Hệ thống bảo vệ là rất cần thiết cho cả lưới điện cũng như nguồn điện phõn tỏn, để đảm bảo sự vận hành an toàn cho lưới điện cú nguồn điện phõn tỏn. Hệ
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 32 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011 thống bảo vệ của lưới điện phõn phối và nguồn điện phõn tỏn tỏc động qua lại với nhau và cần một sự phối hợp bảo vệđểđảm bảo hai hệ thống hoạt động tốt.
Hệ thống bảo vệ của lưới điện phõn phối được thiết kế để bảo vệ đối với dũng cụng suất chạy theo một hướng, từ hệ thống về cỏc phụ tải trờn lưới. Khi kết nối nguồn điện phõn tỏn vào lưới điện phõn phối sẽ dẫn đến chiều của dũng cụng suất thay đổi [3], chớnh điều này cú thể khiến cho cỏc bảo vệ của lưới điện phõn phối tỏc động sai trong cỏc chế độ sự cố nếu ta khụng cú sự thay đổi đối với hệ
thống bảo vệ của lưới điện phõn phối cho phự hợp.
Nếu cú sự cố xảy ra trờn lưới điện phõn phối, khiến cho mỏy cắt đường dõy tỏc động nhưng vỡ một lý do nào đú mỏy cắt của nguồn điện phõn tỏn khụng tỏc
động sẽ khiến cho sự cố trong lưới điện vẫn được cung cấp năng lượng. Do đú sẽ
gõy ra cỏc hư hỏng cho cỏc thiết bị trờn lưới điện, đồng thời cũng cú thể gõy hư
hỏng cho mỏy cắt đầu đường dõy khi đúng đường dõy trở lại hệ thống vỡ khi đú mỏy cắt sẽ đúng vào lưới điện đang bị sự cố. Ngoài ra việc nguồn điện phõn tỏn vẫn cũn kết nối vào lưới điện sẽ gõy nguy hiểm cho người vận hành khi khắc phục sự cố, cũng như cỏc thiết bịđiện trờn lưới điện do sự cốđược duy trỡ trong một thời gian dài.
Ta cũng xem xột lại sự phối hợp rơle và tựđộng đúng lại trờn đường dõy để
loại trừ sự cố thoỏng qua khi đường dõy cú nguồn điện phõn tỏn kết nối vào. Đồng thời việc đúng lưới điện trở lại hệ thống khi nguồn điện phõn tỏn trờn lưới điện vẫn cũn hoạt động (lưới điện hoạt động độc lập) cũng khụng đơn giản như khi lưới điện khụng cú nguồn điện phõn tỏn kết nối vào lưới...Điều này sẽ được rừ ràng hơn qua những phõn tớch dưới đõy:
1.5.6.1 Hoạt động của rơle bảo vệ quỏ dũng.
Một trong những ảnh hưởng của nguồn điện phõn tỏn tới hệ thống bảo vệ của lưới điện phõn phối là tỏc động lờn rơle bảo vệ quỏ dũng, bởi vỡ sự đúng gúp của nguồn điện phõn tỏn vào dũng điện trong cỏc chế độ sự cố sẽ tỏc động đến phạm vi bảo vệ của rơle quỏ dũng. Vựng bảo vệ của rơle được quyết định bởi dũng điện sự
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 33 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011 trong lưới điện phõn phối sẽ làm giảm phạm vi bảo vệ của rơle quỏ dũng, theo đú cỏc sự cố cú tổng trở lớn ở cuối của cỏc tuyến đường dõy sẽ khụng được phỏt hiện. Do dũng điện mà rơle quỏ dũng đo được ở đầu đường dõy cú giỏ trị nhỏ hơn dũng
điện sự cố thực tế, vỡ dũng điện sự cố lỳc này bao gồm hai thành phần: một là dũng
điện sự cố đến từ hệ thống điện (rơle quỏ dũng đầu đường dõy đo được) và một là dũng điện sự cốđến từ cỏc nguồn điện phõn tỏn. Vỡ vậy làm cho rơle bỏ qua cỏc sự
cố cú dũng điện sự cố giỏ trị nhỏ (tổng trở sự cố lớn) của cỏc sự cố ở cuối đường dõy [5]. Ảnh hưởng của nguồn điện phõn tỏn đến rơle bảo vệ quỏ dũng khụng chỉ
phụ thuộc vào quy mụ của nguồn điện phõn tỏn mà cũn phụ thuộc điểm đặt của nguồn điện phõn tỏn. Nguồn điện phõn tỏn đặt càng gần cuối đường dõy thỡ tỏc động làm giảm phạm vi bảo vệ của rơle quỏ dũng càng rừ rệt [3] .
1.5.6.2 Sự vận hành của tựđộng đúng lại
Sự đúng gúp của nguồn điện phõn tỏn trong chế độ sự cố của tuyến đường dõy tỏc động đến sự vận hành của tựđộng đúng lại theo 4 cỏch khỏc nhau [1]:
- Sự phối hợp giữa tựđộng đúng lại và cầu chỡ cú thể bịảnh hưởng - Tựđộng đúng lại tỏc động với cỏc sự cốở ngoài vựng bảo vệ - Ngăn cản tựđộng đúng lại thành cụng - Tựđộng đúng lại khụng đồng bộ a. Sự phối hợp giữa tựđộng đúng lại và cầu chỡ CC IHT CC CC CC Ppt4 MC RL A HT C DG DG DG IRC RC B Hỡnh 1.1. Sơđồ mụ tả trường hợp tựđộng đúng lại và cầu chỡ phối hợp bảo vệ khụng tốt
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 34 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011 Nguyờn lý làm việc của cỏc bảo vệ tuyến đường dõy là cầu chỡ (CC) chỉ tỏc
động đối với cỏc sự cố duy trỡ trong phạm vi bảo vệ của nú. Đối với cỏc sự cố
thoỏng qua, tựđúng lại (RC) sẽ tỏc động nhanh để tỏch sự cố ra khỏi lưới điện và sự
cố cú thể bị dập tắt. Trong lưới điện cú kết cấu như hỡnh 1.1, ta thấy rằng dũng điện sự cố chạy qua cầu chỡ cú thể cú giỏ trị lớn hơn dũng điện sự cố chạy qua tựđộng
đúng lại nếu nguồn điện phõn tỏn đủ lớn. Do đú cầu chỡ cú thể tỏc động nhanh hơn cả tự động đúng lại hoặc tỏc động đồng thời với tự động đúng lại trong cỏc sự cố
thoỏng qua. Trong khi đú cỏc sự cố thoỏng qua lại chiếm đến 70%-80% cỏc sự cố
xảy ra tại cỏc tuyến đường dõy, vỡ vậy sự phối hợp khụng tốt giữa cầu chỡ và tự đúng lại này sẽ tỏc động đến độ tin cậy của lưới điện, làm tăng thời gian mất điện của phụ tải. b. Tựđộng đúng lại tỏc động với cỏc sự cố ngoài vựng bảo vệ IHT MC RL A HT C DG DG DG IHT RC B N Hỡnh 1.2. Sơđồ mụ tả trường hợp tựđộng đúng lại tỏc động ngoài vựng bảo vệ
Khi cỏc nguồn điện phõn tỏn được kết nối vào lưới sau cỏc tự động đúng lại, nếu sự cố xảy ra ở phớa trước của tự đúng lại (điểm N) hỡnh 1.2, ta thấy xuất hiện một dũng điện sự cố chạy qua cỏc tựđộng đúng lại do cỏc nguồn điện phõn tỏn gõy ra. Cú thể xảy ra trường hợp dũng điện chạy qua cỏc tựđúng lại vượt quỏ giỏ trị
dũng điện tỏc động nhỏ nhất của tựđúng lại, vỡ vậy tựđúng lại cú thể tỏc động đối với cỏc sự cố ở ngoài vựng tỏc động, điều này là khụng được phộp. Ta khắc phục hiện tượng này bằng cỏch trang bị cho tự đúng lại trờn đường dõy cỏc bảo vệ cú hướng.
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 35 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011
c. Ngăn cản tựđộng đúng lại thành cụng
Khi cú sự cố thoỏng qua trong vựng bảo vệ của tự động đúng lại, thỡ tự động đúng lại sẽ tỏc động nhanh để cỏch ly vựng sự cố ra khỏi lưới điện. Nếu trong phạm vi bảo vệ của tự đúng lại khụng cú nguồn điện phõn tỏn thỡ sau khi ngắt ra khỏi lưới điện, hồ quang tại vị trớ xảy ra sự cố thoỏng qua sẽ tắt nghĩa là sự cố
thoỏng qua bị loại bỏ. Sau đú tựđộng đúng lại tỏc động để đúng phần lưới điện này trở lại hệ thống. Nếu trong vựng bảo vệ của tự động đúng lại cú nguồn điện phõn tỏn, thỡ nguồn điện phõn tỏn cú thể tiếp tục hoạt động khi mà tựđộng đó cụ lập sự
cố và tiếp tục cấp năng lượng cho dũng điện sự cố, dẫn đến việc duy trỡ hồ quang
điện tại vị trớ xảy ra sự cố thoỏng qua. Do đú, sẽ ngăn cản sự dập tắt hồ quang điện tại vị trớ sự cố. Điều này sẽ dẫn đến sự khụng thành cụng của tự đúng lại (RC), sự cố thoỏng qua lại trở thành sự cố vĩnh cửu. Bằng việc ngăn cản tự đúng lại khụng thành cụng cũng làm tăng thờm cỏc ỏp lực đối với cỏc thiết bịđiện cụ thểởđõy là tự động đúng lại, bởi vỡ RC tỏc động thỡ đú là đúng lại một sự cố vào hệ thống. d. Tựđộng đúng lại khụng đồng bộ Ngoài việc ngăn cản tựđộng đúng lại thành cụng, nguồn điện phõn tỏn cũn cú thể gõy ra hiện tượng tự đúng lại hai lưới điện khụng đồng bộ với nhau. Như đó trỡnh bày ở trờn khi tự động đúng lại tỏc động nhầm cụ lập sự cố thoỏng qua, tuy nhiờn trong lưới điện vẫn cũn nguồn điện phõn tỏn cung cấp năng lượng cho dũng
điện sự cố, ngay cả khi sự cố thoỏng qua đó biến mất (hồ quang điện tại vị trớ sự cố
bị dập tắt) thỡ nguồn điện phõn tỏn vẫn tiếp tục cấp điện cho phần lưới điện bị cụ lập. Phần lưới điện này sẽ cú tần số khỏc với tần số hệ thống. Do đú sẽ sinh ra hiện tượng tự đúng lại hai lưới điện khụng đồng bộ, trường hợp này rất nguy hiểm nếu tại thời điểm tự đúng lại tỏc động hai lưới điện lại nghịch pha nhau. Việc này dẫn
đến quỏ điện ỏp, quỏ dũng điện và mụ men xoắn lớn xuất hiện trờn cỏc trục của thiết bị quay. Cỏc hiện tượng này gõy ra cỏc hư hỏng nặng cho cỏc mỏy điện quay và mỏy phỏt điện quay.
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 36 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011
1.5.6.3. Sự phối hợp giữa rơle, cầu chỡ và tựđúng lại trờn đường dõy
Việc kết nối nguồn điện phõn tỏn vào lưới điện đũi hỏi cần phải xem xột lại khoảng thời gian phối hợp giữa cỏc bảo vệ ởđường dõy lõn cận, vỡ ảnh hưởng của nguồn điện phõn tỏn đến sự phối hợp của cỏc bảo vệ khụng chỉ giới hạn trờn đường dõy mà cũn cú sựđúng gúp của nguồn điện phõn tỏn kết nối vào. Sự cốởđường dõy lõn cận cú thể khiến cho cỏc bảo vệđường dõy của nguồn điện phõn tỏn kết nối vào hoạt động. Đặc biệt, xỏc suất này xảy ra lớn khi khoảng cỏch của nguồn điện phõn tỏn và điểm sự cố trờn đường dõy lõn cận gần thanh gúp (TG) của trạm nguồn [6]. Sự tỏc động nhầm của bảo vệ trờn đường dõy cú nguồn điện phõn tỏn kết nối này là khụng mong muốn vỡ sự cố đú khụng nằm trong phạm vi bảo vệ của nú, và sẽ dẫn
đến ngừng cung cấp điện cho cỏc phụ tải trong khi đường dõy đú khụng hề bị sự cố.
HT MC1 RC CC DG MC2 1 2 Hỡnh 1.3. Sơđồ mụ tả tỏc động của nguồn điện phõn tỏn đến cỏc sự cốở đường dõy lõn cận
Xột lưới điện như hỡnh 1.3, sự cố của đường dõy thứ nhất cú dũng sự cốđến từ hai nguồn là: hệ thống và nguồn điện phõn tỏn. Sự cố được phỏt hiện bởi rơle ở
mỏy cắt đầu đường dõy số 1 (MC1), rơle ở mỏy cắt đầu đường dõy số 2 (MC2), tự đúng lại trờn đường dõy 2 (RC) và cầu chỡ của nguồn điện phõn tỏn (CC). Thụng
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 37 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011 thường ta mong muốn rằng mỏy cắt ở đầu đường dõy số 1 (MC1) sẽ loại bỏ sự cố
khỏi lưới điện. Tuy nhiờn nếu bảo vệ tại MC1 tỏc động chậm [5], cú thể dẫn đến RC trờn đường dõy số 2 hoặc CC của nguồn điện phõn tỏn sẽ tỏc động với sự cố này.
Điều này dẫn đến sự ngừng cung cấp điện khụng mong muốn đối với cỏc phụ tải trờn đường dõy số 2 hoặc cắt khụng mong muốn nguồn điện phõn tỏn ra khỏi lưới
điện. Để khắc phục điều này RC trờn đường dõy số 2 cần tỏc động chậm lại hoặc MC1 ởđầu đường dõy số 1 cần tỏc động nhanh hơn hoặc cả hai. Việc thay đổi cỏc cài đặt trong hệ thống bảo vệ cần được xem xột khi phối hợp nhiều thiết bị bảo vệ
trong lưới điện và trong cỏc chếđộ sự cố khỏc nhau. Sự phối hợp của thiết bị bảo vệ
thớch hợp cho tất cả cỏc sự cố trờn lưới điện là rất khú khăn. Do đú, trong trường hợp này người ta thường thay thế cỏc bảo vệ quỏ dũng khụng hướng trờn cỏc đường dõy bằng cỏc bảo vệ quỏ dũng cú hướng. Việc thờm cỏc bảo vệ quỏ dũng cú hướng tại cỏc mỏy cắt đầu đường dõy và cỏc tự động đúng lại trờn đường dõy sẽ giỳp ta giải quyết được vấn đề này.
1.5.6.4 Độ nhạy của bảo vệ và thời gian tỏc động
Bảo vệ quỏ dũng chạm đất được sử dụng trong hệ thống bảo vệ của lưới
điện phõn phối nhằm mục đớch tăng độ nhạy của hệ thống bảo vệđối với cỏc sự cố
chạm đất. Tổng trở thứ tự khụng của lưới điện phõn phối thường lớn hơn tổng trở
thứ tự thuận của lưới điện phõn phối. Điều này dẫn đến dũng điện thứ tự khụng giảm rất nhanh khi điểm sự cố nằm xa trạm biến ỏp khu vực. Trong một số trường hợp dũng điện sự cố chạm đất cú thể cũn nhỏ hơn dũng điện làm việc cực đại của
đường dõy. Rơle bảo vệ chống chạm đất sẽ được cài đặt giỏ trị dưới giỏ trị dũng
điện làm việc cực đại của lưới điện, để cú thể đạt được độ nhạy cần thiết và phỏt hiện ra cỏc dũng chạm đất cú giỏ trị nhỏ. Độ nhạy bị giới hạn bởi độ khụng đối xứng giữa cỏc pha lớn nhất cho phộp của lưới điện. Khi nguồn điện phõn tỏn kết nối với lưới điện thụng qua một mỏy biến ỏp cú tổ đấu dõy là Y0/∆ thỡ cỏc dũng điện khụng đối xứng và cỏc dũng điện sự cố chạm đất sẽ khụng chỉ được cấp điện từ cỏc trạm biến ỏp khu vực mà nú cũn được cấp điện từ nguồn điện phõn tỏn. Điều này khiến cho dũng điện sự cố chạm đất được đo ởđầu đường dõy giảm xuống sẽ khiến
Học viờn: Lờ Thị Minh Trang 38 Ngành: Kĩ thuật điện 2009-2011 cho thời gian tỏc động của cỏc sự cố đó được phỏt hiện tăng lờn, trừ khi ta giảm giỏ trịđặt của rơle bảo vệ chạm đất khi cú nguồn điện phõn tỏn kết nối vào lưới.
Ảnh hưởng của nguồn điện phõn tỏn đến độ nhạy của rơle trong cỏc sự cố
ngắn mạch ba pha hay ngắn mạch hai pha khụng rừ rệt như trường hợp ngắn mạch chạm đất. Khi cú nguồn điện phõn tỏn kết nối vào lưới điện thỡ sự suy giảm của dũng sự cố đo được ở đầu đường dõy trong cỏc sự cố ngắn mạch ba pha hoặc hai pha là khụng đỏng kể, do đú khụng gõy ra cỏc ảnh hưởng rừ rệt đến độ nhạy của rơle. Tuy nhiờn dũng điện sự cố lại tăng lờn do cú thờm thành phần dũng điện đến từ
cỏc nguồn điện phõn tỏn. Điều này dẫn đến một số vấn đề về phối hợp bảo vệ giữa cầu chỡ và cỏc thiết bị bảo vệ khỏc trong lưới điện.
1.5.7. Thay đổi tổn thất cụng suất trờn lưới điện
Nguồn điện phõn tỏn kết nối vào lưới điện phõn phối sẽ tỏc động đến tổn thất cụng suất trờn lưới điện. Nguồn điện phõn tỏn cú thể làm tăng hoặc làm giảm tổn thất cụng suất trờn lưới điện tựy thuộc vào vị trớ nguồn điện phõn tỏn và kết cấu của lưới điện. Nếu nguồn điện phõn tỏn được kết nối ở cỏc vị trớ gần trung tõm của cỏc phụ tải tại chỗ sẽ giỳp chỳng ta giảm được tổn thất trờn lưới điện, bởi vỡ dũng cụng suất khụng phải truyền đi xa. Tuy nhiờn vị trớ đặt cỏc nguồn điện phõn tỏn lại phụ thuộc vào cỏc nguồn năng lượng sơ cấp, vỡ vậy khụng phải lỳc nào ta cũng cú thể kết nối nguồn điện phõn tỏn vào trung tõm phụ tải. Do đú nếu nguồn điện phõn tỏn được kết nối vào cỏc vị trớ đủ xa trung tõm phụ tải, thỡ khụng những khụng làm giảm được tổn thất trờn lưới điện mà nguồn điện phõn tỏn cũn làm tăng tổn thất cụng suất trờn lưới điện.
1.5.8. Mất tớnh ổn định của lưới điện phõn phối
Sự mất ổn định trong chếđộ quỏ độ thụng thường khụng phải là một vấn đề đối với cỏc nguồn điện được kết nối vào lưới điện phõn phối. Tuy nhiờn nếu nguồn
điện phõn tỏn được kết nối vào lưới điện phõn phối thụng qua một đường dõy quỏ dài và cú hệ thống bảo vệ với khoảng thời gian tỏc động đủ lõu cú thể dẫn đến cỏc