóng REC2 lại 0.0497 giây so với thời gian nóng chảy cầu chì F2 0.0573 giây Như vậy, phối hợp bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc cho trường hợp tiết kiệm cầu chì Cũng lưu ý tự đóng lại REC2 phải phối hợp với cầu chì có thời gian nóng chảy nhỏ nhánh Feeder trường hợp có nhiều cầu chì nhánh Feeder nằm sau tự đóng lại REC2 Nghĩa cố thống qua xảy làm cho cầu chì đứt trước TĐL tác động Do đó, giải pháp đề bước thực đề xuất nhằm khắc phục vấn đề Bên cạnh đó, dựa vào phần mềm Etap trường hợp cố có khơng có nguồn điện phân tán mơ phỏng, minh họa phối hợp bảo vệ TĐL – cầu chì để thấy rõ giải pháp đề khả thi áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, báo cáo xem xét trường hợp cố pha tham gia nguồn điện phân tán dạng máy phát điện IV TỔNG KẾT đồng vào lưới phân phối gay ảnh hưởng Các nguồn điện phân tán tham gia vào đến phối hợp TĐL – cầu chì Hướng lưới điện phân phối gay ảnh hưởng nghiên cứu xem xét cho trường trực tiếp đến tính toán phối hợp bảo vệ hợp cố chạm đất Mở rộng nữa, nghiên lưới điện phân phối Cụ thể báo cứu ảnh hưởng nhánh lên phối hợp cáo quan tâm vấn đề phối hợp bảo vệ nhánh có nguồn điện phân TĐL – cầu chì trường hợp tiết kiệm cầu chì tán, dạng nguồn điện phân tán khác Các nguồn điện phân tán phá vỡ mặt trời gió./ phối hợp TĐL – cầu vốn có ban đầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Zamani, T Sidhu and A Yazdani, "A strategy for protection coordination in radial distribution networks with distributed generators," IEEE PES General Meeting, Providence, RI, 2010, pp 1-8 [2] A Fazanehrafat, S A M Javadian, S M T Batbaee, M R Haghifam ”Maintaining the recloser-fuse coordination in distribution systems in presence of DG by determining DG’s size”, inProc.IET9thInternational Conference on Developments in Power System Protection (DPSP), pp 132-137, Mar 2008 [3] Etap user guide 18.0 – Protection [4] K Maki, S Repo, P Jarventausta, ”Methods for assessing the protection impacts of distributed generation in network planning activities”, in Proc IET 9th International Conference on Developments in Power System Protection (DPSP), pp 484-489, March 2008 [5] N Hadjsaid, J F Canard, F Dumas ”Disperse generation impact on distribution network”, IEEE Computer Application In Power, Vol 12, Issue 2, pp 22-28, Apr 1999 [6] P P Barker, R W de Mello, ”Determining the impact of distributed generation on power systems: part I-radial distribution systems”, IEEE Trans on Power Delivery, vol 15, pp 486-493, Apr 2000 22 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 ... phương pháp phối hợp bảo vệ truyền thống cho lưới điện phân phối điển hình Phần III xem xét ảnh hưởng xấu nguồn điện phân tán đến phối hợp bảo vệ truyền thống giải pháp khắc phục đề nhằm giải vấn... dòng điện nằm đầu xuất tuyến đóng vai trị làm bảo vệ dự phịng với đặc tính tác động nằm cao Hình B Ảnh hưởng nguồn điện phân tán đến bảo vệ truyền thống giải pháp khắc phục: Khi nguồn điện phân tán. .. nghiên lưới điện phân phối Cụ thể báo cứu ảnh hưởng nhánh lên phối hợp cáo quan tâm vấn đề phối hợp bảo vệ nhánh có nguồn điện phân TĐL – cầu chì trường hợp tiết kiệm cầu chì tán, dạng nguồn điện phân