3.2.1 Giai đoạn 1: Chưa có hệ thống SCADA
Áp dụng các nguyên tắc phối hợp các recloser để tự động cô lập phân đoạn bị sự cố và tái lập trạng thái lưới điện sau sự cố nêu tại [2], và nguyên tắc phối hợp đếm dòng xung đóng cắt giữa recloser và dao cắt có tải cho lưới điện phân phối gồm 2 nguồn cung cấp từ các trạm biến áp 1, 2 như hình 1. Trình tự phối hợp giữa các recloser và dao cắt có tải tự động cô lập phân đoạn sự cố và
FR S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
7
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
8
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
9
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
10
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
11
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
12
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
1
2
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
3
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
4
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
5
MC FR S1 S2 S3 MR TR MC
TBA 1 TBA 2
6
MC S1
tái cấu trúc lại lưới điện sau sự cố cụ thể như sau:
Hình 3.1. Sơ đồ phối hợp phân đoạn sự cố giữa recloser và dao cắt có tải
• Lưới điện đang làm việc bình thường, các recloser và dao cắt có tải phân đoạn trên tuyến ở trạng thái đóng, trừ recloser liên lạc TR ở trạng thái cắt.
• Khi có sự cố giữa dao cắt có tải S1 và S2. Đầu tiên recloser FR cắt, các dao cắt có tải S1, S2, S3 đếm một xung đóng cắt.
• Recloser FR đóng lại lần 1, nếu thành công hệ thống khôi phục tình trạng cấp điện như ban đầu.
• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 2, các dao cắt có tải S1, S2, S3 đếm hai xung đóng cắt. Dao cắt có tải S3 mở ra sau khi đếm 2 xung đóng cắt.
• Recloser FR đóng lại lần 2, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S3, giữa dao cắt có tải S3 và recloser MR. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.
• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 3, các dao cắt có tải S1, S2 đếm ba xung đóng cắt. Dao cắt có tải S2 mở ra sau khi đếm 3 xung đóng cắt.
• Recloser FR đóng lại lần 3, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S2, giữa dao
cắt có tải S2 và S3. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.
• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 4, dao cắt có tải S1 đếm bốn xung đóng cắt và dao cắt có tải S1 mở ra sau khi đếm 4 xung đóng cắt.
• Recloser FR đóng lại lần 4, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S1, giữa dao cắt có tải S1 và S2. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.
• Recloser MR và TR chuyển nhóm bảo vệ để nhận điện từ TBA 2, sau đó recloser TR đóng lại một lần cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.
TBA 2 cấp điện đến đầu dao cắt có tải S3.
• Nhân viên vận hành sẽ đóng lại dao cắt có tải S3 cấp điện cho phân đoạn S2 – S3 không bị sự cố.
• Sau khi khắc phục xong sự cố, đóng lại dao cắt có tải S1 và S2, recloser TR sẽ cắt khi nhận thấy công suất qua nó giảm (khoảng 50%) hoặc hướng công suất qua nó ngược chiều. Recloser MR sẽ khôi phục lại nhóm bảo vệ ban đầu, hệ thống tái lập lại trạng thái làm việc bình thường của lưới điện.
Nhận xét:
− Khi sử dụng các dao cắt có tải tự động làm thiết bị phân đoạn phối hợp với các máy cắt hoặc recloser; khi sự cố trên phân đoạn nào, các thiết bị phân đoạn sẽ tự động đóng/cắt theo một chu trình định sẵn để cô lập phân đoạn bị sự cố.
− Do máy cắt, recloser thường chỉ được thiết kế đóng lập lại tối đa 4 lần, do đó giữa 2 máy cắt, recloser chỉ nên lắp đặt tối đa 3 dao cắt có tải tự động được phối hợp làm việc theo nguyên tắc trên.
− Khi bị mất điện, các hộ sử dụng điện báo cho đơn vị quản lý vận hành. Căn cứ vào khu vực mất điện do sự cố, đơn vị quản lý vận hành sẽ cử nhân viên đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại phương thức cấp điện bình
thường của hệ thống.
− Đối với lưới mạch vòng hoặc các phân đoạn được cấp điện từ nhiều nguồn, các phân đoạn không bị sự cố sau recloser sẽ được cấp điện từ các phân đoạn khác theo nguyên tắc phối hợp giữa các recloser phân đoạn.
− Các phân đoạn nhỏ giữa 2 recloser phân đoạn bị sự cố, nhân viên sửa chữa của đơn vị quản lý vận hành căn cứ vào số lần đóng lại của recloser xác định chính xác phân đoạn bị sự cố và cô lập phân đoạn này, đề xuất phương thức cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm nhất, trong khi chưa khắc phục được điểm sự cố. Như ví dụ trên đóng lại dao cắt có tải S3 để cấp điện lại cho phân đoạn S2 S3 trước khi khắc phục sự cố giữa phân - đoạn S1-S2.
− Khi sự cố gần máy cắt hoặc các recloser phân đoạn, máy cắt hoặc recloser phải đóng lập lại đến 4 lần mới cô lập được điểm sự cố, thời gian cô lập vùng bị sự cố lâu. Máy cắt hoặc recloser làm việc nặng nề (đóng lập lại nhiều lần), giá thành của máy cắt và recloser phụ thuộc vào số lần đóng cắt dòng ngắn mạch do đó có giá thành cao.
3.2.2 Giai đoạn 2: Khi có hệ thống SCADA
Xét hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với các dao cắt có tải phân đoạn tự động và có hệ thống giám sát và thu thập số liệu SCADA như hình 3.2.
Hình 3.2. Hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với LBS phân đoạn tự động và có hệ thống SCADA.
Lúc đó trạng thái của các thiết bị phân đoạn (recloser, LBS), tình trạng vận hành của hệ thống điện được thể hiện rõ tại phòng điều hành của trung tâm điều hành hệ thống điện.
Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào tình trạng thiết bị điện trên hệ thống, tình trạng vận hành lưới điện để đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối ưu về mặt kinh tế kỹ thuật.
Ví dụ như có sự cố trên phân đoạn giữa LBS 1 và LBS 2 như hình 3, khi đó recloser và các LBS sẽ tự động phối hợp làm việc theo nguyên tắc đã trình bày ở trên nhằm cô lập phân đoạn bị sự cố, đồng thời báo tình trạng của các thiết bị đóng cắt, số lần đóng lập lại các recloser về trung tâm điều khiển qua hệ thống SCADA.
Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào các số liệu trên màn hình SCADA như tình trạng thiết bị điện trên hệ thống, số lần đóng cắt các recloser, phán đoán phân đoạn bị sự cố và đưa đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối ưu
về mặt kinh tế kỹ thuật. Ví dụ như cử nhân viên sửa chữa của đơn vị QLVH đến khắc phục sự cố trên phân đoạn LBS1 LBS2 và đóng lại LBS 3 từ xa để – cấp điện cho phân đoạn LBS 2 LBS 3 không bị sự cố. –
Hình 3.3. Sự cố giữa phân đoạn LBS 1 và LBS 2.
Tóm lại: Tương tự như hệ thống phân đoạn bằng recloser phối hợp với dao cắt có tải tự động trong giai đoạn 1; ở giai đoạn 2 khi có hệ thống SCADA, khi có sự cố trên phân đoạn nào, thì các recloser và các dao cắt có tải sẽ phối hợp theo chương trình định sẵn và cô lập phân đoạn bị sự cố, sau đó các thiết bị (recloser, dao cắt có tải) phân đoạn sẽ gửi tín hiệu trạng thái về trung tâm điều hành. Căn cứ vào tín hiệu trạng thái của các thiết bị phân đoạn, số lần đóng cắt của recloser, nhân viên điều hành sẽ xác định phân đoạn bị sự cố, thông báo cho đơn vị quản lý vận hành lưới điện cử nhân viên đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại phương thức cấp điện bình thường của hệ thống điện. Đồng thời nhân viên điều hành có thể thông qua hệ thống SCADA điều hành đóng/cắt các thiết bị phân đoạn để chủ động cấp điện lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm nhất.
FSI
FDR
CB PVS
(1)
FDR (2) SPS
PVS
SPS
Ngoài ra qua hệ thống SCADA, nhân viên điều hành hệ thống có thể chủ động đóng cắt các thiết bị phân đoạn để bố trí phương thức cấp điện hợp lý trong chế độ bình thường, công tác cũng như sau cố.
3.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA PHÂN VÙNG SỰ CỐ DAS (DISTRIBUTION AUTOMATIC SYSTEM) THEO TỪNG GIAI ĐOẠN
3.3.1. Các thiết bị chính của DAS giai đọan 1:
Thiết bị của DAS ở giai đoạn 1 bao gồm các dao cắt chân không (PVS), rơle phát hiện sự cố (FDR)và biến áp cấp nguồn (SPS) lắp đặt trên cột ở các phân đoạn xuất tuyến phân phối và một bộ chỉ thị phân đọan sự cố (FSI) lắp
đặt tại trạm.
Hình 3.4 Các thiết bị cơ bản của hệ thống DAS ở giai đoạn 1 Trong đó:
CB: Máy cắt trang thiết bị ở đầu xuất tuyến.
FSI: Bộ chỉ thị phần tử bị sự cố
PVS: Dao cắt treo trên cột buồng cắt chân không FDR: Rơ le phát hiện sự cố
SPS: Biến áp cấp nguồn
FSI có thể phát hiện vùng sự cố bằng hệ đếm thời gian từ khi MC xuất tuyến tự đóng lại đến khi cắt lại lần thứ hai.
Hợp bộ PVS, FDRvà SPS tạo thành một bộ dao cách ly phân đoạn tự động (Sectionalizer)có thể thực hiện chức năng tự động tách phân đoạn đường dây bị sự cố. Dao cách ly phân đoạn tự động (DPĐTĐ) không có khả năng cắt dòng ngắn mạch nhưng đóng được dòng điện ngắn mạch.
SPS SPS Cuén d©y
Y
FDR
SW1 SW2
Đóng bằng cần của FDR (đóng bằng tay)
a (§ãng sau thêi gian X))
Cắt bằng cần của FDR (cắt bằng tay)
Ghi chó: Thêi gian X -Time thời gian đóng
Với nguyên lý phối hợp theo thời gian của FDR,DPĐTĐ sẽ tự động mở tiếp điểm để cách ly phân đoạn sự cố trong lúc máy cắt đầu nguồn đã mở.
Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ như hình vẽ sau:
Hình 3.5 Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ
DPĐTĐ giữ ở trạng thái đóng khi cuộn dây có điện được cấp từ bộ nguồn SPS. Nó giữ nguyên trạng thái đóng khi đường dây có điện và nó mở ra khi đường dây bị cắt điện.
Điện áp được cung cấp đến cuộn dây của PVS khi SPS có điện và tiếp điểm Y của FDR đóng.
*Điều kiện để tiếp điểm Y đóng:
-PVS có điện dài hơn 1 khoảng thời gian X (thời gian đóng ),tiếp điểm a được đóng.
-Cần FDR cài đặt ở vị trí "MANUAL ON"
* Điều kiện để tiếp điểm Y mở:
-Cuộn dây của PVS không có điện -Cần FDR ở vị trí "MANUAL OFF"
* Các chức năng chính của FDR:
FDR có hai chế độ làm việc, một chế độ khi PVS vận hành ở vị trí thường đóng và một chế độ khi PVS vận hành ở vị trí thường mở. Các chế độ làm việc này có thể chuyển đổi qua lại bằng cần chuyển động bằng tay đặt ở bên dưới FDR. Tính năng này nhằm để cho các PVS thích ứng với các phương thức vận hành thay đổi thường xuyên của lưới điện phân phối.
FSI
FDR
CB PVS
(1)
FDR (2) SPS
PVS
SPS
X
Y
X
Y
ON
OFF ON FDR
PVS
PVS
(1)
FDR(2) (1)
(2)
ON CB
Hình 3.6 Sơ đồ phối hợp thời gian cài đặt của FDR
X: Thời gian đóng, bắt đầu đếm khi FDR phát hiện có điện áp nguồn.
PVS đóng sau thời gian X và khởi động đếm thời gian Y (thời gian phát hiện sự cố). FDR sẽ bị khoá khi nó mất điện áp nguồn trong khoảng thời gian Y.
Điều kiện phối hợp thời gian cài đặt:
X > Y > thời gian phát hiện một sự cố cho đến khi MC cắt (bằng thời gian của rơle + thời gian cắt của máy cắt).
* Trường hợp đường dây có một nguồn cung cấp:
A B C
D E
a b
c d
e
A B C
D E
a b
c d
e
A B C
D E
a b
c d
e
A B C
D E
a b
c d
e
A B C
D E
a b
c d
e
A B C
D E
a b
c d
e (2) Cắt lần đầu
(3) Đóng lặp lại lÇn ®Çu
(4) Tự động đóng cÇu dao B
(5) Tự động đóng cÇu dao D
(6) Cắt lần 2 sau khi đóng cÇu dao C do cã sù cè
(7) Đóng lặp lại lÇn 2
FCB: Đóng PVS: Đóng FCB: Cắt PVS: Cắt
Hình 3.7 Nguyên tắc hoạt động ở lưới điện hình tia.
Giải thích nguyên tắc hoạt động trường hợp mạng 1 nguồn cung cấp:
1. Máy cắt A và tất cả các dao phân đoạn B, C, D, E được đóng trong suốt thời gian vận hành bình thường (không có sự cố )
2. Khi sự cố xuất hiện trong đoạn C,MC A sẽ cắt,dẫn đến mở tất cả các dao phân đoạn B, C, D, E do mất điện áp nguồn.
3. MC "A" đóng lại lần đầu sau khoảng thời gian đóng lại đầu tiên là 15s. Điện được cung cấp đến đoạn "a".
4. Sau thời gian X=7s (thời gian đóng )dao phân đoạn "B" tự động đóng lại. Điện được cung cấp đến đoạn "b".
5. Sau thời gian 7s tiếp theo,tự động đóng dao phân đoạn "D" công suất được cung cấp đến đoạn "d".
6. Nhưng sau 14s (2X) sau khi dao phân đoạn "B" được đóng,C được đóng. MC "A" bị cắt trở lại khi sự cố vẫn còn trên đoạn "c". Các dao B, C, D, E do mất nguồn nên đồng loạt mở. Sau đó, dao phân đoạn C bị khoá ở trạng thái mở khi bộ phận FDR của "C"đã phát hiện không có điện áp trong thời gian Y (5s). (Có thể xác định sự cố ở phân đoạn c khi lần MC "A"đóng lại lần đầu tiên ).
7. MC "A"đóng trở lại (đóng lần 2)và lần lượt tự động đóng các dao C, D, E cấp điện cho những đoạn không bị sự cố
X: thời gian đóng của dao phân đoạn, được tính từ khi FDR có điện Y: thời gian phát hiện sự cố
FDR:bị khoá ở trạng thái mở khi nguồn cung cấp bị mất trong khoảng thời gian Y.
X > Y(thời gian làm việc của rơle +thời gian MC) Thời gian đóng lại lần 1 cuả MC "A":15s
Thời gian đóng lại lần 2 của MC "A":5s
*Trường hợp đối với mạng phân phối có hai nguồn cung cấp:
A B C D E
a b c d e
(1) Tình trạng b×nh thêng
(2) Cắt lần đầu
(3) Đóng lặp lại lÇn ®Çu
(4) Đóng lặp lại lần đầu:
Cầu dao B Tự động đóng
(6) Cắt lần 2 do sự cố tại phân đoạn C, cầu dao A
và C khóa (7) Đóng lặp lại lần 2, Cầu dao B tự động đóng
FCB: Đóng PVS: Đóng FCB: Cắt SW: Cắt
CB SW SW SW SW SWF
f
15s
15s
A B C D E F
7s
15s
A B C D E F
7s 7s
15s
A B C D E F
7s 7s
A B C D E F
Khãa Khãa
A B C D E F
(8) Nguồn điện tự động cấp từ xuất tuyến khác, Cầu dao E tự động đóng
A B C D E F
(5) Đóng lặp lại lần đầu:
Cầu dao C Tự động đóng
Hình 3.8 Nguyên tắc hoạt động ở lưới điện có nguồn ở hai phía Trong đó:
X: Thời gian đóng (7s)
Y:Thời gian phát hiện sự cố.
XL:Thời gian đóng dao cách ly vòng từ nguồn điện khác (45s).
"B' ON
SW ON
7s
X Y
5s 7s
"C'
SW 7s
OFF X
Y 5s
X Y
5s
Điện áp tại Khóa
phân đoạn "c" 1 2 3 30% của điện
áp định mức trở lên
"D' SW
150 mms trở lên
Khãa
OFF ON
OFF
"E'
SW OFF 45s ON
XL FSI dò phân đoạn bị sự
cè
Hình 3.9 Giản đồ thời gian tác động với 2 nguồn cung cấp Trình tự hoạt động như sau:
1. MC "A"và tất cả các dao phân đoạn ở vị trí đóng,hệ thống vận hành bình thường. Dao phân đoạn "E"ở vị trí thường mở.
2. Sự cố xuất hiện trong đoạn "c", MC A cắt. Dao phân đoạn "B ","C"
"D" mở đồng thời do mất điện áp nguồn.
3. MC "A" đóng lại lần đầu tiên sau thời gian đóng lại là 15s. Điện được cung cấp đến đoạn "a". Khi FDR của dao phân đoạn B phát hiện có điện áp tại đoạn "a", FDR của dao B bắt đầu đếm thời gian đóng X.
4. Điện cung cấp đọan "b"sau thời gian đóng X1 (7s) bởi đóng tự động của "B" và bộ phận phát hiện thời gian sự cố (5s) khởi động đồng thời.
5. Sau thời đúng 7s, công suất được cung cấp đến đoạn "c" bởi đóng tự động dao phân đoạn "C" với thời gian khởi động Y.
6. MC "A" cắt lần 2 khi sự cố còn xuất hiện trong đoạn "c". Bộ phận kiểm tra điện áp của "C" đã phát hiện không có điện áp trong thời gian Y =5s.
Dao phân đoạn "D" cũng bị khoá ở trạng thái mở,bộ rơle của nó phát hiện điện áp sự cố (=30% áp định mức,=150ms)
7. MC đóng trở lại cung cấp lần lượt cho các đoạn không bị sự cố.
8. Dao phân đoạn "E" đóng lại sau thời gian XL =45s và tự động cung cấp nguồn từ xuất tuyến khác cho đoạn "d".
Việc phối hợp theo thời gian giữa máy cắt có trang bị TĐL và các DPĐTĐ rất tin cậy, tin cậy đứng vững sự cố. Sự cố càng gần nguồn thì cô lập càng nhanh. Hệ thống dao cách ly phân đoạn làm việc theo tín hiệu điện áp.
Do cách hoạt động như vậy sẽ đưa đến cách làm việc của MC giảm xuống.
Tuy nhiên bộ phận dao cách ly phân đoạn tự động (cách điện chân không )làm việc đóng lại trong trường hợp có điện áp tới khi vẫn còn ngắn mạch nên chịu dòng điện ngắn mạch lớn (phải dập hồ quang ) dẫn đến chi phí cao cho dao cách ly phân đoạn. Do cách làm việc theo điện áp, nên tránh được tác động sai lầm khi phụ tải (động cơ )hoạt động. Sự hoạt động của máy cắt có trang bị TĐL và phân đoạn tự động độc lập nhau.
3.3.2. Các thiết bị chính trong hệ thống DAS giai đoạn 2:
Thành phần của hệ thống DAS lưới phân phối giai đoạn 2 xem ở hình 4. 8. Giai đoạn 2 gồm các thiết bị đã lắp trong giai đoạn 1 và tại trạm phân phối trung tâm (Central Distribution Station CDS)còn lắp thêm các thiết bị – sau:
- Tranducer TRD: dùng để nhận tín hiệu dòng và áp tại trạm thông – qua máy biến dòng điện và biến điện áp.