Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện truyền tải tại Thành phố Hồ Chí Minh do Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC) quản lý hiện có khoảng 140 đường dây 110/220kV, trong đó phần lớn sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ chính. Tuy nhiên, theo Thông tư số 39/2015/TT-BCT, các hệ thống bảo vệ phải đáp ứng thời gian tối đa loại trừ sự cố rất nghiêm ngặt, trong khi thực tế có đến 15-20% chiều dài đường dây không đạt yêu cầu này. Đặc biệt, các đường dây ngắn có bảo vệ khoảng cách thường không đáng tin cậy do phụ thuộc vào tổng trở đường dây. Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch đường dây truyền tải nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh là cấp thiết.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu ứng dụng bảo vệ so lệch sử dụng rơle SEL-311L cho một đường dây truyền tải điển hình, cụ thể là đường dây Đông Thạnh (171) - Tân Hiệp (172). Rơle SEL-311L được lựa chọn nhờ các đặc tính ưu việt như tác động phẳng, xử lý sai số CT, và khả năng giao tiếp hiện đại. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh, với dữ liệu thu thập từ hệ thống quản lý kỹ thuật PMIS và các trung tâm điều độ. Kết quả nghiên cứu dự kiến góp phần nâng cao độ tin cậy, đáp ứng yêu cầu pháp lý và cải thiện hiệu quả vận hành lưới điện truyền tải.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình bảo vệ so lệch dòng điện, bao gồm:

  • Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện có hãm: Bảo vệ so lệch dòng điện so sánh dòng điện tại hai đầu đường dây, sử dụng dòng so lệch ISL = I1T - I2T để phát hiện sự cố nội vùng. Hệ số hãm KH được dùng để điều chỉnh độ nhạy, thường trong khoảng 0,2 đến 0,5 nhằm tránh tác động nhầm khi mất nguồn một phía.

  • Mô hình bảo vệ so lệch dọc và ngang: Bảo vệ so lệch dọc dùng cho đường dây đơn hoặc hai nguồn cung cấp, truyền tín hiệu qua đường dây thông tin thay cho dây dẫn phụ. Bảo vệ so lệch ngang có hướng dùng cho đường dây song song, dựa trên so sánh dòng điện giữa các nhánh để xác định điểm sự cố.

  • Đặc tính tác động phẳng (Alpha Plane) của rơle SEL-311L: SEL-311L sử dụng đặc tính tác động phẳng, xét tỷ số phức của dòng điện hai đầu đường dây trên mặt phẳng phức, tạo vùng hạn chế quanh điểm 1∠180° để tránh tác động nhầm khi sự cố ngoài vùng bảo vệ. Rơle còn xử lý sai số CT và các yếu tố trễ tín hiệu truyền thông.

Các khái niệm chính bao gồm: dòng so lệch, hệ số hãm, vùng hạn chế, đặc tính tác động phẳng, và các chức năng bảo vệ 87L (so lệch pha), 87L2 (so lệch dòng thứ tự nghịch), 87LG (so lệch dòng thứ tự không).

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp phân tích lý thuyết, thu thập số liệu thực tế và mô phỏng:

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật đường dây và hệ thống bảo vệ được lấy từ phần mềm quản lý kỹ thuật PMIS của EVNHCMC, số liệu đo thông số kỹ thuật từ Trung tâm Thí nghiệm Điện, và tài liệu hướng dẫn chỉnh định rơle từ Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam.

  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn đường dây Đông Thạnh (171) - Tân Hiệp (172) làm đối tượng nghiên cứu điển hình do có chiều dài lớn, cấp điện áp 110kV, và cấp điện cho phụ tải quan trọng như Nhà máy nước Tân Hiệp.

  • Phương pháp phân tích: Tính toán chỉnh định các thông số bảo vệ so lệch (chức năng 87L) và bảo vệ dự phòng khoảng cách (chức năng 21) cho rơle SEL-311L. Xây dựng mô hình mô phỏng đặc tính hoạt động của chức năng 87L để đánh giá hiệu quả bảo vệ trong các tình huống sự cố khác nhau.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 7 năm 2019, bao gồm thu thập số liệu, tính toán chỉnh định, mô phỏng và phân tích kết quả.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, thực tiễn và khả năng áp dụng rộng rãi cho các đường dây truyền tải khác trong lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng bảo vệ đường dây truyền tải: Trong 140 đường dây 110/220kV do EVNHCMC quản lý, có 139 đường dây sử dụng bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ chính. Qua phân tích phiếu chỉnh định, khoảng 15-20% chiều dài đường dây không đáp ứng thời gian tối đa loại trừ sự cố theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đặc biệt ở vùng 2 và 3 của bảo vệ.

  2. Ưu điểm của bảo vệ so lệch với rơle SEL-311L: Rơle SEL-311L có đặc tính tác động phẳng ưu việt, xử lý sai số CT và trễ tín hiệu truyền thông, cho phép bảo vệ so lệch hoạt động ổn định, tin cậy và chọn lọc tuyệt đối. Các chức năng 87L, 87L2, 87LG được cài đặt phù hợp với đặc điểm đường dây Đông Thạnh - Tân Hiệp.

  3. Kết quả chỉnh định và mô phỏng: Các thông số cài đặt cho chức năng 87L và 21 của rơle SEL-311L được tính toán chính xác, đảm bảo bảo vệ tác động nhanh khi có sự cố trong vùng bảo vệ. Mô hình mô phỏng cho thấy bảo vệ so lệch không tác động nhầm khi sự cố ngoài vùng bảo vệ, đồng thời phát hiện chính xác các sự cố 3 pha và 1 pha trong vùng bảo vệ.

  4. So sánh với bảo vệ khoảng cách: Bảo vệ so lệch không phụ thuộc vào tổng trở đường dây, khắc phục nhược điểm của bảo vệ khoảng cách trên các đường dây ngắn. Do đó, bảo vệ so lệch nâng cao độ tin cậy và giảm thời gian mất điện cho lưới điện truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc bảo vệ khoảng cách không đáp ứng yêu cầu là do đặc tính phụ thuộc vào tổng trở đường dây, gây sai số khi đường dây ngắn hoặc có điểm đấu nối phức tạp. Bảo vệ so lệch với rơle SEL-311L sử dụng nguyên lý so sánh dòng điện hai đầu, kết hợp với đặc tính tác động phẳng và xử lý sai số CT, giúp tăng độ nhạy và chọn lọc tuyệt đối.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng bảo vệ so lệch trong các lưới điện hiện đại có hệ thống truyền thông đồng bộ và chuẩn IEC61850. Việc mô phỏng chi tiết các tình huống sự cố cho thấy rơle SEL-311L có khả năng xử lý nhanh và chính xác, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đặc tính tác động phẳng (Alpha Plane) của rơle SEL-311L, bảng so sánh thời gian tác động giữa bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách, cũng như bảng thống kê tỷ lệ sự cố được phát hiện chính xác trong mô phỏng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi bảo vệ so lệch trên các đường dây truyền tải ngắn: Áp dụng bảo vệ so lệch dùng rơle SEL-311L cho các đường dây có chiều dài ngắn và cấp điện áp 110/220kV nhằm nâng cao độ tin cậy và đáp ứng yêu cầu thời gian loại trừ sự cố theo Thông tư 39/2015/TT-BCT. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: EVNHCMC phối hợp với các đơn vị truyền tải điện.

  2. Đào tạo và nâng cao năng lực vận hành, bảo trì hệ thống bảo vệ so lệch: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về cài đặt, vận hành và bảo trì rơle SEL-311L cho kỹ sư và nhân viên kỹ thuật. Thời gian: 6 tháng đến 1 năm. Chủ thể: EVNHCMC, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.

  3. Xây dựng hệ thống mô phỏng và thử nghiệm bảo vệ so lệch: Phát triển mô hình mô phỏng chi tiết các tình huống sự cố để kiểm tra và tối ưu hóa các thông số bảo vệ trước khi triển khai thực tế. Thời gian: 6 tháng. Chủ thể: Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền Nam, EVNHCMC.

  4. Nâng cấp hệ thống truyền thông và đồng bộ dữ liệu: Đảm bảo hệ thống truyền thông đáp ứng chuẩn IEC61850, giảm thiểu trễ tín hiệu và sai số truyền dẫn để bảo vệ so lệch hoạt động chính xác. Thời gian: 1-3 năm. Chủ thể: EVNHCMC, các nhà cung cấp thiết bị truyền thông.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ nhằm tối ưu hiệu quả bảo vệ, giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho Thành phố Hồ Chí Minh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành lưới điện truyền tải: Nắm bắt kiến thức về bảo vệ so lệch và ứng dụng thực tế rơle SEL-311L để nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố nhanh chóng.

  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ các yêu cầu pháp lý và kỹ thuật trong bảo vệ lưới điện, từ đó xây dựng các chính sách đầu tư và phát triển hệ thống bảo vệ phù hợp.

  3. Giảng viên và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết và ứng dụng bảo vệ so lệch, giúp nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học.

  4. Nhà cung cấp thiết bị và giải pháp công nghệ điện: Tham khảo các yêu cầu kỹ thuật và đặc tính vận hành của rơle SEL-311L để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam.

Mỗi nhóm đối tượng có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình làm việc, nâng cao hiệu quả vận hành và phát triển bền vững hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bảo vệ so lệch khác gì so với bảo vệ khoảng cách?
    Bảo vệ so lệch so sánh dòng điện hai đầu đường dây, không phụ thuộc vào tổng trở đường dây, nên có độ nhạy và chọn lọc tuyệt đối. Trong khi đó, bảo vệ khoảng cách dựa trên tổng trở, dễ bị sai số khi đường dây ngắn hoặc có điểm đấu nối phức tạp.

  2. Tại sao chọn rơle SEL-311L cho bảo vệ so lệch?
    SEL-311L có đặc tính tác động phẳng ưu việt, xử lý sai số CT, hỗ trợ nhiều chức năng bảo vệ (87L, 21), dễ cài đặt và giao tiếp theo chuẩn IEC61850, phù hợp với lưới điện hiện đại.

  3. Làm thế nào để đảm bảo bảo vệ so lệch không tác động nhầm?
    Bằng cách cài đặt vùng hạn chế (góc mở 195° và bán kính 6), sử dụng hệ số hãm phù hợp, và giám sát các chức năng so lệch dòng thứ tự nghịch và không, bảo vệ tránh tác động khi sự cố ngoài vùng bảo vệ.

  4. Ứng dụng bảo vệ so lệch có phù hợp với lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh?
    Có, do lưới điện có cấu trúc thuận lợi, chiều dài đường dây ngắn, hệ thống truyền thông hiện đại và đáp ứng tiêu chí N-1, bảo vệ so lệch dễ dàng triển khai và nâng cao độ tin cậy.

  5. Thời gian tác động của bảo vệ so lệch so với bảo vệ khoảng cách như thế nào?
    Bảo vệ so lệch có thể tác động tức thời, không cần phối hợp thời gian với các bảo vệ khác do tính chọn lọc tuyệt đối, trong khi bảo vệ khoảng cách thường có thời gian trễ để phối hợp.

Kết luận

  • Bảo vệ so lệch sử dụng rơle SEL-311L là giải pháp hiệu quả, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới truyền tải Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Đường dây Đông Thạnh - Tân Hiệp được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu điển hình, với các thông số chỉnh định bảo vệ được tính toán và mô phỏng thành công.
  • Rơle SEL-311L có đặc tính tác động phẳng, xử lý sai số CT và trễ tín hiệu, đảm bảo bảo vệ chính xác và chọn lọc tuyệt đối.
  • Kết quả nghiên cứu đáp ứng yêu cầu thời gian loại trừ sự cố theo Thông tư 39/2015/TT-BCT và khắc phục nhược điểm của bảo vệ khoảng cách trên đường dây ngắn.
  • Đề xuất triển khai rộng rãi bảo vệ so lệch, nâng cấp hệ thống truyền thông và đào tạo nhân lực để tối ưu hiệu quả vận hành lưới điện.

Hành động tiếp theo là phối hợp các đơn vị liên quan để triển khai thử nghiệm thực tế và mở rộng ứng dụng bảo vệ so lệch trên các đường dây truyền tải khác trong Thành phố Hồ Chí Minh.