Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nâng cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN XUÂN TRUNG

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG
CÁCH VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 8520201

Thái Nguyên - năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Xuân Trung

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG RƠLE KỸ THUẬT SỐ
Ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 8520201

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Nguyễn Đức Tường

Thái Nguyên – năm 2020

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... ..4
CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH XÁC
CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH................................................................................. ..6
I. Giới thiệu chung:...................................................................................................... 6
II. Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện............6
III. Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ
một phía: 8
IV. Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu đo lường từ hai phía.................................18
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.............................................................................................. 21
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV NINH BÌNH,
TRẠM BIẾN ÁP 500KV NHO QUAN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220KV NINH BÌNH –
NHO QUAN.................................................................................................................. 22
I. Tổng quan về trạm biến áp 220 kV Ninh Bình.......................................................22
II. Tổng quan về trạm biến áp 500 kV Nho Quan......................................................23
III. Tổng quan về đường dây tải điện Nho Quan – Ninh Bình.................................. 24
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.............................................................................................. 25
CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ BẢO VỆ KỂ TỚI CÁC YẾU TỐ ẢNH
HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH............................26
I. Phân tích các dạng ngắn mạch bằng chương trình ETAP.......................................26
II. Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của bảo vệ khoảng cách.........322
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3..............................................................................................37
CHƯƠNG 4: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA TRÊN TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG THU THẬP
ĐƯỢC TỪ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY.........................................................................388
I. Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía dùng phần mềm
Digsi và Sigra của Siemens:.................................................................................... 388
II. Mơ phỏng ngắn mạch đường dây bằng chương trình ATPDraw.........................455
III. Kết quả mô phỏng..............................................................................................533

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4..............................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ...................................................................................... 600
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI........................................................................612
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 623
PHỤ LỤC.....................................................................................................................644

1


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hình 1. 1. Đường dây truyền tải do Cơng ty Truyền tải 1 quản lý..................................
Hình 1. 2. Đặc tính tác động loại MhO ...........................................................................
Hình 1. 3. Sơ đồ thay thế vịng lặp tính tốn tổng trở sự cố pha - pha .......................
Hình 1. 4. Sơ đồ thay thế vịng lặp tính tốn tổng trở sự cố pha - đất ........................
Hình 1. 5. Sơ đồ thay thế vịng lặp tính tốn tổng trở sự cố 3 pha - đất .....................
Hình 1. 6. Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp .....................................
Hình 1. 7. Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được ...................
Hình 1. 8. Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song .........
Hình 1. 9. Các cấu hình đường dây song song ...........................................................
Hình 1. 10. Ảnh hưởng của hệ số phân bố dịng điện Ki lên số đo .............................
Hình 1. 11. Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp ......................
Hình 1. 12. Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố ...........................................................
Hình 3. 1. Sơ đồ mơ phỏng đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho
Quan..........................
Hình 3. 2. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ 21 ..........................................................................
Hình 4. 1. Bản ghi thơng tin sự cố ngày 9.5.2020…………………………………….40
Hình 4. 2. Lấy thơng tin sự cố trong Sigra…………………………………………………40

Hình 4. 3.

Biến thiên dịng điện 3
Hình 4. 4.
Biến thiên điện áp trên
Hình 4.
5.
Chức năng bảo vệ trên
Hình 4.
6.
Chuỗi cách điện pha C
Hình 4.
7. Mỏ phóng sét làm việc vị trí 74 ĐZ NQ
Hình 4.
8: Sơ đồ mô phỏng đường dây 220 kV Nh
....................................................................................................................................... 47
Hình 4. 9. Sơ đồ mơ phỏng đường dây 220 kV Nho Quan-Ninh Bình ngắn mạch 1 pha
.....................................................................................................................................
Hình 4. 10. Mơ hình điện áp nguồn hệ thống ................................................................
Hình 4. 11. Dữ liệu đường dây trên không trong mô đun LCC ....................................
Hình 4. 12. Mơ hình tổng trở pha-đất ...........................................................................
Hình 4. 13. Đầu đo điện áp và dịng điện ......................................................................
Hình 4. 14. Mơ hình điểm ngắn mạch ...........................................................................
Hình 4. 15. Cài đặt thơng số chương trình ..................................................................
Hình 4. 16. Biến thiên dòng điện và điện áp tại 2 đầu đường dây khi ngắn mạch 3 pha ....
Hình 4.
17. Biểu đồ điện áp và dịng điện tại 2 đ
.....................................................................................................................................
Hình 4.
18. Biến thiên dịng điện và điện áp tại 2 đ
Hình 4.
19: Biểu đồ điện áp và dòng điện tại 2 đ

.....................................................................................................................................

2


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý................................. 6
Bảng 1. 2. Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng...................10
Bảng 3. 1. Thông số nguồn hệ thống………………………………………………….27
Bảng 3. 2. Thông số dây dẫn và dây chống sét............................................................ 27
Bảng 3. 3. Thông số cấu trúc đường dây..................................................................... 28
Bảng 3. 4. Điện trở và điện kháng thứ tự thuận của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho
Quan.......................................................................................................................... 333
Bảng 3. 5. Điện trở điện kháng thứ tự khơng của đường dây 220 kV Ninh Bình-Nho
Quan.......................................................................................................................... 344
Bảng 3. 6. Tổng trở bảo vệ TTT của 3 vùng............................................................... 344
Bảng 3. 7. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng.............................................................. 344
Bảng 3. 8. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể tới điện trở hồ quang..................355
Bảng 3. 9. Tổng trở bảo vệ TTK của 3 vùng có kể đến hồ quang tại vị trí ngắn mạch
355
Bảng 4. 1. Khả năng mô phỏng của ATP................................................................ 45
Bng 4. 2. Thông số của đường dây............................................................................ 51
Bảng 4. 3: Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha............566
Bảng 4. 4. Kết quả xác định vị trí sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha............577

3


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

MỞ ĐẦU
Đường dây truyền tải điện đóng vai trị hết sức quan trọng trong hệ thống điện.
Trong công tác quản lý vận hành việc xác định chính xác điểm sự cố giúp nhanh chóng
xác định được phần tử bị sự cố, làm giảm thời gian ngừng cung cấp điện, giảm số lượng
nhân lực để khắc phục các sự cố này, hơn nữa việc xác định chính xác điểm sự cố cũng
chính là xác định chính xác tổng trở của các đường dây sẽ giúp cho các kết qủa tính tốn
chế độ hệ thống tin cậy hơn, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle sát làm việc chính xác.

Trên thực tế có rất nhiều phương pháp được sử dụng để xác định điểm sự cố, tùy
theo đối tượng là đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối hoặc là các
đường cáp. Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách là một công cụ vừa
làm nhiệm vụ bảo vệ, phát hiện sự cố vừa định vị vị trí điểm sự cố trên đường dây. Tuy
nhiên các rơle khoảng cách hoạt động dựa trên tín hiệu đo lường chỉ tại một đầu, do đó
kết quả định vị điểm sự cố thường bị sai lệch do bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố.
Trong nhiều trường hợp sai số có thể lên tới hàng chục km và điều này sẽ gây khó
khăn cho các công tác khắc phục sau sự cố.
Tổng trở của đường dây có thể được tính tốn bằng lý thuyết, tuy nhiên, trong
các tính tốn này đều dựa trên giả thiết đường dây là đồng nhất, điện trở suất của đất
khơng đổi suốt dọc tuyến…và do đó kết quả tính tốn thường có sai số đáng kể so với
giá trị thực tế (đặc biệt là tổng trở thứ tự không của đường dây).
Một số hãng sản xuất đã chế tạo thiết bị thí nghiệm để đo tổng trở đường dây,
thiết bị định vị sự cố chuyên dụng, tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp, thiết bị
đắt tiền, cần sự phối hợp của nhiều đơn vị.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn đi sâu vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng
cao chất lượng của bảo vệ khoảng cách và định vị sự cố bằng rơle kỹ thuật số”.
Kết quả nghiên cứu được mô phỏng áp dụng đối với mơ hình tuyến đường dây
220kV Ninh Bình – Nho Quan và các tính tốn cùng kết quả mơ phỏng đã chứng minh
các ưu điểm của thuật toán này.
Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 4 chương
- Chương 1: Những yếu tố ảnh hưởng tới sự làm việc chính xác của bảo vệ khoảng

cách.
Chương 2: Tổng quan về Trạm biến áp 220kV Ninh Bình, trạm biến áp 500kV
Nho Quan và đường dây 220kV Ninh Bình – Nho Quan

4


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Chương 3: Xác định các tham số bảo vệ kể tới các yếu tố ảnh hưởng tới độ
chính xác của bảo vệ khoảng cách.
- Chương 4: Định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường thu thập được từ hai
đầu
đường dây.

5


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
CHƯƠNG 1: NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SỰ LÀM VIỆC CHÍNH
XÁC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
I. Giới thiệu chung:
Hệ thống điện ngày càng phát triển và phức tạp, trong q trình vận hành ln
ln xảy ra sự cố hư hỏng các phần tử trong hệ thống. Trong trường hợp sự cố, phần tử
sự cố yêu cầu được tách ra khỏi hệ thống để giảm thiểu thiệt hại cho các phần tử sự cố
và loại bỏ chế độ vận hành khơng bình thường cho hệ thống. Hành động này cần phải
được thực hiện một cách nhanh chóng và chính xác bằng cách rơle bảo vệ tự động.
Đồng thời mỗi khi sự cố xảy ra trên một đường dây (phân phối hoặc truyền tải), yêu tố
quan trọng là xác định vị trí điểm sự cố càng nhanh càng tốt để nâng cao chất lượng
dịch vụ. Nếu vị trí lỗi khơng được xác định một cách nhanh chóng có thể sẽ tạo ra cắt

điện kéo dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra và ảnh hưởng đến độ tin cậy
cấp điện. Tất cả những trường hợp trên nêu lên tầm quan trọng của nghiên cứu định vị
sự cố và do đó vấn đề này đã thu hút được sự chú ý rộng rãi của các nhà nghiên cứu
trong hệ thống điện trong những năm gần đây.
II.
điện

Nâng cao độ chính xác định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải

Hệ thống đường dây truyền tải điện ngày càng phát triển lớn mạnh về số lượng và
độ phức tạp. Tính đến thời điểm hiện tại, lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải
điện 1 quản lý vận hành có 2.977km đường dây 500kV và 7.463km đường dây 220kV.
Theo “Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm
2030” lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 1 quản lý vận hành sẽ xây dựng
và đưa vào vận hành thêm theo từng giai đoạn 2021-2030 là 680km đường dây 500kV,

Bảng 1. 1. Đường dây truyền tải do Công ty Truyền tải 1 quản lý
Hạng mục
ĐZ 500kV
ĐZ 220kV

Với mặt bằng lưới điện Công ty truyền tải điện 1 quản lý vận hành trải rộng trên
28/63 tỉnh thành cả nước, đa số các đường dây truyền tải điện đi qua những khu vực ít dân
cư, đồi núi cao hiểm trở. Trong quá trình vận hành, các phần tử trên lưới ln có khả năng
xảy ra sự cố do các nguyên nhân khách quan và chủ quan gây nên, theo số liệu thống kê
của Công ty Truyền tải điện 1, chỉ tính riêng 6 tháng đầu năm 2020 đã xảy ra 16 sự cố
thoáng qua và sự cố kéo dài trên đường dây 220 và 500kV, công tác xác định vị trí sự cố là
hết sức khó khăn, và tiêu tốn nhiều cơng sức, chi phí. Với mục tiêu yêu

6

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
cầu ngày càng nâng cao chất lượng điện năng và nâng cao hiệu suất lao động do đó việc
áp dụng các giải pháp để xác định vị trí sự cố một cách chính xác là hết sức cần thiết.

Định vị sự cố chính xác giúp phát hiện nhanh hơn điểm sự cố, kể cả sự cố thống
qua và sự cố duy trì.
Sự cố thống qua có thể được khắc phục thơng qua tự động đóng lại. Tuy nhiên
xác định sớm và nhanh chóng điểm bị hư hỏng sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố tiếp theo
có thể xảy ra. Mặt khác đối với các sự cố thoáng qua, các phần tử trên hệ thống đã
được khôi phục về điện, các yếu tố gây sự cố đã tách ra khỏi lưới công tác xác định
nguyên nhân sự cố là hết sức khó khăn, do đó việc định vị chính xác điểm sự cố giúp
khoanh vùng chính xác và nhanh chóng xác định được nguyên nhân sự cố.
Với những sự cố vĩnh cửu, yêu cầu xác định nhanh, chính xác điểm sự cố để tách
phần tử sự cố ra khỏi lưới, nhanh chóng xử lý khơi phục lưới điện, giảm thời gian
ngừng cung cấp điện. Nếu vị trí sự cố khơng được xác định một cách nhanh chóng, sẽ
làm mất điện trong một thời gian dài, thiệt hại kinh tế nghiêm trọng có thể xảy ra và
chất lượng cung cấp điện sẽ bị ảnh hưởng lớn.
Hiện nay, các đường dây truyền tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường
được trang bị các bảo vệ chính là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch dọc đường
dây. Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách
báo vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km). Điều này xảy ra
do nguyên lý định vị sự cố được sử dụng trong rơle khoảng cách chỉ dựa vào tín hiệu
đo lường tại chỗ (sử dụng tín hiệu đo lường từ 1 phía), do đó chịu ảnh hưởng của rất
nhiều yếu tố bên ngoài gây nên sai số lớn. Các rơle so lệch dọc đường dây hiện đại đã
được tích hợp thêm chức năng định vị điểm sự cố và có khả năng làm việc với độ
chính xác cao hơn vì các rơle loại này có thể sử dụng nguyên lý định vị sự cố dựa trên
tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây. Tuy nhiên, hầu hết trong các tài liệu rơle này
đều khơng đề cập đến thuật tốn và phương pháp xác định điểm sự cố và trên thực tế

phép định vị sự cố của các rơle so lệch dọc đường dây hiện tại vẫn có sai số khá lớn.
Một phần quan trọng trong vận hành lưới truyền tải điện là tính tốn cài đặt chỉnh
định rơle và tính tốn các chế độ vận hành của lưới. Các tính tốn này u cầu xác định
tổng trở đường dây càng chính xác càng tốt. Tuy nhiên, tổng trở đường dây phụ thuộc
nhiều vào điều kiện địa chất nơi đường dây đi qua, khi điện trở suất của đất thay đổi thì
việc tính tốn các giá trị tổng trở bằng phần mềm trở nên thiếu chính xác, mặt khác các
đường dây sau thời gian vận hành đã được cải tạo, sửa chữa dẫn đến làm thay đổi các
thông số kỹ thuật cơ bản của đường dây nên việc xác định tổng trở là hết sức khó khăn.

7


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Xuất phát từ thực tế công tác vận hành lưới truyền tải điện đã nêu trên, cần có
nghiên cứu làm rõ ưu điểm và thuật toán sử dụng để định vị sự cố và xác định chính
xác tổng trở của đường dây. Các mục tiếp theo trình bày chi tiết hơn về các phương
pháp định vị sự cố và xác định tổng trở của đường dây truyền tải điện.
Có nhiều phương pháp định vị sự cố đã được đề xuất áp dụng đối với đường dây
truyền tải điện, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp dụng
nhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, có thể phân loại theo 2
nhóm chính: định vị sự cố dựa trên tính tốn tổng trở của đường dây và định vị sự cố
dựa trên đo lường các dạng sóng lan truyền trên đường dây, một số phương pháp ngày
nay đang được sử dụng như sau:
Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường dịng điện và điện áp ở cuối đường
dây, chủ yếu là phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ 1 phía đường
dây và phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường
dây.
- Định vị sự cố dựa trên phương pháp sóng lan truyền (travelling wave
method).
-

Định vị sự cố dựa trên phương pháp tần số cao (high-frequency methods).

III. Nguyên lý làm việc phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ
một phía:
Thuật tốn xác định vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía rất đơn
giản và kinh tế so với các phương pháp định vị sự cố khác. Thuật tốn này được thiết
kế để tính tốn vị trí sự cố dựa trên tín hiệu đo lường cả ba pha dịng điện và điện áp
tại một đầu đường dây. Ngồi ra có một số thuật tốn chỉ sử dụng điện áp ba pha hoặc
dòng điện ba pha. Các vector quay với tần số cơ bản của tín hiệu đo lường hoặc dữ liệu
mẫu được xử lý trong thuật toán. Các thông số trở kháng của đường dây cũng được
xác định để xác định khoảng cách đến điểm sự cố.
1.

Nguyên lý làm việc:

Hình 1. 1. Đường dây truyền tải do Cơng ty Truyền tải 1 quản lý

8


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Cho đường dây 1 nguồn cấp đơn giản như Hình 1. 1, tổng trở tới điểm sự cố thường
có tính chất điện trở, trên sơ đồ mô tả dạng thuần trở (R F). Đường dây bị tác động bởi một
sự cố (F)- không biết khoảng cách sự cố tới trạm A. Nếu bỏ qua dòng nạp trên đường dây,
ta có IA = IF, tổng trở từ trạm A tới điểm sự cố được tính tốn như sau:

̇̇
=

Cân bằng phần ảo cả 2 vế (1.1) ta có:

=

Phương pháp này chính là thuật tốn được sử dụng trong các rơle bảo vệ khoảng
cách thông dụng. Rơle sẽ dựa trên giá trị dòng điện và điện áp để tính tốn giá trị tổng
trở đo được. Giá trị tổng trở đo được sẽ được sử dụng để xác định điểm làm việc của
rơle trên mặt phẳng tổng trở, nếu điểm làm việc này thuộc vùng tác động (vùng I, vùng
II hoặc vùng III…) thì rơle sẽ khởi động các bộ đếm thời gian tương ứng. Trong chế
độ vận hành bình thường điểm làm việc sẽ nằm bên ngồi các đặc tính tác động.

Hình 1. 2. Đặc tính tác động loại MhO
Dựa theo giá trị điện kháng đo được, rơle sẽ tính tốn ra khoảng cách từ vị trí đặt
điểm đo đến điểm sự cố theo công thức:
Lsc ( km) 
x
(

xdo
1km
đ

)=
1

Chính vì đặc điểm này nên rơle bảo vệ theo ngun lý tổng trở thấp cịn có tên
gọi là bảo vệ khoảng cách.
Trong các rơle khoảng cách hiện đại thì chức năng định vị sự cố hoạt động độc lập
với chức năng bảo vệ. Các mẫu dòng điện và điện áp sử dụng để tính tốn khoảng cách
được thu thập từ khi bảo vệ khởi động đến trước thời điểm cắt máy cắt để tránh các

9


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
nhiễu loạn ảnh hưởng đến độ chính các của định vị. Giá trị khoảng cách tính tốn được
là kết quả trung bình của nhiều lần tính tốn dựa theo số mẫu thu thập được.
Lý do sử dụng điện kháng trong tính tốn vị trí điểm sự cố là để tránh ảnh hưởng
của hồ quang tại điểm sự cố. Hồ quang có tính chất điện trở, nếu sử dụng giá trị tổng
trở để tính khoảng cách thì giá trị tổng trở này bị ảnh hưởng bởi điện trở hồ quang và
sẽ làm sai lệch vị trí sự cố tính tốn được.
2.

Các mạch vịng tính tốn tổng trở:

Tổng trở được rơle tính tốn dựa trên 6 mạch vòng cơ bản tương ứng với các sự
cố pha - pha và pha - đất: A - B, B - C, C - A, A - E, B - E, C - E.
Bảng 1. 2. Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng
Loại sự cố
Sự cố pha – đất

Sự cố pha – pha
Sự cố 3 pha hay 3
pha – đất
Sự cố 2 pha – đất

Với sự cố pha - pha hoặc pha - đất thì chỉ một trong các mạch vịng trên sẽ cho kết
quả đo lường chính xác (tổng trở thấp nhất), các mạch vịng khác sẽ cho kết quả tính tốn
lớn hơn. Với sự cố khác có thể nhiều mạch vịng đo cùng cho ra kết quả chính xác.

Vịng lặp cho trường hợp sự cố pha – pha:
Vịng lặp tính tốn tổng trở cho trường hợp sự cố pha – pha được tính theo cơng
thức:

Z
pha pha



Trong đó: X, Y là hai pha bị sự cố và sơ đồ thay thế loại sự cố pha – pha được thể
hiện như hình Hình 1. 3


UPha X - UPha Y


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Vòng lặp cho trường hợp sự cố pha – đất:
Vịng lặp tính tốn tổng trở cho trường hợp sự cố pha – đất được tính theo cơng
thức:

Z



phaE

Z
phaE



I
phaX

Trong đó: X là pha bị sự cố, K là hệ số bù, IN là dòng điện dư bằng tổng dịng của
các pha.
Sơ đồ thay thế vịng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất được thể hiện trong Hình

1. 4

UPha X

Hình 1. 4. Sơ đồ thay thế vịng lặp tính tốn tổng trở sự cố pha - đất
Nhưng khác với các sự cố khác với trường hợp này phải bù hệ số
KN .
Vòng lặp cho trường hợp sự cố 3 pha – đất

K

N


11


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Z1
3I0

A

Z1

B
Z1
ZN
Hình 1. 5. Sơ đồ thay thế vịng lặp tính tốn tổng trở sự cố 3 pha - đất
Theo như sơ đồ thay thế ở trên thì cơng thức để tính tổng trở sự cố đối với trường
hợp này có thể được viết như sau:
Z0
3

U0



3I0
ZN

Và

Trong đó U0 là điện áp thứ tự khơng và I0 là dịng điện thứ tự khơng. Theo cơng
thức (1.5) và Hình 2.1-4 thì có thể viết lại cơng thức như sau:

ZI

U
phaX

1

Z

Z

Trong đó:

phaE



Z1 là tổng trở thứ tự thuận
Z0 là tổng trở thứ tự không

3.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của định vị sự cố theo
phương pháp dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của việc định vị sự cố có thể kể đến là:
-

Ảnh huởng của điện trở tại điểm sự cố.

-

Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố.


- Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ do các đường dây chạy song song gây

ra
-

Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện.
1
2


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
a. Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố
Các sự cố, đặc biệt là sự cố một pha thường xảy ra do sứ đường dây bị phóng
điện. Hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điện trở
hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất. Một số trường hợp sự cố
thông qua vật trung gian thì chính giá trị điện trở của các vật trung gian này cũng gây
ảnh hưởng đến tính chính xác của phép định vị sự cố.
Điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài của hồ quang và dịng điện theo cơng thức

sau:
Rarc =

Trong đó:

I 1f

Rarc - điện trở hồ quang ()

Larc - Là chiều dài hồ quang (m) trong trường hợp khơng có gió
If - Giá trị dòng sự cố (A)
Chiều dài hồ quang ban đầu bằng khoảng cách từ dây dẫn đến cột hoặc giữa hai
dây dẫn, nhưng nó sẽ tăng và kéo dài do gió thổi ngang qua do sự đối lưu và truyền

sóng điện từ. Người ta đưa ra giả thuyết điện trở hồ quang phụ thuộc vào khoảng cách
dây dẫn, vận tốc gió và thời gian theo cơng thức:
8750 .(d  3UTarc )

Rarc =
Trong đó:

I 1.4f

d là khoảng cách dây dẫn (m)

U – Vận tốc gió (m/s)
Tarc – Thời gian hồ quang
Trong trường hợp dây dẫn bị đứt và rơi xuống đất thì điện trở tại điểm tiếp xúc
chạm đất phụ thuộc vào loại đất, độ ẩm của đất và cấp điện áp của lưới điện. Khi sự cố
các pha với nhau điện trở sự cố thường nhỏ và không vượt quá vài ohm (). Tuy nhiên
điện trở sự cố lớn hơn nhiều đối với sự cố liên quan đến đất vì điện trở nối đất của cột
có thể tới 10  thậm chí cao hơn. Trường hợp đặc biệt điện trở sự cố còn lớn hơn khi
sự cố dây dẫn chạm vào cây cối hoặc đứt dây và rơi xuống vùng đất khơ cứng. Như
vậy điện trở sự cố có giá trị từ vài ohm đến hàng trăm ohm.
Xét ảnh hưởng của điện trở sự cố đến tổng trở đo được
Xét trường hợp sự cố pha - đất trên đường dây có hai nguồn cấp như Hình 1. 6.
1
3


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Mạch vịng sự cố nhìn từ phía thanh góp trạm A có thể được mơ tả bằng công
thức sau đây.

U A  dZ L I A  RF IF  0

Trong đó:
d: khoảng cách từ thanh góp A đến điểm sự cố F (d=0÷1)
ZL: tổng trở của đường dây AB
UA; IA: là điện áp và dịng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A
IF: dòng điện tổng chạy qua điểm sự cố, với quan hệ



Z
A

Ta có

UA

I
A

trong đó: ZA là tổng trở đo được bởi rơle đầu phía trạm A
Thay thế

Z

I I I
F

A

B

A

vào phương trình (1.15) ta có:

 dZ L

Dựa theo phương trình (2.16) có thể thấy rằng, đối với rơle tại hai đầu đường dây
thì thành phần điện trở tại điểm sự cố có thể thể hiện tính chất thuần trở hoặc cũng có
thể thể hiện như một tổng trở tùy theo góc lệch pha dịng điện giữa hai đầu đường dây

trong lúc sự cố. Để đơn giản giả thiết

thay v


1
4


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
 Nếu dòng điện IA và IB trùng pha nhau hồn tồn: thì giá trị Z F# hoàn toàn
thuần

trở. Thành phần điện trở trong tổng trở đo được sẽ bị sai khác với điện trở của phần
đường dây bị sự cố, tuy nhiên thành phần điện kháng khơng bị ảnh hưởng , do đó
khoảng cách đo được sẽ đúng với khoảng cách sự cố thực tế (vì phép xác định khoảng
cách chỉ dựa theo thành phần điện kháng)
 Nếu dòng điện IA và IB lệch pha nhau: thì thành phần Z F# thể hiện như một

tổng

trở bao gồm thành phần điện trở và điện kháng hoặc thành phần điện trở và điện dung
(tùy theo dòng IB là sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với IA trong công thức (2.16).
Thành phần Z F# khi đó sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện kháng trong tổng trở mà rơle đo
được, và do đó khoảng cách tính tốn được sẽ bị sai khác so với thực tế. Hình 1. 7 thể
hiện chi tiết quan hệ này.

Hình 1. 7. Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được
Trong đó:
a.

Điện trở tại điểm sự cố thể hiện thuần trở.

b.

Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện dung.

c.

Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện kháng.

b. Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố
Góc lệch pha giữa dịng điện giữa hai đầu đường dây khi xảy ra sự cố, một cách
gần đúng có thể coi xấp xỉ bằng góc lệch pha của điện áp hai đầu đường dây trong chế
độ vận hành bình thường. Mặt khác, góc lệch pha của điện áp trong chế độ bình
thường lại phụ thuộc vào mức độ tải của đường dây, do đó có thể nói dịng điện tải trên
đường dây có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của phép định vị sự cố. Trong trường
hợp đường dây chỉ có một nguồn cấp thì ảnh hưởng này là khơng cần tính đến.
c. Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song

1
5


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Trong lưới truyền tải điện hầu hết các đường dây vận hành đều song song và đi
chung cột. Các đường dây này có ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau, ảnh hưởng này sẽ là
đáng kể trong trường hợp sự cố một pha chạm đất, dòng điện thứ tự không (TTK) chạy
trên đường dây lân cận sẽ cảm ứng một điện áp TTK lên đường dây bị sự cố làm cho
giá trị đo được của rơle tổng trở tại đường dây sự cố bị sai lệch.

A

Z01
Z02

Hình 1. 8. Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song
Điện áp thứ tự không:

V Z I Z I
01

01 01

0M 02

Trong đó:
V01: điện áp TTK của bảo vệ trên đường dây bị sự cố.

Z01: tổng trở TTK của đường dây bị sự cố.
Z0M: tổng trở tương hỗ TTK giữa hai đường dây.
I01, I02: dòng điện TTK chạy trên đường dây bị sự cố và đường dây lân cận.

Thông thường sự ảnh hưởng tổng trở tương hỗ của các thành phần thứ tự thuận
và thứ tự nghịch là rất ít chiếm khoảng từ 5% đến 7% và có thể bỏ qua. Trong khi đó
ảnh hưởng tổng trở thứ tự khơng lại có ảnh hưởng rất lớn và chiếm khoảng 50% đến
70%. Ví dụ về giá trị của tổng trở TTK và tổng trở tương hỗ TTK của một đường dây
có thể là:
Z0  0,1101  j1,0127 (Ω/km)
Z0  0,06874  j0,5323 (Ω/km)
Để rơle có thể làm việc đúng cần bù lại sự thay đổi về điện kháng TTK do các
đường dây lân cận gây ra. Các rơle hiện nay thực hiện việc này bằng cách lấy dòng TTK
từ đường dây lân cận đưa vào trong rơle và rơle sẽ có thuật tốn để bù lại thành phần hỗ
cảm TTK này. Tuy nhiên, việc này chỉ thực hiện được khi hai đường dây đi ra từ cùng

1
6


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật
một trạm biến áp, trong trường hợp hai đường dây thuộc hai trạm riêng biệt thì rất khó
để thực hiện giải pháp này.
Việc xác định chính xác thành phần tổng trở tương hỗ TTK cịn gặp nhiều khó
khăn do có trường hợp các đường dây chỉ đi song song một phần hoặc đường dây song
song đang cắt khỏi vận hành và nối đất hai đầu…
V01
A
Z01
Z02

a)
Hình 1. 9. Các cấu hình đường dây song song
a)

Đường dây song song toàn tuyến; b) Đường dây song song một phần

d) Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện
Xét sự ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện đến tính chính xác của rơ le bảo
vệ khoảng cách được minh họa dưới Hình 1. 10.
Xét hai trường hợp tiêu biểu như trên Hình 1. 10 ta thấy tổng trở của rơ le bảo vệ
khoảng cách đặt ở đầu A của đường dây AB đo được khi ngắn mạch xảy ra ở điểm N
trên đường dây BD tiếp theo bằng (giả thiết tỷ số biến đổi của biến dòng điện và biến
điện áp ki = ku = 1).
A

IAB

B

C

ICB

a

Hình 1. 10. Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện Ki lên số đo
của rơ le bảo vệ khoảng cách; a: Ki >1; ZR>Zthực tế; b: Ki <1; ZR
Tổng trở của rơle đo được:

17