4.2 Mô phỏng phối hợp bảo vệ rơle khoảng cách trên lộ 172, 173 lưới điện
4.2.4 Kết quả mô phỏng
Tiến hành mô phỏng 03 kịch bản và quan sát, đánh giá kết quả mô phỏng.
Kịch bản 1: Ngắn mạch một pha trên lộ 172, tại vị trí 60% đại lượng đường dây. Thực hiện mô phỏng ta được kết quả như sau:
• Sự cố ngắn mạch một pha trên lộ 172, tại vị trí 60% đại lượng đường dây.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 96
Amps From End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c b
Amps To End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Hình 4- 4: Dao động dòng điện khi sự cố
Hình 4- 5: Công suất tác dụng khi sự cố
Hình 4- 6: Ngắn mạch tại 60% đại lượng đường dây, Vùng 1
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 97
Bảng 4- 12: Bảo vệ khoảng cách làm việc, sự cố tại 60% , Vùng 1
• Nhận xét: Quan sát hình 4 – 4 chúng ta thấy, trong thời gian quá độ sự cố lúc 0,001 giây dòng điện tăng vọt lên khoảng 1.900(A) và giảm nhanh. Sự tác động gần như tức thời của Vùng 1 BVKC, ở chế độ xác lập dòng điện và công suất tác dụng có giá trị bằng 0. Qua đó cho thấy BVKC đã tác động tốt, cô lập sự cố đúng theo phương thức cài đặt. Nhưng mặt khác thì đây lại là vùng có nguy cơ lớn tham gia vào việc tạo lên sự cố mất điện trên diện rộng.
• Sự cố ngắn mạch một pha trên lộ 172, tại vị trí 90% đại lượng đường dây Trên hình 4-7 cho thấy, khi sự cố xảy ra dòng điện sự cố tăng khoảng hơn 2000 A và thời gian quá độ sự cố là 0,5 giây thì dòng điện giảm từ từ xuống còn 1690A. Sự tác động của Vùng 2 BVKC phát hiện và truyền tín hiệu lúc 1,5 giây (bảng 4-14) đã thực hiện cô lập vùng bị sự cố đúng chức năng bảo vệ, , hệ thống thiết bị dóng cắt thực hiện lúc 1,5001 giây và đưa hệ thống chuyển sang chế độ xác lập.
Amps From End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c b
Amps To End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Hình 4- 7: Dao động dòng điện khi sự cố
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 98
Hình 4- 8: Ngắn mạch tại 90% đại lượng đường dây, Vùng 2 Bảng 4- 13: Thời gian và vùng tác động của BVKC, sự cố tại 90%
• Vị trí ngắn mạch xảy ra ở vị trí 150% đại lượng đường dây
Trong sự cố này trên hình 4-9 chúng ta thấy khi sự cố xảy ra, thời gian BVKC tác động là quá dài, khiên đường dây phải chịu dòng sự cố lớn. Thời gian quá độ dòng điện tăng lên khoảng 2100 (A) và giảm từ từ xuống còn khoảng hơn 1100 (A) trong thời gian là 3,5 giây. Điều đó sẽ rất nguy hiểm cho các thiết bị trên hệ thống. Chính vì vậy, mà trong thực tế vùng 3 của BVKC thường được sử dụng làm bảo vệ dự phòng cho Vùng 1 và Vùng 2. Trong trường hợp này, Vùng 3 của BVKC vẫn tác động (bảng 4-14) vì để đơn giản, mô phỏng có kết quả chính xác về tình trạng hoạt động của BVKC thì trên lưới chỉ dùng BVKC QZLIN1, QZLIN2.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 99
Amps From End, Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c b
Amps To End, Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Hình 4- 9: Dòng điện trên lộ 172 khi sự cố
Hình 4- 10: Ngắn mạch tại 150% đại lượng đường dây, Vùng 3 Bảng 4- 14: Thời gian, vùng tác động BVKC, sự cố 150%
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 100
• Vị trí ngắn mạch xảy ra ở vị trí Load 1 (ngoài vùng bảo vệ của BVKC)
Amps From End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c b
Amps To End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 166,925 166,924 166,923 166,922 166,921 166,92 166,919 166,918 166,917 166,916 166,915 166,914 166,913 166,912 166,911 166,91
Hình 4- 11: Dòng điện trên lộ 172 khi sự cố tại Load 1
Hình 4- 12: Vùng không được bảo vệ của BVKC
• Nhận xét: Trường hợp sự cố tại Load1, làm ảnh hưởng đến dòng điện lên lộ 172 (hình 4-11). Trên hình 4-10 cho thấy sự cố này nằm ngoài vùng được bảo vệ vì vậy BVKC không tác động bảo vệ. Từ đó cho thấy BVKC hoạt động tốt không tác động nhầm khi sự cố xảy ra ngoài vùng được cài đặt bảo vệ.
Kịch bản 2: Sự cố ngắn mạch một pha do cây đổ vào đường dây, ở vị trí 60% đại lượng đường dây 110kV lộ 172, khi điện trở kháng ngắn mạch là 10Ω.
Tiến hành mô phỏng và có được kết quả như sau:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 101
Amps From End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c b
Amps To End_Line Sytem1 TO Sytem2 CKT 1 g
f e d c
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2.000 1.900 1.800 1.700 1.600 1.500 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Hình 4- 13: Dòng điện trên lộ 172 khi sự cố
Hình 4- 14: Vùng 1, sự cố tại 60% đại lượng đường dây
Bảng 4- 15: Thời gian và vùng tác động, sự cố tại 60% đại lượng đường dây
• Nhận xét: Quan sát các kết quả mô phỏng, chúng ta thấy: Dòng điện trên đường dây tăng cao (hình 4-13) và điện áp thì sụt giảm nhanh, lúc 1,05 giây BVKC Vùng 2 tác động và cô lập sự cố. Sự cố xảy ra ở Vùng 1 nhưng Vùng 2 của BVKC
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 102 lại tác động vì trong sự cố này thì tại vị trí sự cố xuất hiện điện trở kháng và làm tổng trở tăng vượt sang khoảng giá trị Vùng 2 của BVKC. Trong trường hợp này Vùng 2 đã thực hiện nhiệm vụ dự phòng cho Vùng 1, đảm bảo độ tin cậy hoạt động của rơle BVKC đang được trang bị. Qua kịch bản này cho thấy trên lưới điện ngoài lắp đặt hệ thống rơle bảo vệ chính thì việc tính toán thiết kết thiết lập, lắp đặt hệ thống rơle dự phòng là cần thiết và rất quan trọng trong việc ngăn chặn và giảm thiểu sự cố mất điện trên diện rộng.
Trên hình 4-14, chế độ xác lập tại Sytem1 tần số bị dao động mạnh, điều này chứng tỏ đã có sự ảnh hưởng lên các lộ 171, 173, 174, 175. Vì lý do đó, trong phần tiếp theo tác giả tiến hành mô phỏng sự ảnh hưởng của lộ 172 bị sự cố lên lộ 173 trên lưới truyền tải 110kV TP Vĩnh Yên.
Kịch bản 3: Sự ảnh hưởng khi có sự cố trên lộ 172 lên lộ 173
Trong phần này, để tìm hiểu sự ảnh hưởng của lộ 172 khi bị sự cố lên lộ 173, chúng ta sử dụng kịch bản ngắn mạch hai pha rồi nối với đất, tại vị trí 60% đại lượng đường dây. Thời gian mô phỏng là 10 giây và thời gian duy trì sự cố là 0,15 giây, sự cố bắt đầu lúc 1 giây. Kết quả sẽ cho quan sát được sự xuất hiện, biến thiên của các dao động điện như: Dòng điện, tần số, điện áp...có ảnh hưởng, tác động như thế nào đến chế độ làm việc của bảo vệ khoảng cách được trang bị trên lộ 173. Tiến hành thực hiện mô phỏng và có kết quả như sau:
- Lúc t=1,001 (s), hình 4-16 cho thấy trong khoảng thời gian quá độ thì dòng điện sự cố trên lộ 172 tăng vọt lên khoảng 1.900 (A) và trở về 0 (A) do tác động vùng 1 của BVKC cô lập sự cố, dòng trên lộ 173 có tăng so với ngưỡng ban đầu từ 207 (A) lên ngưỡng cao hơn và duy trì ở 250(A).
- Từ sau 1,001 giây hệ thống chuyển sang chế độ xác lập và chúng ta thấy tần số tại System 3 dao động mạnh (hình 4-18), trên hình 4-19 thì điện áp ở nút này tăng lên từ 1pu lên, duy trì giá trị cao hơn mức ban đầu là 1,15pu, cùng với các sự dao động đó thì công suất của lộ 173 tăng cao từ 45MW lên 60MW
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 103
Hình 4- 15: So sánh dao động dòng điện trên lộ 172 và lộ 173
Hình 4- 16: So sánh dao động công suất tác dụng trên lộ 172 và lộ 173
Hình 4- 17: So sánh dao động tần số tại Sytem2 và Sytem 3
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 104
Hình 4- 18: Điện áp tại Sytem 2 và Sytem 3 khi lộ 172 sự cố Bảng 4- 16: Bảo vệ vùng 1 tác động
• Nhận xét: Qua các kết quả mô phỏng được thể hiện trong các hình vẽ từ 4- 16 đến 4-18 chúng ta thấy rằng ảnh hưởng của lộ 172 khi bị sự cố lên lộ 173 là rất lớn:
- Công suất tác dụng hình 4-17, giống như sự cố ngày 22/5/2013 mất điện toàn Miền Nam Việt Nam khi môt lộ bị sự cố và tách khỏi HTĐ, làm tăng công suất tác dụng và điện áp tại sytem 3 đều tăng (hình 4-19). Từ khi bắt đầu sự cố xảy ra đến khi chuyển sang chế độ xác lập thì tần số tại sytem 3 (hình 4-18) bị dao động mạnh.
- Một điều đáng chú ý là mặc dù tất cả các dao động điện xuất hiện và sau sự cố ở chế độ xác lập luôn ở ngưỡng cao hơn bình thường vẫn nằm trong ngưỡng cho phép và bảo vệ khoảng cách trên lộ 173 tác động (không tác động nhầm), điều đó cho phép lộ 173 vẫn duy trì cung cấp điện cho máy biến áp T2-VY và điều này ngăn chặn việc mất điện toàn TP khi loại sự cố trên xảy ra trên một trong hai lộ.
- Để đảm bảo cấp điện, người vận hành đóng máy cắt 112 để cung cấp điện cho máy biến áp T1-VY hoạt động. Lúc này, đường dây (lộ 173) mang tải toàn bộ hệ thống điện 118%, dòng tăng từ 218,96 A lên 380,51 A, cùng với đó là công suất cũng từ từ tăng lên trong vòng từ 2 – 5 giây nhưng vẫn đảm bảo duy trì việc cung
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 105 cấp điện cho hệ thống TBA 110kV. Một đường dây mang tải cho 2 lộ trong thời gian để thực hiện công tác, xử lý sự cố đưa lộ 172 đi vào hoạt động trở lại thì hệ thống điện TP Vĩnh Yên phải cắt một phần phụ tải để tránh sự quá tải trên đường dây và gây nguy hiểm cho toàn hệ thống.
Qua đó cho thấy điều kiện (N-1), hệ thống bảo vệ đã được thiết kế, lắp đặt và vận hành tốt. Điều này cho thấy công việc quy hoạch, thiết kế và vận hành, hệ thống bảo vệ đúng và đảm bảo tiêu chuẩn, giúp giảm thiếu sự cố cắt điện trên diện rộng trên lưới điện TP Vĩnh yên khi sự cố xảy ra trên một trong hai đường dây truyền tải 110kV của hệ thống.