Phối hợp bảo vệ khoảng cách với tự động đóng lặp lại

Giới thiệu:

Theo thống kê thực tế cho thấy các sự cố thoáng qua xảy ra trong hệ thống điện chiếm tới 80%. Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống cũng như khả năng cung cấp điện liên tục cho các phụ tải người ta thường sử dụng các sơ đồ tự động đóng lặp lại. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ tự động đóng lặp lại có thể giải thích như sau: Các sơ đồ bảo vệ được sử dụng sao cho khi sự cố xảy ra có thể cắt nhanh các máy cắt liên quan, sau một khoảng thời gian tương đối ngắn sơ đồ tự động đóng lặp lại sẽ đóng các máy cắt vừa cắt ra. Nếu sự cố là thoáng qua thì lưới điện tiếp tục vận hành còn nếu sự cố duy trì thì máy cắt sẽ được cắt ra trở lại. Tuỳ vào kết cấu cũng như chế độ vận hành của từng lưới điện mà số lần đóng lặp lại có thể khác nhau, thông thường là dưới 3 lần.

Đối với lưới điện của Việt Nam trước đây do tồn tại nhiều nguồn diezen nên việc sử dụng các sơ đồ tự động đóng lặp lại sẽ không đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện. Hiện nay, các nguồn phát diezen hầu như đã được loại bỏ và các sơ đồ tự động đóng lặp lại được đưa vào vận hành đã và đang mang lại hiệu quả rất lớn.

Trong phần này chỉ trình bày sơ đồ phối hợp bảo vệ khoảng cách với tự động đóng lặp lại. Sơ đồ phối hợp đơn giản nhất giữa bảo vệ khoảng cách và tự động đóng lặp lại là sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ sau tự động đóng lặp lại. Các rơ le khoảng cách (21) loại vi xử lý hiện nay thường được chế tạo có kèm theo chức năng tự động đóng lặp lại (79) và mạch tăng tốc độ bảo vệ sau khi tự động đóng lặp lại (TOR - Trip On Reclose). Mạch TOR thường được thiết kế để loại bỏ nhanh sự cố duy trì ngay sau khi máy cắt được đóng lặp lại.

Ngoài ra, các rơ le khoảng cách loại kỹ thuật số hiện nay còn được thiết kế với sơ đồ vùng 1 mở rộng, thực chất nó là một mạch tăng tốc độ bảo vệ trước tự động đóng lặp lại với mục đích thay thế cho các sơ đồ bảo vệ khoảng cách kết hợp với kênh truyền tin khi kênh truyền tin đang trong thời gian sửa chữa hoặc bảo dưỡng. Sơ đồ này sẽ được đề cập chi tiết trong các mục (III.5.2).

Ngoài hai sơ đồ tăng tốc nêu trên, một sơ đồ tăng tốc cũng thường gặp là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự. Trong mục (III.5.3) sẽ đề cập sơ đồ tăng tốc này với bảo vệ khoảng cách, cụ thể là dùng vùng 1 mở rộng để tăng tốc. Mục (III.5.4) sẽ giới thiệu thêm một sơ đồ phối hợp giữa bảo vệ khoảng cách với thiết bị TĐL lại tạm gọi là “Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với thiết bị RAR và DAR”, trong đó:

- RAR (Rapid Auto-reclosing: Tự động đóng lặp lại nhanh) là sơ đồ tự động đóng lặp lại có thời gian chết nhỏ.

- DAR (Delayed Autoreclosing: Tự động đóng lặp lại có thời gian duy trì) là sơ đồ tự động đóng lặp lại có thời gian chết tương đối lớn.

Sơ đồ bảo vệ với vùng 1 mở rộng:

Đây là một sơ đồ phối hợp giữa bảo vệ khoảng cách với thiết bị tự động đóng lặp lại. Ở phần đầu chúng ta đã đề cập, bộ phận đo lường vùng 1 của rơ le khoảng cách có hai giá trị đặt có thể điều khiển được. Giá trị đặt thứ nhất được chỉnh định như sơ đồ khoảng cách thông thường, tức là khoảng 80-90% chiều dài đường dây được bảo vệ và gọi là giá trị đặt cơ bản, ký hiệu là Z1. Giá trị đặt thứ hai được chỉnh định khoảng 125% chiều dài đường dây được bảo vệ gọi là vùng 1 mở rộng, ký hiệu Z1E. Bình thường rơ le khoảng cách làm việc theo giá trị đặt của vùng 1 mở rộng Z1E và khi nhận được tín hiệu từ rơ le tự động đóng lặp lại sẽ tự động chuyển về giá trị đặt cơ bản.

vvv

Hình 4.37: Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng

Khi có một sự cố xuất hiện ở một điểm bất kỳ bên trong vùng 1 mở rộng, rơ le sẽ thao tác với thời gian của vùng 1, cắt máy cắt và khởi động rơ le tự động đóng lặp lại. Một tiếp điểm (lệnh) từ rơ le tự động đóng lặp lại sẽ được sử dụng để chuyển giá trị đặt của rơle khoảng cách trở về vùng 1 cơ bản. Tiếp điểm của rơ le tự động đóng lặp lại được sử dụng cho mục đích này sẽ thao tác trước khi xung đóng được đưa tới máy cắt và chỉ trở về vào cuối thời gian phục hồi của mạch ARC (xem biểu đồ thời gian trên hình 4.43).

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng được trình bày trên hình 4.37. Khi sự cố xuất hiện ở điểm bất kỳ trên đường dây được bảo vệ, chẳng hạn ngắn mạch tại 1 điểm bất kỳ trên đường dây BC, các máy cắt B2 và C1 sẽ được cắt nhanh bằng vùng 1 mở rộng (Z1E) và sau đó sẽ được tự động đóng lặp lại. Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt sẽ được đóng lại thành công. Nếu sự cố là duy trì, máy cắt sẽ cắt lại lần nữa với thời gian của vùng 1 hoặc vùng 2 thông thường để đảm bảo tính chọn lọc. Như vậy, với vùng 1 mở rộng sử dụng kết hợp với chức năng tự động đóng lặp lại (ARC) thì mọi sự cố thoáng qua trên toàn bộ đường dây được bảo vệ đều có thể được cách ly nhanh và đây chính là ưu điểm của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng.

Nếu thanh cái ở cuối đường dây được bảo vệ càng có nhiều đường dây nối vào thì số lần cắt không chọn lọc trước tự động đóng lặp lại của các máy cắt càng lớn, chẳng hạn máy cắt C2 sẽ cắt không chọn lọc khi sự cố xuất hiện trên các đường dây DE, DF, DG và gần thanh cái D (N4, N5 N6). Mặt khác khi ngắn mạch xuất hiện trên một đường dây bất kỳ và gần thanh cái thì các máy cắt ở đầu đối diện với thanh cái đó của các đường dây còn lại cũng sẽ cắt không chọn lọc, ví dụ khi ngắn mạch xuất hiện tại N3 trên đường dây CD gần thanh cái D, thì các máy cắt E1, F1 và G1 đối diện với thanh cái D cũng sẽ bị cắt không chọn lọc.

Phân tích sự hoạt động của sơ đồ:

Khi đường dây có nguồn cung cấp từ hai phía bị sự cố, hai máy cắt ở hai đầu đường dây sẽ cắt ra. Nếu các máy cắt này có trang bị thiết bị tự động đóng lặp lại một lần, thông thường chúng sẽ lần lượt được đóng lại theo sự phối hợp như sau:

- Máy cắt ở đầu thứ nhất của đường dây được đóng lặp lại trước theo điều kiện điện áp đường dây không tồn tại: UL = 0

- Máy cắt ở đầu còn lại của đường dây được đóng lặp lại sau theo điều kiện tồn tại điện áp đường dây UL = 1, nhưng phải thêm một trong hai điều kiện sau:

Điện áp đường dây đồng bộ với điện áp thanh cái: S = 1.

Điện áp thanh cái không tồn tại: UB = 0.

Theo điều kiện phối hợp tác động của các mạch tự động đóng lặp lại nêu trên, thì máy cắt được đóng lại theo điều kiện UL = 0, sẽ có số lần đóng cắt nhiều hơn. Để cân bằng số lần đóng cắt máy cắt sau một thời gian vận hành được định trước, điều kiện tác động của thiết bị tự động đóng lặp lại ở hai đầu đường dây được đổi ngược lại. Thao tác này được thực hiện bởi khoá chuyển mạch K4 và K5 (hình 4.37a) và thực ra đối với rơ le số nó là một mạch lật bằng vi mạch. Còn khoá K3 chỉ sử dụng đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ một phía.

Sự phối hợp trên khi áp dụng trong các sơ đồ bảo vệ rơ le bình thường hoặc trong sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ rơ le sau khi tự động đóng lặp lại thì không có vấn đề gì, bởi vì khi có sự cố xuất hiện trên một đường dây thì chỉ có hai máy cắt ở hai đầu đường dây sự cố bị cắt ra. Tuy nhiên đối với sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng, như phần trên đã nêu có những vị trí ngắn mạch có thể có ba hoặc nhiều máy cắt cùng cắt. Vì vậy vấn đề ở đây là sự phối hợp của việc thực hiện đóng lặp lại ba máy cắt trở lên, nhưng mỗi máy cắt chỉ có thể đóng lặp lại theo một trong hai điều kiện nêu trên và về nguyên tắc thì hai máy cắt của một đường dây cũng phải được phối hợp như trên. Một vấn đề cũng cần lưu ý là khi cần thiết, máy cắt ở một đầu đường dây có thể cho phép tự động đóng lặp lại theo cả hai điều kiện nêu trên là UL = 0 hoặc UL = 1 (khoá K4 và K5 cùng kín mạch) nhưng máy cắt đầu ngược lại chỉ được thực hiện tự động đóng lặp lại theo điều kiện UL = 1 (khoá K4 phải hở mạch).

Để có cơ sở lựa chọn sự phối hợp của việc đóng lặp của nhiều máy cắt (trên 2 máy cắt), dưới đây ta sẽ phân tích sự hoạt động của sơ đồ theo phương thức cài đặt điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại các máy cắt của lưới điện trên hình (4.37b) như sau:

- Phương thức thứ nhất: các mạch ARC của các máy cắt được cài đặt giống nhau theo thanh cái.

- Phương thức thứ hai: các mạch ARC của các máy cắt được cài đặt giống nhau theo chiều đường dây.

Phương thức thứ nhất:

Hình 4.38: Cài đặt phương thức hoạt động của mạch ARC theo thanh cái

Theo phương thức này các máy cắt cùng đấu nối vào một thanh cái có điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại được chọn giống nhau. Khi thanh cái thứ nhất có các máy cắt được tự động đóng lặp lại khi UL = 0 thì các máy cắt của thanh cái tiếp theo sẽ được tự động đóng lặp lại khi UL= 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0). Phương thức phối hợp này hợp này được trình bày trên hình (4.38a) và sau thời gian vận hành theo định kỳ, các máy cắt có thể thay đổi phương thức vận hành ngược lại như trên hình (4.38b).

Dưới đây ta xét sự hoạt động của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở những vị trí ngắn mạch điển hình là N1 và N2 ở 2 đầu của đường dây BC theo phương thức cài đặt như trên hình (4.38a). Sau đó ta sẽ thêm sự hoạt động của sơ đồ tại điểm ngắn mạch N3 gần thanh cái D (thanh cái có nhiều xuất tuyến) theo cả hai phương thức hoạt động ARC như trên hình (4.38a) và (4.38b).

Ngắn mạch tại N1:

Giả thiết N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại A2 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch do vùng 1 mở rộng tác động là A2, B2 và C1. Sau đó các máy cắt A2 và C1 có điều kiện đóng lại là UL = 0 sẽ đóng lại trước.

Nếu sự cố còn tồn tại thì máy cắt C1 sẽ cắt ra lại bằng vùng 2 với thời gian trễ t2, còn máy cắt A2 sẽ không cắt ra bởi vì máy cắt B2 chưa đóng lại nên không có dòng sự cố chạy qua máy cắt này. Máy cắt B2 trong trường hợp này cũng không đóng lại được do không thoả mãn điều kiện đóng lại (không có tín hiệu điện áp đường dây).

Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt A2 và C1 sẽ đóng lại thành công, lúc này tại máy cắt B2 đã có tín hiệu UL = 1 và nó sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (S =1).

Nếu N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1 (do đường dây CD quá dài so với đường dây BC), trong trường hợp này có bốn máy cắt cùng cắt là A2, B2, C1 và D1. Sau đó chỉ có máy cắt A2 và C1 đóng lại theo điều kiện UL = 0, nhưng cả hai đường dây BC và CD vẫn không có điện do hai máy cắt B2, D1 đang hở mạch và hai máy cắt này cũng không đóng lại được do điều kiện đóng lại của nó là UL = 1 không thoả mãn. Kết quả là thanh cái C bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N2:

Giả thiết N2 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có các máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là B2, C1 và D1 (có thể máy cắt A2 cũng cắt). Sau đó chỉ máy cắt C1 (A2) đóng lại theo điều kiện UL = 0 nhưng đường dây BC và DC vẫn không có điện, do đó máy cắt B2 và D1 cũng không đóng lại được và thanh cái C bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N3:

Trường hợp thứ nhất:

Giả sử phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình 4.38a và N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng. Sau đó các máy cắt C2, E1, F1, D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện UL = 0 nếu như các mạch ARC của các máy cắt này có cùng thời gian tác động. Điều này chỉ cho phép khi các máy cắt nêu trên được đóng lặp lại đủ nhanh để cho các nguồn từ thanh cái E, F và G có thể tự đồng bộ với nhau sau khi đóng lại. Nếu thời gian đóng lặp lại của các máy cắt trên không đáp ứng cho các nguồn tự đồng bộ thì các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy C2 phải có mạch ARC được cài đặt để có thể tự động đóng lại theo cả hai điều UL = 0 hoặc có điện áp đường dây UL = 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0), đồng thời chúng phải có thời gian tác động khác nhau (điều này hoàn toàn cho phép vì mạch ARC của các máy cắt đối diện với các máy cắt này chỉ tác động theo điều kiện UL = 1):

Nếu sự cố là thoáng qua thì các máy cắt C2, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt đóng lại thành công và sau đó máy cắt D1 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1).

Nếu sự cố là duy trì thì C2 sẽ cắt ra bằng vùng 2 với thời gian trễ là t2, còn các máy cắt E1, F1, và G1 cũng sẽ lần lượt đóng lại thành công. Riêng máy cắt D1 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây (do C2 đang hở mạch).

Trong trường hợp N3 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại một trong những máy cắt E1, F1 và G1. Giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, lúc đó các máy cắt F1, G1 đòi hỏi phải có khả năng đóng lại theo điều kiện kiểm tra bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được vì thanh cái D trong trường hợp này vẫn có điện và đường dây của các máy cắt F1 và G1 vẫn tồn tại tín hiệu điện áp (điều kiện này cũng đòi hỏi phải áp dụng cho cả máy cắt E1 và C2). Riêng mạch ARC của máy cắt D1 có tác động hay không phụ thuộc vào sự đóng lại thành công hay không của máy cắt C2, tức phụ thuộc vào sự cố có tính thoáng qua hay duy trì.

Trường hợp thứ hai:

Xét trường hợp ngắn mạch tại N3 mà phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình 4.38b.

Giả sử N3 nằm trong vùng tác động của của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1 lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng Z1E. Sau đó chỉ có máy cắt D1 đóng lại. Còn các máy cắt C2, E1, F1, G1 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây (UL = 0). Thanh cái D sẽ mất điện không chọn lọc.

Giả sử N3 nằm ngoài phạm vi tác động của E1 thì các máy cắt F1 và G1 sẽ lần đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra điện áp đồng bộ khi mà thanh cái E có nối với nguồn cung cấp. Nếu sự cố là thoáng qua thì D1 sẽ đóng lại thành công và máy cắt C2 cũng sẽ đóng lại khi điện áp đường dây và điện áp thanh cái của nó còn đồng bộ với nhau. Nếu sự cố duy trì thì máy cắt D1 sẽ cắt nhanh trở lại và máy cắt C2 sẽ không đóng lại.

Như vậy theo phương thức cài đặt này, sẽ tồn tại các vị trí sự cố (gần thanh cái có điều kiện đóng lặp lại của máy cắt là UL = 0) mà tất cả các máy cắt xung quanh vị trí sự cố có điều kiện đóng lặp lại là UL = 1 bị cắt ra cùng lúc. Điều này làm cho các máy cắt nói trên sau khi cắt ra sẽ không có máy cắt nào có tín hiệu điện áp đường dây để thực hiện chu trình tự động đóng lặp lại và cuối cùng các đường dây của các máy cắt nói trên đều bị mất điện không chọn lọc dù cho sự cố có thể là sự cố thoáng qua.

Phương thức thứ hai:

Theo phương thức này các máy cắt cùng chiều (chiều tác động của rơ le bảo vệ) trên đường dây có điều kiện tác động của sơ đồ tự động đóng lặp lại được chọn giống nhau. Cụ thể trên hình 4.39a, các máy cắt được đánh số 1 sẽ tự động đóng lại khi UL = 0. Các máy cắt theo chiều ngược lại được đánh số 2 có điều kiện tự động đóng lặp lại khi UL = 1. Sau thời gian vận hành theo định kỳ, các máy cắt có thể thay đổi phương thức vận hành ngược lại như trên hình 4.39b.

Dưới đây ta xét sự hoạt động của sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở những vị trí ngắn mạch điển hình là N1 và N2 ở 2 đầu của đường dây BC theo phương thức cài đặt như trên hình 4.39a. Sau đó ta sẽ thêm sự hoạt động của sơ đồ tại điểm ngắn mạch N3 gần thanh cái D (thanh cái có nhiều xuất tuyến) theo cả hai phương thức hoạt động ARC như trên hình 4.39a và 4.39b.

Hình 4.39: Cài đặt phương thức hoạt động của mạch ARC theo chiều đường dây

Ngắn mạch tại N1:

Giả thiết N1 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt A2 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt D1. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là A2, B2 và C1. Sau đó máy cắt C1 sẽ đóng lại trước theo điều kiện điện áp đường dây không tồn tại (UL = 0).

Nếu sự cố còn duy trì thì máy cắt C1 sẽ cắt ra trở lại bởi vùng 2 với thời gian trễ là t2, đường dây AB và BC lúc đó đều không có điện áp nên các máy cắt A2 và B2 không không thoả mãn điều kiện để tự động đóng lặp lại. Điều này dẫn đến thanh cái B bị mất điện không chọn lọc.

Nếu sự cố là thoáng qua, máy cắt C1 sẽ đóng lại thành công. Sau đó máy cắt B2 sẽ đóng lại được theo điều kiện (UL = 1, UB = 0) và tiếp theo máy cắt A2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện (UL = 1, S = 1). Trong trường hợp này ta thấy nếu không cài đặt thêm điều kiện đóng lặp lại (UL = 1, UB = 0) cho các máy cắt A2 và B2 thì máy cắt B2 sẽ không tự động đóng lại được do điện áp thanh cái không tồn tại nên không có tín hiệu đồng bộ và máy cắt A2 cũng không đóng lại được do điện áp đường dây không tồn tại nên cũng không có tín hiệu đồng bộ. Điều này dẫn đến thanh cái B bị mất điện không chọn lọc.

Ngắn mạch tại N2:

Giả thiết N2 nằm trong phạm vi vùng 1 mở rộng của bảo vệ khoảng cách tại D1 và không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại A2. Khi đó sẽ có ba máy cắt cùng cắt ngắn mạch bởi vùng 1 mở rộng là B2, C1 và D1. Sau đó máy cắt C1 và D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện UL = 0 (theo hình 4.38a):

Nếu sự cố còn duy trì, máy cắt C1 sẽ cắt với vùng 1, còn máy cắt D1 sẽ không bị cắt ra do vùng 1 mở rộng đã bị chuyển về vùng 1 cơ bản. Trong trường hợp này máy cắt B2 cũng sẽ không đóng lại vì điện áp đường dây không tồn tại nên không thoả mãn điều kiện đóng lặp lại.

Nếu sự cố là thoáng qua, C1 và D1 sẽ đóng lại thành công và tiếp theo đến máy cắt B2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện (UL = 1, S = 1).

Nếu N4 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại máy cắt A2 (đường dây AB quá dài so với đường dây BC), thì thanh cái B cũng sẽ mất điện không chọn lọc khi sự cố duy trì (tương tự như trường hợp ngắn mạch tại N1).

Ngắn mạch tại N3:

Trường hợp thứ nhất:

Giả sử phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình (4.39a) và N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng 1 mở rộng Z1E. Sau đó các máy cắt D1, E1, F1, D1 sẽ cùng đóng lại theo điều kiện mất áp đường dây (UL = 0) nếu như thời gian chết của mạch ARC của máy cắt này giống nhau. Điều này chỉ cho phép khi các máy cắt nêu trên được đóng lặp lại đủ nhanh để cho các nguồn từ thanh cái E, F và G có thể tự đồng bộ với nhau sau khi đóng lại. Nếu thời gian đóng lặp lại của các máy cắt trên không đáp ứng cho các nguồn tự đồng bộ thì các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy C2 phải có mạch ARC được cài đặt để có thể tự động đóng lại theo cả hai điều UL = 0 hoặc có điện áp đường dây UL = 1 (kèm theo S = 1 hoặc UB = 0), đồng thời chúng phải có thời gian tác động khác nhau (điều này hoàn toàn cho phép vì mạch ARC của các máy cắt đối diện với các máy cắt này chỉ tác động theo điều kiện UL = 1):

Nếu sự cố thoáng qua thì các máy cắt D1, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt đóng lại thành công và sau đó máy cắt C2 cũng sẽ đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ.

Nếu sự cố duy trì thì các máy cắt D1, E1, F1 và G1 sẽ cùng lúc hoặc lần lượt được đóng lặp lại. Riêng máy cắt D1 sẽ bị cắt ra trở lại và kéo theo máy cắt C2 không đóng lại được do không có tín hiệu điện áp đường dây.

Trong trường hợp N3 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại một trong những máy cắt E1, F1 và G1. Giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, lúc đó các máy cắt F1, G1 đòi hỏi phải có khả năng đóng lại theo điều kiện kiểm tra bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được vì thanh cái D trong trường hợp này vẫn có điện và đường dây của các máy cắt F1 và G1 vẫn tồn tại tín hiệu điện áp (điều kiện này cũng đòi hỏi phải áp dụng cho cả máy cắt E1 và C2). Riêng mạch ARC của máy cắt C2 có tác động hay không phụ thuộc vào sự đóng lại thành công hay không của máy cắt D1, tức phụ thuộc vào sự cố có tính thoáng qua hay duy trì.

Trường hợp thứ hai:

Xét trường hợp ngắn mạch tại N3 mà phương thức tác động của các mạch ARC được cài đặt như trên hình (4.39b).

Giả sử N3 nằm trong vùng tác động của vùng 1 mở rộng tại E1, F1 và G1 lúc đó các máy cắt C2, D1, E1, F1, D1 cùng cắt bởi vùng Z1E. Sau đó chỉ có máy cắt C2 được đóng lại theo điều kiện UL = 0:

Nếu sự cố thoáng qua, máy cắt C2 đóng lại thành công, sau đó máy cắt D1 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và UB = 0) còn các máy cắt E1, F1, G1 sẽ lần lượt đóng lại theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1).

Nếu sự cố duy trì, máy cắt C2 sẽ cắt ra lại và lúc đó các máy cắt D1, E1, F1, G1 sẽ không đóng lại được vì điều kiện đóng lại không thoả mãn (UL = 0). Điều này dẫn đến thanh cái D mất điện một cách không chọn lọc.

Giả sử N3 nằm ngoài phạm vi tác động của E1 thì các máy cắt F1 và G1 sẽ lần đóng lại thành công theo điều kiện kiểm tra điện áp đồng bộ (khi mà thanh cái E có nối với nguồn cung cấp). Nếu sự cố là thoáng qua thì C2 sẽ đóng lại thành công và máy cắt D1 cũng sẽ đóng lại khi điện áp đường dây và điện áp thanh cái của nó còn đồng bộ với nhau. Nếu sự cố duy trì thì máy cắt C2 sẽ cắt nhanh trở lại và máy cắt D1 cũng không đóng lại.

Theo phương thức cài đặt này sẽ tồn tại các vị trí sự cố gần máy cắt có điều kiện đóng lặp lại UL = 1 mà các máy cắt kế phía trước (cũng có điều kiện đóng lặp lại là UL = 1) đều bị cắt ra. Nếu sự cố là duy trì thì không có máy cắt nào đóng lại được do không tồn tại điện áp đường dây. Điều này làm cho các đường dây liền kề phía trước đường dây sự cố sẽ bị mất điện không chọn lọc.

Nhận xét

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng chỉ đảm bảo cắt nhanh các sự cố thoáng qua, còn đối với các sự cố duy trì thì tuỳ theo vị trí ngắn mạch nó có thể bị loại bỏ với thời gian trễ của vùng 2. Mặt khác cả hai phương thức cài đặt điều kiện tác động của các mạch tự động đóng lặp lại ARC của các máy cắt đều tồn tại một số sự cố dẫn đến một thanh cái mất điện không chọn lọc do các đường dây nối vào thanh cái đó không đủ điều kiện thực hiện chu trình tự động đóng lặp lại. Tuy nhiên theo phương thức thứ nhất, sự mất điện thanh cái xuất hiện khi các sự cố đó có tính duy trì hoặc thoáng qua, còn theo phương thức thứ hai, sự mất điện chỉ xảy ra khi các sự cố có tính duy trì.

Sơ đồ tăng tốc theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng:

Sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng hoạt động theo nguyên tắc nêu trong mục (III.5.2) chỉ loại bỏ nhanh các sự cố thoáng qua, còn các sự cố duy trì vẫn được loại bỏ với thời gian của các vùng khoảng cách cơ bản. Để có thể loại bỏ nhanh không những các sự cố thoáng qua lẫn sự cố duy trì thì tín hiệu điều khiển vùng 1 mở rộng Z1E trở về vùng 1 cơ bản Z1 cần phải có một thời gian trễ tK đủ để nó loại bỏ nhanh sự cố một lần nữa bằng vùng Z1E trong trường hợp sự cố duy trì xuất hiện ở cuối đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên để đảm bảo tính chọn lọc khi sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng hoạt động theo nguyên tắc này, thì máy cắt ở phía trước phải đóng lại chậm hơn máy cắt phía sau (theo chiều tác động của bảo vệ) một bậc thời gian Δt đủ để tín hiệu vùng 1 mở rộng tại máy cắt đang xét trở về giá trị vùng 1 cơ bản. Sơ đồ này chính là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự trong đó vùng 1 mở rộng là bảo vệ không chọn lọc còn vùng 1, vùng 2 và vùng 3 cơ bản chính là các bảo vệ chọn lọc.

Hình 4.40: Sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng

Trên hình 4.40a trình bày sơ đồ lôgic của sơ đồ tăng tốc độ bảo vệ theo thứ tự bằng vùng 1 mở rộng của bảo vệ khoảng cách và hình 4.40b thể hiện các bậc thời gian trễ của mạch tự động đóng lặp lại ARC của các máy cắt điện trên lưới điện khi hệ thống bảo vệ rơ le hoạt động theo nguyên tắc này.

Theo nguyên tắc tác động của sơ đồ ta thấy mỗi máy cắt khi cắt không chọn lọc (cắt sự cố ở đầu của đoạn đường dây liền kề) đều phải được đóng lại trước máy cắt cùng chiều ở đường dây sự cố. Để thực hiện được điều này mỗi mạch ARC của tất cả các máy cắt phải có thể tác động đóng lặp lại theo điều kiện UL = 0. Điều này đòi hỏi thời gian trễ của mạch ARC của các máy cắt trên một đường dây hoặc của các máy cắt có khả năng cùng cắt không chọn lọc được cài đặt khác nhau để tránh nguồn từ hai phía cùng đóng lại một lúc.

Khi ngắn mạch trên một đường dây, chẳng hạn ngắn mạch đường dây BC. Hai máy cắt ở hai đầu đường dây là B2 và C1 sẽ cắt ra. Vì cả hai máy cắt đều có thể đóng lại theo điều kiện UL = 0, nên máy cắt có thời gian trễ của mạch ARC nhỏ hơn sẽ đóng lại trước (giả sử máy cắt B2). Nếu B2 đóng lại thành công (sự cố là thoáng qua) thì máy cắt đầu còn lại là C1 có thời gian trễ của mạch ARC lớn hơn phải có thêm khả năng tự động đóng lại theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (UL = 1, S = 1) mới có thể đóng lại được để khôi phục lại sự làm việc của đường dây BC. Nếu B2 đóng lại không thành công (sự cố duy trì hoặc bán duy trì), sau đó máy cắt C1 vẫn tiếp tục đóng lại theo điều kiện UL = 0. Nếu sự cố là duy trì thì C1 đóng lại không thành công. Còn nếu sự cố là bán duy trì thì C1 sẽ đóng lại thành công. Tuy nhiên sự đóng lại thành công của máy cắt C1 lúc này không có ý nghĩa, bởi vì mạch ARC của máy cắt B2 đã bị khoá. Điều này có nghĩa sự đóng lại đường dây lần thứ hai của máy cắt C1 chỉ làm tăng chi phí bảo dưỡng máy cắt.

Nhận xét:

Ưu điểm cơ bản của sơ đồ này là không những loại bỏ nhanh các sự cố thoáng qua mà kể cả các sự cố duy trì. Tuy nhiên sơ đồ có một số khuyết điểm là các máy cắt càng xa nguồn (xét theo từng chiều một) có thời gian đóng lại máy cắt càng lớn. Điều này ảnh hưởng đến tốc độ khôi phục sự cung cấp điện

Đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ một phía thì các sự cố thoáng qua càng gần nguồn, thời gian khôi phục lại sự mang điện của các phần tử càng nhanh.

Đối với lưới điện có nguồn cung cấp từ hai phía vấn đề tương đối khác. Khi sự cố thoáng qua các đoạn đường dây ở giữa thì thời gian khôi phục lại sự làm việc của đoạn đường dây tương đối lớn. Nhưng khi sự cố thoáng qua ở các đoạn càng gần nguồn (kể cả hai phía) thì thời gian khôi phục lại sự mang điện của nó càng chậm. Bởi vì đối với các đoạn đường dây này một máy cắt được xét theo nguồn này càng gần bao nhiêu và có thời gian đóng lặp lại càng nhanh bao nhiêu thì máy cắt còn lại được xét theo nguồn kia càng xa bấy nhiêu và có thời gian đóng lặp lại càng lớn (xem hình 4.40b).

Khi sự cố thoáng qua, các máy cắt có thời gian trễ lớn được đóng lại theo điều kiện hoà đồng bộ. Khi thời gian trễ càng lớn càng ảnh hưởng đến sự đóng lại của máy cắt này vì khi đó khả năng mất đồng bộ giữa hai nguồn tăng lên.

Chi phí bảo dưỡng của các máy cắt trong sơ đồ này lớn hơn so với sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng ở mục (III.5.2). Nguyên nhân của nó là khi sự cố có tính duy trì hoặc bán duy trì thì đường dây được đóng lại 2 lần. Nhưng việc đóng lại đường dây lần thứ hai không có ý nghĩa khôi phục lại sự làm việc của đường dây dù sự cố là bán duy trì. Nguyên nhân của hiện tượng này là do đường dây được đóng lại hai lần bằng hai máy cắt ở hai đầu đường dây và mỗi đầu chỉ có khả năng đóng lặp lại một lần.

Có thể áp dụng phương thức cài đặt thời gian trễ và điều kiện tác động nêu trên cho sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng. Giải pháp này sẽ khắc phục được hiện tượng mất điện không chọn lọc của một số thanh cái đối với một số ngắn mạch như đã nêu trong mục (III.5.2). Tuy nhiên lúc đó sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng gặp phải những khuyết điểm tương tự như đã nêu trên của sơ đồ tăng tốc theo tuần tự bằng vùng 1 mở rộng, ngoài ra nó còn kém hơn sơ đồ tăng tốc theo tuần tự bằng vùng 1 mở rộng là không loại bỏ nhanh được các sự cố duy trì. Nếu sơ đồ bảo vệ khoảng cách có vùng 1 mở rộng trang bị thêm mạch TOR để cắt nhanh các ngắn mạch duy trì thì nó chính là sơ đồ tăng tốc theo thứ tự vì mạch trở về chậm của vùng 1 mở rộng cũng chính là một mạch TOR.

Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR:

Trong mục (III.5.3) ta thấy khi sự cố xuất hiện ở đoạn đầu của các đường dây thì các máy cắt của nó và máy cắt của đường dây liền kề phía trước đều được cắt bằng vùng 1 mở rộng. Do đó sau khi cắt lần thứ nhất vẫn không biệt được sự cố đang ở đường dây nào, vì vậy để thăm dò vị trí sự cố buộc phải đóng lại các máy cắt theo thứ tự máy cắt gần nguồn được đóng lặp lại trước. Chính vì điều này nên các máy cắt càng xa nguồn có thời gian trễ của chu trình tự động đóng lặp lại càng lớn.

Trong trường hợp nêu trên, nếu ta dùng vùng 2 để tăng tốc bảo vệ thì máy cắt gần vị trí sự cố sẽ cắt bằng vùng 1, còn máy cắt của đường dây liền kề phía trước sẽ cắt bằng vùng 2 và vùng 1 của nó không tác động. Lợi dụng đặc điểm này của sơ đồ bảo vệ khoảng cách để phát hiện vị trí sự cố sau lần cắt thứ nhất bằng cách trang bị mỗi máy cắt hai bộ tự động đóng lặp lại: bộ thứ nhất tự động đóng lặp lại nhanh RAR có thời gian chết nhỏ được khởi động theo tín hiệu vùng 2 và bị khoá khi có tín hiệu vùng 1, bộ thứ hai tự động đóng lặp lại chậm DAR có thời gian chết lơn hơn chu trình RAR một cấp và được khởi động theo tín hiệu vùng 1 và/hoặc vùng 2.

Với giải pháp nêu trên, ta thấy máy cắt ở đường dây liền kề với đường dây sự cố bị cắt bằng vùng 2 tăng tốc sẽ được đóng lại trước bằng chu trình RAR (do vùng 1 của nó không làm việc), đồng thời mạch tăng tốc của nó cũng được mạch tự động đóng lặp lại khoá lại sau một thời gian trễ nào đó (để máy cắt có thể cắt nhanh trở lại khi sự cố xuất hiện ở cuối đường dây). Máy cắt trên đường dây sự cố được cắt bằng vùng 1 sẽ được đóng lại sau bằng chu trình DAR. Giải pháp này cho phép các máy cắt cài đặt thời gian chết của các chu trình đóng lặp lại như nhau, ngoài ra với việc trang bị mỗi máy cắt hai bộ tự động đóng lặp lại cũng cho phép khôi phục lại sự làm việc của đường dây đối với các sự cố bán duy trì.

Sơ đồ nêu trên có thể gọi là “sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR” và được trình bày trên hình trên hình 4.41.

Hình 4.41: Sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR

Nguyên lý tác động:

Theo sơ đồ trên hình 4.41a, mỗi máy cắt ở đầu mỗi đường dây được trang bị: 1 bộ bảo vệ khoảng cách 3 cấp, 1 bộ tự động đóng lặp lại nhanh RAR có thời gian chết là tRAR và 1 bộ tự động đóng lặp lại chậm có thời gian chết tDAR > tRAR.

Bảo vệ khoảng cách 3 cấp có vùng 1 (Z1) tác động tức thời, vùng 2 ( tác động với thời gian trễ t2 và vùng 3 (Z3) tác động với thời gian trễ t3 theo đúng sơ đồ bảo vệ khoảng cách 3 cấp thông thường. Ngoài ra vùng 2 còn có tín hiệu đi cắt tức thời máy cắt (khoá K1 và K2 trên hình 4.41a kín mạch) hoặc với thời gian trễ nhỏ (khoá K1 kín mạch còn K2 hở mạch) và nó bị sẽ khoá lại sau khi máy cắt được đóng lặp lại lần đầu với thời gian trễ là tK để đảm bảo vùng 2 cắt nhanh lại máy cắt một lần nữa nếu sự cố duy trì xuất hiện ở cuối đường dây của nó. Mạch tăng tốc vùng 2 bị khóa trong khoảng thời gian tDT để đảm bảo nó không hoạt động nếu sự cố vẫn còn duy trì sau khi máy cắt của đường dây bị sự cố được đóng lại bằng chu trình DAR.

Mạch RAR:

Mạch RAR được khởi động khi sự cố nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 và ngoài phạm vi tác động của vùng 1, tức Z2 = 1 và Z1 = 0. Mặc dù sơ đồ RAR đã được khởi động và duy trì theo tín hiệu trên nhưng mạch tạo thời gian trễ (tRAR) của nó chỉ làm việc khi có tín hiệu điện áp thanh cái UB (khi không cần thiết thì nối tắt mạch này lại). Khi máy cắt được cắt bằng mạch tăng tốc vùng 2, nó sẽ được đóng lặp lại nhanh theo chu trình RAR khi điều kiện đóng lại sau đây của nó được thoả mãn (hình 4.41a):

Đóng trực tiếp sau khi khởi động (khoá K5 kín mạch).

Tồn tại điện áp thanh cái UB = 1 nhưng không tồn tại điện áp đường dây UL = 0 (khoá K6 kín mạch).

Tồn đại điện áp đường dây UL = 1 và đồng bộ với điện áp thanh cái S = 1 (khoá K7 kín mạch).

Các điều kiện tác động của mạch RAR được áp dụng như sau:

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 1 phía áp dụng điều kiện 1 cho mạch RAR , tức là K5 kín mạch, còn K6 và K7 hở mạch. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng điều kiện 2, tức K6 kín mạch còn K5 và K7 hở mạch.

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, mạch RAR luôn đóng trước mạch DAR, do đó phải áp dụng điều kiện 2, tức K6 kín mạch, K5 và K7 hở mạch. Đối với các máy cắt đối diện với thanh cái có ba xuất tuyến trở lên (thanh cái D trên hình 4.41b), thi khi ngắn mạch ngoài, nó có thể bị cắt ra bởi vùng 2 và mạch RAR khởi động, tuy nhiên do thanh cái đối diện có thể vẫn có điện (do tồn tại một đường dây nối vào thanh cái này không bị cắt) và như vậy đường dây có máy cắt đang xét vẫn có điện, trong trường hợp này mạch RAR sẽ tác động theo điều kiện 3, tức K6 và K7 phải kín mạch.

Mạch DAR:

Mạch DAR khởi động theo tín hiệu khởi động của vùng 1 (Z1 = 1) hoặc/và vùng 2 (Z2 = thông qua vị trí kín mạch của khoá K3 hoặc/và K4. Mạch DAR cũng có các điều kiện tác động như sau:

Đóng trực tiếp sau khi khởi động (khoá K8 kín mạch).

Tồn tại điện áp thanh cái UB = 1 nhưng không tồn tại điện áp đường dây UL = 0 (khoá K9 kín mạch)

Tồn tại điện áp đường dây UL = 1 và đồng bộ với điện áp thanh cái S = 1 (khoá K7 kín mạch).

Các điều kiện tác động của mạch DAR được áp dụng như sau:

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 1 phía áp dụng điều kiện 1, tức là K8 kín mạch, còn K9 và K10 hở mạch. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng điều kiện 2, tức K9 kín mạch còn K8 và K10 hở mạch.

- Đối với đường dây có nguồn cung cấp từ 2 phía, vì một đầu có khả năng được đóng lại bởi mạch RAR, nên mạch DAR luôn phải kiểm tra theo điều kiện 3, tức K10 luôn ở tình trạng kín mạch. Tuy nhiên khi ngắn mạch ở đoạn giữa đường dây thì vùng 1 cả 2 đầu đều tác động, do đó mạch RAR không làm việc, như vậy cần phải có 1 đầu đóng lại máy cắt theo điều kiện 2, tức đầu này phải có K9 và K10 kín mạch.

Phân tích sự hoạt động của sơ đồ:

Dưới dây ta sẽ phân tích sự hoạt động của sơ đồ tăng tốc vùng 2 kết hợp với RAR và DAR ở những vị trí ngắn mạch điển hình trên lưới điện được mô tả trên hình 4.41b.

Ngắn mạch tại N1:

Khi ngắn mạch tại vị trí N1 ở đoạn giữa của đường dây BC, hai máy cắt B2 và C1 được cắt nhanh bằng vùng 1. Trong trường hợp này, mạch RAR không làm việc nên các máy cắt B2 và C1 chỉ có thể tự động đóng lặp lại theo chu trình DAR. Giả thiết máy cắt C1 có khóa K9 trong sơ đồ DAR đang kín mạch, nó sẽ được đóng lặp lại trước theo điều kiện kiểm tra mất điện áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Nếu sự cố thoáng qua C1 đóng lại thành công, sau đó máy cắt B2 sẽ được đóng lại theo điều kiện kiểm tra đồng bộ (UL = 1 và S = 1). Nếu sự cố duy trì thì máy cắt C1 sau khi đóng lặp lại sẽ bị cắt một lần nữa (bằng vùng 1) và máy cắt B2 cũng không đóng lại được do không có tính hiệu đồng bộ. Trong trường hợp này, cả mạch RAR của hai máy cắt C1 và B2 không tham gia làm việc nên không đóng lặp lại lần thứ hai được.

Nếu vị trí ngắn mạch tại N, nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại các máy cắt A2 và D1, thì hai máy cắt này cũng được cắt ra cùng với máy cắt B2 và C1. Nhưng hai máy cắt này sẽ đóng lại thành công bằng chu trình RAR theo điều kiện kiểm tra mất áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Tiếp theo hai máy cắt B2 và C1 sẽ được đóng lại bằng chu trình DAR như đã nêu ở trên.

Ngắn mạch tại N2:

Khi sự cố xuất hiện tại vị trí N2 ở đoạn cuối của đường dây BC và giả thiết nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 của sơ đồ bảo vệ tại đầu máy cắt B2. Tại vị trí ngắn mạch này, máy cắt C1 sẽ cắt nhanh bằng vùng 1 và máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh bằng vùng 2 tăng tốc. Sau đó, máy cắt B2 sẽ được đóng lại theo chu trình RAR với điều kiện kiểm tra mất áp đường dây (UB = 1 và UL = 0). Nếu sự cố thoáng qua thì máy cắt B2 sẽ đóng lại thành công và sau đó máy cắt C1 sẽ được đóng lại theo chu trình DAR với điều kiện kiểm tra sự đồng bộ (UL = 1 và S = 1). Nếu sự cố là duy trì thì máy cắt B2 sẽ được cắt ra trở lại, tuy nhiên trong trường hợp này sẽ xảy ra hai tình huống như sau:

- Nếu chu trình DAR tại máy cắt C1 đang được cài đặt theo điều kiện kiểm tra sự đồng bộ (khoá K10 kín mạch và K9 hở mạch) thì máy cắt C1 sẽ không đóng lại. Lúc đó khoá K9 tại máy cắt B2 đang kín mạch và nếu khoá K3 của sơ đồ tại máy cắt B2 cũng kín mạch thì máy cắt B2 sẽ đóng lại lần thứ hai (tự động đóng lại hai lần) theo chu trình DAR với điều kiện (UB = 1, UL = 0). Nếu B2 đóng lại thành công thì sẽ kéo theo máy cắt C1 đóng lại thành công. Nếu sự cố còn duy trì thì máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh bằng mạch TOR. Mạch TOR được khởi động theo chu trình DAR và nếu không có mạch này thì B2 sẽ cắt với thời gian trễ t2 của vùng 2 cơ bản (vì vùng 2 cắt nhanh lúc này đã bị khoá).

- Nếu chu trình DAR tại máy cắt C1 đang được cài đặt theo điều kiện kiểm tra sự mất điện áp đường dây (khoá K9 kín mạch) thì mặc dù máy cắt B2 đã bị cắt ra lần thứ hai nhưng máy cắt C1 vẫn được đóng trở lại theo chu trình DAR. Sau khi máy cắt C1 đóng lại nếu sự cố vẫn còn duy trì thì máy cắt C1 sẽ được cắt nhanh một lần nữa bằng vùng 1 và mạch TOR (nếu có). Nếu máy cắt C1 đóng lại thành công thì máy cắt B2 cũng sẽ đóng lại thành công bằng mạch DAR (nếu K3 ở vị trí kín mạch) theo điều kiện kiểm tra sự đồng bộ.

Trong trường hợp này, ta thấy vùng 2 tức thời của bảo vệ khoảng cách tại máy cắt D1 cũng có thể tác động đi cắt D1. Sau khi máy cắt D1 cắt ra thì nó sẽ được đóng lại thành công theo chu trình của mạch RAR và vùng 2 tức thời của bảo vệ tại đây bị khoá trước khi máy cắt C1 đóng lại theo chu trình của mạch DAR.

Một vấn đề cần quan tâm trong trường hợp này là giả thiết đường dây AB đủ dài so với CD đến nổi N2 cũng nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại máy cắt A2. Lúc này cả hai máy cắt A2 và B2 đều được cắt bởi vùng 2 tức thời. Tuy nhiên chỉ có máy cắt A2 sẽ được đóng lại thành công trước bằng chu trình RAR còn chu trình RAR của máy cắt B2 tuy có tín hiệu khởi động (Z2 = 1 và Z1 = 0) nhưng bộ tạo thời gian trễ của nó vẫn không làm việc vì tín hiệu điện áp UB = 0 (xem hình 4.41a). Sau khi máy cắt A2 đóng lại thành công, thì mạch tạo thời gian trễ tRAR của máy cắt B2 mới được khởi động (lúc này UB = 1) và tác động với thời gian trễ là tRAR đủ để vùng 2 tức thời tại máy cắt A2 được khoá lại. Thực vậy, đối với lưới điện 110kV và 220kV thường chọn tRAR = (0,25 - 0,5s), còn thời gian cần để khoá vùng 2 tức thời tại máy cắt A2 lúc này chỉ yêu cầu lớn hơn tổng thời gian làm việc của vùng 2 tức thời (khoảng 30ms) với thời gian cắt của máy cắt (khoảng 40-50ms). Sau khi máy cắt B2 được đóng lại bằng chu trình RAR, nếu thành công thì máy cắt C1 sẽ được đóng lặp lại thành công theo chu trình DAR và nếu không thành công thì máy cắt B2 sẽ được cắt nhanh một lần nữa bằng vùng 2 tức thời và sau đó đường dây BC sẽ được đóng lại lần thứ hai bằng chu trình DAR như đã nêu trên. Ở đây chỉ chú ý trường hợp khoá K9 của máy cắt B2 đang kín mạch thì chu trình DAR của máy cắt B2 sẽ đóng lại đường dây BC trước. Nếu sự cố vẫn còn duy trì và các máy cắt không được trang bị mạch TOR thì máy cắt B2 và A2 sẽ bị cắt ra đồng thời bằng vùng 2 cơ bản với thời gian trễ là t2 và thanh cái B sẽ bị mất điện không chọn lọc. Để tránh trường hợp này thì máy cắt B2 không được để khoá K9 ở vị trí kín mạch hoặc phải trang bị mạch TOR để cắt nhanh sự cố lần thứ ba. Nếu máy cắt A2 cũng được trang bị mạch TOR thì mạch TOR của nó trong trường hợp này không khởi động vì chu trình DAR của nó không làm việc.

Nhận xét:

Trong trường hợp trên, nếu mạch RAR của máy cắt B2 chỉ khởi động theo tín hiệu vùng 2 và tín hiệu phủ định của vùng 1 cơ bản (Z2 = 1 và Z1 = 0) mà không sử dụng tín hiệu điện áp thanh cái UB để khởi động mạch tạo thời gian trễ, lúc đó cả hai máy cắt A2 và B2 cùng đóng lại một lúc theo chu trình RAR và sau khi đóng lại thì cả hai máy cắt A2 và B2 sẽ lại cùng cắt ra một lúc bởi vùng 2 tức thời nếu sự cố còn duy trì. Sau đó đường dây BC và máy cắt A2 được đóng lại lần thứ hai theo chu trình DAR như sau:

- Nếu khoá K9 của máy cắt A2 đang kín mạch thì máy cắt A2 sẽ đóng lại theo chu trình DAR cùng lúc với một trong hai máy cắt B2 hoặc C1 (máy cắt có khoá K9 đang kín mạch). Nếu A2 được đóng lại cùng với C1, mà sự cố còn duy trì thì chỉ có máy cắt C1 cắt nhanh bằng vùng 1 (A2 không cắt vì B2 đang hở mạch). Nếu A2 được đóng lại cùng với B2 và sự cố vẫn còn duy trì thì cả hai máy cắt A2 và B2 đều bị cắt ra trở lại bằng mạch TOR (hoặc vùng 2 cơ bản) và như vậy thanh cái B sẽ mất điện không chọn lọc.

- Nếu khoá K9 của máy cắt A2 đang ở vị trí hở mạch thì một trong hai máy cắt B2 hoặc C1 sẽ đóng lại trước cho đường dây BC. Nếu B2 đóng lại trước thì A2 và C1 cũng không đóng lại được vì không có tín hiệu điện áp đường dây và điều này làm cho đường dây AB, BC và thanh cái B mất điện mặc dù sự cố có thể là bán duy trì. Nếu C1 đóng lại trước và thành công (sự cố bán duy trì) thì B2 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và UB = 0) tiếp theo A2 sẽ đóng lại theo điều kiện (UL = 1 và S = 1). Nếu C1 đóng lại không thành công thì A2 và B2 cũng không đóng lại được và thanh cái B sẽ mất điện không chọn lọc.

Như vậy trong trường hợp phạm vi vùng 2 tại máy cắt A2 bao phủ lên vùng 2 của máy cắt B2, nếu không sử dụng tín hiệu UB = 1 để khởi động mạch tạo thời gian trễ của sơ đồ RAR, ta nên để khoá K9 của máy cắt A2 và C1 ở vị trí kín mạch còn khoá K9 của máy cắt B2 ở vị trí hở mạch. Nhược điểm của giải pháp này là máy cắt A2 phải cắt và đóng lặp lại hai lần, mặc dầu sự cố xuất hiện trên đường dây BC. Nhưng xác suất của trường hợp này nhỏ, vì chỉ có những sự cố nằm trong phạm vi vùng 2 của A2 và nằm ngoài phạm vi vùng 1 của B2.

Ngắn mạch tại N3:

Khi ngắn mạch tại N3, giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 tại máy cắt D1, và nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại máy cắt B2.Trong trường hợp này có ba máy cắt cùng cắt là B2, C2 và D1, sau đó quá trình thao tác đóng lặp lại diễn ra tương tự như đã nêu trong trường hợp ngắn mạch tại N4.

Vấn đề đặt ra ở đây là giả sử N3 nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 của một trong những bảo vệ tại các máy cắt đối diện trực tiếp với thanh cái D (E1, F1, G1) và giả sử là tại máy cắt G1. Lúc đó máy cắt G1 cũng tham gia cắt nhưng thanh cái D vẫn có điện (do có nguồn từ thanh cái E và F) và đường dây DG vẫn có tín hiệu điện áp, do đó chu trình RAR tại máy cắt G1 này phải được đóng theo điều kiện kiểm tra tín hiệu đồng bộ (UL = 1 và S = 1), trong trường hợp này thì mạch RAR tại máy cắt D1 vẫn khởi động bình thường (vì UB = 1) và đóng lại cùng lúc với máy cắt G1. Nếu sự cố còn duy trì thì có cả hai máy cắt G1 và D1 cùng cắt ra trở lại bằng vùng 2 tức thời và mạch RAR của nó bị khoá lại. Nhưng sau đó máy cắt G1, D1 và C2 được đóng lặp lại theo chu trình DAR. Để tránh trường hợp máy cắt D1 và G1 cùng đóng vào và cùng cắt ra theo vùng 2 cơ bản (hoặc bằng mạch TOR) khi sự cố còn duy trì, ta nên để máy cắt G1 và C2 cùng đóng lại trước trong chu trình DAR (khoá K9 của C2 phải kín mạch). Khi đó nếu sự cố còn duy trì thì C2 sẽ được cắt ra bằng vùng 1, còn G1 đóng lại thành công. Nếu sự cố là bán duy trì thì máy cắt D1 sẽ được đóng lại bằng chu trình DAR theo điều kiện UL = 1 và S = 1.

Trong trường hợp trên ta thấy máy cắt G1 phải cắt 2 lần khi sự cố duy trì hoặc bán duy trì xuất hiện ở trên đường dây DC, nhưng xác suất của tình huống này không lớn vì nó chỉ xảy ra khi ngắn mạch trên đường dây CD nhưng ở ngoài phạm vi vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tại máy cắt D1. Để tránh nhược điểm này, ta có thể cài đặt chu trình RAR tại D1 có thời gian trễ lớn hơn chu trình RAR tại máy cắt G1.

Ngắn mạch tại N4:

Xét ngắn mạch tại N4, giả sử nó nằm ngoài phạm vi tác động của vùng 1 tại máy cắt C2 nhưng nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 tại các máy cắt E1, F1 và G1. Lúc đó các máy cắt D1 sẽ cắt nhanh bằng vùng1, còn C2, E1, F1, và G1 sẽ cắt nhanh bằng vùng 2 tăng tốc. Sau đó các máy cắt E1, F1 và G1 có thể đóng lại nhanh cùng lúc với C2 bằng chu trình RAR. Điều này có thể cho phép vì thời gian đóng lặp bằng chu trình RAR đủ nhanh để các nguồn từ các thanh cái E, F, G tự đồng bộ trở lại với nhau. Nếu sự cố thoáng qua thì máy cắt D1 sẽ được đóng lại thành công bằng chu trình DAR. Nếu sự cố duy trì thì sau khi đóng lặp lại bằng chu trình RAR, máy cắt C2 sẽ bị cắt nhanh trở lại bằng vùng 2 tăng tốc (vùng 2 tăng tốc của các máy cắt E1, F1, và G1 đã bị khoá lại). Sau đó đường dây DC sẽ được đóng lại bằng các chu trình DAR của các máy cắt C2 và D1 (tương tự trường hợp ngắn mạch tại N2).

Nếu không chấp nhận giải pháp các máy cắt E1, F1 và G1 đóng lại cùng lúc bằng chu trình RAR, thì chu trình RAR của các máy cắt E1, F1, G1 kể cả máy cắt C2 được cài đặt cả hai điều kiện đóng lại UL = 0 hoặc UL = 1 và S = 1) với thời gian tác động khác nhau (tối thiểu phải có hai máy cắt tác động với thời gian khác nhau và nhỏ hơn các máy cắt còn lại). Điều này sẽ làm tăng thời gian tDAR của máy cắt D1.

Việc cài đặt các chu trình RAR của các máy cắt E1, F1, G1 và kể cả máy cắt C2 vừa có thể tác động với điều kiện UL = 0 vừa có thể tác động với điều kiện UL = 1, S = 1 là cần thiết trong trường hợp vị trí ngắn mạch N4 không nằm trong phạm vi tác động của vùng 2 của một trong các máy cắt E1, F1 hoặc G1.

Tính toán các tham số thời gian của sơ đồ:

Trong mục này sẽ xem xét việc tính toán lựa chọn các đại lượng thời gian của sơ đồ tăng tốc vùng 2 của bảo vệ khoảng cách kết hợp với thiết bị RAR và DAR bao gồm: thời gian chết tRAR của mạch RAR, thời gian chết tDAR của mạch DAR, thời gian trễ và thời gian duy trì của mạch khoá vùng 2 tức thời. Tuy nhiên, trước tiên cần phải xem xét ý nghĩa các đại lượng thời của một chu trình đóng lặp lại.

Các đại lượng thời gian của chu trình đóng lặp lại:

Trên hình 4.42 chỉ ra trình tự của chu trình tự động đóng lặp lại một lần (khởi động theo tín hiệu bảo vệ rơ le) điển hình, trong đó:

- Quá trình của sơ đồ bảo vệ bắt đầu từ thời điểm t0 và kết thúc ở thời điểm t5 nếu đóng lại thành công (sự cố thoáng qua), và nếu đóng lại không thành công (sự cố thường xuyên) thì quá trình bảo vệ sẽ kết thúc ở thời điểm t13.

- Chu trình đóng cắt của máy cắt khởi đầu từ thời điểm t1 và kết thúc đóng lại máy cắt ở thời điểm t9. Nếu đóng lại không thành công thì máy cắt sẽ tiếp tục thực hiện một quá trình cắt và kết thúc tại thời điểm t12, đồn