BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Bảo vệ khoảng cách làm việc theo nguyên lý tổng trở, tín hiệu đầu vào rơ le là điện áp và dòng điện. Sơ đồ bên dưới là cấu trúc cơ bản cho việc áp dụng rơ le khoảng cách đối với đường dây truyền tải. Điện áp đầu vào có thể được lấy từ TU đường dây, hoặc TU thanh cái, trong trường hợp lấy điện áp từ TU đường dây để dò tìm sự cố thì điện áp từ TU thanh cái được sử dụng để kiểm tra hòa đồng bộ khi thực hiện đóng lập lại. Dù sao việc lấy TU đường dây làm cho sơ đồ bảo vệ của trạm có độ tin cậy cao hơn, do tránh được các trường hợp lựa chọn áp thanh cái hoặc mất áp do cấu trúc đấu nối phực tạp của việc dùng chung điện áp của nhiều rơ le.

Các giá trị tổng trở đặt vào rơ le bao gồm Zl là tổng trở thứ tự thuận của đường dây, thường đặt bằng 80% tổng trở đường dây truyền tải. Zl0 là tổng trở thứ tự không của đường dây. Zs, Zs0 là tổng trở thứ tự thuận và thứ tự không của nguồn sau rơ le (tổng trở hệ thống, tính toán dự trên công suất ngắn mạch). Tổng trở nguồn Zs được sử dụng để phân cực cho đặc tính Mho. Còn các tổng trở thứ tự không sẽ được sử dụng để tính ra hệ số bù thành phần thứ tự không k01, cũng như các hệ số bù thuận k0, bù ngược thành phần thứ tự không k0R. Dòng thứ tự nghịch thì được sử dụng hệ số mặc định. Cả dòng thứ tự nghịch hoặc dòng thứ tự không sẽ được sử dụng để phân cực điện kháng X trong đặc tính đa giác.

Hiện nay các rơ le bảo vệ khoảng cách số hoạt động theo hai dạng đặc tính khởi động, đặc tính Mho hoặc đặc tính đa giác. Đặc tính Mho là đường tròn đi qua gốc tọa độ mặt phẳng phức, có đường kính là Zr. Zr là tổng trở đặt của rơ le, cũng là tổng trở của đường dây. Theo hình vẽ, ta thấy rằng nếu tổng trở ngắn mạch ZF nằm ngoài đường tròn thì thì góc lệch giữa ZF và Zr-ZF lớn hơn ±900. Nếu ZF nằm trong đường tròn (tương ứng với trường hợp ngắn mạch trong đường dây đang được bảo vệ) thì góc lệch giữa ZF và Zr-ZF sẽ nhỏ hơn ±900. Như vậy, rơ le bảo vệ khoảng cách làm việc theo đặc tính Mho sẽ so sánh hai giá trị Zr-ZF và ZF, nếu góc lệch giữa Zr-ZF và ZF nhỏ hơn hoặc bằng ±900 thì rơ le sẽ tác động.

F21

Zs. Zs0 Zl. Zl0

Cũng giống như các loại bảo vệ có đặc tính đi qua gốc tọa độ, bảo vệ khoảng cách đặc tính Mho là khó có khả năng xác định đúng tổng trở ngắn mạch khi giá trị tổng trở ngắn mạch nằm gần gốc tọa độ, tương ứng với điện áp gần bằng không. Để khắc phục điều này cần phải có sự phân cực (polarization) đường tròn Mho. Rơ le sẽ lấy điện áp đo lường trước khi xảy ra ngắn mạch để phân cực đặc tính. Tổng trở hệ thống Zs tương ứng với điện áp trước ngắn mạch được thêm vào cực dười đường tròn để tạo đặc tính phân cực. Khi đó rơ le sẽ so sánh hai đại lượng ZF-Zs và Zr-ZF, nếu góc lệch giữa hai đại lượng này nhỏ hơn bằng ±900 thì rơ le sẽ tác động

Mặc dù tổng trở đặt của rơ le khoảng cách thường bằng 80% tổng trở đường dây, để dự phòng cho sự sai lệch của sai số TU, TI, nhưng điện trở tại điểm ngắn mạch cũng gây ra những khó khăn nhất định trong việc phát hiện sự cố của phần tử khoảng cách Mho. Trong những trường hợp bảo vệ cho đường dây ngắn, có tổng trở rất nhỏ, đặc tuyến Mho nằm rất xa so với vùng tải. Khi xảy ra ngắn mạch chạm đât, sự có mặt của điện trở hồ quang, điện trở thân cột làm cho rơ le Mho mất khả năng làm việc chính xác.

Khi có ngắn mạch chạm đất, phần tử Mho cho bảo vệ ngắn mạch chạm đất có khả năng mở rộng và giải quyết sự tăng lên của thành phần Rf. Sự mở rộng này tương ứng với tổng trở nguồn phía sau rơ le bảo vệ. Mặc dù vậy, phần tử Mho vẫn khó có thể phát hiện ra sự cố ngay cả khi ngắn mạch đó không có điện trở hồ quang và điện trở thân cột nằm trong dãi tổng trở đường dây. Trường hợp này là do sự khuếch đại ngược nếu tổng trở nguồn quá lớn trong khi đường dây lại quá ngắn.

Để khắc phục nhược điểm trên của BVKC Mho, người ta sử dụng đặc tính đa giác. Đặc tính đa giác được xây dựng như hình sau:

Zset là tổng trở đặt vào rơ le, là tổng trở của cả đường dây. Rset là điện trở đặt đã bao gồm cả các điện trở ngắn mạch. Rleft là điện trở đặc trương cho dòng tải hướng ngược. Thành phần định hướng công suất chỉ cho phép rơ le dò tìm điểm ngắn mạch ở hướng thuận.

Với việc cài đặt tổng trở đặt chạm đến cuối vùng bảo vệ sẽ làm cho bảo vệ xảy ra trường hợp tác động sai khi ngắn mạch ở ngoài vùng. Sự tác động sai này là do sự không đáp ứng được của thành phần điện kháng do ảnh hưởng của dòng tải hướng thuận và điện trở ngắn mạch. Trong khi đặc tuyến Mho thì với góc bo cong lại tránh được trường hợp tác động này, chi tiết như hình vẽ sau.

Để đáp ứng sự thích nghi của thành phần điện kháng X cần phải có sự phân cực. Sự phân cực là việc tạo ra một góc nghiêng α như hình trên. Có nhiều kỹ thuật được đưa ra để giải quyết việc tạo ra góc nghiêng này. Đối với rơ le 7SA522 của

α

Siemens thì góc nghiêng α sẽ được đặt dựa theo bảng tra cứu. Đối với rơ le Sel 421 thì sẽ sử dụng dòng điện thứ tự nghịch hoặc dòng thứ tự không để phân cực cho điện kháng đường dây.

Trong các trường hợp ngắn mạch pha – pha, nhiều tài liệu kỹ thuật đã chứng minh đặc tuyến Mho và đặc tuyến đa giác đều có khả năng làm việc là như nhau. Rơ le Sel 421 sử dụng đặc tuyến Mho cho các bảo vệ chống ngắn mạch pha-đất và pha-pha, đặc tuyến đa giác chỉ sử dụng cho bảo vệ ngắn mạch pha-đất.

Xét sơ đồ logic chức năng Mho pha A-đất rơ le Sel 421 để thấy được sự hoạt động của rơ le trong việc xác định sự cố.

- Điều kiện đầu tiên để sơ đồ hoạt động là tổng trở đo được phải nằm trong vùng đặc tính khởi động: mAG1 < Z1MG

- Điều kiện tiếp theo là dòng điện pha A IAL và dòng điện thứ tự không IGL phải lớn hơn 10% dòng định mức phụ tải.

- FSA (A-phase-to-ground- fault or B phase to phase C to ground fault selected) chức năng bảo vệ chạm đất pha A hoặc pha B, C chạm đất được chọn kích hoạt.

- Nếu FSA không được chọn thì phải xuất hiện trường hợp 1 hoặc 2 cực máy cắt đang mở mà không phải là cực pha A. Điều này thể hiện ở tổ hợp lô gích của SPO (One or two poles open) và SPOA (A-phase open).

- Điều kiện không được đồng thời khóa bảo vệ do chức năng out-of-step pha A (OSBA A-phase out-of-step blocking) và khóa vùng 1 bảo vệ trong khi xảy ra điều kiện out-of-step (OSB1 Block zone 1 during out-of-step condition). Rơ le SEL421 có chức năng do tìm trường hợp out-of-step, là trường hợp hệ thống mất khả năng ổn định khi xảy ra quá trình dao động công suất. Nếu trong quá trình dao động công suất, giá trị tổng trở đo được từ điểm sự cố biến thiên (dZ/dt), tạo thành các chuỗi giá trị chạy vào cả 2 phần âm và dương của mặt phẳng phức, thì rơle sẽ xác định đó trường hợp dao động mất ổn định. Nếu dZ/dt chỉ biến thiên ở phần dương ở mặt phẳng phức, tạo thành các đường cắt qua các vùng bảo vệ và cuối cùng xác lập tại 1 điểm ngoài vùng bảo vệ thì có thể coi sự dao động công suất tắt dần và xác lập chế độ làm việc mới.

- Không được khóa vùng 1 bảo vệ trong khi xảy ra điều kiện out-of-step (OSB1) đồng thời với việc phần tử bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch có hướng có thời gian định trước cấp độ 1 không tác động 67Q1T (level 1 time-delayed definite-time negative-sequence directional overcurrent element).

- Điều kiện có sự tác động của chức năng logic định hướng thuận đối với các dạng ngắn mạch chạm đất 32GF (Forward ground directional declaration) hoặc có sự tác động của chức năng logic định hướng thuận việc mở cực 32SPOF (Forward open-pole directional declaration).

- Không được xảy ra quá trình quá độ của biến điện áp kiểu tụ CVTBL (CVT transient blocking). Các biến điện áp kiểu tụ có mạch vòng tụ điện và kháng điện, do vậy xảy ra hiện tượng công hưởng. Hiện tượng cộng hưởng này làm cho đầu thứ cấp của biến điện áp vẫn giữ một giá trị điện áp nhất định trong khi điện áp sơ cấp giảm xuống rất thấp trong quá trình xảy ra ngắn mạch. Do vậy nếu không có logic phát hiện hiện tượng quá độ của CVT thì rơ le sẽ xác định nhầm điểm ngắn mạch nằm xa hơn với thực tế.

- Ngoài ra chức năng bảo vệ chống chạm đất Mho sẽ khóa tác động khi xảy ra các điều kiện như 3PO cả 3 cực máy cắt điều mở, ILOP (Internal loss-off-potential from elop setting) logic mất điện áp tác động, VPOLV (polarizing voltage valid) quá trình phân cực điện áp không còn hiệu lực, SERCA (series compersated line A-phase output) điều kiện khóa tác động bảo vệ vùng 1 đối với đường dây có thiết bị bù dọc. Khi đường dây có tụ bù dọc thì có khả năng xảy ra hiện tượng tác động vượt vùng. Do đó Sel421 sẽ khóa vùng 1 cho đến khi logic series-compensation xác định điểm ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ.

Khi xác định sự cố pha A-đất và thỏa mãn các điều kiện đi cắt, các relay word bit MAG1, Z1A sẽ ở mức logic 1 và đưa vào sơ đồ logic trip.