Tài liệu Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc sel 411l cho đường dây 500kv pleiku – cầu bông

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU – CẦU BÔNG Học viên: Thái Hòa Mã số: 852.02.01 Khóa: K34-ĐN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: - Rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây SEL-411L dùng tại các trạm biến áp 220kV và 500kV ở Việt Nam nhƣ: 500kV Pleiku & Cầu Bông, 220kV Nha Trang & Tuy Hòa... Đây là loại rơle mới đòi hỏi nhân viên thí nghiệm, vận hành hiểu rõ cách cài đặt, cấu hình, thí nghiệm để đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm với yêu cầu nghiêm ngặt về thời gian cắt điện vì độ tin cậy cung cấp điện. SEL-411L có chức năng bảo vệ so lệch tốc độ cao đƣờng dây truyền tải. Ngoài ra, còn có các chức năng bảo vệ khác: khoảng cách và quá dòng với tính năng cắt 1 pha/3 pha, kiểm tra đồng bộ khi đóng lặp lại, giám sát mạch cắt, bảo vệ lỗi máy cắt... Rơle có tính năng đo lƣờng mở rộng, ghi dữ liệu bao gồm chụp và báo cáo dữ liệu có độ phân giải cao. Định vị sự cố bằng sóng truyền (TWFL) là một chức năng đặc biệt của SEL-411L để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động có độ chính xác cao nhất. Luận văn trình bày cách cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây. Ngoài ra, để minh họa trực quan, tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hoạt động của rơle. Từ khóa - SEL-411L; TWFL; rơle; bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây; Pleiku – Cầu Bông. RESEARCHING AND ANALYZING CONFIGURATION AND TESTING LINE DIFFERENTIAL PROTECTION SEL-411L RELAY FOR 500kV TRANSMISSION LINE PLEIKU – CAU BONG Abstract - SEL-411L line differential protection has been used at some 220kV and 500kV substations in Vietnam such as: 500kV Pleiku & Cau Bong, 220kV Nha Trang & Tuy Hoa ... This is a new type of relay that requires experimental and operational personnel understand how to install, configure, test to ensure safe and reliable operation to shorten the testing time with a stringent electricity cutting time because of reliability of power supply. SEL-411L is a high-speed current differential protection for transmission lines. In addition, there are other protection functions: distance and overcurrent protection with 1-phase/3-phase trip, synchronous inspection when reclosing, circuit trip monitoring, circuit breaker failure protection... Relay has extended measurement feature, data recording feature including collecting and reporting of high resolution data. Traveling wave fault location (TWFL) is a special function of SEL-411L for automatic fault location reporting with the highest accuracy. This thesis presents how to configure and test line differential protection. In addition, for visual illustration, the author uses Matlab software to simulate relay operation. Keywords – SEL-411L; TWFL; relay; line differential protection; Pleiku – Cau Bong. MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài .......................................................................... ....... .......................1 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................ ........ ..........................1 3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.......................................................... ........................2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...........................................................2 5. Đặt tên đề tài………………………………………………………… .... …………..3 6. Bố cục luận văn………………………………………………………… ... ………...3 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…………………………… ………....4 1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thƣờng dùng…………………….. …….6 1.3. Kết luận………………………………………………………………… ...... …….7 Chƣơng 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE………… .... …………8 2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L…………………………… .. …………..8 2.1.1. Chức năng chính: bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L.................... ... ..................9 2.1.1.1. Chức năng 87L……………………………………………………… ...... ……………9 2.1.1.2 . Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP........................ . .....................10 2.1.1.3. Giám sát sự cố bên ngoài........................................................... .... ..................11 2.1.1.4. MBA dạng inline ............................................................................................. 12 2.1.1.5. Chức năng cắt 1 pha từ 87L ......................................................................... 13 2.1.2. Các chức năng bảo vệ khác.......................................................................... .... 13 2.1.2.1. Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)................................................ ................ 13 2.1.2.2. Chức năng gia tốc bảo vệ (chống đóng vào điểm sự cố-SOTF)....... ............... 15 2.1.2.3. Chức năng dò dao động công suất (78)........................................... ............... 15 2.1.2.4. Chức năng cắt và nhận truyền cắt .................................................................. 16 2.1.2.5. Chức năng bảo vệ xa……………………………………………………………… ... 16 2.1.2.6. Chức năng bảo vệ quá dòng.......................................................................... ... 16 2.1.2.7. Chức năng lỗi máy cắt.................................................................................. .. 17 2.1.2.8 .Chức năng điện áp....................................................................................... ... 17 2.1.2.9 .Chức năng tần số........................................................................................... .. 17 2.1.2.10. Chức năng đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ............................. ..... ........17 2.1.3. Định vị sự cố.................................................................................................... .. 17 2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L…… ..... 19 2.2.1. Điện dung đường dây tải điện……………………………………………….... 19 2.2.2. Ảnh hưởng của sai số biến dòng…………………………………… .. ……….20 2.2.2.1. Sai số biến dòng điện…………………………………………………………….. ... 20 2.2.2.2. Bão hòa mạch từ của biến dòng…………………………………………… ......... 20 2.2.2.3. Dòng không cân bằng………………………………………………………… ....... 21 2.2.3. Ảnh hưởng của tụ bù dọc........................................................................ ... .......22 2.2.3.1. Tác dụng của tụ bù dọc……………………………………………………… ...……23 2.2.3.2. Xác định dung lượng bù……………………………………………………… …….23 2.2.3.3. Ảnh hưởng khi bù dọc & nốt tắt nhanh TBD khi có ngắn mạch xảy ra.... ..... ..23 2.3. Kết luận……………………………………………………………………. ....... 25 Chƣơng 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG ............................ 26 3.1. Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L ............................ 26 3.1.1. Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn................................... ......... 26 3.1.2. Tính toán ngắn mạch............................................................................... ......... 28 3.1.2.1. Tính toán ngắn mạch 3 pha........................................................................ ...... 29 3.1.3.2. Tính toán ngắn mạch 1 pha......................................................................... .... 30 3.1.3. Cài đặt rơle................................................................................ ......................... 31 3.1.3.1. Dữ liệu hệ thống điện ...................................................................................... 32 3.1.3.2. Cài đặt chung………... …………………………………………………………… .. .33 3.1.3.3. Hiển thị máy cắt............................................................................................... 33 3.1.3.4. Cài đặt nhóm group 1 ..................................................................................... 34 3.1.3.5. Cài đặt chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ 87L............................................... ..34 a. Cài đặt các phần tử so lệch pha.................................. ............................................. 38 b. Cài đặt các phần tử so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 (87LQ/87LG)........................... 40 3.1.3.6. Cài đặt các chức năng bảo vệ khác ................................................................ 41 a. Giám sát quá độ CVT.................................. ............................................................. 41 b. Hiệu suất của biến dòng cho các sự cố ngoài vùng ................................................ 43 c. Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách .................................................................... 44 d. Cài đặt chức năng cho PWS khi OOS................................................... ................... 45 e. Chức năng xâm lấn tải…………………………………………………………………. .... .46 f. Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)...................................................................... .. .....46 g. Logic kiểm tra mất áp......................................................................................... ...... .47 h. Chức năng kiểm tra hướng................................................................................. ..... . 47 i. Logic cắt.......................................................................................... ............ ...............47 j. Các tùy chọn cắt 1 pha............................................................................... .............. .49 k. Chức năng bảo vệ quá dòng trong SEL-411L........................................ ................. .48 l. Chức năng điện áp trong SEL-411L...................................................... ............. ..... .50 m. Chức năng tần số trong SEL-411L............................................................ ........... ... 50 n. Logic cắt và bảo vệ.............................................................. .................................... .51 3.1.4. Phân tích cấu hình 87L....................................................................... ............... 52 3.1.4.1. Cấu hình cho phép 87L làm việc ..................................................................... 52 3.1.4.2. Cấu hình khóa 87L………... ……………………………………………………… . .52 3.1.4.3.Cấu hình MC………... ……………………………………………………… ........... .53 3.1.4.4.Cấu hình ĐZ………... ……………………………………………………… ............ .54 3.1.4.5.Cấu hình 87L………... ……………………………………………………… ........... .54 3.2. Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L................................................ ... ...55 3.2.1. Kiểm tra ban đầu....................................................................................... .... .... 55 3.2.2. Thí nghiệm các chức năng bảo vệ. .................................................. .. ...............55 3.2.2.1. Kiểm tra chức năng đo lường........................... ............................................... 57 3.2.2.2. Kiểm tra chức năng bảo vệ so lệch dọc (thử lệnh 87L)........................... ....... 58 a. Thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ............................................................. . .. 58 b. Thử bằng phương pháp Test Loopback.............................................................. ....... 59 3.2.3. Kiểm tra mang tải......................................................................... .................... 63 3.3. Kết luận……………………………………………………………………… ..... 63 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………………………… ................................ .64 4.1.1. Xây dựng sơ đồ bảo vệ so lệch dọc đường dây.............................. ................... 65 4.1.2. Mô phỏng nguyên lý & đặc tính làm việc của chức năng 87L......................... 66 4.1.2.1. Xây dựng khối nguyên lý làm việc......................................... .... .......................66 4.1.2.2. Phân tích sự làm việc của rơle ở các chế độ .............................. .................... 68 a. Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ........................................................... ............... 68 b. Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ………………………………………………… ...... 71 c. Nhận xét………………………………………………… ................................................ 74 4.2. So sánh, phân tích đánh giá kết quả.............................................................. ... 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... . . 76 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................. ... ....................... 77 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) .......................... ...... .. 78 PHỤ LỤC 1: ..................................... ................................. .............................. 79 PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY BẰNG MATLAB..................................................................... 100 PHỤ LỤC 3:................................................................................................ 102 KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản sao) ............................................................................................... .................... ................ DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÍ HIỆU: 87L: Bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây 21: Bảo vệ khoảng cách 85: Bảo vệ xa 50BF: Bảo vệ lỗi máy cắt 59/27: Bảo vệ quá/kém áp 50/51: Bảo vệ cắt nhanh/quá dòng thời gian 81: Bảo vệ kém tần số 79: Tự động đóng lặp lại 25: Hòa đồng bộ 78: Dò dao động công suất CÁC CHỮ VIẾT TẮT: TI (CT): Máy biến dòng điện (Current Transformer) TU (VT): Máy biến điện áp (Voltage Transformer) MC: Máy cắt TBD: Tụ bù dọc KBN: Kháng bù ngang ĐZ: Đƣờng dây TWFL: Định vị sự cố bằng phƣơng pháp sóng lan truyền HTĐ: Hệ thống điện HTBV: Hệ thống bảo vệ CB: Cầu Bông PLK: Pleiku PL1: Phụ lục 1 PL2: Phụ lục 2 PL3: Phụ lục 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1 Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong HTĐ Việt Nam 04 Bảng 2 Mô tả các cài đặt định vị sự cố bằng sóng truyền 18 Bảng 3 Dòng ngắn mạch trên các thanh cái CB & PLK năm 2018 29 Bảng 4 Dòng ngắn mạch 1 pha & 3 pha sau khi tính đƣợc 31 Bảng 5 Dữ liệu HTĐ 32 Bảng 6 Tổng trở nhất thứ 33 Bảng 7 Cài đặt chung 33 Bảng 8 Hiển thị máy cắt 33 Bảng 9 Cài đặt nhóm 35 Bảng 10 Cài đặt chức năng so lệch pha từ nhà chế tạo 39 Bảng 11 Các bits của chức năng 87LP so lệch pha 40 Bảng 12 Cài đặt chức năng so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 từ nhà chế tạo 40 Bảng 13 Bảng tổng hợp cài đặt chức năng 87L 41 Bảng 14 Cài đặt các chức năng khác 42 Bảng 15 Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-pha Mho 44 Bảng 16 Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-đất Mho 44 Bảng 17 Cài đặt thời gian trễ chung của 21 45 Bảng 18 Cài đặt chức năng khóa khi mất đồng bộ 46 Bảng 19 Cài đặt chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF) 46 Bảng 20 47 Bảng 22 Cài đặt giám sát mở pha Lập trình SEL-441L để cắt 1 pha cho chức năng khoảng cách pha-đất Cài đặt chức năng quá dòng pha Bảng 23 Các đại lƣợng làm việc của quá dòng có thời gian 49 Bảng 24 Cài đặt chức năng quá dòng có thời gian 50 Bảng 25 Các đại lƣợng làm việc của chức năng điện áp 50 Bảng 26 Kiểm tra chức năng đo lƣờng 57 Bảng 27 Kết quả thí nghiệm chức năng 87L 63 Bảng 21 48 49 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ 1.1 Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc ĐZ Trang 4 1.2 Bảo vệ so lệch dọc ĐZ tƣơng đồng về tính năng kỹ thuật 7 2.1 Vùng làm việc & Vùng hãm của chức năng so lệch ĐZ 87L 8 2.2 Đặc tính làm việc và đặc tính hãm của 87L trong SEL-411L 10 2.3 Sơ đồ logic giám sát sự cố ngoài vùng (bão hòa AC) 12 2.4 Bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng kết hợp 12 2.5 Bù MBA dạng in-line ở rơle tại chỗ 13 2.6 Đặc tính Mho-Đặc tính trạng thái ổn định và đặc tính mở rộng 14 2.7 Logic xâm lấn tải 14 2.8 Đặc tính Quad 15 2.9 16 2.15 Áp dụng VS để ƣớc lƣợng điện áp trug tâm dao động Rơle trao đổi thông tin đỉnh của sóng truyền thông qua kênh truyền tin 87L Sơ đồ định vị sự cố bằng TWFL Dung dẫn pha-pha trên 1 mạch, dung dẫn giữa các pha 2 mạch, giữa pha-đất ĐZ mạch kép Đặc tính từ hóa của biến dòng CT bão hòa dữ dội, dòng thứ vƣợt trƣớc dòng sơ cấp một góc 40 độ (vùng C) CT gây ra góc pha dẫn trƣớc và làm giảm độ lớn dòng điện 2.16 Đồ thị xác định thời gian tắt của hồ quang thứ cấp 25 3.1 HTĐ đƣợc sử dụng cho việc chọn lựa biến dòng 26 3.2 Mặt trƣớc rơle SEL-411L 31 3.3 37 3.5 Trƣờng hợp khi tỉ số CT hai đầu khác nhau Cài đặt góc mở 87LPA cho vùng hãm dựa trên góc lệch lớn nhất khi có sự cố ngoài vùng & các yếu tố sai lệch cùng xảy ra đồng thời Sơ đồ cấu hình cho phép chức so lệch dọc làm việc 3.6 Sơ đồ cấu hình cho phép khóa chức năng so lệch dọc 53 3.7 Sơ đồ đấu nối để thí nghiệm chức năng 87L 56 3.8 Sơ đồ đấu nối thử theo đƣờng truyền thực tế giữa 2 ĐZ 58 4.1 Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ 87L 65 4.2 Sơ đồ mô phỏng chức năng 87L 66 4.3 Mô hình mô phỏng thuật toán tính toán rơle SEL-411L 69 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.4 18 18 19 20 21 21 38 52 70 4.6 Đặc tính tác động khi sự cố ngoài vùng Tín hiệu rơle không Trip khi vận hành bình thƣờng hoặc sự cố ngoài vùng Giá trị dòng và áp tại đầu trạm Pleiku 4.7 Đặc tính tác động khi sự cố trong vùng 71 4.8 Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng (khi ngắn mạch 3 pha) 72 4.9 Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Pleiku 72 4.10 Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Cầu Bông 73 4.11 Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng (khi ngắn mạch pha-đất) 73 4.12 Giá trị dòng và áp sự cố 1 pha tại đầu trạm Pleiku 73 4.13 Giá trị dòng và áp sự cố 1 pha tại đầu trạm Cầu Bông 74 4.4 4.5 70 71 1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong hệ thống điện (HTĐ), các thiết bị của HTBV đóng vai trò rất quan trọng. Nó đóng góp một phần rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và độ tin cậy cung cấp điện. Hệ thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố, hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống điện (HTĐ). ĐZ 500kV có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc truyền tải điện đi xa. Các hƣ hỏng xảy ra trên ĐZ sẽ làm ảnh hƣởng 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 87L và các tình trạng làm việc không bình thƣờng, 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, nhạy và tin cậy. Có thể nói, 87L là cấu hình rơle tối ƣu để dung 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 vƣợt trội so với các loại rơle trƣớc 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 đƣợc trang bị đầy đủ các chức năng điều khiển, bảo vệ & tự động hóa cho đƣờng ĐZ tải điện. SEL-411L có các chức năng nhƣ: bảo vệ so lệch dọc cho từng pha, so lệch thứ tự nghịch và thứ tự không để đảm bảo độ nhạy cao nhất. SEL-411L cho phép lựa chọn nhiều phƣơng thức kết nối thông tin khác nhau và có đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng nhƣ: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số, logic điều khiển bảo vệ… cùng đƣợc tích hợp trong một khối rơle. Đặc biệt, SEL-411L có một tính năng khá nổi trội so với SEL-311L là định vị sự cố bằng phƣơng 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. Phƣơng 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 nên cần có sự nghiên cứu sâu hơn về rơle số bảo vệ so lệch 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 tác giả 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 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L dùng 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 đƣờng dây & phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo vệ. - Nghiên cứu chức năng, tính toán cài đặt, cấu hình rơle SEL-411L cho đƣờng dây 500kV Pleiku - Cầu Bông. - Xây dựng phƣơng pháp thí nghiệm rơle SEL-411L áp dụng cho đƣờng dây 500kV Pleiku - Cầu Bông. - Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng 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. 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 lƣợng hệ thống bảo vệ nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn. - Nhiệm vụ chính: + 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 hƣởng 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 phƣơng pháp thí nghiệm rơle SEL-411L; + Tìm hiểu và áp dụng các chƣơng 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 Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng. Từ trƣớc đến nay, các ĐZ cấp điện áp 220kV đến 500kV đều đã sử dụng rơle bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ chính và đã đƣợc đƣa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua, nhất là tại các ĐZ 220kV, 500kV thƣờng sử dụng loại SEL-311L. Với việc nghiên cứu rơle SEL-411L một cách cụ thể và có hệ thống sẽ giúp chúng ta đánh giá, phân tích các sự cố chính xác hơn. Có thể ứng dụng mở rộng cho các ĐZ hoặc các bảo vệ khác. Với ý nghĩa thực tế, đề tài đã giải quyết đƣợc khối lƣợng 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, tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên tục, an toàn và tin cậy), giúp rút ngắn thời gian, 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. 3 5. ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI Từ những lý do đã nêu ở trên. Đề tài đƣợc chọn có tên là: “Nghiên cứu, 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 chƣơng: MỞ ĐẦU Chƣơng 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY 1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ 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 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 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY Trong HTĐ Việt Nam, lƣới truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc kết nối điện giữa các khu vực, nối các nhà máy điện đến các TBA để truyền tải điện cho khắp mọi miền đất nƣớc. Vì vậy, việc thiết lập một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy, ổn định và bền vững không những là tiêu chí hàng đầu mà ngành điện đã và đang hƣớng đến mà còn là mong đợi của khách hàng sử dụng điện. Để đảm bảo sự làm việc liên tục, an toàn và tin cậy của các phần tử trong HTĐ, cần có những thiết bị rơle bảo vệ để ghi nhận và phát hiện ra phần tử bị hỏng nhằm cô lập ngay chúng ra khỏi HTĐ. Hiện nay, trong hệ thống điện Việt Nam đã và đang dùng phổ biến rơle kỹ thuật số đến từ các nhà sản xuất nhƣ SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER, TOSHIBA (bảng 1). Ngoài các chức năng chính là bảo vệ, các rơle này còn tích hợp thêm các chức năng khác nhƣ đo lƣờng, điều khiển, tự động hóa, ghi bản tin sự cố, giám sát cấu hình phần cứng, phần mềm… Các rơle số có thể làm việc riêng lẻ hoặc kết hợp nhiều chức năng dự phòng khác trong một rơle mà không làm thay đổi độ tin cậy về chức năng bảo vệ của chúng. Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam Hãng Rơle Loại Rơle SEL 487E, 411, 351, 451, 311L, 411L, 787, 751, 421, 487B Siemens 7SA522, 7SD522, 7UT6137SJ64, 7SJ80… ABB REL 670, REL 511, REF 610, RET 670, REG 670… Schneider P123, P127, P132, P443, P543, P632 … Toshiba GRD100, GRE110, GBU200, GRZ200 … Trong chƣơng này sẽ phân tích nguyên lý chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ trong rơle số đƣợc sử dụng phổ biến tại các trạm biến áp hiện nay. 1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây 5 Bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện [2]. Hiểu một cách đơn giản thì nó là rơle bảo vệ có 2 phần tử rơle đƣợc đặt tại 2 đầu đƣờng dây. Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phƣơng thức: - Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đƣờng dây; - Kênh truyền dẫn quang; - Kênh thuê riêng. Tại cùng một thời điểm thì phần tử rơle sẽ so sánh dòng điện theo đại lƣợng về pha tại đầu và cuối đƣờng dây đƣợc bảo vệ. Nếu 2 giá trị dòng điện đó có độ lệch lớn hơn giá trị đƣợc cài đặt thì rơle sẽ tác động cắt máy cắt để cô lập đƣờng dây bị sự cố, tránh sự cố lan rộng. Để thực hiện điều này, tại hai đầu phần tử đƣợc bảo vệ đặt các máy biến dòng có cùng tỉ số biến dòng ni. Có hai nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch là nguyên lý làm việc theo dòng điện tuần hoàn và nguyên lý làm việc theo điện áp cân bằng. Thời gian tác động của bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây đƣợc cài đặt là 0 (s). Ƣu điểm lớn nhất của bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây là độ tin cậy cao, không phụ thuộc vào chiều dài của đƣờng dây và cấu tạo của dây dẫn [2]. Khi vận hành bình thƣờng, bỏ qua ảnh hƣởng của dòng dung, dòng điện sơ cấp CT1 và CT2 là i (hình 1.1). Nếu tỷ số biến dòng giống nhau, cuộn dây nhị thứ của các biến dòng CT1 và CT2 tại 2 đầu đƣờng dây có thể đƣợc nối trực tiếp tạo thành một mạch điện kín với dòng điện nhị thứ là I. Nhƣ vậy trong điều kiện vận hành bình thƣờng, dòng điện chạy qua phần tử đo lƣờng M là zero. Khi một sự cố xuất hiện trong vùng bảo vệ, xuất hiện dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1, từ trạm 2 là i2, tƣơng ứng dòng nhị thứ là I1 và I2. Lúc đó dòng chảy qua phần tử đo lƣờng M là I1 + I2 làm tác động phần tử M [2]. Với bảo vệ so lệch dọc ĐZ, để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng dây dẫn phụ, ta sử dụng các đƣờng truyền thông tin nhƣ cáp quang và các bộ giao diện. Tín hiệu dòng điện tại một đầu đƣợc rơle thu nhận và xử lý số hóa. Mỗi rơle tại một đầu sẽ đo lƣờng dòng điện tại chỗ và gởi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng điện đến rơle phía đối diện qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đƣờng thông tin. * Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây: Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối. Khi trong HTĐ có dao động hoặc xảy ra tình trạng không đồng bộ, dòng ở 2 đầu phần tử đƣợc bảo vệ luôn bằng nhau và không làm cho bảo vệ tác động mất chọn lọc [2]. Tác động nhanh: Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên không yêu cầu phải phối hợp thời gian với bảo vệ phần tử kề. Nó có thể thực hiện để tác động không thời gian. Độ nhạy: Bảo vệ có độ nhạy tƣơng đối cao do dòng khởi động có thể chọn nhỏ hơn dòng làm việc của đƣờng dây [2]. 6 Tính đảm bảo: - Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2]. - Nhƣợc điểm chủ yếu của bảo vệ là có dây dẫn phụ . Khi đứt dây dẫn phụ có thể làm kéo dài thời gian ngừng hoạt động của bảo vệ, hoặc bảo vệ có thể tác động không đúng (nếu bộ phận kiểm tra đứt mạch thứ cấp không làm việc) [2]. Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lƣới truyền tải của EVN [9]: * Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đƣờng dây trên không 500kV bảo vệ cho đƣờng dây 500kV có hai sợi cáp quang độc lập liên kết hai trạm 500kV hai đầu đƣờng dây, bao gồm ba bộ bảo vệ:  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: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74. Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 đƣợc dự phòng kép, tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong một trong hai bộ bảo vệ chính. Hai bộ bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên hai sợi cáp quang độc lập. Bảo vệ khoảng cách đƣợc phối hợp hai đầu với nhau thông qua một trong hai sợi cáp quang nêu trên hoặc PLC. * Bảo vệ cho đƣờng dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai đầu đƣờng 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: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74. Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 đƣợc dự phòng đúp, đƣợc tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong bảo vệ chính. Bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên đƣờng cáp quang. Chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ chính đƣợc phối hợp hai đầu với nhau thông qua sợi cáp quang nêu trên. Bảo vệ khoảng cách dự phòng đƣợc phối hợp hai đầu với nhau thông qua kênh tải ba. 1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây thƣờng dùng Ngày nay với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, rơle điện từ đƣợc thay thế bằng rơle kỹ thuật số có các tính năng vƣợt trội. Nhiều nhà sản xuất trên thế giới đã chế tạo các dòng sản phẩm chất lƣợng và tin cậy nhƣ rơle kiểu 7UT51, 7SD52 của hãng Siemens, rơle kiểu MTP của hãng GE Multilin, bảo vệ so lệch ĐZ SEL-311L và đặc biệt là SEL-411L của hãng SEL…Đặc điểm của bảo vệ so lệch đƣờng dây là rơle phải đƣợc đặt ở hai đầu đƣờng dây truyền tải và chúng cần phải tƣơng đồng về tính năng kỹ thuật, nhƣ hình 1.2. 7 Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật. Thực tế hiện nay, việc đầu tƣ mua sắm thiết bị cho hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng dây truyền tải điện cao áp là do các chủ đầu tƣ xây dựng các trạm biến áp ở hai đầu đƣờng dây truyền tải thực hiện và việc liên lạc giữa hai hệ thống bảo vệ này thông qua các thiết bị Teleprotection (truyền cắt bảo vệ xa); PCM-30 ...và 02 lõi cáp quang trong số 12 lõi của ĐZ cáp quang OPGW-12 treo trên đƣờng dây truyền tải điện cao áp. Do đó, để hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng dây tác động nhanh và tin cậy cần phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các chủ đầu tƣ trong quá trình mua sắm thiết bị, ví dụ đối với hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng dây SEL-411L cần phải biết rõ Order Code (0411L7JC0421524XX) của rơle đã đƣợc hoặc sẽ lắp đặt ở phía đầu ĐZ đối diện. 1.3.Kết luận Chƣơng 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 đƣợc tích hợp nhiều chức năng bảo vệ với khả năng chỉnh định thông số cài đặt và lập trình đƣợc nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tƣợng 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 hƣởng đến bảo vệ trong chƣơng 2. 8 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 đƣợc thiết kế cho bảo vệ ĐZ và cáp lực với các cấp điện áp truyền tải (lƣới 220kV, 500kV tại Việt Nam). Nó tích hợp các chức năng: bảo vệ so lệch dọc ĐZ, khoảng cách, bảo vệ quá dòng, điện áp, tần số, định vị sự cố trong một khối rơle. Dƣới đây là một số tính năng cơ bản mà SEL411L có thể thực hiện: - Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ hoặc cáp lực, tác động nhanh và an toàn (sử dụng chức năng so lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối). - Đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng tin cậy nhƣ: 21, 50/51… (kết hợp 5 vùng của các phần tử khoảng cách pha-pha và pha-đất với các phần tử quá dòng có hƣớng); Cung cấp phần tử 21 và hƣớng trong các sơ đồ bảo vệ dựa trên đƣờng truyền tin nhƣ: POTT, DCB và DCUB hoặc cho bảo vệ dự phòng cắt nhanh/có thời gian. - Cắt với tốc độ cao: Rơle này dùng phần tử HSDPS (lựa chọn hƣớng và pha tốc độ cao) và các phần tử 21 tốc độ cao để phát hiện các sự cố có dòng lớn của HTĐ nhƣ ngắn mạch pha-pha. - Đầy đủ chức năng đóng lặp lại có kiểm tra hòa đồng bộ cho 02 máy cắt; - Đồng bộ pha (synchrophasor); - Giám sát mạch cắt; - Chức năng ghi chụp sự cố nâng cao file có độ phân dải cao, bản ghi có thể lên đến 8kHZ mẫu; - Định vị sự cố bằng 3 phƣơng pháp trong đó có phƣơng pháp định vị bằng sóng lan truyền (TWFL) là ƣu việt nhất; - Tự động hóa: Tận dụng các tính năng tự động hóa nâng cao bao gồm các phần tử lập trình để điều khiển tại chỗ và từ xa. Sử dụng các đƣờng links nối tiếp và Ethernet để truyền tải thông tin quan trọng một cách hiệu quả, bao gồm cả dữ liệu đo lƣờng, bảo vệ và điều khiển trạng thái I/O, đồng bộ pha theo IEEE C37.118, các tin nhắn GOOSE IEC 61850, các bộ ghi sự kiện (SER), các báo cáo, giám sát MC, các bản ghi sự kiện tóm tắt của rơle và đồng bộ hóa thời gian... Sử dụng các phƣơng trình điều khiển SELOGIC mở rộng với các hàm toán học và so sánh trong các ứng dụng điều khiển. Có các mức xác nhận để chỉnh định mạch đầu vào điều khiển cách ly cao để kết hợp dễ dàng các phần tử từ các hệ thống khác nhau. Kết hợp tới 1000 lines của logic tự động hóa để tăng tốc và cải thiện các hoạt động điều khiển. Kết nối thông tin đa dạng (Rơle cung cấp các giao diện truyền thông mở rộng từ tiêu chuẩn SEL ASCII và các giao thức truyền thông nâng cao MIRRORED BITS® cho tới kết nối Ethernet với card Ethernet tùy chọn. Với card Ethernet, có thể sử dụng các 9 công cụ truyền thông mới nhất của ngành, bao gồm các giao thức: Telnet, FTP, IEC 61850 và DNP3 (nối tiếp và LAN / WAN)). Phần mềm ACSELERATOR QuickSet® SEL-5030 hỗ trợ trong việc cấu hình, thiết lập, kiểm soát và thu thập dữ liệu từ rơle (tại chỗ và từ xa). Phần mềm này đƣợc bao gồm khi mua card Ethernet tùy chọn với sự hỗ trợ của giao thức IEC 61850. ACSELERATOR Architect cho phép bạn xem và cấu hình theo giao thức IEC 61850 thông qua giao diện GUI. 2.1.1. Chức năng chính: Bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L 2.1.1.1. Chức năng 87L Hình 2.1: Vùng làm việc và vùng hãm của chức năng so lệch ĐZ Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ, tác động nhanh và an toàn (sử dụng chức năng so lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối, hình 2.1). SEL-411L áp dụng thuật toán Alpha Plane tổng quát sử dụng cho các ứng dụng nhƣ nhiều dòng trong vùng so lệch, ứng dụng hãm sóng hài hoặc cho máy biến áp (MBA) dạng ―in-line‖ và bù dòng nạp của ĐZ. Với thuật toán AP thì các phần tử so lệch mỗi pha riêng biệt (87LP), so lệch thứ tự nghịch (87LQ) và so lệch thứ tự 0 (87LG) dùng bộ so sánh AP. Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố ngoài vùng, chúng cung cấp chức năng 87L an toàn và nhạy. Nguyên lý AP tổng quát tƣơng tự nhƣ SEL-311L có hai đầu cuối. Tuy nhiên, SEL-311L & SEL-411L là hai nền tảng phần cứng và phần mềm hoàn toàn độc lập. Chúng không tƣơng thích để dùng chung trong một sơ đồ 87L. SEL411L chứa năm thành phần so lệch dọc đƣờng dây gồm: Một cho từng 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. Các thành phần pha cung cấp bảo vệ tốc độ cao cho sự cố có dòng lớn. Thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không cung cấp bảo vệ nhạy cho sự cố dòng không đối xứng. Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố ngoài vùng, bù dòng điện nạp tùy chọn, và logic phát hiện sự cố. Chức năng 87L hoạt động an toàn và đảm bảo độ nhạy cao nhất. Bù dòng điện nạp đƣờng dây tăng cƣờng độ nhạy của các phần tử 87L trong các ứng dụng của rơle để bảo vệ các đƣờng dây cao áp dài hoặc cáp điện. Dòng điện nạp đƣợc tính toán bằng cách sử dụng các điện áp ở cuối đƣờng dây đo đƣợc. Giá trị này sau đó đƣợc trừ đi từ dòng điện pha đƣợc đo. Phƣơng pháp bù này cho kết quả bù chính xác cho cả điều kiện hệ thống cân bằng và không cân bằng. 87L trong rơle cung cấp những chức năng sau đây: 10 ➤Tính toán các sóng hài trong dòng so lệch cho các ứng dụng MBA dạng ―inline‖ mà không cần phải gửi các sóng hài của các dòng điện đầu cuối qua kênh 87L. ➤Giám sát sự cố bên ngoài dựa vào trình tự gia tăng dòng so lệch và dòng hãm. 2.1.1.2. Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP Giá trị Alpha là một tỷ số phức giữa dòng dòng từ xa (IR) và tại chỗ (IL). Nó đƣợc đại diện bằng độ lớn và góc pha. Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây AP có thể đƣợc áp dụng một cách tự nhiên cho các vùng đƣợc bao bọc bởi hai dòng điện, chẳng hạn nhƣ đối với hai đƣờng dây đầu cuối đƣợc kết nối trong sơ đồ có một máy cắt ở mỗi đầu (xem hình 2.2). Trong trƣờng hợp này, chúng ta đo lƣờng và so sánh tỉ số phức của hai dòng điện (k = IR/IL) với đặc tính làm việc. Qui định dòng chạy vào ĐZ đƣợc bảo vệ có góc 00, dòng chạy ra khỏi ĐZ đƣợc bảo vệ có góc 1800. Khi vận hành bình thƣờng hoặc sự cố ngoài vùng đƣợc bảo vệ thì tỉ số dòng điện ở hai 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. + Làm tƣơng tự nhƣ thế cho các pha khác (B và C). Hình 2.2: Đặc tính làm việc và hãm của chức năng 87L trong SEL-411L Nguyên tắc hoạt động của AP đã đƣợc chứng minh an toàn, nhanh chóng và nhạy vì sự kết hợp của các yếu tố bao gồm: khả năng chống lại tốt với mức độ bão hòa của CT khi ngắn mạch ngoài, độ nhạy tốt, tốc độ của các phần tử so lệch (87LQ, 87LG), và độ nhạy tốt của các phần tử (87LQ và 87LG). Thuật ngữ ―AP mở rộng‖ đề cập đến một thuật toán với các đặc điểm sau: ➤ Nó đo lƣờng bất kỳ số lƣợng dòng điện nào có liên kết với vùng so lệch. ➤ Nó cho phép thao tác tùy ý các tín hiệu trung gian so lệch và hãm. 11 ➤ Nó tạo ra hai dòng điện tƣơng đƣơng (dòng tại chỗ và dòng từ xa) để cho ra một tỷ số phức trên AP, với tỷ số này kiểm tra so với đặc tính làm việc của AP. Rơle sử dụng thuật toán AP mở rộng vì những lý do sau: + Khả năng làm việc với các ĐZ có nhiều đầu với mỗi thiết bị đầu cuối có nhiều dòng điện liên kết với vùng 87L. + Có khả năng thực hiện bù dòng điện nạp không phải ƣớc tính chính xác số lƣợng dòng điện nạp từ mỗi thiết bị đầu cuối liên kết với vùng so lệch. AP truyền thống hoạt động dựa trên các dòng điện của vùng và sẽ yêu cầu mỗi dòng điện của vùng phải đƣợc bù riêng. + Khả năng cung cấp bảo vệ MBA dạng ―in-line‖, đặc biệt là với lợi thế của việc hãm sóng hài khi tình trạng dòng từ hóa tăng vọt. AP truyền thống không phát hiện tín hiệu hãm sóng hài này và không thể có các ứng dụng nhƣ vậy. + Có khả năng hãm tốt các phần tử so lệch (87LQ và 87LG) hơn khi sự cố ngoài vùng bảo vệ (ví dụ nhƣ các sự cố ba pha đối xứng). 2.1.1.3. Giám sát sự cố ngoài vùng bảo vệ Chức năng 87L của rơle kết hợp một thuật toán phát hiện sự cố ngoài vùng bảo vệ. Thuật toán này phân tích một số tính năng nhất định của các dòng điện vùng 87L để khai báo sự kiện bên ngoài nhƣ: sự cố, khởi động tải dƣới tỷ số X/R đặc biệt cao, hoặc dòng từ hóa tăng vọt của MBA có thể gây nguy hiểm cho sự an toàn của 87L khi độ bão hòa của CT có thể xuất hiện. Việc xác định thuật toán xảy ra trƣớc và ở bất kể độ bão hòa nào của biến dòng (CT), có tính an toàn thích hợp cho sơ đồ 87L, đặc biệt là đối với các phần tử 87LQ và 87LG. Thuật toán phát hiện sự cố bên ngoài gồm hai trƣờng hợp: ➤Trƣờng hợp ―bão hòa AC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa có khả năng nhanh và nghiêm trọng do biên độ của dòng điện rất lớn trong các sự cố bên ngoài gần sát vùng; ➤Trƣờng hợp ―bão hòa DC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa chậm và ít nghiêm trọng hơn, nhƣ trong các trƣờng hợp: dòng từ hóa MBA tăng đột biến hoặc các sự cố với tỉ số X/R đặc biệt cao. Hình 2.3 cho thấy một sơ đồ logic đơn giản về thành phần ―bão hòa AC‖ của thuật toán. Nguyên lý hoạt động dựa trên cơ sở rằng: sau khi sự cố khởi động, dòng so lệch không xuất hiện ngay khi có sự cố ngoài vùng bảo vệ, nhƣng tín hiệu hãm lập tức tăng ngay. Logic sự cố ngoài vùng này khác với logic sự cố trong vùng (trong đó, cả dòng so lệch và dòng hãm đều xuất hiện đồng thời). Thuật toán theo dõi sự khác biệt này đáp ứng với những thay đổi về dòng so lệch và dòng hãm. Nếu thuật toán phát hiện sự gia tăng đầy đủ về tín hiệu hãm mà không có sự gia tăng tƣơng ứng của tín hiệu so lệch, nó sẽ thông báo có một sự cố bên ngoài. Khi cả hai tín hiệu phát triển đồng thời, logic EFDAC sẽ không khẳng định. 12 Hình 2.3: Sơ đồ logic giám sát sự cố ngoài vùng (trường hợp “bão hòa AC”) Nói chung, rơle sẽ phát hiện ra sự cố ngoài vùng (trong giới hạn độ nhạy của thuật toán phát hiện sự cố) đối với tất cả các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị ở các đầu đƣờng dây liên quan. Tùy thuộc vào dòng điện chạy về điểm sự cố ngoài vùng, rơle có thể phát hiện hoặc không phát hiện ra các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị ở các đầu đƣờng dây từ xa. Để giải quyết vấn đề này, các rơle chuyển đổi các bit phát hiện sự cố ngoài vùng để thông báo cho tất cả các rơle đặt ở các đầu ĐZ nếu có bất kỳ rơle nào phát hiện ra một sự cố ngoài vùng. SEL-411L kết hợp output từ cả hai logic để điều khiển một Relay Word bit (bit) phát hiện lỗi bên ngoài (EFD). Rơle sử dụng kết hợp ―OR‖ của trƣờng hợp bão hòa AC và DC không chỉ để điều khiển bộ giám sát sự cố bên ngoài tại chỗ, mà còn để chuyển tiếp thông tin về sự cố bên ngoài đến tất cả các thiết bị đầu cuối từ xa. Bit EFD mà chúng ta thấy là output của Hình 2.4 là 1 sự kết hợp ―OR‖ của bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng tại chỗ và từ xa. Bằng cách này, tất cả các thiết bị đầu cuối đều nhận đƣợc một cảnh báo về sự cố ngoài vùng ngay cả khi một trong các thiết bị đầu cuối có dòng điện nhỏ nhất đóng góp cho sự cố. Khi xác nhận bit EFD thì tất cả các phần tử 87L chuyển sang chế độ an toàn cao. Hình 2.4: Bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng kết hợp (AC & DC) 2.1.1.4. MBA dạng mắc nối tiếp Chức năng 87L thực hiện việc bù nhóm vector MBA dạng mắc nối tiếp. Chức năng này cũng cung cấp logic khóa trong điều kiện đóng xung kích MBA và cung cấp cả hai: hãm sóng hài và chặn dòng từ hóa trong MBA. Việc bù dòng điện xảy ra ở rơle tại chỗ trƣớc khi đến rơle từ xa. Khi rơle tại chỗ nhận dữ liệu từ các thiết bị ở đầu ĐZ đối diện, nó có thể lấy đƣợc các dữ liệu này thông qua việc sử dụng cùng tín hiệu đang xử lý và thuật toán nhƣ Hình 2.5.