Ứng dụng rơle khoảng cách kỹ thuật số micom để bảo vệ đường dây truyền tải điện

NG DNG RLE KHONG CCH K THUT S
MICOM BO V NG DY TRUYN TI IN
APPLICATION OF NUMERICAL DISTANCE RELAYS MICOM
TO PROTECT POWER TRANSMISSION LINES


Lấ KIM HNG
Trng i hc Bỏch khoa, i hc Nng


TểM TT
m bo cỏc mc tiờu kinh t v k thut ca h thng in hu ht cỏc ng dõy truyn
ti v phõn phi u c trang b cỏc rle khong cỏch s lm mt trong nhng bo v chớnh.
Vic nghiờn cu chnh nh ci t thụng s cho loi bo v ny l rt quan trng nhm vn
hnh h thng in mt cỏch tin cy, an ton v hiu qu nht.
Bi bỏo ny gii thiu mt s chc nng c bn v cỏch tớnh toỏn ci t cỏc thụng s cho rle
khong cỏch s MICOM h P44X (X: 1, 2, 4).
ABSTRACT
In order to attain economic and technical effect in power system operation in many power
transmission and distribution lines, numerical distance relays are used as one of the main
protectors. Therefore, the study and setting of this protection is very important so as to operate
the power system most safely, reliably and effectively.
The article presents some basic functions and methods of setting numerical distance relay
MICOMs P44X.


1. t vn
Rle khong cỏch MICOM h P44X l hp b rle s ca hóng ALSTOM. õy l mt
trong nhng loi rle k thut s c ng dng cỏc cụng ngh hin i nht hin nay. Cỏc
rle k thut s MICOM h P44X hon ton cú th ỏp ng c cỏc yờu cu bo v cho cỏc
ng dõy truyn ti v phõn phi trong h thng in. Trong h thng in Vit Nam, cỏc

rle khong cỏch s c s dng ph bin bo v cỏc ng dõy 110, 220 kV v 500 kV,
do vy vic tỡm hiu v chnh nh chỳng m bo tin cy trong vn hnh l rt cn
thit.
Sau õy s gii thiu khỏi quỏt v rle khong cỏch s MICOM h P44X v cỏch tớnh
toỏn chnh nh cỏc thụng s bo v.

2. Gii thiu v rle s MICOM h P44X
2.1. Cu hỡnh chung
Hỡnh dỏng bờn ngoi ca mt rle khong cỏch
s MICOM P441 nh hỡnh 1. Trong ú:
(1) - mn hỡnh tinh th lng (LCD) cú th hin
th 16 kớ t di hai hng.
(2) - bn ốn LED c nh.
(3) - tỏm ốn LED hin th vựng kh trỡnh.
(4) - h thng cỏc phớm chc nng.
(5) - phớm chc nng c, xoỏ cỏc kớ t v hin
th thi gian.
(6) - v bc v kớ hiu sn phm.
(7) - tm che chn bo v cỏc u kt ni cng
truyn thụng.
(8) - phn u kp chỡ.
Hỗnh 1: Hỗnh daùng
bón ngoaỡi cuớa rồle
MICOM P441
Ngoài cấu hình chung như trên, các rơle khoảng cách số MICOM họ P44X còn có các
đặc điểm riêng như sau:
- P441: có 8 đầu vào logic, 16 đầu ra để truyền tín hiệu cắt máy cắt, hiển thị thời gian,
truyền thông xa và các chức năng khác.
- P442: có 16 đầu vào logic và 21 đầu ra số, đồng hồ đồng bộ thời gian thực, các đầu nối
truyền thông với cáp quang.

- P444: có 24 đầu vào logic số và 32 đầu ra, đồng hồ đồng bộ thời gian thực, các đầu nối
truyền thông với cáp quang.
Thời gian tác động nhanh nhất của rơle khoảng cách số MICOM khoảng 18 msec. Rơle
khoảng cách MICOM có hai loại cổng truyền thông là: cổng truyền thông nội bộ (local
communication port) và cổng truyền thông từ xa (remote communication port).
Cổng truyền thông nội bộ: gồm các mạch giao tiếp tuần tự được thiết kế sử dụng kết nối
trực tiếp với máy tính để thu thập các dữ liệu hay tải các chương trình, các sơ đồ logic, các
thông số cài đặt khi sử dụng phần mềm mô phỏng hoặc để kết nối giữa các rơle với nhau.
Cổng truyền thông từ xa được sử dụng để kết nối với các thiết bị truyền tin trao đổi các
thông tin giữa trung tâm điều khiển với rơle, hoặc truyền tín hiệu cắt liên động giữa hai rơle ở
hai đầu đường dây (ĐZ). Nhờ đó mà người ta có thể xây dựng các trạm biến áp vận hành hoàn
toàn tự động không cần người trực, từ đó có thể nâng cao tính tự động hoá, khả năng đồng bộ,
độ tin cậy cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống điện.
2.2. Các chức năng của rơle
Hình 2 trình bày các chức năng cơ bản của rơle khoảng cách số MICOM họ P44X.












∗ Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)
Là chức năng chính của rơle, làm việc theo nguyên lý tổng trở thấp Z<. Rơle bao gồm 6
vùng làm việc, trong đó:

- Vùng 1: Luôn luôn làm việc theo hướng thuận.
- Vùng 1X (vùng 1 mở rộng), vùng 2, 3: làm việc theo hướng thuận, có thể kích hoạt
hoặc không.
- Vùng 4: làm việc theo hướng ngược (có thể chọn hoặc không), điện trở và hệ số bù
trùng với vùng 3.
- Vùng P: vùng khả trình, có thể kích hoạt làm việc theo hướng thuận hoặc hướng
ngược.
Các thông số chỉnh định cho mỗi vùng đối với sự cố pha-pha và pha-đất hoàn toàn độc
lập nhau. Chức năng bảo vệ khoảng cách sẽ bị khoá khi máy biến điện áp (TU) bị lỗi. Chức
năng bảo vệ từng vùng cũng sẽ bị khoá hoặc không khoá (tuỳ chọn) khi có hiện tượng dao
động công suất.
Hình 2: Sơ đồ bảo vệ đường dây của rơle khoảng cách số MICOM
Định vị điểm sự cố: Chức năng này tính toán tổng trở sự cố và khoảng cách từ chỗ đặt
TI, TU đến điểm sự cố. Kết quả sẽ được hiển thị bằng đơn vị km, Ω hoặc % đường dây được
bảo vệ.
Chức năng cắt nhanh khi đóng điện vào đường dây đang bị sự cố: Rơle dùng đầu vào
kiểm tra trạng thái máy cắt hoặc tín hiệu đường dây “chết” để khởi tạo bảo vệ này. Khi chúng
ta đóng điện vào đường dây đang có sự cố, rơle sẽ đưa ra lệnh cắt nhanh cho dù điểm sự cố ở
vùng cắt nhanh (vùng 1) hoặc vùng cắt có thời gian (trường hợp này có thể xảy ra khi chúng
ta đóng điện vào đường dây sau khi đã sửa chữa mà quên tháo tiếp địa).
Ngoài ra rơle khoảng cách số MICOM họ P44X còn có thể làm việc kết hợp với các sơ
đồ bảo vệ liên động.
∗ Chức năng bảo vệ quá dòng (50/51)
Có 4 cấp tác động độc lập nhau:
- Cấp 1 và 2: có thể làm việc theo hướng thuận hoặc hướng ngược hoặc vô hướng. Khi
lỗi TU và rơle đang làm việc có hướng thì rơle sẽ tự động chuyển qua làm việc vô hướng với
thời gian chỉnh định riêng hoặc khoá (tuỳ chọn). Rơle có thể làm việc theo đặc tuyến thời gian
độc lập hoặc phụ thuộc.
- Cấp 3: làm việc vô hướng hoặc khoá, với đặc tuyến thời gian độc lập và có thể làm
việc liên tục hoặc chỉ làm việc với chức năng chống đóng điện vào điểm sự cố.

- Cấp 4: làm việc vô hướng hoặc khoá với đặc tuyến thời gian độc lập, dùng để bảo vệ
thanh góp.
∗ Chức năng bảo vệ quá dòng chạm đất (50/51N)
Có hai cấp bảo vệ:
- Cấp 1: làm việc có hướng hoặc vô hướng hoặc khoá theo đặc tuyến thời gian độc lập
hoặc phụ thuộc.
- Cấp 2: làm việc có hướng hoặc vô hướng hoặc khoá theo đặc tuyến thời gian độc lập.
∗ Chức năng bảo vệ quá điện áp, kém điện áp (59/27)
Mỗi chức năng có hai cấp bảo vệ. Cấp 1 có thể chọn theo đặc tuyến thời gian độc lập
hoặc phụ thuộc. Cấp 2 làm việc theo đặc tuyến thời gian độc lập.
∗ Chức năng kiểm tra đồng bộ (25)
Chức năng này dùng để đóng hoà máy cắt bằng tay hoặc trong chế độ tự động đóng lặp
lại.
∗ Chức năng tự động đóng lặp lại (79)
Rơle cho phép đóng lặp lại 3 pha có hoặc không kiểm tra hoà đồng bộ. Số lần đóng lặp
lại cho phép là 4 lần trong một chu trình.
∗ Chức năng điều khiển máy cắt bằng tay
Có kiểm tra hoà đồng bộ. Có các chế độ điều khiển: từ xa (remote), tại chỗ (local).
∗ Chức năng kiểm tra sự cố máy cắt (74)
Lệnh khởi tạo có thể từ bên trong hoặc bên ngoài rơle.
∗ Chức năng giám sát kênh truyền tin (85)
Khả năng kiểm tra các lỗi trên đường truyền kênh tin hoặc từ bản thân rơle.
∗ Chức năng phụ
- Chức năng ghi lại sự cố: có thể ghi lại 5÷10 sự cố mới nhất.
- Chức năng đo lường: dòng, áp, góc pha, công suất.
3. Tính toán các thông số cài đặt cho bảo vệ khoảng cách
Tính toán các thông số cài đặt cho bảo vệ khoảng cách tại trạm B đối với đoạn đường
dây BC trên hình 3 với các thông số như sau:
- Điện áp hệ thống: 230 kV.
- Tỉ số biến dòng TI: 1200/5.

- Tỉ số biến điện áp TU: 230000/115.
- Chiều dài đường dây (DZ) cần bảo vệ: 100 km
- Tổng trở thứ tự thuận của DZ: Z1=0,089+j0,476 = 0,484∠79,40
0
Ω/km.
- Tổng trở thứ tự không của DZ: Z0=0,426+j1,576 =1,632∠74,80
0
Ω/km.












3.1. Phần tính toán:
Đối với bảo vệ khoảng cách MICOM họ P44X thì góc cài đặt từ -90
0
÷90
0
có bước nhảy
là 1
0
. Các giá trị tổng trở đặt được tính toán quy về phía thứ cấp.
- Giá trị tổng trở đặt của vùng 1 được tính toán theo yêu cầu vùng 1 của bảo vệ phải bảo

vệ 80% chiều dài đoạn đường dây BC:
Ω∠=∠=
00I
79,464,4
115/230000
5/1200
.79,44840,8.100.0, Z
Giá trị cài đặt của vùng 1: 4,64∠79,4
0
Ω.
- Giá trị tổng trở đặt của vùng 2 được tính toán theo yêu cầu vùng 2 của bảo vệ phải
bảo vệ hoàn toàn đoạn đường dây BC và khoảng 30% chiều dài đoạn đường dây CD:
Ω∠=∠+=
00II
79,4853,6
115/230000
5/1200
.79,44840,3.60).0,(100 Z

Giá trị cài đặt của vùng 2: 6,853∠80
0
Ω.
- Giá trị tổng trở đặt của vùng 3 (bảo vệ dự trữ) được tính toán để bảo vệ có thể tác động
chắc chắn khi sự cố ở đoạn đặt bảo vệ (đoạn BC) và đoạn kề (đoạn CD) nên thường ấy
khoảng 120% chiều dài đoạn BD:
Ω∠=∠+=
00III
79,4152,11
115/230000
5/1200

.79,448460).1,2.0,(100 Z
Giá trị cài đặt của vùng 3: 11,152∠80
0
Ω.
- Giá trị tổng trở đặt của vùng 4 hướng ngược được tính toán khoảng 10% giá trị tổng
trở đặt vùng 1:
Ω∠=∠=
00IV
79,4464,079,40,1.4,64 Z
Giá trị cài đặt của vùng 4: 0,464∠80
0
Ω.
Hệ số ảnh hưởng của bù dư đối với sự cố đất:
K
Z0
= (Z
0
- Z
1
)/3.Z
1
=(1,632∠74,8
0
-
0,484∠79,4
0
).100/3.0,484∠79,4
0
.100=0,79∠-6,5
0

Hình 3: Sơ đồ mô hình tính toán bảo vệ rơle
80
km
A
21 21
60
km
B
100 km
C
D
Thời gian cài đặt:
- Thời gian tác động của vùng 1: t
I
= 0,1 sec.
- Thời gian tác động của vùng 2: t
II
= 0,5 sec.
- Thời gian tác động của vùng 3: t
III
= 3,5 sec.
- Thời gian tác động của vùng 4: t
IV
= 4,5 sec.
3.2. Bảng trị số chỉnh định cho rơle khoảng cách số MICOM P441:
Sau khi tính toán được các giá trị cài đặt, ta thành lập phiếu chỉnh định cho rơle khoảng
cách MICOM P441 như sau:
- Rơle: ........................... MICOM P441
- TI: ............................... 1200/5 A
- TU:............................... 230000/115 kV

- Tác động:..................... Cắt MC

Trị số chỉnh định
Chức
năng
Thông số Nội dung Trị số
Ghi chú
1000 LINE CHARACTERISTICS

1001 LIN Line Length Length of line in km.........................: 100km
1002 LlN Ku Voltage transformer..........................: 2000
1003 LlN Ki Current transformer..........................: 240
1004 LIN Zd Positive sequence impedance Zd......: 48,4 ohm
1005 LIN Phid Zd argument......................................: 79 deg
100A LIN Z01 Zero sequence impedance Z01.........: 163,2 ohm
100B LIN Phi01 Z01 argument..................................... 74,8 deg
100C LIN Rd Positive sequence resistance.............: 89 ohm
100D LIN Xd Positive sequence reactance .............: 47,6 ohm
1010 LIN R01 Zero sequence resistance..................: 42,6 ohm
1011 LIN X01 Zero sequence reactance...................: 157,6 ohm
1012 LIN K01r Real part of K01...............................: 0.79

F21
1100 ZONE SETTING: Cắt MC

1101 ZON Z1 Zone 1 impedance.............................: 4,64 ohm
1103 ZON T1 Zone 1 time delay.............................: 0.1s
1104 ZON Z2 Zone 2 impedance.............................: 6,85 ohm
1105 ZON T2 Zone 2 time delay.............................: 0.5s
1106 ZON Z3 Zone 3 impedance.............................: 11,15 ohm

1107 ZON T3 Zone 3 time delay.............................: 3.5s
1108 ZON Dir.Z3 Zone 3 derection...............................: Forwards
1109 ZON Z4 Zone 4 impedance.............................: 0,46 ohm
110A ZON T4 Zone 4 time delay.............................: 4,5s


4. Kết luận
Qua bài báo giúp cho chúng ta hiểu được các chức năng cơ bản và cách tính toán cài đặt
các thông số của rơle khoảng cách số MICOM. Điều này còn giúp cho cán bộ kỹ thuật dễ
dàng tiếp cận các loại rơle số bảo vệ khoảng cách tương đương khác.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Alstom, relays MICOM P441, P442, P444 Application Notes, Commissioning &
Maintenance Guide, Technical Data, Default PSL, Introduction, Alstom, 2000.
[2] Nguyễn Hồng Thái, Vũ Văn Tẩm, Rơle số-lý thuyết và ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo
dục, 2001.
[3] Lê Kim Hùng, Đoàn Ngọc Minh Tú, Bảo vệ rơle và tự động hoá trong hệ thống điện,
Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.