Thống kê sự cố trên lưới điện Bắc Kạn đã trình bày trong bảng 1 phần mở đầu. Qua thống kê cho thấy, khi sự cố xảy ra vẫn có những trường hợp nhảy vượt cấp, có thể mô tả như bảng 1.7
Bảng 1.7.Thống kê sự cố vượt cấp Ngày MC lộ đường dây Bảo vệ Dạng sự cố
Nguyên nhân Giải thích ngoài VC TQ 24/1 2/18 MC 371/2B Nhạn Môn 1 Dòng sự cố Ia= 5A; Ib= 149A; Ic= 150A. Do dân chặt
cây đổ vào đường dây VT 24-25 sau CD 371-7/1 nhánh Phiêng Tạc MC 371/5C Nghiêm Loan nhẩy đồng thời, đến 14:28 đóng lại tốt. 29/1 2/18 MC371 E26.1 I 1 Dòng sự cố Ia = 1360A, Ib = 1280A, Ic = 140A (bị nhảy vượt cấp từ MC371/35A) Kiểm tra MC371/35A có dòng sự cố Ia = 1303A, Ib = 1363A, Ic = 98A MC nhảy đóng lặp lại tốt. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này đã giới thiệu mô hình tổ chức công ty Điện lực Bắc Kạn, phân tích đặc điểm nguồn điện, lưới điện, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ trên lưới điện 35 kV nói chung và 371-E26.1. Tìm hiểu chức năng bảo vệ, thông số cài đặt cho một số Recloser lộ 371. Đây là những thông tin ban đầu quan trọng để nghiên cứu trong chương tiếp theo.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG BẢO VỆ TRONG RECLOSER 2.1. Tổng quan về Recloser
Recloser là một thiết bị có khả năng phát hiện các điều kiện quá dòng pha và pha – đất, để ngắt mạch nếu quá dòng vẫn tồn tại sau một thời gian xác định trước, và sau đó tự động đóng lại để cấp lại năng lượng cho đường dây. Nếu sự cố vẫn tồn tại, thì recloser sẽ vẫn mở sau một số thao tác được cài đặt trước, do đó cách ly phần bị sự cố với phần còn lại của hệ thống. Đối với đường dây phân phối trên không, từ 75 đến 95% các sự cố có tính chất tạm thời, nhiều nhất là trong một vài chu kỳ hoặc vài giây. Do đó, recloser, với đặc tính mở / đóng của nó, sẽ ngăn chặn một mạch phân phối bị loại khỏi hệ thống đối với các sự cố tạm thời. Thông thường recloser được thiết kế để có tối đa ba thao tác mở - đóng và sau đó một thao tác mở cuối cùng để khóa chuỗi làm việc. Một hoạt động đóng thêm bằng phương tiện thủ công thường được cho phép. Đường đặc tính thời gian / dòng điện của recloser thường kết hợp ba đường cong, một nhanh và hai trễ, được chỉ định lần lượt là A, B và C [9]. Hình 2.1 cho thấy một tập hợp các đường cong thời gian / dòng điện điển hình cho các recloser. Tuy nhiên, các recloser mới với các điều khiển dựa trên bộ vi xử lý có bàn phím cho phép kỹ sư tạo ra bất kỳ đường cong nào cho cả sự cố pha và pha đất.
Phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác là rất quan trọng để đảm bảo rằng, khi xảy ra sự cố, phần mạch điện bị ngắt kết nối là nhỏ nhất để giảm thiểu sự gián đoạn nguồn cung cấp cho khách hàng. Nói chung, đặc tính thời gian và trình tự hoạt động của recloser được lựa chọn để phối hợp với các cơ cấu ngược về nguồn. Sau khi chọn công suất và trình tự hoạt động của recloser, các thiết bị phía sau được điều chỉnh để đạt được sự phối hợp chính xác. Một chuỗi điển hình của thao tác recloser cho một sự cố vĩnh cửu được biểu diễn trong hình 2.2. Giai đoạn đầu tiên được thực hiện ở chế độ tức thời để xóa các sự cố tạm thời trước khi chúng gây thiệt hại cho các đường dây. Ba giai đoạn sau hoạt động với thời gian cài đặt định trước. Nếu sự cố là cố định, hoạt động trễ thời gian cho phép các thiết bị bảo vệ khác gần sự cố hơn mở ra, giới hạn số lượng lưới điện bị ngắt kết nối.
Hình 2.2. Trình tự làm việc của Recloser
Sự cố chạm đất ít nghiêm trọng hơn sự cố pha, nhưng điều quan trọng là recloser cần có độ nhạy thích hợp để phát hiện ra chúng. Một phương pháp là sử dụng các CT được kết nối để tạo ra dòng dư mà trong điều kiện bình thường xấp xỉ bằng không. Recloser nên hoạt động khi dòng điện dư vượt quá giá trị cài đặt, như sẽ xảy ra trong các sự cố chạm đất.
Hiện nay, recloser dùng cho lưới phân phối điện áp đến 35 kV, nó là thiết bị hợp bộ gồm các bộ phận chính sau:
- Bảo vệ quá dòng - Tự đóng lại (TĐL) - Thiết bị đóng cắt - Điều khiển bằng tay
Recloser có thể đặt bất kỳ nơi nào trên hệ thống mà thông số định mức của nó thỏa mãn các đòi hỏi của hệ thống. Những vị trí hợp lý có thể đặt là:
- Tại trạm như thiết bị bảo vệ chính
- Trên đường dây trục chính nhưng cách xa trạm để phân đoạn các đường dây dài, như vậy ngăn chặn sự ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống khi có sự cố cách xa nguồn.
- Trên đầu các nhánh rẽ của đường dây trục chính nhằm bảo vệ đường dây trục chính khỏi bị ảnh hưởng do các sự cố trên nhánh rẽ gây ra.
2.1.1. Đặc tính Recloser
Thời gian cắt của recloser được mô tả bởi phương trình [13] , [14]
m A t B T DS MP C ( ) (2.1) Trong đó:
T DS - thời gian đặt (time dial setting), thông thường bằng 1 cho recloser kiểu chậm và bằng 0,5 cho recloser kiểu nhanh.
MP - bội số dòng khởi động: MP If / Ipickup, If - dòng sự cố, Ipickup - dòng khởi động (dòng đặt). Dòng điện Ipickup của CB và Recloser có thể tính toán theo dòng định mức Inomtheo phương trình
pickup OLF nom
I K I (2.2)
A B C m, , , là các hệ số tùy vào loại đặc tính và được cung cấp bời nhà sản xuất (tiêu chuẩn IEC hay IEEE) [10]:
- Các đường cong phụ thuộc theo IEC60255
Dốc chuẩn A 0 14, ;B 0;C 1;m 0 02,
Rất dốc A 13 5, ;B 0;C 1;m 1
Cực dốc A 80;B 0;C 1;m 2
- Các đường cong phụ thuộc theo IEEE C37.112- 1996
Trung bình A 0 0515, ;B 0 114, ;C 1;m 0 02,
Rất dốc A 19 61, ;B 0 491, ;C 1;m 2
Cực dốc A 28 2, ;B 0 1217, ;C 1;m 2
- Các đường cong phi tiêu chuẩn (Kyle:101, 102, 103, 104, 105, 106, 107,111,112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119,120, 121, 122,131, 132,133,134,135,136,137,138,139,140,141,142,151,
152,161,162, 163, 164, 165, 200, 201, 201).
2.1.2. Phối hợp Recloser và Recloser
Recloser đoạn sau phải nhanh hơn recloser đoạn trước và thời gian giải trừ của recloser phía sau cộng với sai số của nó phải thấp hơn thời gian giải trừ recloser đoạn trước (đã cộng với sai số). Thông thường, cài đặt của recloser tại trạm biến áp được sử dụng để đạt được ít nhất một lần đóng lại nhanh, để xóa các sự cố tạm thời trên đường truyền giữa trạm biến áp và recloser. Số lần đóng lại nhanh của các recloser phía sau nên được đặt cùng hoặc lớn hơn recloser tại trạm biến áp.
2.1.3. Phối hợp Recloser và Rơle
Hai yếu tố cần được tính đến cho sự phối hợp của các thiết bị này, bộ ngắt mở mạch một số chu kỳ sau khi rơle liên quan tác động và rơle phải tích hợp thời gian giải trừ của recloser. Thời gian trở về của rơle thường dài, nếu dòng điện sự cố được áp dụng lại trước khi rơle trở về hoàn toàn, rơle sẽ di chuyển điểm vận hành của nó đến vị trí trở về riêng này.
Ví dụ, một recloser với trình tự tác động hai nhanh và hai trễ với khoảng thời gian lặp lại là 2 giây, cần thiết để phối hợp với rơle quá dòng pha, mất 0,6 giây để đóng các tiếp điểm của nó và 16 s để rơ le hoàn toàn trở về. Thời gian hoạt động nhanh của recloser là 0,03 giây và thời gian hoạt động chậm là 0,3 giây.
- Tỷ lệ phần trăm của hoạt động chuyển tiếp trong đó mỗi lần mở recloser nhanh là (0,03 s / 0,6 s) x 100 % = 5%. Tỷ lệ trở về của rơle diễn ra trong khoảng thời gian recloser là (2 s / 16 s) x 100% = - 12,5%. Do đó, rơle hoàn toàn trở về sau cả hai lần mở nhanh của recloser. - Tỷ lệ phần trăm của hoạt động chuyển tiếp trong lần đầu tiên mở trễ
của recloser là (0,3 s / 0,6 s) x 100 % = 50 %. Tỷ lệ trở về của rơle cho lần mở thứ ba của recloser là - 12,5%, như trước đây, do đó tỷ lệ phần trăm ròng của hoạt động chuyển tiếp sau lần mở thứ ba của recloser = 50 % - 12,5 % = 37,5%. Tỷ lệ phần trăm của hoạt động chuyển tiếp trong lần mở trễ thứ hai của recloser = (0,3 giây / 0,6 giây) x 100 = 50% và tổng tỷ lệ phần trăm của hoạt động chuyển tiếp sau lần mở thứ tư của recloser = 37,5% + 50% = 87,5%. Có nghĩa hành trình của rơ le vẫn còn khoảng 15% (15%x0,6=0,09s) để đóng tiếp điểm và cắt máy cắt.
Từ phân tích trên, có thể kết luận rằng rơle không đạt đến 100% hoạt động tại thời điểm mở cuối cùng của recloser, và do đó sự phối hợp được đảm bảo.
Hình 2.3. Phối hợp recloser và rơ le: A- đặc tính thời gian – dòng điện của recloser mở nhanh; B tính thời gian – dòng điện của recloser mở chậm;
C- đặc tính thời gian – dòng điện của rơle.
Nếu các recloser được sử dụng tại trạm như bộ ngắt trung chuyển trên đường dây, cần phải chọn phù hợp để đáp ứng các điều kiện sau [13]:
- Khả năng ngắt của recloser phải lớn hơn dòng sự cố tính toán tối đa trên thanh cái.
- Dòng định mức cuộn dây của recloser phải lớn hơn dòng tải cực đại của mạch. Dòng định mức cuộn dây reclose phải đủ lớn đối với sự tăng tải bình thường và những nhiễu loạn ngẫu nhiên liên quan. Thông thường phạm vi giữa tải đỉnh trên mạch và dòng định mức cuộn dây recloser khoảng 30 %.
- Dòng điện khởi động (pick-up) tối thiểu của recloser là hai lần dòng định mức cuộn dây của nó. Điều này xác định vùng bảo vệ của nó như được thiết lập bởi dòng sự cố tính toán tối thiểu trong mạch. Dòng khởi động tối
thiểu phải vượt ra ngoài điểm phân chia của recloser đường dây đầu tiên, tức là, bảo vệ chồng lấn phải được cung cấp giữa recloser của trạm và recloser đường dây đầu tiên. Nếu không thể có được bảo vệ chồng lấn, thì cần phải di chuyển recloser đường dây đầu tiên để nó nằm trong vùng bảo vệ của recloser trạm.
2.2. Thông số kỹ thuật, chức năng các loại Recloser dùng trên lộ 371
Như đã trình bày trong chương 1, hiện nay lưới điện 371 E26.1 sử dụng 2 loại recloser là Cooper và Nu-Lec
2.2.1. Recloser Cooper Nova i
Recloser Nova i 3 pha là loại có buồng cắt chân không cho hệ thống điện phân phối dưới 38 kV. Recloser Nova i được thiết kế và kiểm tra tương thích với tủ điều khiển của hãng Cooper Power Systems. Hệ thống hợp chất cách điện rắn không sử dụng khí, chất lỏng, xốp cách điện. Recloser Nova i có khả năng chịu đựng với oxi, ozôn, hơi ẩm, bụi bẩn, tia cực tím cao. Recloser Nova i có 03 môđun buồng cắt đúc trong chất rắn, biến dòng lắp sẵn và cơ cấu chấp hành từ. Recloser phù hợp cho vận hành ở nhiệt độ từ -400C đến +650C. Hình 2.4 là hình ảnh của một Recloser Nova i.
Bảng 2.1 là thông số kỹ thuật của Recloser Cooper
Điện áp định mức
Điện áp lớn nhất
Định mức xung cơ bản (BIL) Giới hạn nhiễu vô tuyến (µV)
Mức cách điện khô ở tần số công nghiệp Mức cách điện ướt ở tần số công nghiệp
38,8 kV 170,0 kV 100@ 23,0 kV 70 kV 60 kV Dòng điện định mức Dòng liên tục định mức Dòng ngắn mạch đối xứng Dòng đóng ngắn mạch đỉnh, không đối xứng Dòng đóng ngắn mạch, không đối xứng RMS 630 A 12,5 kA 31,0 kA 20,0 kA Định mức cơ khí Số lần thao tác điện/cơ nhỏ nhất Khối lượng kg(lbs) 10000 125(275) Số lần cắt ngắn mạch % dòng cắt định mức 15-20 45-55 90-100 Số lần thao tác 88 112 32 Tổng 232 X/R nhỏ nhất 4 8 17 Máy biến dòng (CT) tích hợp sẵn [12] 1000:1
Giao diện nguồn điều khiển
Recloser Nova i (hình 2.5 và 2.6) với giao diện nguồn - điều khiển hoàn toàn hoạt động được cùng với tủ vi điều khiển có trang bị bộ chuyển đổi DC- DC, mạch giao diện, cáp điều khiển 19 chân. Giao diện nguồn - điều khiển bao gồm đầu cắm 19 chân trên recloser và bộ sưởi bên trong
(điều khiển độ ẩm) được cấp nguồn từ nguồn vào của tủ điều khiển.
Bo mạch chuyển đổi DC-DC chuyển đổi 24VDC từ ắc quy thành 53VDC để nạp tụ điện trong Nova i. Ngoài bo mạch chuyển đổi DC-DC còn có mạch giám sát điện áp để bảo vệ cho ắc uy khỏi hỏng hóc và cấp nguồn để thao tác đóng/cắt khi không có nguồn AC. Khi không có nguồn cấp AC thì ắc quy sẽ cấp nguồn để thao tác đóng/cắt. Một trình tự 4 lần cắt với khoảng thời gian đóng lại cực tiểu được thiết lập cho mỗi tủ điều khiển mà không cần nguồn AC. Bộ recloser và tủ điều khiển có thể thao tác hơn 1000 lần chỉ với nguồn ắc quy.
Hình 2.5. Cấu hình tủ điều khiển của recloser với nguồn máy biến điện áp cung cấp
Hình 2.6. Cấu trúc bên trong Recloser NOVAi Chức năng bảo vệ của Recloser Cooper
- Bảo vệ 51N-P/50N-P. Đặc tuyến I-t (TCC) theo tiêu chuẩn IEC, ANSI có thể lựa chọn. Các chức năng hiệu chỉnh đường cong TCC1 (cũng như TCC2) gồm có:
+ Thời gian tác động nhỏ nhất (Minimum Response Time) + Hệ số cộng thời gian (Time Adder)
+ Hệ số nhân thời gian (Time Multiplier)
- Bảo vệ quá dòng chạm đất nhạy (Sensitive Earth Fault)
- Bảo vệ quá dòng có hướng pha/đất (Directional Overcurrent 67N-P) - Chức năng cắt hẳn khi dòng cao (High current lockout)
- Bảo vệ thấp áp/quá áp (Under/Over Voltage 27/59)
- Bảo vệ thấp tần số/quá tần số (Under/Over Frequency 81) - Chức năng tự động đóng lại (Reclosing)
- Chức năng phát hiện dòng xung khởi động trên lưới khi đóng Recloser (Cold Load Pickup).
- 4 nhóm giá trị cài đặt thông số bảo vệ độc lập nhau - Chức năng đo lường:
+ Dòng điện + Điện áp
+ Công suất P, Q, S + Hệ số công suất + Tần số
- Chức năng ghi sự kiện vận hành: lưu trữ 100 sự kiện gần nhất trong bộ nhớ
2.2.2. Recloser Nu-Lec
Hình 2.7. Recloser Nu-Lec (Schneider Electric)
Recloser 3 pha treo trụ hiệu Nu-Lec Industries (Schneider Electric) là máy cắt đóng lặp lại, gồm các chức năng chính:
- Bảo vệ quá dòng chạm đất nhạy (SEF)
Bảo vệ SEF có thể được cài đặt các giá trị Available (Sẵn Sàng) hoặc Not Available (không sẵn sàng), và là một trang chức năng bảo vệ bằng mật
mã, được đặt trong trang màn hình {SYSTEM STATUS – OPTIONS 1: SEF Available}. Điều này giúp bạn bảo đảm rằng bảo vệ SEF không thể được kích hoạt tại những vị trí không thích hợp.
Nếu SEF được cài đặt ở giá trị available thì có thể kích hoạt chức năng này trên trang màn hình {SYSTEM STATUS – OPERATOR SETTINGS} mà không cần mật mã bằng cách chọn xoay vòng một trong các giá trị sau:
• E/F OFF, SEF OFF –Bảo Vệ Quá Dòng Đất tắt và Bảo Vệ SEF tắt. • E/F ON, SEF OFF - Bảo Vệ Quá Dòng Đất mở và Bảo Vệ SEF tắt. • E/F ON, SEF ON - Bảo Vệ Quá Dòng Đất mở và Bảo Vệ SEF mở. Không thể chọn lựa giá trị E/F OFF (tắt Bảo Vệ Quá Dòng Đất) nếu thông số E/F OFF được cài ở giá trị Not Allowed (Không cho phép tắt Bảo Vệ Quá Dòng Đất).
Phần tử Bảo Vệ SEF hoạt động như một phần tử bảo vệ thời gian xác định song song. Các Bội Số Dòng Ngưỡng Pha/ Đất, các Thời Gian Cộng Thêm, Cắt Tối Đa, Cắt Tối Thiểu không có tác dụng đối với bảo vệ SEF.
Bảo Vệ SEF sẽ cắt recloser khi dòng đất vượt qua giá trị dòng đặt SEF