ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

THÁI HÒA

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM

RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƢỜNG DÂY

500kV PLEIKU – CẦU BÔNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 852.02.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ĐÌNH DƢƠNG

Phản biện 1: GS.TS. Lê Kim Hùng

Phản biện 2: TS. Vũ Phan Huấn

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa

vào ngày 09 tháng 3 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đường dây (ĐZ) 500kV có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc

truyền tải điện đi xa. Các hư hỏng xảy ra trên ĐZ sẽ làm ảnh hưởng

đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Theo thống kê trong thực tế

vận hành, dạng ngắn mạch 3 pha chiếm 5%, 2 pha chiếm 10%, 2

pha-đất là 20% và đặc biệt ngắn mạch 1 pha chiếm tới 65% tổng số

các dạng ngắn mạch. Vì vậy, việc nghiên cứu chức năng bảo vệ so

lệch dọc ĐZ (87L) và các tình trạng làm việc không bình thường, sự

cố xảy ra với ĐZ là rất cần thiết. Khi có sự cố trên ĐZ thì HTBV

phải lập tức loại trừ các sự cố xảy ra. Chính vì vậy đòi hỏi các loại

bảo vệ ĐZ phải đáp ứng cao về tính chọn lọc, khả năng tác động

nhanh, nhậy và tin cậy. Có thể nói, 87L là cấu hình rơle tối ưu để sử

dụng trong các tình huống ngắn mạch này bên cạnh chức năng 21.

Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép

chế tạo các loại rơle so lệch dọc kỹ thuật số với nhiều tính năng vượt

trội so với các loại rơle trước đây. Các nhà sản xuất đã cho phép tích

hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm giảm sự tác

động không mong muốn, trong đó điển hình là rơle SEL-411L. Rơle

này được trang bị đầy đủ các chức năng điều khiển, bảo vệ & tự

động hóa cho đường ĐZ tải điện. Nó có các chức năng như: bảo vệ

so lệch đường dây độc lập cho các thành phần của pha, thứ tự pha

(thuận, nghịch và thứ tự không) để đảm bảo độ nhậy cao nhất. Yêu

cầu của rơle bảo vệ là hoạt động chính xác cho mọi dạng ngắn mạch

và có tính chọn lọc tuyệt đối. Nó cho phép lựa chọn nhiều phương

thức kết nối thông tin khác nhau. Có đầy đủ các chức năng bảo vệ dự

phòng như: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số,

logic điều khiển bảo vệ… được tích hợp như một trong những chức

năng dự phòng và đặc biệt có một tính năng khá nổi trội so với SEL-

311L là định vị sự cố bằng phương pháp sóng lan truyền (TWFL).

TWFL sử dụng các nhãn thời gian từ dữ liệu sóng lan truyền và cần

một kênh truyền riêng biệt để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách

tự động. Phương pháp này có độ chính xác cao nhất.

Với yêu cầu đặt ra là bảo vệ hoạt động chính xác cho mọi dạng

ngắn mạch và có tính chọn lọc tuyệt đối như trên nên cần có sự

2

nghiên cứu sâu hơn về rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ nhằm phân tích

đánh giá tính chính xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của rơle

bảo vệ này để giúp tăng độ ổn định, đảm bảo sự vận hành tin cậy, an

toàn liên tục cho HTĐ. Đây cũng chính là lý do để học viên chọn đề

tài “Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so

lệch dọc SEL-411L cho đƣờng dây 500kV Pleiku - Cầu Bông”

2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L cho ĐZ 500kV

Pleiku - Cầu Bông.

2.2. Phạm vi nghiên cứu

- 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 ĐZ 500kV Pleiku-Cầu Bông và

các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle.

- Áp dụng đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét.

3. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu sâu hơn chức năng; nghiên cứu tính toán chỉnh định, cấu

hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L giúp kiểm

tra chất lượng hệ thống bảo vệ nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn.

- Nhiệm vụ chính:

+ Nghiên cứu lý thuyết về rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ. Đánh giá

chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ;

3

+ Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của bảo vệ;

+ Tính toán chỉnh định, cấu hình rơle 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 ĐZ và các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle bằng

phần mềm Matlab/Simulink.

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Với việc nghiên cứu SEL-411L một cách cụ thể, có hệ thống sẽ

giúp đánh giá, phân tích các sự cố và hư hỏng một cách chính xác

hơn. Có thể ứng dụng mở rộng cho các ĐZ hoặc các bảo vệ khác.

Đề tài đã giải quyết được một khối lượng lớn công việc cho nhân

viên thí nghiệm khi thử nghiệm, phân tích sự cố rơle bảo vệ so lệch

dọc ĐZ (trong điều kiện công tác nghiêm ngặt về thời gian và tiến độ

theo yêu cầu cung cấp điện liên tục, an toàn và tin cậy) giúp rút ngắn

thời gian và tiến độ thí nghiệm. Đồng thời cung cấp kiến thức trong

công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle.

5. ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI

Từ những lý do đã nêu ở trên. Đề tài được chọn có tên là:

“Nghiên cứu đánh giá chức năng, phân tích cấu hình và thí

nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đƣờng dây 500kV

Pleiku – Cầu Bông”

6. BỐ CỤC LUẬN VĂN

Luận văn gồm có 4 chương:

MỞ ĐẦU

Chƣơng 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO

LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY

4

1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây

1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thƣờng dùng

1.3. Kết luận

Chƣơng 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC

ĐƢỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM

VIỆC CỦA RƠLE

2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L

2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle

SEL-411L

2.3. Kết luận

Chƣơng 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ

THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG 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

3.3. Kết luận

Chƣơng 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

5

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC

ĐƢỜNG DÂY

1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây

Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây

Bảo vệ so lệch dọc đường dây dựa trên nguyên lý so sánh dòng

điện [2]. Bảo vệ có 2 phần tử rơle được đặt tại 2 đầu đường dây. 02

phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau qua 3 phương thức:

- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đường dây;

- Kênh truyền dẫn quang;

- Kênh thuê riêng.

Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đường dây: tính chọn lọc, tác động

nhanh, độ nhạy và tính đảm bảo [2].

1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây thƣờng dùng

1.3. Kết luận

Chương 1 đã trình bày nguyên lý làm việc cơ bản của chức năng

bảo vệ so lệch ĐZ trên rơle kỹ thuật số. Qua đó cho ta thấy rơle kỹ

thuật số ngày nay được tích hợp nhiều chức năng bảo vệ với khả

năng chỉnh định thông số cài đặt và lập trình được nên có độ linh

hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau. Trên

cơ sở đó, ta đi sâu vào phân tích các chức năng của rơle SEL-411L

và các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ trong chương 2.

M

CT1 CT2

Đường dâyTBA 1 TBA 2

i1

i1+i2

i2

I1 I2

I1+I2

6

CHƢƠNG 2

RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY VÀ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE

2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L

SEL-411L được thiết kế cho bảo vệ đường dây (ĐZ) và cáp lực các

cấp điện áp truyền tải (500kV và 220kV tại Việt Nam). Dưới đây là

một số tính năng cơ bản mà SEL411L có thể thực hiện:

- Bảo vệ chính 87L cho ĐZ, cáp lực, tác động nhanh và an toàn.

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng tin cậy như: 21, 50/51…

- Cắt với tốc độ cao: Rơle dùng phần tử HSDPS;

- Đầy đủ chức năng TĐL có kiểm tra hòa đồng bộ cho 02 MC;

- Giám sát mạch cắt;

- Chức năng ghi chụp sự cố nâng cao file có độ phân dải cao;

- Định vị sự cố bằng 3 phương pháp trong đó có phương pháp định

vị bằng sóng lan truyền (TWFL) là ưu việt nhất.

2.1.1. Chức năng chính: Bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L

2.1.1.1 Chức năng 87L

SEL411L chứa 5 thành phần so lệch dọc đường dây gồm: Một cho

mỗi 1 pha (87LP: pha A, B và C), một cho thứ tự nghịch (87LQ) và

một cho thứ tự không (87LG) sử dụng các bộ so sánh AP. Chức năng

87L hoạt động an toàn và đảm bảo độ nhậy cao nhất.

2.1.1.2. Đặc tính Alpha Plane tổng quát-AP

Giá trị Alpha là 1 tỉ số phức giữa dòng từ xa (IR) và dòng tại chỗ

(IL). Nó được xây dựng trên mặt phẳng phức (với phần thực & ảo

của tỉ số Iremote/Ilocal) đại diện bằng độ lớn và góc pha. Qui định dòng

chạy vào ĐZ được bảo vệ có góc 00, dòng chạy ra khỏi ĐZ được bảo

7

vệ có góc 1800. Khi vận hành bình thường hoặc sự cố ngoài vùng

được bảo vệ thì tỉ số dòng điện ở 2 đầu là 1 1800. SEL-411L có

đặc tính bao xung quanh điểm 1 1800, vùng đó gọi là vùng hãm.

Rơle sẽ không tác động khi tỷ số dòng điện nằm trong vùng hãm.

Hình 2.2: Đặc tính làm việc và hãm của chức năng 87L trong

SEL-411L

2.1.1.3. Giám sát sự cố bên ngoài

2.1.1.4. MBA dạng in-line

2.1.1.5. Chức năng cắt một pha từ 87L

2.1.2. Các chức năng bảo vệ khác

2.1.2.1. Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)

2.1.2.2. Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)

2.1.2.3. Chức năng dò dao động công suất (78)

2.1.2.4. Chức năng cắt và nhận truyền cắt

2.1.2.5. Chức năng bảo vệ xa

2.1.2.6. Chức năng bảo vệ quá dòng

2.1.2.7. Chức năng lỗi máy cắt

2.1.2.8. Chức năng điện áp

2.1.2.9. Chức năng tần số

8

2.1.2.10. Chức năng đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ

2.1.3. Định vị sự cố

2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle

SEL-411L

Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ ĐZ: Trong luận văn này, ta

sẽ xét ảnh hưởng của các yếu tố: Dòng dung, tụ bù dọc và sai số CT.

2.2.1. Điện dung đường dây tải điện: Khi tính toán bảo vệ so lệch

dọc ĐZ, người ta hay quan tâm đến việc tính toán dòng dung để

tránh việc bảo vệ tác động nhầm.

2.2.2. Ảnh hưởng của sai số biến dòng điện (CT)

2.2.2.1. Lỗi biến dòng điện

2.2.2.2. Bão hòa mạch từ biến dòng (CT)

2.2.2.3. Dòng không cân bằng

2.2.3. Ảnh hưởng của tụ bù dọc (TBD)

2.2.2.1. Tác dụng của TBD

2.2.2.2. Xác định dung lượng bù

2.2.2.3. Ảnh hưởng khi bù dọc & nối tắt nhanh TBD khi có ngắn

mạch xảy ra

2.3. Kết luận

Chương này đã phân tích nguyên lý hoạt động, thông số của các

chức năng chính trong rơle SEL-411L và các yếu tố ảnh hưởng đến

đặc tính làm việc của rơle. Các thông số cài đặt, cấu hình quyết định

sự làm việc chính xác của rơle, đảm bảo lưới điện vận hành an toàn,

tin cậy. Vì vậy yêu cầu nhân viên thí nghiệm, người vận hành phải

nắm vững nguyên lý hoạt động để có thể cài đặt thông số, cấu hình,

phương trình SELogic…được sử dụng tại TBA 500kV Pleiku và Cầu

Bông. Công việc này sẽ được phân tích trong Chương 3.

9

CHƢƠNG 3

PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO

VỆ SO LỆCH ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG

3.1. Tính toán chỉnh định, cài đặt và cấu hình rơle SEL-411L

3.1.1. Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn

SEL-411L dùng phần tử tốc độ cao cho các chức năng 87L và

khoảng cách và áp dụng các phần tử này cho tất cả vùng và đặc tính

(bao gồm các đặc tính đường tròn và tứ giác). Do đó, khi có sự cố

bên trong vùng được bảo vệ, các phần tử tốc độ cao này phải kích

hoạt trước khi CT xảy ra bão hòa trong tất cả các trường hợp sự cố

nghiêm trọng nhất (bão hòa xảy ra đáng kể trong thời gian nhỏ hơn

một chu kỳ). Nó có thể xuất hiện khi sự cố bên trong, bên ngoài,

hoặc các sự kiện khác như đóng xung kích MBA. Khi bão hòa CT

xảy ra, dòng thứ cấp không còn tăng theo dòng sơ cấp nữa.

Dựa vào các yếu tố trên đây, chúng ta có thể dùng hai điều kiện sau

đây để giới hạn việc lựa chọn tính chọn CT cho sự cố ngoài vùng tại

thanh cái ở trạm từ xa:

➤Các chức năng 87L không được hoạt động;

➤Chức năng 21 quá tầm của vùng 2 cài đặt ở 125% chiều dài

ĐZ được bảo vệ phải hoạt động đúng để làm chức năng dự phòng

hiệu quả cho sự cố ngoài vùng.

Để đáp ứng hai yêu cầu trên, CT phải đáp ứng bất phương trình sau:

( 1)( )F CT B

SAT

XI R Z

REk

, Ở đây:

➤➤ SATE là điện áp từ hóa của CT theo tiêu chuẩn IEC;

10

➤➤IF là dòng sự cố (dòng nhị thứ) do sự cố ngoài vùng tại đầu

Pleiku (chức năng 21) hoặc dòng sự cố ngoài vùng lớn nhất tại thanh

cái Pleiku (chức năng 87L);

➤➤X/R là tỷ số giữa điện kháng (sơ cấp) chia cho điện trở của hệ

thống tại đầu Pleiku (bằng 2πf • TP, trong đó TP là hằng số thời gian

của hệ thống);

➤➤RCT là điện trở trong của CT;

➤➤ZB là tổng trở thứ cấp được nối bao gồm cáp nhị thứ nối rơle và

cáp nối CT;

➤➤ k là một hệ số được xác định bằng thử nghiệm tại nhà máy;

➣ k = 6 cho các chức năng khoảng cách (mho và tứ giác);

➣ k = 7,5 cho các chức năng so lệch dọc ĐZ.

3.1.2. Tính toán ngắn mạch

3.1.2.1. Tính toán ngắn mạch 3 pha

3.1.2.2. Tính toán ngắn mạch 01 pha

3.1.3. Cài đặt rơle

3.1.3.1. Dữ liệu HTĐ

3.1.3.2. Cài đặt chung

3.1.3.3. Hiển thị máy cắt

3.1.3.4. Cài đặt nhóm (Group 1)

3.1.3.5. Cài đặt chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ 87L

a. Cài đặt các phần tử so lệch pha

ax1, 2. 1, 2.200087 1, 2

2000

lvmILPP

CTR

Bảng 10: Cài đặt chức năng so lệch pha-pha từ nhà chế tạo

Settings Mô tả Thang cài đặt Mặc định

87LPP Ngưỡng khởi động của chức năng so OFF, 0.1–2 1.2

11

lệch pha trong chế độ an toàn (pu).

87LPR Bán kính cho chức năng so lệch pha

trong chế độ an toàn.

1.2–8 6

87LPA Góc hãm chức năng so lệch pha trong

chế độ an toàn (deg)

90–270 195

- Tính dòng khởi động 87L của SEL-411L bảo vệ ĐZ 500kV

Pleiku-Cầu Bông:

b. Cài đặt các phần tử so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 (87LQ/87LG)

Các đại lượng logic, cài đặt, vận hành và các bit giống với chức

năng so lệch pha (87LP).

3.1.3.6. Cài đặt các chức năng bảo vệ khác

a. Giám sát quá độ CVT

b. Hiệu suất của biến dòng cho các sự cố ngoài vùng

c. Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách

d. Cài đặt chức năng cho PWS khi OOS

e. Chức năng xâm lấn tải

f. Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)

g. Logic kiểm tra mất áp

h. Chức năng kiểm tra hướng

i. Logic cắt

j. Các tùy chọn cắt 1 pha

k. Chức năng bảo vệ quá dòng trong SEL-411L

l. Chức năng điện áp trong SEL-411L

k. Chức năng tần số trong SEL-411L

n. Logic cắt và bảo vệ

12

3.1.4. Phân tích cấu hình 87L

3.1.4.1. Cấu hình cho phép chức năng 87L làm việc

3.1.4.2. Cấu hình khóa chức năng 87L

3.1.4.3. Cấu hình MC

3.1.4.4. Cấu hình ĐZ

3.1.4.5. Cấu hình chức năng 87L

3.2. Thí nghiệm rơle hệ thống bảo vệ SEL-411L

3.2.1 . Kiểm tra ban đầu

3.2.2 . Thí nghiệm các chức năng bảo vệ

3.2.2.1. Kiểm tra chức năng đo lường

3.2.2.2. Kiểm tra chức năng bảo vệ so lệch dọc (thử lệnh 87L)

Thí nghiệm chức năng so lệch dọc đường dây: Có 2 phương pháp

thí nghiệm chức năng bảo vệ so lệch dọc:

a. Thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ: Cần kênh truyền

thông tin và đồng bộ thời gian GPS cho rơle ở 2 đầu ĐZ. Phương

pháp này đòi hỏi thiết bị thí nghiệm ở 2 đầu đường dây phải đồng bộ

với nhau về thời gian, nguồn nuôi cho thiết bị thí nghiệm để khi phát

sự cố 2 rơle có thể ghi nhận đúng dòng như mô phỏng. Thực tế rất

khó để thực hiện được phương pháp này (hình 3.8).

Hình 3.8: Sơ đồ thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ

13

b. Thử bằng phương pháp Test Loopback tại rơle

+ Kiểm tra chế độ loopback: Phép thử nghiệm này để kiểm tra

loopback của các kênh truyền thông để tránh sự cố với các kênh

thông tin khác. Khi kiểm tra loopback hoạt động, rơle thay thế địa

chỉ của rơle từ xa bằng địa chỉ riêng của nó để cho phép phần tử 87L

phản ứng với dữ liệu được truyền bởi nó.

Khi thử bằng phương pháp Test Loopback cần lưu ý cài đặt tỉ số TI

tại 2 đầu đường dây giống nhau.

+ Kiểm tra độ nhậy

+ Thí nghiệm thành phần so lệch pha:

+ Kiểm tra đặc tính hãm của Alpha Plane (AP):

3.2.3. Kiểm tra mang tải

3.3. Kết luận

Chương này đã tiến hành phân tích cấu hình và thí nghiệm HT bảo

vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông. Rơle phải giám

sát liên tục HTĐ và phải sẵn sàng để phát hiện mọi dạng sự cố trên

ĐZ, vì vậy công tác thí nghiệm chúng trước khi đưa vào vận hành và

thí nghiệm định kỳ là rất quan trọng nhằm đảm bảo sự hoạt động tin

cậy. Việc cài đặt thông số, cấu hình và trình tự thí nghiệm đã được

trình bày chi tiết trong chương này sẽ giúp nhân viên thí nghiệm hiểu

rõ các thông số vận hành, cấu hình, phương pháp thí nghiệm để rút

ngắn thời gian thí nghiệm tại các TBA khác dùng loại rơle tương tự.

14

CHƢƠNG 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

4.1.1. Xây dựng sơ đồ bảo vệ so lệch dọc đường dây

Hình 4.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ F87L

Từ sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku –

Cầu Bông (hình 4.1), tác giả sử dụng các phần tử trong thư viện

Simulink và thư viện Simpowersystem để xây dựng mô hình mô

phỏng rơle SEL-411L bảo vệ so lệch dọc đường dây. Các phần tử

được sử dụng để thay thế trong mô hình gồm có: Máy phát điện đồng

bộ, máy biến dòng điện, máy cắt ba pha, bộ mô phỏng sự cố, các

thiết bị đo lường, các khối chuyển đổi và một số thiết bị phụ khác.

4.1.2. Mô phỏng nguyên lý & đặc tính làm việc của 87L

4.1.2.1. Xây dựng khối nguyên lý làm việc

Hoạt động của mạch như sau (hình 4.4):

- Khối tín hiệu về dòng điện: Dòng điện được phân tích để xác

định giá trị về biên độ (Magnitude) và góc pha (Phase). Nó sẽ đi vào

15

ĐZ được lấy từ khối Three-Pha V-I-Measurement (đo lường dòng

điện ba pha, xem hình 4.2) sẽ được đưa đến khối phân kênh (Demux)

để tách thành ba tín hiệu tương ứng là dòng điện ba pha. Sau đó, nó

tiếp tục được đưa qua khối phân tích Fourier để tách phần tín hiệu

biên độ và tín hiệu góc pha (đơn vị là độ). Cặp tín hiệu này, với tín

hiệu góc pha sau khi đưa qua khối chuyển đổi đơn vị từ độ thành

radian (D2R), tiếp tục được xử lý khác nhau để tính dòng so lệch và

góc pha để xác định giá trị dòng so lệch và vùng tác động hoặc vùng

hãm.

- Dòng so lệch tính theo công thức:

diff L RI I I

Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây

Đặc tuyến hoạt động chức năng 87L của rơle SEL-411L được sử

dụng các khối tính toán trong mô hình và tín hiệu biên độ và góc pha

16

lấy từ khối Scope, kết hợp với M-file bằng các đoạn mã MATLAB

được viết để chương trình vẽ khi mô phỏng.

Đường đặc tuyến hoạt động mà chương trình vẽ được khi mô

phỏng phản ánh đúng nguyên lý làm việc của chức năng bảo vệ so

lệch của rơle.

4.1.2.2. Phân tích sự làm việc của rơle ở các chế độ

a. Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ và trong trạng thái vận hành

bình thường

Chọn điểm ngắn mạch ngoài tại thanh cái đầu trạm Cầu Bông:

- Dòng sự cố phát: 4.97kA; Dòng so lệch: 41,81.10 A.

- Góc pha giữa dòng Remote và dòng Local: 180 .

- Rơle không tác động.

Chọn điểm ngắn mạch ngoài tại thanh cái đầu trạm Pleiku:

- Dòng sự cố phát: 4,96kA; Dòng so lệch: 41,8.10 A.

- Góc pha giữa dòng Remote và dòng Local: 180 .

- Đặc tuyến tác động trong 2 trường hợp đều rơi vào vùng hãm, rơle

không tác động.

17

Hình 4.4: đặc tuyến khi sự cố ngoài vùng

Hình 4.5: Tín hiệu rơle không Trip khi vận hành bình thường hoặc

sự cố ngoài vùng

Hình 4.6: Giá trị dòng và áp tại đầu trạm Pleiku

18

* Nhận xét:

- Khi vận hành bình thường hoặc sự cố ngoài vùng, giá trị biên độ

dòng so lệch bằng 0 và góc pha giữa dòng Remote và dòng Local

bằng 180 . Giá trị Alpha nằm trong vùng hãm trên đặc tính AP (đối

với ngắn mạch ngoài tại thanh cái Cầu Bông hoặc Pleiku).

- Điện áp cả 3 pha (điện áp pha) có giá trị rất đều nhau và diễn tiến

theo đồ thị hình sin (hình 4.7).

- Dòng điện cả 3 pha có giá trị rất đều nhau và diễn tiến theo đồ thị

hình sin (hình 4.7).

- Vị trí hãm đã được chỉ ra bằng dấu chấm trên Hình 4.5 (đặc tuyến

khi sự cố ngoài vùng). Dòng chạy ra khỏi ĐZ được bảo vệ có góc

1800 , tỉ số dòng điện ở 2 đầu là 1 180

0 . SEL-411L có đặc tính

bao xung quanh điểm 1 1800, vùng đó gọi là vùng hãm. Rơle sẽ

không tác động khi tỷ số dòng điện nằm trong vùng hãm.

Kết luận: Rơle không tác động nên không đưa tín hiệu đầu ra đi cắt

máy cắt ĐZ.

b/ Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ

* Chọn điểm ngắn mạch giữa đường dây: Ngắn mạch 3 pha

- Dòng sự cố phát tại đầu trạm Cầu Bông: 19,873 kA

- Dòng sự cố phát tại đầu trạm Pleiku : 19,856 kA

- Dòng so lệch: 39,729 kA.

- Góc pha giữa dòng Remote và dòng Local: 0 .

- Đặc tuyến tác động trong trường hợp này rơi vào vùng cắt và rơle

tác động đưa tín hiệu đi cắt cả 3 pha các máy cắt đường dây.

19

Hình 4.7: đặc tuyến tác động khi sự cố trong vùng.

Hình 4.8: Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng (ngắn mạch 3 pha).

Hình 4.9: Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Pleiku

20

Hình 4.10: Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Cầu Bông

* Chọn điểm ngắn mạch giữa đường dây: Ngắn mạch pha-đất

- Dòng sự cố phát tại đầu trạm Cầu Bông: 7,03kA

- Dòng sự cố phát tại đầu trạm Pleiku : 7,67kA

- Dòng so lệch: 14,70kA.

- Góc pha giữa dòng Remote và dòng Local: 0 .

- Đặc tuyến tác động trong trường hợp này rơi vào vùng cắt và rơle

tác động đưa tín hiệu đi cắt pha A các máy cắt đường dây.

Hình 4.11: Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng.

21

Hình 4.12: Giá trị dòng và áp sự cố 1 pha tại đầu trạm Pleiku

c. Nhận xét:

- Khi sự cố trong vùng bảo vệ (vị trí giữa 2 đường dây), giá trị biên

độ dòng so lệch lớn hơn ngưỡng đặt và góc pha giữa dòng Remote

và dòng Local bằng 0 . Giá trị Alpha nằm ngoài vùng hãm trên đặc

tính AP (hay nằm trong vùng Trip của đặc tính. Trip cả 3 pha khi

ngắn mạch 3 pha hoặc Trip 1 pha (A) khi ngắn mạch pha-đất).

- Điện áp cả 3 pha (điện áp pha) bị tụt giảm khi có sự cố 3 pha (hình

4.10 và 4.11) hoặc chỉ điện áp pha A bị tụt giảm khi có sự cố 1 pha

(hình 4.13 và 4.14).

- Dòng điện cả 3 pha sẽ vọt lên rất cao (hình 4.10 và 4.11) thể hiện

sự ngắn mạch 3 pha hoặc chỉ dòng điện pha A (ngắn mạch pha A so

với đất) tăng cao (hình 4.13 và 4.14); 2 pha còn lại vẫn không thay

đổi.

- Điểm sự cố đã được chỉ ra bằng dấu chấm xanh trên Hình 4.8 (đặc

tuyến tác động khi sự cố trong vùng). Dòng chạy vào ĐZ được bảo

vệ có góc 00

Kết luận: Rơle tác động và đưa tín hiệu đầu ra đi cắt máy cắt ĐZ ở

cả 2 đầu.

22

4.2. So sánh, phân tích đánh giá kết quả

- Kết quả chương trình mô phỏng ở các chế độ cho thấy rơle SEL-

411L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Pleiku – Cầu Bông làm

việc đảm bảo độ tin cậy và tính chọn lọc tuyệt đối:

- Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ (ngắn mạch tại thanh cái bên

ngoài đường dây) với điểm ngắn mạch ngoài tại thanh cái trạm Cầu

Bông hoặc tại thanh cái trạm Pleiku và dòng ngắn mạch phát tương

ứng với dòng ngắn mạch đã tính toán (kết quả tại Bảng kết quả sau

khi tính ngắn mạch ở Chương 3).

- Trong cả hai trường hợp rơle ghi nhận dòng so lệch nhỏ hơn

ngưỡng cài đặt và góc pha của dòng remote và dòng local đều nằm

trong vùng hãm, rơle không tác động trong các trường hợp này.

- Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ với điểm ngắn mạch nằm giữa

đường dây và dòng ngắn mạch phát tương ứng với dòng ngắn mạch

đã tính toán (kết quả tại Bảng kết quả sau khi tính ngắn mạch ở

Chương 3). Trong trường hợp này rơle ghi nhận dòng so lệch lớn

hơn ngưỡng cài đặt, và góc pha của dòng remote và dòng local nằm

trong vùng tác động, rơle tác động đưa tín hiệu đi cắt máy cắt. Hoạt

động của sơ đồ mô phỏng cho thấy các giá trị tính toán chỉnh định

của chức năng 87L đảm bảo rơle làm việc chọn lọc, tác động đúng

chức năng bảo vệ. Rơle không tác động khi sự cố ngoài vùng bảo vệ

và chỉ tác động khi sự cố nằm trong vùng bảo vệ.

* Nhận xét: Kết quả chương trình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc ĐZ

SEL-411L ở các chế độ là phù hợp với thực tế vận hành của rơle tại

trạm biến áp 500kV Pleiku và Cầu Bông.

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong chương này, dựa vào logic làm việc thực tế của rơle và sử

dụng công cụ Matlab/Simulink tác giả đã mô phỏng được nguyên lý

làm việc của bảo vệ so lệch dọc ĐZ trên cơ sở sơ đồ phương thức và

rơle bảo vệ trạm biến áp 500kV Pleiku & Cầu Bông.

Mô phỏng rơle có cấu tạo đầu vào, đầu ra, đặc tính bảo vệ và logic

làm việc giống với rơle thực tế, các thông số cài đặt cũng bám sát

chức năng của rơle thật tạo sự tiện lợi trong sử dụng. Với việc mô

phỏng này, ta có thể kiểm tra thông số cài đặt, phân tích và nghiên

cứu sự làm việc của rơle ở trạng thái vận hành bình thường cũng như

các dạng sự cố trong HTĐ.

- Mô phỏng rơle còn giúp cho người sử dụng và thí nghiệm hiểu rõ

hơn về rơle số bảo vệ so lệch dọc đường dây.

- Nắm bắt thông số cài đặt, cấu hình và thí nghiệm rơle SEL 411L.

- Nghiên cứu, phân tích đánh giá sự làm việc của rơle thông qua mô

phỏng. Thuận tiện mở rộng mô phỏng cho nhiều loại rơle, giúp tiết

kiệm thời gian đào tạo và nghiên cứu ngoài công trường.

- Phương pháp mới được áp dụng vào trong đề tài nghiên cứu có

những ưu điểm như: giả lập được sự cố, mô phỏng sự làm việc của

bảo vệ bằng phương pháp trực quan nhằm hỗ trợ cho công tác đào

tạo, thí nghiệm, vận hành sau này.

Dự kiến kết quả đạt được:

Mô phỏng rơle có cấu tạo đầu vào/đầu ra, đặc tính của bảo vệ và

logic làm việc giống với rơle thực tế. Các thông số cài đặt cũng bám

sát chức năng của rơle thật tạo sự tiện lợi trong sử dụng. Với việc mô

phỏng rơle, mô phỏng sơ đồ bảo vệ so lệch dọc ĐZ có thể kiểm tra

24

thông số cài đặt, phân tích và nghiên cứu sự làm việc của rơle ở trạng

thái làm việc bình thường cũng như các dạng sự cố trong HTĐ.

Hướng phát triển của đề tài:

- Tự xây dựng được giải pháp nào đó để thử nghiệm đặc tính AP

một cách hoàn hảo và chính xác hơn.

- Cấu hình được tất cả hệ thống bảo vệ so lệch dọc đường dây của

các hãng rơle khác theo giao thức truyền thông IEC 61850.