Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L dùng cho ĐZ 500kV Pleiku - Cầu Bông.
- Hệ thống hóa về lý thuyết và các nghiên cứu bảo vệ so lệch so lệch dọc đường dây & phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ.
- Nghiên cứu chức năng, tính toán cài đặt, cấu hình rơle SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông.
- Xây dựng phương pháp thí nghiệm rơle SEL-411L áp dụng cho đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông.
- Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle (Matlab/Simulinks…).
- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đƣa ra nhận xét.
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Tìm hiểu chức năng và nghiên cứu tính toán để chỉnh định, cấu hình cũng như thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L giúp nâng cao chất lượng hệ thống bảo vệ, đảm bảo kiểm tra nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn.
+ Tìm hiểu lý thuyết về rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ Đánh giá chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ;
+ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle SEL-411L;
+ Tính ngắn mạch, tính toán chỉnh định, cấu hình, sơ đồ logic của SEL-411L;
+ Xây dựng phương pháp thí nghiệm rơle SEL-411L;
Tìm hiểu và áp dụng các chương trình mô phỏng rơle bảo vệ so lệch đường dây (ĐZ) cùng với các dạng sự cố để phân tích hoạt động của rơle sử dụng phần mềm Matlab/Simulink.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng này tập trung vào việc sử dụng rơle bảo vệ so lệch dọc cho các đường dây điện (ĐZ) có cấp điện áp từ 220kV đến 500kV Trong nhiều năm qua, rơle bảo vệ này đã trở thành giải pháp chính và được vận hành hiệu quả, đặc biệt là tại các ĐZ 220kV và 500kV, với loại rơle phổ biến là SEL-311L.
Nghiên cứu rơle SEL-411L một cách cụ thể và có hệ thống sẽ nâng cao khả năng đánh giá và phân tích các sự cố một cách chính xác hơn, đồng thời mở rộng ứng dụng cho các hệ thống điện hoặc các thiết bị bảo vệ khác.
Đề tài đã giúp giảm tải khối lượng công việc cho nhân viên thí nghiệm trong việc thử nghiệm và phân tích sự cố của rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ, đáp ứng yêu cầu về thời gian và tiến độ cung cấp điện liên tục, an toàn và tin cậy Qua đó, nó không chỉ rút ngắn thời gian thí nghiệm mà còn cung cấp kiến thức quý giá cho công tác vận hành và xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle.
Đặt tên đề tài
Dựa trên những lý do đã trình bày, đề tài được lựa chọn mang tên: “Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông.”
Bố cục luận văn
Luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY
1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ
1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thường dùng
Chương 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L
2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L
Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG
3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L
3.2 Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L
Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM 4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng
4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY
Kết luận
Chương 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
2.1 Các chức năng làm việc của SEL-411L
2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L
Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG
3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L
3.2 Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L
Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM 4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng
4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY
Trong hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam, lưới truyền tải đóng vai trò then chốt trong việc kết nối điện giữa các khu vực và truyền tải điện từ các nhà máy điện đến các trạm biến áp (TBA) trên toàn quốc Việc xây dựng một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy và bền vững không chỉ là tiêu chí hàng đầu của ngành điện mà còn là mong đợi của khách hàng Để đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn của các phần tử trong HTĐ, việc sử dụng thiết bị rơle bảo vệ là cần thiết để phát hiện và cô lập các phần tử hỏng hóc.
Hiện nay, rơle kỹ thuật số từ các nhà sản xuất như SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER và TOSHIBA đang được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện Việt Nam.
Các rơle không chỉ có chức năng bảo vệ mà còn tích hợp nhiều tính năng khác như đo lường, điều khiển, tự động hóa và ghi nhận sự cố Rơle số có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết hợp nhiều chức năng dự phòng mà vẫn đảm bảo độ tin cậy trong bảo vệ.
Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam
Trong chương này, chúng ta sẽ phân tích nguyên lý chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ, được ứng dụng rộng rãi trong các rơle số của các hãng nổi tiếng như SEL, Siemens, ABB, Schneider và Toshiba, tại các trạm biến áp hiện nay.
1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây
Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây
Bảo vệ so lệch dọc đường dây hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện Cụ thể, hệ thống này sử dụng hai phần tử rơle được lắp đặt tại hai đầu của đường dây để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc phát hiện sự cố.
Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phương thức:
- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;
Rơle bảo vệ so lệch hoạt động bằng cách so sánh dòng điện tại đầu và cuối đường dây được bảo vệ Nếu độ lệch giữa hai giá trị dòng điện vượt quá ngưỡng cài đặt, rơle sẽ kích hoạt máy cắt để cô lập sự cố, ngăn chặn việc lan rộng Để thực hiện điều này, các máy biến dòng với cùng tỉ số được lắp đặt ở hai đầu của phần tử bảo vệ Bảo vệ so lệch hoạt động dựa trên hai nguyên lý: dòng điện tuần hoàn và điện áp cân bằng Thời gian tác động của bảo vệ so lệch dọc theo đường dây được cài đặt là 0 giây Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là độ tin cậy cao, không phụ thuộc vào chiều dài đường dây và cấu trúc dây dẫn.
Trong điều kiện vận hành bình thường, bỏ qua ảnh hưởng của dòng dung và dòng điện sơ cấp, dòng điện qua phần tử đo lường M là zero khi tỷ số biến dòng của CT1 và CT2 giống nhau Cuộn dây nhị thứ của các biến dòng CT1 và CT2 có thể được nối trực tiếp, tạo thành một mạch điện kín với dòng điện nhị thứ là I Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ, dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1 và từ trạm 2 là i2, dẫn đến sự xuất hiện của dòng nhị thứ I1 và I2, làm thay đổi dòng chảy qua phần tử đo lường M.
I1 + I2 làm tác động phần tử M [2].
Để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng dây dẫn phụ trong hệ thống bảo vệ so lệch dọc ĐZ, ta sử dụng cáp quang và các bộ giao diện truyền thông Tín hiệu dòng điện tại một đầu được rơle thu nhận và xử lý theo cách số hóa Mỗi rơle sẽ đo lường dòng điện tại chỗ và gửi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng điện đến rơle đối diện thông qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đường thông tin.
* Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây:
Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối Khi trong
HTĐ có thể gặp phải dao động hoặc tình trạng không đồng bộ, nhưng dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ luôn duy trì sự cân bằng, đảm bảo rằng bảo vệ không bị tác động mất chọn lọc.
Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối cho phép tác động nhanh mà không cần phối hợp thời gian với các phần tử kề, giúp thực hiện tác động không thời gian Hơn nữa, độ nhạy của hệ thống bảo vệ tương đối cao nhờ vào khả năng chọn dòng khởi động nhỏ hơn dòng làm việc của đường dây.
- Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2].
Nhược điểm chính của hệ thống bảo vệ là sự phụ thuộc vào dây dẫn phụ Khi dây dẫn này bị đứt, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống bảo vệ có thể kéo dài, hoặc bảo vệ có thể không hoạt động chính xác nếu bộ phận kiểm tra mạch thứ cấp không hoạt động.
Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lưới truyền tải của EVN [9]:
Hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây trên không 500kV được cấu hình nhằm bảo vệ an toàn cho đường dây này, bao gồm hai sợi cáp quang độc lập kết nối giữa hai trạm 500kV ở hai đầu đường dây Hệ thống này được trang bị ba bộ bảo vệ để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ tin cậy cao.
Bảo vệ chính 1: đƣợc tích hợp các chức năng 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74;
Bảo vệ chính 2: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85;
Bảo vệ dự phòng được tích hợp với các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85 và 74 Trong đó, chức năng 50BF, 79/25, 27/59 có hệ thống dự phòng kép, kết hợp trong bảo vệ dự phòng và một trong hai bộ bảo vệ chính Hai bộ bảo vệ này truyền tín hiệu qua hai sợi cáp quang độc lập, trong khi bảo vệ khoảng cách được phối hợp giữa hai đầu thông qua một trong hai sợi cáp quang hoặc PLC.
* Bảo vệ cho đường dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây, bao gồm hai bộ bảo vệ:
Bảo vệ chính: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74;
Bảo vệ dự phòng được tích hợp nhiều chức năng như 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74 Trong đó, các chức năng 50BF, 79/25 và 27/59 được thiết kế dự phòng đúp, kết hợp trong cả bảo vệ dự phòng và bảo vệ chính Hệ thống cũng hỗ trợ bảo vệ so lệch tín hiệu qua cáp quang, với chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ chính được phối hợp giữa hai đầu thông qua cáp quang Bảo vệ khoảng cách dự phòng cũng được thực hiện bằng cách phối hợp giữa hai đầu qua kênh tải ba.
1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây thường dùng
Hiện nay, rơle điện từ đang dần được thay thế bởi rơle kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội Các sản phẩm chất lượng và tin cậy như rơle 7UT51, 7SD52 của Siemens, rơle MTP của GE Multilin, và bảo vệ so lệch ĐZ SEL-311L, đặc biệt là SEL-411L của SEL đã được phát triển Đặc điểm quan trọng của bảo vệ so lệch đường dây là rơle cần được lắp đặt ở hai đầu đường dây truyền tải và phải có tính năng kỹ thuật tương đồng.
Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật
RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
Kết luận
Chương 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG
3.1 Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L
Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L
Chương 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM 4.1 Xây dựng mô hình để mô phỏng
4.2 So sánh, phân tích đánh giá kết quả
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY
Trong hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam, lưới truyền tải đóng vai trò then chốt trong việc kết nối điện giữa các khu vực và dẫn điện từ các nhà máy đến trạm biến áp (TBA) để phục vụ toàn quốc Việc thiết lập một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy, ổn định và bền vững không chỉ là tiêu chí hàng đầu của ngành điện mà còn là mong đợi của khách hàng Để đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn của các thành phần trong HTĐ, cần sử dụng thiết bị rơle bảo vệ để phát hiện và cô lập kịp thời các phần tử hỏng hóc.
Hiện nay, rơle kỹ thuật số từ các nhà sản xuất nổi tiếng như SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER và TOSHIBA đang được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện Việt Nam.
Các rơle không chỉ đảm nhiệm chức năng bảo vệ mà còn tích hợp nhiều tính năng bổ sung như đo lường, điều khiển, tự động hóa, ghi nhận sự cố và giám sát cấu hình phần cứng, phần mềm Các rơle số có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết hợp nhiều chức năng dự phòng mà vẫn đảm bảo độ tin cậy trong việc bảo vệ.
Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam
Trong chương này, chúng ta sẽ phân tích nguyên lý chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ, một tính năng quan trọng của các rơle số được sử dụng phổ biến tại các trạm biến áp hiện nay, bao gồm các hãng nổi tiếng như SEL, Siemens, ABB, Schneider và Toshiba.
1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây
Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây
Bảo vệ so lệch dọc đường dây hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện, với cấu trúc gồm hai phần tử rơle được lắp đặt ở hai đầu của đường dây.
Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phương thức:
- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;
Phần tử rơle so sánh dòng điện ở đầu và cuối đường dây, và nếu có độ lệch lớn hơn giá trị cài đặt, nó sẽ cắt máy cắt để cô lập sự cố, ngăn ngừa sự lan rộng Để thực hiện điều này, các máy biến dòng với cùng tỉ số được đặt ở hai đầu phần tử được bảo vệ Bảo vệ so lệch hoạt động theo hai nguyên lý: dòng điện tuần hoàn và điện áp cân bằng Thời gian tác động được cài đặt là 0 giây, mang lại độ tin cậy cao và không phụ thuộc vào chiều dài hay cấu trúc của đường dây.
Trong điều kiện vận hành bình thường, dòng điện sơ cấp CT1 và CT2 là i, và nếu tỷ số biến dòng giống nhau, cuộn dây nhị thứ của các biến dòng này có thể được nối trực tiếp để tạo thành một mạch điện kín với dòng điện nhị thứ là I Do đó, dòng điện qua phần tử đo lường M là zero Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ, dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1 và từ trạm 2 là i2, dẫn đến dòng nhị thứ tương ứng là I1 và I2, làm thay đổi dòng chảy qua phần tử đo lường M.
I1 + I2 làm tác động phần tử M [2].
Để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng dây dẫn phụ trong hệ thống bảo vệ so lệch dọc ĐZ, chúng ta sử dụng cáp quang và các bộ giao diện thông tin Tín hiệu dòng điện tại một đầu được rơle thu nhận và xử lý số hóa, trong khi mỗi rơle sẽ đo lường dòng điện tại chỗ và gửi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng điện đến rơle đối diện thông qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đường thông tin.
* Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây:
Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối Khi trong
HTĐ có thể gặp phải tình trạng dao động hoặc không đồng bộ Trong trường hợp này, dòng điện ở hai đầu phần tử bảo vệ luôn giữ được sự cân bằng, giúp bảo vệ không bị tác động một cách mất chọn lọc.
Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối cho phép tác động nhanh mà không cần phối hợp với bảo vệ phần tử kề, giúp thực hiện tác động không thời gian Hơn nữa, độ nhạy của bảo vệ tương đối cao nhờ vào khả năng chọn dòng khởi động nhỏ hơn dòng làm việc của đường dây.
- Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2].
Nhược điểm chính của hệ thống bảo vệ là sự phụ thuộc vào dây dẫn phụ Khi dây dẫn này bị đứt, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống bảo vệ có thể kéo dài, hoặc có thể dẫn đến tác động không chính xác nếu bộ phận kiểm tra mạch thứ cấp không hoạt động đúng cách.
Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lưới truyền tải của EVN [9]:
Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV bao gồm hai sợi cáp quang độc lập kết nối giữa hai trạm 500kV ở hai đầu đường dây, với ba bộ bảo vệ được triển khai để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống.
Bảo vệ chính 1: đƣợc tích hợp các chức năng 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74;
Bảo vệ chính 2: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85;
Bảo vệ dự phòng được tích hợp nhiều chức năng như 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74 Trong đó, chức năng 50BF, 79/25 và 27/59 được thiết kế dự phòng kép, tích hợp trong hệ thống bảo vệ dự phòng và một trong hai bộ bảo vệ chính Hai bộ bảo vệ này truyền tín hiệu qua hai sợi cáp quang độc lập, và bảo vệ khoảng cách được phối hợp giữa hai đầu thông qua một trong hai sợi cáp quang hoặc PLC.
* Bảo vệ cho đường dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây, bao gồm hai bộ bảo vệ:
Bảo vệ chính: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74;
Bảo vệ dự phòng được tích hợp nhiều chức năng như 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85 và 74 Trong đó, chức năng 50BF, 79/25 và 27/59 được thiết kế dự phòng đúp, kết hợp trong cả bảo vệ dự phòng và bảo vệ chính Hệ thống bảo vệ cũng bao gồm khả năng phát hiện sự lệch tín hiệu qua cáp quang, với chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ chính được phối hợp hai đầu thông qua cáp quang Ngoài ra, bảo vệ khoảng cách dự phòng cũng được thực hiện bằng cách phối hợp hai đầu qua kênh tải ba.
1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây thường dùng
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, rơle điện từ đã được thay thế bằng rơle kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội Các nhà sản xuất hàng đầu như Siemens, GE Multilin và SEL đã cho ra đời những sản phẩm chất lượng và đáng tin cậy như rơle 7UT51, 7SD52, MTP, và bảo vệ so lệch ĐZ SEL-311L, đặc biệt là SEL-411L Đặc điểm quan trọng của bảo vệ so lệch đường dây là rơle cần được lắp đặt ở cả hai đầu đường dây truyền tải và phải tương đồng về tính năng kỹ thuật.
Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật
So sánh, phân tích đánh giá kết quả
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY
Trong hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam, lưới truyền tải đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối điện giữa các khu vực và truyền tải điện từ các nhà máy đến các trạm biến áp (TBA) trên toàn quốc Việc thiết lập một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy và bền vững là tiêu chí hàng đầu mà ngành điện hướng đến, đồng thời cũng là mong đợi của người tiêu dùng Để đảm bảo hoạt động liên tục và an toàn của hệ thống, cần sử dụng các thiết bị rơle bảo vệ để phát hiện và cô lập kịp thời các phần tử hỏng hóc trong HTĐ.
Hiện nay, rơle kỹ thuật số từ các nhà sản xuất nổi tiếng như SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER và TOSHIBA đang được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện Việt Nam.
Các rơle không chỉ có chức năng bảo vệ mà còn tích hợp nhiều tính năng khác như đo lường, điều khiển, tự động hóa, ghi nhận sự cố và giám sát cấu hình phần cứng, phần mềm Chúng có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp nhiều chức năng dự phòng mà vẫn đảm bảo độ tin cậy trong việc bảo vệ.
Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam
Trong chương này, chúng ta sẽ phân tích nguyên lý và chức năng của rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây (ĐZ), một thiết bị được sử dụng phổ biến tại các trạm biến áp hiện nay Các hãng nổi bật trong lĩnh vực này bao gồm SEL, Siemens, ABB, Schneider và Toshiba.
1.1 Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây
Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây
Bảo vệ so lệch dọc đường dây hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện, với hai phần tử rơle được lắp đặt tại hai đầu của đường dây.
Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phương thức:
- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;
Phần tử rơle so sánh dòng điện tại đầu và cuối đường dây để phát hiện sự cố Nếu độ lệch giữa hai giá trị dòng điện vượt quá ngưỡng cài đặt, rơle sẽ cắt máy cắt, cô lập đường dây và ngăn chặn sự cố lan rộng Để thực hiện chức năng này, máy biến dòng với tỉ số biến dòng giống nhau được đặt ở hai đầu phần tử bảo vệ Bảo vệ so lệch hoạt động theo hai nguyên lý: dòng điện tuần hoàn và điện áp cân bằng Thời gian tác động của bảo vệ so lệch dọc đường dây được cài đặt là 0 giây, mang lại độ tin cậy cao và không phụ thuộc vào chiều dài hay cấu tạo của dây dẫn.
Trong điều kiện vận hành bình thường, khi bỏ qua ảnh hưởng của dòng dung và dòng điện sơ cấp, dòng điện qua các biến dòng CT1 và CT2 là i Nếu tỷ số biến dòng giống nhau, cuộn dây nhị thứ của CT1 và CT2 có thể được nối trực tiếp, tạo thành mạch điện kín với dòng điện nhị thứ I Do đó, trong điều kiện này, dòng điện qua phần tử đo lường M là bằng không Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố trong vùng bảo vệ, dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1 và từ trạm 2 là i2, dẫn đến dòng nhị thứ I1 và I2, làm thay đổi dòng chảy qua phần tử đo lường M.
I1 + I2 làm tác động phần tử M [2].
Để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng dây dẫn phụ trong bảo vệ so lệch dọc ĐZ, ta sử dụng cáp quang và các bộ giao diện truyền thông Tín hiệu dòng điện tại một đầu được rơle thu nhận và xử lý số hóa, trong khi mỗi rơle sẽ đo lường dòng điện tại chỗ và gửi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng điện đến rơle đối diện thông qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đường thông tin.
* Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây:
Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối Khi trong
HTĐ có thể gặp phải dao động hoặc tình trạng không đồng bộ, nhưng dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ luôn duy trì sự bằng nhau, điều này giúp đảm bảo rằng cơ chế bảo vệ không bị tác động một cách mất chọn lọc.
Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối mang lại tác động nhanh chóng, không cần phối hợp thời gian với các bảo vệ phần tử kề, cho phép thực hiện tác động không thời gian Độ nhạy của hệ thống bảo vệ cũng khá cao, nhờ vào khả năng chọn dòng khởi động nhỏ hơn dòng làm việc của đường dây.
- Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2].
Nhược điểm chính của hệ thống bảo vệ là việc sử dụng dây dẫn phụ Khi dây dẫn này bị đứt, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống bảo vệ có thể kéo dài, hoặc hệ thống có thể hoạt động không chính xác nếu bộ phận kiểm tra mạch thứ cấp không hoạt động đúng cách.
Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lưới truyền tải của EVN [9]:
Hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây trên không 500kV được cấu hình để bảo vệ đường dây 500kV, bao gồm hai sợi cáp quang độc lập kết nối hai trạm 500kV ở hai đầu đường dây Hệ thống này bao gồm ba bộ bảo vệ nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Bảo vệ chính 1: đƣợc tích hợp các chức năng 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74;
Bảo vệ chính 2: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85;
Bảo vệ dự phòng được tích hợp nhiều chức năng quan trọng như 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85 và 74 Trong đó, các chức năng 50BF, 79/25 và 27/59 được thiết kế với hệ thống dự phòng kép, kết hợp trong bảo vệ dự phòng và một trong hai bộ bảo vệ chính Hai bộ bảo vệ này truyền tín hiệu qua hai sợi cáp quang độc lập, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả Bảo vệ khoảng cách cũng được phối hợp giữa hai đầu thông qua một trong hai sợi cáp quang hoặc PLC.
* Bảo vệ cho đường dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai đầu đường dây, bao gồm hai bộ bảo vệ:
Bảo vệ chính: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74;
Bảo vệ dự phòng tích hợp nhiều chức năng như 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, và 74 Trong đó, các chức năng 50BF, 79/25, và 27/59 được thiết kế với chế độ dự phòng kép, kết hợp giữa bảo vệ dự phòng và bảo vệ chính Hệ thống bảo vệ còn bao gồm khả năng phát hiện sự cố truyền tín hiệu qua cáp quang, với chức năng bảo vệ khoảng cách được phối hợp giữa hai đầu thông qua sợi cáp quang Bảo vệ khoảng cách dự phòng cũng được thực hiện thông qua kênh tải ba, đảm bảo tính liên tục và an toàn trong hệ thống.
1.2 Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây thường dùng
Hiện nay, rơle điện từ đang dần được thay thế bởi rơle kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt trội Các nhà sản xuất hàng đầu như Siemens, GE Multilin và SEL đã cho ra mắt các sản phẩm chất lượng cao và đáng tin cậy như rơle 7UT51, 7SD52, MTP, và các rơle bảo vệ so lệch như SEL-311L và SEL-411L Đặc điểm quan trọng của bảo vệ so lệch đường dây là cần phải lắp đặt rơle ở cả hai đầu đường dây truyền tải, và các rơle này phải có tính năng kỹ thuật tương đồng.
Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật