2.1 Hệ thống điều khiển và bảo vệ rơle hệ thống điện
2.1.1 Một số quan điểm khi thiết kế rơle bảo vệ hệ thống điện
Nhiều biện pháp ngăn chặn sự cố tan rã hệ thống điện thì một trong những phương pháp có hiệu quả đó là dùng điều khiển bảo vệ và bảo vệ rơle hệ thống.
Biện pháp này đã được chứng minh có hiệu quả cao để ngăn chặn sụp đổ điện áp, tan rã hệ thống điện. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về phương pháp này, tuy nhiên
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 35 đây vẫn là phương pháp được quan tâm đến của nhiều nhà nghiên cứu. Các mục tiêu chủ yếu của phương pháp này tập chung vào 4 vấn đề sau:
- Cô lập vùng xảy ra sự cố (tối thiểu hóa lượng tải bị cắt);
- Xác định vị trí chính xác mà ở đó tải sẽ bị cắt;
- Thời gian thực hiện sa thải phụ tải được mong muốn là càng nhanh càng tốt (có xem xét đến vấn đề dao động);
- Tính chọn lọc và cắt chính xác các phần tử bị sự cố.
Trong các HTĐ thực tế thường khá phức tạp nên việc ngăn chặn sự cố mất điện trên diện rộng là một nhiệm vụ rất khó khăn. Bên cạnh đó một số thiết bị/biện pháp không áp dụng được trong thực tế bởi vì quá trình xảy ra sự cố diễn ra trong khoảng thời gian rất ngắn. Trái lại, một số phương pháp và những kinh nghiệm thực tế trong việc thiết kế rơle bảo vệ hệ thống đã được chứng minh với khả năng làm việc rất hiệu quả và có độ tin cậy cao để ngăn chặn sự cố mất điện trên diện rộng.
Một số quy tắc đã được sử dụng để bảo vệ và giảm thiểu sự cố mất điện trên diện rộng, ví dụ như:
- Việc sử dụng UVLS cho HTĐ Puget Sound (Vùng Pacific Northwest) đã dùng qui tắc sau [31]:
+ 5% lượng phụ tải được cắt ra khi điện áp giảm 10% so với điện áp bình thường trong thời gian 3.5 (s);
+ 5% lượng phụ tải được cắt ra khi điện áp giảm 8% so với điện áp bình thường trong thời gian 5 (s);
+ 5% lượng phụ tải được cắt ra khi điện áp giảm 8% so với điện áp bình thường trong thời gian 8 (s).
- Tốc độ thay đổi của môđun điện áp (TEPCO- Nhật Bản).
- Đặc tính thời gian ngược theo điện áp thấp (South Africa – Nam Phi).
- Giám sát dòng điện trong điều kiện điện áp giảm thấp (Để ngăn chặn quá trình vận hành ở điện áp thấp khi có ngắn mạch) (TVA).
- Biện pháp đo lường trên diện rộng điện áp và công suất phản kháng dự trữ (BC Hydro, and Entergy).
- Giám sát trên diện rộng điện áp và cấu hình hệ thống điện (Saudi Arabia).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 36 - Đo lường trên diện rộng nhiều tiêu chí của trạng thái hệ thống, nguồn công suất tác dụng và phản kháng, hệ thống đường dây liên lạc cùng với rơle tần số thấp (Florida, FALS).
Trên quan điểm điều khiển và giám sát: Hiện nay có hai cơ cấu UVLS đang được áp dụng trên thế giới: đó là cơ cấu phân tán (phi tập trung áp dụng ở công ty Puget Sound) và cơ cấu tập trung (dùng ở Hydro Quebec, New Mexico utilities).
Trong cơ cấu phân tán thường có một rơle gắn liền với phụ tải mà có thể bị xa thải.
Khi điện áp đặt vào rơle giảm xuống đến ngưỡng mà có thể dẫn đến nguy cơ sụp đổ, hoặc vào vùng nguy hiểm, thì rơle đó sẽ tác động để cắt và cô lập vùng bị sự cố ra khỏi hệ thống.
Cơ cấu đặt rơle điều khiển, bảo vệ sẽ lấy tín hiệu tại một hoặc nhiều thanh cái chính trong khu vực và phát tín hiệu đóng cắt đến các điểm khác nhau trong khu vực giám sát. Việc có những kích động trong hệ thống có thể được cảm nhận do việc quan sát sự giảm điện áp, so sánh tần số… trong cả khu vực, cơ sở đo lường của cơ cấu tập trung để đưa ra những hành động chính xác.
Để có thể điều khiển, bảo vệ và giảm thiểu sự cố theo dây chuyền trong hệ thống điện thì cần có số lượng rơle bảo vệ là rất lớn. Theo một số tài liệu đã thống kê, số lượng rơle đang hoạt động bảo vệ trên lưới điện của Italia là khoảng 11 triệu bộ, Mexico là 8 triệu bộ [31]. Nhiệm vụ chính của các bộ rơle là cắt các máy cắt tương ứng (tức là máy cắt của các đường dây truyền tải, các thanh góp điện, các MPĐ, các TBA…) khi có sự cố hoặc các chế độ bất thường khác theo đúng chức năng mà hệ thống bảo vệ đã được thiết kế và cài đặt. Tất cả các hệ thống bảo vệ thường bao gồm một số rơle bảo vệ với một loạt các điều kiện tác động được quy định rất cụ thể và rõ ràng. Hầu hết các lưới điện cao áp đều được trang bị các rơle bảo vệ phản ứng với tốc độ cao (loại trừ sự cố trong vòng 3 chu kỳ tần số công nghiệp). Ứng dụng chủ yếu của rơle bảo vệ là để chống lại các hư hỏng do sự cố có thể gây ra. Các rơle này tự động sử dụng các tín hiệu đo tại hiện trường và thường được hỗ trợ bằng các dữ liệu đầu xa thông qua các kênh truyền thông. Nhằm đảm bảo độ tin cậy, có thể phải sử dụng hai bộ bảo vệ chính song song. Ngoài ra hệ thống còn được trang bị các bảo vệ làm nhiệm dự phòng chúng tác động chậm hơn và số lượng phần tử bị tách khỏi hệ thống cũng lớn hơn.
Quan điểm tăng độ tin cậy tác động sẽ dẫn đến làm giảm độ tin cậy không tác động (độ an toàn) của hệ thống bảo vệ. Đối với phần lớn các hệ thống bảo vệ hiện hành, cần phải nghiên cứu mức cho phép về tần suất tác động sai nhằm đảm bảo loại trừ một cách tin cậy mọi sự cố với tốc độ cao trên cơ sở hệ thống phải làm
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 37 việc được ở chế độ mất một phần tử. Khi hệ thống đang có những thay đổi cơ bản chẳng hạn những thay đổi từ việc phí điều tiết và tự do hóa thị trường điện thì cần phải thẩm định lại kỹ thuật bảo vệ truyền thống này nhất là ở các chế độ vận hành nặng nề của hệ thống.