Tối ưu phối hợp rơle số trong hệ thống điện

Tối ưu hóa cài đặt rơle số là một phần quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện. 148 trang · Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

• Đề tài: Tối ưu hóa cài đặt rơle số cho hệ thống điện
• Loại tài liệu: luận văn
• Chuyên ngành: Bảo vệ hệ thống điện
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Năm xuất bản: Năm học không được đề cập
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Các nghiên cứu liên quan
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Điểm mới của đề tài. Giá trị thực tiễn
• 1.6. Bố cục của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Rơle bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện
• 2.2. Rơle bảo vệ quá dòng
• 2.2.1. Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian độc lập
• 2.2.2. Phối hợp các bảo vệ theo thời gian
• 2.2.3. Phối hợp các bảo vệ theo dòng điện
• 2.2.4. Phối hợp bảo vệ quá dòng điện với đặc tuyến thời gian phụ thuộc
• 3. CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN PHỐI HỢP BẢO VỆ RƠLE
• 3.1. Đặc tuyến thời gian – dòng điện của rơle
• 3.2. Các điều kiện phối hợp rơle
• 3.2.1. Điều kiện thời gian trễ
• 3.2.2. Điều kiện thời gian cắt ngắn mạch tại dòng ngắn mạch lớn nhất
• 3.3. Phương án đề xuất phối hợp bảo vệ rơle quá dòng
• 3.3.1. Phối hợp cấp 1
• 3.3.2. Phối hợp cấp 2
• 3.3.3. Phối hợp cấp 3
• 4. CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN TỐI ƯU PSO CỔ ĐIỂN VÀ PSO CẢI TIẾN
• 4.1. Thuật toán PSO cổ điển
• 4.1.1. Giới thiệu về PSO
• 4.1.2. Cơ sở nền tảng của thuật toán PSO
• 4.1.3. Thuật toán PSO cổ điển
• 4.1.4. Thuật toán PSO cải tiến
• 4.1.4.1. Thuật toán tối ưu PSO cải tiến với trọng số ω (GW-PSO)
• 4.1.4.2. Thuật toán PSO cải tiến với hệ số giới hạn (GC-PSO)
• 4.2. Áp dụng các phương pháp PSO cho bài toán tối ưu phối hợp bảo vệ rơle
• 4.2.1. Quá trình khởi tạo
• 4.2.2. Đánh giá hàm fitness
• 4.2.3. Cập nhật vận tốc
• 4.2.4. Cập nhật vị trí. Đánh giá và Chọn lọc
• 4.2.5. Dừng vòng lặp tính toán
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ
• 5.1. Cài đạt thông số
• 5.2. Kết quả đạt được
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Hướng Phát Triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu hóa cài đặt rơle số cho hệ thống điện

Tối ưu hóa cài đặt rơle số là một phần quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện. Rơle số giúp phát hiện và ngăn chặn các sự cố, đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người. Việc tối ưu hóa cài đặt này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian tác động mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

1.1. Khái niệm về rơle số trong hệ thống điện

Rơle số là thiết bị bảo vệ tự động, có khả năng phát hiện các sự cố trong hệ thống điện. Chúng hoạt động dựa trên các thông số dòng điện và thời gian, giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi hư hỏng.

1.2. Vai trò của tối ưu hóa cài đặt rơle số

Tối ưu hóa cài đặt rơle số giúp giảm thiểu thời gian tác động của rơle, từ đó tăng cường độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống điện công nghiệp.

II. Vấn đề và thách thức trong cài đặt rơle số

Cài đặt rơle số gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Các đường cong rơle có thể giao nhau, gây ra sự cố trong quá trình bảo vệ. Việc xác định các thông số cài đặt phù hợp là rất quan trọng.

2.1. Các vấn đề thường gặp trong cài đặt rơle

Một trong những vấn đề chính là sự giao nhau của các đường cong rơle, điều này có thể dẫn đến việc không phát hiện được sự cố kịp thời. Ngoài ra, việc tính toán các thông số cài đặt cũng rất phức tạp.

2.2. Thách thức trong việc phối hợp các rơle

Phối hợp các rơle để đảm bảo tính chọn lọc và nhanh chóng là một thách thức lớn. Cần phải kiểm tra thời gian phối hợp và thời gian cắt dòng ngắn mạch để đảm bảo hiệu quả bảo vệ.

III. Phương pháp tối ưu hóa cài đặt rơle số hiệu quả

Có nhiều phương pháp tối ưu hóa cài đặt rơle số, trong đó phương pháp PSO (Particle Swarm Optimization) được đánh giá cao. Phương pháp này giúp tính toán các thông số cài đặt một cách hiệu quả, đảm bảo các đường cong không giao nhau.

3.1. Giới thiệu về phương pháp PSO

PSO là một thuật toán tối ưu hóa bầy đàn, được sử dụng để tìm kiếm các giải pháp tối ưu cho các bài toán phức tạp. Phương pháp này dựa trên hành vi của các cá thể trong bầy đàn để tìm ra giải pháp tốt nhất.

3.2. Lợi ích của việc áp dụng PSO trong cài đặt rơle

Việc áp dụng PSO giúp giảm thiểu thời gian tính toán và nâng cao độ chính xác trong việc cài đặt rơle. Kết quả cho thấy phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc phối hợp bảo vệ rơle.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tối ưu hóa cài đặt rơle số

Tối ưu hóa cài đặt rơle số đã được áp dụng thành công trong nhiều hệ thống điện công nghiệp. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các ứng dụng thực tế

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp PSO trong cài đặt rơle đã mang lại kết quả tích cực, giúp giảm thiểu thời gian tác động và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

4.2. Các mô hình ứng dụng trong ngành công nghiệp

Nhiều mô hình ứng dụng đã được phát triển để tối ưu hóa cài đặt rơle trong các nhà máy điện, giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sản xuất điện năng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Tối ưu hóa cài đặt rơle số là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện. Việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa hiện đại như PSO sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu quả bảo vệ hệ thống điện.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong lĩnh vực này

Nghiên cứu về tối ưu hóa cài đặt rơle số không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. Đây là một lĩnh vực cần được chú trọng trong tương lai.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải tiến các phương pháp tối ưu hóa, nhằm đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của hệ thống điện hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong hệ thống phân phối và truyền tải điện năng, việc bảo vệ an toàn cho thiết bị và duy trì tính liên tục cung cấp điện là yêu cầu cốt lõi. Sự cố ngắn mạch với dòng điện có thể đạt ngưỡng cực đại 22.800 A luôn tiềm ẩn nguy cơ phá hủy thiết bị và gây rã lưới diện rộng nếu thời gian giải trừ sự cố kéo dài quá 0,5 giây. Các phương pháp cài đặt truyền thống cho rơle quá dòng thường chỉ tập trung giảm thiểu thời gian tác động tại dòng sự cố lớn nhất. Cách tiếp cận này bộc lộ hạn chế lớn khi không thể kiểm soát toàn diện nguy cơ giao cắt giữa các đường cong đặc tuyến có độ dốc khác nhau trên toàn dải làm việc.

Đề tài tập trung giải quyết bài toán phối hợp bảo vệ tối ưu giữa các cấp rơle quá dòng thông qua việc ứng dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn. Mục tiêu nghiên cứu hướng tới việc xác lập bộ thông số chỉnh định chuẩn xác cho hệ thống rơle bảo vệ đa cấp, đảm bảo thời gian trễ an toàn tối thiểu 0,30 giây giữa các cấp bảo vệ liền kề và duy trì thời gian cắt nhanh nhất tại dòng ngắn mạch lớn nhất 22,8 kA.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai trên mô hình lưới điện công nghiệp kết nối trạm biến áp 16 MVA hạ áp từ 69 kV xuống 11,4 kV, bao gồm 6 thiết bị rơle kỹ thuật số bố trí tại các lộ tổng, máy biến áp và xuất tuyến nhánh. Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn to lớn trong việc nâng cao độ chọn lọc của hệ thống bảo vệ lên mức 100%, giảm thiểu thời gian tính toán chỉnh định từ nhiều ngày xuống vài phút, đồng thời tối ưu hóa tuổi thọ vận hành cho các khí cụ điện trong môi trường công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết bảo vệ rơle quá dòng theo tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế IEC 60255-3 và lý thuyết tối ưu hóa toán học meta-heuristic. Ba họ đường cong đặc tuyến thời gian phụ thuộc tiêu chuẩn được áp dụng bao gồm đặc tuyến dốc chuẩn, rất dốc và cực dốc với các hệ số hình học đặc trưng. Thời gian tác động của rơle phụ thuộc phi tuyến vào dòng điện sự cố, dải cài đặt thời gian từ 0,1 đến 3,0 và dòng điện khởi động từ 0,5 A đến 2,4 A.

Các khái niệm then chốt trong mô hình bao gồm:

• Bậc chọn lọc thời gian: Khoảng chênh lệch thời gian an toàn tối thiểu 0,30 giây giữa cấp bảo vệ chính và cấp bảo vệ dự phòng phía nguồn nhằm bù trừ sai số đo lường 3% đến 5% của rơle số và thời gian dập hồ quang máy cắt từ 0,04 đến 0,08 giây.
• Dải chỉnh định thời gian và phân dòng: Các biến điều khiển liên tục và rời rạc quyết định vị trí tương đối của đường cong thời gian - dòng điện.
• Hàm mục tiêu đa ràng buộc: Cấu trúc toán học cực tiểu hóa tổng thời gian cắt sự cố đồng thời áp dụng hàm phạt cho mọi hành vi vi phạm khoảng cách thời gian trễ và giới hạn thời gian cắt tại dòng ngắn mạch cực đại 22,8 kA.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu thu thập từ cấu hình kỹ thuật thực tế của hệ thống điện công nghiệp 69/11,4 kV, công suất máy biến áp 16 MVA cùng thông số 6 máy biến dòng có tỉ số biến đổi từ 150/1 đến 1000/1. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm tập hợp 6 rơle quá dòng đa cấp bảo vệ phối hợp từ lộ phụ tải đến máy cắt nguồn. Phương pháp chọn mẫu chỉ định toàn phần theo cấu trúc sơ đồ hình tia được áp dụng nhằm phản ánh đầy đủ mọi vị trí sự cố giả định từ dòng phụ tải cực đại đến dòng ngắn mạch ba pha 22.800 A.

Phương pháp phân tích trọng tâm là việc phát triển và ứng dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn cổ điển kết hợp hai biến thể cải tiến gồm tối ưu bầy đàn với trọng số quán tính và tối ưu bầy đàn với hệ số co hẹp. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ khả năng xử lý vượt trội các bài toán tối ưu phi tuyến có biến số hỗn hợp mà các phương pháp giải tích truyền thống không thể giải quyết hiệu quả. Timeline tính toán mô phỏng được thực hiện qua 100 đến 200 vòng lặp thế hệ với quy mô quần thể 50 cá thể, cập nhật liên tục vectơ vị trí và vận tốc tìm kiếm trong không gian nghiệm đa chiều.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và kiểm chứng thuật toán trên hệ thống điện công nghiệp mang lại những kết quả kỹ thuật nổi bật:

• Loại bỏ hoàn toàn sự cố giao cắt đặc tuyến: Cả hai phương pháp cải tiến đều xác lập được bộ thông số dải thời gian và dòng khởi động tối ưu cho 6 rơle. Khoảng cách thời gian trễ giữa rơle cấp trên và cấp dưới luôn duy trì ổn định trong khoảng từ 0,30 giây đến 0,35 giây trên toàn dải dòng sự cố từ 2.000 A đến 22.800 A.
• Rút ngắn thời gian tác động tổng thể: Thời gian cắt dòng ngắn mạch tại vị trí sự cố nghiêm trọng nhất 22,8 kA của rơle lộ tổng đạt mức 0,85 giây, nhanh hơn 28% so với phương pháp chỉnh định kinh nghiệm truyền thống thường dao động trên 1,18 giây.
• Tăng tốc độ hội tụ của thuật toán: Thuật toán tối ưu bầy đàn với hệ số co hẹp đạt được nghiệm tối ưu toàn cục chỉ sau 45 vòng lặp, giảm 40% số lượng phép tính lặp so với thuật toán bầy đàn cổ điển cần tới 75 vòng lặp để đạt cùng độ chính xác hàm thích nghi tiệm cận 0.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của các biến thể cải tiến bắt nguồn từ cơ chế kiểm soát linh hoạt không gian tìm kiếm. Việc áp dụng trọng số quán tính giảm dần tuyến tính từ 0,9 xuống 0,4 giúp các cá thể mở rộng phạm vi khám phá toàn cục ở giai đoạn đầu và tập trung khai thác tinh chỉnh cục bộ ở giai đoạn cuối. Cơ chế này triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng rơi vào cực trị địa phương, một nhược điểm phổ biến khiến các thuật toán cổ điển đưa ra các bộ thông số gây vi phạm thời gian trễ an toàn.

Dữ liệu kết quả được trực quan hóa rõ nét thông qua hệ thống đồ thị đặc tuyến thời gian - dòng điện trên hệ trục tọa độ logarit kép. Trên đồ thị, các đường cong đặc tính của từng cặp rơle phân bố song song, cách biệt đồng đều và không xuất hiện bất kỳ điểm giao thoa nào. Bảng tổng hợp thông số cài đặt chỉ rõ từng giá trị dải thời gian tối ưu cho rơle lộ nhánh đạt mức 0,15, trong khi rơle máy biến áp và lộ tổng lần lượt đạt 0,35 và 0,55. So sánh với các nghiên cứu sử dụng thuật toán di truyền trước đây, phương pháp đề xuất cho thấy độ ổn định nghiệm cao hơn 15% và không phụ thuộc vào các phép toán lai ghép hay đột biến phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển hóa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý và vận hành lưới điện, các đề xuất cụ thể được xây dựng theo lộ trình rõ ràng:

1. Ứng dụng quy trình tính toán tối ưu bằng thuật toán bầy đàn cải tiến vào phần mềm tính toán chỉnh định rơle tại các trung tâm điều độ hệ thống điện và trạm biến áp công nghiệp. Mục tiêu giảm 85% thời gian tính toán thủ công và loại bỏ sai sót chủ quan trong quý 1 năm vận hành. Trách nhiệm thực hiện thuộc về phòng kỹ thuật phương thức và đội ngũ kỹ sư bảo vệ rơle.
2. Chuẩn hóa quy định kiểm tra điều kiện phối hợp đặc tuyến thời gian - dòng điện tại dòng ngắn mạch lớn nhất 22,8 kA thay vì chỉ kiểm tra tại dòng ngắn mạch duy nhất một điểm. Kế hoạch ban hành và áp dụng trong vòng 6 tháng nhằm nâng cao độ an toàn chịu đựng nhiệt của thanh cái và máy biến áp 16 MVA. Trách nhiệm thực hiện thuộc về ban kỹ thuật an toàn của doanh nghiệp điện lực.
3. Nâng cấp hệ thống rơle bảo vệ quá dòng kỹ thuật số đồng bộ, tích hợp đầy đủ các họ đặc tuyến tiêu chuẩn IEC 60255-3 nhằm tối ưu hóa khả năng thích ứng với thuật toán tự động chỉnh định. Lộ trình triển khai thực hiện trong 12 tháng tại các khu công nghiệp trọng điểm. Trách nhiệm thực hiện thuộc về chủ đầu tư hạ tầng lưới điện.
4. Tổ chức các chương trình đào tạo chuyên sâu về ứng dụng trí tuệ nhân tạo và thuật toán meta-heuristic trong giải quyết bài toán vận hành hệ thống điện hiện đại với thời lượng 40 giờ huấn luyện thực hành. Thời gian hoàn thành trong vòng 3 tháng tới. Trách nhiệm thuộc về các trung tâm đào tạo chuyên ngành phối hợp với viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm chuyên môn:

• Kỹ sư thiết kế và vận hành bảo vệ rơle: Tiếp cận quy trình tính toán tự động hóa các thông số chỉnh định dải thời gian và dòng khởi động cho các trạm biến áp từ 11,4 kV đến 69 kV, giúp giải quyết triệt để tình trạng nhảy cấp bảo vệ.
• Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các công ty điện lực: Nắm bắt phương pháp khoa học chuẩn xác để thẩm định, phê duyệt phiếu chỉnh định bảo vệ rơle trên lưới phân phối và công nghiệp với độ tin cậy đạt 100%.
• Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật Điện: Sử dụng tài liệu như một nguồn tham khảo học thuật giá trị về mô hình hóa bài toán tối ưu phi tuyến và kỹ thuật lập trình thuật toán bầy đàn cải tiến trong bảo vệ hệ thống điện.
• Chuyên gia tư vấn thiết kế hệ thống cơ điện công nghiệp: Vận dụng mô hình phối hợp bảo vệ đa cấp vào việc tính toán thiết kế mạng điện nhà máy sản xuất quy mô lớn, tối ưu hóa chi phí đầu tư thiết bị đóng cắt.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp tối ưu bầy đàn mang lại ưu điểm gì vượt trội so với cách tính toán chỉnh định rơle truyền thống? Thuật toán tối ưu bầy đàn tự động tìm kiếm bộ thông số toàn cục trên toàn bộ dải dòng điện làm việc, giải quyết bài toán phi tuyến phức tạp trong vài phút và đảm bảo 100% không giao cắt đặc tuyến, trong khi phương pháp truyền thống tốn nhiều ngày tính toán thử dần và dễ bỏ sót vùng vi phạm.

Bậc chọn lọc thời gian 0,30 giây giữa các cấp rơle được xác định dựa trên những yếu tố kỹ thuật nào? Khoảng thời gian 0,30 giây được tính toán dựa trên tổng thời gian mở máy cắt từ 0,06 đến 0,08 giây, sai số đo lường của rơle số khoảng 3% đến 5%, thời gian quán tính duy trì dưới 0,05 giây và biên độ an toàn dự phòng kỹ thuật nhằm đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối.

Tại sao thuật toán tối ưu bầy đàn với hệ số co hẹp lại hội tụ nhanh hơn phương pháp cổ điển? Hệ số co hẹp kiểm soát chặt chẽ biên độ vận tốc của từng cá thể, ngăn chặn các bước nhảy quá lớn ra ngoài không gian nghiệm khả thi, giúp thuật toán tập trung hội tụ về nghiệm tối ưu chỉ sau 45 vòng lặp, nhanh hơn 40% so với phương pháp cổ điển.

Đặc tuyến thời gian cực dốc phù hợp nhất cho đối tượng bảo vệ nào trong lưới điện công nghiệp? Đặc tuyến cực dốc thích hợp nhất cho các xuất tuyến nhánh cấp điện cho động cơ hoặc phụ tải công nghiệp có dòng mở máy lớn, cho phép thời gian tác động giảm cực nhanh khi dòng ngắn mạch tăng cao, giúp bảo vệ an toàn cáp dẫn và máy cắt nhánh 200/1 A.

Làm thế nào để thuật toán xử lý ràng buộc thời gian cắt tại dòng ngắn mạch lớn nhất 22.800 A? Thuật toán tích hợp hàm phạt khuếch đại với hệ số trọng số cao vào hàm mục tiêu thích nghi. Bất kỳ giá trị chỉnh định nào làm thời gian cắt vượt quá ngưỡng an toàn cho phép tại dòng 22,8 kA đều bị loại bỏ ngay trong quá trình tiến hóa của bầy đàn.

Kết luận

• Luận văn đã mô hình hóa thành công bài toán tối ưu hóa phối hợp bảo vệ rơle quá dòng đa cấp cho lưới điện công nghiệp 69/11,4 kV bằng công cụ toán học hiện đại.
• Phát triển và ứng dụng hiệu quả hai thuật toán tối ưu bầy đàn cải tiến với trọng số quán tính và hệ số co hẹp, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng giao cắt đặc tuyến rơle.
• Đảm bảo nghiêm ngặt điều kiện thời gian trễ an toàn tối thiểu 0,30 giây và tối ưu hóa thời gian cắt tại dòng ngắn mạch lớn nhất 22.800 A xuống dưới 0,85 giây.
• Rút ngắn 40% thời gian tính toán hội tụ so với thuật toán cổ điển, mang lại độ tin cậy và tính ổn định cao trong môi trường vận hành thực tế.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao cho ngành điện, tạo tiền đề nâng cấp phần mềm tự động hóa tính toán chỉnh định rơle trên diện rộng.

Bước đi tiếp theo cần tập trung mở rộng thuật toán cho các dạng lưới điện phức tạp có nhiều nguồn cung cấp phân tán và lưới điện vòng kín trong lộ trình 12 tháng tới. Các đơn vị quản lý vận hành hãy chủ động áp dụng phương pháp tối ưu hóa bầy đàn này vào thực tiễn để nâng cao chất lượng và độ an toàn cung cấp điện ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Tóm tắt những nghiên cứu trước đây, trình bày các hướng nghiên trước đây, trình bày phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, điểm mới, ý nghĩa và bố cục của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết.  Trình bày sơ lược về các bảo vệ rơle hiện nay đang được áp dụng trên thế giới cũng như tham khảo thực tế một mô hình bảo vệ rơle mới nhất hiện nay đang áp dụng tại Việt Nam.

 Trình bày tóm tắt về các rơle bảo vệ quá dòng và đặt biệt là rơle quá dòng cắt theo đặt tuyến phụ thuộc thời gian – dòng điện. Chương 3: Bài toán phối hợp bảo vệ rơle.  Bài toán tính toán phối hợp bảo vệ rơle.  Các điều kiện ràng buộc của bài toán.

 Đề xuất phương pháp tính toán phối hợp. Chương 4: Áp dụng các thuật toán PSO.  Giới thiệu các phương pháp PSO. 5  Áp dụng các phương pháp PSO vào bài toán.

Chương 5: Kết quả.  Xuất kết quả số và hình ảnh khi chạy chương trình mô phỏng – lập trình. Chương 6: Kết luận.  Đánh giá kết quả và đưa ra hướng phát triển của đề tài.

6 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Rơle bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện. Bảo vệ đường dây. - Đối với đường dây 220kV gồm có các bảo vệ chính: bảo vệ so lệch đường dây 87L, bảo vệ khoảng cách 21. Bảo vệ dự phòng: bảo vệ khoảng cách 21, bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N, bảo vệ quá dòng 50/51, bảo vệ quá dòng thứ tự không 50/51N.

- Đối với đường dây 66kV – 110kV gồm có các bảo vệ chính: bảo vệ khoảng cách 21. Bảo vệ dự phòng: bảo vệ quá dòng có hướng 67/67N, bảo vệ quá dòng 50/51, bảo vệ quá dòng thứ tự không 50/51N. Đối với đường dây 15kV – 23kV không có nguồn diesel: chỉ cần bảo vệ quá dòng 50/51, bảo vệ quá dòng thứ tự không 50/51N, rơle tự động đóng lại 79. Đối với đường dây 15kV – 23kV có nguồn diesel cần có thêm rơle quá dòng có hướng 67/67N.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle ngăn lộ đường dây một trạm tích hợp tại truyền tải điện Việt Nam.

Bảo vệ thanh cái. Bảo vệ thanh cái gồm bảo vệ chính: bảo vệ thanh cái 87Bus, bảo vệ dự phòng: bảo vệ quá dòng 50/51, bảo vệ quá dòng thứ tự không 50/51N.3 Bảo vệ máy biến thế. Bảo vệ có điện: Bảo vệ so lệch máy biến thế 87T1, Bảo vệ so lệch máy biến thế 87T2, Bảo vệ chống chạm đất gần điểm trung tính máy biến thế 50REF, bảo vệ quá dòng có hướng 67/ 67N, bảo vệ quá dòng 50/51, bảo vệ quá dòng thứ tự không 50/51N. Bảo vệ không điện: + Rơle hơi 96: Rơle này đặt nối giữa thùng dầu chính và thùng dầu phụ.

Khi có sự cố bên trong máy biến thế, một lượng hơi sinh ra Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle ngăn lộ đi qua rơle này tùy mức độ nặng tổng máy biến thế một trạm tích hợp tại nhẹ mà rơle này gửi tín hiệu đi báo truyền tải điện Việt Nam. động hoặc cắt máy cắt các đầu máy biến thế. + Rơle áp suất 63, 63OLTC đặt tại thân máy chính và bộ đổi nấc máy biến thế Khi có sự cố bên trong máy biến thế, áp suất tăng tùy mức độ nặng nhẹ mà rơle này gửi tín hiệu đi báo động hoặc cắt máy cắt các đầu máy biến thế. + Rơle mức dầu 33: Dùng để báo động khi mức dầu tăng cao hoặc giảm thấp.

+ Rơle nhiệt độ dầu 26O, nhiệt độ cuộn dây 26W: Dùng để báo động hoặc cắt máy cắt các đầu máy biến áp tùy theo nhiệt độ cài đặt, đồng thời gửi tín hiệu khởi động hệ thống làm mát máy biến thế. 9 + Rơle dòng dầu 80: Khi dòng dầu đạt vận tốc lớn hơn vận tốc chỉnh định rơle sẽ gửi tín hiệu tác động cắt máy cắt các đầu máy biến thế.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle máy biến thế một trạm tích hợp tại truyền tải điện Việt Nam.2 Rơle bảo vệ quá dòng. Bảo vệ quá dòng có thể làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (đường 1) hoặc phụ thuộc (đường 2) hoặc hỗn hợp (đường 3;4). Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc 10 tính thời gian độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn đối với bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động càng bé.1 Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian độc lập.

Ưu điểm của dạng bảo vệ này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn giản và dễ áp dụng. Thời gian đặt của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau sao cho có thể cắt ngắn mạch một cách nhanh nhất mà vẫn đảm bảo được tính chọn lọc của các bảo vệ.4: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng độc lập (1), phụ thuộc (2) và hỗn hợp (3, 4) Hiện nay thường dùng 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phương pháp theo thời gian, theo dòng điện và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng điện.1 Phối hợp các bảo vệ theo thời gian. Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời 11 gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn).1) Trong đó: - tn: thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.

- Δt: bậc chọn lọc về thời gian được xác định bởi công thức: Δt = ER.t(n-1)max + tMC (n-1) + tqt +tdp+ tdp (2.2) Với: - ER: sai số thời gian tương đối của chức năng quá dòng cấp đang xét (có thể gây tác động sớm hơn) và cấp bảo vệ trước (kéo dài thời gian tác động của bảo vệ), đối với rơle số thường ER = ( 3 ÷ 5)% tuỳ từng rơle. - tMC (n-1): thời gian cắt của máy cắt cấp bảo vệ trước, thường có giá trị lấy bằng (0,1 ÷ 0,2) sec đối với MC không khí, (0,06 ÷ 0,08) sec với MC chân không và (0,04 ÷ 0,05) sec với MC khí SF6. - tqt: thời gian sai số do quán tính khiến cho rơle vẫn ở trạng thái tác động mặc dù ngắn mạch đã bị cắt, với rơle số tqt thường nhỏ hơn 0,05 sec. - tdp: thời gian dự phòng.

Đối với rơle điện cơ bậc chọn lọc về thời gian Δt thường được chọn bằng 0,5 sec, rơle tĩnh khoảng 0,4 sec còn đối với rơle số Δt = (0,2 ÷ 0,3) sec tùy theo loại máy cắt được sử dụng. 12 Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐB trong trường hợp này được xác định bởi: K at .3) Ktv Trong đó: - Kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động). - Kmm: hệ số mở máy, có thể lấy Kmm= (1. - Ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong khoảng (0,85 ÷ 0,95).

Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầu đảm bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không được tác động. Giá trị dòng khởi động của bảo vệ cần phải thoả mãn điều kiện: Ilvmax < IKĐB < IN min (2.4) Với: - Ilv max: dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống, thông thường: Ilv max = (1,05 ÷ 1,2).5) Trong trường hợp không thoả mãn điều kiện (2.4) thì phải sử dụng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp. - IN min: dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ. 13 Khi yêu cầu phải cài đặt giá trị dòng khởi động cho rơle, giá trị này sẽ được tính theo công thức: K s(3) .6) nI Trong đó: - nI: tỷ số biến đổi của BI.

- K sđ(3) : hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào cách mắc sơ đồ BI. - Đối với sơ đồ sao hoàn toàn K sđ(3)  1 hoặc sao khuyết thì còn sơ đồ số 8 thì K sđ(3)  3 .2 Phối hợp các bảo vệ theo dòng điện. Thông thường ngắn mạch càng gần nguồn thì dòng ngắn mạch càng lớn và dòng ngắn mạch này sẽ giảm dần khi vị trí điểm ngắn mạch càng xa nguồn. Yêu cầu đặt ra ở đây là phải phối hợp các bảo vệ tác động theo dòng ngắn mạch sao cho rơle ở gần điểm ngắn mạch nhất sẽ tác động cắt máy cắt mà thời gian tác động giữa các bảo vệ vẫn chọn theo đặc tính thời gian độc lập.

Nhược điểm của phương pháp này là cần phải biết công suất ngắn mạch của nguồn và tổng trở đường dây giữa hai đầu đường dây đặt rơle mà ta cần phải phối hợp để đảm bảo tính chọn lọc. độ chính xác của bảo vệ có thể sẽ không đảm bảo đối với các đường gần nguồn có công suất ngắn mạch biến động mạnh hoặc ngắn mạch qua tổng trở có giá trị lớn. Do những nhược điểm trên mà phương pháp phối hợp theo dòng điện thường sử dụng để bảo vệ các đường dây có công suất nguồn ít biến động và cho một dạng ngắn mạch. 14 Phương pháp này tính theo dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị đặt của bảo vệ sao cho rơle ở gần điểm sự cố nhất sẽ tác động.

Giả sử xét ngắn mạch 3 pha N (3) tại điểm N2 trên hình 2.6, giá trị dòng ngắn mạch tại N2 được xác định theo công thức: c.7) 3(Znguon  Z AB ) Trong đó: - Unguồn: điện áp dây của nguồn. - c: hệ số thay đổi điện áp nguồn, có thể lấy c = 1,1. - Znguồn: tổng trở nguồn, được xác định bằng: 2 U ngu Z nguon  on (2.8) S NM - với SNM là công suất ngắn mạch của nguồn.