Ứng dụng Matlab Đánh giá ảnh hưởng của SVC đến bảo vệ khoảng cách đường dây

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Phần lớn các sự cố đều kèm theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm khá thấp. Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng khi điện áp bị giảm thấp, các hộ tiêu thụ không thể làm việc bình thường mà tính ổn định của các máy phát làm việc song song và của toàn hệ thống bị giảm. Các chế độ làm việc không bình thường cũng làm cho dòng, áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép và nếu để kéo dài tình trạng này có thể xuất hiện sự cố. Có thể nói, sự cố làm rối loạn các hoạt động bình thường của hệ thống điện nói chung và của các hộ tiêu thụ điện nói riêng.

TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Mở đầu

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, sự cố và chế độ làm việc không bình thường có thể xảy ra, thường kèm theo dòng điện cao và điện áp thấp Những thiết bị chịu dòng điện cao có nguy cơ bị quá nhiệt và hư hỏng do điện áp giảm, gây ảnh hưởng đến khả năng hoạt động ổn định của các hộ tiêu thụ và máy phát Các chế độ làm việc không bình thường dẫn đến sự lệch lạc về dòng, áp và tần số, nếu kéo dài sẽ gây ra sự cố Như vậy, sự cố gây rối loạn hoạt động bình thường của hệ thống điện và ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ điện.

Để duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ, việc phát hiện sự cố nhanh chóng là rất quan trọng Khi phát hiện sự cố, cần cách ly khu vực bị hư hỏng để bảo vệ các phần tử còn lại, từ đó giảm thiểu mức độ hư hại và đảm bảo hoạt động liên tục Chỉ có các thiết bị tự động bảo vệ mới có khả năng thực hiện hiệu quả yêu cầu này, và chúng tạo thành một hệ thống bảo vệ hoàn chỉnh.

Các hệ thống bảo vệ là yếu tố thiết yếu trong các mạng điện hiện đại, vì chúng liên tục giám sát tình trạng và hoạt động của tất cả các thành phần trong hệ thống điện.

Khi xảy ra sự cố, hệ thống bảo vệ sẽ phát hiện và gửi tín hiệu để cắt tất cả các phần tử hư hỏng thông qua các máy cắt điện Trong trường hợp làm việc không bình thường, hệ thống có khả năng khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực Hệ thống bảo vệ chủ yếu bao gồm các rơle, do đó còn được gọi là bảo vệ rơle.

Bảo vệ khoảng cách là một loại bảo vệ quan trọng trong hệ thống điện, được sử dụng để bảo vệ các đường dây truyền tải Trong phần này, tác giả sẽ giới thiệu về cách thức hoạt động của bảo vệ khoảng cách cũng như các đặc tính của nó khi xảy ra sự cố trên đường dây.

Nguyên lý tác động

Nguyên lý bảo vệ có tính chọn lọc cao dựa trên đặc điểm phân bố điện áp khi ngắn mạch, trong đó điện áp tại điểm ngắn mạch 3 pha bằng không và tăng dần khi xa điểm ngắn mạch Tỷ số U/Ik cho phép xác định điện trở ngắn mạch, tỷ lệ với khoảng cách đến điểm ngắn mạch Bảo vệ khoảng cách xác định khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch, với độ trễ phụ thuộc vào khoảng cách lk; bảo vệ gần điểm ngắn mạch sẽ tác động trước, trong khi bảo vệ xa hơn sẽ tác động sau, giúp duy trì sự chọn lọc trong mạng điện Cơ cấu chính của bảo vệ khoảng cách là rơle khoảng cách, phản ứng theo tỷ lệ của áp và dòng chạy qua các cuộn dây.

Hình 1.1 Sơ đồ giải thích nguyên lý bảo vệ khoảng cách

Xét sơ đồ Hình 1.1, nếu ngắn mạch xảy ra tại điểm N1, điện áp dư của mạng điện U tại điểm ngắn mạch sẽ bằng 0 và sẽ tăng dần về phía nguồn Tại khoảng cách lk so với điểm ngắn mạch, giá trị điện áp pha sẽ được xác định.

Ik là dòng điện ngắn mạch 3 pha tính bằng kA, trong khi z0 là tổng trở trên một đơn vị chiều dài đường dây đo bằng Ω/km Khoảng cách từ nguồn đến điểm ngắn mạch được ký hiệu là lk và tính bằng km Điện áp đưa đến rơle cần được xác định để đảm bảo hoạt động chính xác trong hệ thống điện.

(1.2) Trong đó: nU – tỷ số máy biến điện áp.

Dòng điện đưa tới rơle:

(1.3) Trong đó: ni – tỷ số máy biến dòng điện.

Như vậy, điện trở giả tưởng (hay điện trở ảo) trên cực rơle là:

ZR chỉ phụ thuộc vào khoảng cách đến điểm ngắn mạch, không bị ảnh hưởng bởi giá trị dòng và áp Như trong sơ đồ Hình 1.1, khi xảy ra ngắn mạch tại điểm N1, bảo vệ 2 sẽ là thiết bị đầu tiên tác động Nếu bảo vệ 2 không hoạt động vì lý do nào đó, thì bảo vệ 1 sẽ tiếp tục thực hiện chức năng bảo vệ.

Bảo vệ khoảng cách bao gồm các cơ cấu chính sau:

- Cơ cấu tác động làm nhiệm vụ khởi động bảo vệ khi xảy ra sự cố ngắn mạch.

- Cơ cấu định khoảng cách có nhiệm vụ đo khoảng cách từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến điểm xảy ra ngắn mạch.

- Cơ cấu định thời, duy trì một khoảng thời gian trễ cho bảo vệ.

- Cơ cấu định hướng được sử dụng trong trường hợp bảo vệ cho mạng điện kín.

Bảo vệ khoảng cách thường được thiết kế với nhiều cấp nhằm nâng cao độ tin cậy và độ chọn lọc Sơ đồ nối rơle bảo vệ khoảng cách 3 cấp với thời gian duy trì được minh họa trong Hình 1.2.

Hình 1.2 Sơ đồ nối rơle bảo vệ khoảng cách 3 cấp. a) Sơ đồ khối; b) Sơ đồ bố trí rơle.

Cấp I của hệ thống bảo vệ yêu cầu tác động ngay khi xảy ra ngắn mạch mà không cần duy trì thời gian Tín hiệu bảo vệ sẽ được kích hoạt thông qua cơ cấu đo dòng và bộ so sánh điện trở (RZ), thực hiện phép "VÀ" Nếu F là tín hiệu từ bộ lọc dòng TI và L là tín hiệu từ rơle điện trở RZ, thì tín hiệu bảo vệ cấp I sau phần tử "VÀ" được biểu diễn bằng công thức P = F^L.

- Cấp II thực hiện tương tự nhờ phần tử “VÀ – 2” nhưng có thời gian duy trì t1, phương trình có dạng: Q = D K1 F^M.

- Cấp III có duy trì thời gian t2 lớn dự phòng cho các vùng còn lại: G = D K2 F.

Khởi động bảo vệ cấp nào cũng cần đảm bảo tín hiệu X ra lệnh cắt được thực hiện thông qua phép "HOẶC" Phương trình logic của bảo vệ khoảng cách 3 cấp có cấu trúc nhất định.

Đặc tính thời gian và vùng tác động của bảo vệ khoảng cách

1.3.1 Đặc tính thời gian Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách là sự phụ thuộc của thời gian tác động và khoảng cách đến điểm ngắn mạch Có 3 dạng đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách là dạng cấp, dạng phụ thuộc trơn và dạng hỗn hợp (vừa cấp vừa phụ thuộc trơn) Các sơ đồ bảo vệ khoảng cách hiện đại thường được áp dụng với 3 cấp nhảy bậc thời gian tăng dần, như Hình 1.3. t l k t 3 t 2 Ät t 1 1

Vù ng 1 Vù ng 2 Vù ng 3

Hình 1.3 Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách.

1 Đặc tính bậc nhảy; 2 Đặc tính dốc; 3 Đặc tính hỗn hợp.

Trong Hình 1.3, khu vực 1 cho thấy bảo vệ tác động gần như ngay lập tức với thời gian t1 rất ngắn, chỉ bao gồm thời gian hoạt động của rơle và máy cắt Ngược lại, ở khu vực 2, thời gian tác động của hệ thống bảo vệ được kéo dài hơn.

Khoảng thời gian trễ Δt được chọn lớn hơn thời gian bảo vệ chính của các phần tử khác trên thanh cái trạm biến áp, nhằm đảm bảo rằng bảo vệ khoảng cách không phản ứng với sự cố ở các phần tử khác Thông thường, giá trị Δt được chọn là 0,4 ± 0,5 giây Vùng bảo vệ 3 có thời gian trễ lớn hơn vùng bảo vệ 2, với công thức t3 = t2 + Δt.

1.3.2 Bảo vệ khoảng cách 3 cấp

Bảo vệ khoảng cách 3 cấp là phương pháp phổ biến cho đường dây điện, trong đó vùng bảo vệ cấp 1 và cấp 2 được thiết lập dựa trên điện trở giả tưởng của rơle điện trở, yêu cầu điện trở này nhỏ hơn điện trở chỉnh định của rơle và điện trở của đường dây cần bảo vệ (ZR < Zdd) Nguyên tắc xác định vùng bảo vệ được minh họa trong Hình 1.4 Trong vùng 1, rơle sẽ tác động tức thời mà không có thời gian trễ, với mục tiêu bảo vệ toàn bộ đường dây Tuy nhiên, nếu xảy ra ngắn mạch tại điểm đầu của đoạn dây tiếp theo, rơle vẫn sẽ hoạt động ngay lập tức, do đó, để đảm bảo tính chọn lọc trong bảo vệ, điện trở khởi động của vùng 1 phải nhỏ hơn điện trở của đoạn dây được bảo vệ.

Hệ số an toàn k1, thường dao động trong khoảng 0,8 ± 0,85, phản ánh sự ảnh hưởng của độ chính xác của rơle và điện trở quá độ tại điểm ngắn mạch Cụ thể, với rơle điện cơ, giá trị k1 là 0,8, trong khi đối với rơle số, giá trị này là 0,85.

ZAB – điện trở của đoạn dây AB.

Hình 1.4 Vùng tác động của bảo vệ khoảng cách.

Vùng 1 của bảo vệ đường dây AB và BC chỉ phủ một phần chiều dài của các đường dây này, và bảo vệ cấp 2 cho cả hai đường dây có cùng thời gian trễ (t2.A = t2.B) Để đảm bảo sự chọn lọc trong bảo vệ, cần phải kết hợp các điều kiện khởi động.

ZA– điện trở khởi động của bảo vệ cấp 2 đường dây AB.

ZBC – điện trở của đường dây BC liền sau đường dây AB. k2 – hệ số dự trữ lấy trong khoảng 0,7 ± 0,8.

Trong trường hợp đoạn AB có nhiều nhánh dây khác nhau, giá trị điện trở ZBC được xác định bằng giá trị nhỏ nhất trong số các điện trở của các nhánh Ngoài ra, giá trị điện trở khởi động vùng 2 cũng có thể được tính theo một biểu thức cụ thể.

Zmin là tổng trở nhỏ nhất từ điểm đặt bảo vệ A đến các điểm cuối của mạng điện Hệ số β, thường được lấy trong khoảng 0,05 ± 0,1, dùng để tính đến sai số của rơle khoảng cách Hệ số δ, thường bằng 0,1, được sử dụng để tính đến sai số của các máy biến dòng và máy biến áp đo lường.

Vùng bảo vệ cấp 2 bao trùm phần còn lại của đường dây ĐD1 (15 ± 20%) và

30 ± 40% chiều dài của đoạn dây tiếp theo.

Tính tương tự điện trở khởi động của vùng là:

Z k ��Z k Z k Z �� (1.9) Điện trở khởi động của rơle vùng 3 cũng có thể được xác định theo biểu thức:

Hệ số tính đến khoảng an toàn của vùng biên thường được xác định là 0,1, trong khi hệ số tin cậy được lấy là 1,2 Ngoài ra, hệ số phân dòng cũng cần được xem xét để đánh giá ảnh hưởng của phụ tải các nhánh dây.

ZB – điện trở khởi động vùng 2 của bảo vệ B.

Giá trị điện trở khởi động của rơle vùng 1 của bảo vệ A:

Dựa vào giá trị dòng khởi động của rơle Z I R.A, chúng ta cần chọn nấc chỉnh định gần nhất về phía dưới Z I R.A và xác định điện trở khởi động thực tế của bảo vệ khoảng cách.

Hệ số nhạy của rơle điện trở vùng 1 được xác định theo biểu thức:

Độ nhạy yêu cầu tối thiểu là 1,2 ± 1,3, và đối với cơ cấu khởi động dòng, độ nhạy được xác định giống như bảo vệ dòng cực đại Các vùng khác cũng áp dụng quy trình tính toán tương tự.

Việc thiết lập nhiều vùng bảo vệ giúp nâng cao độ tin cậy hệ thống nhờ sự hỗ trợ lẫn nhau giữa các vùng này Chẳng hạn, khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong một vùng bảo vệ, các vùng khác có thể hỗ trợ để giảm thiểu tác động và duy trì hoạt động ổn định.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại điểm N1 của đoạn dây AB, bảo vệ vùng 1 sẽ tác động máy cắt MC1 trong thời gian t1.A Nếu bảo vệ vùng 1 không hoạt động, bảo vệ vùng 2 sẽ kích hoạt với thời gian trễ t2.A Nếu vùng 2 cũng không tác động, bảo vệ vùng 3 sẽ thực hiện cắt với thời gian trễ t3.A Trong trường hợp ngắn mạch xảy ra tại điểm N2 thuộc vùng 2 của đường dây ĐD2, bảo vệ vùng 2 sẽ cắt máy cắt để đảm bảo an toàn.

MC2 sẽ hoạt động trong khoảng thời gian t2.B Nếu bảo vệ vùng 2B không hoạt động vì lý do nào đó, thì bảo vệ vùng 3A sẽ kích hoạt và cắt máy cắt MC1 với thời gian trễ là t3A.

Sơ đồ thực hiện bảo vệ khoảng cách

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách được mô tả trong Hình 1.5 Khi xảy ra ngắn mạch ở bất kỳ khu vực nào, rơle dòng RI sẽ kích hoạt, cấp điện cho rơle thời gian Rt và cung cấp nguồn dương cho tiếp điểm của rơle điện trở 1RZ Nếu ngắn mạch xảy ra ở vùng 1, điện trở ảo của các rơle điện trở sẽ nhỏ hơn điện trở khởi động, dẫn đến việc cả hai rơle đều hoạt động Tuy nhiên, chỉ có rơle 1RZ mới truyền tín hiệu đến rơle trung gian RG để cắt tín hiệu sự cố.

Hình 1.5 Sơ đồ thực hiện bảo vệ khoảng cách 3 cấp.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trong vùng 2, chỉ bộ phận điện trở của rơle 2RZ sẽ hoạt động Sau khoảng thời gian trễ tII, rơle thời gian Rt sẽ khép tiếp điểm và gửi tín hiệu đến rơle trung gian RG để cắt máy cắt Khi tiếp điểm xung của rơle thời gian Rt đóng, rơle trung gian RG sẽ tự động đóng tiếp điểm duy trì, thực hiện phép nhớ, từ đó tăng cường độ tin cậy cho mạch bảo vệ.

Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch trong vùng 3, cả hai cơ cấu điện trở của rơle 1RZ và 2RZ sẽ không tác động do điện trở của đường dây lớn hơn điện trở khởi động của chúng Việc cắt mạch sẽ được thực hiện sau khoảng thời gian trễ t3 khi rơle thời gian đóng tiếp điểm thứ 2.

Rơle điện trở

1.5.1 Đặc tính của rơle điện trở Đặc tính của rơle điện trở là quỹ tích các điểm thỏa mãn điều kiện khởi động của rơle ZR ≤ Zkđ.R Tồn tại khá nhiều dạng đặc tính của rơle, chúng ta sẽ xem xét một số dạng chính sau:

1.5.1.1 Rơle điện trở toàn phần không có hướng

Đặc tính đơn giản nhất của rơle Zkđ.R là dạng đường tròn với tâm tại gốc tọa độ và bán kính không đổi, cho phép hoạt động với góc φR bất kỳ, tức là không có hướng tác động Loại đặc tuyến này thường được sử dụng cho mạng điện có điện áp dưới 35kV.

Các đặc tính khởi động của một số loại rơle điện trở cơ bản bao gồm: rơle điện trở toàn phần không hướng, rơle điện trở toàn phần có hướng (đường tròn đi qua gốc MHO), rơle điện trở phản kháng, rơle điện trở toàn phần đặc tuyến elip, rơle điện trở toàn phần đặc tuyến tròn lệch tâm (offset MHO), và rơle điện trở toàn phần đặc tuyến tứ giác.

1.5.1.2 Rơle điện trở toàn phần có hướng

Có đặc tính là đường tròn đi qua gốc tọa độ (Hình 1.6.b) Điện trở tác động của loại rơle này là:

Trong đó: δ – góc mà rơle có điện trở khởi động cực đại ZkdR.max

Khi góc φR không giống góc δ, đặc biệt trong chế độ làm việc bình thường, giá trị Zkđ.R sẽ giảm, dẫn đến việc khởi động rơle trở nên khó khăn hơn Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh rơle nhằm tránh tác động nhầm khi xảy ra quá tải kèm theo hiện tượng sụt áp.

1.5.1.3 Rơle điện trở phản kháng

Có đặc tính không phụ thuộc vào góc φR (Hình 1.6.c) Giá trị điện trở khởi động được xác định:

Ngoài những đặc tính cơ bản, còn tồn tại một số dạng đặc tính hỗn hợp như đặc tính elip, đặc tính đường tròn lệch tâm và đặc tính tứ giác Những đặc tính này được coi là lý tưởng, tuy nhiên trong thực tế, nhiều yếu tố như đặc tính phi tuyến của khung từ, bộ chỉnh lưu và sai số của mômen quay có thể ảnh hưởng đến chế độ làm việc của rơle.

1.5.1.4 Đặc tính phụ thuộc của điện trở khởi động và dòng điện đi vào rơle

Sự phụ thuộc của điện trở khởi động của rơle vào dòng điện được minh họa trong Hình 1.7 Khi không có mômen cơ khí và các yếu tố khác, độ nhạy của rơle không bị ảnh hưởng bởi dòng điện, lúc này điện trở khởi động của rơle được coi là lý tưởng (đường 1 Hình 1.7) Đường thực tế 2 thấp hơn so với đường lý tưởng 1, và đối với bảo vệ khoảng cách, sai số của rơle được quy định không vượt quá 10%.

Mỗi rơle chỉ hoạt động chính xác trong một khoảng dòng điện nhất định, từ Icx.min đến Icx.max Dòng Icx.min là dòng khởi động tối thiểu mà rơle cần để phát sinh mômen thắng mômen cản Mc khi UR = 0 Ngoài giá trị điện trở đặt Zd, rơle còn có các đại lượng đặc trưng khác là dòng điện tối thiểu và dòng điện tối đa, xác định phạm vi làm việc chính xác Khi dòng điện I nhỏ hơn Icx.min, sai số ΔZ sẽ lớn do sức cản cơ học, trong khi khi I lớn hơn Icx.max, sai số chủ yếu xuất phát từ sự bão hòa của mạch từ.

1.5.2 Sơ đồ nối rơle điện trở

Bộ phận định khoảng cách của rơle đo tỷ số áp và dòng UR/IR có vai trò quan trọng trong việc xác định khoảng cách từ nơi đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch, với tỷ số này thay đổi tùy theo dạng ngắn mạch Sơ đồ nối của rơle cần được thiết kế để điện trở tỷ lệ với khoảng cách này Để thực hiện điều này, cần đưa điện áp của mạch vòng ngắn mạch vào rơle; trong trường hợp ngắn mạch giữa các pha, điện áp dây sẽ được sử dụng, trong khi với ngắn mạch một pha, điện áp pha là cần thiết Thêm vào đó, thời gian tác động của vùng bảo vệ phải không phụ thuộc vào dạng ngắn mạch.

1.5.2.1 Sơ đồ nối rơle điện trở để chống ngắn mạch giữa các pha Đối với bảo vệ khoảng cách chống ngắn mạch giữa các pha thông dụng nhất là sơ đồ mắc các rơle điện trở toàn phần với điện áp dây và hiệu các dòng điện của 2 pha (Hình 1.8) tương ứng với Bảng 1.1 sau:

Bảng 1.1 Điện trở toàn phần theo tỷ số UR/IR.

Hình 1.8 Sơ đồ mắc rơle điện trở.

Phân tích chế độ làm việc của các rơle trong các dạng ngắn mạch khác nhau cho thấy tổng trở đặt vào các rơle là giống nhau, chứng tỏ rằng hoạt động của các rơle không phụ thuộc vào dạng ngắn mạch Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là yêu cầu nhiều rơle, dẫn đến chi phí cao.

Bảng 1.2 Tham số của rơle điện trở trong các trường hợp ngắn mạch khác nhau.

UR IR ZR Nhận xét

3I n i 0 k U n Z l n Phép đo điện trở không phụ thuộc vào loại ngắn mạch

Trong thực tế, sơ đồ nối rơle điện trở qua máy biến dòng trung gian thường được áp dụng Sơ đồ này hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu từ thông của mạch từ trong máy biến dòng trung gian, như thể hiện trong Hình 1.9.a Ngoài ra, cũng có thể sử dụng sơ đồ làm việc theo nguyên lý hiệu từ thông trong chính rơle, được minh họa trong Hình 1.9.b.

Hình 1.9 a) Sơ đồ mắc rơle điện trở qua máy biến dòng trung gian có 2 cuộn sơ cấp. b) Sơ đồ mắc rơle điện trở phản kháng với 2 cuộn dòng.

1.5.2.2 Sơ đồ dùng 1 rơle điện trở với chuyển mạch điện áp Để khắc phục nhược điểm của các sơ đồ trên, người ta thường áp dụng sơ đồ bảo vệ với chỉ một rơle điện trở duy nhất (Hình 1.10).

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách 3 cấp sử dụng một điện trở phụ cho phép điều chỉnh giá trị điện trở ZR UR/IR đồng nhất cho các dạng ngắn mạch khác nhau Bằng cách lắp đặt bộ chuyển mạch điện áp và hệ thống tiếp điểm rơle 1RI và 2RI, điện trở phụ rf được mắc nối tiếp với cuộn dây áp của rơle điện trở RZ, giúp giảm giá trị điện của nó xuống 2 lần khi xảy ra ngắn mạch giữa các pha A – B hoặc B – C Điều này dẫn đến dòng điện trong cuộn dòng của rơle RZ giảm xuống 2 lần so với trường hợp ngắn mạch giữa các pha A – C, tạo ra tỷ số chính xác cho việc bảo vệ hệ thống.

UR/IR sẽ vẫn không thay đổi.

1.5.2.3 Sơ đồ nối rơle RZ chống ngắn mạch một pha Để chống ngắn mạch một pha, rơle điện trở RZ được mắc vào điện áp pha và dòng pha có bù thành phần dòng thứ tự không (Hình 1.11).

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý bảo vệ khoảng cách phản ứng với ngắn mạch một pha.

Bảng 1.3 Quan hệ dòng và áp vào rơle.

Bảng 1.3 minh họa mối quan hệ dòng điện vào rơle Giả sử rằng pha A gặp sự cố ngắn mạch tại vị trí cách thiết bị bảo vệ một khoảng L, điện trở vào rơle được xác định là a.

Z1, Z2, Z0 – điện trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không.

I0 – dòng thứ tự không, I0 = (Ia + Ib + Ic)/3.

1.5.2.4 Sơ đồ bảo vệ dùng rơle kỹ thuật số

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhạy của bảo vệ khoảng cách

1.6.1 Ảnh hưởng của điện trở quá độ Điện trở quá độ làm tăng tổng trở trên đầu cực của các rơle làm cho điểm ngắn mạch dường như lùi xa hơn và bảo vệ sẽ tác động với thời gian trễ lớn hơn nhưng vẫn không mất tính chọn lọc Giá trị tổng trở đo được đến chỗ ngắn mạch Z ' d có tính đến điện trở quá độ là:

Zd – điện trở thực tế của đường dây.

Rqd – giá trị điện trở quá độ (điện trở hồ quang).

Hệ số 0,5 được áp dụng do điện trở quá độ tại chỗ ngắn mạch được phân bổ đều cho cả hai pha Giá trị của điện trở quá độ thường mang tính điện tác dụng và khó xác định chính xác Trong thực tế, người ta thường sử dụng một số biểu thức thực nghiệm để tính toán giá trị này.

(1.20) Trong đó: a – khoảng cách trung bình giữa các pha (m). v – tốc độ gió cực đại tác động đến đối tượng bảo vệ (m/s). tk – thời gian cắt dòng ngắn mạch (s).

1.6.2 Ảnh hưởng của dòng điện bổ xung từ trạm biến áp

Trong trường hợp ở giữa chỗ đặt bảo vệ và điểm ngắn mạch có thêm nguồn phụ (Hình 1.13.a), điện áp trên cực rơle lúc này là:

U I Z I Z (1.21) mà ICN = IAC + IBC (1.22) nên UR = IACZAC + (IAC + IBC)ZCN (1.23) Dòng đi vào rơle trong trường hợp này là IR = IAC.

Vậy điện trở trên đầu cực rơle:

Trong đó hệ số phân dòng:

Như vậy khi có nguồn điện bổ xung thì điểm ngắn mạch dường như xa hơn và điện trở trên đầu cực rơle sẽ lớn hơn.

Hình 1.13 Sơ đồ giải thích ảnh hưởng của dòng điện bổ xung đối với bảo vệ khoảng cách.

Trường hợp có sự phân dòng như sơ đồ Hình 1.13.b thì dòng điện:

AC CN CM CN AC CM

I I I suy ra I I I (1.26) Điện áp trên cực rơle:

R AC AC CN CN AC AC AC CM CN

Dòng đi vào rơle trong trường hợp này là IR = IAC

Vậy điện trở trên đầu cực rơle:

Trong đó hệ số phân dòng:

(1.29) Như vậy điểm ngắn mạch dường như rút gần lại phía đặt thiết bị bảo vệ khoảng cách.

Kết luận

 Có tính chọn lọc cao trong mạng điện bất kỳ.

 Thời gian cắt nhỏ do đó đảm bảo độ ổn định tốt cho hệ thống điện.

 Vùng bảo vệ I chiếm tới 80 ± 85% độ dài của phần tử được bảo vệ.

 Sơ đồ bảo vệ phức tạp và bản thân rơle điện trở cũng phức tạp.

 Không thể phủ kín được toàn bộ đối tượng bảo vệ.

 Chịu ảnh hưởng của dao động điện và phụ tải.

 Có thể tác động nhầm khi bị hỏng mạch áp.

Bảo vệ khoảng cách hiện nay được xem là hệ thống bảo vệ hoàn chỉnh nhất, đóng vai trò là bảo vệ chính và phụ cho mạng điện có điện áp lên đến 35kV Đối với mạng điện từ 110kV trở lên, hệ thống này được sử dụng làm bảo vệ chính cho các đường dây ngắn và là bảo vệ phụ cho các đường dây dài.

XÁC ĐỊNH TỔNG TRỞ ĐO TẠI VỊ TRÍ ĐẶT RƠLE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Mở đầu

Việc xác định khoảng cách từ vị trí bảo vệ đến điểm ngắn mạch là rất quan trọng để khắc phục sự cố nhanh chóng, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng đến tính ổn định và kinh tế của hệ thống điện Trong chương 2, tác giả trình bày phương pháp xác định tổng trở đo tại vị trí rơle bảo vệ khoảng cách, yêu cầu xác định dòng điện và điện áp khi xảy ra ngắn mạch Các dạng ngắn mạch khác nhau sẽ dẫn đến tổng trở đo khác nhau Tác giả đã phát triển hệ thống công thức tính toán dựa trên kiến thức cơ sở về ngắn mạch trong hệ thống điện, giúp nhận dạng các dạng ngắn mạch dễ dàng hơn.

Tác giả đã sử dụng chức năng Distance trong phần mềm Test Universer của Omicron để mô phỏng hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách Phần mềm này cung cấp cái nhìn trực quan, giúp người dùng hiểu rõ hơn về cách rơle bảo vệ khoảng cách hoạt động khi xảy ra sự cố.

Dòng điện và điện áp tại vị trí đặt rơle khi có ngắn mạch

Rơle bảo vệ khoảng cách xác định vị trí sự cố ngắn mạch dựa trên tổng trở đo được tại vị trí lắp đặt rơle, sử dụng dòng điện và điện áp đầu vào khi có sự cố ngắn mạch trên đường dây Việc đo lường này được thực hiện thông qua các máy biến dòng điện (TI) và máy biến điện áp (TU) được lắp đặt tại đầu đường dây Do đó, xác định điện áp và dòng điện tại vị trí rơle là bước quan trọng để tính toán tổng trở đo Ví dụ, trong khảo sát một đường dây truyền tải điện năng, rơle bảo vệ khoảng cách (21) được đặt tại vị trí đầu đường dây như minh họa trong Hình 2.1.

Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản.

Khi xảy ra ngắn mạch tại vị trí N trên đường dây, điện áp và dòng điện tại vị trí rơle được xác định dựa trên phương pháp các thành phần thứ tự Để phân tích các dạng ngắn mạch như ngắn mạch ba pha, hai pha, hai pha chạm đất và một pha, các sơ đồ thứ tự thuận (TTT), thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không (TTK) được thiết lập.

Hình 2.15 Sơ đồ TTT, TTN, TTK của hệ thống điện.

Z1s, Z2s, Z0s: Tổng trở TTT, TTN và TTK của nguồn.

Z1D, Z2D, Z0D: Tổng trở TTT, TTN và TTK của đường dây.

Ia1, Ia2, Ia0: Dòng điện TTT, TTN và TTK tại vị trí đặt rơle.

Ua1, Ua2, Ua0: Điện áp TTT, TTN và TTK tại vị trí đặt rơle.

N1, N2, N0: Điểm ngắn mạch trên sơ đồ TTT, TTN và TTK. Đ1, Đ2, Đ0: Điểm đất trên sơ đồ TTT, TTN và TTK.

Tác giả áp dụng phương pháp sơ đồ phức hợp để xác định điện áp và dòng điện tại vị trí rơle, dựa trên các sơ đồ thay thế TTT, TTN và TTK Nếu xác định được các thành phần TTT, TTN và TTK của dòng điện và điện áp, ta có thể tính toán dòng điện và điện áp tổng hợp của các pha tại vị trí rơle theo biểu thức đã đề cập.

- Dòng điện tổng hợp trên các pha tại vị trí đặt rơle: a a1 a 2 a 0

- Điện áp tổng hợp trên các pha tại vị trí đặt rơle: a a1 a 2 a 0

Qui ước pha A là pha đặc biệt trong ba pha khi xảy ra ngắn mạch Chúng ta sẽ xét cho từng dạng ngắn mạch.

Sơ đồ phức hợp của ngắn mạch 3 pha như Hình 2.3.

Hình 2.16 Sơ đồ phức hợp của dạng ngắn mạch 3 pha.

Dựa vào sơ đồ phức hợp trên, ta xác định được các giá trị dòng điện và điện áp thành phần tại vị trí đặt rơle:

- Dòng điện thành phần TTT, TTN và TTK của pha A: a1 s

- Điện áp thành phần TTT, TTN và TTK của pha A: a1 s a1 1s a2 a0

Sơ đồ phức hợp của ngắn mạch 2 pha như Hình 2.4.

Hình 2.17 Sơ đồ phức hợp dạng ngắn mạch 2 pha.

Dựa vào sơ đồ phức hợp, ta xác định được điện áp và dòng điện thành phần tại vị trí đặt rơle:

- Dòng điện thành phần TTT, TTN và TTK của pha A:

- Điện áp thành phần TTT, TTN và TTK của pha A:

2.2.3 Ngắn mạch 2 pha chạm đất

Sơ đồ phức hợp của ngắn mạch 2 pha chạm đất như Hình 2.5.

Hình 2.18 Sơ đồ phức hợp dạng ngắn mạch 2 pha chạm đất.

Dựa vào sơ đồ phức hợp, ta xác định được điện áp và đòng điện thành phần tại vị trí đặt rơle:

- Điện áp thành phần TTT, TTN và TTK của pha A: a1 s a1 1s a2 a 2 2s a0 a0 0s

Sơ đồ phức hợp dạng ngắn mạch 1 pha như Hình 2.6.

Hình 2.19 Sơ đồ phức hợp dạng ngắn mạch 1 pha.

Dựa vào sơ đồ phức hợp, ta xác định được dòng điện và điện áp thành phần tại vị trí đặt rơle như sau:

- Điện áp thành phần TTT, TTN và TTK của pha A:

Nhận dạng các dạng sự cố ngắn mạch

Rơle bảo vệ khoảng cách phải xác định chính xác vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây, bất kể dạng ngắn mạch nào xảy ra Để thực hiện điều này, rơle sẽ dựa vào dạng sự cố để xác định điện áp và dòng điện tương ứng, từ đó tính toán tổng trở và xác định vị trí ngắn mạch Việc nhận dạng dạng sự cố và pha bị ảnh hưởng là rất quan trọng, vì sự cố thường gây ra dòng điện tăng cao trên pha gặp sự cố, như minh họa trong các hình ảnh.

(d) Hình 2.20 Sơ đồ thể hiện các dạng ngắn mạch.

(a) NM 3 pha; (b) NM 1 pha; (c) NM 2 pha; (d) NM 2 pha chạm đất.

2.3.2 Phương trình các biến trạng thái Boolean

Trong Hình 2.7, kích thước của dấu mũi tên biểu thị cường độ dòng điện khi xảy ra và không xảy ra ngắn mạch Để nhận diện sự cố ngắn mạch, chúng ta áp dụng các phương trình biến trạng thái tương ứng.

IF IF IF IF IF IF IF

Ta, Tb, Tc, T0: là các biến trạng thái boolean của pha A, B, C và 0.

Ia, Ib, Ic, I0: là dòng điện trên các pha A, B, C và thứ tự không.

Isa, Isb, Isc, Is0: là dòng đặt của rơle trên các pha A, B, C và thứ tự không.

Do vậy, một sự cố ngắn mạch xảy ra sẽ rơi vào một trong số các trạng thái được thể hiện như Bảng 2.1.

Bảng 2.4 Bảng trạng thái các dạng sự cố ngắn mạch.

Trạng thái Dạng sự cố ngắn mạch

Từ bảng 2.1, ta thấy khi ngắn mạch pha A thì AG T T T T a b c 0 Từ đó, ta có bảng tổng hợp các dạng ngắn mạch dựa trên tín hiệu số như sau:

Bảng 2.5 Bảng phân loại các dạng ngắn mạch dựa trên thành phần tín hiệu số.

Dạng ngắn mạch Tín hiệu số

Xác định tổng trở đo tại vị trí đặt rơle

2.4.1 Điện áp và dòng điện đưa vào rơle

Tổng trở đo của rơle khoảng cách phản ánh tổng trở thực tế của đường dây truyền tải, được tính bằng thương số giữa điện áp và dòng điện tại vị trí lắp đặt rơle, cụ thể là U/R = I.

Điện áp và dòng điện tại vị trí đặt rơle đối với từng dạng ngắn mạch xảy ra trên đường dây được xác định như Bảng 2.3.

Bảng 2.6 Tín hiệu điện áp và dòng điện tại điểm đặt rơle.

Dạng ngắn mạch UR IR

: Dòng điện trên các pha A, B và C. a b c

: Điện áp của các pha A, B và C.

K   z z z : Hệ số bù dòng điện thứ tự không. z0, z1: Tổng trở thứ tự không và tổng trở thứ tự thuận trên một đơn vị chiều dài đường dây.

2.4.2 Xác định tổng trở đo tại vị trí đặt rơle

Chúng ta có thể biểu diễn sơ đồ mạch điện tương đương giữa vị trí đặt rơle và vị trí điểm ngắn mạch như Hình 2.8:

Hình 2.21 minh họa sơ đồ mạch điện tương đương giữa vị trí đặt rơle và điểm ngắn mạch Theo Hình 2.8, UR và IR đại diện cho điện áp và dòng điện tại vị trí đặt rơle, được trình bày chi tiết trong Bảng 2.3.

Do đó, tổng trở đo tại vị trí đặt rơle được xác định theo biểu thức sau:

2.4.3 Xác định vị trí sự cố ngắn mạch

Sau khi xác định tổng trở đo, chúng ta sẽ tính toán vị trí điểm ngắn mạch dựa trên chiều dài đường dây từ nơi đặt rơle bảo vệ đến vị trí điểm ngắn mạch theo công thức đã được quy định.

Với tổng trở z1 trên mỗi km chiều dài dây, tùy thuộc vào loại dây, chúng ta có thể tính toán khoảng cách từ rơle đến điểm ngắn mạch Điều này giúp dự đoán vùng ngắn mạch và từ đó xử lý sự cố một cách nhanh chóng hơn.

Ví dụ áp dụng

Giả sử xét hệ thống điện như Hình 2.1 với các thông số như Bảng 2.4.

Bảng 2.7 Thông số của hệ thống điện đơn giản.

STT Phần tử Thông số

Công suất ngắn mạch: SN = 1000 (MVA)

2 Đường dây Chiều dài: L = 200 (km)

Tổng trở TTK và TTT: z0 = 0,3864 + j1,2963 (Ω/km) z1 = 0,01273 + j0,2933 (Ω/km)

4 Vị trí điểm ngắn mạch Các điểm ngắn mạch cách nhau 10 km

5 Giá trị dòng điện đặt Isa = Isb = Isc = 1,5*400 (A)

Is0 = 0,3*400 (A) Dựa vào cơ sở lý thuyết đã được xây dựng ở Mục 2.2 ta sẽ:

- Xác định điện áp và dòng điện tại vị trí đặt rơle.

- Nhận dạng sự cố ngắn mạch đã xảy ra.

- Xác định được điện áp và dòng điện đưa vào rơle.

- Xác định được tổng trở đo và vị trí điểm ngắn mạch.

Trong phần này, tác giả sẽ hướng dẫn chi tiết cách xác định các nội dung cho bốn dạng ngắn mạch, được thực hiện tại vị trí cách đầu đường dây khoảng 200 km.

- Các thông số tính toán của hệ thống:

+ Tổng trở của đường dây:

2.5.1 Kết quả ngắn mạch 3 pha

- Kết quả dòng điện thành phần tại vị trí đặt rơle:

- Kết quả điện áp thành phần tại vị trí đặt rơle:

- Kết quả dòng điện tổng hợp trên các pha tại vị trí đặt rơle:

- Điện áp tổng hợp trên các pha tại vị trí đặt rơle:

- Kết quả biến trạng thái các pha: a b c 0

=> Dạng ngắn mạch là ngắn mạch 3 pha: ABC.

- Do đó kết quả điện áp và dòng điện đưa vào rơle là:

- Kết quả tổng trở đo tại vị trí đặt rơle và vị trí điểm ngắn mạch:

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được các bảng tổng hợp sau:

Bảng 2.8 Bảng tổng hợp các thông số của rơle khi ngắn mạch 3 pha.

(kA) Zđo (Ω) Lđo (km) Sai số

Hình 2.22 Đồ thị UR và IR khi có ngắn mạch 3 pha trên đường dây.

Hình 2.23 Chiều dài đo được tại rơle khi có ngắn mạch 3 pha trên đường dây.

=> Dạng ngắn mạch là ngắn mạch 2 pha: BC.

(kA) Zđo (Ω) Lđo (km) Sai số

2.5.3 Kết quả ngắn mạch 2 pha chạm đất

=> Dạng ngắn mạch là ngắn mạch 2 pha chạm đất: BCG.

 Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được các bảng tổng hợp sau:

Bảng 2.10 Bảng tổng hợp các thông số của rơle khi ngắn mạch 2 pha chạm đất

Hình 2.26 Đồ thị UR và IR khi có ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây.

Hình 2.27 Chiều dài đo được tại rơle khi có ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây.

=> Dạng ngắn mạch là ngắn mạch 1 pha: AG.

Áp dụng phần mềm Omicron QuickCMC cho bảo vệ khoảng cách

2.6.1 Giới thiệu phần mềm Test Universe - QuickCMC

Phần mềm Test Universe – QuickCMC là công cụ quan trọng để thí nghiệm chức năng bảo vệ rơle của hãng Omicron, được sử dụng rộng rãi tại các trung tâm thí nghiệm điện Nó giúp kiểm tra hoạt động của các rơle bảo vệ trước khi đưa vào sử dụng hoặc trong các đợt kiểm tra định kỳ tại nhà máy điện và trạm biến áp Phần mềm có khả năng thực hiện nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ tự động đóng lặp lại và bảo vệ so lệch Sản phẩm được cung cấp theo đơn đặt hàng của khách hàng và hỗ trợ giao tiếp với bộ thí nghiệm rơle của Omicron như CMC.

156, CMC 256, CMC 356, v.v… thông qua cổng Ethernet.

Hình 2.30 Các modules chính của phần mềm.

Bạn có thể sử dụng cổng TH1 hoặc ETH2 ở phía sau bộ thí nghiệm để kết nối với phần mềm Cổng ETH2 có thể là cổng cáp quang, tùy thuộc vào phiên bản phần cứng của CMC Một ví dụ điển hình về bộ thí nghiệm của Omicron là CMC256, như thể hiện trong Hình 2.18.

Tự động đóng lặp lại

5 Điều khiển dòng, áp theo phương pháp nhập trực tiếp

1 Ramping: Thay đổi các giá trị dòng áp theo độ dốc cho trước

6 Overcurrent: Thử nghiệm chức năng bảo vệ quá dòng

7 Distance: thử nghiệm các chức năng liên quan đến tổng trở

8 Synchronizer: Chức năng hòa đồng bộ

2 Thay đổi vùng làm việc U, I để thử nghiệm chức năng dao động công suất

4 Differential: Dùng cho chức năng bảo vệ so lệch

Hình 2.31 Bộ thí nghiệm CMC256

2.6.1.1 Giới thiệu chức năng QuickCMC

Chức năng QuickCMC cho phép điều khiển trực tiếp các thông số dòng điện và điện áp, đồng thời giám sát đầu vào số Là một mô-đun đa năng, QuickCMC không cung cấp thông tin chi tiết như các mô-đun chuyên biệt khác, chẳng hạn như bảo vệ so lệch hay bảo vệ khoảng cách.

QuickCMC có thể được sử dụng cho hầu hết các chức năng, nhưng việc sử dụng các chức năng riêng lẻ thường phức tạp hơn Điểm mạnh của QuickCMC là tính nhanh chóng, dễ dàng và trực quan, đặc biệt trong việc thí nghiệm hệ thống điện và xử lý sự cố Nó cũng đóng vai trò là công cụ hỗ trợ cho các kỹ sư trong việc thí nghiệm các tín hiệu, thông báo trạng thái hoặc đo lường giá trị Các bước thiết lập cấu hình mô phỏng QuickCMC rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sử dụng.

1 - Bật trang khởi động OMICRON, click để bắt đầu mô-đun QuickCMC.

2 - Kiểm tra kết nối với mô-đun bằng cách kiểm tra biểu tượng ở góc phải bên dưới giao diện.

3 - Theo mặc định Test Universe kích hoạt nhóm dòng đầu ra A, nhóm điện áp và đầu ra inputs 1 và 2 BINARY INPUT 1 cấu hình cho tín hiệu Trip, BINARY

INPUT 2 như một tín hiệu khởi Start.

Trên thanh tab Binary/ Analog Inputs của cấu hình phần cứng( Hardware

The binary inputs can be defined by either potential-free inputs or potential-sensing inputs.

Hình 2.32 Các phần cơ bản của QuickCMC.

Nhập các thông số dòng điện và điện áp cho đối tượng thí nghiệm Nếu có giá trị nào bị giới hạn, hãy truy cập mục Test object để điều chỉnh giá cài đặt Sau khi nhập giá trị dòng điện và điện áp tại bảng này, nhấn nút F5 (ở ô 8 trên hình) để nhận giá trị dòng áp tại đầu ra tương ứng.

5 - Sơ đồ vector hiển thị các tín hiệu đầu ra (vector màu xanh - điện áp, vector đỏ - dòng điện).

6 - Tại phần Binary Outputs, nếu ta chọn vào Bin.Out nào thì đầu ra của

Bin.Out đó sẽ thay đổi trạng thái khi ta bắt đầu thử nghiệm.

Chọn chế độ "Switch off" tại mục "On trigger" để tắt đầu ra tương tự của CMC khi có tín hiệu trigger xảy ra tại đầu vào Binary input đã được chọn ở mục 3.

8 - Chọn nút Click F5 Outputs ON/OFF , khi đó giá trị dòng áp cài đặt tại mục 3 sẽ phát ra tại nhóm đầu ra VOLTAGE OUTPUT hoặc CURRENT

OUTPUT và kích hoạt đầu vào số BINARY INPUT 1 và 2 (hoặc bất kỳ đầu vào hoặc đầu ra số bạn có thể được cấu hình trong phần cứng Hardware

Cấu hình phần cứng cho đầu ra bao gồm việc lựa chọn Analog Output, cho phép người dùng cấu hình mạch dòng ra theo các tùy chọn A hoặc B Ngoài ra, người dùng cũng có thể chọn pha cụ thể hoặc thiết lập đầu vào và đầu ra số để phục vụ cho các chức năng thí nghiệm nâng cao.

Hình 2.33 Cấu hình phần cứng của QuickCMC.

Trong phần Analog Outputs, chọn Blance Angles để chọn cân bằng góc các pha 0 0 , -120 0 , 120 0 để bơm thành phần công suất thuận, nếu chọn Reverse Rotation để chọn các pha 0 0 , 120 0 , -120 0

Hình 2.34 Lựa chọn góc pha.

Có thể lựa chọn tự động thay đổi một hay nhiều thông số ở bảng đầu ra

Để thay đổi đối tượng, bạn chỉ cần nhấp vào mục Output và chọn đối tượng cần chỉnh sửa Các thông số của đối tượng như độ lớn, góc pha và biên độ có thể được điều chỉnh riêng biệt, giúp bạn tùy biến từng đại lượng một cách dễ dàng.

Hình 2.35 Lựa chọn thay đổi đối tượng đầu ra.

Trong phần Output, chọn đối tượng thay đổi là VL1-E Nếu chọn Magnitude trong mục Quantity, sự thay đổi sẽ là mô-đun; nếu chọn Phase, đối tượng thay đổi sẽ là góc pha của đầu ra VL1-E.

Hình 2.36 Lựa chọn thay đổi module, góc pha.

2.6.1.2 Giới thiệu chức năng Distance

Chức năng bảo vệ khoảng cách Distance trong Test Universe phiên bản V2.22 cung cấp ba tùy chọn: Distance, Advance Distance và VI Starting Bài viết này sẽ tập trung vào chức năng Distance để kiểm tra tác động của rơle bảo vệ khoảng cách trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Để truy cập vào chức năng Distance, người dùng cần nhấp vào giao diện chính của phần mềm.

Hình 2.37 Module bảo vệ khoảng cách.

Chức năng Distance hoạt động bằng cách điều chỉnh dòng và áp suất để đạt được tổng trở mong muốn, phục vụ cho việc thí nghiệm các chức năng liên quan đến tổng trở như bảo vệ 21 Để thực hiện thí nghiệm này, cần nắm rõ đặc tính tổng trở của chức năng cần khảo sát, đồng thời hiểu mối quan hệ giữa dòng điện, điện áp và tổng trở theo định luật Ohm.

Hình 2.38 Giao diện chính của chức năng bảo vệ khoảng cách.

Ta có thể lựa chọn cố định dòng điện hoặc cố định điện áp để nâng cao vùng tác động (tức nâng cao giá trị tác động).

Hình 2.39 Lựa chọn kiểu kiểm tra (Test Model).

Vào mục Parameters, chọn Test object và sau đó là Device để nhập thông số cho thiết bị thí nghiệm Cần điền đầy đủ các thông tin như tên chức năng, tên tủ, tên thiết bị, nhà sản xuất, tỉ số TU và TI.

Hình 2.40 Cài đặt thông số của thiết bị.

To configure the testing parameters, navigate to Parameters, then Test Object, followed by Distance, and select Edit In the Zone Setting, specify the characteristics required for the experiment, choosing between circular or quadrilateral attributes.

Hình 2.41 Lựa chọn đặc tính bảo vệ.

Sau khi hoàn thành việc vẽ đặc tính bảo vệ, chúng ta tiến hành thử nghiệm tác động của hệ thống bảo vệ trong trường hợp xảy ra ngắn mạch Điều này được thực hiện bằng cách thêm các điểm ngắn mạch vào các vùng bảo vệ của đường dây, thông qua việc nhấp chuột trái tại một vị trí trên đường dây và thực hiện các thao tác cần thiết.

Add To à All, như vậy phần mềm sẽ kiểm tra sự tác động của rơle tại điểm đó đối với tất cả các dạng ngắn mạch.

Hình 2.42 Lựa chọn các điểm ngắn mạch trên đường dây.

Chạy chương chình bằng cách nhấn , chương trình sẽ kiểm tra tất cả các điểm trên đường dây

Kết luận

Quá trình xây dựng hệ thống các công thức dựa trên kiến thức về ngắn mạch trong hệ thống điện cho thấy rằng dòng điện và điện áp tại vị trí rơle bảo vệ khác nhau tùy thuộc vào dạng ngắn mạch Tuy nhiên, tổng trở đo được từ vị trí rơle đến điểm ngắn mạch lại giống nhau ở cùng một điểm ngắn mạch cho các dạng khác nhau Tín hiệu dòng điện đo được giúp nhận biết dạng ngắn mạch xảy ra trên đường dây truyền tải Khoảng cách tính toán từ dòng điện và điện áp đến rơle gần bằng với khoảng cách thực tế nơi xảy ra ngắn mạch, điều này rất quan trọng trong việc định vị sự cố, giúp khắc phục sự cố nhanh chóng và đảm bảo cung cấp điện liên tục.

Tác giả đã sử dụng phần mềm Test Universe để mô phỏng hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách, nhằm đạt được kết quả chính xác và khách quan Phần mềm này cung cấp thông tin về thời gian tác động của rơle khi xảy ra ngắn mạch trong các vùng bảo vệ khác nhau và với các dạng ngắn mạch khác nhau.

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ SVC ĐẾN BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Mở đầu

Trong thời gian gần đây, vấn đề truyền tải điện đã thu hút sự chú ý, đặc biệt là sự thay đổi điện áp khi tải biến đổi và giới hạn công suất truyền tải Những yếu tố này được xem xét kỹ lưỡng do yêu cầu về công suất phản kháng của hệ thống truyền tải ngày càng cao.

Với xu hướng toàn cầu trong việc phát triển hệ thống điện, các nghiên cứu và ứng dụng nhằm khắc phục những vấn đề hiện tại, chẳng hạn như lắp đặt thiết bị, trở nên ngày càng quan trọng.

Hệ thống FACTS giúp vận hành linh hoạt, điều khiển luồng công suất trên lưới truyền tải, ổn định điện áp và giảm dao động công suất Việc kết hợp với truyền tải điện cao áp một chiều HVDC mang lại chế độ tối ưu trong truyền tải điện Tuy nhiên, việc lắp đặt thiết bị FACTS cũng ảnh hưởng đến hoạt động của các bảo vệ rơle trong hệ thống điện.

Trong chương này, tác giả phân tích ảnh hưởng của SVC (Static Var Compensator) đến bảo vệ khoảng cách trong hệ thống điện, nhằm tìm hiểu vai trò của SVC trong việc xác định tổng trở đo của rơle bảo vệ khoảng cách Để minh họa rõ hơn về hoạt động của rơle bảo vệ khi xảy ra sự cố ngắn mạch, tác giả đã xây dựng một mô hình tính toán trên Matlab/Simulink.

Nguyên tắc cài đặt các vùng khởi động theo đặc tính MHO

Bảo vệ khoảng cách MHO đo lường khoảng cách từ vị trí đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch, tỷ lệ thuận với trở kháng (ZL) của đường dây giữa thanh cái A và B Rơle bảo vệ khoảng cách xác định khoảng cách này bằng cách tính toán tỷ số giữa điện áp và dòng điện tại vị trí đặt rơle khi xảy ra ngắn mạch Hệ thống bảo vệ được chia thành ba vùng (Z1, Z2 và Z3) nhằm bảo vệ đường dây truyền tải cao áp giữa thanh cái A và B với tổng trở kháng ZAB.

Hình 3.45 Cài đặt các vùng bảo vệ của bảo vệ khoảng cách.

Nguyên tắc cài đặt các vùng bảo vệ khi không có sự tham gia của thiết bị FACTS được thể hiện như sau:

Tổng trở của đường dây AB được đo bằng rơle khoảng cách như sau:

Khi KTU và KTI là tỷ số giữa điện áp và dòng điện tại thanh cái A, các đường đặc tính MHO được mô tả qua hàm X = f(R) như thể hiện trong Hình 3.2.

Hình 3.46 Đường cong đặc tính MHO của bảo vệ khoảng cách.

Sự tham gia của các thiết bị FACTS, đặc biệt là SVC, ảnh hưởng trực tiếp đến tổng trở của đường dây (ZAB) Khi SVC được lắp đặt ở giữa đường dây, nó hoạt động như một cuộn kháng (XSVC = 1/BSVC), tạo ra các vùng được cài đặt mới.

Tổng quan về SVC

Máy bù tĩnh SVC, ra đời từ những năm 1970, là thiết bị bù công suất phản kháng không có phần quay, điều khiển bởi linh kiện điện tử công suất SVC thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FATCS), được sử dụng để điều chỉnh điện áp và tăng cường khả năng ổn định cho hệ thống điện Năm 1977, SVC được lắp đặt lần đầu tiên tại Nebraska, Bắc Mỹ, và đến nay đã có hơn 300 bộ SVC được lắp đặt trên toàn cầu, trong đó Bắc Mỹ chiếm hơn 90 bộ Tại khu vực Châu Á, số lượng bộ SVC lắp đặt cũng vượt quá 90 bộ Thiết bị này tự động điều chỉnh điện kháng, giúp kiểm soát điện áp tại các nút SVC và điều chỉnh công suất phản kháng, hoạt động như các kháng bù ngang khi hệ thống thừa công suất phản kháng hoặc điện áp vượt mức cho phép, từ đó tiêu thụ công suất phản kháng và hạ thấp điện áp tại nút điều chỉnh.

Nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ tự động được đóng vào, giúp bơm thêm công suất phản kháng vào hệ thống và cải thiện điện áp tại nút.

SVC thường được lắp đặt ở những vị trí có tải thay đổi nhanh chóng, chẳng hạn như trong lò điện, nhằm mục đích ổn định điện áp và giảm thiểu dao động.

3.3.1 Nguyên lý làm việc của SVC

Một SVC điển hình bao gồm các tụ bù ngang được đóng cắt riêng biệt, kết nối với cuộn dây điện cảm điều chỉnh bằng thyristor Việc thay đổi góc dẫn của thyristor cho phép điện kháng đẳng trị của SVC thay đổi liên tục, giúp điều chỉnh công suất phản kháng của lưới điện một cách linh hoạt Cấu trúc này cho phép các tụ điện thực hiện điều chỉnh thô, trong khi các TCR điều chỉnh giá trị cảm kháng, tạo ra giá trị điện kháng đẳng trị liên tục Để đạt được sự điều chỉnh mượt mà và linh hoạt hơn, có thể sử dụng bộ tụ điện được đóng cắt bằng thyristor hoặc TCCS.

Thanh cái hệ thống HV

Hình 3.47 Sơ đồ điều khiển dạng đơn giản của SVC.

Thyristor là thiết bị điều chỉnh tĩnh bằng điện, thuộc nhóm bán dẫn và luôn phát sinh nhiệt trong quá trình hoạt động Để đảm bảo hiệu suất và an toàn, nước đã khử ion được sử dụng để làm mát các thiết bị này.

Các tải cảm kháng thay đổi nhanh trong mạch, như lò điện, có khả năng biến đổi dạng sóng điều hòa của điện áp Để làm trơn sóng điện áp, các bộ lọc sóng điện tử công suất lớn được sử dụng Những bộ lọc này có tính dung, vì vậy chúng cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện.

Các thiết bị SVC được lắp đặt ở những khu vực cần điều chỉnh điện áp chính xác Quá trình điều chỉnh điện áp thường sử dụng các bộ điều khiển có phản hồi (closed-loop) Việc điều chỉnh này có thể thực hiện từ xa thông qua hệ thống SCADA hoặc bằng tay theo giá trị đã được thiết lập.

3.3.2 Các cấu hình chính của SVC

Sơ đồ điển hình của SVC sử dụng tụ bù tĩnh và cuộn kháng điều khiển bằng thyristor cho phép điều chỉnh dòng điện qua cuộn kháng thông qua góc mở của các van thyristor Điều này giúp biến đổi công suất phản kháng đầu ra trong phạm vi giá trị cảm kháng của cuộn dây Khi hệ thống tiêu thụ công suất cực đại, các van thyristor của TCR hoạt động hoàn toàn, dẫn đến công suất phản kháng trên lưới phụ thuộc vào cuộn kháng, tụ bù và bộ lọc Ngược lại, trong chế độ phát công suất cực đại, TCR ngắt và công suất phản kháng đầu ra chỉ được xác định bởi tụ và bộ lọc Trong hệ thống ba pha cân bằng, khi các thành phần một pha được kết nối theo hình tam giác, chỉ có thành phần sóng hài (2n+1).f được loại bỏ, với f là tần số và n>1.

Dòng điện trong bộ TCR phụ thuộc trực tiếp vào góc mở của thyristor (α), với điều kiện 90° < α < 180° Tổng dẫn của TCR (BTCR) được xác định thông qua một công thức cụ thể.

Sơ đồ cơ bản của SVC loại TCR – TSC cho thấy công suất phản kháng đầu ra được điều khiển liên tục, tương tự như cấu hình TCR – FC Trong chế độ tiêu thụ công suất cực đại, các van thyristor của TCR dẫn hoàn toàn, trong khi các van của TSC ngắt, dẫn đến điện kháng đầu ra là hiệu số điện kháng của TCR và bộ lọc Ngược lại, ở chế độ phát công suất cực đại, các van thyristor của TCR ngắt và các van của TSC dẫn, tạo ra điện kháng đầu ra từ TSC và bộ lọc Nhìn chung, công suất phản kháng của TCR trong hệ thống luôn lớn hơn so với TSC.

Tương tự như bộ TCR, tổng dẫn của TSC cũng được xác định theo công thức sau:

Sơ đồ một sợi SVC loại TCR – MSC, như trong Hình 3.4.c, có đặc tính công suất phản kháng đầu ra tương tự bộ TCR – TSC Tuy nhiên, sự khác biệt chính giữa TCR – MSC và TCR – TSC nằm ở tốc độ đáp ứng và tổn hao Các khóa cơ khí của tụ điện thường được kết nối với thanh cái cao áp và hoạt động đồng bộ với các thyristor.

Ngoài 3 cấu hình chính trên, SVC còn có cấu hình TSR – TSC Nó bao gồm 2 bộ TSR và TSC song song với nhau Đầu ra của bộ bù được điều khiển từng bước bằng cách đóng ngắt tuần tự bộ TCR và TSC Việc đóng ngắt cuộn kháng sẽ tốt hơn so với việc điều khiển liên tục, đó là cần thiết cho việc lọc sóng hài.

TCR Filters FC TCR TSC Filters TCR Filters MSC

Hình 3.48 Các cấu hình của SVC.

3.3.3 Đặc tính của SVC Đặc tính V – I của máy bù tĩnh SVC được thể hiện như Hình 3.5 Trong hầu hết các ứng dụng, SVC không được sử dụng như một thiết bị điều chỉnh điện áp đầu cuối, nhưng được phép điều chỉnh điện áp tỷ lệ với dòng điện trong bộ bù Hệ số độ dốc làm việc như sau:

Hệ số độ dốc làm việc cho phép:

 Mở rộng phạm vi hoạt động tuyến tính của bộ bù.

 Cải thiện sự ổn định của việc điều chỉnh điện áp.

 Để thực hiện tự động phân chia tải giữa SVC cũng như các thiết bị điều chỉnh điện áp khác.

I C max I Lmax Dung kháng Cảm kháng ÄV Lmax

Điện áp tham chiếu Vref của SVC là mức điện áp mà tại đó thiết bị không tiêu thụ hay phát công suất phản kháng, và có thể điều chỉnh trong khoảng ±10% Độ dốc của đường đặc tính V-I phản ánh sự biến đổi của dòng điện và điện áp của SVC, tương tự như độ dốc điện kháng XSL Sự thay đổi điện áp của SVC được xác định theo các thông số kỹ thuật cụ thể.

3.3.4 Mô hình hóa của SVC

3.3.4.1 SVC hoạt động trong phạm vi điều khiển

Theo Hình 3.5, phạm vi điều khiển của SVC được định nghĩa như sau: min SVC max min SVC max

Trong bài viết này, SVC được mô tả như một nút P-V (nút phát) tại thanh cái phụ với P = 0 và V = Vref Một điện kháng (XSL) tương đương với độ dốc của đặc tính V-I được thêm vào giữa nút PV và nút SVC, kết nối vào hệ thống Nút kết nối vào hệ thống là nút PQ với P = 0 và Q = 0, như minh họa trong Hình 3.6.a.

Hình 3.50 Mô hình tương đương của SVC.

3.3.4.2 SVC hoạt động ngoài phạm vi điều khiển

Tổng trở đo tại vị trí đặt rơle khi có SVC

Để nâng cao độ ổn định cho hệ thống điện, việc ứng dụng thiết bị FACTS, đặc biệt là SVC, ngày càng trở nên quan trọng Lắp đặt SVC vào hệ thống điện sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách Chúng ta có thể khảo sát một hệ thống điện đơn giản với rơle bảo vệ khoảng cách ở đầu đường dây và SVC đặt ở giữa đường dây.

Hình 3.51 Sơ đồ hệ thống điện khi có sự tham gia của SVC.

Các sự cố ngắn mạch có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào trên đường dây, điều này là không thể tránh khỏi Do đó, chúng ta cần xem xét các trường hợp cụ thể để đánh giá ảnh hưởng của SVC đối với tổng trở đo được của rơle bảo vệ khoảng cách.

3.4.1 Ngắn mạch trước vị trí đặt SVC

Sơ đồ tổng trở tương đương của hệ thống điện khi có ngắn mạch trước vị trí đặt SVC như Hình 3.8:

Khi xảy ra ngắn mạch tại N1, tổng trở tương đương của hệ thống điện sẽ thay đổi Tại vị trí đặt SVC, tổng trở đo được tại rơle bảo vệ sẽ phản ánh sự ảnh hưởng của sự cố này.

Trong trường hợp này, ta thấy SVC không ảnh hưởng đến tổng trở đo được của rơle khi có ngắn mạch xảy ra

3.4.2 Ngắn mạch sau vị trí đặt SVC

Sơ đồ tổng trở tương đương của hệ thống điện khi có ngắn mạch xảy ra sau vị trí đặt SVC như Hình 3.9:

Khi xảy ra ngắn mạch tại vị trí N2, sơ đồ tổng trở tương đương của hệ thống điện sẽ thay đổi Tổng trở đo được tại vị trí đặt rơle bảo vệ sẽ phản ánh sự thay đổi này, đặc biệt là sau khi SVC được lắp đặt.

Như vậy, trong trường hợp ngắn mạch xảy ra ở sau vị trí đặt SVC, thì tổng trở đo được tại rơle bảo vệ có sự ảnh hưởng của SVC.

Khi xảy ra ngắn mạch sau vị trí đặt SVC, thành phần điện kháng của SVC (jXSVC) sẽ tác động đến tổng trở đo được từ rơle Điều này dẫn đến việc định vị sự cố không chính xác so với khi không có SVC, gây khó khăn trong công tác sửa chữa và khắc phục sự cố.

Phân tích ảnh hưởng SVC đến bảo vệ khoảng cách

3.5.1 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu Để thuận tiện cho việc kiểm tra cũng như phân tích ảnh hưởng của SVC khi có ngắn mạch xảy ra, tác giả đã xây dựng một mô hình tính toán, mô phỏng hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách trên phần mềm Matlab/Simulink Mô hình như Hình 3.10:

Mô hình mô phỏng rơle bảo vệ khoảng cách với sự tham gia của SVC cho thấy hai bảo vệ khoảng cách được lắp đặt ở hai đầu của đường dây, trong khi bộ bù tĩnh SVC được đặt ở giữa Trong mô hình này, chúng ta giả định có hai vị trí ngắn mạch N1 và N2 xảy ra không đồng thời trên đường dây Khi ngắn mạch xảy ra, tín hiệu dòng điện và điện áp sẽ được đo bởi các biến dòng (TI) và biến áp (TU) để gửi về hệ thống bảo vệ.

Hệ thống sẽ phân tích tín hiệu dòng và điện áp, từ đó đưa ra kết quả dòng điện và điện áp tương ứng tại các pha ở mỗi rơle Sau khi so sánh dòng điện trên từng pha với dòng điện đặt, hệ thống nhận diện được dạng ngắn mạch Dựa vào kết quả dòng điện và điện áp, tổng trở đo từ vị trí bảo vệ đến điểm ngắn mạch được tính toán, giúp xác định điểm ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ nào của rơle.

Các chức năng hiển thị chính trên giao diện như sau:

 A, B, C, G: tín hiệu của rơle nhận dạng sự cố ngắn mạch, khi có ngắn mạch pha nào thì trạng thái tín hiệu của pha đó chuyển từ xanh sang đỏ.

Zone 1, Zone 2, Zone 3 xác định vị trí ngắn mạch trong các vùng bảo vệ dựa vào đặc tính MHO của bảo vệ khoảng cách Khi có sự cố ngắn mạch, nếu điểm ngắn mạch thuộc vùng nào thì vùng đó sẽ chuyển trạng thái từ xanh sang đỏ, tương tự như tín hiệu nhận dạng sự cố.

Dòng điện IA, IB, IC và I0 được đo tại vị trí của rơle khi xảy ra ngắn mạch, tương ứng với dòng điện chạy qua các pha A, B, C và dòng thứ tự không.

Điện áp UA, UB, UC, U0 được đo tại vị trí rơle khi xảy ra ngắn mạch, tương ứng với điện áp các pha A, B, C và điện áp thứ tự không Để mô phỏng cài đặt thông số và xem đồ thị trạng thái, ngoài việc hiển thị kết quả, còn có các phím chức năng chính hỗ trợ người dùng.

 TEST: chạy mô phỏng chương trình.

 GRAPH: hiển thị đồ thị U, B, Q của SVC khi xảy ra ngắn mạch.

Để đảm bảo mô hình hoạt động chính xác và hiển thị kết quả đúng, việc RESET về giá trị ban đầu là rất quan trọng Mô hình lưới điện ba pha, tương tự như trong thực tế, bao gồm nhiều phần tử kết hợp với nhau, mỗi phần tử đều có các thông số chính riêng biệt.

 Nguồn: Hai nguồn hệ thống 220kV giống nhau có công suất vô cùng lớn và có các thông số chính như sau:

Hình 3.55 Thông số của nguồn hệ thống trong mô hình hệ thống điện.

 Đường dây: Đường dây truyền tải cao áp 220kV dài 200km nối hai nguồn hệ thống có thông số như sau:

Hình 3.56 Thông số của đường dây trong mô hình hệ thống điện.

 SVC: Bộ bù tĩnh SVC được đặt giữa đường dây có các thông số như sau:

Hình 3.57 Thông số của bộ SVC trong mô hình lưới điện.

Nguyên tắc hoạt động của mô hình cho phép mô phỏng ngắn mạch tại vị trí mong muốn Để thực hiện, người dùng chỉ cần nhấp đúp vào vị trí ngắn mạch N1 hoặc N2 trên giao diện chính, sau đó sẽ xuất hiện giao diện tương ứng để tiến hành mô phỏng.

Hình 3.58 Chọn vị trí và dạng ngắn mạch.

Để chọn vị trí ngắn mạch trên đường dây, chúng ta xác định ngắn mạch N1 và chỉ có thể lựa chọn điểm ngắn mạch trong 100km đầu tiên tính từ bảo vệ 1 Nhập vị trí ngắn mạch vào X (từ 0 đến 100% của 100km) và chọn dạng ngắn mạch bằng cách tick vào vị trí pha ngắn mạch Sau đó, nhấn Apply → Ok và nhấn phím TEST trên giao diện để mô phỏng Để thay đổi vị trí và dạng ngắn mạch khác, thực hiện tương tự Để xem các đường đặc tính của SVC, nhấn phím GRAPH, và để đưa các kết quả và tín hiệu về trạng thái ban đầu, nhấn phím RESET.

3.5.2 Các kết quả mô phỏng

Sau khi hoàn thiện mô hình, tác giả đã tiến hành mô phỏng một số vị trí ngắn mạch trên đường dây Kết quả cho thấy dòng điện và điện áp tại vị trí đặt rơle, cùng với đồ thị đặc tính của SVC, được trình bày rõ ràng.

Hình 3.59 Kết quả mô phỏng ngắn mạch 3 pha tại vị trí 100km.

Kết quả từ giao diện mô phỏng cho thấy dòng điện trên ba pha tăng cao và bằng nhau, trong khi điện áp giảm thấp và đồng nhất khi xảy ra ngắn mạch ba pha Điều này phù hợp với lý thuyết về ngắn mạch ba pha Các tín hiệu nhận dạng sự cố cũng chính xác, với tín hiệu pha A, B, C chuyển từ màu xanh sang đỏ, báo hiệu tình trạng ngắn mạch Điểm ngắn mạch nằm trong vùng 1 của cả hai bảo vệ, cho thấy vị trí ngắn mạch nằm ở giữa đường dây.

U sv c( pu ) a) Do thi dien ap cua SVC

B sv c( pu ) b) Do thi dung dan cua SVC

Q sv c( pu ) c) Do thi cong suat phan khang cua SVC

Hình 3.60 Đồ thị các đặc tính của SVC khi có ngắn mạch 3 pha ở vị trí 100km.

Trong chế độ làm việc bình thường (5 giây đầu), điện áp trên SVC đạt giá trị định mức (1 p.u) Giá trị dung dẫn của SVC âm cho thấy hệ thống điện có tính dung kháng, đồng thời QSVC đang cung cấp công suất phản kháng vào hệ thống.

Khi xảy ra ngắn mạch, điện áp trên SVC giảm nhanh về 0 sau 5 giây do vị trí đặt SVC Giá trị dung dẫn trên SVC tăng cao, cho thấy SVC đang bơm thành phần jXSVC vào lưới để duy trì điện áp Tuy nhiên, do ngắn mạch tại đầu cực SVC, không có công suất phản kháng nào được phát ra hoặc tiêu thụ từ SVC.

Sau đây là đặc tính MHO của bảo vệ 1 và 2 khi có ngắn mạch xảy ra ở vị trí 40km (tính từ bảo vệ 1 qua):

Ngắn mạch 3 pha Ngắn mạch 2 pha Ngắn mạch 2 pha chạm đất Ngắn mạch 1 pha

Hình 3.61 Đặc tính MHO của dạng ngắn mạch 3 pha ở vị trí 40km của bảo vệ 1.

Ngắn mạch 3 pha Ngắn mạch 2 pha Ngắn mạch 2 pha chạm đất Ngắn mạch 1 pha

Hình 3.62 Đặc tính MHO của dạng ngắn mạch 3 pha ở vị trí 40km của bảo vệ 2.

Tại vị trí ngắn mạch 40km đầu đường dây, bảo vệ 1 nhận dạng được sự cố trong vùng 1, trong khi bảo vệ 2 nhận dạng sự cố trong vùng 2, phù hợp với nguyên lý bảo vệ khoảng cách Đối với các dạng ngắn mạch khác nhau tại cùng một vị trí, tổng trở đo được từ rơle đến điểm ngắn mạch gần như tương đương nhau.

Bảng 3.14 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SVC đến bảo vệ khoảng cách tại bảo vệ 1.

NM Vùng sự cố Rơle 1

SVTH: Đỗ Nhật Trứ Trang 76 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Ngô Minh Khoa

Bảng 3.15 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của SVC đến bảo vệ khoảng cách tại bảo vệ 2.

NM Vùng sự cố Rơle 2

Bảng 3.16 Bảng tổng hợp tổng trở đo được tại vị trí đặt rơle khi có ngắn mạch xảy ra (tính từ phía bảo vệ 1 qua).

Không có sự tham gia của SVC Có sự tham gia của SVC

Dưới đây là các đồ thị minh họa mối tương quan của tổng trở đo được khi có sự tham gia của SVC và không có sự tham gia của SVC trong các dạng ngắn mạch khác nhau.

70,000 Không có SVC Có SVC

Hình 3.63 Tổng trở đo tại vị trí đặt rơle khi có ngắn mạch 3 pha.

Hình 3.65 Tổng trở đo tại vị trí đặt rơle khi có ngắn mạch 2 pha chạm đất.

Kết luận

Sau khi xây dựng mô hình tính toán và phân tích ảnh hưởng của SVC đến bảo vệ khoảng cách trong trường hợp xảy ra ngắn mạch, chúng ta nhận thấy rằng ngắn mạch xảy ra sau vị trí đặt SVC có tác động rõ rệt đến tổng trở đo được của rơle Càng xa vị trí SVC, sai lệch giữa tổng trở đo trong trường hợp có và không có SVC càng gia tăng, gây khó khăn trong việc định vị sự cố và làm chậm quá trình khắc phục.

Đồ án này trình bày tổng quan về hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách trong trường hợp xảy ra ngắn mạch, bao gồm cả tình huống có và không có sự tham gia của bộ bù tĩnh SVC Ngoài ra, đồ án cũng nghiên cứu về phần mềm liên quan đến quá trình này.

Bài viết trình bày việc sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng hoạt động của rơle bảo vệ trong hệ thống điện và phần mềm Test Universe để phân tích thời gian tác động của rơle bảo vệ khoảng cách Chương 1 tổng hợp kiến thức cơ bản về bảo vệ khoảng cách, giúp người đọc củng cố kiến thức Chương 2 xây dựng công thức tính toán tổng trở đo tại vị trí rơle khi xảy ra ngắn mạch, nhận diện dạng ngắn mạch và khoảng cách từ rơle đến điểm ngắn mạch, kèm theo ví dụ minh họa để áp dụng công thức Chương 3 giới thiệu SVC và ảnh hưởng của nó đến tổng trở đo khi có ngắn mạch, đồng thời xây dựng mô hình tính toán các thông số dòng điện và điện áp khi có ngắn mạch với sự tham gia của SVC trên phần mềm Matlab/Simulink Bài viết cũng bao gồm phụ lục để người đọc hiểu thêm về bảo vệ khoảng cách và các vấn đề liên quan đến tính toán thông số dòng điện và điện áp trong trường hợp ngắn mạch Đồ án nêu rõ ưu điểm và nhược điểm của nghiên cứu.

Hệ thống công thức tính toán ngắn mạch được xây dựng dựa trên kiến thức cơ bản, giúp người đọc dễ dàng hình dung và hiểu cách tính tổng trở tại vị trí rơle khi xảy ra ngắn mạch Mô hình mô phỏng hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách với sự tham gia của SVC cung cấp những thông số cụ thể và chính xác khi có ngắn mạch trên đường dây.

Nhược điểm: Mô hình chưa thể hiện được cụ thể vị trí ngắn mạch cũng như

Đồ án tốt nghiệp của Đỗ Nhật Trứ với GVHD Th.S Ngô Minh Khoa đã chỉ ra khoảng cách từ vị trí đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch ra ngoài giao diện chính Hiện tại, tổng trở đo được từ vị trí đặt rơle đến điểm ngắn mạch chưa được hiển thị Trong tương lai, đồ án có thể phát triển thêm một số hướng để hoàn thiện hơn.

Vị trí ngắn mạch và khoảng cách từ điểm đặt bảo vệ đến điểm ngắn mạch cần được thể hiện rõ ràng trên giao diện phần mềm, giúp người đọc và người sử dụng dễ dàng hiểu và thao tác.

Ngoài đặc tính cơ bản của bảo vệ khoảng cách như MHO, còn có nhiều dạng đặc tính khác cần được giới thiệu, bao gồm đặc tính tứ giác và đặc tính offset MHO.

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	3,25 MB