THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA...

PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện

1

THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA RƠLE TOSHIBA

Lê Kim Hùng1, Vũ Phan Huấn2

1Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng,

2Công ty TNHH MTV Thí nghiệm điện miền Trung

Tóm tắt: Hiện nay các rơle bảo vệ (RLBV) kỹ thuật số của nhiều hãng nổi tiếng đang

được sử dụng trên lưới điện Việt Nam. Với sự đa dạng về chủng loại dẫn đến nhân

viên kỹ thuật cần phải tìm hiểu tài liệu kỹ thuật của từng hãng để có thể hiểu rõ, tính

toán, cài đặt thông số chỉnh định và thử nghiệm đúng các chức năng làm việc của

RLBV. Bài báo trình bày một số kinh nghiệm, lưu ý trong quá trình vận hành, thử

nghiệm và kiểm tra rơle Toshiba GRZ100, GRE100 trên lưới điện miền Trung nhằm

tránh các sai sót có thể xảy ra và nâng cao hiệu quả sử dụng cho đơn vị quản lý vận

hành.

Từ khoá: Đường dây truyền tải điện, rơle bảo vệ, định vị sự cố, hợp bộ thí nghiệm,

Matlab Simulink.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việc trang bị RLBV trên đường dây truyền tải điện đóng vai trò quan trọng trong công tác quản

lý, vận hành hệ thống điện. Khi có sự cố xảy ra, nhân viên quản lý vận hành có thể dễ dàng có

được thông tin sự cố, xác định ngay khu vực xảy ra sự cố, nhánh sự cố và điểm sự cố thông qua

các tín hiệu tác động và hiển thị trên bộ cảnh báo. Có thể nói rằng, RLBV đã đóng góp rất lớn

vào việc giảm thiểu thời gian xác định sự cố cũng như góp phần nâng cao độ tin cậy cung

cấp điện.

Ở Việt Nam, sau khi EVN đạt được thoả thuận hợp tác với Tập đoàn Toshiba vào năm 2007, các

đơn vị thành viên đã tiếp nhận và sử dụng tất cả các loại RLBV của Toshiba trên hệ thống điện

Việt Nam. Đây là loại role mới nên đã làm cho nhiều cán bộ kỹ thuật lúng túng khi mới lần đầu

tiếp xúc, vận hành. Vì vậy, đòi hỏi cần phải có một đội ngũ lành nghề đã được tập huấn rút kinh

nghiệm, sử dụng thành thạo để khai thác RLBV có hiệu quả trong sản xuất.

Với một số kinh nghiệm sau khi đã thử nghiệm, kiểm tra RLBV GRZ100 và GRE100, chúng tôi

mong muốn có thể giúp nhân viên vận hành củng cố phần lý thuyết, làm cơ sở cho việc nhanh

chóng tiếp cận, khai thác sử dụng thiết bị một cách an toàn, hiệu quả, đồng thời hạn chế các trở

ngại có thể xảy ra trong việc đánh giá đúng chất lượng của thiết bị.

2. CÁC ĐIỂM LƢU Ý KHI SỬ DỤNG RƠLE TOSHIBA

HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC

2

RLBV kỹ thuật số ngày càng hiện đại, có nhiều chức năng tích hợp nên khi xem xét đánh giá

chất lượng một chủng loại RLBV mới đưa vào vận hành, chúng ta thường có nhiều câu hỏi đặt

ra từ các cán bộ kỹ thuật khi so sánh với RLBV của các hãng khác. Nội dung câu hỏi chủ yếu

tập trung vào các vấn đề như:

So sánh các chức năng bảo vệ F21/21N, F67/67N, F27/59 và định vị sự cố…. có làm việc

tin cậy không;

Tính thuận tiện sử dụng so với các RLBV cũ;

Liệu RLBV mới có làm thay đổi đáng kể thiết kế không.

Sau khi thử nghiệm kiểm tra RLBV GRE100, GRZ100 tại TBA 110kV Cầu Đỏ - Đà Nẵng theo

phiếu chỉnh định số 482/ĐĐMT-PT, ngày 14/05/2014. Chúng tôi trình bày một số lưu ý so sánh

với các rơle hãng khác như sau:

2.1. Phần mềm giao diện

Phần mềm MiCOM S1 Agile, Digsi 4.84, PCM600 được hỗ trợ download từ website của nhà

sản xuất. Tuy nhiên, đối với hãng TOSHIBA:

Phần mềm RMS100 không được hỗ trợ download từ website của nhà sản xuất. Người

dùng chỉ có được phần mềm dựa trên đĩa CD đi kèm với thiết bị;

Các chức năng bảo vệ ký hiệu theo chữ viết tắt, điều này làm khó cho người đọc. Ví dụ:

MOC1, MOC2, MEF1, MEF2, MNC1, MNC2…;

Hình 1. Phần mềm RMS 100

Bố trí tab Trip (Switch) cho phép ON/OFF chức năng bảo vệ nhưng các thông số chỉnh

định tại tab Trip (Element) của chức năng bị OFF không ẩn theo nên dễ gây nhầm lẫn cho

việc cài đặt cho nhân viên vận hành;

Các rơle đầu ra, đèn Led được cấu hình theo biến địa chỉ đã thiết lập trong PLC tool.


3

2.2. Chức năng bảo vệ khoảng cách

Chức năng bảo vệ khoảng cách có đặc tính Mho (hình 2) không giống như dạng Mho của các

hãng SEL, AREVA, ABB. Phần mềm RMS100 không xuất đặc tính ra định dạng file .rio để thử

nghiệm, nên đòi hỏi người thí nghiệm phải có kiến thức chuyên sâu về thông số chỉnh định

RLBV và nếu xây dựng đặc tính bằng tay dẫn đến làm tốn rất nhiều thời gian [1]. Vì lý do đó

nên hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm OMICRON, ISA đã hỗ trợ công cụ phần mềm để tự động

vẽ đặc tính làm việc dựa trên thông số chỉnh định.

2.3. Chức năng bảo vệ kém áp

Rơle GRE100 có 4 cấp bảo vệ (3 cấp đi trip UV1, UV2, UV3

và 1 cấp alarm UV4). Rơle GRZ có 2 cấp bảo vệ UV1 đi trip

và UV2 đi alarm. Theo đặc thù lưới điện Việt Nam sử dụng 2

cấp bảo vệ kém áp đi cảnh báo thì rơle không đáp ứng được

và chỉ sử dụng 1 cấp cảnh báo tín hiệu [2], [3].

2.4. Chức năng bảo vệ quá dòng dự phòng

Menu chức năng bảo vệ quá dòng của hãng Areva trong phần

mềm khá mềm dẻo, linh hoạt (hình 3). Mỗi cấp bảo vệ có thể

lựa chọn đặc tính thời gian IDMT hoặc DT hoặc Non-

Direction hoặc Direction [4]. Tuy nhiên với Toshiba mặc định

sẵn từng chức năng làm việc theo đặc tính thời gian DT,

IDTM với tùy chọn như DEF, DEFI, OC, OCI...

Hình 2. Đặc tính mho

2.5. Chức năng đóng lặp lại

Đối với rơle GRZ100, chúng ta cần chú ý đến tham số [2]:

ARC-M = OFF, SPAR, TPAR, SPAR&TPAR, EXT1P và

EXT3P tương ứng chế độ với khóa chức năng, đóng lặp lại 1

pha, đóng lặp lại 3 pha, đóng lặp lại 1 pha và 3 pha.

ARC-SM = OFF, S2, S3, S4 tương ứng với số lần đóng lặp lại

là 1, 2, 3, 4.

2.6 Nút reset

Để giải trừ tín hiệu, nhấn nút reset 3s cho 4 đèn chức năng, 1s

cho đèn Trip.

Hình 3: Chức năng bảo vệ quá dòng

của Areva

2.7 Chức năng định vị sự cố

Đối với các rơle số hiện nay, chức năng định vị sự cố có thể sử dụng hiển thị cho tất cả các vùng


4

bảo vệ (nằm ngoài đường dây). Lúc này điểm sự cố trên màn hình rơle có thể đo lường không

đúng do ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện hoặc khi xảy ra dao động điện. Tuy nhiên, đối

với GRZ100 có thêm lựa chọn AZFLEN = OFF để không hiển thị vị trí sự cố nằm ngoài đường

dây bảo vệ.

3. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ

Kết quả khoảng cách sự cố hiển thị trên màn hình RLBV có chính xác hay không phụ thuộc vào

2 yếu tố: đầu tiên là các thông số cài đặt trên RLBV, thứ hai là thuật toán định vị sự cố của hãng

sử dụng. Trong đó, thuật toán định vị sự cố dùng cho mô hình đường dây song song (hình 4) với

khoảng cách đến điểm sự cố m được tính theo công thức ở bảng 1, sử dụng dòng điện và điện áp

tại một đầu đường dây, thành phần dòng điện trước và tại thời điểm xảy ra sự cố [2].

Hình 4. Sơ đồ hệ thống điện

Bảng 1. Công thức tính toán khoảng cách sự cố sử dụng dữ liệu đo lƣờng tại một đầu đƣờng dây

Kiểu sự

cố Công thức tính khoảng cách sự cố

AG

ammSemmSm

am

KIIXIIXIIXRIIRIIRIIRI

LIUIm

)".".".()".".".(

)".(

0000100001

3/)2( cba IIII

3

)2(

3

)2(" LcLbLacba IIIIII

I

BG

bmmSemmSm

bm


LIUIm

)".".".()".".".(

)".(

0000100001

3/)2( cab IIII

3

)2(

3

)2(" LcLaLbcab IIIIII

I

CG cmmSemmSm

cm


LIUIm

)".".".()".".".(

)".(

0000100001

3/)2( bac IIII


5

3

)2(

3

)2(" LbLaLcbac IIIIII

I

AB hoặc

ABG

ababeabm

abm

KIIXRIIRI

LIUIm

)".()".(

)".(

11

)()(" LbLaba IIIII

BC hoặc

BCG

bcbcebcm

bcm

KIIXRIIRI

LIUIm

)".()".(

)".(

11

)()(" LcLbcb IIIII

CA hoặc

CAG

acaceacm

acm

KIIXRIIRI

LIUIm

)".()".(

)".(

11

)()(" LcLaca IIIII

ABC Sử dụng một trong ba công thức tính m ở các trường hợp sự cố AB, BC và AC

Trong đó:

ILa, ILb, ILc: dòng tải.

Ia, Ib, Ic: dòng điện pha sự cố.

I : dòng điện sự cố.

"I , "I : độ thay đổi dòng điện sự cố và trước khi xuất hiện sự cố.

I0S: dòng điện thứ tự không.

I0m: dòng thứ tự không của đường dây song song.

R1, X1: thành phần điện trở, điện kháng thứ tự thuận đường dây.

R0, X0: thành phần điện trở, điện kháng thứ tự không đường dây.

R0m, X0m: thành phần điện trở, điện kháng hỗ cảm thứ tự không đường dây.

Ka, Kb, Kc, Kab, Kbc, Kac: hệ số bù thay đổi tổng trở.

L: độ dài đường dây (km).

Công thức trên bảng 1 được dùng tính toán cho đường dây có thông số tập trung khoảng 100km.

Khi đường dây có chiều dài vượt quá 100km thì chúng ta cần xét đến dung đường dây, bộ ghi sự

cố sử dụng m’ thay cho m là:

3'

32

mkmm (1)

k =0.001 km-1

Sai số cho phép đối với thuật toán là ±2.5 km đối với đường dây có chiều dài đến 100 km, và

±2.5% đối với đường dây có chiều dài từ 100 km đến 250 km.


6

Vì đây là công thức tính toán khoảng cách sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu đường dây, cho

nên khi áp dụng vào mô hình đường dây có nguồn cung cấp từ nhiều phía thì kết quả đầu ra sẽ

có sai số lớn do không xét đến ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện [5]. Do đó, hãng Toshiba

đã phát triển thuật toán sử dụng dữ liệu đo từ hai hoặc ba phía và ứng dụng trên RLBV GRL100

nhằm khắc phục nhược điểm này.

4. KIỂM ĐỊNH CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN RƠLE GRZ100

Để kiểm tra chức năng định vị sự cố ứng dụng thuật toán đã được trình bày tại mục 3 trên rơle

GRZ100 (S/N: VN00131FM0001-1) của ngăn lộ 171 ở TBA 110kV Cầu Đỏ (E12) tại Đà Nẵng,

Công ty thí nghiệm Miền Trung tiến hành thực hiện các bước sau: Đầu tiên, sử dụng máy tính

có cài đặt phần mềm RSM100 để cài đặt thông số chỉnh định rơle (hình 5).

Hình 5. Phần mềm giao diện rơle RSM100

Hình 6. Phần mềm điều khiển

hợp bộ thí nghiệm ISA DRT66

Tiếp đến, sử dụng modun Manual Control của phần mềm TDMS (hình 6) để điều khiển hợp bộ

thí nghiệm ISA DRT66, bơm mô phỏng giá trị dòng điện, điện áp sự cố trên đường dây với các

giá trị xác định trước vào cổng dòng điện, điện áp của RLBV. Tương ứng với mỗi giá trị bơm,

người thí nghiệm tiến hành kiểm tra sai số giữa kết quả khoảng cách hiển thị trên rơle GRZ100

(mf) với giá trị khoảng cách sự cố tính toán (mt) từ bảng 1 theo công thức: ∆m = mt - mf có nằm

trong khoảng sai số cho phép của nhà chế tạo là ±2.5km hay không (bảng 2). Từ đó đưa ra kết

luận chức năng định vị sự cố của RLBV đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đưa vào vận hành hoặc

không.

Bảng 2: Kết quả kiểm tra trên rơle GRZ100

Giá trị bơm mt [km] mf [km] ∆m [km]

0091.1 aV 039.3242aI 1.03 0.7 0.33

024054.14 bV 013.1562bI 13.4 13 0.4

0120096.8 cV 057.342cI 7.53 7.4 0.13


7

Giá trị bơm mt [km] mf [km] ∆m [km]

008.310247.32 aV 026.182aI

092.289247.32 bV 026.1982bI

1.77 1.7 0.07

037.192505.32 bV 068.1672bI 063.167505.32 cV

068.3472cI

10.52 10.4 0.12

094.48351.32 aV 069.2172aI

006.71351.32 cV 069.372cI

8.88 8.7 0.18

00304.12 aV 0240304.12 bV

0120304.12 cV 043.3362aI

043.2162bI 043.962cI

7.61 7.4 0.21

Nhận xét: Sau khi thử nghiệm mô phỏng các trường hợp sự cố (AG, BG, CG ABG, BCG, ACG

và ABC), sai số kết quả đầu ra rơle nhỏ hơn 0.4km.

Tiếp theo phần kiểm định chức năng định vị sự cố của RLBV GRZ100, bài báo sẽ kiểm chứng

sai số kết quả đầu ra của các công thức tính toán trong bảng 1 được trình bày chi tiết ở mục 5,

thông qua mô hình đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, giá trị điện trở sự cố thay đổi.

5. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ

Vì công cụ Manual Control của hợp bộ thí nghiệm ISA DRT66 chỉ dùng để điều khiển bơm

dòng điện, điện áp và không thể mô phỏng được giá trị điện trở tại điểm sự cố (RF) để đánh giá

công thức ở bảng 1 cho nên tác giả sử dụng phần mềm Matlab Simulink mô phỏng đường dây

truyền tải 171 tại TBA 110kV Cầu Đỏ như hình 7 nhằm đánh giá ảnh hưởng của giá trị RF đến

kết quả đầu ra khoảng cách sự cố của thuật toán nêu trên. Hệ thống gồm có:

a. Đường truyền tải: đường dây truyền tải 3 pha được sử dụng có các thông số sau:

RL1=0.13846 (Ω), RL0=0.25384 (Ω).

LL1=1.02844 (mH), LL0=3.06086 (mH).

CL1=0.038 (μF), CL0=0.038 (μF).

b. Khối đo lường dòng điện và điện áp 3 pha

c. Khối hiển thị số: hiển thị giá trị dạng sự cố và vị trí sự cố.

d. Khối sự cố ba pha.

e. Khối toán học để tính toán chiều dài vị trí sự cố, bằng cách sử dụng công thức trong bảng 1.

Với 10 loại sự cố, vị trí và điện trở sự cố khác nhau trên đường dây (1Ω, 10Ω, 20Ω, 30Ω, và

40Ω), có thời gian mô phỏng t = 0.07s và cho kết quả trên bảng 3.


8

Hình 7. Mô hình ngăn lộ 171 tại TBA 110kV Cầu Đỏ

Bảng 3a. Kết quả mô phỏng sự cố 1 pha chạm đất

RF[Ω] mf [km]

Kiểu sự cố

AG BG CG

mt[km] ∆m [km] mt[km] ∆m [km] mt[km] ∆m [km]

1 1 1.103 0.103 1.1 0.1 1.1 0.1

10 3 3.512 0.512 3.505 0.505 3.511 0.511

20 6 6.808 0.808 6.8 0.8 6.812 0.812

30 9 9.814 0.814 9.809 0.809 9.824 0.824

40 12.8 12.83 0.03 12.83 0.03 12.84 0.04

Bảng 3b. Kết quả mô phỏng hai pha

RF[Ω] mf [km]

Kiểu sự cố

AB BC AC


1 1 1.091 0.091 1.084 0.089 1.089 0.089

10 3 3.78 0.78 3.779 0.779 3.789 0.789

20 6 7.235 1.235 7.239 1.239 7.251 1.251

30 9 10.21 1.21 10.22 1.22 10.2 1.2

40 12.8 12.84 0.04 12.86 0.06 12.85 0.05


9

Bảng 3c. Kết quả mô phỏng hai pha chạm đất

RF[Ω] mf [km]

Kiểu sự cố

ABG BCG ACG


1 1 1.091 0.091 1.084 0.089 1.089 0.089

10 3 3.78 0.78 3.779 0.779 3.789 0.789

20 6 7.235 1.235 7.239 1.239 7.251 1.251

30 9 10.21 1.21 10.22 1.22 10.2 1.2

40 12.8 12.84 0.04 12.86 0.06 12.85 0.05

Bảng 3d. Kết quả mô phỏng sự cố ba pha

RF[Ω] mf [km]

Kiểu sự cố

ABC

mt[km] ∆m

[km]

1 1 1.091 0.09

10 3 3.789 0.79

20 6 7.251 1.25

30 9 10.22 1.22

40 12.8 12.86 0.06

Nhận xét: phương pháp định vị sự cố có sai số lớn nhất 1.25km khi xảy ra sự cố AC, ACG và

ABC với RF = 20Ω và sai số nhỏ nhất là 0.03km khi có sự cố AG với RF = 40Ω.

6. KẾT LUẬN

Trên cơ sở phân tích tài liệu kỹ thuật của hãng Toshiba, bài báo đã trình bày một số lưu ý khi sử

dụng RLBV GRZ100 và GRE100, đồng thời so sánh nhược điểm của nó với RLBV của hãng

sản xuất khác. Sau đó đánh giá phương pháp định vị sự cố và kiểm chứng ảnh hưởng của RF lên

công thức tính toán ở bảng 1 bằng phần mềm Matlab Simulink. Kết quả thu được là một nền

tảng để mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện cấp chính xác trong định vị sự cố,

đồng thời góp phần làm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống.


10

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mauro Borrielli, Jun Verzosa (2011), Advanced distance relay modeling and testing, CIRED 21st International Conference on Electricity Distribution Frankfurt, 6-9 June 2011.

[2] Toshiba Corporation (2006), Instruction manual distance relay GRZ100.

[3] Toshiba Corporation (2006), Instruction manual direction overcurent protection relay GRE140.

[4] Areva (2011), Technical manual fast multi-function distance protection relay P443.

[5] Lê Kim Hùng, Vũ Phan Huấn, Phân tích kỹ thuật định vị điểm sự cố cho đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ 3 phía, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 69/2013. ISSN: 1859-1531. Trang: 12-19. Năm 2013.

.

THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA...

Documents

Transcript of THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA...