Phân tích chức năng và các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle số bảo vệ so lệch MBA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG QUỐC TRUNG

PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA
RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. LÊ KIM HÙNG

Phản biện 1: PGS.TS. Đinh Thành Việt
Phản biện 2: TS. Vũ Phan Huấn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào
ngày 13 tháng 5 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong hệ thống điện, máy biến áp và hệ thống bảo vệ đóng một
vai trò cực kỳ quan trọng, nó đóng góp một phần rất lớn trong việc
đảm bảo an toàn cung cấp điện, trong đó bảo vệ so lệch MBA là một
trong những bảo vệ chính. Sự làm việc tin cậy của bảo vệ so lệch
MBA giúp phát hiện sớm và cô lập các sự cố một cách nhanh chóng,
giúp duy trì tình trạng vận hành an toàn cho hệ thống.
Với vai trò quan trọng truyền tải công suất giữa nguồn và phụ
tải, các hư hỏng trong máy biến áp lực sẽ làm ảnh hưởng đến việc cung
cấp điện năng đến hộ tiêu thụ. Vì vậy việc nghiên cứu chức năng bảo
vệ so lệch máy biến áp và các tình trạng làm việc không bình thường,
sự cố xảy ra với máy biến áp là rất cần thiết. Để bảo vệ cho máy biến
áp làm việc an toàn, cần phải tính toán đầy đủ các yếu tố gây hư hỏng
bên trong và các yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng đến đặc tính làm việc
bình thường của bảo vệ so lệch máy biến áp. Từ đó đề ra phương án
bảo vệ, loại trừ các hư hỏng và sự cố không mong muốn.
Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho
phép chế tạo các loại rơle so lệch máy biến áp kỹ thuật số với nhiều
tính năng vượt trội so với các loại rơle trước đây. Các nhà sản xuất đã
cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp nhằm
giảm sự tác động không mong muốn. Tuy nhiên, nhiều sự cố tác
động không đúng của bảo vệ so lệch máy biến áp và bảo vệ so lệch
hạn chế REF như khi sự cố ngắn mạch ngoài, đóng điện xung kích
máy biến áp, hoặc do lỗi cài đặt cấu hình, các lỗi TU, TI đã gây nên
mất điện hệ thống, ảnh hưởng đến công tác vận hành và thời gian

khôi phục sự cố.


2
Với yêu cầu đặt ra như trên nên cần có sự nghiên cứu sâu sắc
về rơle bảo vệ so lệch kỹ thuật số MBA. Đây cũng chính là lý do để
học viên chọn đề tài “Phân tích chức năng và các yếu tố ảnh hưởng
đến đặc tính làm việc của rơ le số bảo vệ so lệch MBA”.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp của các hãng ABB,
SEL, SIEMENS, AREVA, TOSHIBA… được sử dụng phổ biến trên
các lưới truyền tải cao áp có cấp điện áp từ 110kV đến 500kV thuộc
khu vực miền Trung và Tây Nguyên.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống hóa về lý thuyết và các nghiên cứu, đánh giá chức
năng bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Phân tích các sự cố thường gặp trong máy biến áp.
- Mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Mô hình hóa các thành phần trong máy biến áp, các loại sự
cố của các phần tử trong máy biến áp và phân tích sự làm việc của
rơle bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
- Mục tiêu: Phân tích và mô phỏng yếu tố ảnh hưởng đến đặc
tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Nhiệm vụ chính:
+ Tìm hiểu các dạng sự cố thường xảy ra đối với MBA và hệ
thống bảo vệ đi kèm.
+ Nghiên cứu cấu hình và đặc tính làm việc rơle số bảo vệ so

lệch MBA của một số hãng thông dụng hiện nay như AREVA, SEL,
ABB, SIEMENS...


3
+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, tác động đến đặc tính làm
việc của chức năng bảo vệ so lệch MBA và các giải pháp mà các
hãng sản xuất rơ le hiện nay đang áp dụng.
+ Mô phỏng rơ le bảo vệ so lệch MBA và các dạng sự cố để
phân tích sự làm việc của rơ le (Matlab-Simulink).
+ Thí nghiệm, mô phỏng áp dụng cho trạm biến áp 110kV Phù
Cát và đưa ra ý kiến áp dụng cho các trạm khác.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng, mặc dù trạm biến áp
với hệ thống bảo vệ so lệch đã được đưa vào vận hành trong hệ thống
điện từ nhiều năm qua nhưng với việc nghiên cứu một cách cụ thể, có
hệ thống sẽ giúp người vận hành đánh giá, phân tích sự cố và các hư
hỏng trong máy biến áp một cách chính xác hơn.
Về ý nghĩa thực tiễn, đề tài đã giải quyết được một khối lượng
lớn công việc cho nhân viên thí nghiệm khi kiểm định, phân tích sự
cố rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp, giúp rút ngắn thời gian và tiến độ
theo yêu cầu cung cấp điện liên tục. Đồng thời cung cấp kiến thức
trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle.
5. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận chung, phụ lục và tài liệu tham
khảo, luận án có 4 chương.


4
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MBA
1.1. MỞ ĐẦU
1.2. CÁC DẠNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP ĐỐI VỚI MBA
1.2.1. Sự cố bên trong MBA
1.2.2. Sự cố bên ngoài MBA
1.3. CÁC LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG CHO MBA
1.3.1. Bảo vệ nội bộ MBA
1.3.2. Bảo vệ điện chính trong MBA
1.3.3. Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA.
1.3.4. Nguyên lý làm việc của chức năng so lệch MBA
1.4. TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA
1.4.1. Các loại rơ le số bảo vệ MBA thường dùng
Hiện nay, hệ thống điện khu vực miền Trung thường sử dụng
rơ le số bảo vệ MBA của các hãng như 7UTx của hãng Siemens,
RET6x của hãng ABB, P63x của hãng Areva, Sel387, 487, 787 của
hãng Sel và GRT của hãng Toshiba, ngoài ra còn có một số rơ le
khác của các hãng GE và Trung Quốc. Đây là các rơ le số hiện đại
nhất của các hãng này với đầy đủ các chức năng được tích hợp. Ưu
điểm lớn nhất của các loại rơ le số này so với các loại rơ le truyền
thống trước đây là khả năng tích hợp được nhiều chức năng bảo vệ,
trao đổi và xử lý thông tin với khối lượng lớn, tốc độ xử lý cao, làm
tăng độ nhạy, độ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng được các
tính năng bảo vệ.
1.4.2. Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc của rơle số
1.4.3. Cài đặt, cấu hình đưa rơle vào vận hành


5
1.5. KẾT LUẬN
Qua các mục đã nêu ở trên, nhận thấy rằng để ứng dụng hiệu

quả hệ thống rơ le bảo vệ MBA, yêu cầu cần có sự hiểu biết sâu sắc
về các chế độ làm việc bình thường cũng như các chế độ làm việc
không bình thường và các dạng sự cố xảy ra trong MBA. Từ đó có
thể ứng dụng đúng và đầy đủ các loại bảo vệ cần thiết cho hệ thống
bảo vệ MBA.
Hiện nay, rơ le so lệch kỹ thuật số MBA đang ngày càng hoàn
thiện với nhiều chủng loại của các hãng khác nhau cộng với sự phức tạp
trong phối hợp cài đặt làm việc, vì vậy đòi hỏi cần có sự nghiên cứu thật
kỹ lưỡng để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống được an toàn.


6
CHƯƠNG 2
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC
CỦA RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA
2.1. MỞ ĐẦU
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG TỪ HÓA QUÁ ĐỘ KHI ĐÓNG
XUNG KÍCH MBA
2.2.1. Dòng từ hóa quá độ
2.2.2. Ảnh hưởng của dòng từ hóa đến chức năng bảo vệ so
lệch MBA

Hình 2.1. Dạng sóng dòng từ hóa khi đóng điện xung kích MBA
2.2.3. Nhận xét
Dòng từ hóa ảnh hưởng nghiêm trọng đến đặc tính làm việc
của bảo vệ so lệch MBA. Dòng từ hóa lớn có thể xuất hiện trong lúc
đóng xung kích MBA, khôi phục MBA trở lại sau sự cố ngắn mạch
hoặc đóng MBA vào song song với một MBA đang vận hành và khi
MBA bị quá kích thích. Kết quả của dòng từ hóa lớn có thể gây nên
vấn đề bão hòa TI và sự làm việc không chọn lọc của chức năng bảo

vệ so lệch MBA. Việc xem xét ảnh hưởng của dòng từ hóa khi đóng
điện xung kích MBA tạo điều kiện lựa chọn thông số thích hợp để cài
đặt chỉnh định cho rơ le bảo vệ đồng thời phân tích sự cố trong rơ le
một cách chính xác.


7
2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ TI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM
VIỆC CỦA RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA.
2.3.1. Sai số TI
Nhận xét: Đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA, TI đóng
một vai trò rất quan trọng. Sai số trong TI các phía vào rơ le và ảnh
hưởng của hiện tượng bão hòa TI sẽ làm bảo vệ tác động sai. Vì vậy,
cần phải sử dụng các vật liệu sắt từ chất lượng tốt để cải thiện đặc
tính từ hóa TI, đồng thời ngoài công tác kiểm tra sai số TI trong mạch
đo đếm bảo vệ và kiểm tra mạch nhị thứ đảm bảo theo yêu cầu thiết
kế thì chúng ta cần phải chú ý đến sai số chúng làm việc ở tải thực tế,
yêu cầu công tác kiểm định và kiểm tra sai số TI định kỳ hằng năm
cần được chú trọng hơn và cần có những giải pháp để giảm thiểu sai
số hiệu quả hơn nữa. Muốn giảm sai số đầu ra TI nhỏ cần phải tăng
chi phí để chế tạo và sử dụng các giải pháp mới như trình bày trong
mục 2.3.2 dưới đây.
2.3.2. Ứng dụng TI công nghệ mới (MOCT–Magneto
Optical Current Transducer)
TI công nghệ mới (MOCT) không sử dụng lõi thép và làm việc
theo nguyên tắc quang – từ giúp hạn chế được những vấn đề liên
quan tới sai số biến dòng. Các TI này sử dụng các hiệu ứng của luật
Faraday để đưa ra các giá trị dòng chính xác cao mà không bị ảnh
hưởng của bão hòa biến dòng. Tín hiệu từ các TI này sẽ được gửi qua
bộ trộn tín hiệu (MU) cho phép chuyển đổi tín hiệu sang tín hiệu số

và gửi tới rơ le bảo vệ theo các chuẩn giao thức truyền thông với tốc
độ xử lý cao.
Nhận xét: Sự phát triển của các thiết bị MOCT được triển khai
tại các trạm tự động hóa đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong
thời gian gần đây. Đặc điểm nổi bật của công nghệ mới này đã mang
lại những đóng góp quan trọng và ưu điểm hơn hẳn so với các loại TI


8
truyền thống. Vì thế MOCT nên được đề nghị áp dụng với các rơ le
kỹ thuật số, hệ thống đo lường kỹ thuật số hoặc thiết bị đo lường điện
năng nhằm thu thập thông tin đo lường một cách chính xác.

Hình 2.22. Ứng dụng MOCT trong các trạm tự động hóa
2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU ÁP DƯỚI TẢI ĐẾN ĐẶC
TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE BẢO VỆ SO LỆCH MBA
2.4.1. Bộ điều áp dưới tải (OLTC)
2.4.2. Ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải đến đặc tính so
lệch MBA
2.4.3. Nhận xét
- Dòng so lệch khác không khi vị trí nấc phân áp bị lệch ra
khỏi vị trí chính giữa (tương ứng với giá trị điện áp định mức).
- Để khắc phục hiện tượng này, rơ le sẽ lấy các thông tin phản
hồi nấc phân áp về và bù sai lệch điện áp trong chính nội bộ rơ le.
Bảo vệ so lệch sẽ cân bằng cho mọi vị trí nấc phân áp và không có
dòng so lệch xuất hiện nữa.
- Việc xem xét ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải tạo điều kiện
cho việc tính toán các giá trị cài đặt phù hợp cho đặc tính bảo vệ so
lệch MBA và sẽ tránh hiện tượng tác động nhầm của bảo vệ.

9
2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ TỰ KHÔNG ĐẾN ĐẶC
TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE SO LỆCH MBA
2.5.1. Dòng thứ tự không
2.5.2. Ảnh hưởng của dòng thứ tự không đến đặc tính bảo
vệ so lệch MBA
2.5.3. Nhận xét
Bảo vệ so lệch MBA sẽ hoạt động không đúng đối với các sự
cố chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ trong trường hợp dòng thứ tự
không chỉ chảy trong 1 phía của máy biến áp. Trường hợp này xảy ra
khi dòng thứ tự không không được biến đổi đúng đến phía còn lại
như trong các máy biến áp có tổ đấu dây Yd hoặc Dy và cuộn tam
giác của máy biến áp được nối đất qua một máy biến áp đất được đặt
trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp. Vì vậy, để đảm
bảo cho bảo vệ so lệch MBA làm việc đúng đối với các sự cố chạm
đất trong các trường hợp trên, yêu cầu phải khử dòng thứ tự không
trước khi đưa vào tính toán dòng so lệch của bảo vệ.
2.6. KẾT LUẬN
Với yêu cầu ngày càng phức tạp trong vận hành lưới điện hiện
nay đặc biệt với thiết bị truyền tải quan trọng như MBA thì khả năng
đảm bảo vận hành liên tục, hạn chế tối thiểu xác suất xảy ra sự cố
luôn được quan tâm. Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chức
năng bảo vệ so lệch MBA như ảnh hưởng của dòng từ hóa quá độ khi
đóng điện xung kích MBA, ảnh hưởng của sai số TI, ảnh hưởng của
bộ điều áp dưới tải, ảnh hưởng của dòng thứ tự không sẽ giúp hiểu
sâu hơn về chức năng bảo vệ so lệch và góp phần quan trọng trong
công tác phân tích sự cố trong MBA và hệ thống điện. Đồng thời làm
cơ sở cho những đánh giá về các giải pháp nhằm đảm bảo độ tin cậy
cho sự làm việc của rơ le ở chương tiếp theo.

10
CHƯƠNG 3
CÁC GIẢI PHÁP NHẰM ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY LÀM VIỆC
RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA
3.1. MỞ ĐẦU
3.2. GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG TỪ HÓA
QUÁ ĐỘ MBA
3.2.1. Phát hiện dòng từ hóa bằng cách phân tích các thành
phần sóng hài trong dòng so lệch MBA.
3.2.2. Phân tích dạng sóng của dòng so lệch MBA
3.2.3. Tăng giá trị khởi động của chức năng bảo vệ so lệch
khi đóng điện trở lại MBA.
3.2.4. Nhận xét
Qua các giải pháp đã nêu trên, ta thấy hầu như các hãng sản
xuất rơ le đã hạn chế được một cách hiệu quả các ảnh hưởng do dòng
từ hóa quá độ sinh ra khi đóng MBA gây nên. Tuy nhiên, các hãng
ABB, Schneider, Nari, Siemens lại cho thấy sự chính xác hơn khi kết
hợp với một phương pháp nữa đó là phân tích dạng sóng trong dòng
so lệch và tăng giá trị khởi động khi đóng điện trở lại MBA.
3.3. GIẢI PHÁP ĐỂ CẢI THIỆN SAI SỐ TI VÀ BÃO HÒA TI
3.3.1. Giải pháp nhằm hạn chế các lỗi trong mạch dòng nhị
thứ vào rơ le
Nhận xét: Đa số giải pháp của các hãng đều phát hiện một cách
tin cậy các lỗi trong mạch nhị thứ TI vào rơ le. Tuy nhiên, các giải
pháp của các hãng ABB, Schneider, Siemens, Nari lại cho thấy được
sự tin cậy hơn so với giải pháp của hãng SEL, Toshiba do đặc tính
của các hãng Sel, Toshiba chưa phân biệt được một cách rõ ràng giữa
các lỗi trong mạch TI và sự cố bên trong MBA khi dòng so lệch sinh

11
ra do lỗi TI lớn hơn ngưỡng so lệch Idiff>.
3.3.2. Sử dụng đặc tính hãm
3.3.3. Giải pháp hạn chế bão hòa TI
+ Hãng sản xuất rơ le Siemens, Nari.
+ Hãng sản xuất rơ le Schneider
+ Hãng sản xuất rơ le ABB
+ Hãng sản xuất rơ le SEL
+ Hãng sản xuất rơ le Toshiba
Nhận xét: Qua phân tích các giải pháp mà các hãng sản xuất
rơ le đã đưa ra ở trên, ta thấy rằng hầu như các hãng đã tập trung phát
triển rất kỹ các giải pháp nhằm đảm bảo rơ le làm việc ổn định khi
xảy ra bão hòa TI.
3.4. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ
TỰ KHÔNG TRONG DÒNG SO LỆCH MBA.
Việc thực hiện khử dòng thứ tự không được thực hiện qua ma
trận hệ số.
Bất lợi của phương pháp khử dòng thứ tự không trong trường
hợp này là bảo vệ trở nên ít nhạy hơn đối với các sự cố chạm đất bên
trong vùng bảo vệ. Vì vậy việc khử là thường được bỏ qua trong
trường hợp điểm Y không nối đất. Tuy nhiên mục đích của phương
pháp này là nhằm giảm ảnh hưởng của dòng thứ tự không đối với
chức năng bảo vệ so lệch MBA pha, còn đối với các sự cố chạm đất
bên trong vùng bảo vệ thì sẽ được bảo vệ so lệch chạm đất hạn chế
phát hiện và cô lập 1 cách chính xác.
3.5. GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU ÁP
DƯỚI TẢI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE BẢO VỆ
SO LỆCH MBA

3.5.1. Giải pháp hạn chế ảnh hưởng của bộ điều áp mà
hãng ABB sử dụng


12
3.5.2. Hãng sản xuất rơle bảo vệ Siemens và các hãng khác
3.5.3. Nhận xét
Qua phân tích ở trên ta thấy rằng hãng ABB cho thấy sự hạn
chế hiệu quả nhất đối với ảnh hưởng của bộ điều áp gây ra đối với
chức năng so lệch MBA. Do trong thực tế vận hành, việc điều chỉnh
đầu phân áp lệch ra khỏi giá trị định mức là không lớn nên ảnh hưởng
của bộ điều áp lên đặc tính bảo vệ so lệch MBA cũng không nhiều.
Vì vậy nên các hãng sản xuất rơ le cũng chưa phát triển nhiều đối với
các giải pháp nhằm cải thiện ảnh hưởng của bộ điều áp đến đặc tính
làm việc của rơ le so lệch MBA.
3.6. KẾT LUẬN
Hiện nay, đi kèm với sự phát triển nhanh chóng của các trạm
biến áp trong hệ thống điện là sự gia tăng không ngừng các loại rơ le
bảo vệ so lệch MBA cả về số lượng và chủng loại. Tuy nhiên vẫn
chưa có một phân tích, tổng hợp cụ thể nào giữa các giải pháp nhằm
đảm bảo sự làm việc tin cậy của rơ le so lệch MBA mà các hãng sản
xuất đưa ra. Do đó, việc phân tích và tổng hợp các phương pháp như
luận án đã trình bày góp phần đưa ra một số kiến nghị để áp dụng vào
thực tế trên lưới điện một cách có hiệu quả hơn.


13
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA
4.1. MỞ ĐẦU

4.2. TỔNG QUAN VỀ MATLAB - SIMULINK
4.2.1. Matlab
4.2.2. Simulink
4.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG RƠ LE SỐ
BẢO VỆ SO LỆCH MBA VỚI CÔNG CỤ MÔ PHỎNG
SIMULINK/SIMPOWERSYSTEM.
4.3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch MBA
Mô hình mô phỏng được sử dụng trong luận văn là phần MBA
T2 của trạm biến áp 110 kV Phù Cát với các thiết bị điện chính như sau:
- MBA T2: điện áp 110 ± 9x1,78%/35/22 kV, công suất 25
MVA, điều chỉnh điện áp tự động dưới tải phía 110 kV, tổ đấu dây
YNdyn-11-12
- Máy cắt
- Biến dòng điện 110kV có tỉ số biến 200/1.
- Biến dòng điện 35kV có tỉ số biến 600/1.
- Biến dòng điện 22 kV có tỉ số biến 1000/1.
- Thanh cái 35kV.
- Thanh các 22kV.

Hình 4.1. Sơ đồ tổng thể mô phỏng rơle bảo vệ so lệch máy biến áp


14
Từ sơ đồ nguyên lý bảo vệ MBA T2 của trạm 110kV Phù Cát,
tác giả sử dụng các phần tử trong thư viện Simpowersystem và thư
viện simulink để xây dựng mô hình mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch
MBA. Trong đó các phần tử được sử dụng để thay thế trong mô hình
mô phỏng gồm có: máy phát điện đồng bộ, máy biến áp, máy cắt 3
pha, biến dòng điện 3 pha, tải 3 pha và một số thiết bị phụ khác.
Three-Phase Source (Khối máy phát điện)

Three Phase-Parallel RLC Load (Khối tải 3 pha)
Three-Phase Breaker (Khối máy cắt 3 pha)
Current Measurement (Khối đo lường dòng điện)
Three-Phase Transformer (Three Windings) (Khối máy
biến áp 3 pha 3 cuộn dây)
Three-Phase Fault (Khối sự cố 3 pha)
Multimeter (Khối đo lường đa chức năng)
Scope (Đồng hồ đo lường analog)
4.3.2. Xây dựng khối nguyên lý làm việc của rơ le so lệch
máy biến áp
Từ sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch máy biến áp và nguyên
tắc tính toán của rơle 7UT633, sử dụng các khối tính toán trong thư
viện Simulink kết hợp với M-file bằng các khối S-Function để thiết
kế các mạch tính toán của khối bảo vệ so lệch.
- Bộ cài đặt thông số bảo vệ rơle: trong chương trình này
người dùng có thể cài đặt các thông số chỉnh định của bảo vệ so lệch,
ngoài ra còn có khai báo tổ đấu dây MBA, nối đất của cuộn dây
Khối hạn chế dòng thứ tự không
Khối bù tổ đấu dây MBA
Khối xử lý mạch dòng 3 pha 3 phía MBA
Khối tính toán giá trị dòng so lệch và dòng hãm


15
4.3.3. Phân tích sự làm việc của sơ đồ ở các dạng sự cố
4.3.3.1. Mô phỏng sự cố đối với bảo vệ so lệch MBA
- Sự cố trong vùng bảo vệ
+ Sự cố pha – đất MBA :
Để mô phỏng sự cố pha – đất trong vùng bảo vệ, ta mô phỏng
sự cố pha A chạm đất bên trong MBA phía cuộn dây 110kV. Kết quả

là bảo vệ tác động, độ lớn của dòng điện pha sự cố có sự nhảy vọt ở
phía 110kV, 35kV và giảm ở phía 22kV, các dòng pha còn lại cũng
có sự thay đổi, dòng trong sự cố (phía 110kV và 35kV) lớn hơn rất
nhiều so với dòng trước sự cố (dòng tải bình thường), dòng so lệch 3
pha tăng lên gần bằng với dòng hãm, vị trí của điểm sự cố rơi vào
vùng trip của đặc tính bảo vệ so lệch.

Hình 4.2. Dòng đo lường ở TI 3 phía khi sự cố pha A
bên trong vùng bảo vệ
+ Sự cố pha - pha MBA:
Ta mô phỏng sự cố 3 pha bên trong MBA phía cuộn dây 22kV.


16
Dòng sự cố trong cả 3 pha đều bằng nhau và tạo nên đường đặc tính
sự cố trong vùng cắt của bảo vệ so lệch MBA, bảo vệ tác động.
- Sự cố ngoài vùng bảo vệ
+ Sự cố pha-đất
Ta mô phỏng sự cố chạm đất pha A tại thanh cái 110kV. Dòng
điện sự cố pha A tăng vọt trong phía 110kV và 35kV và giảm ở phía
22kV giống trường hợp chạm đất bên trong vùng bảo vệ, các dòng
pha còn lại phía 35kV, 22kV đều có sự thay đổi. Tuy nhiên bảo vệ
không tác động.
+ Sự cố pha - pha :
Ta xét sự cố ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 35kV ngoài vùng
bảo vệ của rơ le so lệch MBA. Dòng sự cố trong 3 pha 3 phía của
MBA lúc này đều tăng ở phía có nguồn 110kV, 35kV và giảm ở phía
tải 22kV như trường hợp ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ, tuy
nhiên bảo vệ không tác động.
Kết luận: Qua kết quả mô phỏng trong các trường hợp sự cố ở

trên, ta thấy rằng bảo vệ đã đáp ứng làm việc tốt với các giá trị chỉnh
định mà ta đã cài đặt cho rơ le bảo vệ khi đã bù hiệu quả các yếu tố
ảnh hưởng của dòng thứ tự không, tổ đấu dây MBA, ảnh hưởng của
nấc phân áp MBA. Tuy nhiên để đánh giá tốt hơn sự làm việc của rơ
le bảo vệ, tác giả sẽ đi mô phỏng từng yếu tố tác động riêng lẻ như
được trình bày ở các phần dưới đây.
4.3.3.2. Mô phỏng ảnh hưởng của dòng thứ tự không đến
đặc tính làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA.
Ở đây tác giả sẽ mô phỏng ảnh hưởng của dòng thứ tự không
trong 3 trường hợp sự cố ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ
phía thanh cái 110kV, 35kV và 22kV khi không bù ảnh hưởng của
dòng thứ tự không.


17
Trường hợp 1: Mô phỏng sự cố chạm đất pha A tại thanh cái
110kV, dòng so lệch và dòng hãm lúc này tăng lên rất lớn (khác với
trường hợp sự cố chạm đất 1 pha bên ngoài khi có bù dòng thứ tự
không). Bảo vệ tác động với thời gian chậm hơn so với trường hợp sự
cố bên trong vùng bảo vệ so lệch MBA với thời gian tác động là
0,01s kể từ khi xảy ra sự cố (t=0,05s).

Hình 4.3. Đặc tính sự cố, dòng so lệch, dòng hãm khi không bù dòng
thứ tự không khi sự cố chạm đất pha A tại thanh cái 110kV
Trường hợp 2: Mô phỏng sự cố chạm đất pha A tại thanh cái
22kV (thời gian mô phỏng sự cố t =0,05-0,2s) thì bảo vệ không tác
động, dòng hãm tăng lên rất lớn nhưng dòng so lệch lại tăng không
đáng kể chưa đủ để bảo vệ tác động, đặc tính sự cố di chuyển vào
vùng hãm.
Trường hợp 3 : Mô phỏng sự cố chạm đất tại thanh cái 35kV, ta

thấy dòng so lệch và dòng hãm không thay đổi, bảo vệ không tác động.
Kết luận : Từ 3 trường hợp trên ta kết luận rằng, dòng thứ tự
không chỉ tác động lớn đến phía cuộn dây đấu Y0 ở phía nguồn cung
cấp đến (110kV), còn ở cuộn dây đấu Y0 phía tải (22kV) và phía ∆
(35kV) dòng thứ tự không tác động không đáng kể. Vì vậy trong quá


18
trình cài đặt rơ le bảo vệ so lệch MBA, người cấu hình nên chú ý cài
đặt bù dòng thứ không thích hợp.
4.3.3.3. Mô phỏng ảnh hưởng của tổ đấu dây MBA đến đặc
tính làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA
Tác giả mô phỏng ảnh hưởng của tổ đấu dây MBA trong ba
trường hợp không bù tổ đấu dây (k12 = 0, k13 = 0) trong khi MBA
vận hành bình thường.
Trường hợp 1: MBA vận hành bình thường, phía 110kV cấp
nguồn cho phía 22kV và 35kV, dòng so lệch có tăng nhưng vẫn còn
nhỏ so với dòng hãm, đặc tính sự cố di chuyển vào vùng hãm và bảo
vệ không tác động.
Trường hợp 2: Sự cố trên thanh cái 22kV và máy cắt 432 cắt
ra, lúc này MBA vận hành với phía 110kV cấp nguồn cho phía 35kV,
dòng so lệch trong trường hợp này tăng lên rất lớn so với dòng hãm,
đồng thời dòng sự cố di chuyển vào vùng trip và bảo vệ tác động
ngay lập tức từ khi đóng điện MBA.
Trường hợp 3: Giả sử khi MBA đang vận hành nhưng có sự
cố trên thanh cái 35kV làm MC 332 cắt ra, lúc này MBA vận hành
với sơ đồ YY12 nên góc lệch pha giữa phía 110kV và 22kV bằng
không, dòng so lệch bằng không và bảo vệ không tác động.
Kết luận: Qua 3 trường hợp mà ta đã mô phỏng như trên, ta
thấy rằng bảo vệ sẽ tác động nếu trong quá trình cài đặt ta không bù

ảnh hưởng của tổ đấu dây MBA khi MBA vận hành với sơ đồ Yd11.
Trong trường hợp MBA vận hành bình thường, tuy bảo vệ không tác
động nhưng dòng so lệch đã tăng rất lớn và đặc tính sự cố đã di
chuyển gần với vùng trip, nếu ngưỡng cài đặt của bảo vệ đặt quá thấp
thì bảo vệ có thể tác động sai.


19
4.3.3.4. Mô phỏng ảnh hưởng của bộ điều áp đến đặc tính
làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA
Để đánh giá ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải đến đặc tính
làm việc của rơ le bảo vệ so lệch MBA, tác giả mô phỏng vị trí nấc
phân áp ở vị trí nấc 9 (tương ứng với U = 115 + 9 x 0,0178 x 115 =
133,42) trong 3 trường hợp.
Trường hợp 1: Mô phỏng MBA vận hành ở vị trí biên tương ứng
với nấc 9 đồng thời không có phản hồi vị trí nấc phân áp (TAP = 0).
Trường hợp 2: MBA đang vận hành ở nấc 9 và không có phản
hồi vị trí nấc phân áp, sự cố trên thanh cái 35 làm MC 332 cắt ra.
Trường hợp 3: MBA đang vận hành ở nấc 9 và không có
phản hồi vị trí nấc phân áp, sự cố trên thanh cái 22kV làm MC 432
cắt ra.
Kết luận: Qua 3 trường hợp mô phỏng ở trên ta có thể thấy
rằng vị trí nấc phân áp có ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơ le
bảo vệ so lệch MBA tuy nhiên đối với sơ đồ mô phỏng với cấp điện
áp 110kV ở đây thì sự tác động của vị trí nấc phân áp là chưa đủ lớn
để bảo vệ tác động và các thông số cài đặt cho đặc tính hãm rơ le là
phù hợp, bảo vệ vẫn không tác động dù có sự thay đổi vị trí nấc phân
áp. Đồng thời trong quá trình vận hành ta nên bù vị trí nấc phân áp để
dòng so lệch về không và đảm bảo rơ le làm việc chính xác nhất với
các loại sự cố.

4.3.3.5. Mô phỏng ảnh hưởng của dòng từ hóa khi đóng điện
xung kích MBA.
Ta mô phỏng đóng xung kích MBA bằng cách cho MC 132
đóng sau thời gian 0,01s, MC 332 và 432 mở như hình 4.25 và dòng
từ hóa MBA T2 ta đặt là 30IN. Đồng thời so sánh kết quả trong hai
trường hợp có hãm sóng hài (đặt HAI =1) và không có hãm sóng hài
(đặt HAI =0). Trong trường hợp này, dòng phía 110kV tăng cao và


20
dạng sóng dòng xung kích gần như là các xung nhọn trong trường
hợp đóng xung kích MBA vào thời điểm dòng từ hóa MBA lớn, dòng
so lệch lúc này bằng với dòng hãm và bảo vệ làm việc sai nếu không
có hãm sóng hài bậc 2.

Hình 4.4. Dạng sóng của dòng từ hóa phía 110kV khi đóng xung kích
MBA

Hình 4.5. Đặc tính sự cố trong trường hợp đóng xung kích MBA với
dòng từ hóa lớn


21
4.4. KẾT LUẬN
Trong chương này, dựa vào logic làm việc thực tế của rơ le và
sử dụng công cụ Matlab/Simulink tác giả đã xây dựng được mô hình
mô phỏng nguyên lý làm việc của rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp,
các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle. Với việc mô
phỏng rơ le, mô phỏng sơ đồ bảo vệ máy biến áp và các dạng sự cố
trong máy biến áp từ đó ta có thể kiểm tra thông số cài đặt, phân tích

và nghiên cứu sự làm việc của rơ le trong nhiều trường hợp gần
giống với thực tế.
Mô hình rơ le có cấu tạo đầu vào, đầu ra, đặc tính bảo vệ và
logic làm việc gần giống với rơ le thực tế, các thông số cài đặt cũng
bám sát chức năng của rơ le thật tạo sự tiện lợi trong việc sử dụng.
Với phương pháp này ta hoàn toàn có thể mô phỏng nhiều loại rơ le
với logic làm việc khác nhau, nhiều trạng thái vận hành của hệ thống
điện.
Công cụ mô phỏng Simulink giúp ta thay đổi và hiệu chỉnh sơ
đồ cấu trúc một cách đơn giản, thay đổi thông số làm việc của mô
hình rơ le, thay đổi trạng thái khảo sát nhanh và dễ thực hiện. Công
cụ Simulink có giao diện trực quan nên rất dễ theo dõi và điều chỉnh
các sai sót trong quá trình xây dựng.


22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua những nội dung đã trình bày trong luận văn có thể thấy
rằng, MBA là phần tử điện từ phức tạp nên trong quá trình vận hành,
nó thường phải chịu nhiều yếu tố tác động và các loại sự cố khác
nhau, đi kèm với đó là hệ thống bảo vệ đa dạng với nhiều loại từ các
thiết bị bảo vệ cơ cho đến các loại bảo vệ kỹ thuật số như rơ le bảo vệ
so lệch MBA. Nhờ những thành tựu trong lĩnh vực công nghệ số, rơ
le bảo vệ so lệch MBA đã được tích hợp với nhiều tính năng vượt
trội, cho phép rơ le làm việc một cách chắc chắn và tin cậy hơn so
với các loại rơ le cơ trước đây.
Thông qua việc phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc
tính làm việc rơ le so lệch MBA như sai số TI, dòng từ hóa khi đóng
điện xung kích MBA, nấc phân áp MBA và dòng thứ tự không khi
ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ, luận văn đã làm rõ được

từng thời điểm dòng từ hóa lớn gây tác động rơ le, các nguyên nhân
gây nên sai số TI và bão hòa TI, các trường hợp phát sinh dòng thứ tự
không trong một phía của MBA dẫn đến bảo vệ tác động đồng thời
luận văn đã chứng minh được sự thay đổi nấc phân áp là có tác động
rõ rệt đến đặc tính làm việc rơ le. Hiệu quả thiết thực đem lại là
người vận hành có thể phân tích và đánh giá được các trường hợp bảo
vệ tác động và đưa ra hướng giải quyết kịp thời.
Ngoài ra luận văn đã phân tích và so sánh giữa các giải pháp
nhằm đảm bảo độ tin cậy làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA mà các
hãng sản xuất rơ le hiện nay đang áp dụng. Dựa trên tài liệu của các
hãng và so sánh giữa các giải pháp, luận văn đã tổng hợp và đánh
giá được các giải pháp tối ưu nhằm hạn chế các yếu tố ảnh hưởng
tác động đến đặc tính làm việc rơ le trong nhiều trường hợp khác


23
nhau, như việc sử dụng bộ hãm sóng hài, phân tích dạng sóng của
dòng so lệch trong các trường hợp phát hiện dòng từ hóa lớn, giải
pháp sử dụng các thành phần thứ tự để phát hiện sai số TI đồng thời
theo dõi sự thay đổi giữa dòng hãm và dòng so lệch trong các
trường hợp TI bão hòa, bù vị trí nấc phân áp thực tế và khử dòng
thứ tự không khi tính toán rơ le. Qua đó nhằm áp dụng thuận lợi
trong việc cài đặt rơ le và tạo điều kiện để lựa chọn rơ le phù hợp
cho hệ thống điện sau này.
Thông qua việc mô phỏng rơ le, mô phỏng sơ đồ bảo vệ
MBA và các dạng sự cố trong MBA bằng Matlab/Simulink, tác giả
có thể kiểm tra thông số cài đặt, phân tích và nghiên cứu sự làm
việc của rơ le với nhiều trường hợp gần với thực tế. Cách thức mô
phỏng nhanh chóng, linh hoạt tạo sự tiện lợi trong việc phối hợp và
mở rộng sơ đồ bảo vệ, tiện lợi trong việc thay đổi thông số cài đặt

rơ le. Việc xem xét kết quả các trường hợp mô phỏng qua các đặc
tính làm việc rơ le, quỹ đạo sự cố theo thời gian mô phỏng thực,
logic làm việc của rơ le, đầu ra đi cắt, báo tín hiệu, tác giả có thể
đánh giá được sự làm việc của rơ le qua các trường hợp sự cố. Với
phương pháp mô phỏng rơ le số như vậy tác giả có thể dễ dàng mở
rộng mô hình mô phỏng cho nhiều chủng loại rơ le khác nhau từ rơ
le bảo vệ quá dòng, so lệch đến khoảng cách… với các đối tượng
bảo vệ là nhà máy điện, đường dây, trạm điện, điều này sẽ giúp
giảm chi phí cho công tác đào tạo, tiết kiệm thời gian khi nghiên
cứu và phân tích rơ le ngoài công trường.
Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn:
Do điều kiện nghiên cứu và thời gian có hạn, tài liệu tham
khảo còn hạn chế nên trong chương trình mô phỏng rơ le bảo vệ so
lệch MBA tác giả chưa mô phỏng được đầy đủ hết các yếu tố ảnh