Bảo vệ khoảng cách

Vùng I:

Chức năng của vùng I là cắt càng nhanh càng tốt các sự cố bên trong đường dây được bảo vệ (đoạn AB) do đó thời gian đặt trễ của vùng này thường chọn bằng tAI=0 size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } =0} {}(sec). Cần phân biệt thời gian đặt cho rơle với thời gian cắt sự cố thực tế t_c:

t_c = t_rlmin + t_đặt + t_t + t_MC (4-60)

• Trong đó:

t_rlmin: thời gian tính toán và ra quyết định thao tác nhỏ nhất của rơle khoảng cách. Thời gian này tuỳ thuộc vào từng loại rơle. Ví dụ rơle 7SA511 có t_rlmin =25 msec, 7SA513 có t_rlmin ≈ 18 msec.

t_đặt: thời gian đặt cho rơle.

t_t: thời gian truyền tín hiệu bên ngoài rơle, thời gian này có thể bị phụ thuộc bởi bus truyền...

t_MC: thời gian thao tác của máy cắt, tuỳ thuộc vào loại máy cắt được sử dụng.

Xác định các vùng khoảng cách của bảo vệ khoảng cách ba cấp (a), (b), (c) và sơ đồ logic cắt (d). (Hình 4.26 )

Do vùng I là vùng bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên chỉ cần sự cố xảy ra trong vùng này bảo vệ sẽ tác động mà không cần phối hợp với các bảo vệ khác. Giá trị tổng trở đặt vùng I phụ thuộc vào từng trường hợp tương ứng với từng loại rơle cụ thể.

Trường hợp tại thanh góp B không có nguồn trực tiếp nối vào cũng như không có nhánh rẽ qua máy biến áp và sai lệch giữa các BI, BU không lớn hoặc với các rơle số hiện đại có bộ lọc số tốc độ cao (7SA513). Để đơn giản người ta thường xác định tổng trở đặt vùng I ( ZAI size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } } {}) bằng 85% tổng trở của đường dây AB (Z_lAB):

ZAI=0,85.ZlAB size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } =0,"85" "." Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-61)

Trường hợp có kể đến các sai số của các phần tử khoảng cách, các biến dòng BI, biến điện áp BU cũng như sai số về thông số tổng trở đo được, ngắn mạch qua điện trở hồ quang, ảnh hưởng bởi chiều dài đường dây..., có thể làm cho rơle tác động nhầm khi sự cố thực tế nằm ngoài vùng I (ví dụ ngắn mạch trên đoạn BC). Khi đó người ta có thể sử dụng công thức:

ZAI=11+β+δZlAB size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } = { {1} over {1+β+δ} } Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-62)

• Với β ≈ 0,05 là hệ số tính đến sai số của rơle khoảng cách (tuỳ vào từng loại mà có thể có các giá trị β khác nhau); δ = 0,1 là hệ số tính đến sai số của các biến dòng BI, biến điện áp đo lường BU và khoảng dự phòng của rơle.

Khi thay các giá trị trên vào công thức (4-62) giá trị ZAI size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{I} } } {} sẽ dao động trong khoảng (0,8 ÷ 0,9) độ dài thực đường dây AB, do đó nó cũng phù hợp với công thức (4-61).

Trên thực tế không phải bất cứ loại rơle khoảng cách nào cũng có giá trị đặt trực tiếp là tổng trở Z (P44X của Alstom (Pháp), Sel321 của Sel (Mỹ)). Ví dụ như 7SA513 của Siemens (Đức), giá trị đặt của rơle này cụ thể là các giá trị điện kháng và điện trở (khi xét đến sự cố chạm đất) và chúng được xác định bằng 85% chiều dài đường dây.

XAprimI=0,85.XlAB size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } =0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lAB"} } } {} (4-63a)

XAsecoI=NctNvt.XAprimI.InA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } "." X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } "." { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} (4-63b)

RAprimI=RlAB+12.Rarc size 12{R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } =R rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1} over {2} } "." R rSub { size 8{ ital "arc"} } } {} (4-64a)

RAsecoI=NctNvt.RAprimI.InA size 12{R rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } "." R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } "." { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} (4-64b)

• Trong đó:

XAprimI size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } } {}, XAsecoI size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } } {}: giá trị điện kháng sơ và thứ cấp cần xác định.

RAprimI size 12{R rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{I} } } {}, RAsecoI size 12{R rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{I} } } {}: giá trị điện trở sơ và thứ cấp.

N_ct, N_vt: lần lượt là tỉ số biến dòng BI và biến áp BU.

InA size 12{ { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {}: dòng danh định của rơle được tính bằng dòng thứ cấp của BI.

R_arc: giá trị điện trở hồ quang do ngắn mạch gây ra (bị chia đều cho hai pha khác nhau), R_arc được xác định theo công thức C. Warrington đối với sự cố pha-pha:

Rarc=28700.(D+v.tc)IN1,4 size 12{R rSub { size 8{ ital "arc"} } = { {"28700" "." ( D+v "." t rSub { size 8{c} } ) } over {I rSub { size 8{N} } rSup { size 8{1,4} } } } } {} (4-65)

• với D là khoảng cách tương đương giữa các pha (m), đối với đường dây cáp ba pha trên không: D =DAB.DAC.DBC3 size 12{"D "= nroot { size 8{3} } {D rSub { size 8{ ital "AB"} } "." D rSub { size 8{ ital "AC"} } "." D rSub { size 8{ ital "BC"} } } } {}; v là vận tốc gió (m/sec); t_c là thời gian cắt ngắn mạch của hệ thống bảo vê (sec); I_N dòng ngắn mạch tổng theo hai phía đường dây đến điểm ngắn mạch (đối với đường dây có hai nguồn cung cấp từ hai đầu). Trên thực tế giá trị này xác định nhờ tính toán theo các chương trình tính ngắn mạch trên máy tính.

R_lAB, X_lAB: giá trị điện trở và điện kháng của đoạn đường dây AB ( Ω size 12{ %OMEGA } {}).

Chú ý các giá trị xác định theo các công thức trên chưa tính đến trường hợp sử dụng chức năng tự động đóng lặp lại TĐL (auto recloser) của bảo vệ khoảng cách.

Vùng II:

Chức năng của vùng này là bảo vệ đoạn cuối đường dây AB (khoảng (15 ÷ 20)% đoạn đường dây AB tính từ thanh góp B) ngoài khu vực vùng I của rơle khoảng cách đặt tại A và yêu cầu bắt buộc là nó phải bao trùm hoàn toàn thanh góp trạm B sao cho tất cả các sự cố xảy ra trong đoạn này và toàn bộ vùng I phải nằm trong vùng II, ngoài ra nó còn có thể làm nhiệm vụ dự phòng một phần cho bảo vệ vùng I đặt tại thanh góp B. Thời gian tác động của vùng II đối với tất cả các rơle ở các trạm thường được đặt bằng nhau trừ một số trường đặc biệt, giá trị thời gian đặt này được chọn lớn hơn thời gian đặt vùng I của đoạn sau liền kề cũng như của các bảo vệ cắt nhanh của các máy biến áp nối vào thanh góp trạm B một bậc chọn lọc là Δt, thường t^II_A ≈ 0,5 sec.

Cũng như vùng I tổng trở đặt của vùng II được chọn tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể.

Trường hợp tại thanh góp B không có nguồn trực tiếp nối vào cũng như không có rẽ nhánh qua máy biến áp và sự sai lệch giữa các BI, BU không lớn hoặc sử dụng các rơle có bộ lọc số tốc độ cao thì giá trị cài đặt tổng trở có thể xác định theo công thức:

ZAII=0,8.(ZlAB+0,85.ZlBC) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } =0,8 "." ( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,"85" "." Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } ) } {} (4-66)

Với 7SA513 của Siemens thì giá trị cài đặt vùng II được xác định:

XAprimII=0,8.(XlAB+0,85.XlBC) size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } =0,8 "." ( X rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lBC"} } ) } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-67a)

XAsecoII=NctNvtXAprimIIInA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "II"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-67b)

Với P441, P442, P444 của Alstoms:

ZAprimII=ZlAB+0,3.ZlBC size 12{Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } =Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,3 "." Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-68a)

ZAsecoII=NctNvtZAprimII size 12{Z rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "II"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "II"} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-68b)

Trường hợp tại thanh góp trạm B có nguồn dòng khác bơm vào hoặc có rẽ nhánh cũng như khi tính toán có thể kể đến các sai số của BI, BU và của bản thân rơle..., khi đó giá trị tổng trở đặt của rơle có thể chọn theo công thức:

ZAII≤11+β+δ(ZlAB+1−αKpdBCZBI) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } <= { {1} over {1+β+δ} } ( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1 - α} over {K rSub { size 8{ ital "pdBC"} } } } Z rSub { size 8{B} } rSup { size 8{I} } ) } {} (4-69)

• Trong đó:

α = 0,1: hệ số tính đến khoảng đường biên an toàn để vùng II của bảo vệ khoảng cách tại A không lấn sang vùng II của bảo vệ khoảng cách tại B.

K_pdBC: hệ số phân dòng của đường dây BC tại thanh góp B, có giá trị bằng tỉ số giữa dòng qua rơle (tại A) và dòng qua điểm ngắn mạch tại N1 (hình 4.26).

Theo công thức (4-69) thì độ dài vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại thanh góp A phải được chọn sao cho không được phép lấn sang vùng II của rơle tại B, vì nếu như vậy khi có ngắn mạch ở vùng lấn này, các rơle có thể tác động không chọn lọc vì thời gian đặt vùng II (t^II) của các bảo vệ khoảng cách đều bằng nhau nên không biết rơle nào sẽ tác động trước nếu bảo vệ vùng I của rơle tại B không tác động, mặt khác do các hệ thống bảo vệ đều có sai số (β, δ) nên khi tính độ dài vùng II của rơle khoảng cách tại A trong công thức (4-69) phải có hệ số 1/(1+β+δ) để rút ngắn vùng này lại. Ngoài ra để đảm bảo hơn nữa, phải có thêm một khoảng đường biên an toàn được xác định bởi hệ số α ≈ 0,1 cho phép rút gọn vùng II thực tế BF nằm trong đoạn BC (hình 4.26). Vùng II tổng trở thực tế BF mà rơle khoảng cách tại A đo được khác biệt với tổng trở thực tế của đoạn này ở hệ số phân dòng K_pd, hệ số này là đại lượng biểu thị lượng công suất thêm vào hay bớt đi tại điểm nào đó nằm giữa điểm đặt rơle và điểm ngắn mạch do cấu trúc của mạch vòng có nhiều nguồn cung cấp của hệ thống điện. Trên thực tế hệ số phân dòng này có thể làm cho giá trị tổng trở đo được của vùng II thay đổi khá lớn gây khó khăn cho việc phối hợp với các bảo vệ vùng I của rơle khoảng cách đặt tại B.

Ảnh hưởng của Kpd đến hiện tượng hụt vùng (kpd<1) và vượt vùng (kpd<1) (Hình 4.27)

Khi K_pd < 1 (hình 4.27) nghĩa là giá trị tổng trở đo được lớn hơn tổng trở thực tế, trường hợp này người ta gọi là hiện tượng hụt vùng (underreach). Lúc đó rơle chỉ có thể phát hiện được những sự cố ở vị trí gần hơn so với vị trí có giá trị cài đặt tổng trở vùng. Nếu điều này xảy ra đối với vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A thì có nghĩa là vùng bảo vệ dự phòng cho vùng I của rơle khoảng cách đặt tại B sẽ giảm đi và như vậy thời gian cắt dự phòng cho vùng I của bảo vệ tại B sẽ tăng lên đến t^III_A, làm giảm hiệu quả dự phòng của bảo vệ A. Việc áp dụng công thức (4-69) sẽ gây rất nhiều khó khăn cho khả năng phối hợp cấp II của bảo vệ tại A với cấp I của bảo vệ tại B nếu giá trị K_pd dao động trong khoảng rộng. Để khắc phục điều này, người ta có hai hướng giải quyết: thứ nhất là chọn giá trị K_pd cực đại để tính toán, thứ hai là tính toán các giá trị chỉnh định khác nhau trong chế độ cực đại và cực tiểu để cài đặt vào rơle. Điều này rất dễ dàng với các rơle số vì bộ nhớ của chúng cho phép chưa nhiều bộ tham số chỉnh định khác nhau.

Khi hệ số K_pd > 1 (hình 4.27) sẽ xảy ra hiện tượng vượt vùng (overreach). Khi đó giá trị tổng trở đo được sẽ nhỏ hơn tổng trở thực tế cài đặt vùng và rơle sẽ cắt được các ngắn mạch ở xa hơn so với giá trị vùng cài đặt, nói cách khác là giới hạn vùng bảo vệ sẽ tăng lên. Điều này chưa chắc đã tốt vì khi đó vùng II của bảo vệ đặt tại A có thể sẽ bị lấn sang vùng II của bảo vệ tại B và như vậy các bảo vệ có thể tác động không chọn lọc.

Trường hợp tại thanh góp trạm B có máy biến áp phân nhánh nối vào, khi đó độ dài vùng II của rơle khoảng cách tại A không được phép bao trùm máy biến áp trên mà thời gian cắt nhanh nhất của bảo vệ máy biến áp lớn hơn thời gian tác động của vùng II (t^II). Thực vậy, giả sử nếu xảy ra ngắn mạch tại N3 (hình 4.26) sau máy biến áp có loại bảo vệ như trên, nếu N3 nằm trong vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A thì rơle khoảng cách tại A có thể sẽ tác động cắt máy cắt tại thanh góp A trước khi máy cắt bảo vệ máy biến áp tác động, điều này là không cho phép. Để tránh trường hợp này thì tổng trở đặt vùng II của bảo vệ khoảng cách đặt tại A phải được chọn theo công thức:

ZAII≤11+β+δ(ZlAB+1KpdMBAZMBAmin) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } <= { {1} over {1+β+δ} } ( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1} over {K rSub { size 8{ ital "pdMBA"} } } } Z rSub { size 8{ ital "MBA""min"} } ) } {} (4-70)

• Trong đó:

K_pdMBA: hệ số phân dòng qua máy biến áp.

Z_MBAmin: tổng trở tương đương nhỏ nhất của một trong số các máy biến áp nối vào thanh cái trạm B.

Thông thường giá trị tổng trở đặt vùng II của bảo vệ tại A được chọn theo giá trị nhỏ nhất của biểu thức (4-69) và (4-70).

Theo các lập luận trên đây thì các công thức (4-66) đến (4-68) thường chỉ áp dụng cho các lưới hình tia một nguồn cung cấp (đặc trưng của lưới phân phối) còn đối với mạng điện vòng thì phải áp dụng các công thức có tính đến hệ số phân dòng.

Nếu từ thanh góp trạm B có nhiều đường dây ra thì đường dây nào có chiều dài nhỏ nhất sẽ được chọn để phối hợp với tổng trở vùng II của bảo vệ đặt tại A.

Vùng III:

Hiện nay cách tính độ dài vùng III của bảo vệ khoảng cách ba cấp vẫn chưa thống nhất. Tuỳ vào từng trường hợp, mục đích sử dụng vùng này mà giá trị tổng trở đặt vùng III sẽ được xác định theo các công thức hợp lý. Trên thức tế ở Việt Nam một số nơi vùng III không được sử dụng.

Nếu xem vùng III của rơle khoảng cách đặt tại A thuần tuý dự phòng cho vùng II rơle A và nó phải phối hợp tốt với vùng II của rơle đặt tại B thì có thể áp dụng công thức (4-71) cho trường hợp đơn giản:

ZAIII=0,8[ZlAB+0,8(ZlBC+0,85ZlCD)] size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =0,8 [ Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,8 ( Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } +0,"85"Z rSub { size 8{ ital "lCD"} } ) ] } {} (4-71)

• và công thức (4-72) cho trường hợp phối hợp với vùng II của bảo vệ phía sau kề nó (tại B):

ZAIII=Ktc.(ZlAB+1−αKpdZBII) size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =K rSub { size 8{ ital "tc"} } "." ( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {1 - α} over {K rSub { size 8{ ital "pd"} } } } Z rSub { size 8{B} } rSup { size 8{ ital "II"} } ) } {} (4-72)

• với K_tc là hệ số tin cậy, K_tc = 1,2.

Đối với rơle 7SA513 của Siemens, giá trị đặt vùng III được xác định theo giá trị điện kháng như sau:

XAprimIII=0,8.[XlAB+0,8.(XlBC+0,85.XlCD)] size 12{X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } =0,8 "." [ X rSub { size 8{ ital "lAB"} } +0,8 "." ( X rSub { size 8{ ital "lBC"} } +0,"85" "." X rSub { size 8{ ital "lCD"} } ) ] } {} (4-73a)

XAsecoIII=NctNvtXAprimIIIInA size 12{X rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "III"} } = { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } X rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } { {I rSub { size 8{n} } } over {A} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-73b)

Tuy nhiên, khi áp dụng các công thức này đối với lưới mạch vòng thì không phải lúc nào cũng có thể đảm bảo được sự phối hợp tốt giữa các bảo vệ. Giả sử xét mạng điện như hình 4.28, trong đó đoạn đường dây BC có tổng trở lớn hơn tổng trở đoạn BMC (giả sử do các đường dây này có tiết diện dây lớn,...). khi có ngắn mạch tại N, nếu theo mạch thẳng ABCN thì điểm sự cố nằm ở vùng III của bảo vệ khoảng cách đặt tại A và là vùng II của bảo vệ tại B.

Sự không phối hợp giữa bảo vệ trạm A và B (Hình 4.28)

Tuy nhiên nếu xét theo mạch vòng ABMCN thì tổng trở ngắn mạch đo được tại A nhỏ hơn nên có thể rơi vào vùng II của bảo vệ đặt tại A. Khi đó bảo vệ đặt tại A và B có thể tác động không chọn lọc.

Như vậy, các công thức (4-71); (4-72) chỉ nên áp dụng cho lưới hình tia một nguồn cung cấp. Đối với mạng điện vòng do ảnh hưởng của của hệ số phân dòng nên giá trị tổng trở đo được vùng III có thể biến thiên trong dải khá rộng và khi đó việc tính toán giá trị cài đặt vùng III rất phức tạp vì phải tính toán nhiều giá trị đặt trong những trường hợp vận hành khác nhau để cài đặt vào bộ nhớ của rơle.

Thời gian đặt vùng III của bảo vệ tại A trong trường hợp này có thể phối hợp với thời gian đặt vùng II của nó theo công thức sau:

tAIII=tAII+Δt size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "II"} } +Δt} {} (4-74)

• Nếu xem vùng III của bảo vệ khoảng cách tại A không những để dự phòng cho vùng cho vùng II của nó mà còn dùng dự phòng xa cho bảo vệ đường dây liền kề (BC) và không để ý đến yêu cầu phối hợp vùng III này với vùng III của bảo vệ đặt tại B. Khi đó, giá trị đặt vùng III của bảo vệ khoảng cách tại A được lấy bằng tổng đường dây được bảo vệ (AB) với đường dây liền kề dài nhất (BC) và 25% đường dây thứ ba (CD) hoặc bằng 120% tổng đường dây được bảo vệ với đường dây liền kề dài nhất. Điều này cho phép rơle A có thể cắt được các ngắn mạch trên đường dây liền kề (BC) khi toàn bộ bảo vệ của đoạn đường dây liền kề này không làm việc. Ví dụ với rơle khoảng cách số P44X của Alstoms, giá trị tổng trở đặt vùng III được xác định như sau:

ZAprimIII=(ZlAB+ZlBC).1,2 size 12{Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } = ( Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } +Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } ) "." 1,2} {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-75a)

ZAsecoIII=ZAprimIIINctNvt size 12{Z rSub { size 8{A"sec"o} } rSup { size 8{ ital "III"} } =Z rSub { size 8{ ital "Aprim"} } rSup { size 8{ ital "III"} } { {N rSub { size 8{ ital "ct"} } } over {N rSub { size 8{ ital "vt"} } } } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (4-75b)

• Hoặc cũng có thể xác định theo công thức :

ZAIII≥ZlAB+IR+IFIFZlBC size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } >= Z rSub { size 8{ ital "lAB"} } + { {I rSub { size 8{R} } +I rSub { size 8{F} } } over {I rSub { size 8{F} } } } Z rSub { size 8{ ital "lBC"} } } {} (4-76)

• với I_R, I_F tương ứng là dòng qua rơle và dòng đi vào điểm sự cố tại thanh góp trung gian trong chế độ dòng vào cực đại.

Thời gian đặt của vùng III trong trường hợp này được phối hợp với thời gian đặt vùng II của bảo vệ liền kề (tại B):

tAIII=tBII+Δt size 12{t rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } =t rSub { size 8{B} } rSup { size 8{ ital "II"} } +Δt} {} (4-77)

Ngoài ra cũng có một phương án đề xuất xác định tổng trở đặt vùng III theo tổng trở làm việc nhỏ nhất của tải theo công thức:

ZAIII=ZlvminKtc.Kmm.Ktv size 12{Z rSub { size 8{A} } rSup { size 8{ ital "III"} } = { {Z rSub { size 8{ ital "lv""min"} } } over {K rSub { size 8{ ital "tc"} } "." K rSub { size 8{ ital "mm"} } "." K rSub { size 8{ ital "tv"} } } } } {} (4-78)

• với tổng trở làm việc nhỏ nhất được tính theo công thức:

Zlvmin=Ulvmin3.Ilvmax size 12{Z rSub { size 8{ ital "lv""min"} } = { {U rSub { size 8{ ital "lv""min"} } } over { sqrt {3} "." I rSub { size 8{ ital "lv""max"} } } } } {} (4-79)

• Trong đó:

K_mm: hệ số mở máy, K_mm = 1,3.

K_tv: hệ số trở về của rơle, K_tv = (1,05 ÷ 1,1).

RTuy nhiên công thức này chưa hợp lý lắm khi áp dụng cho rơle số vì đối với lưới truyền tải, góc của tải thường nhỏ hơn (20 ÷ 30)⁰ so với trục R (hình 4.29) trong khi góc tổng trở đường dây thường lớn hơn 60⁰ và các rơle khoảng cách thường được xác định hướng theo góc này hoặc theo hướng điện kháng chứ không theo trục R. Hơn nữa trong các rơle số thường cài đặt thêm chức năng khoá rơle trong vùng lấn của tải (load encroachment), do đó các giá trị đặt của rơle càng không phụ thuộc vào các chế độ của tải.

Hướng đặt của bảo vệ khoảng cách và vị trí tổng trở tải (Hình 4.29)

Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT (direct transfer trip):

Theo sơ đồ này, rơle ở mỗi đầu khi phát hiện sự cố và cắt máy cắt của nó sẽ truyền tín hiệu tới rơle đầu đối diện qua một trong những cổng truyền thông số output. Rơle phía đầu nhận sẽ nhận được tín hiệu này qua cổng vào số input. Giá trị gán ở đầu vào này có thể là một biến (variable) hay một hàm (function) có khả năng phát tín hiệu cắt trực tiếp ở đầu ra của rơle (nhận tín hiệu) tới máy cắt của nó mà không cần kiểm tra bất cứ điều kiện nào.

Trong sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT, tín hiệu cắt sẽ được phát đi cắt máy cắt đồng thời chuyển thành tín hiệu liên động kiểu trực tiếp cho rơle phía đối diện. Rơle phía đối diện về mặt nguyên lý cũng phải được cài đặt giống rơle này.

Sơ đồ vùng I mở rộng khi có ngắn mạch trong và ngoài đường dây (a) và logic cắt của rơle số (b) (Hình 4.30)

Trên hình 4.30 ta giả sử rơle khoảng cách B1 là rơle phát tín hiệu, rơle khoảng cách A2 là rơle thu tín hiệu phát từ B₁ khi có sự cố tại N₂ thuộc vùng cắt nhanh (t^I) của B₁. Nếu sử dụng sơ đồ khoảng cách thông thường thì rơle A2 sẽ cắt máy cắt với thời gian trễ của vùng II (t^II_A2), thời gian này đôi khi quá lớn (300 ÷ 600 msec) đối với một số đường dây truyền tải cao áp và siêu cao áp. Khi đó sơ đồ cắt liên động dùng đường truyền thông tin cho phép giảm đáng kể thời gian cắt của rơle A2. Thực vậy, khi đó rơle B1 sẽ đưa tín hiệu cắt máy cắt tức thời (30 msec), đồng thời phát tín hiệu liên động trực tiếp của nó ra đầu ra số output và thông qua đường truyền tin (đi mất tối đa 20 msec) tới đầu vào số input của rơle A2. Rơle A2 sẽ cắt ngay máy cắt của nó khi nhận được tín hiệu trực tiếp này.

Sơ đồ logic cắt liên động DUTT bên trong rơle SEL-321 (Hình 4.31a)

Thời gian cách ly sự cố (kể cả thời gian thao tác máy cắt (40 ÷ 50) msec) trong trường hợp này chỉ còn khoảng (90 ÷ 100) msec rõ ràng là nhanh hơn rất nhiều so với thời gian t^II_A2. Rơle B1 cũng có giá trị đặt và thao tác tương tự như rơle A2 khi sự cố ở gần đầu trạm A. Như vậy, việc sử dụng đường truyền tín hiệu liên động nói chung sẽ giảm thời gian cắt sự cố trên 100% độ dài đoạn đường dây được bảo vệ (AB). Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với độ ổn định động của toàn bộ hệ thống, đặc biệt đối với các lưới liên kết cao áp hoặc siêu cao áp.

Sơ đồ logic cắt liên động trực tiếp DTT đồng thời 3 pha (a) và độc lập từng pha (Hình 4.31b)

Một số kí hiệu trên sơ đồ:

M1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến MHO.

M2PT: tổng trở pha vùng 2 theo đặc tuyến MHO tác động có thời gian.

Z1P: tổng trở pha vùng 1 theo đặc tuyến tứ giác pha.

Z1G: tổng trở vùng 1 theo đặc tuyến tứ giác pha-đất.

Z2GT: tổng trở vùng 2 theo đặc tuyến tứ giác pha-đất tác động có thời gian.

KEY: tín hiệu liên động đầu ra.

Trong trường hợp sử dụng máy cắt đơn pha cần phải tạo ra ba tín hiệu cắt từng pha TPA (trip phase A), TPB và TPC. Các tín hiệu này có thể dùng làm tín hiệu liên động để trực tiếp gởi đi. Phía đầu rơle đối diện chúng được đưa vào các đầu vào khác nhau để gán thành các biến DTA (Direct tripping A), DTB và DTC. Các biến này được đặt trong biến cắt vô điều kiện MTU gởi tới máy cắt.

Nếu phần tử phát tín hiệu trực tiếp của rơle đầu phát là phần tử nội tuyến (vùng I khoảng cách) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu trực tiếp DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip) (hình 4.31). Còn nếu phần tử phát tín hiệu trực tiếp của rơle đầu phát là phần tử vượt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu trực tiếp DOTT (Direct Overreaching Transfer Trip).

Các sơ đồ cắt liên động trực tiếp có ưu điểm là đơn giản nhưng độ tin cậy không cao. Nếu đường truyền vì nguyên nhân nào đó như bị nhiễu, phát tín hiệu sai... thì rơle có thể cắt máy cắt nhầm gây mất điện không đáng có.

Các sơ đồ cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT:

Do những nhược điểm vừa nêu trên đây của các sơ đồ cắt liên động trực tiếp DTT, trên thực tế người ta hay sử dụng loại sơ đồ truyền tín hiệu cho phép PTT (Permissive Transfer Trip) có độ tin cậy cao hơn. Thực chất của loại sơ đồ này là khi rơle nhận được tín cắt liên động từ phía đối diện gởi tới, nó không gửi tín hiệu cắt ngay mà còn kiểm tra xem điều kiện nào đó được thoả mãn không, nếu có thì mới phát tín hiệu đi cắt máy cắt. Điều kiện này có thể là khi rơle phía đầu nhận phát hiện sự cố bởi các vùng khoảng cách, phần tử định hướng hay phần tử phát hiện sự cố tác động. Như vậy tín hiệu liên động không phải là tín hiệu trực tiếp DTT mà chỉ là tín hiệu cho phép PTT, đôi khi nó còn được viết tắt là PIT (Transmissive Intertrip).

Cũng tương tự như trên, nếu phần tử phát tín hiệu cho phép của rơle đầu phát là phần tử nội tuyến (vùng I khoảng cách) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phép PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip). Còn nếu phần tử phát tín hiệu cho phép của rơle đầu phát là phần tử vượt tuyến (vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng) thì sơ đồ được gọi là cắt liên động do phần tử vượt tuyến truyền tín hiệu cho phép POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip). Với 7SA513, có thể dùng cùng một lúc cả hai kiểu truyền POTT và PUTT độc lập qua các đường nối sóng mang riêng biệt. Khi đó kiểu truyền PUTT hoạt động trong vùng I còn kiểu truyền POTT hoạt động trong vùng mở rộng hoặc với vùng phát hiện sự cố. Trên thực tế người ta có thể phân biệt các sơ đồ POTT thuần tuý (dùng bảo vệ khoảng cách ba cấp kết hợp với cắt liên động, còn gọi là POTT1) và sơ đồ có thêm vùng III khoảng cách hướng ngược có chức năng khoá (POTT2). Loại sơ đồ sau làm việc tương tự như sơ đồ thuần tuý đối với các sự cố bên trong đường dây. Còn đối với các sự cố bên ngoài, vùng III hướng ngược này sẽ khoá toàn bộ bảo vệ khoảng cách lại.

Nếu một hư hỏng xảy ra trong thiết bị nhận tín hiệu hay trong đường truyền, logic nhận của bộ giao tiếp viễn thông đa năng có thể bị khoá bởi đầu vào nhị phân và điều này sẽ không ảnh hưởng đến chức năng bảo vệ khoảng cách thông thường. Khi đó việc điều khiển khoảng đo vùng mở rộng sẽ được chuyển đến chức năng TĐL nếu chức năng này chưa bị khoá.

Sơ đồ khối của chức năng cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT (Hình 4.32)

Trên hình 4.32 trình bày sơ đồ khối tổng thể của logic cắt liên động dùng tín hiệu cho phép PTT dùng chung cho cả hai kiểu PUTT và POTT. Việc chuyển từ sơ đồ này sang sơ đồ kia được thực hiện bằng chuyển mạch logic (mạch lật,...) mà ở đây ta chỉ thể hiện như một tiếp điểm cơ khí thông thường.

Trên sơ này chúng ta nhận thấy logic PUTT và POTT khác nhau ở những điểm cơ bản sau:

Trong sơ đồ PUTT, phần tử khởi phát tín hiệu liên động cho bảo vệ khoảng cách đối diện khi thao tác cắt máy cắt tại chỗ là vùng I, trong khi ở sơ đồ kia là các phần tử có giới hạn vùng vượt ra ngoài vùng I như vùng I mở rộng, vùng II, III khoảng cách, phần tử phát hiện sự cố, phần tử định hướng...

Trong sơ đồ PUTT có thể chỉ cần phải dùng một đường truyền tín hiệu theo hai chiều cho các tín hiệu liên động, vì khi có các sự cố ở cuối đường dây (ví dụ điểm N2 trên đường dây được bảo vệ AB, hình 4.26), chỉ có một phần tử phát tín hiệu liên động làm việc (của rơle B1). Còn khi ngắn mạch ở vị trí giao nhau của vùng I của các rơle hai đầu (tại N1), sơ đồ cắt liên động lại không cần thiết vì sự cố nằm trong vùng I của cả hai bảo vệ nên sự cố sẽ được loại trừ với thời gian t^I ≈ 0 sec. Ngược lại trong sơ đồ POTT, với mọi vị trí ngắn mạch trong đường dây, hai phần tử phát tín hiệu liên động ở hai đầu đều làm việc nên ở đây cần phải có hai đường tín hiệu riêng rẽ truyền tín hiệu theo hai chiều khác nhau, hoặc một đường truyền tin làm việc trong chế độ phân chia thời gian kiểu song công (duplex).

Đối với đường dây ngắn, sơ đồ PUTT chỉ nên sử dụng với đặc tuyến tứ giác để tránh hiện tượng hụt vùng vì vùng I khoảng cách với đặc tuyến này khi đó bao trùm được điện trở sự cố (thường lớn hơn so với điện trở đường dây). Như minh hoạ trên hình 4.33a, với việc sử dụng đặc tuyến MHO, điện trở sự cố (do hồ quang, điện trở tiếp xúc...) sẽ làm giảm vùng I lý thuyết AC xuống còn thành đoạn AD trên thực tế, đoạn này có thể giảm xuống thấp hơn 50% chiều dài đường dây AB và sự cố ở giữa đường dây với điện trở hồ quang lớn sẽ nằm ngoài giới hạn vùng I của cả hai đầu. Nếu sử dụng sơ đồ POTT thì có thể dùng đặc tuyến MHO vì vùng II khoảng cách khi đó có khoảng phủ theo trục điện trở lớn hơn nhiều so với vùng I.

Anh hưởng của điện trở sự cố đến vùng I khoảng cách MHO trong sơ đồ PUTT (a) và vai trò của phần tử ra quyết định cắt trong các sơ đồ PTT (b) (Hình 4.33)

Đối với tín hiệu liên động được truyền đi thường có các yêu cầu sau:

Trong sơ đồ PUTT, phần tử quyết định cắt có thể là phần tử vô hướng hoặc có hướng. Còn trong sơ đồ POTT, nó phải là phần tử có hướng và hướng về phía đường dây. Thực vậy, giả sử nếu trong sơ đồ này dùng phần tử ra quyết định cắt thuộc loại vô hướng (biểu diễn bởi đường nét liền dưới cùng như trên hình 4.33b), thì khi có ngắn mạch tại điểm N2 ngoài đường dây AB nhưng trong vùng II của rơle A, rơle này sẽ phát tín hiệu cho phép đến rơle B. Vì phần tử ra quyết định cắt vô hướng của rơle B cũng nhận ra sự cố này trong giới hạn vùng của nó nên rơle B vẫn tác động, nghĩa là gây cắt nhầm.

Tín hiệu liên động ở đầu phát có thể được làm trễ (sườn trước) độc lập với thời gian trễ của phần tử khởi phát tín hiệu.

Tín hiệu liên động sau khi qua giao diện truyền tin của rơle phát cần phải được kéo dài sườn sau khoảng thời gian so với tín hiệu phát của phần tử khởi phát tín hiệu liên động. Điều này nhằm đảm bảo tín hiệu liên động đến được với đầu thu một cách toàn vẹn ngay cả trong trường hợp phần tử khởi phát bị ngắt đột ngột hay đường dây truyền tin quá dài.

Đối với rơle phía đầu nhận cũng vậy, sườn sau của tín hiệu thu cũng phải được kéo dài một khoản thời gian là T_r (hình 4.32). cần chú ý là phần tử thời gian T_r này thường được sử dụng trong các sơ đồ kiểu PUTT, còn trong sơ POTT ít được dùng.

Đối với các ứng dụng cắt liên động dùng tín hiệu cho phép sử dụng kênh cao tần thông thường bằng đường dây tải điện (tải ba) PLC, độ tin cậy truyền tin không cao do tín hiệu truyền liên động phải đi qua điểm sự cố trên đường dây tải điện nên hay bị nghẽn và suy hao lớn (tới 20 ÷ 30 dB). Trong trường hợp không có thiết bị khuếch đại công suất để tín hiệu có thể vượt qua điểm nghẽn thì phải dùng loại kênh truyền khác cũng sử dụng đường dây tải điện như kênh mã chuyển tần (SFK). Kênh này có độ chống nhiễu cao hơn và có thể được dùng để tạo tín hiệu cửa sổ giải khoá cho chức năng cắt liên động trong các sơ đồ giải khoá.

Trên hình 4.34 trình bày sơ đồ nối dây của hệ thống bảo vệ đường dây ALPS của hãng GE-Multilin (Mỹ) theo logic POTT với giao diện truyền tin. Tín hiệu cho phép từ phía xa gửi đến sẽ khép mạch tiếp điểm đầu ra của đầu thu và kích hoạt đầu vào số tại các chân D2-D18. còn khi rơle này phát tín hiệu cho phép gởi đi, nó sẽ khép mạch rơle tín hiệu đầu ra tại các chân B5-B21 và kích hoạt đầu phát của giao diện truyền tín hiệu liên lạc.

Sơ đồ nối dây theo logic POTT sử dụng giao diện dải âm tần NS40A và rơle khoảng cách ALPS của GEC-Multilin (Hình 4.34)

Trong các sơ đồ cắt liên động do phần tử nội tuyến truyền tín hiệu cho phép PUTT giai đoạn đầu, người ta thường sử dụng vùng I khoảng cách vừa làm phần tử khởi phát tín hiệu liên động đi xa, vừa làm phần tử ra quyết định cắt khi nhận được tín hiệu cho phép từ xa gởi tới. Sơ đồ như vậy có thể không cho phép cắt nhanh các sự cố cuối đường dây được bảo vệ. Giả sử khi có ngắn mạch tại điểm N1 (hình 4.33b), rơle A khi nhận được tín hiệu cho phép từ rơle B vẫn không thể thao tác cắt được vì sự cố nằm ngoài vùng I. Để khắc phục tình trạng này, người ta phải sử dụng vùng II để làm phần tử ra quyết định cắt.

Tuy nhiên khi đó do những hạn chế về công nghệ, vùng I và vùng II thường vẫn phải dùng chung mạch so sánh, nên thực tế hai vùng này vẫn không thể đồng thời được kích hoạt và vùng II thường phải ra quyết định cắt sau một khoảng thời gian trễ.

Trong các rơle khoảng cách kiểu không chuyển mạch (non-swiched relay), đặc biệt là rơle số hiện nay, vấn đề này đã được giải quyết và việc sử dụng sơ đồ PUTT không gây ra khó khăn nào.