III. Bảo vệ khoảng câch
III.2 Câc sơ đồ cắt liín động trong bảo vệ khoảng câch:
bảo vệ khoảng câch:
Trong hệ thống điện, đặc biệt đối với lưới truyền tải, yíu cầu vềđộ chọn lọc cũng như tốc độ khắc phục sự cốđĩng vai trị rất quan trọng trong việc nđng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng như tính ổn định của hệ thống. Khi cấp điện âp vă cơng suất truyền tải tăng lín, câc yíu cầu nĩi trín căng trở nín ngặt nghỉo mă trong nhiều trường hợp câc bảo vệ
dùng nguyín lý phđn cấp ba vùng khoảng câch thơng thường đê xĩt tỏ ra khơng đâp ứng
được. Để khắc phục điều năy, hiện nay ngoăi việc sử dụng câc rơle cũng như câc thiết bị đĩng cắt chất lượng cao, người ta âp dụng câc loại sơđồ khoảng câch khâc nhau trong sốđĩ
Chúng ta nhận thấy rằng vùng I của bảo vệ khoảng câch (tại thanh gĩp A) chỉ cĩ thể
bảo vệ cắt tức thời được khoảng 80% chiều dăi đoạn đường dđy AB, 20% đoạn cịn lại sẽ được loại trừ ngắn mạch với thời gian cấp II (tII). Để cĩ thể loại trừ nhanh sự cố trín 100%
đoạn AB người ta dùng câc sơđồ cắt liín động truyền cắt tín hiệu cho phĩp hoặc khô giữa hai bảo vệ khoảng câch đặt ở hai đầu đoạn đường dđy AB.
Câc đường truyền thơng tin liín lạc dùng trong bảo vệ rơle cĩ thể lă câc đường thơng tin hữu tuyến kiểu dđy dẫn tín hiệu (pilot wire) hay kính dẫn tín hiệu (pilot chanel), kính tải ba PLC (power line carrier), câc kính vơ tuyến chuyển tiếp hay vi ba (microwave) vă câc
đường truyền câp quang... Chức năng của chúng lă truyền thơng tin từ một đầu của đường dđy được bảo vệđến đầu kia để tạo câc tín hiệu cắt liín động (transfer trip) trực tiếp, tín hiệu cho phĩp, tín hiệu khô hay tín hiệu giải khô... Câc tín hiệu năy thường ở dạng số, cĩ thể lă một bit thơng tin riíng lẻ kiểu đĩng - mở (ON - OFF) hoặc dêy câc tín hiệu số gọi lă thơng bâo. Dưới đđy sẽ trình băy sơ lược câc sơđồ bảo vệ liín động:
III.2.1. Câc sơđồ cắt liín động trực tiếp DTT (Direct Transfer Trip):
Theo sơđồ năy, rơle ở mỗi đầu khi phât hiện sự cố vă cắt mây cắt của nĩ sẽ truyền tín hiệu tới rơle đầu đối diện qua một trong những cổng truyền thơng số output. Rơle phía
đầu nhận sẽ nhận được tín hiệu năy qua cổng văo số input. Giâ trị gân ởđầu văo năy cĩ thể
lă một biến (variable) hay một hăm (function) cĩ khả năng phât tín hiệu cắt trực tiếp ởđầu ra của rơle (nhận tín hiệu) tới mây cắt của nĩ mă khơng cần kiểm tra bất cứđiều kiện năo.
Trong sơđồ cắt liín động trực tiếp DTT, tín hiệu cắt sẽđược phât đi cắt mây cắt
đồng thời chuyển thănh tín hiệu liín động kiểu trực tiếp cho rơle phía đối diện. Rơle phía
đối diện về mặt nguyín lý cũng phải được căi đặt giống rơle năy. A
Hình 4.30 : Sơđồ vùng I mở rộng khi cĩ ngắn mạch trong vă ngoăi đường dđy (a) vă logic cắt của rơle số (b) B C I A Z I Amr II A Z Z ≈ I B Z III B Z III A Z I Bmr II B Z Z ≈ I A Z II A Z III A Z I Amr Z AND OR OR 0 0 III A t II A t Cắt a) b) 2 1 N1 1 22 1 N2 N3
Trín hình 4.30 ta giả sử rơle khoảng câch B1 lă rơle phât tín hiệu, rơle khoảng câch A2 lă rơle thu tín hiệu phât từ B1 khi cĩ sự cố
tại N2 thuộc vùng cắt nhanh (tI) của B1. Nếu sử
dụng sơđồ khoảng câch thơng thường thì rơle A2 sẽ cắt mây cắt với thời gian trễ của vùng II (tIIA2), thời gian năy đơi khi quâ lớn (300 ÷ 600 msec) đối với một sốđường dđy truyền tải cao âp vă siíu cao âp. Khi đĩ sơđồ cắt liín động dùng đường truyền thơng tin cho phĩp giảm
đâng kể thời gian cắt của rơle A2. Thực vậy, khi đĩ rơle B1 sẽđưa tín hiệu cắt mây cắt tức thời (30 msec), đồng thời phât tín hiệu liín
động trực tiếp của nĩ ra đầu ra số output vă
thơng qua đường truyền tin (đi mất tối đa 20 msec) tới đầu văo số input của rơle A2. Rơle A2 sẽ cắt ngay mây cắt của nĩ khi nhận được tín hiệu trực tiếp năy. Thời gian câch ly sự cố
(kể cả thời gian thao tâc mây cắt (40 ÷ 50) msec) trong trường hợp năy chỉ cịn khoảng (90 ÷ 100) msec rõ răng lă nhanh hơn rất nhiều so với thời gian tIIA2. Rơle B1 cũng cĩ giâ trịđặt vă thao tâc tương tự như rơle A2 khi sự cốở gần đầu trạm A. Như vậy, việc sử dụng đường truyền tín hiệu liín động nĩi chung sẽ giảm thời gian cắt sự cố trín 100% độ dăi đoạn đường dđy được bảo vệ (AB). Điều năy cĩ ý nghĩa rất lớn đối với độổn định động của toăn bộ hệ
thống, đặc biệt đối với câc lưới liín kết cao âp hoặc siíu cao âp.
Một số kí hiệu trín sơđồ:
M1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến MHO.
M2PT: tổng trở pha vùng 2 theo đặc tuyến MHO tâc động cĩ thời gian.
Z1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến tứ giâc pha.
Z1G: tổng trở vùng 1 theo đặc tuyến tứ giâc pha-đất.
Z2GT: tổng trở vùng 2 theo đặc tuyến tứ giâc pha-đất tâc động cĩ thời gian.
KEY: tín hiệu liín động đầu ra.
Trong trường hợp sử dụng mây cắt đơn pha cần phải tạo ra ba tín hiệu cắt từng pha TPA (trip phase A), TPB vă TPC. Câc tín hiệu năy cĩ thể dùng lăm tín hiệu liín động để
trực tiếp gởi đi. Phía đầu rơle đối diện chúng được đưa văo câc đầu văo khâc nhau để gân thănh câc biến DTA (Direct tripping A), DTB vă DTC. Câc biến năy được đặt trong biến cắt vơ điều kiện MTU gởi tới mây cắt.
Nếu phần tử phât tín hiệu trực tiếp của rơle đầu phât lă phần tử nội tuyến (vùng I khoảng câch) thì sơđồđược gọi lă cắt liín động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu trực tiếp DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip) (hình 4.31). Cịn nếu phần tử phât tín hiệu
OR OR OR OR M2PT Z2GT KEY 3PT MTU DT
Hình 4.31a: Sơđồ logic cắt liín động DUTT bín trong rơle SEL-321
OR OR OR DTA DTB DTC M1P Z1G M2 Z2GT TPB TPC KEY KEY OR OR PT MTU TPA KEY OR OR DT M1P Z1G M2PT Z2GT KEY 3PT MTU a) b) Hình 4.31b: Sơđồ logic cắt liín động trực tiếp DTT
Câc sơđồ cắt liín động trực tiếp cĩ ưu điểm lă đơn giản nhưng độ tin cậy khơng cao. Nếu đường truyền vì nguyín nhđn năo đĩ như bị nhiễu, phât tín hiệu sai... thì rơle cĩ thể cắt mây cắt nhầm gđy mất điện khơng đâng cĩ.
III.2.2. Câc sơđồ cắt liín động dùng tín hiệu cho phĩp PTT:
Do những nhược điểm vừa níu trín đđy của câc sơđồ cắt liín động trực tiếp DTT, trín thực tế người ta hay sử dụng loại sơđồ truyền tín hiệu cho phĩp PTT (Permissive Transfer Trip) cĩ độ tin cậy cao hơn. Thực chất của loại sơđồ năy lă khi rơle nhận được tín cắt liín động từ phía đối diện gởi tới, nĩ khơng gửi tín hiệu cắt ngay mă cịn kiểm tra xem
điều kiện năo đĩ được thoả mên khơng, nếu cĩ thì mới phât tín hiệu đi cắt mây cắt. Điều kiện năy cĩ thể lă khi rơle phía đầu nhận phât hiện sự cố bởi câc vùng khoảng câch, phần tử định hướng hay phần tử phât hiện sự cố tâc động. Như vậy tín hiệu liín động khơng phải lă tín hiệu trực tiếp DTT mă chỉ lă tín hiệu cho phĩp PTT, đơi khi nĩ cịn được viết tắt lă PIT (Transmissive Intertrip).
Cũng tương tự như trín, nếu phần tử phât tín hiệu cho phĩp của rơle đầu phât lă phần tử nội tuyến (vùng I khoảng câch) thì sơđồđược gọi lă cắt liín động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phĩp PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip). Cịn nếu phần tử
phât tín hiệu cho phĩp của rơle đầu phât lă phần tử vượt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng câch, phần tử phât hiện sự cố, phần tửđịnh hướng) thì sơđồđược gọi lă cắt liín
động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phĩp POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip). Với 7SA513, cĩ thể dùng cùng một lúc cả hai kiểu truyền POTT vă PUTT
độc lập qua câc đường nối sĩng mang riíng biệt. Khi đĩ kiểu truyền PUTT hoạt động trong vùng I cịn kiểu truyền POTT hoạt động trong vùng mở rộng hoặc với vùng phât hiện sự cố. Trín thực tế người ta cĩ thể phđn biệt câc sơđồ POTT thuần tuý (dùng bảo vệ khoảng câch ba cấp kết hợp với cắt liín động, cịn gọi lă POTT1) vă sơđồ cĩ thím vùng III khoảng câch hướng ngược cĩ chức năng khô (POTT2). Loại sơđồ sau lăm việc tương tự như sơđồ
thuần tuý đối với câc sự cố bín trong đường dđy. Cịn đối với câc sự cố bín ngoăi, vùng III hướng ngược năy sẽ khô toăn bộ bảo vệ khoảng câch lại.
Nếu một hư hỏng xảy ra trong thiết bị nhận tín hiệu hay trong đường truyền, logic nhận của bộ giao tiếp viễn thơng đa năng cĩ thể bị khô bởi đầu văo nhị phđn vă điều năy sẽ
khơng ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ khoảng câch thơng thường. Khi đĩ việc điều khiển khoảng đo vùng mở rộng sẽđược chuyển đến chức năng TĐL nếu chức năng năy chưa bị
khô.
Trín hình 4.32 trình băy sơđồ khối tổng thể của logic cắt liín động dùng tín hiệu cho phĩp PTT dùng chung cho cả hai kiểu PUTT vă POTT. Việc chuyển từ
sơđồ năy sang sơđồ kia được thực hiện bằng chuyển mạch logic (mạch lật,...) mă ởđđy ta chỉ thể hiện như một tiếp điểm cơ khí thơng thường.
Trín sơ năy chúng ta nhận thấy logic PUTT vă POTT khâc nhau ở những điểm cơ bản sau: Vùng I (nội tuyến) Câc vùng vượt tuyến PUTT POTT Tín hiệu liín động tới đầu đối diện Tín hiệu liín động từđầu đối diện T Tr 0 0 OR AND Quyết định cắt Cắt Hình 4.32: Sơđồ khối của chức năng cắt liín động dùng tín hiệu cho phĩp PTT
Trong sơđồ PUTT, phần tử khởi phât tín hiệu liín động cho bảo vệ khoảng câch đối diện khi thao tâc cắt mây cắt tại chỗ lă vùng I, trong khi ở sơđồ kia lă câc phần tử cĩ giới hạn vùng vượt ra ngoăi vùng I như vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng câch, phần tử phât hiện sự cố, phần tửđịnh hướng...
Trong sơđồ PUTT cĩ thể chỉ cần phải dùng một đường truyền tín hiệu theo hai chiều cho câc tín hiệu liín động, vì khi cĩ câc sự cốở cuối đường dđy (ví dụđiểm N2 trín
đường dđy được bảo vệ AB, hình 4.26), chỉ cĩ một phần tử phât tín hiệu liín động lăm việc (của rơle B1). Cịn khi ngắn mạch ở vị trí giao nhau của vùng I của câc rơle hai đầu (tại N1), sơđồ cắt liín động lại khơng cần thiết vì sự cố nằm trong vùng I của cả hai bảo vệ nín sự cố
sẽđược loại trừ với thời gian tI≈ 0 sec. Ngược lại trong sơđồ POTT, với mọi vị trí ngắn mạch trong đường dđy, hai phần tử phât tín hiệu liín động ở hai đầu đều lăm việc nín ởđđy cần phải cĩ hai đường tín hiệu riíng rẽ truyền tín hiệu theo hai chiều khâc nhau, hoặc một
đường truyền tin lăm việc trong chếđộ phđn chia thời gian kiểu song cơng (duplex).
Đối với đường dđy ngắn, sơđồ PUTT chỉ nín sử dụng với đặc tuyến tứ giâc để trânh hiện tượng hụt vùng vì vùng I khoảng câch với đặc tuyến năy khi đĩ bao trùm được điện trở
sự cố (thường lớn hơn so với điện trởđường dđy). Như minh hoạ trín hình 4.33a, với việc sử dụng đặc tuyến MHO, điện trở sự cố (do hồ quang, điện trở tiếp xúc...) sẽ lăm giảm vùng I lý thuyết AC xuống cịn thănh đoạn AD trín thực tế, đoạn năy cĩ thể giảm xuống thấp hơn 50% chiều dăi đường dđy AB vă sự cốở giữa đường dđy với điện trở hồ quang lớn sẽ nằm ngoăi giới hạn vùng I của cả hai đầu. Nếu sử dụng sơđồ POTT thì cĩ thể dùng đặc tuyến MHO vì vùng II khoảng câch khi đĩ cĩ khoảng phủ theo trục điện trở lớn hơn nhiều so với vùng I. POTT PUTT A N1 B N2 85 Vùng II MHO B A D C R X Vùng tứ giâc Hướng ĐZ Rsc Phần tử quyết định cắt Phần tử phât tín hiệu liín động Vơ hướng Cĩ hướng
Hình 4.33: Anh hưởng của điện trở sự cốđến vùng I khoảng câch MHO trong sơ đồ PUTT (a) vă vai trị của phần tử ra quyết định cắt trong câc sơđồ PTT (b).
a) b) V V ùng I MH O
Đối với tín hiệu liín động được truyền đi thường cĩ câc yíu cầu sau:
Trong sơ đồ PUTT, phần tử quyết định cắt cĩ thể lă phần tử vơ hướng hoặc cĩ hướng. Cịn trong sơđồ POTT, nĩ phải lă phần tử cĩ hướng vă hướng về phía đường dđy. Thực vậy, giả sử nếu trong sơđồ năy dùng phần tử ra quyết định cắt thuộc loại vơ hướng (biểu diễn bởi đường nĩt liền dưới cùng như trín hình 4.33b), thì khi cĩ ngắn mạch tại điểm N2 ngoăi đường dđy AB nhưng trong vùng II của rơle A, rơle năy sẽ phât tín hiệu cho phĩp
đến rơle B. Vì phần tử ra quyết định cắt vơ hướng của rơle B cũng nhận ra sự cố năy trong giới hạn vùng của nĩ nín rơle B vẫn tâc động, nghĩa lă gđy cắt nhầm.
Tín hiệu liín động ởđầu phât cĩ thểđược lăm trễ (sườn trước) độc lập với thời gian trễ của phần tử khởi phât tín hiệu.
Tín hiệu liín động sau khi qua giao diện truyền tin của rơle phât cần phải được kĩo dăi sườn sau khoảng thời gian so với tín hiệu phât của phần tử khởi phât tín hiệu liín động.
Điều năy nhằm đảm bảo tín hiệu liín động đến được với đầu thu một câch toăn vẹn ngay cả
trong trường hợp phần tử khởi phât bị ngắt đột ngột hay đường dđy truyền tin quâ dăi.
Đối với rơle phía đầu nhận cũng vậy, sườn sau của tín hiệu thu cũng phải được kĩo dăi một khoản thời gian lă Tr (hình 4.32). cần chú ý lă phần tử thời gian Tr năy thường được sử dụng trong câc sơđồ kiểu PUTT, cịn trong sơ POTT ít được dùng.
Đối với câc ứng dụng cắt liín động dùng tín hiệu cho phĩp sử dụng kính cao tần thơng thường bằng đường dđy tải điện (tải ba) PLC, độ tin cậy truyền tin khơng cao do tín hiệu truyền liín động phải đi qua điểm sự cố trín đường dđy tải điện nín hay bị nghẽn vă suy hao lớn (tới 20 ÷ 30 dB). Trong trường hợp khơng cĩ thiết bị khuếch đại cơng suất để
tín hiệu cĩ thể vượt qua điểm nghẽn thì phải dùng loại kính truyền khâc cũng sử dụng
đường dđy tải điện như kính mê chuyển tần (SFK). Kính năy cĩ độ chống nhiễu cao hơn vă cĩ thểđược dùng để tạo tín hiệu cửa sổ giải khô cho chức năng cắt liín động trong câc sơ đồ giải khô.
Trín hình 4.34 trình băy sơđồ nối dđy của hệ thống bảo vệđường dđy ALPS của hêng GE-Multilin (Mỹ) theo logic POTT với giao diện truyền tin. Tín hiệu cho phĩp từ phía xa gửi đến sẽ khĩp mạch tiếp điểm đầu ra của đầu thu vă kích hoạt đầu văo số tại câc chđn D2-D18. Cịn khi rơle năy phât tín hiệu cho phĩp gởi đi, nĩ sẽ khĩp mạch rơle tín hiệu đầu ra tại câc chđn B5-B21 vă kích hoạt đầu phât của giao diện truyền tín hiệu liín lạc.
Giao diện NS40A TB1 Thu Cực dương chuyển mạch Phât Ăc qui Rơle ALPS Tín hiệu thu B5 B21 D2 D18 + - 2 1 24 25 12 11 59 60 Cực đm chuyển mạch
Hình 4.34: Sơđồ nối dđy theo logic POTT sử dụng giao diện dải đm tần NS40A vă rơle khoảng câch ALPS của GEC-Multilin
Trong câc sơ đồ cắt liín động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phĩp PUTT giai đoạn đầu, người ta thường sử
dụng vùng I khoảng câch vừa lăm phần tử
khởi phât tín hiệu liín động đi xa, vừa lăm phần tử ra quyết định cắt khi nhận được tín hiệu cho phĩp từ xa gởi tới. Sơđồ như vậy cĩ thể khơng cho phĩp cắt nhanh câc sự cố
cuối đường dđy được bảo vệ. Giả sử khi cĩ ngắn mạch tại điểm N1 (hình 4.33b), rơle A khi nhận được tín hiệu cho phĩp từ rơle B vẫn khơng thể thao tâc cắt được vì sự cố