THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA RƠLE TOSHIBA

PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
1




THÍ NGHIỆM CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA RƠLE TOSHIBA
Lê Kim Hùng
1
, Vũ Phan Huấn
2

1
Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng,

2
Công ty TNHH MTV Thí nghiệm điện miền Trung
Tóm tắt: Hiện nay các rơle bảo vệ (RLBV) kỹ thuật số của nhiều hãng nổi tiếng đang
được sử dụng trên lưới điện Việt Nam. Với sự đa dạng về chủng loại dẫn đến nhân
viên kỹ thuật cần phải tìm hiểu tài liệu kỹ thuật của từng hãng để có thể hiểu rõ, tính
toán, cài đặt thông số chỉnh định và thử nghiệm đúng các chức năng làm việc của
RLBV. Bài báo trình bày một số kinh nghiệm, lưu ý trong quá trình vận hành, thử
nghiệm và kiểm tra rơle Toshiba GRZ100, GRE100 trên lưới điện miền Trung nhằm
tránh các sai sót có thể xảy ra và nâng cao hiệu quả sử dụng cho đơn vị quản lý vận
hành.
Từ khoá: Đường dây truyền tải điện, rơle bảo vệ, định vị sự cố, hợp bộ thí nghiệm,
Matlab Simulink.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việc trang bị RLBV trên đường dây truyền tải điện đóng vai trò quan trọng trong công tác quản
lý, vận hành hệ thống điện. Khi có sự cố xảy ra, nhân viên quản lý vận hành có thể dễ dàng có
được thông tin sự cố, xác định ngay khu vực xảy ra sự cố, nhánh sự cố và điểm sự cố thông qua

các tín hiệu tác động và hiển thị trên bộ cảnh báo. Có thể nói rằng, RLBV đã đóng góp rất lớn
vào việc giảm thiểu thời gian xác định sự cố cũng như góp phần nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện.
Ở Việt Nam, sau khi EVN đạt được thoả thuận hợp tác với Tập đoàn Toshiba vào năm 2007, các
đơn vị thành viên đã tiếp nhận và sử dụng tất cả các loại RLBV của Toshiba trên hệ thống điện
Việt Nam. Đây là loại role mới nên đã làm cho nhiều cán bộ kỹ thuật lúng túng khi mới lần đầu
tiếp xúc, vận hành. Vì vậy, đòi hỏi cần phải có một đội ngũ lành nghề đã được tập huấn rút kinh
nghiệm, sử dụng thành thạo để khai thác RLBV có hiệu quả trong sản xuất.
Với một số kinh nghiệm sau khi đã thử nghiệm, kiểm tra RLBV GRZ100 và GRE100, chúng tôi
mong muốn có thể giúp nhân viên vận hành củng cố phần lý thuyết, làm cơ sở cho việc nhanh
chóng tiếp cận, khai thác sử dụng thiết bị một cách an toàn, hiệu quả, đồng thời hạn chế các trở
ngại có thể xảy ra trong việc đánh giá đúng chất lượng của thiết bị.
2. CÁC ĐIỂM LƢU Ý KHI SỬ DỤNG RƠLE TOSHIBA
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
2




RLBV kỹ thuật số ngày càng hiện đại, có nhiều chức năng tích hợp nên khi xem xét đánh giá
chất lượng một chủng loại RLBV mới đưa vào vận hành, chúng ta thường có nhiều câu hỏi đặt
ra từ các cán bộ kỹ thuật khi so sánh với RLBV của các hãng khác. Nội dung câu hỏi chủ yếu
tập trung vào các vấn đề như:
 So sánh các chức năng bảo vệ F21/21N, F67/67N, F27/59 và định vị sự cố…. có làm việc
tin cậy không;
 Tính thuận tiện sử dụng so với các RLBV cũ;
 Liệu RLBV mới có làm thay đổi đáng kể thiết kế không.
Sau khi thử nghiệm kiểm tra RLBV GRE100, GRZ100 tại TBA 110kV Cầu Đỏ - Đà Nẵng theo
phiếu chỉnh định số 482/ĐĐMT-PT, ngày 14/05/2014. Chúng tôi trình bày một số lưu ý so sánh
với các rơle hãng khác như sau:

2.1. Phần mềm giao diện
Phần mềm MiCOM S1 Agile, Digsi 4.84, PCM600 được hỗ trợ download từ website của nhà
sản xuất. Tuy nhiên, đối với hãng TOSHIBA:
 Phần mềm RMS100 không được hỗ trợ download từ website của nhà sản xuất. Người
dùng chỉ có được phần mềm dựa trên đĩa CD đi kèm với thiết bị;
 Các chức năng bảo vệ ký hiệu theo chữ viết tắt, điều này làm khó cho người đọc. Ví dụ:
MOC1, MOC2, MEF1, MEF2, MNC1, MNC2…;


Hình 1. Phần mềm RMS 100
 Bố trí tab Trip (Switch) cho phép ON/OFF chức năng bảo vệ nhưng các thông số chỉnh
định tại tab Trip (Element) của chức năng bị OFF không ẩn theo nên dễ gây nhầm lẫn cho
việc cài đặt cho nhân viên vận hành;
 Các rơle đầu ra, đèn Led được cấu hình theo biến địa chỉ đã thiết lập trong PLC tool.
PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
3




2.2. Chức năng bảo vệ khoảng cách
Chức năng bảo vệ khoảng cách có đặc tính Mho (hình 2) không giống như dạng Mho của các
hãng SEL, AREVA, ABB. Phần mềm RMS100 không xuất đặc tính ra định dạng file .rio để thử
nghiệm, nên đòi hỏi người thí nghiệm phải có kiến thức chuyên sâu về thông số chỉnh định
RLBV và nếu xây dựng đặc tính bằng tay dẫn đến làm tốn rất nhiều thời gian [1]. Vì lý do đó
nên hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm OMICRON, ISA đã hỗ trợ công cụ phần mềm để tự động
vẽ đặc tính làm việc dựa trên thông số chỉnh định.
2.3. Chức năng bảo vệ kém áp
Rơle GRE100 có 4 cấp bảo vệ (3 cấp đi trip UV1, UV2, UV3
và 1 cấp alarm UV4). Rơle GRZ có 2 cấp bảo vệ UV1 đi trip

và UV2 đi alarm. Theo đặc thù lưới điện Việt Nam sử dụng 2
cấp bảo vệ kém áp đi cảnh báo thì rơle không đáp ứng được
và chỉ sử dụng 1 cấp cảnh báo tín hiệu [2], [3].
2.4. Chức năng bảo vệ quá dòng dự phòng
Menu chức năng bảo vệ quá dòng của hãng Areva trong phần
mềm khá mềm dẻo, linh hoạt (hình 3). Mỗi cấp bảo vệ có thể
lựa chọn đặc tính thời gian IDMT hoặc DT hoặc Non-
Direction hoặc Direction [4]. Tuy nhiên với Toshiba mặc định
sẵn từng chức năng làm việc theo đặc tính thời gian DT,
IDTM với tùy chọn như DEF, DEFI, OC, OCI

Hình 2. Đặc tính mho
2.5. Chức năng đóng lặp lại
Đối với rơle GRZ100, chúng ta cần chú ý đến tham số [2]:
ARC-M = OFF, SPAR, TPAR, SPAR&TPAR, EXT1P và
EXT3P tương ứng chế độ với khóa chức năng, đóng lặp lại 1
pha, đóng lặp lại 3 pha, đóng lặp lại 1 pha và 3 pha.
ARC-SM = OFF, S2, S3, S4 tương ứng với số lần đóng lặp lại
là 1, 2, 3, 4.
2.6 Nút reset
Để giải trừ tín hiệu, nhấn nút reset 3s cho 4 đèn chức năng, 1s
cho đèn Trip.

Hình 3: Chức năng bảo vệ quá dòng
của Areva
2.7 Chức năng định vị sự cố
Đối với các rơle số hiện nay, chức năng định vị sự cố có thể sử dụng hiển thị cho tất cả các vùng
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
4

bảo vệ (nằm ngoài đường dây). Lúc này điểm sự cố trên màn hình rơle có thể đo lường không
đúng do ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện hoặc khi xảy ra dao động điện. Tuy nhiên, đối
với GRZ100 có thêm lựa chọn AZFLEN = OFF để không hiển thị vị trí sự cố nằm ngoài đường
dây bảo vệ.
3. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ
Kết quả khoảng cách sự cố hiển thị trên màn hình RLBV có chính xác hay không phụ thuộc vào
2 yếu tố: đầu tiên là các thông số cài đặt trên RLBV, thứ hai là thuật toán định vị sự cố của hãng
sử dụng. Trong đó, thuật toán định vị sự cố dùng cho mô hình đường dây song song (hình 4) với
khoảng cách đến điểm sự cố m được tính theo công thức ở bảng 1, sử dụng dòng điện và điện áp
tại một đầu đường dây, thành phần dòng điện trước và tại thời điểm xảy ra sự cố [2].

Hình 4. Sơ đồ hệ thống điện
Bảng 1. Công thức tính toán khoảng cách sự cố sử dụng dữ liệu đo lƣờng tại một đầu đƣờng dây
Kiểu sự
cố
Công thức tính khoảng cách sự cố
AG
 
ammSemmSm
am
KIIXIIXIIXRIIRIIRIIRI
LIUI
m



)".".".()".".".(

)".(
0000100001



3/)2(
cba
IIII 


3
)2(
3
)2(
"
LcLbLacba
IIIIII
I






BG
 
bmmSemmSm
bm
KIIXIIXIIXRIIRIIRIIRI
LIUI

m



)".".".()".".".(
)".(
0000100001



3/)2(
cab
IIII 


3
)2(
3
)2(
"
LcLaLbcab
IIIIII
I






CG

 
cmmSemmSm
cm
KIIXIIXIIXRIIRIIRIIRI
LIUI
m



)".".".()".".".(
)".(
0000100001



3/)2(
bac
IIII 


PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
5




3
)2(
3
)2(

"
LbLaLcbac
IIIIII
I






AB hoặc
ABG
 
ababeabm
abm
KIIXRIIRI
LIUI
m



)".()".(
)".(
11



)()("
LbLaba
IIIII 



BC hoặc
BCG
 
bcbcebcm
bcm
KIIXRIIRI
LIUI
m



)".()".(
)".(
11



)()("
LcLbcb
IIIII 


CA hoặc
CAG
 
acaceacm
acm
KIIXRIIRI

LIUI
m



)".()".(
)".(
11



)()("
LcLaca
IIIII 


ABC
Sử dụng một trong ba công thức tính m ở các trường hợp sự cố AB, BC và AC
Trong đó:
I
La
, I
Lb
, I
Lc
: dòng tải.
I
a
, I
b

, I
c
: dòng điện pha sự cố.

I
: dòng điện sự cố.
"

I
,
"

I
: độ thay đổi dòng điện sự cố và trước khi xuất hiện sự cố.
I
0S
: dòng điện thứ tự không.
I
0m
: dòng thứ tự không của đường dây song song.
R
1
, X
1
: thành phần điện trở, điện kháng thứ tự thuận đường dây.
R
0
, X
0
: thành phần điện trở, điện kháng thứ tự không đường dây.

R
0m
, X
0m
: thành phần điện trở, điện kháng hỗ cảm thứ tự không đường dây.
K
a
, K
b
, K
c
, K
ab
, K
bc
, K
ac
: hệ số bù thay đổi tổng trở.
L: độ dài đường dây (km).
Công thức trên bảng 1 được dùng tính toán cho đường dây có thông số tập trung khoảng 100km.
Khi đường dây có chiều dài vượt quá 100km thì chúng ta cần xét đến dung đường dây, bộ ghi sự
cố sử dụng m’ thay cho m là:
3
'
3
2
m
kmm 
(1)
k =0.001 km

-1

Sai số cho phép đối với thuật toán là ±2.5 km đối với đường dây có chiều dài đến 100 km, và
±2.5% đối với đường dây có chiều dài từ 100 km đến 250 km.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
6




Vì đây là công thức tính toán khoảng cách sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu đường dây, cho
nên khi áp dụng vào mô hình đường dây có nguồn cung cấp từ nhiều phía thì kết quả đầu ra sẽ
có sai số lớn do không xét đến ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện [5]. Do đó, hãng Toshiba
đã phát triển thuật toán sử dụng dữ liệu đo từ hai hoặc ba phía và ứng dụng trên RLBV GRL100
nhằm khắc phục nhược điểm này.
4. KIỂM ĐỊNH CHỨC NĂNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN RƠLE GRZ100
Để kiểm tra chức năng định vị sự cố ứng dụng thuật toán đã được trình bày tại mục 3 trên rơle
GRZ100 (S/N: VN00131FM0001-1) của ngăn lộ 171 ở TBA 110kV Cầu Đỏ (E12) tại Đà Nẵng,
Công ty thí nghiệm Miền Trung tiến hành thực hiện các bước sau: Đầu tiên, sử dụng máy tính
có cài đặt phần mềm RSM100 để cài đặt thông số chỉnh định rơle (hình 5).

Hình 5. Phần mềm giao diện rơle RSM100

Hình 6. Phần mềm điều khiển
hợp bộ thí nghiệm ISA DRT66
Tiếp đến, sử dụng modun Manual Control của phần mềm TDMS (hình 6) để điều khiển hợp bộ
thí nghiệm ISA DRT66, bơm mô phỏng giá trị dòng điện, điện áp sự cố trên đường dây với các
giá trị xác định trước vào cổng dòng điện, điện áp của RLBV. Tương ứng với mỗi giá trị bơm,
người thí nghiệm tiến hành kiểm tra sai số giữa kết quả khoảng cách hiển thị trên rơle GRZ100
(m

f
) với giá trị khoảng cách sự cố tính toán (m
t
) từ bảng 1 theo công thức: ∆m = m
t
- m
f
có nằm
trong khoảng sai số cho phép của nhà chế tạo là ±2.5km hay không (bảng 2). Từ đó đưa ra kết
luận chức năng định vị sự cố của RLBV đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đưa vào vận hành hoặc
không.
Bảng 2: Kết quả kiểm tra trên rơle GRZ100
Giá trị bơm
m
t
[km]
m
f
[km]
∆m [km]
0
091.1 
a
V
0
39.3242
a
I

1.03

0.7
0.33
0
24054.14 
b
V
0
13.1562
b
I

13.4
13
0.4
0
120096.8 
c
V
0
57.342
c
I

7.53
7.4
0.13

PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
7

Giá trị bơm
mt [km]
mf [km]
∆m [km]
0
08.310247.32 
a
V
0
26.182
a
I

0
92.289247.32 
b
V
0
26.1982
b
I

1.77
1.7
0.07
0
37.192505.32 

b
V
0
68.1672
b
I

0
63.167505.32 
c
V
0
68.3472
c
I

10.52
10.4
0.12
0
94.48351.32 
a
V
0
69.2172
a
I

0
06.71351.32 

c
V
0
69.372
c
I

8.88
8.7
0.18
0
0304.12 
a
V
0
240304.12 
b
V

0
120304.12 
c
V
0
43.3362
a
I

0
43.2162

b
I
0
43.962
c
I

7.61
7.4
0.21
Nhận xét: Sau khi thử nghiệm mô phỏng các trường hợp sự cố (AG, BG, CG ABG, BCG, ACG
và ABC), sai số kết quả đầu ra rơle nhỏ hơn 0.4km.
Tiếp theo phần kiểm định chức năng định vị sự cố của RLBV GRZ100, bài báo sẽ kiểm chứng
sai số kết quả đầu ra của các công thức tính toán trong bảng 1 được trình bày chi tiết ở mục 5,
thông qua mô hình đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, giá trị điện trở sự cố thay đổi.
5. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ
Vì công cụ Manual Control của hợp bộ thí nghiệm ISA DRT66 chỉ dùng để điều khiển bơm
dòng điện, điện áp và không thể mô phỏng được giá trị điện trở tại điểm sự cố (R
F
) để đánh giá
công thức ở bảng 1 cho nên tác giả sử dụng phần mềm Matlab Simulink mô phỏng đường dây
truyền tải 171 tại TBA 110kV Cầu Đỏ như hình 7 nhằm đánh giá ảnh hưởng của giá trị R
F
đến
kết quả đầu ra khoảng cách sự cố của thuật toán nêu trên. Hệ thống gồm có:
a. Đường truyền tải: đường dây truyền tải 3 pha được sử dụng có các thông số sau:
R
L1
=0.13846 (Ω), R
L0

=0.25384 (Ω).
L
L1
=1.02844 (mH), L
L0
=3.06086 (mH).
C
L1
=0.038 (μF), C
L0
=0.038 (μF).
b. Khối đo lường dòng điện và điện áp 3 pha
c. Khối hiển thị số: hiển thị giá trị dạng sự cố và vị trí sự cố.
d. Khối sự cố ba pha.
e. Khối toán học để tính toán chiều dài vị trí sự cố, bằng cách sử dụng công thức trong bảng 1.
Với 10 loại sự cố, vị trí và điện trở sự cố khác nhau trên đường dây (1Ω, 10Ω, 20Ω, 30Ω, và
40Ω), có thời gian mô phỏng t = 0.07s và cho kết quả trên bảng 3.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
8





Hình 7. Mô hình ngăn lộ 171 tại TBA 110kV Cầu Đỏ
Bảng 3a. Kết quả mô phỏng sự cố 1 pha chạm đất
R
F
[Ω]
m

f
[km]
Kiểu sự cố
AG
BG
CG
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]
1
1
1.103
0.103
1.1
0.1
1.1
0.1
10
3
3.512
0.512

3.505
0.505
3.511
0.511
20
6
6.808
0.808
6.8
0.8
6.812
0.812
30
9
9.814
0.814
9.809
0.809
9.824
0.824
40
12.8
12.83
0.03
12.83
0.03
12.84
0.04
Bảng 3b. Kết quả mô phỏng hai pha
R

F
[Ω]
m
f
[km]
Kiểu sự cố
AB
BC
AC
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]
1
1
1.091
0.091
1.084
0.089
1.089
0.089
10

3
3.78
0.78
3.779
0.779
3.789
0.789
20
6
7.235
1.235
7.239
1.239
7.251
1.251
30
9
10.21
1.21
10.22
1.22
10.2
1.2
40
12.8
12.84
0.04
12.86
0.06
12.85

0.05
PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
9




Bảng 3c. Kết quả mô phỏng hai pha chạm đất
R
F
[Ω]
m
f
[km]
Kiểu sự cố
ABG
BCG
ACG
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]
m
t
[km]
∆m [km]

1
1
1.091
0.091
1.084
0.089
1.089
0.089
10
3
3.78
0.78
3.779
0.779
3.789
0.789
20
6
7.235
1.235
7.239
1.239
7.251
1.251
30
9
10.21
1.21
10.22
1.22

10.2
1.2
40
12.8
12.84
0.04
12.86
0.06
12.85
0.05
Bảng 3d. Kết quả mô phỏng sự cố ba pha
R
F
[Ω]
m
f
[km]
Kiểu sự cố
ABC
m
t
[km]
∆m
[km]
1
1
1.091
0.09
10
3

3.789
0.79
20
6
7.251
1.25
30
9
10.22
1.22
40
12.8
12.86
0.06
Nhận xét: phương pháp định vị sự cố có sai số lớn nhất 1.25km khi xảy ra sự cố AC, ACG và
ABC với R
F
= 20Ω và sai số nhỏ nhất là 0.03km khi có sự cố AG với R
F
= 40Ω.
6. KẾT LUẬN
Trên cơ sở phân tích tài liệu kỹ thuật của hãng Toshiba, bài báo đã trình bày một số lưu ý khi sử
dụng RLBV GRZ100 và GRE100, đồng thời so sánh nhược điểm của nó với RLBV của hãng
sản xuất khác. Sau đó đánh giá phương pháp định vị sự cố và kiểm chứng ảnh hưởng của R
F
lên
công thức tính toán ở bảng 1 bằng phần mềm Matlab Simulink. Kết quả thu được là một nền
tảng để mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện cấp chính xác trong định vị sự cố,
đồng thời góp phần làm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC

10





TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mauro Borrielli, Jun Verzosa (2011), Advanced distance relay modeling and testing,
CIRED 21st International Conference on Electricity Distribution Frankfurt, 6-9 June 2011.
[2] Toshiba Corporation (2006), Instruction manual distance relay GRZ100.
[3] Toshiba Corporation (2006), Instruction manual direction overcurent protection relay
GRE140.
[4] Areva (2011), Technical manual fast multi-function distance protection relay P443.
[5] Lê Kim Hùng, Vũ Phan Huấn, Phân tích kỹ thuật định vị điểm sự cố cho đường dây truyền
tải có nguồn cung cấp từ 3 phía, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số
69/2013. ISSN: 1859-1531. Trang: 12-19. Năm 2013.


.