I. Tổng Quan Bảo Vệ So Lệch Máy Biến Áp Kỹ Thuật Số 87T
Ngày nay, rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp kỹ thuật số đã thay thế hoàn toàn các rơ le điện cơ. Các rơ le này sử dụng các giải thuật dựa trên biến đổi Fourier của các thành phần dòng điện. Luận văn này tập trung nghiên cứu sự làm việc của giải thuật bảo vệ so lệch máy biến áp lực, một thành phần quan trọng trong chức năng bảo vệ MBA. Giải thuật được kiểm nghiệm bằng số liệu thu được từ mô hình mô phỏng sự cố máy biến áp ba pha 110/35 kV với một nguồn cấp phía 110kV. Để tăng tính thực tế, luận văn xét đến hiện tượng bão hòa mạch từ và bão hòa không đồng nhất của máy biến dòng, dựa trên giá trị thí nghiệm thực tế. Từ kết quả mô phỏng và phân tích, mô hình relay so lệch số làm việc đúng và tin cậy, phù hợp với lý thuyết về bảo vệ so lệch MBA.
1.1. Nguyên lý cơ bản của bảo vệ so lệch máy biến áp
Các hệ thống bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện, cũng được hiểu như hệ thống cân bằng dòng. Nguyên tắc cơ bản là dòng điện đi vào và rời khỏi một đối tượng được bảo vệ phải bằng nhau trong điều kiện bình thường. Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ. Các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến có thể được nối để có được các dòng điện như hình vẽ. Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện. Trong điều kiện vận hành bình thường sẽ không có dòng chảy qua thành phần đo M.
1.2. Ưu điểm của bảo vệ so lệch kỹ thuật số so với điện cơ
Bảo vệ so lệch kỹ thuật số có nhiều ưu điểm so với rơ le điện cơ, bao gồm khả năng xử lý tín hiệu nhanh hơn, độ chính xác cao hơn, khả năng thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau, và khả năng tích hợp các chức năng bảo vệ khác. Nó có thể cung cấp đầy đủ dữ liệu thu thập được bằng chức năng ghi sự kiện khi xảy ra sự cố, bao gồm giá trị dòng điện, điện áp, trạng thái tín hiệu đầu vào và trạng thái rơ le đầu ra, được lưu trữ trong tập tin định dạng COMTRADE để phục vụ công tác phân tích và báo cáo sự cố.
II. Thách Thức Của Bảo Vệ So Lệch MBA Số Giải Pháp
Mặc dù bảo vệ so lệch MBA số có nhiều ưu điểm, vẫn tồn tại một số thách thức. Một trong số đó là sự ảnh hưởng của dòng từ hóa (inrush current) khi đóng điện máy biến áp, có thể gây ra tác động nhầm. Các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích và quá kích thích máy biến áp cũng là những yếu tố cần xem xét. Luận văn này đề xuất các phương pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố này, bao gồm sử dụng thuật toán lọc sóng hài, và kỹ thuật hãm (restraint) dựa trên thành phần hài bậc hai. Cần hiểu rõ về các yếu tố này để đảm bảo độ nhạy bảo vệ so lệch và tính chọn lọc.
2.1. Ảnh hưởng của dòng từ hóa đến bảo vệ so lệch
Dòng từ hóa (inrush current) xuất hiện khi đóng điện máy biến áp không tải hoặc khi có sự thay đổi điện áp đột ngột. Dòng này chứa nhiều thành phần hài, đặc biệt là hài bậc hai, và có thể gây ra sai lệch trong dòng so lệch, dẫn đến tác động nhầm của bảo vệ. Theo [Tài liệu gốc], cần sử dụng các biện pháp như lọc sóng hài hoặc hãm dựa trên thành phần hài bậc hai để ngăn chặn tác động nhầm do dòng từ hóa.
2.2. Ổn định bảo vệ so lệch khi có bão hòa máy biến dòng
Khi có sự cố ngoài vùng, dòng điện ngắn mạch lớn có thể gây bão hòa máy biến dòng, dẫn đến sai lệch trong dòng so lệch. Cần có các biện pháp để ổn định bảo vệ so lệch trong điều kiện này, chẳng hạn như sử dụng thuật toán hãm (restraint) dựa trên dòng điện hãm (I_stab). Thuật toán này sẽ tăng ngưỡng tác động của bảo vệ khi dòng điện hãm tăng lên, giúp ngăn chặn tác động nhầm do bão hòa máy biến dòng. Tham khảo các nghiên cứu về ổn định bảo vệ so lệch để hiểu rõ hơn về các phương pháp này.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp
Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch MBA bao gồm dòng từ hóa mạch từ trong quá trình đóng điện máy biến áp, các thành phần sóng hài trong quá trình đóng xung kích máy biến áp, dòng từ hóa trong quá trình sự cố ngoài vùng, quá kích thích máy biến áp, tỉ số biến đổi máy biến áp. Cần có các biện pháp để ổn định bảo vệ so lệch trong điều kiện này, chẳng hạn như sử dụng thuật toán hãm (restraint) dựa trên dòng điện hãm.
III. Cách Tính Toán Mô Phỏng Bảo Vệ So Lệch Bằng Matlab
Luận văn sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng và tính toán bảo vệ so lệch MBA. Mô hình bao gồm các khối mô phỏng máy biến áp, máy biến dòng, và các khối tính toán dòng so lệch và dòng hãm. Việc mô phỏng cho phép kiểm tra hoạt động của thuật toán bảo vệ so lệch trong các điều kiện sự cố khác nhau, bao gồm ngắn mạch trong và ngoài vùng bảo vệ. Kết quả mô phỏng được sử dụng để đánh giá độ nhạy, độ tin cậy và thời gian tác động bảo vệ so lệch. Các tham số của mô hình được điều chỉnh dựa trên đặc tính của các thiết bị thực tế.
3.1. Xây dựng mô hình bảo vệ so lệch trong Simulink
Việc xây dựng mô hình bảo vệ so lệch trong Simulink bao gồm việc mô phỏng các thành phần chính như máy biến áp, máy biến dòng, và các khối tính toán. Máy biến áp được mô phỏng bằng các khối Transformer trong Simulink, với các tham số như điện áp, công suất, và tổ đấu dây. Máy biến dòng được mô phỏng bằng các khối Current Transformer, với các đặc tính bão hòa được nhập vào từ dữ liệu thí nghiệm thực tế. Khối tính toán dòng so lệch và dòng hãm được xây dựng bằng các khối toán học trong Simulink.
3.2. Mô phỏng các loại sự cố và phân tích kết quả
Sau khi xây dựng mô hình, các loại sự cố khác nhau được mô phỏng, bao gồm ngắn mạch trong vùng bảo vệ, ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, và đóng điện máy biến áp. Kết quả mô phỏng được phân tích để đánh giá hoạt động của bảo vệ so lệch, bao gồm độ nhạy, độ tin cậy, và thời gian tác động. Dòng điện các phía, dòng điện so lệch, và dòng điện hãm được hiển thị trên đồ thị để phân tích.
3.3. Kết quả mô phỏng dòng điện khi đóng xung kích máy biến áp
Mô phỏng cho thấy dạng sóng dòng điện khi đóng xung kích máy biến áp phía 110kV. Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 3 pha ngoài vùng phía 35kV.Kết quả mô phỏng dòng điện các phía và dòng so lệch của máy biến áp khi ngắn mạch 2 pha A,B ngoài vùng phía 35kV.
IV. Thí Nghiệm Bảo Vệ So Lệch Số 7UT613 Với Bản Ghi Sự Cố
Để kiểm chứng kết quả mô phỏng, luận văn tiến hành thí nghiệm rơ le kỹ thuật số Siemens 7UT613. Các bản ghi sự cố từ mô phỏng được đưa vào rơ le thông qua hợp bộ thí nghiệm ISA DRTS66. Kết quả thí nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le. Việc thí nghiệm thực tế giúp xác định các sai số có thể phát sinh trong quá trình mô phỏng và đánh giá khả năng hoạt động của rơ le trong điều kiện thực tế.
4.1. Giới thiệu và hướng dẫn sử dụng hợp bộ ISA DRTS66
Hợp bộ ISA DRTS66 là một thiết bị thí nghiệm đa năng được sử dụng để kiểm tra và thử nghiệm các rơ le bảo vệ. Nó có khả năng tạo ra các tín hiệu dòng điện, điện áp, và tần số khác nhau để mô phỏng các điều kiện sự cố trên lưới điện. Hợp bộ cũng có khả năng ghi lại các tín hiệu đo được từ rơ le để phân tích. Việc sử dụng hợp bộ ISA DRTS66 giúp tăng tính chính xác và tin cậy của quá trình thí nghiệm.
4.2. So sánh kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm thực tế
Kết quả thí nghiệm thực tế được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và đặc tính bảo vệ của rơ le. Các sai số có thể phát sinh do các yếu tố như sai số của máy biến dòng, sai số của các thiết bị đo lường, và sai số của các thuật toán tính toán. Việc so sánh giúp xác định các sai số này và đưa ra các điều chỉnh phù hợp để cải thiện độ chính xác của mô hình và hiệu suất của bảo vệ.
4.3. Thí nghiệm rơ le 7UT613 với các bản ghi đã mô phỏng
Các bản ghi sự cố đã mô phỏng được đưa vào rơ le 7UT613 thông qua hợp bộ ISA DRTS66. Từ đó đưa ra các đánh giá, góp ý đến các thông số máy biến dòng điện, cài đặt chỉnh định rơ le.7UT613.Kết quả thí nghiệm được so sánh với kết quả mô phỏng để đánh giá độ chính xác của mô hình và đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le.
V. Kết Luận Hướng Phát Triển Bảo Vệ So Lệch Tương Lai
Luận văn đã nghiên cứu và thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch MBA dựa trên bản ghi mô phỏng và hợp bộ thí nghiệm. Kết quả cho thấy mô hình và giải thuật bảo vệ làm việc đúng và tin cậy. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều yếu tố có thể được nghiên cứu sâu hơn, như mô phỏng các sự cố chạm chập bên trong vòng dây máy biến áp. Hướng phát triển của luận văn là nghiên cứu các hệ thống bảo vệ thông minh (Smart Grid) và ứng dụng giao thức truyền thông IEC 61850 trong bảo vệ MBA.
5.1. Tổng kết các kết quả chính và đề xuất cải tiến
Các kết quả chính của luận văn là đã xây dựng được mô hình bảo vệ so lệch trong Matlab/Simulink, đã thí nghiệm được rơ le thực tế với các bản ghi mô phỏng, và đã so sánh được kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm. Đề xuất cải tiến bao gồm nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của bảo vệ, mô phỏng các sự cố phức tạp hơn, và tích hợp các chức năng bảo vệ khác.
5.2. Triển vọng ứng dụng bảo vệ so lệch trong lưới điện thông minh
Hệ thống bảo vệ so lệch có vai trò quan trọng trong lưới điện thông minh, giúp bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc ứng dụng giao thức truyền thông IEC 61850 giúp tăng cường khả năng trao đổi thông tin giữa các thiết bị bảo vệ, cho phép thực hiện các chức năng bảo vệ phức tạp hơn và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.
5.3. Hướng phát triển luận văn trong tương lai
Hướng phát triển của luận văn là nghiên cứu các hệ thống bảo vệ thông minh (Smart Grid) và ứng dụng giao thức truyền thông IEC 61850 trong bảo vệ MBA. Các nội dung này có thể được triển khai trong các nghiên cứu tiếp theo.
