phÂn tÍch, ĐÁnh giÁ rƠle sel-311l bẢo vỆ so lỆch...
TRANSCRIPT
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHẠM HỒNG CHƢƠNG
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE SEL-311L
BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY
500KV DI LINH - PLEIKU
Chuyên nghành: Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60.52.02.02
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2018
Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. LÊ KIM HÙNG
Phản biện 1: TS. LÊ THỊ TỊNH MINH
Phản biện 2: TS. VŨ PHAN HUẤN
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn
tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa
Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 3 năm 2018
Có thể tìm 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
Đối với đường dây 500kV bảo vệ so lệch dọc có vai trò đặc
biệt quan trọng cho nên đó là một bảo vệ chính bắt buộc phải có. Bảo
vệ so lệch dọc là loại bảo vệ có nguyên lý làm việc tốt nhất, tác động
không thời gian trì hoãn, có thể tác động với mọi dạng ngắn mạch và
đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối. Vì vậy, tính toán chỉnh định và mô
phỏng đặc tính hoạt động của rơle để áp dụng trong vận hành thực tế
là vấn đề thiết thực góp phần cho việc đảm bảo vận hành an toàn hệ
thống điện. Từ các kết quả tính toán và việc tiến hành mô phỏng các
dạng sự cố và phân tích sự làm việc của rơle so sánh với các bản ghi
sự cố để đối chứng từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp về vấn đề
chỉnh định rơle cũng như việc lựa chọn hợp lý thiết bị đo lường,
mạch nhị thứ bảo vệ liên quan rơle.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt
động của rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh – Pleiku
nhằm mục đích nắm rõ đặc tính hoạt động, sơ đồ logic và thực hiện
tính toán một số trường hợp sự cố để mô phỏng sự làm việc của rơle
kỹ thuật số bảo vệ so lệch.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Các vấn đề bảo vệ đường dây và rơle kỹ thuật số bảo vệ so
lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu việc tính toán chỉnh định cho rơle kỹ thuật số bảo
vệ so lệch dọc cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku, mô phỏng đặc
tính hoạt động chức năng bảo vệ so lệch của rơle cho các trường hợp
2
ngắn mạch trong vùng bảo, ngoài vùng bảo vệ trên nền
Matlab/Simulink để phân tích đánh giá bảo vệ.
4. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
- Tính toán chỉnh định rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc
đường dây 500kV Di Linh - Pleiku.
- Áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so
lệch dọc của rơle SEL-311L cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku
để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle.
- Nhiệm vụ chính:
+ Hệ thống hoá lý thuyết rơle bảo vệ.
+ Tính toán ngắn mạch đường dây 500kV Di Linh - Pleiku để
làm cơ sở chỉnh định bảo vệ so lệch dọc cho đường dây.
+ Nghiên cứu cấu hình, đặc tính và logic bảo vệ của rơle SEL-
311L.
+ Tính toán chỉnh định rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc
đường dây 500kV Di Linh - Pleiku.
+ Áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc tính bảo vệ so
lệch dọc của rơle SEL-311L cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku
trên cơ sở tính toán chỉnh định để phân tích, đánh giá hoạt động của
rơle.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù rơle SEL-
311L bảo vệ so lệch dọc đường dây đã đưa vào sử dụng trong hệ
thống điện Việt Nam từ nhiều năm qua nhưng hiện nay vẫn chưa có
nghiên cứu nào về việc áp dụng Matlab/Simulink để mô phỏng đặc
tính bảo vệ so lệch dọc của rơle qua thông số chỉnh định để phân
tích, đánh giá hoạt động của rơle, từ đó có góp ý về vấn đề chỉnh
định rơle cũng như việc lựa chọn hợp lý thiết bị đo lường, mạch nhị
3
thứ bảo vệ liên quan rơle.
Việc nắm rõ đặc tính làm việc của rơle qua mô phỏng với các
vị trí sự cố khác nhau giúp cho việc phân tích, đánh giá tính chính
xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của bảo vệ. Ngoài ra, cũng
giúp cho nhân viên vận hành nắm vững đặc tính tác động của rơle để
nhanh chóng phân tích đánh giá khi có sự cố xảy ra từ đó đưa ra
hướng xử lý kịp thời, chính xác nhằm khôi phục lại chế độ vận hành
bình thường tăng độ ổn định cho hệ thống điện, góp phần đảm bảo
công tác vận hành an toàn, liên tục lưới điện truyền tải nói riêng và
hệ thống điện Việt Nam nói chung.
6. Đặt tên đề tài
Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn có tên là:
"Phân tích, đánh giá rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc
đƣờng dây 500kV Di Linh - Pleiku"
7. Bố cục luận văn
Nội dung luận văn gồm các phần chính sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về hệ thống bảo vệ rơle và tình hình sự
cố đường dây truyền tải.
Chương 2: Tính toán chỉnh định cho rơle SEL-311L bảo vệ so
lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku.
Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng đặc tính hoạt động
chức năng 87L của rơle SEL-311L trên nền Matlab/Simulink/
Simpowersystem.
Kết luận và kiến nghị.
4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE
VÀ TÌNH HÌNH SỰ CỐ ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
1.1. Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ
1.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản của mạch bảo vệ rơle
Hệ thống rơle bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và kết hợp các
thiết bị bảo vệ để loại trừ càng nhanh càng tốt đối với phần tử bị sự
cố ra khỏi hệ thống, không để hệ thống bị sự cố lan rộng, giúp hệ
thống nhanh chóng trở vệ trạng thái ổn định ban đầu.
Yêu cầu cơ bản của hệ thống rơle bảo vệ trong HTĐ đó là :
hoạt động tin cậy, tác động chọn lọc, tác động nhanh và độ nhạy cao.
1.1.2. Các bộ phận đo lường của hệ thống bảo vệ
1.1.2.1. Máy biến dòng điện (TI)
1.1.2.2. Máy biến điện áp (TU)
1.2. Các vấn đề chung và tính toán bảo vệ đƣờng dây
truyền tải
1.2.1. Tình hình sự cố và hệ thống rơle bảo vệ đường dây
truyền tải
Theo thống kê cho thấy, đối với các sự cố xảy ra trên lưới điện
truyền tải thì sự cố xảy ra đối với đường dây chiếm phần lớn. Sự cố
đường dây chiếm tỉ lệ khoảng 70% trên tổng số sự cố của lưới truyền
tải. Do vậy, vấn đề rơle bảo vệ cho đường dây có vai trò quan trọng
cần đặc biệt quan tâm nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện, giảm
thiểu đến mức thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra.
Hệ thống rơle bảo vệ lưới điện truyền tải Việt Nam: Lưới điện
220kV & 500kV tại Việt Nam được trang bị hệ thống bảo vệ theo
quy định 2896/QĐ-EVN-KTLĐ-TĐ ngày 10 tháng 10 năm 2003 của
Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (nay là EVN) [11].
5
a) Đối với các đường dây 500kV:
b) Đối với các đường dây 220kV có đường truyền cáp quang:
c) Đối với các đường dây 220kV không có đường truyền cáp
quang:
1.2.2. Tính toán ngắn mạch trên đường dây truyền tải
1.2.2.1. Khi ngắn mạch 3 pha (ngắn mạch đối xứng)
1.2.2.2. Khi ngắn mạch không đối xứng: (N(1), N(1,1); N(2)
1.2.2.3. Điện kháng thứ tự nghịch (TTN) và thứ tự không
(TTK) của các phần tử
1.2.2.4. Sơ đồ thay thế (song song, nối tiếp,..)
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ đường dây
truyền tải
Hệ thống tụ bù dọc làm thay đổi các đặc tính của đường dây
và hoạt động của hệ thống tụ bù dọc có ảnh hưởng đến rơle bảo vệ
khoảng cách của đường dây truyền tải.
1.2.3.1. Tổng trở biểu kiến [3]
Tổng trở biểu kiến rơle đo được sẽ khác nhau trong trường
hợp tụ vận hành và khi tụ nối tắt và tuỳ thuộc vào các vị trí đặt tụ
khác nhau.
1.2.3.2. Tác động của hiện tượng quá độ
Hiện tượng quá độ của đường dây có tụ bù nối tiếp do ngắn
mạch gồm hai loại: quá độ tần số cao và quá độ tần số thấp.
1.2.3.3. Ảnh hưởng không cân bằng tổng trở pha
Trở kháng không cân bằng pha xuất hiện là kết quả do việc nối
tắt và đưa vận hành lại các tụ bù dọc vào hệ thống một cách không
đối xứng. Rơle bảo vệ nhận thấy đường dây có sự thay đổi nhanh
chóng, từ bình thường đến ngắn mạch đến chế độ mất cân bằng
6
nghiêm trọng, tất cả các trình tự diễn ra nhanh chóng, điều này ảnh
hưởng lớn đến sự làm việc chính xác của chúng.
Một vài phương thức được dùng để giải quyết vấn đề này:
- Phương thức nối tắt tụ trước khi rơle bảo vệ đường dây đưa
tín hiệu tác động cắt.
- Lắp đặt các rơle riêng lẻ cho mỗi pha.
1.2.3.4. Hiệu ứng cộng hưởng dưới đồng bộ
1.2.3.5. Vấn đề do nghịch đảo điện áp (điện áp âm)
1.3. Kết luận
Trong chương 1 tác giả đã tìm hiểu lý thuyết tổng quát về bảo
vệ rơle, nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của hệ thống rơle bảo vệ,
các bộ phận đo lường cho rơle bảo vệ trong hệ thống điện. Tìm hiểu
tình hình sự cố và trang bị hệ thống rơle bảo vệ trên lưới truyền tải
điện Việt Nam hiện nay. Tổng hợp lý thuyết tính toán ngắn mạch.
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến rơle bảo vệ cho đường dây
truyền tải điện. Qua đó rút ra một số vấn đề cơ bản để làm cơ sở thực
hiện các phần tiếp theo của luận văn như sau:
- Hệ thống rơle bảo vệ trong HTĐ phải đáp ứng các yêu cầu cơ
bản đó là: hoạt động tin cậy, tác động chọn lọc, tác động nhanh và độ
nhạy cao.
- Các bộ phận đo lường cho rơle bảo vệ trong hệ thống điện
phải đảm bảo cấp chính xác cần thiết đáp ứng cho yêu cầu bảo vệ.
- Rơle bảo vệ cho đường dây truyền tải là vấn đề quan trọng,
đối với việc tính toán bảo vệ đường dây cần lưu ý đến các yếu tố làm
ảnh hưởng đến hoạt động của rơle để có biện pháp xử lý thích hợp,
đặc biệt là hệ thống tụ bù dọc đối với rơle bảo vệ khoảng cách đường
dây.
7
CHƢƠNG 2
TÍNH TOÁN CHỈNH ĐỊNH CHO RƠLE SEL-311L BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY 500KV DI LINH - PLEIKU
2.1. Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đƣờng dây
Hình 2.1: Sơ đồ đấu nối đường dây 500kV Di Linh - Pleiku
Đường dây 500kV Di Linh – Pleiku có chiều dài 312,5 km, sử
dụng dây phân pha, mỗi pha gồm 4 dây ACSR330/42. Tại mỗi đầu
đường dây có lắp đặt tụ bù dọc và kháng bù ngang.
- Điện kháng đường dây: x = 0,1128Ω/km.
- Điện trở một chiều dây dẫn : R = 0.0224725 Ω/km.
- Dòng điện định mức dây dẫn: Iđm = 4 x 725 = 2900 A.
- Dòng điện cho phép vận hành: Icp=Iđm (tụ bù dọc) = 2000 A
2.2. Tính toán ngắn mạch đƣờng dây
Kết quả tính ngắn mạch đường dây 500kV Di Linh-Pleiku:
Bảng 2.2: Dòng điện ngắn mạch 03 pha
Điểm ngắn mạch
Dòng ngắn
mạch tại chỗ
(IL) (A)
Dòng ngắn
mạch từ xa
(IR) (A)
Tỷ lệ
LI
RI
Ngắn mạch ngoài tại thanh
cái 500kV trạm Di Linh -6148 6148 -1
Ngắn mạch ngoài tại thanh
cái 500kV Pleiku 6161 -6161 -1
Ngắn mạch giữa đường dây
500kV Di Linh - Pleiku 9877 9843 <1
8
2.3.Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch của
SEL-311L
Rơle SEL-311L có 5 chức năng bảo vệ so lệch cho đường dây:
- 03 chức năng cho từng pha; 01 chức năng cho từng dòng
TTN và 01 chức năng cho dòng TTK.
SEL-311L trao đổi một cách đồng bộ theo thời gian dòng Ia,
Ib, Ic giữa 2 hay 3 phía của đường dây. Mỗi rơle tính toán 3I2, 3I0
cho tất cả các đầu đường dây. So lệch dòng 87LA, 87LB, 87LC,
87L2, 87LG của mỗi rơle so sánh giá trị Ia, Ib, Ic, 3I2 và 3I0 cho các
đầu đường dây.
2.3.1. Nguyên lý hoạt động
Hình 2.3 thể hiện đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo
vệ so lệch, thể hiện tỷ số phức của dòng ở hai đầu của đường dây.
Qui định dòng chạy vào đường dây được bảo vệ có góc 00 và dòng
chạy ra khỏi đường dây có góc 1800. Khi bình thường tỷ số dòng
điện ở 2 đầu là và khi sự cố ngoài đường dây được bảo vệ
thì vẫn là .
SEL-311L có đặc tính bao quanh điểm gọi là vùng
hạn chế, rơle sẽ tác động khi tỷ số dòng điện nằm ngoài vùng này.
Hình 2.3: Đặc tính tác động AP (Alpha Plane) của bảo vệ SEL-311L
Tỉ số dòng điện 2 đầu
đường dây khi vận hành
bình thường và sự cố
ngoài
Giá trị biên độ của
tỉ số dòng điện 2
đầu đường dây
Giá trị góc pha của
tỉ số dòng điện 2 đầu
đường dây
9
Trên mặt phẳng phức hình 2.3, rơle SEL-311L tạo ra xung
quanh điểm 11800 một vùng hãm. Chức năng so lệch tác động khi
tỉ số dòng điện giữa hai đầu đường dây vượt ra ngoài vùng hãm này
và dòng so lệch cao hơn ngưỡng cài đặt và ngược lại không tác động.
Hình 2.4: Vùng hạn chế bao quanh các sự cố ngoài của SEL 311L
Dạng của vùng hạn chế được thể hiện trên hình 2.4. Đặt
87LANG để xác định góc mở của vùng hạn chế. Đặt 87LR để xác
định bán kính của vùng hạn chế.
Giá trị khởi động của chức năng bảo vệ so lệch của SEL-311L
bảo vệ đường dây 500kV Di Linh – Pleiku:
87LPP =
=
= 1,2
2.3.2. Cài đặt vùng hạn chế và giám sát các chức năng so lệch
Khi sự cố trên đường dây bảo vệ, có thể có các điều kiện làm
ảnh hưởng đến tỷ số của dòng điện ở hai đầu.
- Vùng A: Lệch góc 200 do phân bố nguồn
- Vùng B: Lệch góc khoảng 21,60 do độ trễ của kênh truyền tín
hiệu giữa hai đầu
- Vùng C: Lệch góc khoảng 400 do sai số CT.
Đặt 87LANG =1950 360
0 –(2x 82
0)= 196
0: mặc định đặt
1950 để đảm bảo ngay cả khi các ảnh hưởng trên đồng thời xảy ra.
Vùng tác động
Vùng hãm
10
87L cho pha và cài đặt đặc tính tác động
Đặt 87LANG và 87LR giống nhau cho tất cả các chức năng so
lệch. Thông số cài đặt mặc định 87LANG của nhà sản xuất là 1950.
Giá trị 87LR mặc định là 6, còn 87LPP là 1,2 lần giá trị dòng
thứ cấp danh định.
Đặt 87L2P khoảng 10% dòng danh định để phát hiện các sự cố
không cân bằng trên đường dây cần bảo vệ.
2.3.3. Cài đặt đảm bảo chọn lọc khi sự cố ngoài vùng bảo vệ
Vùng hạn chế trên đặc tính tác động có được bao quanh điểm
đã tính đến việc ảnh hưởng của các yếu tố sai số. Có thể
kiểm tra tính chọn của bảo vệ khi sự cố ngoài vùng bảo vệ
2.3.3.1. Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle lớn hơn 3 lần
dòng danh định (Idđ)
2.3.3.2. Sự cố 3 pha ngoài có dòng qua rơle nhỏ hơn 3 lần
dòng danh định
2.3.3.3. Sự cố không đối xứng ngoài vùng bảo vệ
2.3.4. Những cài đặt liên quan đến 87L
2.3.4.1.Cài đặt tỷ số biến CTR (1-6000)
Chọn CTR để đặt tỷ số biến của CT tại đầu đường dây local.
Biến CTR_X hay CTR_Y (kênh truyền X hoặc Y) cho phép đặt tỷ số
biến của CT tại đầu ở xa. So lệch dòng tại mỗi rơle sẽ theo giá trị
CTR đặt cao nhất (max của CTR và CTR_X hay CTR_Y). Ví dụ
đường dây 2 đầu như trên hình 2.6.
Hình 2.6: Cài đặt SEL-311L với tỷ số biến các CT khác nhau.
11
2.3.4.2.Chọn cài đặt APP để định ứng dụng cho SEL-311L:
APP (87L, 87L21, 87L21P, 87LSP, 311L)
- Đặt APP=87LSP: sử dụng cắt theo từng pha thông qua chức
năng bảo vệ so lệch dòng.
2.3.4.3. Cài đặt giá trị E87L (2, 3, 3R, N)
2.3.4.4. Cài đặt giá trị EHST (N, 1-6) hoặc (N, SP1, SP2) khi
APP=87LSP
2.3.4.5. Cài đặt giá trị EHSDTT (Y, N)
2.3.4.6. Cài đặt giá trị EDD (Y,N)
2.3.4.7. Cài đặt giá trị ETAP (Y,N)
2.3.4.8. Cài đặt giá trị EOCTL (Y,N)
2.3.4.9. Cài đặt giá trị PCHAN (X,Y)
2.3.4.10. Cài đặt giá trị EHSC (Y, N)
2.3.4.11. Cài đặt giá trị CTR_X và CTR_Y (1-6000)
2.3.4.12. Cài đặt giá trị 87LPP (OFF, 1-10 A Secondary)
Đặt 87LPP để phát hiện sự cố 3 pha, giá trị đặt là giá trị thứ
cấp, theo giá trị max của CTR.
2.3.4.13. Cài đặt giá trị 87L2P (OFF, 0.5-5 A Secondary)
Chức năng 87L2 bị hạn chế khi |3I2| nhỏ hơn giá trị của
87L2P. Đặt 87L2P lớn hơn giá trị dòng trong chế độ không bình
thường. Đây là giá trị thứ cấp và theo CTR max.
2.3.4.14. Cài đặt giá trị 87LGP (OFF, 0.5-5 A Secondary)
Chức năng 87LG bị hạn chế khi |3I0| nhỏ hơn giá trị của
87LGP. Đặt 87LGP lớn hơn giá trị dòng trong chế độ không bình
thường. Đây là giá trị thứ cấp và theo CTR max.
2.3.4.15. Cài đặt giá trị CTALRM (0.5-10 A Secondary)
2.3.4.16. Cài đặt giá trị 87LR (2.0-8, Unitless)
Bình thường đặt 87LR=6.
12
2.3.4.17. Cài đặt giá trị 87LANG (900 – 270
0)
Bình thường đặt 87LANG=1950.
2.3.4.18. Cài đặt giá trị OPO Open Pole Option (52, 27)
2.4. Chỉnh định chức năng bảo vệ khoảng cách
2.4.1. Chức năng bảo vệ khoảng cách pha MHO
SEL-311L có 4 vùng bảo vệ khoảng cách pha MHO độc lập.
Vùng 1 và vùng 2 hướng thuận, vùng 3 và vùng 4 có thể cài đặt được
ở cả hướng thuận và hướng ngược.
2.4.2. Chức năng bảo vệ khoảng cách cho sự cố chạm đất
2.4.3. Giám sát bổ sung cho chức năng bảo vệ khoảng cách
2.4.4. Cài đặt mở rộng bảo vệ vùng 1
2.4.5. Thời gian trễ các vùng
2.4.6. Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ quá dòng cắt
nhanh
2.4.7. Bảo vệ quá dòng pha cắt nhanh và thời gian độc lập
(50P)
2.4.8. Bảo vệ quá dòng chạm đất cắt nhanh và thời gian độc
lập (50G)
2.4.9. Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch cắt nhanh và thời
gian độc lập (50Q)
2.5. Tính toán chỉnh định chức năng bảo vệ điện áp (27/59)
2.5.1. Các giá trị điện áp
2.5.2. Các cài đặt cho bảo vệ điện áp
2.6. Chỉnh định logic cắt và bảo vệ
2.6.1. Latch Bit LTx (x = 116)
2.6.2. Remote Bit RBx (x = 116)
2.6.3. Timer SVx (x = 116)
2.6.4. Input IN101IN106 và IN301IN308
13
2.6.5. Output OUT101OUT107, OUT201OUT206,
OUT301 OUT312
2.6.6. Relay Word Bit
2.6.7. Toán tử logic
2.6.8. Phương trình logic
2.7. Bảng giá trị cài đặt của F87L
Bảng 2.11: Giá trị cài đặt của F87L cho SEL-311L
Thông số Tầm chỉnh định Giá trị
chỉnh định Giải thích
NFREQ Nominal
Frequency (Hz) Select: 50, 60 50 Tần số định mức
PHROT Phase
Rotation
Select: ABC,
ACB ABC Thứ tự pha
LER Length of
Event Report
(cycles)
Select: 15, 30,
60 60
Độ dài bản ghi sự
cố (chu kỳ)
DATE_F Date
Format
Select: MDY,
YDM YDM
Định dạng ngày
tháng
PRE Cycle Length of
Prefault in Event
Report (cycles in
increments of 1)
Range = 1 to
59 4
Độ dài phần bản
ghi trước sự cố (chu
kỳ)
RID Relay
Indentifier (30 chars)
Range = ASCII
stingwith a
maximum
length of 30
SEL-311L
DI LINH-
PLEIKU
Chỉ danh rơle
RID Terminal
Indentifier (30 chars)
Range = ASCII
stingwith a
maximum
length of 30
574 DI
LINH -
575
PLEIKU
Chỉ danh đường
dây
CTR Local Phase
(IA,IB,IC) CT Ratio,
CTR:1
Range = 1 to
6000 2000 Tỷ số CT
APP Application Select: 87L21,
87L, 87L21P, 87LSP
Chế độ làm việc
của SEL 311L
14
87LSP, 311L
PCHAN Primary
87L Channel Select: X, Y X Kênh truyền chính
EHSC Hot-Standby
Channel Feature Select: Y, N N
Sử dụng kênh
truyền dự phòng
nóng?
CTR_X CTR at
Terminal Connected
to Channel X
Range = 1 to
6000 2000
Tỷ số CT đầu
đường dây đối diện
87LPP Phase 87L
(Amps secondary)
Range = 0.20
to 2.00, OFF 1.20
Ngưỡng khởi động
chức năng bảo vệ
so lệch toàn phần
87L2P 3I2 Negative
-Sequence 87L
(Amps secondary)
Range = 0.10
to 1.00, OFF 0.20
Ngưỡng khởi động
chức năng bảo vệ
so lệch TTN
87LGP Ground 87L
(Amps secondary)
Range = 0.10
to 1.00, OFF 0.20
Ngưỡng khởi động
chức năng bảo vệ
so lệch TTK
CTALRM Ph. Diff.
Current Alarm
Pickup (Amps
secondary)
Range = 0.10
to 2.00 1.00
Ngưỡng cảnh báo
xuất hiện dòng so
lệch pha
87LR Outer Radius Range = 2.0 to
8.0 6.0
Bán kính ngoài của
đặc tuyến hãm
87LANG Angle
(degrees)
Range = 90 to
270 195 Góc đặc tuyến hãm
CTRP Polarizing
(IPOL) CT Ratio,
CTRP:1
Range = 1 to
6000 2000 Tỷ số CT trung tính
PTR Phase
(VA,VB,VC) PT
Ratio, PTR:1
Range = 1.00
to 10000.00 5000 Tỷ số PT thanh cái
PTRS Synch.
Voltage (VS) PT
Ratio, PTRS:1
Range = 1.00
to 10000.00 5000
Tỷ số PT đường
dây để kiểm tra áp
đồng bộ)
E50P Enable Phase
Overcurrent Select: N, 1-3 2
Sử dụng chức năng
quá dòng pha (50)?
15
Elements
ESOTF Enable
Switch-Onto-Faul Select: Y, N Y
Sử dụng chức năng
SOTF?
EVOLT Enable
Voltage Element
Enables
Select: Y, N Y Sử dụng chức năng
bảo vệ quá/kém áp?
E79 Reclosures
Enables Select: N, 1-4 N
Sử dụng chức năng
79?
ESV SELogic
Variable Timers
Enables
Select: N, 1-16 2 Sử dụng Timer?
ELAT SELogic
Latch Bits Enables Select: N, 1-16 N Sử dụng Latch Bit?
50P1P Level 1
(Amps secondary)
Range = 0.05
to 20.00, OFF 3.00
Ngưỡng quá dòng
pha cấp 1
50P2P Level 2
(Amps secondary)
Range = 0.05
to 20.00, OFF 3.40
Ngưỡng quá dòng
pha cấp 2
67P1D Level 1
(cycles in 0.25
increments)
Range = 0.00
to 16000.00 1600.000
Thời gian trễ cấp 1
(có hướng)
67P2D Level 2
(cycles in 0.25
increments)
Range = 0.00
to 16000.00 150.00
Thời gian trễ cấp 2
(có hướng)
59P Phase
Overvoltage Pickup
(Volts secondary)
Range = 0.00
to 150.00, OFF 111.13
Ngưỡng bảo vệ quá
áp (điện áp pha)
59PP Phase-Phase
Overvoltage Pickup
(Volts secondary)
Range = 0.00
to 260.00, OFF 127.6
Ngưỡng bảo vệ quá
áp (điện áp dây)
SV1PU SV1 Timer
Pickup (cycles in
0.25 increments)
Range = 0.00
to 999999.00 75.00
Thời gian pickup
của timer SV1
SV1DO SV1 Timer
Dropout (cycles in
0.25 increments)
Range = 0.00
to 999999.00 0.00
Thời gian dropout
của timer SV1
SV2PU SV2 Timer
Pickup (cycles in
Range = 0.00
to 999999.00 5.00
Thời gian pickup
của timer SV2
16
0.25 increments)
SV2DO SV2 Timer
Dropout (cycles in
0.25 increments)
Range = 0.00
to 999999.00 0.00
Thời gian dropout
của timer SV2
TR Direct trip
conditions
TRP3P87 + SOTFT +
67P2T + SV1T + SV2T
Ngõ vào TR của
khối logic trip
TRSOTF Switch-
onto-fault trip
conditions
50P1 Điều kiện phát hiện
tình trạng SOTF
ULTR Unlatch trip
conditions SPO + 3PO
Điều kiện giải trừ
lệnh trip
SV1 SELogic
Control Equation
Variable 1
59AB + 59BC + 59CA Ngõ vào của Timer
SV1
SV2 SELogic
Control Equation
Variable 2
59A + 59B + 59C Ngõ vào của Timer
SV2
2.8. Kết luận
Những nội dung nghiên cứu trong chương 2 của luận văn về
rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-311L về nguyên lý hoạt động, các chức
năng bảo vệ, các giá trị cài đặt của rơle, đặc tính làm việc của chức
năng so lệch. Tác giả nghiên cứu nguyên lý làm việc của rơle, từ
nguyên lý làm việc kết hợp thông số đường dây tác giả đã tính toán
các thông số chỉnh định cho rơle SEL-311L bảo vệ đường dây
500kV Di Linh – Pleiku (thông số chỉnh định thể hiện tại bảng 2.11).
Các thông số chỉnh định đã tính toán phù hợp với đường dây
thực tế vận hành và là nguyên lý chung để áp dụng cho các đường
dây tương tự. Kết quả tính toán này là cơ sở cho việc mô phỏng đặc
tích làm việc của rơle trong mô hình mô phỏng sẽ được xây dựng ở
chương 3. Kết quả mô phỏng là cơ sở để làm phân tích đánh giá rơle
SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh – Pleiku.
17
CHƢƠNG 3
MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L
CỦA RƠLE SEL-311L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/
SIMPOWERSYSTEM
Từ sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch dọc đường dây (hình 3.1)
và logic bảo vệ so lệch của SEL-311L, luận văn sử dụng các khối
tính toán trong thư viện Simulink kết hợp với M-file bằng các khối
S-Function để thiết kế các mạch tính toán của khối bảo vệ so lệch.
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
3.1.1. Xây dựng mô hình bảo vệ so lệch dọc đường dây
Hình 3.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ F87L.
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, đường
dây ba pha, bộ mô phỏng sự cố, các thiết bị đo lường, các khối
chuyển đổi, khối logic và một số thiết bị phụ khác.
3.1.2. Mô phỏng đặc tính làm việc của chức năng 87L
Hoạt động của mạch như sau (xem hình 3.3).
Dòng điện đi qua đường dây được lấy từ khối Three-Pha V-I-
Measurement (hình 3.2) và đưa đến khối Demux (phân kênh) để tách
thành ba tín hiệu tương ứng dòng ba pha. Sau đó đưa qua khối phân
18
tích Fourier để tách phần tín hiệu biên độ và 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.
Hình 3.2: Mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây
Tín hiệu biên độ và góc pha được đưa qua khối Magnitude-
Angle to Complex để tổng hợp lại thành tín hiệu dạng số phức. Tín
hiệu này của hai phía đường dây được cộng lại bằng khối Sum để
tính dòng so lệch, sau đó đưa qua khối Complex to Magnitude-Angle
để có cặp tín hiệu biên độ và góc pha của dòng so lệch.
Biên độ dòng so lệch này được so sánh với giá trị cài đặt
F87LP qua khối so sánh Relational Operator. Giá trị dòng so lệch
tính toán sau khi so sánh với ngưỡng cài đặt F87LP sẽ đưa tín hiệu ra
kết hợp điều kiện góc pha qua cổng AND (điều kiện hãm) để quyết
định tín hiệu đi tác động cắt máy cắt.
Xác định vùng tác động, vùng hãm:
- Vùng tác động và vùng hãm của chức năng 87L được xác
định theo trị đặt đặc tuyến vùng hạn chế (xem hình 2.4).
19
- Đặc tuyến tác động được xác định theo tỷ số giá trị véc tơ
giữa dòng điện từ xa và dòng điện tại chỗ mà rơ le ghi nhận.
- Tín hiệu biên độ và góc pha của dòng điện dạng số phức từ
hai đầu đường dây được đưa vào khối chia Divide, sau đó giá trị này
được đưa qua khối Complex to Magnitude-Angle để tách thành hai
thành phần biên độ và góc pha.
- Thành phần biên độ được sử dụng để so sánh với bán kính
ngoài và bán kính trong của đặc tuyến hãm (87LR và
).
- Thành phần góc pha đưa qua khối chuyển đổi đơn vị từ
Radian thành độ (khối R2D), để so sánh đặc tuyến hãm (87LANG).
Chức năng 87L tác động nếu thoã mãn các điều kiện sau:
- Giá trị biên độ dòng so lệch bằng hoặc lớn hơn ngưỡng đặt.
+ Và : góc pha của dòng điện từ xa và dòng điện tại chỗ (θ)
nằm ngoài vùng hãm: -82,50 ≤ θ ≤ 82,5
0.
+ Hoặc : góc pha của dòng điện từ xa và dòng điện tại chỗ
nằm trong vùng 82,5 ≤ θ ≤ -82,50 và biên độ của tỷ số dòng điện từ
xa và dòng điện tại chỗ 87LR ≤ Im ≤
.
Tín hiệu biên độ và góc pha của dòng điện dạng số phức từ hai
đầu đường dây sau khi qua khối chia Divide tiếp tục cho qua khối
Complex to Real-Imag để phân tích thành phần thực và ảo rồi đưa
đến khối Scope (Dao động ký) để lấy tín hiệu đi vẽ đặc tuyến sự cố.
Từ các khối trên ta liên kết lại thành khối rơle F87L (hình 3.2)
với các tín hiệu đầu vào và đầu ra để thực hiện mô phỏng.
Sử dụng các khối tính toán kết hợp với M-file bằng các đoạn
mã MATLAB được viết để vẽ đặc tuyến tác động.
Tỷ số biến CT cung cấp cho bảo vệ là 2000/1 được thể hiện
bằng cách đặt các thông số của khối mô phỏng biến dòng điện.
- Điện áp danh định : Vrms phase-phase = 500e6.
- Công suất cơ bản : VA 3 phase = 1732,05e6.
20
Hình 3.3 : Mô hình mô phỏng thuật toán tính toán rơle SEL-311L
bảo vệ so lệch dọc đường dây.
21
Kết quả mô phỏng:
Hình 3.4: Đặc tuyến tác động khi sự cố ngoài và trong.
3.2. So sánh, phân tích đánh giá
Kết quả chương trình mô phỏng ở các chế độ cho thấy rơle
SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh - Pleiku
làm việc đảm bảo độ tin cậy và tính chọn lọc:
- Sự cố ngoài vùng bảo vệ: rơle ghi nhận dòng so lệch nhỏ hơn
ngưỡng đặt, đặc tuyến nằm trong vùng hãm, rơle không tác động.
- Sự cố trong vùng bảo vệ: rơle ghi nhận dòng so lệch lớn hơn
ngưỡng đặt, đặc tuyến nằm trong vùng tác động, rơle tác động.
3.3. Kết luận
Mô hình rơle được xây dựng có đầu vào, đầu ra, đặc tính bảo
vệ và logic làm việc giống với rơle thực tế, các thông số cài đặt được
tính toán cũng bám sát chức năng bảo vệ thực tế của rơle SEL-311L
nên có tính thực tiễn trong sử dụng.
Trong mọi trường hợp rơle đều cho kết qủa tác động đúng theo
yêu cầu bảo vệ. Như vậy, với các thông số chỉnh định đã tính toán là
phù hợp và với nguyên lý bảo vệ của SEL-311L đảm bảo để bảo vệ
so lệch dọc cho đường dây với độ nhạy tác động cao và có tính chọn
lọc tuyệt đối.
22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Yêu cầu hệ thống bảo vệ cho đường dây truyền tải có độ nhạy
và tính chọn lọc cao nhằm cô lập nhanh khi có sự cố là vấn đề cấp
thiết. Để bảo vệ các đường dây truyền tải thường sử dụng rơle
khoảng cách và so lệch dọc, trong đó bảo vệ so lệch dọc có ưu điểm
hơn bảo vệ khoảng cách về tính chọn lọc, độ nhạy cũng như không
phụ thuộc vào tín hiệu điện áp và hơn nữa việc cài đặt cũng khá dễ
dàng. Chính vì vậy nên bảo vệ so lệch dọc luôn được ưu tiên. Trong
các dòng rơle bảo vệ so lệch dọc dùng cho đường dây truyền tải thì
dòng rơle SEL là khá phổ biến đặc biệt là SEL-311L được sử dụng
khá nhiều ở Việt Nam.
Luận văn này nghiên cứu về tính toán chỉnh định và mô phỏng
đặc tính hoạt động của rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây
500kV Di Linh - Pleiku. Trong luận văn văn tác giả đã nêu được các
lý thuyết tổng quát về bảo vệ rơle, các bộ phận đo lường cho rơle bảo
vệ và tính toán chỉnh định cho rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc
đường dây. Đối với dòng rơle SEL thì phần cài đặt, cấu hình logic
cũng là một vấn đề khá quan trọng, tuy nhiên với giới hạn đề tài luận
văn này không đi sâu vào phần cấu hình logic. Ngoài ra, rơle SEL-
311L còn tích hợp nhiều chức năng bảo vệ khác nữa, tuy nhiên việc
mô phỏng tất cả các chức năng bảo vệ đòi hỏi nhiều thuật toán phức
nên tạp và do thời gian có hạn nên tác giả chỉ nghiên cứu mô phỏng
chức năng bảo vệ chính là so lệch dòng điện.
Luận văn đã xây dựng được mô hình mô phỏng của đặc tính
hoạt động của rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây, áp dụng
mô phỏng bảo vệ cho đường dây 500kV Di Linh - Pleiku theo các
giá trị chỉnh định tính toán. Mô hình mô phỏng được xây dựng bằng
23
công cụ Matlab/Simulink. Giải thuật của rơle bảo vệ so lệch dọc
được xây dựng dựa trên việc tính toán dòng điện hai đầu đường dây
để tính ra dòng điện so lệch và đặc tính hãm dựa trên tỉ số biên độ và
góc pha dòng điện hai đầu, từ đó rơ le đánh giá về sự cố và đưa ra
các lệnh tác động. Các sự cố được đưa ra trong luận văn để mô
phỏng đặc tính tác động của rơle bao gồm sự cố ngắn mạch trong
vùng bảo vệ, ngoài vùng bảo vệ, từ đó 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 hệ thống điện.
Kết quả nghiên cứu và mô phỏng trong luận văn phù hợp với
thực tế rơle SEL-311L bảo vệ so lệch dọc đường dây 500kV Di Linh
– Pleiku, cho thấy rơle này làm việc tin cậy và các thông số chỉnh
định là phù hợp đảm bảo rơle luôn tác động chính xác và chọn lọc,
việc sử dụng rơle SEL-311L để bảo vệ cho đường dây là phù hợp
trong vận hành giúp bảo vệ tốt khi có sự cố xảy ra.
Nội dung luận văn tác giả đã xây dựng được mô hình mô
phỏng rơle có cấu tạo đầu vào, đầu ra, đặc tính bảo vệ và logic làm
việc giống với rơle thực tế đang vận hành, các thông số cài đặt cũng
bám sát chức năng của rơle thật. Mô hình đã tạo được sự tiện lợi
trong sử dụng giúp cho nhân viên vận hành nắm rõ đặc tính bảo vệ
của rơle nhằm phục vụ cho việc 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 trên đường dây, đáp ứng phục vụ cho công
tác vận hành và phân tích xử lý nhanh khi có sự cố xảy ra.
Mô hình này giúp ích cho nhân viên vận hành trong hệ thống
điện áp dụng phục vụ cho công tác 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 trên đường dây và cũng đáp ứng
24
phục vụ cho công tác vận hành và phân tích xử lý nhanh khi có sự cố
xảy ra.
Hƣớng phát triển của đề tài:
Với cách thức xây dựng mô hình mô phỏng logic làm việc của
rơle bằng Matlab/Simulink để xem xét hoạt động của rơle đối với các
dạng sự cố, đây là giải pháp tốt để nghiên cứu, phân tích đánh giá sự
làm việc của rơle trong hệ thống bảo vệ.
Với mô hình mô phỏng có đầu vào, đầu ra, đặc tính bảo vệ và
logic làm việc giống với rơle thực tế, các thông số cài đặt được tính
toán cũng bám sát chức năng bảo vệ thực tế của rơle. Với phương
pháp xây dựng mô hình mô phỏng rơle kỹ thuật số như vậy có thể dễ
dàng mở rộng mô hình mô phỏng cho nhiều chức năng bảo vệ và
cũng có thể phát triển để xây dựng mô hình mô phỏng cho nhiều
chủng loại rơle khác nhau với các đối tượng bảo vệ khác nhau trong
hệ thống điện. Việc sử dụng mô hình mô phỏng sẽ giúp cho nhân
viên vận hành áp dụng thực tế phục vụ cho công tác 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 trên đường dây và
cũng đáp ứng phục vụ cho công tác vận hành và phân tích xử lý
nhanh khi có sự cố xảy ra.