Thí nghiệm Rơle Rel670 bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số cho đường dây truyền tải điện

Lê Kim Hùng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 59(11): 95 - 99<br /> <br /> THÍ NGHIỆM RƠLE REL670 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH KỸ THUẬT SỐ<br /> CHO ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN<br /> Lê Kim Hùng1, Vũ Phan Huấn2<br /> 1<br /> <br /> Đại học Đà Nẵng, 2Trung tâm thí nghiệm điện 3<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> <br /> Rơle bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ hoàn hảo nhất để bảo vệ các đường dây tải điện. Một rơle<br /> khoảng cách có thể tích hợp nhiều chức năng như bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá<br /> áp và ghi sự cố…Rơle có khả năng cài đặt cấu hình phù hợp với nhiều dạng đường dây truyền tải.<br /> Bài báo tập trung vào trình bày phương pháp thí nghiệm rơle khoảng cách kỹ thuật số, công việc<br /> thí nghiệm được tiến hành trên rơle REL 670, bắt đầu bằng việc kiểm tra đấu nối nhị thứ, cài đặt<br /> thông số chỉnh định, cấu hình rơle trên phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle ABB PCM600 và sử<br /> dụng hợp bộ thí nghiệm nhi thứ CMC 256-6 để kiểm tra các sự cố tại vùng 1, vùng 2, vùng 3 và<br /> vùng 4 của bảo vệ khoảng cách. Cuối cùng là kiểm tra giá trị tác động trên rơle từ bản ghi sự cố.<br /> Từ khóa: Rơle 670, bảo vệ khoảng cách, truyền tải điện.<br /> <br /> <br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Rơle khoảng cách kỹ thuật số được thiết kế<br /> đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ, giám sát và<br /> điều khiển các đường dây truyền tải và phân<br /> phối trong hệ thống điện.Với đầy đủ tính năng<br /> của bảo vệ khoảng cách, ngoài các vùng bảo<br /> vệ chính, rơle còn tích hợp các chức năng<br /> khác như dao động công suất, chức năng yếu<br /> nguồn, sơ đồ bảo vệ liên động…nhằm đem lại<br /> hiệu quả kinh tế và đảm bảo độ tin cậy trong<br /> hệ thống điện. Vì vậy, việc tìm hiểu rơle trong<br /> quá trình thí nghiệm và vận hành là rất cần<br /> thiết.[5]<br /> Thiết bị thí nghiệm<br /> Hiện nay tại các Trung tâm thí nghiệm điện<br /> dùng phổ biến hợp bộ thí nghiệm nhị thứ<br /> Omicron CMC 256-6 điều khiển bằng máy<br /> tính (hình 1), cùng một lúc có thể bơm được<br /> cả dòng (6×12,5A) và áp (4×300V) vào rơle.<br /> Hợp bộ có khả năng thử nghiệm các chức<br /> năng như: hòa đồng bộ, hãm sóng hài, bảo vệ<br /> quá dòng, bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng<br /> cách… của rơle. Tuy nhiên, trong giới hạn bài<br /> báo, tác giả chỉ đề cập đến tính năng thử<br /> nghiệm đối với rơle khoảng cách kỹ thuật số.<br /> Với phần mềm điều khiển Test universe 2.11<br /> của hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256-6,<br /> cho phép các hãng sản xuất rơle như Areva,<br /> <br /> <br /> Lê Kim Hùng, Đại học Đà Nẵng<br /> <br /> Abb, Siemen, Sel và người thí nghiệm có thể<br /> dễ dàng chuyển đổi thông số chỉnh định vùng<br /> bảo vệ khoảng cách của rơle sang định dạng File<br /> *.RIO hoặc *.XRIO mà không cần phải tính toán<br /> thủ công (xem hình 2) [2]. Khi thí nghiệm cho<br /> các rơle số đa chức năng cần chú ý:<br /> <br /> Hình 1. Hợp bộ thí nghiệm CMC256-6<br /> <br /> Hình 2. Mô hình làm việc XRIO<br /> <br /> Nhiều loại rơle đa chức năng có nhiều giá trị<br /> đặt và thời gian trễ cũng như chức năng logic<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Lê Kim Hùng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> khác nhau cho nên khi thử một chức năng nào<br /> đó thì cần OFF các chức năng khác đi để<br /> tránh trường hợp rơle tác động xếp chồng.<br /> - Có thể trong quá trình thử, chức năng lôgic<br /> hỏng máy cắt, chức năng đóng lặp lại máy cắt<br /> mà không có MC thật thì ta có thể sử dụng<br /> hợp bộ thí nghiệm để mô phỏng.<br /> - Trị số thời gian tác động của rơle được đo từ<br /> thời điểm Input đầu vào của hợp bộ CMC256;<br /> nghĩa là đồng hồ đếm giây khởi động vào lúc<br /> đưa dòng điện hoặc điện áp vào rơle và sẽ<br /> dừng tại thời điểm rơle đưa xung đi cắt MC.<br /> Phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle<br /> Với chủ trương phát triển các hệ thống điều<br /> khiển tích hợp sử dụng chuẩn IEC61850<br /> (Communication Networks and Systems In<br /> Substations) tại các NMĐ, TBA mới và hiện<br /> có, nhằm mục đích nâng cao chất lượng công<br /> tác vận hành, giảm thiểu thời gian gián đọan<br /> cung cấp điện. EVN đang tiến hành từng<br /> bước trang bị các rơle RED670, REL670,<br /> REC670… tại các Nhà máy thủy điện như<br /> Sông Ba Hạ, Pleikrông, TBA 220kV Tuy<br /> Hòa.…Các rơle này sử dụng phần mềm giao<br /> tiếp ABB PCM600 (xem hình 3) thông qua<br /> cổng truyền thông TCP/IP 100 Mbit/s đặt<br /> phía mặt trước rơle cho phép người dùng có<br /> thể sử dụng các chức năng [6]:<br /> - Parameter Setting: cho phép đọc và viết<br /> thông số chỉnh định từng chức năng của rơle.<br /> - Application Configuration: Phần mềm sẽ<br /> chạy ứng dụng CAP531. Tại đây, người dùng<br /> có thể cấu hình và sửa đổi chức năng của rơle<br /> sao cho phù hợp với yêu cầu đưa vận hành,<br /> đồng thời CAP 531 cho phép giám sát trạng<br /> thái tín hiệu của các đầu vào và đầu ra.<br /> - Signal Matrix: cho phép người dùng cấu<br /> hình chức năng cho đầu vào tương tự, đầu vào<br /> số, đầu ra số và đèn Led của rơle theo bản vẽ<br /> nhị thứ.<br /> - Disturbance Handing: Xem và phân tích bản<br /> ghi sự cố.<br /> <br /> 59(11): 95 - 99<br /> <br /> vệ khoảng cách kỹ thuật số, người thí nghiệm<br /> ngoài việc kiểm tra tín hiệu bảo vệ, điều khiển<br /> trên máy tính Server còn phải tuân thủ theo<br /> các bước theo sơ đồ thuật toán hình 4.<br /> Bƣớc 1: Kiểm tra đấu nối mạch nhị thứ [1]:<br /> Sau khi phân tích thiết kế và sửa đổi những<br /> thiếu sót có thể mắc phải của hệ thống mạch<br /> nhị thứ (bao gồm mạch tín hiệu cảnh báo;<br /> mạch điều khiển, liên động và mạch bảo vệ),<br /> ta tiến hành kiểm tra việc đấu nối các sơ đồ<br /> tổng hợp và sơ đồ lắp ráp theo đúng sơ đồ<br /> nguyên lý của bảo vệ và có thể thay đổi thêm<br /> cho thích hợp. Sau đó, tiến hành kiểm tra cách<br /> điện của hệ thống mạch và thiết bị bảo vệ.<br /> Thông thường, người thí nghiệm thường dùng<br /> Megôm mét, vạn năng kim hoặc thiết bị đo<br /> Fluke87 thực hiện các bước sau:<br /> - Kiểm tra áp tô mát (MCB) cấp nguồn, đảm<br /> bảo rằng các mạch điều khiển, bảo vệ, tín<br /> hiệu... không bị chạm đất.<br /> - Dùng mêga ôm kiểm tra cách điện từng ruột<br /> cáp sử dụng.<br /> Bắt đầu<br /> <br /> Nhập thông<br /> số chỉnh định<br /> Tính toán giá trị tác động<br /> <br /> Kiểm tra vùng sự cố<br /> <br /> sai<br /> sai<br /> <br /> Zkhởi tạo = Zđặt ± 2%<br /> <br /> n >3<br /> <br /> đúng<br /> Kiểm tra ngưỡng thời gian<br /> đúng<br /> <br /> đúng<br /> <br /> sai<br /> <br /> Tcắt = Tđặt ± 2%<br /> <br /> i >3<br /> <br /> đúng<br /> <br /> sai<br /> <br /> Thí nghiệm rơle bảo vệ khoảng cách<br /> Tại các Trạm tự động hóa, ví dụ ở Nhà máy<br /> thủy điện Sông Ba Hạ, để thí nghiệm rơle bảo<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> Kết thúc<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Lê Kim Hùng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 59(11): 95 - 99<br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ thuật toán kiểm định bảo vệ khoảng cách<br /> <br /> - Tách cáp khỏi các hàng kẹp, dùng vạn năng<br /> hoặc đèn dò kiểm tra thông mạch cáp theo<br /> đúng địa chỉ đấu nối đến tất cả các thiết bị.<br /> Bƣớc 2: Tính toán giá trị tác động [3]:<br /> Theo phiếu chỉnh định rơle ngày 17 tháng 03<br /> năm 2009 trong tài liệu [4] tại nhà máy thủy<br /> điện Sông Ba Hạ, rơle khoảng cách kỹ thuật<br /> số REL 670 sử dụng đặc tính tổng trở tứ giác<br /> (Quadramho) với 4 vùng bảo vệ. Trong đó, 03<br /> vùng sử dụng hướng bảo vệ từ thanh cái ra<br /> đường dây có tổng trở sự cố Z1 < Z2 < Z3;<br /> thời gian tác động khi có sự cố trong vùng<br /> bảo vệ tZ1 < tZ2 < tZ3 và 01 vùng Z4 sử<br /> dụng hướng từ đường dây vào thanh cái.<br /> Để tính toán và xậy dựng đặc tính tổng trở<br /> bảo vệ của rơle REL670, nhân viên thí<br /> nghiệm cần phải chạy ứng dụng “Distance”<br /> trong phần mềm Test Universe 2.11 dùng cho<br /> hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256-6. Tại<br /> mục “Test Object”, kích chuột chọn menu<br /> File/Import Rel670.xrio (xem hình 5). Sau đó<br /> tiến hành nhập thông số chỉnh định tổng trở<br /> khởi động của các vùng bảo vệ khoảng cách<br /> bằng cách chọn lần lượt các mục ZM01,<br /> ZM02, ZM03 và ZM04. Các thông số chỉnh<br /> định gồm có: hướng tác động của vùng bảo<br /> vệ, điện kháng thứ tự thuận X1, điện trở thứ<br /> tự thuận R1, điện kháng thứ tự không X0,<br /> điện trở thứ tự không R0, điện trở sự cố phapha RFPP, điện trở sự cố pha-đất RFPE, thời<br /> gian duy trì sự cố pha-pha tPP và thời gian<br /> duy trì sự cố pha-đất tPE. Kết quả tính toán<br /> sau khi nhập được thể hiện trên hình 6.<br /> <br /> Hình 5. Nhập giá trị chỉnh định rơle trên file<br /> REL670.xrio<br /> <br /> Bƣớc 3: Kiểm tra chức năng rơle [1],[3]:<br /> Sau khi cài đặt thông số chỉnh định của rơle<br /> theo phiếu đặt của điều độ và cấu hình đầu<br /> vào, ra và đèn LED bằng phần mềm ABB<br /> PCM600, nhân viên thí nghiệm có thể kiểm<br /> tra chức năng bảo vệ khoảng cách như sau:<br /> Mô phỏng đầu vào số: Để rơle REL670<br /> không bị khóa chức năng bảo vệ khoảng cách,<br /> ta cần hiệu lực các tín hiệu từ tiếp điểm phụ<br /> Áp to mát biến điện áp đường dây (MCB<br /> VT), tiếp điểm phụ MC đưa vào đầu vào số<br /> của rơle.<br /> Sử dụng hợp bộ thí nghiệm mô phỏng tổng<br /> trở sự cố: Sử dụng hợp bộ thí nghiệm nhị thứ<br /> CMC256-6 tiến hành kiểm tra ngưỡng tổng<br /> trở, thời gian và góc tác động tại các vùng bảo<br /> vệ Z1, Z2, Z3 và Z4 của chức năng khoảng cách<br /> bằng cách mô phỏng các dạng sự cố pha – đất,<br /> pha – pha và ba pha theo các bước sau đây:<br /> - Kiểm tra giá trị tổng trở và thời gian tác<br /> động: Bơm dòng điện sự cố =1A và áp sự cố<br /> vào rơle bằng cách kích chuột vào đặc tính<br /> tổng trở bảo vệ trên hình 6 sao cho Zbơm <<br /> Zđặt và tbơm > tZđặt, rơle tác động (đèn LED<br /> sáng và rơle đầu ra khép).<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Lê Kim Hùng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> - Kiểm tra giá trị tổng trở không tác động lớn<br /> nhất: tăng từ từ điện áp sự cố vào rơle bằng<br /> cách kích chuột.<br /> vào đặc tính tổng trở bảo vệ đến khi Zbơm ><br /> Zđặt và tbơm > tZđặt, rơle không tác động.<br /> - Kiểm tra ngưỡng thời gian không tác<br /> động: Bơm tổng trở sự cố vào rơle bằng<br /> cách kích chuột vào đặc tính tổng trở bảo<br /> vệ sao cho Zbơm < Zđặt và tbơm < tZđặt,<br /> rơle không tác động.<br /> <br /> 59(11): 95 - 99<br /> <br /> Kết quả thử nghiệm: Kiểm tra tín hiệu cảnh<br /> báo và bảo vệ đi cắt MC trên rơle, phân tích<br /> giá trị tác động bằng cách chọn chức năng<br /> Disturbance recorder, phần mềm PCM600<br /> chạy ứng dụng WINEVE sẽ cho phép đọc bản<br /> ghi sự cố trên máy tính cá nhân hoặc trên máy<br /> tính Server. Trên hình 7 là kết quả bản ghi sự<br /> cố của vùng 1 của rơle REL670 ngăn lộ đi Tuy<br /> Hòa 1 tại Nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ [5].<br /> <br /> Hình 3. Giao diện phần mềm giao diện PCM600 và CAP531<br /> <br /> Hình 6. Đặc tính tổng trở thí nghiệm trên CMC 256-6<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Lê Kim Hùng và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Với bản ghi sự cố trên, chúng ta có thể phân<br /> tích các thông tin sự cố trên rơle gồm: pha sự<br /> cố, thời gian tác động, giá trị điện áp, giá trị<br /> dòng điện tại thời điểm sự cố và vùng bảo vệ<br /> tác động đi cắt MC…Ghi lại giá trị tổng trở<br /> tác động, thời gian cắt và đối chiếu giá trị với<br /> sai số cho phép của rơle. Nếu rơle có sai số<br /> tổng trở < 2% và sai số thời gian