Nghiên cứu đánh giá chức năng phát hiện dao động công suất của rơle bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số

1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN MINH HIẾU

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG PHÁT HIỆN
DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT CỦA RƠ LE BẢO VỆ
KHOẢNG CÁCH KỸ THUẬT SỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017


2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN MINH HIẾU

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG PHÁT HIỆN
DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT CỦA RƠ LE BẢO VỆ
KHOẢNG CÁCH KỸ THUẬT SỐ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

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

Đà Nẵng - Năm 2017


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Người cam đoan

Nguyễn Minh Hiếu


ii

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG PHÁT HIỆN DAO ĐỘNG
CÔNG SUẤT CỦA RƠ LE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH KỸ THUẬT SỐ
Học viên : Nguyễn Minh Hiếu
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202 Khóa: K33
Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Để tránh tác động nhầm do dao động điện của rơle bảo vệ (RLBV) khoảng cách
cơ trước đây, chức năng phát hiện dao động điện (PS) tích hợp trong rơ le bảo vệ kỹ thuật số
ngày nay được sử dụng nhằm khắc phục nhược điểm này. Rơle có khả năng phân biệt được

trường hợp sự cố và dao động điện, tránh tác động không mong muốn khi quỹ đạo tổng trở
đo được di chuyển chậm đi vào vùng bảo vệ khoảng cách. Luận văn phân tích giải thuật chức
năng khóa dao động công suất, các nguyên nhân gây dao động công suất, phân tích các
phương pháp phát hiện dao động công suất (PSD), quỹ đạo di chuyển của tổng trở khi có dao
động công suất và giải thích cách tính toán thông số chỉnh định của hãng Areva và Siemens.
Ngoài ra, Luận văn tiến hành mô phỏng thử nghiệm chức năng khóa dao động công suất trên
rơle kỹ thuật số Siemens 7SA522 bằng công cụ Power Swing Simulator trong phần mềm
Protection Relay Test dùng để điều khiển hợp bộ thí nghiệm KingSine K1066 và mô phỏng
giả lập sự cố trong các trường hợp khác nhau như: PS ổn định, chức năng PSD không sử
dụng, rơ le bảo vệ khoảng cách hoạt động bình thường; PS ổn định sử dụng chức năng PSD,
PS ổn định với sự cố và PS không ổn định. Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng, chức năng này
có độ tin cậy cao và thời gian đáp ứng làm việc của rơle nhanh chóng.
Từ khóa: Rơle bảo vệ khoảng cách, Dao động điện, Phát hiện dao động điện, Cắt khi dao
động điện, Cắt mất đồng bộ.
RESEARCH EVALUATES THE POWER SWING DETECTION FUNCTION
OF NUMERICAL DISTANCE PROTECTION RELAY
Abstract – Avoiding mistake trip of the mechanical distance relay during power swing, the
power swing detection function is usually used to improve the operation of numerical
distance protection. Now, the relay has to discriminate between the fault and the power
swing conditions for both cases the impedance trajectory could enter the protected zones
slow. This thesis presents power swing function theory, the causes of power swing, presents
power swing detection methods, Trajectory of moving of total impedance when there is
power swing and explains how to calculate setting values of Siemens and Areva vendors.
Also, thesis be performed to test effectively power swing function on Siemens 7SA522 using
by Power Swing Simulator function in Protection Relay Test software of KingSine K1066
device that can produce swing waveform followed by faults as desired simulation in various
cases such as Stable Power Swing with power swing function in relay is disable and distance
protection is normal, Stable Power Swing with power swing function in relay is enable,
Stable Power Swing with fault and unstable Power Swing. There by results show that
benefits this function can yield of high reliability, fast time response.

Keywords: Distance relay, Power swing, Power swing detection, Power swing tripping,
Out of Step trip.


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i
TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................2
5. Đặt tên đề tài ...................................................................................................2
6. Cấu trúc luận văn ............................................................................................2
CHƯƠNG 1. NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM
.........................................................................................................................................3
1.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................................3
1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT ...............................3
1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN KHI XẢY RA DĐCS.............................3
1.4. PHÂN BIỆT GIỮA SỰ CỐ NGẮN MẠCH VÀ HIỆN TƯỢNG DĐCS ...........7
1.5. KẾT LUẬN ........................................................................................................10
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH RLBV KHOẢNG CÁCH CÓ CHỨC NĂNG KHÓA
DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT.........................................................................................11
2.1. GIỚI THIỆU ......................................................................................................11

2.2. CÁC ĐẶC TUYẾN KHỞI ĐỘNG ....................................................................11
2.3. CÁC VÙNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH ...............................................12
2.4. GIÁ TRỊ CÁC VÙNG TRONG SƠ ĐỒ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH .............12
2.5. THỜI GIAN TÁC ĐỘNG CỦA CÁC VÙNG ..................................................13
2.6. ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT TỚI RƠ LE BẢO VỆ
KHOẢNG CÁCH VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ..................................14
2.6.1. Quỹ đạo di chuyển của tổng trở trong mặt phẳng phức ..........................14
2.6.2. Các phương pháp phát hiện dao động công suất ....................................17
2.6.2.1. Phương pháp giá trị tổng trở.............................................................17
2.6.2.2. Phương pháp tính toán tổng trở liên tục ...........................................23
2.6.2.3. Phương pháp điện áp tâm dao động .................................................24
2.6.3. Một số lưu ý khi sử dụng các phương pháp ............................................26
2.6.3.1. Các thông số dùng để phát hiện dao động công suất .......................26
2.6.3.2. Thiết lập đặc tính đồng dạng và biểu đồ chắn ..................................26


iv

2.6.3.3. Chỉnh định thời gian khóa dao động công suất ................................27
2.7. CÀI ĐẶT CHỨC NĂNG CHỐNG DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT .....................29
2.7.1. Chức năng chống dao động công suất PSB ............................................29
2.7.1.1. Lựa chọn chức năng PSB hoặc OST trong RLBV khoảng cách ......29
2.7.1.2. Nghiên cứu cài đặt chức năng PSB và OST .....................................30
2.7.1.3. Nghiên cứu cài đặt chức năng giải trừ lệnh khóa PSD ....................31
2.7.2. Phương pháp phát hiện, cài đặt chức năng chống dao động công suất
trong rơ le bảo vệ khoảng cách hãng Siemens, Areva ...............................................31
2.8. KẾT LUẬN ........................................................................................................35
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG DĐCS TRÊN RƠ LE 7SA522 ÁP DỤNG CHO
ĐƯỜNG DÂY 110KV THUỘC ĐIỆN LỰC KHÁNH HÒA QUẢN LÝ ...............36
3.1. MỞ ĐẦU ............................................................................................................36

3.2. THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM RƠ LE K1066 VÀ CÁC PHẦN MỀM THỬ
NGHIỆN DĐCS [12] ................................................................................................36
3.2.1 Giới thiệu thiết bị thử nghiệm rơ le K1066 ..............................................36
3.2.2. Phần mềm thử nghiệm chức năng dao động công suất ...........................39
3.2.2.1. Phần mềm State Sequencer ..............................................................39
3.2.2.2. Phần mềm Advance Distance ...........................................................40
3.2.2.3. Phần mềm mô phỏng Power Swing Simulator.................................42
3.3. MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG DĐCS TRÊN RƠ LE BVKC 7SA522 ÁP DỤNG
CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV THUỘC ĐIỆN LỰC KHÁNH HÒA QUẢN LÝ .....44
3.3.1. Sơ đồ lưới điện mô phỏng .......................................................................44
3.3.2. Các thông số nguồn giả định và đặc tính bảo vệ của rơ le ......................44
3.3.3. Mô phỏng, đánh giá chức năng phát hiện DĐCS của rơ le 7SA522 trong
các tình huống khác nhau...........................................................................................49
3.3.4. Nhận xét về khả năng phát hiện và khóa bảo vệ của RLBV khoảng cách
khi có hiện tượng DĐCS............................................................................................58
3.3.5. Các giải pháp hạn chế dao động công suất .............................................58
3.4. KẾT LUẬN .......................................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................60
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................62
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BI
BU
DĐCS

HTĐ
Mho
OST
PSB
RLBV
RLI
RLO
RRI
RRO
SVC
ZR
ZT
BVKC
ZSC

- Máy biến dòng điện
- Máy biến điện áp
- Dao động công suất
- Hệ thống điện
- Đặc tính hình tròn lệch tâm
- Out of Step trip, chức năng cắt khi mất ổn định
- Power Swing block, chức năng chống dao động công suất
- Rơ le bảo vệ
- Đặc tính chắn trong phía bên trái
- Đặc tính chắn ngoài phía bên trái
- Đặc tính chắn trong phía bên phải
- Đặc tính chắn ngoài phía bên phải
- Swing Center Votage, điện áp tại tâm dao động
- Tổng trở tính toán tại vị trí đặt rơ le
- Tổng trở phụ tải

- Bảo vệ khoảng cách
- Tổng trở sự cố


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Các ngưỡng cài đặt giải trừ lệnh khóa DĐCS

33

3.1.

Giá trị các vùng bảo vệ của đường dây 171

49


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
1.1
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
2.19.
2.20.
2.21.

2.22.
2.23.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.

Tên hình
DĐCS trong hệ thống điện
Nguyên lý đo lường tổng trở đường dây
Tổng trở thay đổi khi ngắn mạch
Tổng trở thay đổi khi DĐCS
Dòng điện và điện áp ngắn mạch
Dòng điện và điện áp DĐCS
Các đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách
Phối hợp tổng trở khởi động và thời gian tác động của BVKC
Tổng trở đo được của rơ le khoảng cách khi có DĐCS
Lưu đồ phát hiện DĐCS dùng phương pháp tổng trở
Các dạng đặc tính tổng trở phát hiện DĐCS
Đặc tính vùng phát hiện DĐCS
Biểu đồ đặc tính chắn
Quỹ đạo đặc tính tổng trở liên tục
Lưu đồ phát hiện DĐCS của phương pháp tổng trở liên tục
Mô tả điện áp tâm dao động SVC
Mô tả gần đúng của SVC
Ảnh hưởng của tổng trở PSB
Hệ thống 2 nguồn đẳng trị tương đương

Biến thiên góc đẳng trị của đặc tính DĐCS
Sơ đồ logic các điều kiện giải trừ lệnh khóa DĐCS
Sơ đồ logic phát hiện DĐCS của rơ le P441
Đặc tuyến phát hiện DĐCS rơ le P441
Mô tả tính đơn điệu của quỹ đạo tổng trở
Mô tả tính liên tục của quỹ đạo tổng trở
Mô tả tính đồng nhất của quỹ đạo tổng trở
Sơ đồ logic phát hiện DĐCS rơ le 7SA522
Vùng phát hiện DĐCS đặc tuyến đa giác
Vùng phát hiện DĐCS đặc tuyến Mho
Thiết bị thí nghiệm rơ le kỹ thuật số K1066
Mô tả mặt trước thiết bị K1066
Mô tả mặt trên thiết bị K1066
Mô tả khối cấp nguồn K1066
Sơ đồ kết nối thiết bị thử nghiệm rơ le với máy tính
Sơ đồ kết nối thiết bị thử nghiệm với rơ le bảo vệ khoảng cách
Phần mềm State Sequencer

Trang
4
7
8
8
9
9
11
12
17
18
19

20
22
23
23
24
25
26
27
28
31
32
33
34
34
34
34
35
35
36
37
37
38
38
39
40


viii

Số

hiệu
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
3.17.
3.18.
3.19.
3.20.
3.21.
3.22.
3.23.
3.24.
3.25.
3.26.
3.27.
3.28.
3.29.
3.30.
3.31.
3.32.
3.33.
3.34.
3.35.
3.36.

3.37.
3.38.
3.39.
3.40.

Tên hình

Trang

Phần mềm Advanced Distance
Giá trị tổng trở biên của vùng phát hiện dao động
Sơ đồ hai nguồn đẳng trị tương đương
Phần mềm mô phỏng dao động công suất
Cài đặt góc lệch pha cho quá trình DĐCS
Cài đặt sự cố xảy ra trong quá trình dao động.
Cài đặt giá trị tổng trở nguồn và đồ thị tương đương
Sơ đồ mô phỏng DĐCS và thiết bị bảo vệ đường dây 171
Phiếu chỉnh định rơ le ngăn 171
Giá trị chỉnh định các vùng của đường dây 171
Mô tả cách nhập tỉ số biến điện áp, biến dòng điện
Xây dựng đặc tính bảo vệ khoảng cách vùng 1
Xây dựng đặc tính bảo vệ khoảng cách vùng 2
Xây dựng đặc tính bảo vệ khoảng cách vùng 3
Xây dựng đặc tính vùng phát hiện dao động công suất
Đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách
Đặc tính phát hiện dao động công suất
Giá trị tổng trở các vùng RLBV khoảng cách
Chức năng khóa dao động công suất không sử dụng
Giản đồ dạng sóng dòng điện khi dao động công suất
Giản đồ dạng sóng điện áp khi dao động công suất

Mô tả quỹ đạo tổng trở DĐCS ổn định chức năng PSD là Disable.
Hành vi của rơ le khi DĐCS ổn định và chức năng PSD Disable.
Mô tả cài đặt khóa các vùng bảo vệ của rơ le
Mô tả cài đặt chức năng PSD là Enable
Mô tả quỹ đạo tổng trở DĐCS ổn định, chức năng PSD Enable.
Mô tả hành vi rơ le khi DĐCS ổn định chức năng PSD là Enable.
Mô tả thời gian lưu trú tổng trở trong vùng 1
Các thông số cài đặt trong quá trình DĐCS xảy ra sự cố
Quỹ đạo tổng trở trong quá trình DĐCS xảy ra sự cố
Hành vi rơ le trong quá trình DĐCS xảy ra sự cố
Quỹ đạo tổng trở trong trường hợp OST
Hành vi rơ le trong quá trình dao động không ổn định

41
41
42
42
43
43
43
44
45
45
46
46
47
47
47
48
48

49
50
50
51
51
52
53
53
53
54
54
55
56
56
57
57


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Dao động công suất là một trong những hiện tượng gây ảnh hưởng đến hoạt động
của hệ thống rơ le, nếu không được nghiên cứu, phân tích và chỉnh định đúng có thể
dẫn đến sự cố trầm trọng của hệ thống điện. Hệ thống điện càng phức tạp, hiện tượng
dao động điện và việc nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến hoạt động của các thiết bị bảo
vệ, đặc biệt là bảo vệ khoảng cách càng phức tạp.
Vì vậy, việc nghiên cứu và đánh giá chức năng phát hiện dao động công suất đối
với rơ le bảo vệ khoảng cách, loại được dùng phổ biến để bảo vệ trên các đường dây
hiện nay là vấn đề cần thiết.

Bên cạnh đó, do dao động công suất là hiện tượng diễn ra rất phức tạp, cho nên
việc mô phỏng và thử nghiệm chức năng này cũng tốn nhiều công sức.
Trong nội dung luận văn này, tác giả sẽ nghiên cứu các phương pháp phát hiện
dao động công suất, cách cài đặt các thông số, mô phỏng sơ đồ hệ thống điện và đánh
giá ảnh hưởng của hiện tượng này tới hoạt động chính xác của rơ le bảo vệ khoảng
cách. Các nhà sản suất rơle khác nhau đã đưa ra các thuật toán và giải pháp kỹ thuật
cho việc phát hiện dao động công suất khác nhau. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành,
do cấu trúc hệ thống điện phức tạp, cộng với việc nghiên cứu, phân tích và cài đặt
không đúng có thể làm cho rơle khoảng cách hoạt động sai. Luận văn sẽ tập trung
nghiên cứu về hiện tượng dao động công suất một cách đầy đủ, phân tích các quỹ đạo
di chuyển của tổng trở khi dao động và mô phỏng phân tích chi tiết hiện tượng này đối
với chủng loại rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số.
Nghiên cứu sâu về chức năng phát hiện dao động công suất của rơ le bảo vệ
khoảng cách, thật sự có ích cho các cán bộ kỹ thuật làm công việc liên quan tới rơle
bảo vệ.
Ngoài ra, việc nghiên cứu dao đông công suất còn giúp cho đơn vị điều độ tính
toán cài đặt thông số của hệ thống trong rơ le khoảng cách chính xác hơn, từ đó đưa ra
các phương án kết lưới vận hành phù hợp, đảm bảo hệ thống làm việc ổn định tin cậy.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hưởng dao động công suất tới sự hoạt động của hệ thống bảo
vệ, đặc biệt là bảo vệ khoảng cách.
- Nghiên cứu hiện tượng dao động công suất bao gồm: Các nguyên nhân xảy ra,
phương pháp phát hiện, quỹ đạo di chuyển của tổng trở và biến thiên các thông số vận
hành trong quá trình dao động.


2
- Kết quả nghiên cứu được sẽ giúp những kỹ sư làm công tác thí nghiệm hiểu sâu
hơn về hiện tượng dao động công suất, để từ đó có sự chỉnh định, cài đặt chính xác khi
thí nghiệm chức năng dao động công suất trong rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số.

Thêm vào đó, việc áp dụng thực tế mô phỏng hiện tượng dao động công suất xảy ra
trên đường dây 110kV thuộc Công ty Điện lực Khánh Hòa quản lý, để từ đó kiến nghị
các giải pháp hạn chế ảnh hưởng của dao động công suất đến hoạt động của hệ thống
bảo vệ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là chức năng phát hiện dao động công suất của rơ le bảo
vệ khoảng cách kỹ thuật số.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là Rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số của các hãng
Siemens, Areva đang sử dụng trên lưới điện 110kV thuộc Công ty Điện lực Khánh
Hòa quản lý.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu nguyên lý làm việc của rơ le
bảo vệ khoảng cách, đặc biệt là chức năng phát hiện và khóa dao động công suất.
- Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng lý thuyết nghiên cứu và các phép mô
phỏng thử nghiệm bằng thiết bị thử nghiệm rơ le kỹ thuật số K1066 của hãng
KINGSINE trên RLBV khoảng cách 7SA522 hãng Siemens.
5. Đặt tên đề tài
Chính vì những lý do nêu trên, đề tài được đặt tên:
“Nghiên cứu đánh giá chức năng phát hiện dao động công suất của rơ le bảo
vệ khoảng cách kỹ thuật số.”
6. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn được biên chế
thành 3 chương. Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau:
Chương 1: Nguyên nhân gây dao động công suất và đặc điểm.
Chương 2: Phân tích rơ le bảo vệ khoảng cách có chức năng khóa dao động công suất.
Chương 3: Mô phỏng DĐCS trên rơ le 7SA522, áp dụng cho đường dây 110kV thuộc
Điện lực Khánh Hòa quản lý.

3

CHƯƠNG 1
NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT
VÀ ĐẶC ĐIỂM
1.1. GIỚI THIỆU
DĐCS là hiện tượng thường gặp phải trong quá trình vận hành HTĐ, nó ảnh
hưởng xấu đến sự ổn định của hệ thống và có thể dẫn đến sụp đổ toàn bộ hệ thống. Có
nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng DĐCS và do DĐCS và ngắn mạch có nhiều
điểm giống nhau, điều này có thể làm cho hệ thống BVRL hoạt động không chọn lọc
do nhầm lẫn giữa DĐCS và ngắn mạch. Trong chương này, tác giả sẽ trình bày cụ thể
các nguyên nhân gây DĐCS và phân tích sự khác nhau giữa hai hiện tượng.
1.2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT
Dao động công suất, là quá trình diễn ra sau khi hệ thống điện có sự thay đổi đột
ngột về cấu trúc lưới điện như: đóng, cắt một nhà máy công suất lớn, cắt một đường
dây đầy tải,…trong một số điều kiện nhất định, dao động công suất cũng xuất hiện khi
hệ thống làm việc nặng tải hoặc khi các tham số điều khiển của hệ thống kích từ không
được chỉnh định hợp lý. Điều này gây ra biến động mạnh các thông số trên đường dây,
sự biến động này có đặc trưng giống như hiện tượng ngắn mạch đối xứng 3 pha. Khi
đó, dòng điện tăng lên, điện áp giảm xuống, có thể làm cho các bảo vệ hiểu sai và tác
động nhầm, dẫn tới sự cố càng trầm trọng hơn [8] .
Theo quy định của vận hành, khi xảy ra dao động công suất (DĐCS), các bảo vệ
không được tác động để đảm bảo tính chọn lọc. Do đó, cần cài đặt, chỉnh định đúng
các giá trị bảo vệ và thực hiện chức năng cấm bảo vệ tác động khi xảy ra dao động
công suất.
Tóm lại, có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng dao động công suất, và trong
quá trình dao động các thông số hệ thống biến thiên rất phức tạp, nội dung tiếp theo
tác giả sẽ nghiên cứu và phân tích một cách cụ thể sự biến thiên các thông số trên sơ
đồ lưới điện cụ thể.

1.3. ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN KHI XẢY RA DĐCS
Hệ thống điện là hệ thống vận hành trong thời gian thực, đảm bảo cân bằng giữa
công suất phát và công suất tiêu thụ. Khi trạng thái này được duy trì thì tần số sẽ giữ ở
mức ổn định, theo quy định thì tần số cho phép nằm trong khoảng 50±0,2 Hz. Bất cứ
sự dao động nào về nguồn phát hoặc phụ tải đều dẫn tới sự thay đổi tần số. Các dao
động này xảy ra liên tục trên hệ thống, tuy nhiên do có hệ thống tự động điều chỉnh,
nên tần số được duy trì ở phạm vi cho phép. Trong trường hợp xảy ra các dao động
lớn, dẫn tới sự mất cân bằng công suất trên trục roto máy phát làm cho tốc độ roto thay
đổi, dẫn tới góc roto các máy phát đang hoạt động cùng nhau bị dao động, mặt khác


4
dòng công suất tác dụng phụ thuộc chủ yếu vào góc lệch tương đối của roto máy phát
cho nên dòng công suất tác dụng cũng bị dao động [4].
Để phân tích đặc điểm của HTĐ khi xảy ra dao động điện. Xét lưới điện trên
hình 1.1a, trong chế độ bình thường cả hai sức điện động ĖA và ĖD đều quay với tốc
độ đồng bộ là ĐB và góc lệch pha giữa chúng δ = const. Khi xảy ra dao động điện thì
tốc độ quay của hai sức động ĖA và ĖD sẽ khác nhau A
hai sức điện động sẽ thay đổi theo thời gian với δ = (

0

+

D và góc lệch pha giữa
S.t),

trong đó

S

=(

A

-

Theo [5, tr. 37], khi δ vượt quá 1200 thì hệ thống có khả năng mất đồng bộ và góc
δ sẽ thay đổi thành nhiều chu kỳ 3600.
D).

Hình 1.1. DĐCS trong hệ thống điện
Nếu ta xem như véc tơ ĖA đứng yên (lấy trục véc tơ ĖA làm gốc) thì véc tơ ĖD sẽ
quay so với véc tơ ĖA với tốc độ là S và mút của véc tơ ĖD sẽ vẽ nên một quỹ đạo
hình tròn bán kính ĖD với tâm là gốc của véc tơ ĖD:


5
E A

EA

E D

EDe

(1.1)

const
j

eD

(1.2)

E D cos

Trong đó eD là giá trị của véc tơ ĖD chiếu lên trục của véc tơ ĖA.
Để đơn giản cho việc tính toán ta giả sử ĖA = ĖD = E và δ0 = 0. Tuy hai sức
điện động có mô đun bằng nhau nhưng chúng lệch pha nhau nên tồn tại độ lệch sức
điện động Ė:
E

E A

E D

E (1 e

2E sin (sin
2
2

j

)

E[(1 cos )

j cos )

2

2 E sin (e
2

j sin ]

j ( 90 0

2

)

)

(1.3)
Từ biểu thức (1.3) ta thấy véc tơ Ė vượt trước véc tơ ĖA một góc (900- δ/2) và
có biên độ thay đổi theo góc δ tức thay đổi theo thời gian:
E

E

E A

E D

2 E sin

2

2 E sin

S

t

(1.4)

2

Giá trị của véc tơ Ė khi chiếu lên trục của véc tơ ĖA là một giá trị không âm:
e

2E sin( ) cos(
2
2

2

)

2E sin 2 ( ) E(1 cos ) e A
2

eD

(1.5)

Trên hình 1.1b ta thấy mút véc tơ ĖD cũng chính là mút của véc tơ (- Ė) nên quỹ
đạo của véc tơ ĖD cũng chính là quỹ đạo của véc tơ (- Ė). Tuy nhiên gốc của véc tơ

ĖD là tâm của vòng tròn còn gốc của véc tơ (- Ė) là mút của véc tơ ĖA, vì vậy khi
chiếu véc tơ (- Ė) lên trục của véc tơ ĖA nó luôn có giá trị âm.
Từ biểu thức (1.4) ta thấy biên độ của véc tơ Ė không phải là hằng số mà giá trị
của nó thay đổi theo góc δ tức thay đổi theo thời gian:
0
E 0,
(1.6)
0
180
E
E max 2E
Độ lệch sức điện động gây nên một dòng điện cân bằng İcb chạy trên đường dây:
j( 90
)
E 2E
2E
2
I
(1.7)
(sin )e
i cb
(sin ) sin(
)
cb
Z
2
Z
2
2
Z

0

Trong đó Z và
là giá trị và góc pha của tổng trở hệ thống nối giữa hai nguồn
cung cấp và icb là giá trị của véc tơ İcb khi chiếu lên trục của véc tơ ĖA.
Từ biểu thức (1.3) và (1.7) ta thấy véc tơ İcb luôn chậm hơn véc tơ Ė một góc
và có độ lớn tỷ lệ với véc tơ Ė bằng một hằng số (1/X ), do đó quỹ đạo của nó cũng
là một vòng tròn có đường kính chính bằng giá trị cực đại của nó Icbmax. Trên hình 1.1b
vẽ quỹ đạo của véc tơ İcb tương ứng với góc
= 900 tức xem tổng trở của hệ thống là
thuần kháng và véc tơ İcb chậm sau véc tơ Ė một góc 900.


6
Biên độ của dòng điện không cân bằng tỷ lệ với biên độ của véc tơ Ė nên giá trị
của nó cũng thay đổi theo góc δ:
0

I cb
0

180

I cb

2E
sin
Z
2
I cb max

0

2E
X

(1.8)

Điện áp tại một điểm bất kỳ trên đường dây, giả sử tại điểm B nếu nhìn từ véc tơ
ĖA sẽ được tính toán theo biểu thức sau:
Z

U
E A I cb Z AB E 1 E AB
(1.9)
B
Z
Vì quỹ đạo của véc tơ (- Ė) là một vòng tròn đường kính 2E với gốc là mút của
véc tơ ĖA, nên quỹ đạo của véc tơ (- Ė.ŻAB/Ż ) cũng là một vòng tròn có đường kính
là 2E(ZAB/Z ) và gốc cũng là mút véc tơ ĖA. Từ biểu thức (1.9) ta suy ra quỹ đạo của
véc tơ U B cũng chính là đường tròn (- Ė.ŻAB/Ż ), nhưng gốc của nó không phải là mút
mà là gốc của véc tơ ĖA. Trên hình 1.1b biểu diễn quỹ đạo của véc tơ U B tương ứng
với trường hợp ŻAB và Ż là thuần kháng và ta thấy trị số điện áp cực tiểu của một
điểm bất kỳ trên đường dây đều nằm trên đường chéo nối hai điểm mút của véc tơ Ė A
và ĖD khi δ =1800.
Tóm lại, từ hình 1.1b ta nhận thấy khi dao động điện, trên đường dây sẽ xuất hiện
dòng điện không cân bằng có biên độ dao động với tần số S và đạt giá trị cực đại
2E/Z khi δ =1800 có thể lớn hơn cả dòng điện ngắn mạch ba pha. Điện áp tại mọi
điểm trên đường dây cũng dao động và đạt giá trị cực tiểu bằng (E - 2E.XAB/X ) khi δ
=1800. Mức độ dao động của điện áp tùy thuộc vào vị trí quan sát trên đường dây. Xét

vị trí T trên đường dây thoả mãn điều kiện XAT = 0,5X , điện áp cực tiểu tại điểm T
đạt giá trị bằng không và vị trí này gọi là tâm dao động. Các điểm càng gần tâm dao
động sẽ có biên độ điện áp dao động càng mạnh. Khi dao động xảy ra thì góc δ sẽ thay
đổi theo thời gian và khi góc δ thay đổi từ 0 đến 1800 thì dòng điện cân bằng chạy trên
đường dây sẽ tăng dần từ không đến giá trị cực đại và điện áp tại các điểm trên đường
dây giảm dần đến trị số cực tiểu như hình 1.1c.
Cần phân biệt hai trường hợp dao động: đồng bộ và mất đồng bộ. Trong trường
hợp ổn định, tần số trượt giảm đi rất nhanh và góc lệch δ dao động nhưng không đạt
đến 1800. Trong trường hợp mất ổn định, dấu hiệu chính là tốc độ trượt S = A - D
tăng nhanh, chu kỳ dao động giảm xuống và góc lệch δ vượt quá giá trị 1800. Các
nghiên cứu chứng minh cho thấy: trong những điều kiện nhất định, các máy phát vẫn
có thể trở lại làm việc đồng bộ với nhau, nhưng quá trình này nói chung khá dài, dẫn
tới điện áp phát sinh trong trường hợp này ảnh hưởng xấu đến các hộ dùng điện.


7
Qua nghiên cứu, phân tích các thông số biến thiên trong quá trình dao động, nhận
thấy DĐCS và ngắn mạch có đặc trưng gần giống nhau. Tuy nhiên, giữa chúng vẫn có
sự khác biệt cơ bản. Nội dung tiếp theo sẽ phân tích cụ thể 2 hiện tượng này.
1.4. PHÂN BIỆT GIỮA SỰ CỐ NGẮN MẠCH VÀ HIỆN TƯỢNG DĐCS
Theo nguyên lý của bảo vệ khoảng cách được mô tả trong hình 1.2. Để phát hiện
sự cố trên đường dây tải điện. Rơ le khoảng cách F21 đặt ở đầu đường dây nhận hai tín
hiệu đầu vào là dòng điện chạy trên đường dây và điện áp tại vị trí đặt rơ le. Rơ le
khoảng cách F21 được khởi động theo tín hiệu dòng điện và bị hãm bởi tín hiệu điện
áp và nó chỉ tác động khi tỉ số giữa điện áp và dòng điện đầu vào nhỏ hơn một giá trị
chỉnh định trước (phụ thuộc vào góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện đầu vào) gọi
là tổng trở khởi động của rơ le ZR.
Tổng trở rơ le đo được trong chế độ làm việc bình thường bằng thương số của
điện áp tại vị trí đặt rơ le với dòng điện phụ tải:
U A

Z T
(1.10)
I
T

trong đó: ZT : tổng trở đo được của rơ le trong chế độ bình thường;
 : điện áp đường dây tại vị trí đặt bảo vệ;
U
A
IT : dòng điện phụ tải chạy trên đường dây.
Trong chế độ bình thường, dòng điện phụ tải nhỏ nên tổng trở rơ le đo được theo
biểu thức (1.10) có giá trị tương đối lớn và góc pha tương đối nhỏ (do thành phần tác
dụng lớn hơn thành phần phản kháng). Tuy nhiên, dòng điện phụ tải luôn thay đổi
trong quá trình vận hành, vì vậy giá trị tổng trở rơ le đo được cũng luôn thay đổi. Hình
1.2a mô tả sơ đồ nguyên lý một HTĐ và biểu diễn các đại lượng trong mặt phẳng phức
như hình 1.2b.

Hình 1.2. Nguyên lý đo lường tổng trở đường dây
Trên mặt phẳng phức thể hiện sự thay đổi của tổng trở rơ le đo được trong chế độ
bình thường bằng vùng tổng trở phụ tải. Đường biên giới hạn của vùng tổng trở phụ tải


8
là một cung tròn có tâm ở góc tọa độ với bán kính bằng giá trị tổng trở rơ le đo được
(ZAmin) khi dòng điện phụ tải đạt giá trị cực đại [4].
U A
I

Z A min

(1.11)

T max

Tổng trở của đường dây AB được biểu diễn bằng véc tơ ŻAB trên mặt phẳng
phức. Độ nghiêng của véc tơ tổng trở ŻAB so với trục hoành (trục điện trở tác dụng R)
phụ thuộc vào tỷ số giữa điện kháng và điện trở của đường dây:

Z
AB

R AB

jX AB

j

Z
AB e

Hình 1.3. Tổng trở thay đổi khi ngắn mạch

D

Z AB e jarctg( X AB / R AB )

(1.12)

Hình 1.4. Tổng trở thay đổi khi DĐCS

Hình 1.5. Dòng điện và điện áp ngắn mạch
Khi xảy ra chế độ bất thường trong hệ thống, ví dụ như ngắn mạch tại điểm N
gần khu vực bảo vệ trên đường dây AB, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ có giá trị
giảm đột ngột bằng ZSC, có thể di chuyển vào vùng tác động của bảo vệ (đặt tính mho,
đặt tính tứ giác) như hình 1.3. Lúc này, dòng ngắn mạch tăng lên rất cao, điện áp giảm
và góc pha tăng lên bằng góc pha của đường dây, biểu đồ dạng sóng được thể hiện


9

trong hình 1.5.

Trong trường hợp xảy ra DĐCS các thông số dòng điện và điện áp biến thiên
được thể hiện như hình 1.6 và gần giống với hiện tượng ngắn mạch. Tuy nhiên, lúc
này giá trị tổng trở đo được của rơ le biến thiên từ giá trị ZT (tổng trở tải) di chuyển
vào trong vùng tác động của bảo vệ được mô tả như hình 1.4. Khi đó, bảo vệ khoảng
cách có thể hiểu sai và tác động nhầm gây mất chọn lọc. Các nhà chế tạo rơ le đã áp
dụng các thuật toán dựa trên tốc độ biến thiên tổng trở để phân biệt sự cố ngắn mạch
(tổng trở thay đổi rất nhanh gần như tức thì) và DĐCS (tổng trở thay đổi chậm) [8].

Hình 1.6. Dòng điện và điện áp DĐCS
Để đảm bảo tính chọn lọc, các loại bảo vệ phải phân biệt được hiện tượng dao
động và ngắn mạch và không được tác động khi có dao động công suất. Tuy nhiên, do
DĐCS là hiện tượng đối xứng 3 pha, cho nên phần lớn các bảo vệ rất khó phân biệt
được giữa dao động và ngắn mạch đối xứng. Điều này dẫn tới các bảo vệ có thể tác
động nhầm. Chính vì lý do đó, người ta đã nghiên cứu và đề ra các biện pháp để tránh
không cho bảo vệ tác động khi có DĐCS. Có 3 cách để thực hiện yêu cầu trên:
- Cách thứ nhất, cách này thực hiện đơn giản nhất. Nội dung của nó là chọn các
tham số khởi động của các rơ le sao cho khi có DĐCS chúng không tác động. Với mục
đích trên, người ta chọn dòng khởi động của các bảo vệ lớn hơn dòng dao động cực

đại. Đối với bảo vệ khoảng cách, chọn tổng trở khởi động nhỏ hơn tổng trở cực tiểu
khi có dao động. Điều này có thể thực hiện được nếu tâm dao động nằm ngoài vùng
tác động của bảo vệ. Trên thực tế, biện pháp ngăn ngừa tác động nhầm khi có DĐCS
chỉ có thể áp dụng cho bảo vệ dòng điện cắt nhanh và vùng 1 của bảo vệ khoảng cách.
- Cách thứ hai là tăng thời gian tác động của bảo vệ duy trì khoảng 1-2s. Biện
pháp này chỉ được áp dụng trong trường hợp nếu như tăng thêm thời gian làm việc
không ảnh hưởng đến điều kiện ổn định của hệ thống và an toàn trong cung cấp điện.
- Cách thứ ba là dùng bộ khóa để tự động khóa bảo vệ lại khi phát hiện hiện dao


10
động công suất. Tuy nhiên, bộ khóa tự động này phải thỏa mãn hai điều kiện sau đây:
a. Phải khóa được DĐCS xuất hiện trong tình trạng làm việc bình thường cũng
như khi có ngắn mạch.
b. Không được ngăn cản bảo vệ tác động nếu như trong thời gian có dao động lại
xảy ra ngắn mạch ngay trên phần tử được bảo vệ.
Hiện nay, các nhà chế tạo rơ le thường dùng hai loại bộ khóa tự động với nguyên
lý như sau: Loại thứ nhất phân biệt ngắn mạch với dao động công suất bằng cách phát
hiện sự mất đối xứng về dòng hay áp của mạng điện; Loại thứ hai phản ứng theo tốc
độ biến thiên dòng, áp hay điện trở tại chỗ đặt bảo vệ.
Thông thường ngắn mạch ba pha là do từ ngắn mạch một pha và hai pha phát
triển thành. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu cho thấy ngay cả khi 3 pha cùng đóng
đồng thời, trong chốc lát vẫn có dòng điện thứ tự nghịch chạy qua rơ le do các quá
trình quá độ trong bộ lọc dòng áp trong mạch sơ cấp biến thiên một cách đột ngột, và
do xuất hiện thành phần không chu kỳ trong dòng điện và điện áp khi có ngắn mạch.
Như vậy có thể kết luận rằng, khác với DĐCS, ngắn mạch luôn gây nên dòng
điện và điện áp thứ tự nghịch trong thời gian ngắn hạn hoặc lâu dài.
1.5. KẾT LUẬN
Trên thực tế, có nhiều nguyên nhân khác nhau xảy ra gây dao động công suất.
Cấu trúc hệ thống càng phức tạp thì việc nghiên cứu phân tích hiện tượng này càng

khó khăn.
Trong chương một này, tác giả đã nghiên cứu nguồn gốc phát sinh hiện tượng
dao động công suất, các thông số hệ thống biến thiên trong quá trình dao động như:
dòng điện, điện áp, góc pha, tổng trở. Bên cạnh đó, tác giả cũng nghiên cứu phân biệt
giữa hiện tượng dao động điện và hiện tượng ngắn mạch đối xứng, từ đó tiếp cận các
biện pháp cài đặt phù hợp cho các loại bảo vệ, để tránh tác động nhầm khi có hiện
tượng DĐCS xảy ra.
Để hệ thống bảo vệ hoạt động tin cậy và chọn lọc khi có hiện tượng dao động
công suất, thì việc nghiên cứu sâu ảnh hưởng của hiện tượng này tới hệ thống bảo vệ
là cần thiết. Trong đó, đặc biệt là ảnh hưởng tới bảo vệ khoảng cách, cần được quan
tâm nghiên cứu cụ thể hơn. Nội dung này sẽ được trình bày chi tiết trong chương hai
tiếp theo.


11

CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH RƠ LE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
CÓ CHỨC NĂNG KHÓA DAO ĐỘNG CÔNG SUẤT
2.1. GIỚI THIỆU
Vào những năm đầu thế kỷ XX, bảo vệ khoảng cách dựa trên nguyên lý đo lường
tổng trở được xem như là một bảo vệ hoàn hảo nhất để bảo vệ các đường dây tải điện.
Trải qua gần một thế kỷ, các rơ le khoảng cách được nghiên cứu rất rộng rãi và không
ngừng cải tiến từ thế hệ rơ le điện cơ, rơ le tĩnh và ngày nay là rơ le kỹ thuật số được
chế tạo theo dạng hợp bộ với tính năng rất đa dạng so với trước đây.
2.2. CÁC ĐẶC TUYẾN KHỞI ĐỘNG
Để đáp ứng điều kiện vận hành của hệ thống, các rơ le khoảng cách kỹ thuật số
ngày nay được chế tạo có đặc tuyến khởi động rất đa dạng. Trên hình 2.1 trình bày một
số đặc tuyến thường gặp của rơ le khoảng cách [4].

Hình 2.1. Các đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách
Trong các đường đặc tuyến trên hình 2.1, thì đặc tuyến vòng tròn vô hướng chỉ
phù hợp với bảo vệ đường dây có nguồn cung cấp từ một phía. Đối với các đường dây
có nguồn cung cấp từ hai phía thường sử dụng các rơ le khoảng cách có đặc tuyến
Mho hoặc tứ giác. Đặc tuyến tứ giác thích hợp đối với các sự cố ngắn mạch qua điện
trở hồ quang hoặc sự cố pha - đất, còn đặc tuyến MHO khi ngắn mạch qua điện trở hồ
quang vùng tác động sẽ bị thu hẹp lại, điều này cần phải đặc biệt lưu ý khi sử dụng bảo
vệ khoảng cách cho các đường dây ngắn. Đặc tuyến Offset MHO thường dùng cho cấp
bảo vệ tác động có thời gian trễ để vừa bảo vệ dự phòng cho đường dây đồng thời dự
phòng cho bảo vệ thanh cái.


12

2.3. CÁC VÙNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
Rơ le khoảng cách dùng để bảo vệ các đường dây truyền tải thường có nhiều
vùng tác động, thông thường ba vùng cho hướng từ thanh góp vào đường dây (hướng
thuận), một vùng cho hướng từ đường dây vào thanh góp (hướng ngược), và một vùng
dùng để phát hiện khi có dao động công suất. Các vùng tác động theo hướng thuận làm
nhiệm vụ dự phòng cho nhau và dự phòng cho các đoạn đường dây liền kề.
Hiện nay có nhiều phương thức tính chọn chiều dài các vùng bảo vệ và thời gian
tác động của từng cấp trong BVKC, nhưng tất cả đều có đặc điểm chung là:
- Do sai số trong khâu đo lường nên vùng 1 được chỉnh định nhỏ hơn chiều dài
đường dây được bảo vệ để tránh tác động nhầm khi ngắn mạch đầu đường dây liền kề.
- Đặc tính thời gian của các vùng bảo vệ là đặc tính độc lập và thời gian tác động
của các vùng bảo vệ được phối hợp theo nguyên tắc bậc thang với bậc thời gian
khoảng t = (0,3 - 0,5)s [4].
Trên hình 2.2 trình bày sự phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa
ba vùng tác động của các sơ đồ bảo vệ khoảng cách.

Hình 2.2. Phối hợp tổng trở khởi động và thời gian
tác động của bảo vệ khoảng cách
2.4. GIÁ TRỊ CÁC VÙNG TRONG SƠ ĐỒ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
Tùy thuộc các hãng, sẽ có một số công thức đơn giản về việc tính toán các giá trị
đặt các vùng 1, 2 và 3 (hướng thuận) của bảo vệ khoảng cách.
Theo tài liệu [5, tr. 141-142], các vùng của bảo vệ khoảng cách thông thường
được tính chọn như sau:
Vùng 1:
(2.1)
Z1( D1) k at ZD1
Vùng 2:

Z2( D1)

k at (ZD1

k at ZD2 )

k at (ZD1

Z1( D2) )

(2.2)


13

Vùng 3:

Z3( D1)

kat [Z D1

kat (Z D2

kat Z D3 )]

kat (Z D1

Z 2( D 2) )

(2.3)

Theo tài liệu [16, tr. 166] của SIEMENS về việc hướng dẫn chọn tổng trở khởi
động của các vùng khoảng cách của rơ le 7SA511 và 7SA513 (điều này cũng được nêu
trong tài liệu [7, tr. 146]) được tính toán theo các công thức sau:
Vùng 1:
(2.4)
Z1( D1) 0,85ZD1
Vùng 2:

Z2( D1)

0,8(ZD1

Vùng 3:

Z3( D1)

0,8[Z D1

0,85ZD2 )
0,8(Z D2

0,8(ZD1

0,85Z D3 ]

(2.5)

Z1( D2) )
0,8(Z D1

Z 2 ( D 2) )

(2.6)

trong đó:
Z1(D1), Z2(D1), Z3(D1) : tổng trở khởi động vùng 1, vùng 2 và 3 của đường dây D1;
Z1(D2), Z2(D2)
: tổng trở khởi động vùng 1, vùng 2 của đường dây D2;
ZD1, ZD2, ZD3
: tổng trở của đường dây được bảo vệ D1, đường dây D2
(liền kề với D1) và đường dây D3 (liền kề với D2);
kat: hệ số an toàn, thông thường kat = 0,8 - 0,9.
Các công thức trên được chọn theo quan điểm là vùng 1, vùng 2 và vùng 3 của
đường dây được bảo vệ không được lấn sang vùng 1, vùng 2 và vùng 3 của các đường
dây liền kề để đảm bảo tính chọn lọc của hệ thống rơ le bảo vệ. Do đó nếu đường dây
được bảo vệ có nhiều đường dây liền kề thì chiều dài Z D2 và ZD3 trong các công thức
nêu trên sẽ được chọn theo chiều dài của tuyến ngắn nhất.

2.5. THỜI GIAN TÁC ĐỘNG CỦA CÁC VÙNG
Vùng 1: Chức năng của vùng 1 là loại bỏ càng nhanh càng tốt các sự cố bên
trong đường dây được bảo vệ, do đó thời gian của vùng 1 thường chọn bằng không:
t1 = 0s
(2.7)
Ở đây cần lưu ý là tuy vùng 1 có thời gian đặt t1 = 0s, nhưng thời gian loại trừ sự
cố tC của vùng 1 sẽ khác không vì ngoài thời gian đặt nó còn bao gồm thời gian thao
tác của bản thân rơ le và thời gian cắt của máy cắt:
tC = tRL + tĐ + tMC
(2.8)
trong đó:
tRL : thời gian thao tác của bản thân rơ le (vùng 1).
Đối với rơ le điện cơ đó là thời gian quán tính, còn đối với rơ le kỹ thuật số đó là
thời gian tính toán và ra quyết định;
tĐ : thời gian đặt của rơ le là thời gian duy trì của rơ le sau khi nhận được quyết
định thao tác, trong thời gian này nếu sự cố không còn nữa thì rơ le sẽ trở về và
không thao tác;
tMC: thời gian thao tác của máy cắt (tính từ thời điểm cuộn cắt có điện cho đến
khi hồ quang của dòng điện cắt được dập tắt).
Vùng 2 và vùng 3:


14

Chức năng của vùng 2 là để loại bỏ các sự cố ở đoạn cuối (10-20%) đường dây
được bảo vệ, do đó phạm vi tác động của nó có thể lấn sang vùng 1 của các đường dây
liền kề. Vì vậy để đảm bảo tính chọn lọc thì thời gian đặt t2 của vùng 2 phải chọn lớn
hơn thời gian đặt của vùng 1:
t2 = t1 + t
(2.9)

Tương tự, ta có:

t3 = t2 + t

(2.10)

Trong đó t là độ phân cấp về thời gian hay còn gọi là cấp thời gian chọn lọc. Độ
phân cấp về thời gian được xác định theo công thức sau đây (tài liệu [7, tr. 94]):
t = 0,01TR[t(n-1)max + tn] + tMC(n-1) + tQT + tDP
0,02TR(t(n-1)max) + tMC(n-1) + tQT + tDP
(2.11)
Trong đó:
TR : sai số thời gian tương đối có thể gây tác động sớm hơn của cấp đang xét (t n)
và sự có thể tác động muộn hơn của cấp bảo vệ đang được dự phòng (t(n-1)max). Đối với
các rơ le số TR thường có giá trị từ 3% đến 5%;
tMC : thời gian cắt của máy cắt phía trước có giá trị khoảng 0,06 - 0,08s đối với
máy cắt chân không và 0,04 - 0,05s đối với máy cắt khí SF6;
tQT : thời gian sai số do quán tính làm cho rơ le vẫn ở trạng thái tác động mặc dù
sự cố đã được loại trừ. Đối với rơ le số thường thời gian quán tính nhỏ hơn 0,05s;
tDT : thời gian dự phòng.
Theo tài liệu [5, tr. 141] và [7, tr. 148], độ phân cấp về thời gian t thường được
chọn 0,5s đối với các rơ le điện cơ và 0,3s đối với các rơ le số.
Nhận xét: Trong nội dung phần này, tác giả không đi sâu vào các chi tiết của bảo
vệ khoảng cách, mà chỉ nêu lại những nội dung cơ bản trong các tài liệu tham khảo
nhằm làm cơ sở cho việc nghiên cứu chức năng phát hiện và khóa chức năng bảo vệ
khoảng cách khi xảy ra hiện tượng DĐCS.
2.6. ẢNH HƯỞNG CỦA DĐCS TỚI RƠ LE BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN
2.6.1. Quỹ đạo di chuyển của tổng trở trong mặt phẳng phức
Rơ le bảo vệ khoảng cách làm việc theo nguyên lý tổng trở thấp (có nghĩa là: khi

tổng trở đo lường được tại đầu cực rơ le nhỏ hơn giá trị cài đặt thì rơ le xuất tín hiệu
tác động). Tại những thời điểm khác nhau, giá trị tổng trở đo được bởi rơ le BVKC
luôn thay đổi, phụ thuộc vào chế độ vận hành, dòng điện và điện áp tại vị trí đặt rơ le.
Vì thế, việc nghiên cứu phân tích quỹ đạo di chuyển của tổng trở là cần thiết.
Trong chế độ vận hành bình thường véc tơ tổng trở phức di chuyển xung quanh
trong vùng tải như hình 2.3. Tuy nhiên, khi có dao động công suất, véc tơ tổng trở


15

phức di chuyển theo những quỹ đạo rất phức tạp, đặc biệt đối với những hệ thống có
cấu trúc nhiều nguồn cung cấp.
Để nghiên cứu chính xác việc phát hiện và khóa bảo vệ khi có dao động công
suất trong rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số. Trước hết ta nghiên cứu qui luật thay
đổi tổng trở ở đầu cực rơ le khoảng cách khi xuất hiện dao động điện.
Giả sử rơ le khoảng cách được đặt tại vị trí B trên hình 1.1a và tổng trở đo được
của rơ le ký hiệu bằng số phức ŻR. Trên hình 2.3 biểu diễn các tổng trở của lưới điện ở
hình 1.1a bằng các véc tơ (có tên tương ứng với các tổng trở) trong mặt phẳng tổng trở
phức có gốc toạ độ là B trùng với vị trị của rơ le khoảng cách cần quan sát. Tổng trở
ŻR được biểu diễn bằng véc tơ BR và khi có dao động điện thì sự biến thiên của tổng
trở ŻR sẽ được biểu diễn bằng quỹ đạo của điểm R theo góc lệch pha của các sức
điện động ĖA và ĖD.
Dựa vào biểu thức (1.7) và (1.9) ta có thể xác định tổng trở đo được của rơ le
khoảng cách tại vị trí B như sau:

E A I cb Z AB E A Z
U
E A
B
Z R

Z AB
Z
Z AB
(2.12)
I
I
E
E
E
cb

cb

A

D

Đặt n = EA/ED = const, ta có:

Z
R

n
n e

j


Z

e


Z
AB

j

n e

j


Z


(Z

 )
Z
AB

(

e

j

n e

j


)Z

Từ biểu thức (2-13), các véc tơ AR và BR được biểu diễn như sau:
nZ
n
AR Z R Z AB
Z
AR
j
n e
n e j
D R Z R

Z BD

(AR, DR)

e

j
j

n e

Arg(

AR

DR

Z

DR

Z
n e


Z
BD

(2.13)

(2.14)

(2.15)

j

AR
)

Arg(e

j

)

,

n

(2.16)

DR

Từ biểu thức (2.16), nhận thấy trong quá trình dao động điểm R luôn nhìn hai
điểm A và D tức nhìn véc tơ tổng trở của hệ thống Ż dưới một góc bằng góc lệch pha
của hai sức điện động ĖA và ĖD. Đồng thời tỷ số khoảng cách của điểm R đến hai
điểm A và D không thay đổi. Từ đặc điểm này của điểm R ta có thể suy ra quỹ đạo của
điểm R tuỳ theo giá trị của n như sau:
- Khi n = 1, tức ĖA = ĖD , điểm R luôn cách đều hai điểm A và D, vậy quỹ
đạo của R là đường trung trực của véc tơ tổng trở hệ thống Ż .
- Khi n > 1, tức ĖA > ĖD và AR > DR, như vậy điểm R sẽ gần D hơn A, tức
nó ở phía trên đường trung trực của AD, và do tỷ số khoảng cách của nó đến hai điểm