Giáo trình

Giáo trình Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện

Science and Technology

Bảo vệ khoảng cách

Tác giả: PGS.TS. Lê Kim Hùng

Bảo vệ khoảng cách

Vào những năm đầu thế kỷ 20, bảo vệ khoảng cách được xem như loại bảo vệ hoàn hảo nhất để bảo vệ các đường dây tải điện. Trải qua gần một thế kỷ các rơle khoảng cách được nghiên cứu rất rộng rãi và không ngừng được cải tiến qua các thế hệ rơle điện cơ, rơle tĩnh đến các rơle số ngày nay. Tính năng của rơle khoảng cách nhất là những hợp bộ bảo vệ khoảng cách sử dụng kỹ thuật số hiện đại đã được mở rộng và đa dạng hơn rất nhiều so với các rơle trước đây. Ngày nay các rơle khoảng cách số như P441, P442, P444 (Alstom); 7SA511, 7SA513 (Siemens); SEL321 (SEL) ngoài chức năng bảo vệ khoảng cách nó còn được tích hợp nhiều chức năng khác nữa như các chức năng: quá dòng cắt nhanh, quá dòng có thời gian (50/51), chống chạm đất (50/51N), điện áp giảm (27), quá điện áp (59), tự động đóng trở lại TĐL (79), kiểm tra đồng bộ (25) và các chức năng truyền thông khác.

Bảo vệ khoảng cách là chức năng chính của rơle. Nó gồm một hệ thống dò tìm sự cố, một hệ thống đo khoảng cách và một hệ thống xác định hướng công suất (dòng điện) sự cố. Tuỳ vào mỗi loại rơle của từng hãng chế tạo mà các rơle khoảng cách có các phương pháp dò tìm phát hiện sự cố và đưa ra những phương thức xử lý khác nhau nhưng nhìn chung đều dựa trên nguyên lý cơ bản là dựa vào giá trị dòng điện và điện áp đo được từ đó tính toán giá trị tổng trở đo rồi so sánh với giá trị đặt vùng cùng với hướng công suất trên đường dây để tổng hợp đưa ra quyết định thao tác.

Để đảm bảo tác động chọn lọc trong mạng phức tạp, người ta dùng bảo vệ khoảng cách có hướng, chỉ tác động khi hướng công suất ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây. Rơle khoảng cách dùng bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động tương ứng với các cấp thời gian tác động khác nhau.

Hiện nay tồn tại nhiều phương thức tính toán giá trị đặt cho bảo vệ khoảng cách, phạm vi ứng dụng của mỗi phương thức tuỳ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể. Ngoài ra bảo vệ khoảng cách có thể được sử dụng kết hợp với TĐL, các sơ đồ cắt liên động dùng kênh truyền tin để giảm thời gian cắt sự cố. Sau đây chúng ta sẽ đi phân tích cách tính toán các vùng của rơle khoảng cách.

Phân tích các vùng tác động của bảo vệ khoảng cách:

Để đơn giản ở đây chúng ta chỉ xét với rơle khoảng cách ba cấp (three step distance protection) tại thanh góp A (hình 4.26). Đây là dạng bảo vệ không cục bộ được dùng khá phổ biến trên thực tế. Bảo vệ có ba vùng tác động:

Vùng I:

Chức năng của vùng I là cắt càng nhanh càng tốt các sự cố bên trong đường dây được bảo vệ (đoạn AB) do đó thời gian đặt trễ của vùng này thường chọn bằng tAI=0 size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } =0} {}(sec). Cần phân biệt thời gian đặt cho rơle với thời gian cắt sự cố thực tế tc:

tc = trlmin + tđặt + tt + tMC (4-60)

  • Trong đó:

trlmin: thời gian tính toán và ra quyết định thao tác nhỏ nhất của rơle khoảng cách. Thời gian này tuỳ thuộc vào từng loại rơle. Ví dụ rơle 7SA511 có trlmin =25 msec, 7SA513 có trlmin ≈ 18 msec.

tđặt: thời gian đặt cho rơle.

tt: thời gian truyền tín hiệu bên ngoài rơle, thời gian này có thể bị phụ thuộc bởi bus truyền...

tMC: thời gian thao tác của máy cắt, tuỳ thuộc vào loại máy cắt được sử dụng.

Xác định các vùng khoảng cách của bảo vệ khoảng cách ba cấp (a), (b), (c) và sơ đồ logic cắt (d). (Hình 4.26 )

Do vùng I là vùng bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên chỉ cần sự cố xảy ra trong vùng này bảo vệ sẽ tác động mà không cần phối hợp với các bảo vệ khác. Giá trị tổng trở đặt vùng I phụ thuộc vào từng trường hợp tương ứng với từng loại rơle cụ thể.

Trường hợp tại thanh góp B không có nguồn trực tiếp nối vào cũng như không có nhánh rẽ qua máy biến áp và sai lệch giữa các BI, BU không lớn hoặc với các rơle số hiện đại có bộ lọc số tốc độ cao (7SA513). Để đơn giản người ta thường xác định tổng trở đặt vùng I ( ZAI size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } } {}) bằng 85% tổng trở của đường dây AB (ZlAB):

ZAI=0,85.ZlAB size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } =0,"85" "." Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-61)

Trường hợp có kể đến các sai số của các phần tử khoảng cách, các biến dòng BI, biến điện áp BU cũng như sai số về thông số tổng trở đo được, ngắn mạch qua điện trở hồ quang, ảnh hưởng bởi chiều dài đường dây..., có thể làm cho rơle tác động nhầm khi sự cố thực tế nằm ngoài vùng I (ví dụ ngắn mạch trên đoạn BC). Khi đó người ta có thể sử dụng công thức:

ZAI=11+β+δZlAB size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } = { {1} over {1+β+δ} } Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-62)

  • Với β ≈ 0,05 là hệ số tính đến sai số của rơle khoảng cách (tuỳ vào từng loại mà có thể có các giá trị β khác nhau); δ = 0,1 là hệ số tính đến sai số của các biến dòng BI, biến điện áp đo lường BU và khoảng dự phòng của rơle.

Khi thay các giá trị trên vào công thức (4-62) giá trị ZAI size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } } {} sẽ dao động trong khoảng (0,8 ÷ 0,9) độ dài thực đường dây AB, do đó nó cũng phù hợp với công thức (4-61).

Trên thực tế không phải bất cứ loại rơle khoảng cách nào cũng có giá trị đặt trực tiếp là tổng trở Z (P44X của Alstom (Pháp), Sel321 của Sel (Mỹ)). Ví dụ như 7SA513 của Siemens (Đức), giá trị đặt của rơle này cụ thể là các giá trị điện kháng và điện trở (khi xét đến sự cố chạm đất) và chúng được xác định bằng 85% chiều dài đường dây.

XAprimI=0,85.XlAB size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } =0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-63a)

XAsecoI=NctNvt.XAprimI.InA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } "." X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } "." { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} (4-63b)

RAprimI=RlAB+12.Rarc size 12{R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } =R rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1} over {2} } "." R rSub { size 8{ ital "arc"} } } {} (4-64a)

RAsecoI=NctNvt.RAprimI.InA size 12{R rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } "." R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } "." { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} (4-64b)

  • Trong đó:

XAprimI size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } } {}, XAsecoI size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } } {}: giá trị điện kháng sơ và thứ cấp cần xác định.

RAprimI size 12{R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } } {}, RAsecoI size 12{R rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } } {}: giá trị điện trở sơ và thứ cấp.

Nct, Nvt: lần lượt là tỉ số biến dòng BI và biến áp BU.

InA size 12{ { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {}: dòng danh định của rơle được tính bằng dòng thứ cấp của BI.

Rarc: giá trị điện trở hồ quang do ngắn mạch gây ra (bị chia đều cho hai pha khác nhau), Rarc được xác định theo công thức C. Warrington đối với sự cố pha-pha:

Rarc=28700.(D+v.tc)IN1,4 size 12{R rSub { size 8{ ital "arc"} } = { {"28700" "." \( D+v "." t rSub { size 8{c} } \) } over {I rSub { size 8{N} } rSup { size 8{1,4} } } } } {} (4-65)

  • với D là khoảng cách tương đương giữa các pha (m), đối với đường dây cáp ba pha trên không: D =DAB.DAC.DBC3 size 12{"D "= nroot { size 8{3} } {D rSub { size 8{ ital "AB"} } "." D rSub { size 8{ ital "AC"} } "." D rSub { size 8{ ital "BC"} } } } {}; v là vận tốc gió (m/sec); tc là thời gian cắt ngắn mạch của hệ thống bảo vê (sec); IN dòng ngắn mạch tổng theo hai phía đường dây đến điểm ngắn mạch (đối với đường dây có hai nguồn cung cấp từ hai đầu). Trên thực tế giá trị này xác định nhờ tính toán theo các chương trình tính ngắn mạch trên máy tính.

RlAB, XlAB: giá trị điện trở và điện kháng của đoạn đường dây AB ( Ω size 12{ %OMEGA } {}).

Chú ý các giá trị xác định theo các công thức trên chưa tính đến trường hợp sử dụng chức năng tự động đóng lặp lại TĐL (auto recloser) của bảo vệ khoảng cách.

Vùng II:

Chức năng của vùng này là bảo vệ đoạn cuối đường dây AB (khoảng (15 ÷ 20)% đoạn đường dây AB tính từ thanh góp B) ngoài khu vực vùng I của rơle khoảng cách đặt tại A và yêu cầu bắt buộc là nó phải bao trùm hoàn toàn thanh góp trạm B sao cho tất cả các sự cố xảy ra trong đoạn này và toàn bộ vùng I phải nằm trong vùng II, ngoài ra nó còn có thể làm nhiệm vụ dự phòng một phần cho bảo vệ vùng I đặt tại thanh góp B. Thời gian tác động của vùng II đối với tất cả các rơle ở các trạm thường được đặt bằng nhau trừ một số trường đặc biệt, giá trị thời gian đặt này được chọn lớn hơn thời gian đặt vùng I của đoạn sau liền kề cũng như của các bảo vệ cắt nhanh của các máy biến áp nối vào thanh góp trạm B một bậc chọn lọc là Δt, thường tIIA ≈ 0,5 sec.

Cũng như vùng I tổng trở đặt của vùng II được chọn tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể.

Trường hợp tại thanh góp B không có nguồn trực tiếp nối vào cũng như không có rẽ nhánh qua máy biến áp và sự sai lệch giữa các BI, BU không lớn hoặc sử dụng các rơle có bộ lọc số tốc độ cao thì giá trị cài đặt tổng trở có thể xác định theo công thức:

ZAII=0,8.(ZlAB+0,85.ZlBC) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } =0,8 "." \( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,"85" "." Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } \) } {} (4-66)

Với 7SA513 của Siemens thì giá trị cài đặt vùng II được xác định:

XAprimII=0,8.(XlAB+0,85.XlBC) size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } =0,8 "." \( X rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lBC"} } \) } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-67a)

XAsecoII=NctNvtXAprimIIInA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "II"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-67b)

Với P441, P442, P444 của Alstoms:

ZAprimII=ZlAB+0,3.ZlBC size 12{Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } =Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,3 "." Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-68a)

ZAsecoII=NctNvtZAprimII size 12{Z rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "II"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-68b)

Trường hợp tại thanh góp trạm B có nguồn dòng khác bơm vào hoặc có rẽ nhánh cũng như khi tính toán có thể kể đến các sai số của BI, BU và của bản thân rơle..., khi đó giá trị tổng trở đặt của rơle có thể chọn theo công thức:

ZAII11+β+δ(ZlAB+1αKpdBCZBI) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } <= { {1} over {1+β+δ} } \( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1 - α} over {K rSub { size 8{ ital "pdBC"} } } } Z rSub { size 8{B} } rSup { size 8{I} } \) } {} (4-69)

  • Trong đó:

α = 0,1: hệ số tính đến khoảng đường biên an toàn để vùng II của bảo vệ khoảng cách tại A không lấn sang vùng II của bảo vệ khoảng cách tại B.

KpdBC: hệ số phân dòng của đường dây BC tại thanh góp B, có giá trị bằng tỉ số giữa dòng qua rơle (tại A) và dòng qua điểm ngắn mạch tại N1 (hình 4.26).

Theo công thức (4-69) thì độ dài vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại thanh góp A phải được chọn sao cho không được phép lấn sang vùng II của rơle tại B, vì nếu như vậy khi có ngắn mạch ở vùng lấn này, các rơle có thể tác động không chọn lọc vì thời gian đặt vùng II (tII) của các bảo vệ khoảng cách đều bằng nhau nên không biết rơle nào sẽ tác động trước nếu bảo vệ vùng I của rơle tại B không tác động, mặt khác do các hệ thống bảo vệ đều có sai số (β, δ) nên khi tính độ dài vùng II của rơle khoảng cách tại A trong công thức (4-69) phải có hệ số 1/(1+β+δ) để rút ngắn vùng này lại. Ngoài ra để đảm bảo hơn nữa, phải có thêm một khoảng đường biên an toàn được xác định bởi hệ số α ≈ 0,1 cho phép rút gọn vùng II thực tế BF nằm trong đoạn BC (hình 4.26). Vùng II tổng trở thực tế BF mà rơle khoảng cách tại A đo được khác biệt với tổng trở thực tế của đoạn này ở hệ số phân dòng Kpd, hệ số này là đại lượng biểu thị lượng công suất thêm vào hay bớt đi tại điểm nào đó nằm giữa điểm đặt rơle và điểm ngắn mạch do cấu trúc của mạch vòng có nhiều nguồn cung cấp của hệ thống điện. Trên thực tế hệ số phân dòng này có thể làm cho giá trị tổng trở đo được của vùng II thay đổi khá lớn gây khó khăn cho việc phối hợp với các bảo vệ vùng I của rơle khoảng cách đặt tại B.

Ảnh hưởng của Kpd đến hiện tượng hụt vùng (kpd<1) và vượt vùng (kpd<1) (Hình 4.27)

Khi Kpd < 1 (hình 4.27) nghĩa là giá trị tổng trở đo được lớn hơn tổng trở thực tế, trường hợp này người ta gọi là hiện tượng hụt vùng (underreach). Lúc đó rơle chỉ có thể phát hiện được những sự cố ở vị trí gần hơn so với vị trí có giá trị cài đặt tổng trở vùng. Nếu điều này xảy ra đối với vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A thì có nghĩa là vùng bảo vệ dự phòng cho vùng I của rơle khoảng cách đặt tại B sẽ giảm đi và như vậy thời gian cắt dự phòng cho vùng I của bảo vệ tại B sẽ tăng lên đến tIIIA, làm giảm hiệu quả dự phòng của bảo vệ A. Việc áp dụng công thức (4-69) sẽ gây rất nhiều khó khăn cho khả năng phối hợp cấp II của bảo vệ tại A với cấp I của bảo vệ tại B nếu giá trị Kpd dao động trong khoảng rộng. Để khắc phục điều này, người ta có hai hướng giải quyết: thứ nhất là chọn giá trị Kpd cực đại để tính toán, thứ hai là tính toán các giá trị chỉnh định khác nhau trong chế độ cực đại và cực tiểu để cài đặt vào rơle. Điều này rất dễ dàng với các rơle số vì bộ nhớ của chúng cho phép chưa nhiều bộ tham số chỉnh định khác nhau.

Khi hệ số Kpd > 1 (hình 4.27) sẽ xảy ra hiện tượng vượt vùng (overreach). Khi đó giá trị tổng trở đo được sẽ nhỏ hơn tổng trở thực tế cài đặt vùng và rơle sẽ cắt được các ngắn mạch ở xa hơn so với giá trị vùng cài đặt, nói cách khác là giới hạn vùng bảo vệ sẽ tăng lên. Điều này chưa chắc đã tốt vì khi đó vùng II của bảo vệ đặt tại A có thể sẽ bị lấn sang vùng II của bảo vệ tại B và như vậy các bảo vệ có thể tác động không chọn lọc.

Trường hợp tại thanh góp trạm B có máy biến áp phân nhánh nối vào, khi đó độ dài vùng II của rơle khoảng cách tại A không được phép bao trùm máy biến áp trên mà thời gian cắt nhanh nhất của bảo vệ máy biến áp lớn hơn thời gian tác động của vùng II (tII). Thực vậy, giả sử nếu xảy ra ngắn mạch tại N3 (hình 4.26) sau máy biến áp có loại bảo vệ như trên, nếu N3 nằm trong vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A thì rơle khoảng cách tại A có thể sẽ tác động cắt máy cắt tại thanh góp A trước khi máy cắt bảo vệ máy biến áp tác động, điều này là không cho phép. Để tránh trường hợp này thì tổng trở đặt vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A phải được chọn theo công thức:

ZAII11+β+δ(ZlAB+1KpdMBAZMBAmin) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } <= { {1} over {1+β+δ} } \( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1} over {K rSub { size 8{ ital "pdMBA"} } } } Z rSub { size 8{ ital "MBA""min"} } \) } {} (4-70)

  • Trong đó:

KpdMBA: hệ số phân dòng qua máy biến áp.

ZMBAmin: tổng trở tương đương nhỏ nhất của một trong số các máy biến áp nối vào thanh cái trạm B.

Thông thường giá trị tổng trở đặt vùng II của bảo vệ tại A được chọn theo giá trị nhỏ nhất của biểu thức (4-69) và (4-70).

Theo các lập luận trên đây thì các công thức (4-66) đến (4-68) thường chỉ áp dụng cho các lưới hình tia một nguồn cung cấp (đặc trưng của lưới phân phối) còn đối với mạng điện vòng thì phải áp dụng các công thức có tính đến hệ số phân dòng.

Nếu từ thanh góp trạm B có nhiều đường dây ra thì đường dây nào có chiều dài nhỏ nhất sẽ được chọn để phối hợp với tổng trở vùng II của bảo vệ đặt tại A.

Vùng III:

Hiện nay cách tính độ dài vùng III của bảo vệ khoảng cách ba cấp vẫn chưa thống nhất. Tuỳ vào từng trường hợp, mục đích sử dụng vùng này mà giá trị tổng trở đặt vùng III sẽ được xác định theo các công thức hợp lý. Trên thức tế ở Việt Nam một số nơi vùng III không được sử dụng.

Nếu xem vùng III của rơle khoảng cách đặt tại A thuần tuý dự phòng cho vùng II rơle A và nó phải phối hợp tốt với vùng II của rơle đặt tại B thì có thể áp dụng công thức (4-71) cho trường hợp đơn giản:

ZAIII=0,8[ZlAB+0,8(ZlBC+0,85ZlCD)] size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =0,8 \[ Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,8 \( Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } +0,"85"Z rSub { size 8{ ital "lCD"} } \) \] } {} (4-71)

  • và công thức (4-72) cho trường hợp phối hợp với vùng II của bảo vệ phía sau kề nó (tại B):

ZAIII=Ktc.(ZlAB+1αKpdZBII) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =K rSub { size 8{ ital "tc"} } "." \( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1 - α} over {K rSub { size 8{ ital "pd"} } } } Z rSub { size 8{B} } rSup { size 8{ ital "II"} } \) } {} (4-72)

  • với Ktc là hệ số tin cậy, Ktc = 1,2.

Đối với rơle 7SA513 của Siemens, giá trị đặt vùng III được xác định theo giá trị điện kháng như sau:

XAprimIII=0,8.[XlAB+0,8.(XlBC+0,85.XlCD)] size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } =0,8 "." \[ X rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,8 "." \( X rSub { size 8{ ital "lBC"} } +0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lCD"} } \) \] } {} (4-73a)

XAsecoIII=NctNvtXAprimIIIInA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "III"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-73b)

Tuy nhiên, khi áp dụng các công thức này đối với lưới mạch vòng thì không phải lúc nào cũng có thể đảm bảo được sự phối hợp tốt giữa các bảo vệ. Giả sử xét mạng điện như hình 4.28, trong đó đoạn đường dây BC có tổng trở lớn hơn tổng trở đoạn BMC (giả sử do các đường dây này có tiết diện dây lớn,...). khi có ngắn mạch tại N, nếu theo mạch thẳng ABCN thì điểm sự cố nằm ở vùng III của bảo vệ khoảng cách đặt tại A và là vùng II của bảo vệ tại B.

Sự không phối hợp giữa bảo vệ trạm A và B (Hình 4.28)

Tuy nhiên nếu xét theo mạch vòng ABMCN thì tổng trở ngắn mạch đo được tại A nhỏ hơn nên có thể rơi vào vùng II của bảo vệ đặt tại A. Khi đó bảo vệ đặt tại A và B có thể tác động không chọn lọc.

Như vậy, các công thức (4-71); (4-72) chỉ nên áp dụng cho lưới hình tia một nguồn cung cấp. Đối với mạng điện vòng do ảnh hưởng của của hệ số phân dòng nên giá trị tổng trở đo được vùng III có thể biến thiên trong dải khá rộng và khi đó việc tính toán giá trị cài đặt vùng III rất phức tạp vì phải tính toán nhiều giá trị đặt trong những trường hợp vận hành khác nhau để cài đặt vào bộ nhớ của rơle.

Thời gian đặt vùng III của bảo vệ tại A trong trường hợp này có thể phối hợp với thời gian đặt vùng II của nó theo công thức sau:

tAIII=tAII+Δt size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } +Δt} {} (4-74)

  • Nếu xem vùng III của bảo vệ khoảng cách tại A không những để dự phòng cho vùng cho vùng II của nó mà còn dùng dự phòng xa cho bảo vệ đường dây liền kề (BC) và không để ý đến yêu cầu phối hợp vùng III này với vùng III của bảo vệ đặt tại B. Khi đó, giá trị đặt vùng III của bảo vệ khoảng cách tại A được lấy bằng tổng đường dây được bảo vệ (AB) với đường dây liền kề dài nhất (BC) và 25% đường dây thứ ba (CD) hoặc bằng 120% tổng đường dây được bảo vệ với đường dây liền kề dài nhất. Điều này cho phép rơle A có thể cắt được các ngắn mạch trên đường dây liền kề (BC) khi toàn bộ bảo vệ của đoạn đường dây liền kề này không làm việc. Ví dụ với rơle khoảng cách số P44X của Alstoms, giá trị tổng trở đặt vùng III được xác định như sau:

ZAprimIII=(ZlAB+ZlBC).1,2 size 12{Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } = \( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } \) "." 1,2} {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-75a)

ZAsecoIII=ZAprimIIINctNvt size 12{Z rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "III"} } =Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-75b)

  • Hoặc cũng có thể xác định theo công thức :

ZAIIIZlAB+IR+IFIFZlBC size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } >= Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {I rSub { size 8{R} } +I rSub { size 8{F} } } over {I rSub { size 8{F} } } } Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } } {} (4-76)

  • với IR, IF tương ứng là dòng qua rơle và dòng đi vào điểm sự cố tại thanh góp trung gian trong chế độ dòng vào cực đại.

Thời gian đặt của vùng III trong trường hợp này được phối hợp với thời gian đặt vùng II của bảo vệ liền kề (tại B):

tAIII=tBII+Δt size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =t rSub { size 8{B} } rSup { size 8{ ital "II"} } +Δt} {} (4-77)

Ngoài ra cũng có một phương án đề xuất xác định tổng trở đặt vùng III theo tổng trở làm việc nhỏ nhất của tải theo công thức:

ZAIII=ZlvminKtc.Kmm.Ktv size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } = { {Z rSub { size 8{ ital "lv""min"} } } over {K rSub { size 8{ ital "tc"} } "." K rSub { size 8{ ital "mm"} } "." K rSub { size 8{ ital "tv"} } } } } {} (4-78)

  • với tổng trở làm việc nhỏ nhất được tính theo công thức:

Zlvmin=Ulvmin3.Ilvmax size 12{Z rSub { size 8{ ital "lv""min"} } = { {U rSub { size 8{ ital "lv""min"} } } over { sqrt {3} "." I rSub { size 8{ ital "lv""max"} } } } } {} (4-79)

  • Trong đó:

Kmm: hệ số mở máy, Kmm = 1,3.

Ktv: hệ số trở về của rơle, Ktv = (1,05 ÷ 1,1).

RTuy nhiên công thức này chưa hợp lý lắm khi áp dụng cho rơle số vì đối với lưới truyền tải, góc của tải thường nhỏ hơn (20 ÷ 30)0 so với trục R (hình 4.29) trong khi góc tổng trở đường dây thường lớn hơn 600 và các rơle khoảng cách thường được xác định hướng theo góc này hoặc theo hướng điện kháng chứ không theo trục R. Hơn nữa trong các rơle số thường cài đặt thêm chức năng khoá rơle trong vùng lấn của tải (load encroachment), do đó các giá trị đặt của rơle càng không phụ thuộc vào các chế độ của tải.

Hướng đặt của bảo vệ khoảng cách và vị trí tổng trở tải (Hình 4.29)

Các sơ đồ cắt liên động trong bảo vệ khoảng cách:

Trong hệ thống điện, đặc biệt đối với lưới truyền tải, yêu cầu về độ chọn lọc cũng như tốc độ khắc phục sự cố đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng như tính ổn định của hệ thống. Khi cấp điện áp và công suất truyền tải tăng lên, các yêu cầu nói trên càng trở nên ngặt nghèo mà trong nhiều trường hợp các bảo vệ dùng nguyên lý phân cấp ba vùng khoảng cách thông thường đã xét tỏ ra không đáp ứng được. Để khắc phục điều này, hiện nay ngoài việc sử dụng các rơle cũng như các thiết bị đóng cắt chất lượng cao, người ta áp dụng các loại sơ đồ khoảng cách khác nhau trong số đó có sơ đồ sử dụng đường truyền thông tin liên lạc làm việc kết hợp với các logic khác nhau để tăng độ tin cậy của bảo vệ.

Chúng ta nhận thấy rằng vùng I của bảo vệ khoảng cách (tại thanh góp A) chỉ có thể bảo vệ cắt tức thời được khoảng 80% chiều dài đoạn đường dây AB, 20% đoạn còn lại sẽ được loại trừ ngắn mạch với thời gian cấp II (tII). Để có thể loại trừ nhanh sự cố trên 100% đoạn AB người ta dùng các sơ đồ cắt liên động truyền cắt tín hiệu cho phép hoặc khoá giữa hai bảo vệ khoảng cách đặt ở hai đầu đoạn đường dây AB.

Các đường truyền thông tin liên lạc dùng trong bảo vệ rơle có thể là các đường thông tin hữu tuyến kiểu dây dẫn tín hiệu (pilot wire) hay kênh dẫn tín hiệu (pilot chanel), kênh tải ba PLC (power line carrier), các kênh vô tuyến chuyển tiếp hay vi ba (microwave) và các đường truyền cáp quang... Chức năng của chúng là truyền thông tin từ một đầu của đường dây được bảo vệ đến đầu kia để tạo các tín hiệu cắt liên động (transfer trip) trực tiếp, tín hiệu cho phép, tín hiệu khoá hay tín hiệu giải khoá... Các tín hiệu này thường ở dạng số, có thể là một bit thông tin riêng lẻ kiểu đóng - mở (ON - OFF) hoặc dãy các tín hiệu số gọi là thông báo. Dưới đây sẽ trình bày sơ lược các sơ đồ bảo vệ liên động:

Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT (direct transfer trip):

Theo sơ đồ này, rơle ở mỗi đầu khi phát hiện sự cố và cắt máy cắt của nó sẽ truyền tín hiệu tới rơle đầu đối diện qua một trong những cổng truyền thông số output. Rơle phía đầu nhận sẽ nhận được tín hiệu này qua cổng vào số input. Giá trị gán ở đầu vào này có thể là một biến (variable) hay một hàm (function) có khả năng phát tín hiệu cắt trực tiếp ở đầu ra của rơle (nhận tín hiệu) tới máy cắt của nó mà không cần kiểm tra bất cứ điều kiện nào.

Trong sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT, tín hiệu cắt sẽ được phát đi cắt máy cắt đồng thời chuyển thành tín hiệu liên động kiểu trực tiếp cho rơle phía đối diện. Rơle phía đối diện về mặt nguyên lý cũng phải được cài đặt giống rơle này.

Sơ đồ vùng I mở rộng khi có ngắn mạch trong và ngoài đường dây (a) và logic cắt của rơle số (b) (Hình 4.30)

Trên hình 4.30 ta giả sử rơle khoảng cách B1 là rơle phát tín hiệu, rơle khoảng cách A2 là rơle thu tín hiệu phát từ B1 khi có sự cố tại N2 thuộc vùng cắt nhanh (tI) của B1. Nếu sử dụng sơ đồ khoảng cách thông thường thì rơle A2 sẽ cắt máy cắt với thời gian trễ của vùng II (tIIA2), thời gian này đôi khi quá lớn (300 ÷ 600 msec) đối với một số đường dây truyền tải cao áp và siêu cao áp. Khi đó sơ đồ cắt liên động dùng đường truyền thông tin cho phép giảm đáng kể thời gian cắt của rơle A2. Thực vậy, khi đó rơle B1 sẽ đưa tín hiệu cắt máy cắt tức thời (30 msec), đồng thời phát tín hiệu liên động trực tiếp của nó ra đầu ra số output và thông qua đường truyền tin (đi mất tối đa 20 msec) tới đầu vào số input của rơle A2. Rơle A2 sẽ cắt ngay máy cắt của nó khi nhận được tín hiệu trực tiếp này.

Sơ đồ logic cắt liên động DUTT bên trong rơle SEL-321 (Hình 4.31a)

Thời gian cách ly sự cố (kể cả thời gian thao tác máy cắt (40 ÷ 50) msec) trong trường hợp này chỉ còn khoảng (90 ÷ 100) msec rõ ràng là nhanh hơn rất nhiều so với thời gian tIIA2. Rơle B1 cũng có giá trị đặt và thao tác tương tự như rơle A2 khi sự cố ở gần đầu trạm A. Như vậy, việc sử dụng đường truyền tín hiệu liên động nói chung sẽ giảm thời gian cắt sự cố trên 100% độ dài đoạn đường dây được bảo vệ (AB). Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với độ ổn định động của toàn bộ hệ thống, đặc biệt đối với các lưới liên kết cao áp hoặc siêu cao áp.

Sơ đồ logic cắt liên động trực tiếp DTT đồng thời 3 pha (a) và độc lập từng pha (Hình 4.31b)

Một số kí hiệu trên sơ đồ:

M1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến MHO.

M2PT: tổng trở pha vùng 2 theo đặc tuyến MHO tác động có thời gian.

Z1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến tứ giác pha.

Z1G: tổng trở vùng 1 theo đặc tuyến tứ giác pha-đất.

Z2GT: tổng trở vùng 2 theo đặc tuyến tứ giác pha-đất tác động có thời gian.

KEY: tín hiệu liên động đầu ra.

Trong trường hợp sử dụng máy cắt đơn pha cần phải tạo ra ba tín hiệu cắt từng pha TPA (trip phase A), TPB và TPC. Các tín hiệu này có thể dùng làm tín hiệu liên động để trực tiếp gởi đi. Phía đầu rơle đối diện chúng được đưa vào các đầu vào khác nhau để gán thành các biến DTA (Direct tripping A), DTB và DTC. Các biến này được đặt trong biến cắt vô điều kiện MTU gởi tới máy cắt.

Nếu phần tử phát tín hiệu trực tiếp của rơle đầu phát là phần tử nội tuyến (vùng I khoảng cách) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu trực tiếp DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip) (hình 4.31). Còn nếu phần tử phát tín hiệu trực tiếp của rơle đầu phát là phần tử vượt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu trực tiếp DOTT (Direct Overreaching Transfer Trip).

Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp có ưu điểm là đơn giản nhưng độ tin cậy không cao. Nếu đường truyền vì nguyên nhân nào đó như bị nhiễu, phát tín hiệu sai... thì rơle có thể cắt máy cắt nhầm gây mất điện không đáng có.

Các sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT:

Do những nhược điểm vừa nêu trên đây của các sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT, trên thực tế người ta hay sử dụng loại sơ đồ truyền tín hiệu cho phép PTT (Permissive Transfer Trip) có độ tin cậy cao hơn. Thực chất của loại sơ đồ này là khi rơle nhận được tín cắt liên động từ phía đối diện gởi tới, nó không gửi tín hiệu cắt ngay mà còn kiểm tra xem điều kiện nào đó được thoả mãn không, nếu có thì mới phát tín hiệu đi cắt máy cắt. Điều kiện này có thể là khi rơle phía đầu nhận phát hiện sự cố bởi các vùng khoảng cách, phần tử định hướng hay phần tử phát hiện sự cố tác động. Như vậy tín hiệu liên động không phải là tín hiệu trực tiếp DTT mà chỉ là tín hiệu cho phép PTT, đôi khi nó còn được viết tắt là PIT (Transmissive Intertrip).

Cũng tương tự như trên, nếu phần tử phát tín hiệu cho phép của rơle đầu phát là phần tử nội tuyến (vùng I khoảng cách) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phép PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip). Còn nếu phần tử phát tín hiệu cho phép của rơle đầu phát là phần tử vượt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phép POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip). Với 7SA513, có thể dùng cùng một lúc cả hai kiểu truyền POTT và PUTT độc lập qua các đường nối sóng mang riêng biệt. Khi đó kiểu truyền PUTT hoạt động trong vùng I còn kiểu truyền POTT hoạt động trong vùng mở rộng hoặc với vùng phát hiện sự cố. Trên thực tế người ta có thể phân biệt các sơ đồ POTT thuần tuý (dùng bảo vệ khoảng cách ba cấp kết hợp với cắt liên động, còn gọi là POTT1) và sơ đồ có thêm vùng III khoảng cách hướng ngược có chức năng khoá (POTT2). Loại sơ đồ sau làm việc tương tự như sơ đồ thuần tuý đối với các sự cố bên trong đường dây. Còn đối với các sự cố bên ngoài, vùng III hướng ngược này sẽ khoá toàn bộ bảo vệ khoảng cách lại.

Nếu một hư hỏng xảy ra trong thiết bị nhận tín hiệu hay trong đường truyền, logic nhận của bộ giao tiếp viễn thông đa năng có thể bị khoá bởi đầu vào nhị phân và điều này sẽ không ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ khoảng cách thông thường. Khi đó việc điều khiển khoảng đo vùng mở rộng sẽ được chuyển đến chức năng TĐL nếu chức năng này chưa bị khoá.

Sơ đồ khối của chức năng cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT (Hình 4.32)

Trên hình 4.32 trình bày sơ đồ khối tổng thể của logic cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT dùng chung cho cả hai kiểu PUTT và POTT. Việc chuyển từ sơ đồ này sang sơ đồ kia được thực hiện bằng chuyển mạch logic (mạch lật,...) mà ở đây ta chỉ thể hiện như một tiếp điểm cơ khí thông thường.

Trên sơ này chúng ta nhận thấy logic PUTT và POTT khác nhau ở những điểm cơ bản sau:

Trong sơ đồ PUTT, phần tử khởi phát tín hiệu liên động cho bảo vệ khoảng cách đối diện khi thao tác cắt máy cắt tại chỗ là vùng I, trong khi ở sơ đồ kia là các phần tử có giới hạn vùng vượt ra ngoài vùng I như vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng...

Trong sơ đồ PUTT có thể chỉ cần phải dùng một đường truyền tín hiệu theo hai chiều cho các tín hiệu liên động, vì khi có các sự cố ở cuối đường dây (ví dụ điểm N2 trên đường dây được bảo vệ AB, hình 4.26), chỉ có một phần tử phát tín hiệu liên động làm việc (của rơle B1). Còn khi ngắn mạch ở vị trí giao nhau của vùng I của các rơle hai đầu (tại N1), sơ đồ cắt liên động lại không cần thiết vì sự cố nằm trong vùng I của cả hai bảo vệ nên sự cố sẽ được loại trừ với thời gian tI ≈ 0 sec. Ngược lại trong sơ đồ POTT, với mọi vị trí ngắn mạch trong đường dây, hai phần tử phát tín hiệu liên động ở hai đầu đều làm việc nên ở đây cần phải có hai đường tín hiệu riêng rẽ truyền tín hiệu theo hai chiều khác nhau, hoặc một đường truyền tin làm việc trong chế độ phân chia thời gian kiểu song công (duplex).

Đối với đường dây ngắn, sơ đồ PUTT chỉ nên sử dụng với đặc tuyến tứ giác để tránh hiện tượng hụt vùng vì vùng I khoảng cách với đặc tuyến này khi đó bao trùm được điện trở sự cố (thường lớn hơn so với điện trở đường dây). Như minh hoạ trên hình 4.33a, với việc sử dụng đặc tuyến MHO, điện trở sự cố (do hồ quang, điện trở tiếp xúc...) sẽ làm giảm vùng I lý thuyết AC xuống còn thành đoạn AD trên thực tế, đoạn này có thể giảm xuống thấp hơn 50% chiều dài đường dây AB và sự cố ở giữa đường dây với điện trở hồ quang lớn sẽ nằm ngoài giới hạn vùng I của cả hai đầu. Nếu sử dụng sơ đồ POTT thì có thể dùng đặc tuyến MHO vì vùng II khoảng cách khi đó có khoảng phủ theo trục điện trở lớn hơn nhiều so với vùng I.

Anh hưởng của điện trở sự cố đến vùng I khoảng cách MHO trong sơ đồ PUTT (a) và vai trò của phần tử ra quyết định cắt trong các sơ đồ PTT (b) (Hình 4.33)

Đối với tín hiệu liên động được truyền đi thường có các yêu cầu sau:

Trong sơ đồ PUTT, phần tử quyết định cắt có thể là phần tử vô hướng hoặc có hướng. Còn trong sơ đồ POTT, nó phải là phần tử có hướng và hướng về phía đường dây. Thực vậy, giả sử nếu trong sơ đồ này dùng phần tử ra quyết định cắt thuộc loại vô hướng (biểu diễn bởi đường nét liền dưới cùng như trên hình 4.33b), thì khi có ngắn mạch tại điểm N2 ngoài đường dây AB nhưng trong vùng II của rơle A, rơle này sẽ phát tín hiệu cho phép đến rơle B. Vì phần tử ra quyết định cắt vô hướng của rơle B cũng nhận ra sự cố này trong giới hạn vùng của nó nên rơle B vẫn tác động, nghĩa là gây cắt nhầm.

Tín hiệu liên động ở đầu phát có thể được làm trễ (sườn trước) độc lập với thời gian trễ của phần tử khởi phát tín hiệu.

Tín hiệu liên động sau khi qua giao diện truyền tin của rơle phát cần phải được kéo dài sườn sau khoảng thời gian so với tín hiệu phát của phần tử khởi phát tín hiệu liên động. Điều này nhằm đảm bảo tín hiệu liên động đến được với đầu thu một cách toàn vẹn ngay cả trong trường hợp phần tử khởi phát bị ngắt đột ngột hay đường dây truyền tin quá dài.

Đối với rơle phía đầu nhận cũng vậy, sườn sau của tín hiệu thu cũng phải được kéo dài một khoản thời gian là Tr (hình 4.32). cần chú ý là phần tử thời gian Tr này thường được sử dụng trong các sơ đồ kiểu PUTT, còn trong sơ POTT ít được dùng.

Đối với các ứng dụng cắt liên động dùng tín hiệu cho phép sử dụng kênh cao tần thông thường bằng đường dây tải điện (tải ba) PLC, độ tin cậy truyền tin không cao do tín hiệu truyền liên động phải đi qua điểm sự cố trên đường dây tải điện nên hay bị nghẽn và suy hao lớn (tới 20 ÷ 30 dB). Trong trường hợp không có thiết bị khuếch đại công suất để tín hiệu có thể vượt qua điểm nghẽn thì phải dùng loại kênh truyền khác cũng sử dụng đường dây tải điện như kênh mã chuyển tần (SFK). Kênh này có độ chống nhiễu cao hơn và có thể được dùng để tạo tín hiệu cửa sổ giải khoá cho chức năng cắt liên động trong các sơ đồ giải khoá.

Trên hình 4.34 trình bày sơ đồ nối dây của hệ thống bảo vệ đường dây ALPS của hãng GE-Multilin (Mỹ) theo logic POTT với giao diện truyền tin. Tín hiệu cho phép từ phía xa gửi đến sẽ khép mạch tiếp điểm đầu ra của đầu thu và kích hoạt đầu vào số tại các chân D2-D18. còn khi rơle này phát tín hiệu cho phép gởi đi, nó sẽ khép mạch rơle tín hiệu đầu ra tại các chân B5-B21 và kích hoạt đầu phát của giao diện truyền tín hiệu liên lạc.

Sơ đồ nối dây theo logic POTT sử dụng giao diện dải âm tần NS40A và rơle khoảng cách ALPS của GEC-Multilin (Hình 4.34)

Trong các sơ đồ cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phép PUTT giai đoạn đầu, người ta thường sử dụng vùng I khoảng cách vừa làm phần tử khởi phát tín hiệu liên động đi xa, vừa làm phần tử ra quyết định cắt khi nhận được tín hiệu cho phép từ xa gởi tới. Sơ đồ như vậy có thể không cho phép cắt nhanh các sự cố cuối đường dây được bảo vệ. Giả sử khi có ngắn mạch tại điểm N1 (hình 4.33b), rơle A khi nhận được tín hiệu cho phép từ rơle B vẫn không thể thao tác cắt được vì sự cố nằm ngoài vùng I. Để khắc phục tình trạng này, người ta phải sử dụng vùng II để làm phần tử ra quyết định cắt.

Tuy nhiên khi đó do những hạn chế về công nghệ, vùng I và vùng II thường vẫn phải dùng chung mạch so sánh, nên thực tế hai vùng này vẫn không thể đồng thời được kích hoạt và vùng II thường phải ra quyết định cắt sau một khoảng thời gian trễ.

Trong các rơle khoảng cách kiểu không chuyển mạch (non-swiched relay), đặc biệt là rơle số hiện nay, vấn đề này đã được giải quyết và việc sử dụng sơ đồ PUTT không gây ra khó khăn nào.

Sơ đồ khoá liên động (Blocking scheme):

Khác với sơ đồ dùng tín hiệu cho phép, sơ đồ dùng tín hiệu khoá sử dụng đường dây truyền tin để truyền tín hiệu khoá khi rơle phát hiện thấy sự cố ở vùng ngược (hướng về phía thanh góp), bên ngoài đường dây được bảo vệ.

Sơ đồ khối của logic cắt dùng tín khoá liên động được trình bày trên hình 4.35a. Giả sử khi có ngắn mạch tại điểm N1 trong đoạn đường dây AB trên hình 4.35b, các vùng khoảng cách I hoặc II thông thường sẽ tác động. Còn khi có ngắn mạch tại điểm N2 các vùng khoảng cách I mở rộng hoặc vùng II thông thường sẽ phát tín hiệu cắt không có thời gian trễ cho máy cắt nếu chúng không nhận được tín hiệu khoá liên động từ phía đầu B gửi đến. Tín hiệu khoá này là của phần tử nào đó của bảo vệ khoảng cách có hướng ngược hướng về phía sau rơle, tức là phía thanh góp trạm B. Nó có thể là vùng III hướng ngược hoặc là sự kết hợp của phần tử phát hiện sự cố vô hướng với một phần tử định hướng thuận (forwards) như trên hình 4.35c.

Sơ đồ khối của chức năng cắt liên động dùng tín hiệu khoá trong rơle ở cả hai đầu đường dây được bảo vệ (Hình 4.35)

Khi có sự cố ở điểm N3 phía sau rơle B nhưng trong vùng II khoảng cách của rơle A, các vùng có hướng ngược này sẽ phát tín hiệu khoá tới rơle A để nó không bị cắt nhầm. Còn khi có ngắn mạch bên trong đường dây, chúng sẽ không phát tín hiệu khoá liên động. Như vậy giá trị đặt của vùng hướng ngược (vùng II hướng ngược, phần offset của phần tử phát hiện sự cố...) phải bao trùm phần vượt tuyến của vùng II khoảng cách để đảm bảo mọi sự cố ngoài đường dây nhưng trong vùng II phải được phát hiện bởi vùng hướng ngược này. Để bù sai số có thể lấy giá trị đặt bằng 1,2 lần phần vượt tuyến vùng II của rơle đầu đối diện.

Do có sự khác biệt về thời điểm tác động của các rơle hai đầu nên thời gian trễ T được dùng để khoá bảo vệ đầu A tránh cho bảo vệ tác động nhầm khi có sự cố thoáng qua, đồng thời để đợi tín hiệu khoá từ đầu B gửi đến. Khi có ngắn mạch tại N3, bảo vệ đường dây liền kề thường cắt nhanh sự cố này. Vì thời gian giải trừ tín hiệu khoá liên động của vùng ngược có thể rất ngắn, khiến cho tín hiệu khoá này tới đầu nhận có thể bị giải trừ trước khi thời gian T trôi qua. Do đó, thời gian trễ (sườn sau tín hiệu) ở đầu nhận Tn được sử dụng để bù đắp sự thiếu hụt thời gian của tín hiệu khoá. Trong trường hợp có hiện tượng đảo dòng, thời gian trễ Tr còn được dùng để khoá phần tử vượt tuyến của rơle A trong suốt thời gian đảo dòng khi có ngắn mạch phía sau rơle B. Tóm lại, các giá trị đặt thời gian của sơ đồ dùng tín hiệu khoá phải được tính toán chính xác đối với mọi chế độ làm việc của đối tượng bảo vệ để rơle luôn luôn nhận được tín hiệu khoá trong mọi trường hợp cần thiết.

Kênh truyền tin dùng trong sơ đồ khoá liên động có thể dùng loại một đường truyền kiểu đơn công. Trong trường hợp dùng hệ thống tải ba PLC, tín hiệu cao tần có thể chỉ làm việc trên một tần số. Nếu ở sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT, tín hiệu cho phép cao tần phải truyền qua điểm sự cố trên đường dây để đến đầu bên kia thì bảo vệ phía đối diện mới cắt máy cắt, còn với sơ đồ đang xét nếu bảo vệ phía đối diện không nhận được tín hiệu khoá thì nó sẽ phát lệnh cắt máy cắt như vậy thì mức độ an toàn có cao hơn nhưng có thể gây ra cắt nhầm. Nói chung đối với sơ đồ khoá liên động yêu cầu về chất lượng của đường truyền rất cao để tránh tác động nhầm. Khi kênh truyền hoặc bộ phận phát nhận tín hiệu bị hư hỏng thì sơ đồ liên động phải bị khoá và khi đó bảo vệ thực hiện các chức năng của một bảo vệ khoảng cách thông thường hoặc kết hợp với TĐL.

So với sơ đồ dùng tín hiệu cho phép PTT, sơ đồ dùng tín hiệu khoá liên động làm việc tốt hơn trong trường hợp ngắn mạch trong đường dây có một đầu là nguồn yếu. Khi đó đầu dây phía nguồn mạnh sẽ tự động cắt ra vì không có tín hiệu khoá từ phía nguồn yếu gửi tới.

Như ta đã thấy ở phần trên, sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT có tốc độ thao tác nhanh hơn các sơ đồ khoá liên động do không cần phải có thời gian trễ để chờ tín hiệu liên động từ phía đối diện. Thời gian nhận tín hiệu này lại thay đổi trong một khoảng rộng tuỳ theo từng trường hợp sự cố nên khoảng thời gian trễ phải được đặt lớn nhất để dự phòng. Tuy nhiên trong trường hợp đường truyền tín hiệu bị trục trặc làm cho tín hiệu cho phép không đến được nơi nhận, việc sử dụng sơ đồ PTT có thể khiến cho sự cố trong đường dây không bị cách ly, gây ảnh hưởng đến độ tin cậy của bảo vệ. Trong khi đó việc mất tín hiệu khoá trong sơ đồ khoá liên động do lỗi đường truyền chỉ có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm khi có ngắn mạch ngoài, tức là làm giảm tính chọn lọc của bảo vệ. Sự ưu việt của sơ đồ khoá càng thể hiện rõ trong các logic kết hợp với chức năng TĐL. Khi có sự cố bên trong đường dây dùng sơ đồ bảo vệ kiểu PTT, việc không có tín hiệu cho phép có thể làm cho bảo vệ hai đầu tác động không đồng thời, trong trường hợp này TĐL có thời gian chết ngắn ở đầu dây cắt ra trước sẽ luôn luôn thực hiện không thành công do phải đóng vào điểm có sự cố. Để khắc phục nhược điểm tác động chậm của sơ đồ khoá liên động và độ tin cậy của sơ đồ cắt liên động (PTT) người ta thường dùng sơ đồ giải khoá (unblocking scheme).

Sơ đồ giải khoá (unblocking scheme):

Đây là logic bảo vệ tương tự với chức năng cắt liên động dùng tín hiệu cho phép (PTT) nhưng có độ tin cậy cao hơn, sơ đồ giải khoá không hẳn là sơ đồ ngược với sơ đồ khoá đã xét. Trong trường hợp sự cố đường truyền, việc tự động giải khoá được tự động thực hiện một lần ở đầu nhận chứ không phải do tín hiệu từ xa gửi tới. Tín hiệu giải khoá và tín hiệu cho phép là hai dạng khác nhau của tín hiệu hoá giải (release) thường dùng trong các sơ đồ liên động.

Đối với sơ đồ cắt liên động sử dụng đường truyền tin bằng hệ thống tải ba PLC, tín hiệu cho phép có thể bị nghẽn do sự cố bên trong đường dây gây ra. Trong trường hợp sơ đồ PTT được kích hoạt, khi không có tín hiệu cho phép gửi đến trong một khoảng thời gian nào đó khi rơle phát hiện ra sự cố trong hướng tác động của mình, logic bảo vệ của nó sẽ khoá chức năng PTT lại và chuyển quyền kiểm soát sang các vùng khoảng cách thông thường. Điều này có nghĩa là sự cố sẽ bị cách ly chậm hơn so với các sơ đồ cắt liên động.

Sơ đồ giả khoá có khả năng giải việc khoá chức năng PTT trong các trường hợp nghẽn đường truyền nêu trên bằng cách không dùng tín hiệu cao tần PLC thông thường mà dùng loại mã chuyển tần SFK (frequency shifp keying). Mã này có hai tần số sóng mang: tần số thứ nhất ứng với trạng thái không có tín hiệu liên động gọi là tần số giám sát (guard), tần số thứ hai khác với tần số đầu ứng với trạng thái có tín hiệu liên động gọi là tần số làm việc hay tần số giải khoá (unblock frequency). Tần số thứ nhất f1 dùng để xác định đường truyền vẫn thông mạch và thường được gán mức logic “0”. Tần số thứ hai f2 thường được gán mức logic “1” tương ứng với trạng thái có điều kiện. Việc chuyển phương thức biến điệu từ biên độ sang biến điệu tần số có giải tần hẹp làm tăng khả năng chống nhiễu của tín hiệu liên động đối với các sự cố ngắn mạch trên đường truyền PLC.

Sơ đồ logic giải khoá điển hình tạo tín hiệu cho phép (Hình 4.36)

Trên hình 4.36 trình bày sơ đồ tạo tín hiệu giải khoá R tại đầu nhận của kênh cao tần PLC. Khi rơle phía xa phát tín hiệu cho phép, trong trường hợp làm việc bình thường của đường truyền tin, không có lỗi đường truyền (f = 0), tín hiệu liên động ứng với tần số f2 của sơ đồ PTT được bộ giải mã tạo thành tín hiệu U (U = 1). Mạch AND thứ nhất mở thông và tín hiệu giải khoá R = 1 sẽ thực hiện chức năng như một tín hiệu cho phép thông thường. Trong trường hợp đường truyền bị nghẽn hay bị đứt, cả tần số giám sát f1 và tần số giải khoá f2 đều không có (U = 0), bộ giải mã sẽ phát ra tín hiệu báo lỗi đường truyền f = 1. Khi đó mạch và thứ nhất ngắt, còn mạch và thứ hai mở thông cho phép tạo ra tín hiệu logic “1”. Sau khoảng thời gian trễ dự phòng thường là 20 msec, tín hiệu giải khoá R được phát ra trong vòng 100 msec rồi được giải trừ (R = 0). Trong thời gian đó, sơ đồ sử dụng tín hiệu cho phép tự tạo này để thực hiện quy trình thao tác của mình như trong trường hợp đường truyền tin vẫn làm việc tốt. Sau đó tín hiệu R = 0 sẽ được duy trì ở đầu ra mạch logic giải khoá cho đến khi đường truyền được phục hồi. Như vậy, khi đường truyền bị sự cố, sơ đồ giải khoá chỉ có thể dùng để thao tác một lần. Để phục hồi lại sự làm việc của sơ đồ này, cần phải khắc phục sự cố ngắn mạch hay đường truyền thông tin.

Như vậy sơ đồ giải khoá thực chất là biến thể của sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT. Việc áp dụng logic giải khoá làm tăng độ tin cậy của các sơ đồ POTT tiêu chuẩn.

Ngoài ra trên thực tế người ta còn có thể dùng các sơ đồ khoảng cách hỗn hợp giữa các sơ đồ cho phép và sơ đồ khoá liên động.

Phối hợp bảo vệ khoảng cách với tự động đóng lặp lại:

Giới thiệu:

Theo thống kê thực tế cho thấy các sự cố thoáng qua xảy ra trong hệ thống điện chiếm tới 80%. Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống cũng như khả năng cung cấp điện liên tục cho các phụ tải người ta thường sử dụng các sơ đồ tự động đóng lặp lại. nguyên lý hoạt động của sơ đồ tự động đóng lặp lại có thể giải thích như sau: các sơ đồ bảo vệ được sử dụng sao cho khi sự cố xảy ra có thể cắt nhanh các máy cắt liên quan, sau một khoảng thời gian tương đối ngắn sơ đồ tự động đóng lặp lại sẽ đóng các máy cắt vừa cắt ra. Nếu sự cố là thoáng qua thì lưới điện tiếp tục vận hành còn nếu sự cố duy trì thì máy cắt sẽ được cắt ra trở lại. Tuỳ vào kết cấu cũng như chế độ vận hành của từng lưới điện mà số lần đóng lặp lại có thể khác nhau, thông thường là dưới 3 lần.

Đối với lưới điện của Việt Nam trước đây do tồn tại nhiều nguồn diezen nên việc sử dụng các sơ đồ tự động đóng lặp lại sẽ không đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Hiện nay, các nguồn phát diezen hầu như đã được loại bỏ và các sơ đồ tự động đóng lặp lại được đưa vào vận hành đã và đang mang lại hiệu quả rất lớn.

Trong phần này chỉ trình bày sơ đồ phối hợp bảo vệ khoảng cách với tự động đóng lặp lại. Sơ đồ phối hợp đơn giản nhất giữa bảo vệ khoảng cách và tự động đóng lặp lại là sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ sau tự động đóng lặp lại. Các rơ le khoảng cách (21) loại vi xử lý hiện nay thường được chế tạo có kèm theo chức năng tự động đóng lặp lại (79) và mạch tăng tốc độ bảo vệ sau khi tự động đóng lặp lại (TOR - Trip On Reclose). Mạch TOR thường được thiết kế để loại bỏ nhanh sự cố duy trì ngay sau khi máy cắt được đóng lặp lại.

Ngoài ra, các rơ le khoảng cách loại kỹ thuật số hiện nay còn được thiết kế với sơ đồ vùng 1 mở rộng, thực chất nó là một mạch tăng tốc độ bảo vệ trước tự động đóng lặp lại với mục đích thay thế cho các sơ đồ bảo vệ khoảng cách kết hợp với kênh truyền tin khi kênh truyền tin đang trong thời gian sửa chữa hoặc bảo dưỡng. Sơ đồ này sẽ được đề cập chi tiết trong các mục (III.5.2).

Ngoài hai sơ đồ tăng tốc nêu trên, một sơ đồ tăng tốc cũng thường gặp là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự. Trong mục (III.5.3) sẽ đề cập sơ đồ tăng tốc này với bảo vệ khoảng cách, cụ thể là dùng vùng 1 mở rộng để tăng tốc. mục (III.5.4) sẽ giới thiệu thêm một sơ đồ phối hợp giữa bảo vệ khoảng cách với thiết bị TĐL lại tạm gọi là “Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với thiết bị RAR và DAR”, trong đó:

RAR (Rapid Auto-reclosing: Tự động đóng lặp lại nhanh) là sơ đồ tự động đóng lặp lại có thời gian chết nhỏ.

DAR (Delayed Autoreclosing: Tự động đóng lặp lại có thời gian duy trì) là sơ đồ tự động đóng lặp lại có thời gian chết tương đối lớn.

Sơ đồ bảo vệ với vùng 1 mở rộng:

Đây là một sơ đồ phối hợp giữa bảo vệ khoảng cách với thiết bị tự động đóng lặp lại. Ở phần đầu chúng ta đã đề cập, bộ phận đo lường vùng 1 của rơ le khoảng cách có hai giá trị đặt có thể điều khiển được. Giá trị đặt thứ nhất được chỉnh định như sơ đồ khoảng cách thông thường, tức là khoảng 80-90% chiều dài đường dây được bảo vệ và gọi là giá trị đặt cơ bản, ký hiệu là Z1. Giá trị đặt thứ hai được chỉnh định khoảng 125% chiều dài đường dây được bảo vệ gọi là vùng 1 mở rộng, ký hiệu Z1E. Bình thường rơ le khoảng cách làm việc theo giá trị đặt của vùng 1 mở rộng Z1E và khi nhận được tín hiệu từ rơ le tự động đóng lặp lại sẽ tự động chuyển về giá trị đặt cơ bản.

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng (Hình 4.37)

Khi có một sự cố xuất hiện ở một điểm bất kỳ bên trong vùng 1 mở rộng, rơ le sẽ thao tác với thời gian của vùng 1, cắt máy cắt và khởi động rơ le tự động đóng lặp lại. Một tiếp điểm (lệnh) từ rơ le tự động đóng lặp lại sẽ được sử dụng để chuyển giá trị đặt của rơle khoảng cách trở về vùng 1 cơ bản. Tiếp điểm của rơ le tự động đóng lặp lại được sử dụng cho mục đích này sẽ thao tác trước khi xung đóng được đưa tới máy cắt và chỉ trở về vào cuối thời gian phục hồi của mạch ARC (xem biểu đồ thời gian trên hình 4.43).

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng được trình bày trên hình 4.37. Khi sự cố xuất hiện ở điểm bất kỳ trên đường dây được bảo vệ, chẳng hạn ngắn mạch tại 1 điểm bất kỳ trên đường dây BC, các máy cắt B2 và C1 sẽ được cắt nhanh bằng vùng 1 mở rộng (Z1E) và sau đó sẽ được tự động đóng lặp lại. Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt sẽ được đóng lại thành công. Nếu sự cố là duy trì, máy cắt sẽ cắt lại lần nữa với thời gian của vùng 1 hoặc vùng 2 thông thường để đảm bảo tính chọn lọc. Như vậy, với vùng 1 mở rộng sử dụng kết hợp với chức năng tự động đóng lặp lại (ARC) thì mọi sự cố thoáng qua trên toàn bộ đường dây được bảo vệ đều có thể được cách ly nhanh và đây chính là ưu điểm của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng.

Nếu thanh cái ở cuối đường dây được bảo vệ càng có nhiều đường dây nối vào thì số lần cắt không chọn lọc trước tự động đóng lặp lại của các máy cắt càng lớn, chẳng hạn máy cắt C2 sẽ cắt không chọn lọc khi sự cố xuất hiện trên các đường dây DE, DF, DG và gần thanh cái D (N4, N5 N6). Mặt khác khi ngắn mạch xuất hiện trên một đường dây bất kỳ và gần thanh cái thì các máy cắt ở đầu đối diện với thanh cái đó của các đường dây còn lại cũng sẽ cắt không chọn lọc, ví dụ khi ngắn mạch xuất hiện tại N3 trên đường dây CD gần thanh cái D, thì các máy cắt E1, F1 và G1 đối diện với thanh cái D cũng sẽ bị cắt không chọn lọc.

Phân tích sự hoạt động của sơ đồ:

Khi đường dây có nguồn cung cấp từ hai phía bị sự cố, hai máy cắt ở hai đầu đường dây sẽ cắt ra. Nếu các máy cắt này có trang bị thiết bị tự động đóng lặp lại một lần, thông thường chúng sẽ lần lượt được đóng lại theo sự phối hợp như sau:

Máy cắt ở đầu thứ nhất của đường dây được đóng lặp lại trước theo điều kiện điện áp đường dây không tồn tại: UL = 0

Máy cắt ở đầu còn lại của đường dây được đóng lặp lại sau theo điều kiện tồn tại điện áp đường dây UL = 1, nhưng phải thêm một trong hai điều kiện sau:

  • Điện áp đường dây đồng bộ với điện áp thanh cái: S = 1.
  • Điện áp thanh cái không tồn tại: UB = 0.

Theo điều kiện phối hợp tác động của các mạch tự động đóng lặp lại nêu trên, thì máy cắt được đóng lại theo điều kiện UL = 0, sẽ có số lần đóng cắt nhiều hơn. Để cân bằng số lần đóng cắt máy cắt sau một thời gian vận hành được định trước, điều kiện tác động của thiết bị tự động đóng lặp lại ở hai đầu đường dây được đổi ngược lại. Thao tác này được thực hiện bởi khoá chuyển mạch K4 và K5 (hình 4.37a) và thực ra đối với rơ le số nó là một mạch lật bằng vi mạch. Còn khoá K3 chỉ sử dụng đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ một phía.

Sự phối hợp trên khi áp dụng trong các sơ đồ bảo vệ rơ le bình thường hoặc trong sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ rơ le sau khi tự động đóng lặp lại thì không có vấn đề gì, bởi vì khi có sự cố xuất hiện trên một đường dây thì chỉ có hai máy cắt ở hai đầu đường dây sự cố bị cắt ra. Tuy nhiên đối với sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng, như phần trên đã nêu có những vị trí ngắn mạch có thể có ba hoặc nhiều máy cắt cùng cắt. Vì vậy vấn đề ở đây là sự phối hợp của việc thực hiện đóng lặp lại ba máy cắt trở lên, nhưng mỗi máy cắt chỉ có thể đóng lặp lại theo một trong hai điều kiện nêu trên và về nguyên tắc thì hai máy cắt của một đường dây cũng phải được phối hợp như trên. Một vấn đề cũng cần lưu ý là khi cần thiết, máy cắt ở một đầu đường dây có thể cho phép tự động đóng lặp lại theo cả hai điều kiện nêu trên là UL = 0 hoặc UL = 1 (khoá K4 và K5 cùng kín mạch) nhưng máy cắt đầu ngược lại chỉ được thực hiện tự động đóng lặp lại theo điều kiện UL = 1 (khoá K4 phải hở mạch).

Để có cơ sở lựa chọn sự phối hợp của việc đóng lặp của nhiều máy cắt (trên 2 máy cắt), dưới đây ta sẽ phân tích sự hoạt động của sơ đồ theo phương thức cài đặt điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại các máy cắt của lưới điện trên hình (4.37b) như sau:

Phương thức thứ nhất: các mạch ARC của các máy cắt được cài đặt giống nhau theo thanh cái.

Phương thức thứ hai: các mạch ARC của các máy cắt được cài đặt giống nhau theo chiều đường dây.

Phương thức thứ nhất:

Cài đặt phương thức hoạt động của mạch ARC theo thanh cái ( Hình 4.38)

Theo phương thức này các máy cắt cùng đấu nối vào một thanh cái có điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại được chọn giống nhau. Khi thanh cái thứ nhất có các máy cắt được tự động đóng lặp lại khi UL = 0 thì các máy cắt của thanh cái tiếp theo sẽ được tự động đóng lặp lại khi UL= 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0). Phương thức phối hợp này hợp này được trình bày trên hình (4.38a) và sau thời gian vận hành theo định kỳ, các máy cắt có thể thay đổi phương thức vận hành ngược lại như trên hình (4.38b).

Dưới đây ta xét sự hoạt động của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở những vị trí ngắn mạch điển hình là N1 và N2 ở 2 đầu của đường dây BC theo phương thức cài đặt như trên hình (4.38a). Sau đó ta sẽ thêm sự hoạt động của sơ đồ tại điểm ngắn mạch N3 gần thanh cái D (thanh cái có nhiều xuất tuyến) theo cả hai phương thức hoạt động ARC như trên hình (4.38a) và (4.38b).

Ngắn mạch tại N1:

Giả thiết N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại A2 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch do vùng 1 mở rộng tác động là A2, B2 và C1. Sau đó các máy cắt A2 và C1 có điều kiện đóng lại là UL = 0 sẽ đóng lại trước.

Nếu sự cố còn tồn tại thì máy cắt C1 sẽ cắt ra lại bằng vùng 2 với thời gian trễ t2, còn máy cắt A2 sẽ không cắt ra bởi vì máy cắt B2 chưa đóng lại nên không có dòng sự cố chạy qua máy cắt này. Máy cắt B2 trong trường hợp này cũng không đóng lại được do không thoả mãn điều kiện đóng lại (không có tín hiệu điện áp đường dây).

  • Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt A2 và C1 sẽ đóng lại thành công, lúc này tại máy cắt B2 đã có tín hiệu UL = 1 và nó sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (S =1).

Nếu N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1 (do đường dây CD quá dài so với đường dây BC), trong trường hợp này có bốn máy cắt cùng cắt là A2, B2, C1 và D1. Sau đó chỉ có máy cắt A2 và C1 đóng lại theo điều kiện UL = 0, nhưng cả hai đường dây BC và CD vẫn không có điện do hai máy cắt B2, D1 đang hở mạch và hai máy cắt này cũng không đóng lại được do điều kiện đóng lại của nó là UL = 1 không thoả mãn. Kết quả là thanh cái C bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N 2 :

Giả thiết N2 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có các máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là B2, C1 và D1 (có thể máy cắt A2 cũng cắt). Sau đó chỉ máy cắt C1 (A2) đóng lại theo điều kiện UL = 0 nhưng đường dây BC và DC vẫn không có điện, do đó máy cắt B2 và D1 cũng không đóng lại được và thanh cái C bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N3:

Trường hợp thứ nhất:

Giả sử phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình 4.38a và N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng. Sau đó các máy cắt C2, E1, F1, D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện UL = 0 nếu như các mạch ARC của các máy cắt này có cùng thời gian tác động. Điều này chỉ cho phép khi các máy cắt nêu trên được đóng lặp lại đủ nhanh để cho các nguồn từ thanh cái E, F và G có thể tự đồng bộ với nhau sau khi đóng lại. Nếu thời gian đóng lặp lại của các máy cắt trên không đáp ứng cho các nguồn tự đồng bộ thì các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy C2 phải có mạch ARC được cài đặt để có thể tự động đóng lại theo cả hai điều UL = 0 hoặc có điện áp đường dây UL = 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0), đồng thời chúng phải có thời gian tác động khác nhau (điều này hoàn toàn cho phép vì mạch ARC của các máy cắt đối diện với các máy cắt này chỉ tác động theo điều kiện UL = 1):

  • Nếu sự cố là thoáng qua thì các máy cắt C2, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt đóng lại thành công và sau đó máy cắt D1 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1).
  • Nếu sự cố là duy trì thì C2 sẽ cắt ra bằng vùng 2 với thời gian trễ là t2, còn các máy cắt E1, F1, và G1 cũng sẽ lần lượt đóng lại thành công. Riêng máy cắt D1 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây (do C2 đang hở mạch).

Trong trường hợp N3 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại một trong những máy cắt E1, F1 và G1. Giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, lúc đó các máy cắt F1, G1 đòi hỏi phải có khả năng đóng lại theo điều kiện kiểm tra bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được vì thanh cái D trong trường hợp này vẫn có điện và đường dây của các máy cắt F1 và G1 vẫn tồn tại tín hiệu điện áp (điều kiện này cũng đòi hỏi phải áp dụng cho cả máy cắt E1 và C2). Riêng mạch ARC của máy cắt D1 có tác động hay không phụ thuộc vào sự đóng lại thành công hay không của máy cắt C2, tức phụ thuộc vào sự cố có tính thoáng qua hay duy trì.

Trường hợp thứ hai:

Xét trường hợp ngắn mạch tại N3 mà phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình 4.38b.

Giả sử N3 nằm trong vùng tác động của của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1 lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng Z1E. Sau đó chỉ có máy cắt D1 đóng lại. Còn các máy cắt C2, E1, F1, G1 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây (UL = 0). Thanh cái D sẽ mất điện không chọn lọc.

Giả sử N3 nằm ngoài phạm vi tác động của E1 thì các máy cắt F1 và G1 sẽ lần đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra điện áp đồng bộ khi mà thanh cái E có nối với nguồn cung cấp. Nếu sự cố là thoáng qua thì D1 sẽ đóng lại thành công và máy cắt C2 cũng sẽ đóng lại khi điện áp đường dây và điện áp thanh cái của nó còn đồng bộ với nhau. Nếu sự cố duy trì thì máy cắt D1 sẽ cắt nhanh trở lại và máy cắt C2 sẽ không đóng lại.

Như vậy theo phương thức cài đặt này, sẽ tồn tại các vị trí sự cố (gần thanh cái có điều kiện đóng lặp lại của máy cắt là UL = 0) mà tất cả các máy cắt xung quanh vị trí sự cố có điều kiện đóng lặp lại là UL = 1 bị cắt ra cùng lúc. Điều này làm cho các máy cắt nói trên sau khi cắt ra sẽ không có máy cắt nào có tín hiệu điện áp đường dây để thực hiện chu trình tự động đóng lặp lại và cuối cùng các đường dây của các máy cắt nói trên đều bị mất điện không chọn lọc dù cho sự cố có thể là sự cố thoáng qua.

Phương thức thứ hai:

Theo phương thức này các máy cắt cùng chiều (chiều tác động của rơ le bảo vệ) trên đường dây có điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại được chọn giống nhau. Cụ thể trên hình 4.39a, các máy cắt được đánh số 1 sẽ tự động đóng lại khi UL = 0. Các máy cắt theo chiều ngược lại được đánh số 2 có điều kiện tự động đóng lặp lại khi UL = 1. Sau thời gian vận hành theo định kỳ, các máy cắt có thể thay đổi phương thức vận hành ngược lại như trên hình 4.39b.

Dưới đây ta xét sự hoạt động của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở những vị trí ngắn mạch điển hình là N1 và N2 ở 2 đầu của đường dây BC theo phương thức cài đặt như trên hình 4.39a. Sau đó ta sẽ thêm sự hoạt động của sơ đồ tại điểm ngắn mạch N3 gần thanh cái D (thanh cái có nhiều xuất tuyến) theo cả hai phương thức hoạt động ARC như trên hình 4.39a và 4.39b.

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.***

Ngắn mạch tại N1:

Giả thiết N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt A2 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là A2, B2 và C1. Sau đó máy cắt C1 sẽ đóng lại trước theo điều kiện điện áp đường dây không tồn tại (UL = 0).

  • Nếu sự cố còn duy trì thì máy cắt C1 sẽ cắt ra trở lại bởi vùng 2 với thời gian trễ là t2, đường dây AB và BC lúc đó đều không có điện áp nên các máy cắt A2 và B2 không không thoả mãn điều kiện để tự động đóng lặp lại. Điều này dẫn đến thanh cái B bị mất điện không chọn lọc.
  • Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt C1 sẽ đóng lại thành công. Sau đó máy cắt B2 sẽ đóng lại được theo điều kiện (UL = 1, UB = 0) và tiếp theo máy cắt A2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện (UL = 1, S = 1). Trong trường hợp này ta thấy nếu không cài đặt thêm điều kiện đóng lặp lại (UL = 1, UB = 0) cho các máy cắt A2 và B2 thì máy cắt B2 sẽ không tự động đóng lại được do điện áp thanh cái không tồn tại nên không có tín hiệu đồng bộ và máy cắt A2 cũng không đóng lại được do điện áp đường dây không tồn tại nên cũng không có tín hiệu đồng bộ. Điều này dẫn đến thanh cái B bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N2:

Giả thiết N2 nằm trong phạm vi vùng 1 mở rộng của bảo vệ khoảng cách tại D1 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại A2. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là B2, C1 và D1. Sau đó máy cắt C1 và D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện UL = 0 (theo hình 4.38a):

  • Nếu sự cố còn duy trì, máy cắt C1 sẽ cắt với vùng 1, còn máy cắt D1 sẽ không bị cắt ra do vùng 1 mở rộng đã bị chuyển về vùng 1 cơ bản. Trong trường hợp này máy cắt B2 cũng sẽ không đóng lại vì điện áp đường dây không tồn tại nên không thoả mãn điều kiện đóng lặp lại.
  • Nếu sự cố là thoáng qua, C1 và D1 sẽ đóng lại thành công và tiếp theo đến máy cắt B2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện (UL = 1, S = 1).

Nếu N4 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt A2 (đường dây AB quá dài so với đường dây BC), thì thanh cái B cũng sẽ mất điện không chọn lọckhi sự cố duy trì (tương tự như trường hợp ngắn mạch tại N1).

Ngắn mạch tại N 3 :

Trường hợp thứ nhất:

Giả sử phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình (4.39a) và N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng Z1E. Sau đó các máy cắt D1, E1, F1, D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện mất áp đường dây (UL = 0) nếu như thời gian chết của mạch ARC của máy cắt này giống nhau. Điều này chỉ cho phép khi các máy cắt nêu trên được đóng lặp lại đủ nhanh để cho các nguồn từ thanh cái E, F và G có thể tự đồng bộ với nhau sau khi đóng lại. Nếu thời gian đóng lặp lại của các máy cắt trên không đáp ứng cho các nguồn tự đồng bộ thì các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy C2 phải có mạch ARC được cài đặt để có thể tự động đóng lại theo cả hai điều UL = 0 hoặc có điện áp đường dây UL = 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0), đồng thời chúng phải có thời gian tác động khác nhau (điều này hoàn toàn cho phép vì mạch ARC của các máy cắt đối diện với các máy cắt này chỉ tác động theo điều kiện UL = 1):

  • Nếu sự cố thoáng qua thì các máy cắt D1, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt đóng lại thành công và sau đó máy cắt C2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ.
  • Nếu sự cố duy trì thì các máy cắt D1, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt được đóng lặp lại. Riêng máy cắt D1 sẽ bị cắt ra trở lại và kéo theo máy cắt C2 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây.

Trong trường hợp N3 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại một trong những máy cắt E1, F1 và G1. Giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, lúc đó các máy cắt F1, G1 đòi hỏi phải có khả năng đóng lại theo điều kiện kiểm tra bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được vì thanh cái D trong trường hợp này vẫn có điện và đường dây của các máy cắt F1 và G1 vẫn tồn tại tín hiệu điện áp (điều kiện này cũng đòi hỏi phải áp dụng cho cả máy cắt E1 và C2). Riêng mạch ARC của máy cắt C2 có tác động hay không phụ thuộc vào sự đóng lại thành công hay không của máy cắt D1, tức phụ thuộc vào sự cố có tính thoáng qua hay duy trì.

Trường hợp thứ hai:

Xét trường hợp ngắn mạch tại N3 mà phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình (4.39b).

Giả sử N3 nằm trong vùng tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1 lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng Z1E. Sau đó chỉ có máy cắt C2 được đóng lại theo điều kiện UL = 0:

  • Nếu sự cố thoáng qua, máy cắt C2 đóng lại thành công, sau đó máy cắt D1 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và UB = 0) còn các máy cắt E1, F1, G1 sẽ lần lượt đóng lại theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1).
  • Nếu sự cố duy trì, máy cắt C2 sẽ cắt ra lại và lúc đó các máy cắt D1, E1, F1, G1 sẽ không đóng lại được vì điều kiện đóng lại không thoả mãn (UL = 0). Điều này dẫn đến thanh cái D mất điện một cách không chọn lọc.

Giả sử N3 nằm ngoài phạm vi tác động của E1 thì các máy cắt F1 và G1 sẽ lần đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra điện áp đồng bộ (khi mà thanh cái E có nối với nguồn cung cấp). Nếu sự cố là thoáng qua thì C2 sẽ đóng lại thành công và máy cắt D1 cũng sẽ đóng lại khi điện áp đường dây và điện áp thanh cái của nó còn đồng bộ với nhau. Nếu sự cố duy trì thì máy cắt C2 sẽ cắt nhanh trở lại và máy cắt D1 cũng không đóng lại.

Theo phương thức cài đặt này sẽ tồn tại các vị trí sự cố gần máy cắt có điều kiện đóng lặp lại UL = 1 mà các máy cắt kế phía trước (cũng có điều kiện đóng lặp lại là UL = 1) đều bị cắt ra. Nếu sự cố là duy trì thì không có máy cắt nào đóng lại được do không tồn tại điện áp đường dây. Điều này làm cho các đường dây liền kề phía trước đường dây sự cố sẽ bị mất điện không chọn lọc.

Nhận xét

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng chỉ đảm bảo cắt nhanh các sự cố thoáng qua, còn đối với các sự cố duy trì thì tuỳ theo vị trí ngắn mạch nó có thể bị loại bỏ với thời gian trễ của vùng 2. Mặt khác cả hai phương thức cài đặt điều kiện tác động của các mạch tự động đóng lặp lại ARC của các máy cắt đều tồn tại một số sự cố dẫn đến một thanh cái mất điện không chọn lọc do các đường dây nối vào thanh cái đó không đủ điều kiện thực hiện chu trình tự động đóng lặp lại. Tuy nhiên theo phương thức thứ nhất, sự mất điện thanh cái xuất hiện khi các sự cố đó có tính duy trì hoặc thoáng qua, còn theo phương thức thứ hai, sự mất điện chỉ xảy ra khi các sự cố có tính duy trì.

Sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng:

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng hoạt động theo nguyên tắc nêu trong mục (III.5.2) chỉ loại bỏ nhanh các sự cố thoáng qua, còn các sự cố duy trì vẫn được loại bỏ với thời gian của các vùng khoảng cách cơ bản. Để có thể loại bỏ nhanh không những các sự cố thoáng qua lẫn sự cố duy trì thì tín hiệu điều khiển vùng 1 mở rộng Z1E trở về vùng 1 cơ bản Z1 cần phải có một thời gian trễ tK đủ để nó loại bỏ nhanh sự cố một lần nữa bằng vùng Z1E trong trường hợp sự cố duy trì xuất hiện ở cuối đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên để đảm bảo tính chọn lọc khi sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng hoạt động theo nguyên tắc này, thì máy cắt ở phía trước phải đóng lại chậm hơn máy cắt phía sau (theo chiều tác động của bảo vệ) một bậc thời gian Δt đủ để tín hiệu vùng 1 mở rộng tại máy cắt đang xét trở về giá trị vùng 1 cơ bản. Sơ đồ này chính là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự trong đó vùng 1 mở rộng là bảo vệ không chọn lọc còn vùng 1, vùng 2 và vùng 3 cơ bản chính là các bảo vệ chọn lọc.

Trên hình 4.40a trình bày sơ đồ lôgic của sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng của bảo vệ khoảng cách và hình 4.40b thể hiện các bậc thời gian trễ của mạch tự động đóng lặp lại ARC của các máy cắt điện trên lưới điện khi hệ thống bảo vệ rơ le hoạt động theo nguyên tắc này.

Theo nguyên tắc tác động của sơ đồ ta thấy mỗi máy cắt khi cắt không chọn lọc (cắt sự cố ở đầu của đoạn đường dây liền kề) đều phải được đóng lại trước máy cắt cùng chiều ở đường dây sự cố. Để thực hiện được điều này mỗi mạch ARC của tất cả các máy cắt phải có thể tác động đóng lặp lại theo điều kiện UL = 0. Điều này đòi hỏi thời gian trễ của mạch ARC của các máy cắt trên một đường dây hoặc của các máy cắt có khả năng cùng cắt không chọn lọc được cài đặt khác nhau để tránh nguồn từ hai phía cùng đóng lại một lúc.

Khi ngắn mạch trên một đường dây, chẳng hạn ngắn mạch đường dây BC. Hai máy cắt ở hai đầu đường dây là B2 và C1 sẽ cắt ra. Vì cả hai máy cắt đều có thể đóng lại theo điều kiện UL = 0, nên máy cắt có thời gian trễ của mạch ARC nhỏ hơn sẽ đóng lại trước (giả sử máy cắt B2). Nếu B2 đóng lại thành công (sự cố là thoáng qua) thì máy cắt đầu còn lại là C1 có thời gian trễ của mạch ARC lớn hơn phải có thêm khả năng tự động đóng lại theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được để khôi phục lại sự làm việc của đường dây BC. Nếu B2 đóng lại không thành công (sự cố duy trì hoặc bán duy trì), sau đó máy cắt C1 vẫn tiếp tục đóng lại theo điều kiện UL = 0. Nếu sự cố là duy trì thì C1 đóng lại không thành công. Còn nếu sự cố là bán duy trì thì C1 sẽ đóng lại thành công. Tuy nhiên sự đóng lại thành công của máy cắt C1 lúc này không có ý nghĩa, bởi vì mạch ARC của máy cắt B2 đã bị khoá. Điều này có nghĩa sự đóng lại đường dây lần thứ hai của máy cắt C1 chỉ làm tăng chi phí bảo dưỡng máy cắt.

Nhận xét:

Ưu điểm cơ bản của sơ đồ này là không những loại bỏ nhanh các sự cố thoáng qua mà kể cả các sự cố duy trì. Tuy nhiên sơ đồ có một số khuyết điểm là các máy cắt càng xa nguồn (xét theo từng chiều một) có thời gian đóng lại máy cắt càng lớn. Điều này ảnh hưởng đến tốc độ khôi phục sự cung cấp điện

Đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ một phía thì các sự cố thoáng qua càng gần nguồn, thời gian khôi phục lại sự mang điện của các phần tử càng nhanh.

Đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ hai phía vấn đề tương đối khác. Khi sự cố thoáng qua các đoạn đường dây ở giữa thì thời gian khôi phục lại sự làm việc của đoạn đường dây tương đối lớn. Nhưng khi sự cố thoáng qua ở các đoạn càng gần nguồn (kể cả hai phía) thì thời gian khôi phục lại sự mang điện của nó càng chậm. Bởi vì đối với các đoạn đường dây này một máy cắt được xét theo nguồn này càng gần bao nhiêu và có thời gian đóng lặp lại càng nhanh bao nhiêu thì máy cắt còn lại được xét theo nguồn kia càng xa bấy nhiêu và có thời gian đóng lặp lại càng lớn (xem hình 4.40b).

Khi sự cố thoáng qua, các máy cắt có thời gian trễ lớn được đóng lại theo điều kiện hoà đồng bộ. Khi thời gian trễ càng lớn càng ảnh hưởng đến sự đóng lại của máy cắt này vì khi đó khả năng mất đồng bộ giữa hai nguồn tăng lên.

Chi phí bảo dưỡng của các máy cắt trong sơ đồ này lớn hơn so với sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở mục (III.5.2). Nguyên nhân của nó là khi sự cố có tính duy trì hoặc bán duy trì thì đường dây được đóng lại 2 lần. Nhưng việc đóng lại đường dây lần thứ hai không có ý nghĩa khôi phục lại sự làm việc của đường dây dù sự cố là bán duy trì. Nguyên nhân của hiện tượng này là do đường dây được đóng lại hai lần bằng hai máy cắt ở hai đầu đường dây và mỗi đầu chỉ có khả năng đóng lặp lại một lần.

Có thể áp dụng phương thức cài đặt thời gian trễ và điều kiện tác động nêu trên cho sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng. Giải pháp này sẽ khắc phục được hiện tượng mất điện không chọn lọc của một số thanh cái đối với một số ngắn mạch như đã nêu trong mục (III.5.2). Tuy nhiên lúc đó sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng gặp phải những khuyết điểm tương tự như đã nêu trên của sơ đồ tăng tốc theo tuần tự bằng vùng 1 mở rộng, ngoài ra nó còn kém hơn sơ đồ tăng tốc theo tuần tự bằng vùng 1 mở rộng là không loại bỏ nhanh được các sự cố duy trì. Nếu sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng trang bị thêm mạch TOR để cắt nhanh các ngắn mạch duy trì thì nó chính là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự vì mạch trở về chậm của vùng 1 mở rộng cũng chính là một mạch TOR.

Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR:

Trong mục (III.5.3) ta thấy khi sự cố xuất hiện ở đoạn đầu của các đường dây thì các máy cắt của nó và máy cắt của đường dây liền kề phía trước đều được cắt bằng vùng 1 mở rộng. Do đó sau khi cắt lần thứ nhất vẫn không biệt được sự cố đang ở đường dây nào, vì vậy để thăm dò vị trí sự cố buộc phải đóng lại các máy cắt theo thứ tự máy cắt gần nguồn được đóng lặp lại trước. Chính vì điều này nên các máy cắt càng xa nguồn có thời gian trễ của chu trình tự động đóng lặp lại càng lớn.

Trong trường hợp nêu trên, nếu ta dùng vùng 2 để tăng tốc bảo vệ thì máy cắt gần vị trí sự cố sẽ cắt bằng vùng 1, còn máy cắt của đường dây liền kề phía trước sẽ cắt bằng vùng 2 và vùng 1 của nó không tác động. Lợi dụng đặc điểm này của sơ đồ bảo vệ khoảng cách để phát hiện vị trí sự cố sau lần cắt thứ nhất bằng cách trang bị mỗi máy cắt hai bộ tự động đóng lặp lại: bộ thứ nhất tự động đóng lặp lại nhanh RAR có thời gian chết nhỏ được khởi động theo tín hiệu vùng 2 và bị khoá khi có tín hiệu vùng 1, bộ thứ hai tự động đóng lặp lại chậm DAR có thời gian chết lơn hơn chu trình RAR một cấp và được khởi động theo tín hiệu vùng 1 và/hoặc vùng 2.

Với giải pháp nêu trên, ta thấy máy cắt ở đường dây liền kề với đường dây sự cố bị cắt bằng vùng 2 tăng tốc sẽ được đóng lại trước bằng chu trình RAR (do vùng 1 của nó không làm việc), đồng thời mạch tăng tốc của nó cũng được mạch tự động đóng lặp lại khoá lại sau một thời gian trễ nào đó (để máy cắt có thể cắt nhanh trở lại khi sự cố xuất hiện ở cuối đường dây). Máy cắt trên đường dây sự cố được cắt bằng vùng 1 sẽ được đóng lại sau bằng chu trình DAR. Giải pháp này cho phép các máy cắt cài đặt thời gian chết của các chu trình đóng lặp lại như nhau, ngoài ra với việc trang bị mỗi máy cắt hai bộ tự động đóng lặp lại cũng cho phép khôi phục lại sự làm việc của đường dây đối với các sự cố bán duy trì.

Sơ đồ nêu trên có thể gọi là “sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR” và được trình bày trên hình trên hình 4.41.

Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR (Hình 4.41)

Nguyên lý tác động:

Theo sơ đồ trên hình 4.41a, mỗi máy cắt ở đầu mỗi đường dây được trang bị: 1 bộ bảo vệ khoảng cách 3 cấp, 1 bộ tự động đóng lặp lại nhanh RAR có thời gian chết là tRAR và 1 bộ tự động đóng lặp lại chậm có thời gian chết tDAR > tRAR.

Bảo vệ khoảng cách 3 cấp có vùng 1 (Z1) tác động tức thời, vùng 2 ( tác động với thời gian trễ t2 và vùng 3 (Z3) tác động với thời gian trễ t3 theo đúng sơ đồ bảo vệ khoảng cách 3 cấp thông thường. Ngoài ra vùng 2 còn có tín hiệu đi cắt tức thời máy cắt (khoá K1 và K2 trên hình 4.41a kín mạch) hoặc với thời gian trễ nhỏ (khoá K1 kín mạch còn K2 hở mạch) và nó bị sẽ khoá lại sau khi máy cắt được đóng lặp lại lần đầu với thời gian trễ là tK để đảm bảo vùng 2 cắt nhanh lại máy cắt một lần nữa nếu sự cố duy trì xuất hiện ở cuối đường dây của nó. Mạch tăng tốc vùng 2 bị khóa trong khoảng thời gian tDT để đảm bảo nó không hoạt động nếu sự cố vẫn còn duy trì sau khi máy cắt của đường dây bị sự cố được đóng lại bằng chu trình DAR.

Mạch RAR:

Mạch RAR được khởi động khi sự cố nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 và ngoài phạm vi tác động của vùng 1, tức Z2 = 1 và Z1 = 0. Mặc dù sơ đồ RAR đã được khởi động và duy trì theo tín hiệu trên nhưng mạch tạo thời gian trễ (tRAR) của nó chỉ làm việc khi có tín hiệu điện áp thanh cái UB (khi không cần thiết thì nối tắt mạch này lại). Khi máy cắt được cắt bằng mạch tăng tốc vùng 2, nó sẽ được đóng lặp lại nhanh theo chu trình RAR khi điều kiện đóng lại sau đây của nó được thoả mãn (hình 4.41a):

  • Đóng trực tiếp sau khi khởi động (khoá K5 kín mạch).
  • Tồn tại điện áp thanh cái UB = 1 nhưng không tồn tại điện áp đường dây UL = 0 (khoá K6 kín mạch).
  • Tồn đại điện áp đường dây UL = 1 và đồng bộ với điện áp thanh cái S = 1 (khoá K7 kín mạch).

Các điều kiện tác động của mạch RAR được áp dụng như sau:

Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 1 phía áp dụng điều kiện 1 cho mạch RAR , tức là K5 kín mạch, còn K6 và K7 hở mạch. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng điều kiện 2, tức K6 kín mạch còn K5 và K7 hở mạch.

Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, mạch RAR luôn đóng trước mạch DAR, do đó phải áp dụng điều kiện 2, tức K6 kín mạch, K5 và K7 hở mạch. Đối với các máy cắt đối diện với thanh cái có ba xuất tuyến trở lên (thanh cái D trên hình 4.41b), thi khi ngắn mạch ngoài, nó có thể bị cắt ra bởi vùng 2 và mạch RAR khởi động, tuy nhiên do thanh cái đối diện có thể vẫn có điện (do tồn tại một đường dây nối vào thanh cái này không bị cắt) và như vậy đường dây có máy cắt đang xét vẫn có điện, trong trường hợp này mạch RAR sẽ tác động theo điều kiện 3, tức K6 và K7 phải kín mạch.

Mạch DAR:

Mạch DAR khởi động theo tín hiệu khởi động của vùng 1 (Z1 = 1) hoặc/và vùng 2 (Z2 = 1) thông qua vị trí kín mạch của khoá K3 hoặc/và K4. Mạch DAR cũng có các điều kiện tác động như sau:

Đóng trực tiếp sau khi khởi động (khoá K8 kín mạch).

Tồn tại điện áp thanh cái UB = 1 nhưng không tồn tại điện áp đường dây UL = 0 (khoá K9 kín mạch)

Tồn tại điện áp đường dây UL = 1 và đồng bộ với điện áp thanh cái S = 1 (khoá K7 kín mạch).

Các điều kiện tác động của mạch DAR được áp dụng như sau:

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 1 phía áp dụng điều kiện 1, tức là K8 kín mạch, còn K9 và K10 hở mạch. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng điều kiện 2, tức K9 kín mạch còn K8 và K10 hở mạch.

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, vì một đầu có khả năng được đóng lại bởi mạch RAR, nên mạch DAR luôn phải kiểm tra theo điều kiện 3, tức K10 luôn ở tình trạng kín mạch. Tuy nhiên khi ngắn mạch ở đoạn giữa đường dây thì vùng 1 cả 2 đầu đều tác động, do đó mạch RAR không làm việc, như vậy cần phải có 1 đầu đóng lại máy cắt theo điều kiện 2, tức đầu này phải có K9 và K10 kín mạch.

Phân tích sự hoạt động của sơ đồ:

Dưới dây ta sẽ phân tích sự hoạt động của sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR ở những vị trí ngắn mạch điển hình trên lưới điện được mô tả trên hình 4.41b.

Ngắn mạch tại N 1 :

Khi ngắn mạch tại vị trí N1 ở đoạn giữa của đường dây BC, hai máy cắt B2 và C1 được cắt nhanh bằng vùng 1. Trong trường hợp này, mạch RAR không làm việc nên các máy cắt B2 và C1 chỉ có thể tự động đóng lặp lại theo chu trình DAR. Giả thiết máy cắt C1 có khóa K9 trong sơ đồ DAR đang kín mạch, nó sẽ được đóng lặp lại trước theo điều kiện kiểm tra mất điện áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Nếu sự cố thoáng qua C1 đóng lại thành công, sau đó máy cắt B2 sẽ được đóng lại theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (UL = 1 và S = 1). Nếu sự cố duy trì thì máy cắt C1 sau khi đóng lặp lại sẽ bị cắt một lần nữa (bằng vùng 1) và máy cắt B2 cũng không đóng lại được do không có tính hiệu đồng bộ. Trong trường hợp này, cả mạch RAR của hai máy cắt C1 và B2 không tham gia làm việc nên không đóng lặp lại lần thứ hai được.

Nếu vị trí ngắn mạch tại N, nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại các máy cắt A2 và D1, thì hai máy cắt này cũng được cắt ra cùng với máy cắt B2 và C1. Nhưng hai máy cắt này sẽ đóng lại thành công bằng chu trình RAR theo điều kiện kiểm tra mất áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Tiếp theo hai máy cắt B2 và C1 sẽ được đóng lại bằng chu trình DAR như đã nêu ở trên.

Ngắn mạch tại N 2 :

Khi sự cố xuất hiện tại vị trí N2 ở đoạn cuối của đường dây BC và giả thiết nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 của sơ đồ bảo vệ tại đầu máy cắt B2. Tại vị trí ngắn mạch này, máy cắt C1 sẽ cắt nhanh bằng vùng 1 và máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh bằng vùng 2 tăng tốc. Sau đó, máy cắt B2 sẽ được đóng lại theo chu trình RAR với điều kiện kiểm tra mất áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Nếu sự cố thoáng qua thì máy cắt B2 sẽ đóng lại thành công và sau đó máy cắt C1 sẽ được đóng lại theo chu trình DAR với điều kiện kiểm tra sự đồng bộ (UL = 1 và S = 1). Nếu sự cố là duy trì thì máy cắt B2 sẽ được cắt ra trở lại, tuy nhiên trong trường hợp này sẽ xảy ra hai tình huống như sau:

Nếu chu trình DAR tại máy cắt C1 đang được cài đặt theo điều kiện kiểm tra sự đồng bộ (khoá K10 kín mạch và K9 hở mạch) thì máy cắt C1 sẽ không đóng lại. Lúc đó khoá K9 tại máy cắt B2 đang kín mạch và nếu khoá K3 của sơ đồ tại máy cắt B2 cũng kín mạch thì máy cắt B2 sẽ đóng lại lần thứ hai (tự động đóng lại hai lần) theo chu trình DAR với điều kiện (UB = 1, UL = 0). Nếu B2 đóng lại thành công thì sẽ kéo theo máy cắt C1 đóng lại thành công. Nếu sự cố còn duy trì thì máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh bằng mạch TOR. Mạch TOR được khởi động theo chu trình DAR và nếu không có mạch này thì B2 sẽ cắt với thời gian trễ t2 của vùng 2 cơ bản (vì vùng 2 cắt nhanh lúc này đã bị khoá).

Nếu chu trình DAR tại máy cắt C1 đang được cài đặt theo điều kiện kiểm tra sự mất điện áp đường dây (khoá K9 kín mạch) thì mặc dù máy cắt B2 đã bị cắt ra lần thứ hai nhưng máy cắt C1 vẫn được đóng trở lại theo chu trình DAR. Sau khi máy cắt C1 đóng lại nếu sự cố vẫn còn duy trì thì máy cắt C1 sẽ được cắt nhanh một lần nữa bằng vùng 1 và mạch TOR (nếu có). Nếu máy cắt C1 đóng lại thành công thì máy cắt B2 cũng sẽ đóng lại thành công bằng mạch DAR (nếu K3 ở vị trí kín mạch) theo điều kiện kiểm tra sự đồng bộ.

Trong trường hợp này, ta thấy vùng 2 tức thời của bảo vệ khoảng cách tại máy cắt D1 cũng có thể tác động đi cắt D1. Sau khi máy cắt D1 cắt ra thì nó sẽ được đóng lại thành công theo chu trình của mạch RAR và vùng 2 tức thời của bảo vệ tại đây bị khoá trước khi máy cắt C1 đóng lại theo chu trình của mạch DAR.

Một vấn đề cần quan tâm trong trường hợp này là giả thiết đường dây AB đủ dài so với CD đến nổi N2 cũng nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại máy cắt A2. Lúc này cả hai máy cắt A2 và B2 đều được cắt bởi vùng 2 tức thời. Tuy nhiên chỉ có máy cắt A2 sẽ được đóng lại thành công trước bằng chu trình RAR còn chu trình RAR của máy cắt B2 tuy có tín hiệu khởi động (Z2 = 1 và Z1 = 0) nhưng bộ tạo thời gian trễ của nó vẫn không làm việc vì tín hiệu điện áp UB = 0 (xem hình 4.41a). Sau khi máy cắt A2 đóng lại thành công, thì mạch tạo thời gian trễ tRAR của máy cắt B2 mới được khởi động (lúc này UB = 1) và tác động với thời gian trễ là tRAR đủ để vùng 2 tức thời tại máy cắt A2 được khoá lại. Thực vậy, đối với lưới điện 110kV và 220kV thường chọn tRAR = (0,25 - 0,5s), còn thời gian cần để khoá vùng 2 tức thời tại máy cắt A2 lúc này chỉ yêu cầu lớn hơn tổng thời gian làm việc của vùng 2 tức thời (khoảng 30ms) với thời gian cắt của máy cắt (khoảng 40-50ms). Sau khi máy cắt B2 được đóng lại bằng chu trình RAR, nếu thành công thì máy cắt C1 sẽ được đóng lặp lại thành công theo chu trình DAR và nếu không thành công thì máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh một lần nữa bằng vùng 2 tức thời và sau đó đường dây BC sẽ được đóng lại lần thứ hai bằng chu trình DAR như đã nêu trên. Ở đây chỉ chú ý trường hợp khoá K9 của máy cắt B2 đang kín mạch thì chu trình DAR của máy cắt B2 sẽ đóng lại đường dây BC trước. Nếu sự cố vẫn còn duy trì và các máy cắt không được trang bị mạch TOR thì máy cắt B2 và A2 sẽ bị cắt ra đồng thời bằng vùng 2 cơ bản với thời gian trễ là t2 và thanh cái B sẽ bị mất điện không chọn lọc. Để tránh trường hợp này thì máy cắt B2 không được để khoá K9 ở vị trí kín mạch hoặc phải trang bị mạch TOR để cắt nhanh sự cố lần thứ ba. Nếu máy cắt A2 cũng được trang bị mạch TOR thì mạch TOR của nó trong trường hợp này không khởi động vì chu trình DAR của nó không làm việc.

Nhận xét:

Trong trường hợp trên, nếu mạch RAR của máy cắt B2 chỉ khởi động theo tín hiệu vùng 2 và tín hiệu phủ định của vùng 1 cơ bản (Z2 = 1 và Z1 = 0) mà không sử dụng tín hiệu điện áp thanh cái UB để khởi động mạch tạo thời gian trễ, lúc đó cả hai máy cắt A2 và B2 cùng đóng lại một lúc theo chu trình RAR và sau khi đóng lại thì cả hai máy cắt A2 và B2 sẽ lại cùng cắt ra một lúc bởi vùng 2 tức thời nếu sự cố còn duy trì. Sau đó đường dây BC và máy cắt A2 được đóng lại lần thứ hai theo chu trình DAR như sau:

Nếu khoá K9 của máy cắt A2 đang kín mạch thì máy cắt A2 sẽ đóng lại theo chu trình DAR cùng lúc với một trong hai máy cắt B2 hoặc C1 (máy cắt có khoá K9 đang kín mạch). Nếu A2 được đóng lại cùng với C1, mà sự cố còn duy trì thì chỉ có máy cắt C1 cắt nhanh bằng vùng 1 (A2 không cắt vì B2 đang hở mạch). Nếu A2 được đóng lại cùng với B2 và sự cố vẫn còn duy trì thì cả hai máy cắt A2 và B2 đều bị cắt ra trở lại bằng mạch TOR (hoặc vùng 2 cơ bản) và như vậy thanh cái B sẽ mất điện không chọn lọc.

Nếu khoá K9 của máy cắt A2 đang ở vị trí hở mạch thì một trong hai máy cắt B2 hoặc C1 sẽ đóng lại trước cho đường dây BC. Nếu B2 đóng lại trước thì A2 và C1 cũng không đóng lại được vì không có tín hiệu điện áp đường dây và điều này làm cho đường dây AB, BC và thanh cái B mất điện mặc dù sự cố có thể là bán duy trì. Nếu C1 đóng lại trước và thành công (sự cố bán duy trì) thì B2 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và UB = 0) tiếp theo A2 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và S = 1). Nếu C1 đóng lại không thành công thì A2 và B2 cũng không đóng lại được và thanh cái B sẽ mất điện không chọn lọc.

Như vậy trong trường hợp phạm vi vùng 2 tại máy cắt A2 bao phủ lên vùng 2 của máy cắt B2, nếu không sử dụng tín hiệu UB = 1 để khởi động mạch tạo thời gian trễ của sơ đồ RAR, ta nên để khoá K9 của máy cắt A2 và C1 ở vị trí kín mạch còn khoá K9 của máy cắt B2 ở vị trí hở mạch. Nhược điểm của giải pháp này là máy cắt A2 phải cắt và đóng lặp lại hai lần, mặc dầu sự cố xuất hiện trên đường dây BC. Nhưng xác suất của trường hợp này nhỏ, vì chỉ có những sự cố nằm trong phạm vi vùng 2 của A2 và nằm ngoài phạm vi vùng 1 của B2.

Ngắn mạch tại N 3 :

Khi ngắn mạch tại N3, giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 tại máy cắt D1, và nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại máy cắt B2.Trong trường hợp này có ba máy cắt cùng cắt là B2, C2 và D1, sau đó quá trình thao tác đóng lặp lại diễn ra tương tự như đã nêu trong trường hợp ngắn mạch tại N4.

Vấn đề đặt ra ở đây là giả sử N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 của một trong những bảo vệ tại các máy cắt đối diện trực tiếp với thanh cái D (E1, F1, G1) và giả sử là tại máy cắt G1. Lúc đó máy cắt G1 cũng tham gia cắt nhưng thanh cái D vẫn có điện (do có nguồn từ thanh cái E và F) và đường dây DG vẫn có tín hiệu điện áp, do đó chu trình RAR tại máy cắt G1 này phải được đóng theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1), trong trường hợp này thì mạch RAR tại máy cắt D1 vẫn khởi động bình thường (vì UB = 1) và đóng lại cùng lúc với máy cắt G1. Nếu sự cố còn duy trì thì có cả hai máy cắt G1 và D1 cùng cắt ra trở lại bằng vùng 2 tức thời và mạch RAR của nó bị khoá lại. Nhưng sau đó máy cắt G1, D1 và C2 được đóng lặp lại theo chu trình DAR. Để tránh trường hợp máy cắt D1 và G1 cùng đóng vào và cùng cắt ra theo vùng 2 cơ bản (hoặc bằng mạch TOR) khi sự cố còn duy trì, ta nên để máy cắt G1 và C2 cùng đóng lại trước trong chu trình DAR (khoá K9 của C2 phải kín mạch). Khi đó nếu sự cố còn duy trì thì C2 sẽ được cắt ra bằng vùng 1, còn G1 đóng lại thành công. Nếu sự cố là bán duy trì thì máy cắt D1 sẽ được đóng lại bằng chu trình DAR theo điều kiện UL = 1 và S = 1.

Trong trường hợp trên ta thấy máy cắt G1 phải cắt 2 lần khi sự cố duy trì hoặc bán duy trì xuất hiện ở trên đường dây DC, nhưng xác suất của tình huống này không lớn vì nó chỉ xảy ra khi ngắn mạch trên đường dây CD nhưng ở ngoài phạm vi vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tại máy cắt D1. Để tránh nhược điểm này, ta có thể cài đặt chu trình RAR tại D1 có thời gian trễ lớn hơn chu trình RAR tại máy cắt G1.

Ngắn mạch tại N 4 :

Xét ngắn mạch tại N4, giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 tại máy cắt C2 nhưng nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại các máy cắt E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt D1 sẽ cắt nhanh bằng vùng1, còn C2, E1, F1, và G1 sẽ cắt nhanh bằng vùng 2 tăng tốc. Sau đó các máy cắt E1, F1 và G1 có thể đóng lại nhanh cùng lúc với C2 bằng chu trình RAR. Điều này có thể cho phép vì thời gian đóng lặp bằng chu trình RAR đủ nhanh để các nguồn từ các thanh cái E, F, G tự đồng bộ trở lại với nhau. Nếu sự cố thoáng qua thì máy cắt D1 sẽ được đóng lại thành công bằng chu trình DAR. Nếu sự cố duy trì thì sau khi đóng lặp lại bằng chu trình RAR, máy cắt C2 sẽ bị cắt nhanh trở lại bằng vùng 2 tăng tốc (vùng 2 tăng tốc của các máy cắt E1, F1, và G1 đã bị khoá lại). Sau đó đường dây DC sẽ được đóng lại bằng các chu trình DAR của các máy cắt C2 và D1 (tương tự trường hợp ngắn mạch tại N2).

Nếu không chấp nhận giải pháp các máy cắt E1, F1 và G1 đóng lại cùng lúc bằng chu trình RAR, thì chu trình RAR của các máy cắt E1, F1, G1 kể cả máy cắt C2 được cài đặt cả hai điều kiện đóng lại UL = 0 hoặc UL = 1 và S = 1) với thời gian tác động khác nhau (tối thiểu phải có hai máy cắt tác động với thời gian khác nhau và nhỏ hơn các máy cắt còn lại). Điều này sẽ làm tăng thời gian tDAR của máy cắt D1.

Việc cài đặt các chu trình RAR của các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy cắt C2 vừa có thể tác động với điều kiện UL = 0 vừa có thể tác động với điều kiện UL = 1, S = 1 là cần thiết trong trường hợp vị trí ngắn mạch N4 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 của một trong các máy cắt E1, F1 hoặc G1.

Tính toán các tham số thời gian của sơ đồ:

Trong mục này sẽ xem xét việc tính toán lựa chọn các đại lượng thời gian của sơ đồ tăng tốc vùng 2 của bảo vệ khoảng cách kết hợp với thiết bị RAR và DAR bao gồm: thời gian chết tRAR của mạch RAR, thời gian chết tDAR của mạch DAR, thời gian trễ và thời gian duy trì của mạch khoá vùng 2 tức thời. Tuy nhiên, trước tiên cần phải xem xét ý nghĩa các đại lượng thời của một chu trình đóng lặp lại.

Các đại lượng thời gian của chu trình đóng lặp lại:

Trên hình 4.42 chỉ ra trình tự của chu trình tự động đóng lặp lại một lần (khởi động theo tín hiệu bảo vệ rơ le) điển hình, trong đó:

Quá trình của sơ đồ bảo vệ bắt đầu từ thời điểm t0kết thúc ở thời điểm t5 nếu đóng lại thành công (sự cố thoáng qua), và nếu đóng lại không thành công (sự cố thường xuyên) thì quá trình bảo vệ sẽ kết thúc ở thời điểm t13.

Chu trình đóng cắt của máy cắt khởi đầu từ thời điểm t1 và kết thúc đóng lại máy cắt ở thời điểm t9. Nếu đóng lại không thành công thì máy cắt sẽ tiếp tục thực hiện một quá trình cắt và kết thúc tại thời điểm t12, đồng thời tại thời điểm này máy cắt sẽ bị khoá.

Chu trình của mạch tự động đóng lặp lại sẽ bắt đầu tại thời điểm t1 và kết thúc tại thời điểm t14.

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.***

- Đối với mạch bảo vệ:

Thời gian thao tác (tBV): còn gọi là thời gian bảo vệ, được tính từ thời điểm xuất hiện sự cố đến thời điểm tiếp điểm đầu ra của sơ đồ bảo vệ khép mạch (nếu bảo vệ có rơ le cắt riêng thì thời gian của nó cũng được cộng vào) để cung cấp năng lượng cho cuộn cắt máy cắt.

- Đối với máy cắt:

Thời gian mở (Opening time): tính từ thời điểm cuộn cắt của máy cắt được cấp năng lượng cho đến thời điểm các tiếp điểm của máy cắt bắt đầu tách ra.

Thời gian tồn tại của hồ quang (Arcing time): tính từ thời điểm các tiếp điểm của máy cắt bắt đầu tách ra cho đến thời điểm hồ quang sự cố được dập tắt.

Thời gian cắt (tCMC): là tổng của hai thời gian mở và thời gian tồn tại của hồ quang, tức là tính từ thời điểm cuộn cắt máy cắt nhận điện cho tới khi hồ quang sự cố trong buồng cắt máy cắt được dập tắt hoàn toàn.

Thời gian đóng (tĐMC): tính từ thời điểm cuộn đóng máy cắt nhận điện cho đến thời điểm các tiếp điểm của máy cắt thông mạch.

  • Thời gian chết (Dead time): tính từ thời điểm hồ quang sự cố được dập tắt cho đến thời điểm các tiếp điểm của máy cắt bắt đầu khép mạch.

Đối với mạch tự động đóng lặp lại:

Thời gian chết(tARC): tính từ thời điểm sơ đồ tự động đóng lặp lại nhận được năng lượng khởi động (từ sơ đồ bảo vệ) và thao tác các tiếp điểm đầu ra để cấp năng lượng cho cuộn đóng của máy cắt. Đối với tất cả các sơ đồ đóng lại tức thời hoặc tốc độ cao, thời gian này được lấy xấp xỉ thời gian chết của máy cắt.

Thời gian xung đóng (Closing pulse time): khoảng thời gian mà tiếp điểm đầu ra của sơ đồ đóng lặp lại kín mạch cho đến khi các tiếp điểm của máy cắt khép mạch hoàn toàn.

Thời gian phục hồi (Reclaim time): đó là khoảng thời gian tiếp theo sau một thao tác đóng thành công, được tính từ thời điểm tiếp điểm đầu ra của sơ đồ tự động đóng lặp lại khép mạch (để cung cấp năng lượng cho cuộn đóng máy cắt). Thời gian này phải được trôi qua trước khi sơ đồ tự động đóng lặp lại khởi động cho chu trình đóng lặp lại tiếp theo trong trường hợp xuất hiện thêm một sự cố khác.

  • Thời gian nhiễu loạn hệ thống (System disturbance time): tính từ thời điểm xuất hiện sự cố cho đến thời điểm các tiếp điểm của máy cắt thông mạch. Thời gian này đôi lúc còn được gọi là thời gian dao động của hệ thống.

Các đại lượng thời gian của sơ đồ:

Hình 4.43 trình bày biểu đồ thời gian của sơ đồ tăng tốc vùng 2 của bảo vệ khoảng cách kết hợp với các thiết bị RAR và DAR.

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.***

Lựa chọn thời gian chết của mạch RAR (tRAR):

Mạch RAR tác động càng nhanh càng tốt, tức là thời gian chết của mạch RAR (tRAR) càng nhỏ càng tốt để nhanh chóng phục hồi sự cung cấp điện, đặc biệt là các động cơ phải đủ sức tự khởi động trở lại. Tuy nhiên tính tác động nhanh của sơ đồ bị hạn chế bởi điều kiện khử ion hoá tại nơi sự cố, nghĩa là thời gian chết phải đủ lớn để phân tán không khí bị ion hoá tại nơi sự cố. Điều kiện này được thể hiện bởi biểu thức sau đây:

tkhử ion < t­RAR - tCMC < t (4-80)

trong đó:

tkhử ion : thời gian khử ion hoá.

RAR : thời gian chết của sơ đồ đóng lặp lại RAR.

CMC : thời gian mở của máy cắt.

: thời gian tự khởi động của các động cơ.

Thời gian khử ion là thời gian cần thiết tiếp sau thời điểm dập hồ quang sự cố của đường dây trên không để đảm bảo phân tán không khí bị ion hoá sao cho hồ quang sẽ không cháy lại khi đường dây được mạng điện trở lại. Nó là một đại lượng ngẫu nhiên, phụ thuộc nhiều yếu tố như cấp điện áp của đường dây, khoảng cách giữa các phần mang điện, dòng điện sự cố, thời gian tồn tại sự cố, tốc độ gió và điều kiện môi trường, điện dung của các phần tử lân cận với phần tử được đóng lặp lại, trong đó cấp điện áp đóng vai trò quan trọng và nói chung cấp điện áp càng cao đòi hỏi thời gian khử ion càng kéo dài. Các số liệu dưới đây để tham khảo:

Cấp điện áp (kV) Thời gian khử ion tối thiểu (s)
66 0,10
110 0,15
132 0,17
220 0,28
275 0,30
400 0,50

Lựa chọn thời gian trễ (tK) của bộ khoá vùng 2 tức thời:

Theo nguyên tắc hoạt động của sơ đồ (xem hình 4.41a), ta thấy vùng 2 tức thời tác động đi cắt máy cắt, đồng thời sẽ gửi tín hiệu khởi động mạch RAR. Mạch RAR sau khi thoả mãn điều kiện tác động sẽ gửi tín hiệu đi đóng lại máy cắt, đồng thời gửi tín hiệu đi khoá vùng 2 tức thời. Tuy nhiên việc khoá phải xảy ra sau thời điểm đóng lại máy cắt một khoảng thời gian tK để đảm bảo vùng 2 cắt nhanh lại máy cắt một lần nữa sự cố duy trì xuất hiện ở cuối đường dây của nó, tức là:

tK ≥ tĐMC1 + t­BV1 + tCMC1 + tDP1 (4-81)

trong đó:

tK: thời gian trễ của bộ khoá.

t­ĐMC1: thời gian đóng máy cắt (lấy giá trị lớn nhất).

t­BV1: thời gian tác động của vùng 2.

tCMC1: thời gian cắt máy cắt (lấy giá trị lớn nhất).

DP1: thời gian dự phòng (tính đến sai số lớn nhất của các bộ phận tạo thời gian của mạch khoá và mạch bảo vệ).

Theo biểu đồ thời gian của chu trình đóng lặp lại trên hình (4.43) ta thấy việc khoá chỉ cần xảy ra ngay sau khi cuộn cắt của máy cắt tác động. Trong khi theo công thức (4-81), thời gian tk được tính từ lúc mạch khoá được khởi động (thời điểm mạch RAR gửi tín hiệu đi đóng máy cắt) tới thời điểm máy cắt dập tắt hồ quang khi máy cắt được cắt ra trở lại. Sự khác biệt này là để tăng tính an toàn cho việc cắt lần nữa của vùng 2 tức thời (khi sự cố xuất hiện ở cuối đường dây của nó), đồng thời thuận lợi cho việc tính toán vì thông thường các lý lịch máy cắt chỉ cho biết thời gian tCMC mà không cho biết thời gian thao tác của cuộn cắt.

Lựa chọn thời gian chết (tDAR) của mạch DAR:

Trong việc lựa chọn thời gian trễ của mạch khoá vùng 2 tức thời, một điều kiện nữa nó cần phải thoả mãn là việc khoá phải tác động trước khi máy cắt ở đầu đoạn đường dây liền kề được đóng trở lại theo chu trình DAR khi ngắn mạch xảy ra ở đầu đoạn đường dây liền kề này. Theo biểu đồ thời gian trên hình 4.43 ta có:

tBV2 + tDAR + tĐMC2 ≥ tBV1 + tRAR + t­K + tDP2 (4-82)

⇒ tDAR ≥ (tBV1 + tRAR + t­K)- (tBV2 + tĐMC2) + tDP2 (4-83)

trong đó:

Các thông số của đường dây đang xét:

BV1: thời gian thao tác của vùng 2 cắt nhanh.

tRAR: thời gian chết của sơ đồ đóng lặp lại RAR.

K: thời gian khoá bảo vệ vùng 2.

Các thông số của đường dây liền kề:

tDAR: thời gian chết của sơ đồ đóng lặp lại DAR.

tĐMC2: thời gian đóng của máy cắt.

BV2: thời gian thao tác của vùng 1.

DP2: thời gian dự phòng (tính đến sai số lớn nhất của các bộ phận tạo thời gian trong biểu đồ 4.43b).

Lựa chọn thời gian duy trì (tDT) của mạch khoá vùng 2 tức thời:

Mạch khoá sau khi khoá phải được duy trì thêm một thời gian để đảm bảo chắc chắn khi ngắn mạch ở đầu đoạn đường dây liền kề thì vùng 2 tức thời của nó không tác động mà chỉ có vùng 1 của đường dây liền kề tác động. Muốn vậy phải thoả mãn các biểu thức sau đây:

tBV1 + tRAR + tK + tDT ≥ 2tBV2 + tDAR + tĐMC2 + tCMC2 + tDP3 (4-84)

⇒ tDT ≥ (2tBV2 + tDAR + tĐMC2 + tCMC2 + tDP3) - (tBV1 + tRAR + tK) (4-85)

trong đó:

tCMC2: thời gian cắt của máy cắt.

DP3: thời gian dự phòng (tính đến sai số lớn nhất của các bộ phận tạo thời gian trong biểu đồ 4.43b, trong đó sai số của mạch bảo vệ được tính đến hai lần).

Để đơn giản hơn, thời gian duy trì tín hiệu khoá của vùng 2 tác động nhanh của đường dây liền kề có thể kết thúc cùng thời điểm với thời gian phục hồi chu trình DAR của máy cắt trên đường dây sự cố (tPHDAR), khi đó ta có:

tBV1 + tRAR + tK + tDT = tBV2 + tDAR + tPHDAR (4-7)

⇒ tDT = (tBV2 + tDAR + tPHDAR) - (tBV1 + tRAR + tK) (4-8)

Nhận xét:

So với bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng thì sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với thiết bị RAR và DAR có ưu điểm là loại trừ nhanh sự cố không những thoáng qua mà kể các các sự cố duy trì, đồng thời không có hiện tượng mất điện không chọn lọc.

So với sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng, thì sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với thiết bị RAR và DAR có ưu điểm việc khôi phục sự làm việc của các phần tử khi sự cố thoáng qua nhanh hơn, đồng thời giảm khả năng không đóng lại được của các máy cắt do việc mất động bộ giữa các nguồn.

Về chi phí bảo dưỡng máy cắt thì sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với thiết bị RAR và DAR cao hơn sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng nhưng không đáng kể và thấp hơn sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng. Chi phí bảo dưỡng tăng thêm của hai sơ đồ sau là do có các đường dây có thể đóng lại lần thứ hai đối với các sự cố duy trì và bán duy trì (có xác suất 10 -15%), nhưng đối với sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR việc đường dây đóng lại lần thứ hai khi sự cố duy trì và bán duy trì chỉ diễn ra khi vị trí ngắn mạch nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 của bảo vệ khoảng cách ở một đầu đường dây, còn đối với sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng thì bất kỳ vị trí ngắn mạch nào. Mặt khác việc đóng lại đường dây lần thứ hai đối với sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR có ý nghĩa khôi phục lại sự mang điện của đường dây còn đối với sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng thì không có ý nghĩa đó.

Khuyết điểm của sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR là cần trang bị hai bộ tự động đóng lặp lại nhưng bù lại là không cần vùng 1 mở rộng. Riêng đối với các rơ le kỹ thuật số ngày nay thì các khuyết điểm trên không có ý nghĩa vì các rơ le khoảng cách thường được chế tạo kèm theo sơ đồ tự động lại nhiều lần. Chẳng hạn các rơ le khoảng cách P441, P442 của hãng ALSTOM có trang bị tự động đóng lặp lại tới 4 lần, còn rơ le khoảng cách 7SA513 của hãng SIEMENS có trang bị tự động đóng lặp lại lên tới 10 lần.

Mục lục
Đánh giá:
0 dựa trên 0 đánh giá
Nội dung cùng tác giả
 
Nội dung tương tự