CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH I. Giới thiệu chung: Hệ thống điện ngày càng phát triển và phức tạp, trong quá trình vận hành luôn luôn xảy ra sự cố hư hỏng các phần tử trong hệ thống. Trong trường hợp sự cố, phần tử sự cố yêu cầu được tách ra khỏi hệ thống để giảm thiểu thiệt hại cho các phần tử sự cố và loại bỏ chế độ vận hành không bình thường cho hệ thống. Hành động này cần phải được thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác bằng cách rơle bảo vệ tự động.
Đồng thời mỗi khi sự cố xảy ra trên một đường dây (phân phối hoặc truyền tải), yêu tố quan trọng là xác định vị trí điểm sự cố càng nhanh càng tốt để nâng cao chất lượng dịch vụ. Nếu vị trí lỗi không được xác định một cách nhanh chóng có thể sẽ tạo ra cắt điện kéo dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra và ảnh hưởng đến độ tin cậy cấp điện. Tất cả những trường hợp trên nêu lên tầm quan trọng của nghiên cứu định vị sự cố và do đó vấn đề này đã thu hút được sự chú ý rộng rãi của các nhà nghiên cứu trong hệ thống điện trong những năm gần đây. Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện Hệ thống đường dây truyền tải điện ngày càng phát triển lớn mạnh về số lượng và độ phức tạp.
Tính đến thời điểm hiện tại, lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 1 quản lý vận hành có 2.977km đường dây 500kV và 7.463km đường dây 220kV. Theo “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030” lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 1 quản lý vận hành sẽ xây dựng và đưa vào vận hành thêm theo từng giai đoạn 2021-2030 là 680km đường dây 500kV, Bảng 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý Hạng mục Đơn vị 2021-2025 2026-2030 ĐZ 500kV Km 680 760 ĐZ 220kV Km 1.168 Với mặt bằng lưới điện Công ty truyền tải điện 1 quản lý vận hành trải rộng trên 28/63 tỉnh thành cả nước, đa số các đường dây truyền tải điện đi qua những khu vực ít dân cư, đồi núi cao hiểm trở. Trong quá trình vận hành, các phần tử trên lưới luôn có khả năng xảy ra sự cố do các nguyên nhân khách quan và chủ quan gây nên, theo số liệu thống kê của Công ty Truyền tải điện 1, chỉ tính riêng 6 tháng đầu năm 2020 đã xảy ra 16 sự cố thoáng qua và sự cố kéo dài trên đường dây 220 và 500kV, công tác xác định vị trí sự cố là hết sức khó khăn, và tiêu tốn nhiều công sức, chi phí.
Với mục tiêu yêu 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật cầu ngày càng nâng cao chất lượng điện năng và nâng cao hiệu suất lao động do đó việc áp dụng các giải pháp để xác định vị trí sự cố một cách chính xác là hết sức cần thiết. Định vị sự cố chính xác giúp phát hiện nhanh hơn điểm sự cố, kể cả sự cố thoáng qua và sự cố duy trì. Sự cố thoáng qua có thể được khắc phục thông qua tự động đóng lại. Tuy nhiên xác định sớm và nhanh chóng điểm bị hư hỏng sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố tiếp theo có thể xảy ra.
Mặt khác đối với các sự cố thoáng qua, các phần tử trên hệ thống đã được khôi phục về điện, các yếu tố gây sự cố đã tách ra khỏi lưới công tác xác định nguyên nhân sự cố là hết sức khó khăn, do đó việc định vị chính xác điểm sự cố giúp khoanh vùng chính xác và nhanh chóng xác định được nguyên nhân sự cố. Với những sự cố vĩnh cửu, yêu cầu xác định nhanh, chính xác điểm sự cố để tách phần tử sự cố ra khỏi lưới, nhanh chóng xử lý khôi phục lưới điện, giảm thời gian ngừng cung cấp điện. Nếu vị trí sự cố không được xác định một cách nhanh chóng, sẽ làm mất điện trong một thời gian dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra và chất lượng cung cấp điện sẽ bị ảnh hưởng lớn. Hiện nay, các đường dây truyền tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường được trang bị các bảo vệ chính là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch dọc đường dây.
Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km). Điều này xảy ra do nguyên lý định vị sự cố được sử dụng trong rơle khoảng cách chỉ dựa vào tín hiệu đo lường tại chỗ (sử dụng tín hiệu đo lường từ 1 phía), do đó chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố bên ngoài gây nên sai số lớn. Các rơle so lệch dọc đường dây hiện đại đã được tích hợp thêm chức năng định vị điểm sự cố và có khả năng làm việc với độ chính xác cao hơn vì các rơle loại này có thể sử dụng nguyên lý định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây. Tuy nhiên, hầu hết trong các tài liệu rơle này đều không đề cập đến thuật toán và phương pháp xác định điểm sự cố và trên thực tế phép định vị sự cố của các rơle so lệch dọc đường dây hiện tại vẫn có sai số khá lớn.
Một phần quan trọng trong vận hành lưới truyền tải điện là tính toán cài đặt chỉnh định rơle và tính toán các chế độ vận hành của lưới. Các tính toán này yêu cầu xác định tổng trở đường dây càng chính xác càng tốt. Tuy nhiên, tổng trở đường dây phụ thuộc nhiều vào điều kiện địa chất nơi đường dây đi qua, khi điện trở suất của đất thay đổi thì việc tính toán các giá trị tổng trở bằng phần mềm trở nên thiếu chính xác, mặt khác các đường dây sau thời gian vận hành đã được cải tạo, sửa chữa dẫn đến làm thay đổi các thông số kỹ thuật cơ bản của đường dây nên việc xác định tổng trở là hết sức khó khăn. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Xuất phát từ thực tế công tác vận hành lưới truyền tải điện đã nêu trên, cần có nghiên cứu làm rõ ưu điểm và thuật toán sử dụng để định vị sự cố và xác định chính xác tổng trở của đường dây.
Các mục tiếp theo trình bày chi tiết hơn về các phương pháp định vị sự cố và xác định tổng trở của đường dây truyền tải điện. Có nhiều phương pháp định vị sự cố đã được đề xuất áp dụng đối với đường dây truyền tải điện, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp dụng nhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, có thể phân loại theo 2 nhóm chính: định vị sự cố dựa trên tính toán tổng trở của đường dây và định vị sự cố dựa trên đo lường các dạng sóng lan truyền trên đường dây, một số phương pháp ngày nay đang được sử dụng như sau: - Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp ở cuối đường dây, chủ yếu là phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ 1 phía đường dây và phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường dây. - Định vị sự cố dựa trên phương pháp sóng lan truyền (travelling wave method). - Định vị sự cố dựa trên phương pháp tần số cao (high-frequency methods).
Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía: Thuật toán xác định vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía rất đơn giản và kinh tế so với các phương pháp định vị sự cố khác. Thuật toán này được thiết kế để tính toán vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường cả ba pha dòng điện và điện áp tại một đầu đường dây. Ngoài ra có một số thuật toán chỉ sử dụng điện áp ba pha hoặc dòng điện ba pha. Các vector quay với tần số cơ bản của tín hiệu đo lường hoặc dữ liệu mẫu được xử lý trong thuật toán.
Các thông số trở kháng của đường dây cũng được xác định để xác định khoảng cách đến điểm sự cố. Nguyên lý làm việc: Hình 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Cho đường dây 1 nguồn cấp đơn giản như Hình 1. 1, tổng trở tới điểm sự cố thường có tính chất điện trở, trên sơ đồ mô tả dạng thuần trở (RF).
Đường dây bị tác động bởi một sự cố (F)- không biết khoảng cách sự cố tới trạm A. Nếu bỏ qua dòng nạp trên đường dây, ta có IA = IF, tổng trở từ trạm A tới điểm sự cố được tính toán như sau: 𝑈 ̇ 𝑍̇𝐹𝐿 = ̇ 𝐴 = 𝑑𝑍̇𝐿 + 𝑅𝐹 (1.1) 𝐼𝐴 Cân bằng phần ảo cả 2 vế (1.2) Ima𝑔(𝑍̇𝐿 ) 𝑋𝐿 Phương pháp này chính là thuật toán được sử dụng trong các rơle bảo vệ khoảng cách thông dụng. Rơle sẽ dựa trên giá trị dòng điện và điện áp để tính toán giá trị tổng trở đo được. Giá trị tổng trở đo được sẽ được sử dụng để xác định điểm làm việc của rơle trên mặt phẳng tổng trở, nếu điểm làm việc này thuộc vùng tác động (vùng I, vùng II hoặc vùng III…) thì rơle sẽ khởi động các bộ đếm thời gian tương ứng.
Trong chế độ vận hành bình thường điểm làm việc sẽ nằm bên ngoài các đặc tính tác động. Hình Dựa theo giá trị điện kháng Đặc 1. đo tính rơle được, tác động loại sẽ tính MhO toán ra khoảng cách từ vị trí đặt điểm đo đến điểm sự cố theo công thức: xdo Lsc (km) x1km 𝑋đ𝑜 𝐿𝑠𝑐 (𝑘𝑚) = 𝑋1𝑘𝑚 Chính vì đặc điểm này nên rơle bảo vệ theo nguyên lý tổng trở thấp còn có tên gọi là bảo vệ khoảng cách. Trong các rơle khoảng cách hiện đại thì chức năng định vị sự cố hoạt động độc lập với chức năng bảo vệ.
Các mẫu dòng điện và điện áp sử dụng để tính toán khoảng cách được thu thập từ khi bảo vệ khởi động đến trước thời điểm cắt máy cắt để tránh các 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sỹ kỹ thuật nhiễu loạn ảnh hưởng đến độ chính các của định vị.