3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống
4.4.1.Giới thiệu tóm tắt về Recloser
Tên gọi đầy đủ theo tiêu chuẩn ANSI C37.100-1981 là Automatic Circuit Recloser. Tiêu chuẩn ANSI C37.100-1981 định nghĩa Recloser nh− sau:
Recloser là thiết bị tự điều khiển dùng để cắt, đóng lại tự động một mạch điện xoay chiều, với một chu trình mở, đóng lại định tr−ớc, cùng với các chức năng khôi phục, giữ trạng thái đóng hay cắt hẳn.
Về nguyên lý hoạt động, Recloser là một thiết bị tự điều khiển với các mạch chức năng cần thiết để phản ứng khi có quá dòng điện, định thời gian và cắt các sự cố quá dòng điện, sau đó tự động đóng để cấp điện trở lại. Nếu sự cố duy trì, Recloser sẽ cắt hẳn (lock out) sau một số lần thao tác đóng mở cài đặt tr−ớc (nhiều nhất là 4 lần) để cách ly phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.
Giữa Recloser và máy cắt có những điểm khác nhau cơ bản, cần tránh sự nhầm lẫn về cách gọi tên, cũng nh− trong sử dụng làm ảnh h−ởng đến tính năng, chất l−ợng vận hành và tuổi thọ thiết bị.
* Về tiêu chuẩn áp dụng:
Các tiêu chuẩn ANSI dùng cho Recloser là các tiêu chuẩn ANSI/IEEE C37.60-1981 và C37.61-1981. Ch−a có tiêu chuẩn IEC áp dụng cho Recloser. Các tiêu chuẩn ANSI dùng cho máy cắt là các tiêu chuẩn C37.04- 1979, C37.60-1987 và C37.09-1979. Tiêu chuẩn IEC áp dụng cho máy cắt là IEC56.
Recloser đ−ợc thiết kế là một thiết bị tự điều khiển. Tiêu chuẩn và các đặc tính đ−ợc xác định theo các đặc tính của sơ đồ điều khiển bên trong của Recloser. Các tính năng dòng cắt ngắn mạch, thời gian trễ, đ−ợc xác định bởi các đặc tính dòng - thời gian định tr−ớc và sự cài đặt đóng lại.
Máy cắt đ−ợc thiết kế để sử dụng với các sơ đồ rơle/điều khiển độc lập nên tiêu chuẩn và các quy định về định mức máy cắt phải xác định và cho phép máy cắt làm việc trong một dải các giá trị rộng của các chu trình rơle/điều khiển về thời gian trễ lớn nhất, về khoảng thời gian đóng lại, về dòng ổn định nhiệt.
Recloser có thể xem nh− một thiết bị tự điều khiển hoàn chỉnh gồm hai khối chức năng chính sau: Khối đóng cắt và khối điều khiển.
Khối đóng cắt:
Khối đóng cắt là bộ phận động lực dùng để đóng cắt mạch điện trong vận hành bình th−ờng và cắt dòng ngắn mạch khi sự cố. Khối này bao gồm các buồng cắt chân không đặt trong môi tr−ờng cách điện bằng dầu, bằng khí SF6 hay đ−ợc bọc ngoài bằng cách điện rắn và một cơ cấu truyền động để thực hiện các thao tác đóng cắt.
Với việc sử dụng buồng cắt chân không và các vật liệu cách điện ngoài có đặc tính cách điện −u việt, Recloser có tính năng đóng cắt cao, có kích th−ớc nhỏ gọn, thuận tiện cho lắp đặt và có tuổi thọ vận hành về cơ và điện cao.
Trong đó:
1. Thanh dẫn tĩnh. 6. Vỏ buồng cắt. 2. Thanh dẫn động. 7. Vỏ kim loại. 3. Hệ thống tiếp điểm chính. 8. Bộ tiếp điểm. 4. Tấm ngăn không khí. 9. ống kim loại. 5. Tấm chắn bảo vệ. 10. Nắp kim loại.
Hình 4.2: Buồng cắt chân không
Hình 4.4: Recloser – 27kV - VR 3S
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của Recloser – 27kV - VR 3S
Buồng cắt chân không Vật liệu cách điện bằng nhựa tổng hợp Cảm biến dòng điện Cảm biến dòng điện Bộ truyền động cơ khí
Hình 4.5: Hợp bộ Recloser của hing Nuclec
Cơ cấu truyền động th−ờng là loại điện từ gồm các cuộn dây nam châm điện đóng cắt, phối hợp với cơ cấu lò xo đóng cắt và các chốt cố định vị trí đóng cắt. Các Recloser thế hệ mới th−ờng sử dụng cơ cấu truyền động bằng nam châm hai trạng thái ổn định (bi-stable magnetic actuator) sử dụng nam châm loại từ tính cao. Cơ cấu truyền động này có thời gian đóng cắt nhanh và tiêu hao năng l−ợng thấp. Các bộ biến dòng, biến điện áp đ−ợc lắp trên khối đóng cắt, cảm nhận và đ−a tín hiệu dòng, áp về khối điều khiển xử lý qua cáp điều khiển.
Khối điều khiển và bảo vệ:
Khối điều khiển và bảo vệ là bộ phận quyết định tính năng về bảo vệ, đo l−ờng, điều khiển, tự đóng lại đ−ợc đ−a vào một tủ điều khiển. Với nhiều module chức năng bổ sung, tủ điều khiển có thể l−u giữ, truy xuất số liệu, ghép nối với các hệ thống tự động l−ới điện phân phối (DAS). Các chức năng này phụ thuộc vào mức độ xử lý của tủ điều khiển.
Các yêu cầu cơ bản của một tủ điều khiển Recloser là phải thao tác đơn giản và tin cậy, các chức năng xử lý linh hoạt và khả năng thu thập, l−u giữ các dữ liệu phong phú.
Hình 4.6: Khối điều khiển và bảo vệ của Recloser 27kV- VR 3S
Tủ điều khiển, bảo vệ hiện nay th−ờng sử dụng loại điện tử, vi xử lý có tính linh hoạt và độ chính xác cao, dễ điều chỉnh, kiểm tra, giao diện thân thiện với ng−ời sử dụng. Việc cài đặt các chế độ làm việc cho tủ dễ dàng thực hiện từ các phím bấm trên bảng mặt tr−ớc tại tủ, hay có thể cài đặt bằng các máy tính cá nhân sử dụng các phần mềm cài đặt kết nối qua các cổng dữ liệu RS232…
Tủ điều khiển còn gắn các bo mạch vào/ra để tăng c−ờng các chức năng vận hành nh− giám sát, điều khiển từ xa.
Trên bảng mặt tr−ớc của tủ điều khiển đ−ợc lắp đặt các đèn LED chỉ thị trạng thái hoạt động của tủ điều khiển, cũng nh− các chức năng bảo vệ, điều khiển, giám sát… đang đ−ợc kích hoạt.
Bộ phận phụ trợ:
Tùy thuộc vào từng nhà sản xuất, các hợp bộ Recloser còn bao gồm các biến áp cấp nguồn ngoài, cáp điều khiển, cáp đấu nối giao diện với máy tính, các phần mềm cài đặt, truy xuất số liệu…
Một số hợp bộ Recloser có đi kèm các biến áp tự dùng để cấp nguồn cho các bo mạch điều khiển, nạp cho các ắc quy để thực hiện chức năng đóng cắt. Trong lắp đặt, vận hành cần đặt nấc phân áp của máy biến áp tự dùng phù hợp với điện áp l−ới điện để đảm bảo điện áp phía thứ cấp phù hợp với yêu cầu cấp điện cho các bo mạch, cho các bộ nạp ắc quy của tủ. Khi điện áp cấp cho tủ quá thấp sẽ ảnh h−ởng xấu đến chế độ làm việc của các bo mạch điều khiển, ắc quy không đ−ợc nạp đủ có thể bị chai, điện áp cấp cho các cuộn dây đóng không đủ làm cho Recloser đóng không thành công và phải đóng lại nhiều lần, nguy hiểm cho cuộn dây đóng. Điện áp cấp nguồn quá cao sẽ gây nguy hiểm cho vận hành của tủ điều khiển.
Recloser có thể đ−ợc sử dụng ở bất cứ vị trí nào trong hệ thống, miễn là các giá trị định mức của Recloser thích hợp với những yêu cầu của mạng điện. Các vị trí lắp đặt thích hợp của Recloser th−ờng là:
- Lắp trong một trạm phân phối nh− một thiết bị bảo vệ đầu nguồn. - Lắp đặt trên đ−ờng dây, cách trạm một khoảng cách nào đó để phân đoạn những đ−ờng dây cung cấp có chiều dài lớn, ngăn chặn đ−ợc tình trạng mất điện toàn bộ khi có một sự cố kéo dài ở phần cuối của đ−ờng dây. - Lắp đặt trên những nhánh rẽ của đ−ờng dây chính nhằm bảo vệ đ−ờng dây chính khỏi bị mất điện khi có sự cố trên những nhánh rẽ này.
L−u ý khi lắp Recloser ở những đ−ờng dây có hai nguồn cung cấp phải trang bị rơle kiểm tra đồng bộ RKĐ để loại trừ khả năng hoà điện phi đồng bộ giữa hai hệ thống. Đối với l−ới điện trung áp ở khu vực miền Trung, đ−ờng dây có hai nguồn chủ yếu là mạch kết nối giữa l−ới điện quốc gia và các nguồn thuỷ điện vừa và nhỏ cũng nh− một số khu công nghiệp có nguồn phát dự phòng tại chỗ.
Phần điều khiển và bảo vệ của Recloser:
1) Các đ−ờng đặc tính tác động Ampe giây
Các Recloser thế hệ mới sử dụng tủ điều khiển điện tử, vi xử lý có hệ thống các đ−ờng đặc tính Ampe giây (Time Current Characteristic curves) theo các tiêu chuẩn ANSI và các đ−ờng đặc tính lập trình bởi ng−ời dùng để có thể linh hoạt trong phối hợp đặc tính với các Recloser khác hay với các thiết bị bảo vệ nh− rơle máy cắt hay các cầu chì.
2) Chu trình tác động và khoảng thời gian đóng lại:
Chu trình tác động yêu cầu của Recloser phải đ−ợc lựa chọn căn cứ vào thực tế của hệ thống và yêu cầu phối hợp với các thiết bị phân đoạn khác, cũng nh− với hệ thống rơle máy cắt xuất tuyến trạm nguồn.
Chu trình tác động chuẩn của các nhà sản xuất Recloser với các tủ điều khiển điện tử, vi xử lý hầu hết đáp ứng với các chế độ cài đặt và các yêu cầu phối hợp đối với các thiết bị bảo vệ khác trên l−ới phân phối. Recloser có thể cài đặt số lần cắt đi đến cắt hẳn là 4 lần theo chu trình nh− sau:
Mở – t1 - đóng/mở – t2 - đóng/mở – t3 - đóng/mở.
Các khoảng thời gian đóng lại t1, t2, t3 có thể điều chỉnh độc lập với các dải điều chỉnh nh− sau:
Bảng 4.2: Dải thời gian chỉnh định của các loại Recloser
Nhà sản xuất t1 t2 t3
Cooper 0,5 – 45s 1,8 – 45s 1,8 – 45s Nulec 0,5 – 180s 2 – 180s 2 – 180s Whipp & Bourne 0,25 – 180s 0,25 – 180s 0,25 – 180s