Tại sao cần phải đo tổng trở đường dây? (Phần 1)

20/08/2018
7

Tại sao cần phải đo tổng trở đường dây? (Phần 1)

Tác giảKlapper, OMICRON electronics GmbH – Austria, Vandiver, D. Welton, A. Apostolov, OMICRON electronics, USA

GIỚI THIỆU

Phản ứng của rơle bảo vệ đường dây truyền tải có sự cố trên hệ thống rất quan trọng trong việc nâng cao tính ổn định của hệ thống và làm giảm ảnh hưởng của sự cố đối với các phụ tải nhạy cảm. Giảm thời gian sự cố là một trong những mục tiêu chính trong việc phát triển, ứng dụng và chỉnh định của rơle bảo vệ đường dây.

Thời gian tác động của rơle bảo vệ đường dây phụ thuộc nhiều nhân tố khác nhau. Một vài nhân tố trong số đó liên quan đến nguyên lý hoạt động và thiết kế của rơle. Bài viết này nhằm phân tích ảnh hưởng của sai số thông số trở kháng đường dây đến độ chính xác của: phép tính toán dòng ngắn mạch,điện áp, các cài đặt của rơle khoảng cách, quá dòng, thời gian loại trừ sự cố của các đường dây có độ dài và vị trí lỗi khác nhau. Độ chính xác của tính toán vị trí sự cố cũng bị ảnh hưởng. Bài viết này trình bày khó khăn trong cài đặt hệ số k và chỉ ra giải pháp tiết kiệm chi phí để ngăn ngừa các tác động không mong muốn trong bảo vệ khoảng cách.

Các sai số do hỗ cảm của hai đường dây truyền tải song song là một hệ số quan trọng khác có thể ảnh hưởng đến hoạt động của rơle đối với sự cố chạm đất. Điều này cũng được trình bày trong bài viết.

Trở kháng của đường dây truyền tải được sử dụng để tính toán dòng ngắn mạch và cài đặt thông số cho rơle bảo vệ khoảng cách đó thường là kết quả của các chương trình tính toán dựa trên hằng số đường dây hoặc các hệ thống nghiên cứu khác. Và do có nhiều yếu tố ảnh hưởng nên các kết quả có thể bị sai lệch (ví dụ: kiểu dây dẫn, độ rung và võng của dây dẫn, vỏ bọc cáp, điện trở suất).

Các giá trị trở kháng thực tế đo được của mạch vòng sự cố là cách tốt nhất để đảm bảo cho việc cài đặt đúng các rơle khoảng cách và quá dòng. Phần thứ hai của bài viết này đề cập tới 1 phương pháp tiên tiến để đo và tính toán trở kháng cần sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Việc so sánh trở kháng đường dây đo được và tính toán được trình bày ở cuối bài viết này.

Đo lường hỗ cảm giữa hai đường dây có thể sử dụng phương pháp tương tự.

SỰ QUAN TRỌNG CỦA CÁC HỆ SỐ k.

Các rơle bảo vệ được sử dụng để bảo vệ các đường dây trên không hoặc cáp lực. Khi xảy ra sự cố trên đường dây, như có hồ quang giữa các pha hoặc với đất, sự cố cần phải được loại trừ an toàn, có chọn lọc và nhanh chóng. Tính chọn lọc có nghĩa là đường dây chỉ được ngắt nếu thực sự có sự cố trên nó.

Có hai phương pháp chính để có bảo vệ chọn lọc, đó là sử dụng bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách. Phương pháp tốt hơn là sử dụng bảo vệ so lệch dọc, nhưng không được sử dụng nhiều vì ứng dụng khó khăn hơn do phải kết nối rơle ở hai đầu mỗi đường với nhau. Do vậy bài viết này chỉ trình bày phương pháp kinh tế hơn, đó là sử dụng rơle bảo vệ khoảng cách.

Một trong những thiết lập quan trọng của rơle bảo vệ khoảng cách là “thành phần trở kháng thuận”, một nửa trở kháng mạch vòng vòng pha-pha (Hình 1).

Hình 1: Trở kháng mạch vòng giữa hai pha

Khi sự cố xuất hiện, rơle khoảng cách trên hai đầu đường dây sẽ đo trở kháng. Nếu trở kháng (điển hình) dưới 80% hoặc 90% của trở kháng đường dây, rơle sẽ ra lệnh cắt nhanh nhất có thể (Vùng 1), bởi chắc chắn sự số đang tồn tại trên đường dây. Nếu trở kháng cao hơn, rơle sẽ cắt trễ hơn (Vùng 2), để rơle khác gần sự cố hơn sẽ cắt trước để loại trừ sự cố.

Với sự cố chạm đất một hoặc nhiều pha, trở kháng của vòng sự cố là khác nhau (Hình 2). Bởi vì trở kháng của mạch vòng đất là khác nhau, hệ số trong rơle đưa đến quan hệ giữa đường dây và trở kháng đất. Hệ số này được gọi là hệ số bù trở kháng đất hay hệ số k,

Hình 2: Trở kháng mạch vòng pha – đất

Nếu cài đặt rơle được thực hiện đúng, với 1 khách hàng được cấp nguồn từ hai phía (Hình 3) vẫn liên tục nhận được năng lượng từ một đường dây nếu đầu kia bị ngắt (do sự cố).

Hình 3: Các rơle với tầm vươn tối ưu của vùng 1

Nếu trở kháng hoặc hệ số k của rơle không được cài đặt đúng, sẽ xảy ra hiện tượng tác động trong hoặc ngoài vùng (vùng bảo vệ sẽ bị chồng).

Hình 4: Các rơle với tầm vươn của vùng 1 vượt quá

Như ví dụ trên, sẽ có ba rơle thay vì hai rơle phát hiện sự cố ở Vùng 1 và tác động, do đó đường dây thứ hai bị ngắt. Khách hàng mất điện không lý do. Bên cạnh những thiệt hại của khách hàng do mất điện, nguy cơ mất ổn định hệ thống cũng cao hơn do rơle bảo vệ tác động sai này.

CÁC CÔNG THỨC TÍNH HỆ SỐ k.

Thật không may là hệ số k không tồn tại. Có rất nhiều dạng của hệ số k, bài báo sẽ trình bày ba loại chính. Các dạng hệ số này đều là hằng số của đường dây, và thường không phụ thuộc vào chiều dài. Chúng thể hiện mối quan hệ giữa trở kháng của mạch vòng pha-pha và ba pha với mạch vòng đất. Một nửa của mạch vòng pha-pha (như trở kháng của một dây) được coi như là trở kháng thuận Z1; ba lần giá trị trở kháng của mạch vòng ba pha với đất được coi là trở kháng thứ tự không Z0.

Một trong những công thức phổ biến là tỉ lệ giữa trở kháng thứ tự không và trở kháng thứ tự thuậnBởi vì Z1 là trở kháng của một đường dây hay còn gọi là ZL:

 .

Trở kháng đất ZE có thể tính được từ trở kháng thứ tự không theo công thức:

Xác định trở kháng đất theo cách này, rõ ràng sẽ dẫn tới các kết quả lạ với thành phần điện kháng âm thứ tự nghịch trong ZE, ngay khi cảm ứng giữa ba pha với đất nhỏ hơn cảm ứng giữa hai pha. Trường hợp này xảy ra trên các cáp điện (cáp ngầm) khi phần màng chắn gần dây dẫn nhưng các dây dẫn lại cách xa nhau. Thực tế, trường này hợp không liên quan nhiều, nhưng có thể xảy ra.

Mối quan hệ giữa trở kháng đất và trở kháng đường dây cũng được biểu diễn qua tỉ số sau:

kE hoặc k0 là những cách gọi khác nhau của định nghĩa này. Cần chú ý xác định hệ số k cẩn trọng trước khi sử dụng.

Phân tích trở kháng ZE ZL thành các thành phần thực R và ảo X để xác định tỉ số thực, điều này dẫn đến công thức được sử dụng phổ biến thứ ba sau đây.

Công thức chuyển đổi giữa các hệ số k khác nhau:

Để chuyển đổi từ công thức (5) và (6) sang dạng công thức khác, các hằng số khác của đường dây (hoặc it nhất là góc pha của đường dây) phải được biết.

Góc pha đường dây có thể dùng để tính tỉ số XL/RL trong công thức (8)

Các rơle bảo vệ khoảng cách sử dụng thuật toán để dùng các hệ số k khác nhau nhằm chuyển đổi mọi pha về sự cố chạm đất, do đó có thể xác định được sự cố nếu đó là sự cố giữa các pha. Điều này cho phép sử dụng các vùng đa giác cùng khu vực độc lập với các đường hình học. Bởi vì các rơle khác nhau có thể sử dụng các thuật toán khác nhau, tương tự như việc đo điện áp và đo dòng có thể dẫn đến các kết quả tính toán trở kháng khác nhau phụ thuộc vào thuật toán được sử dụng.

Chi tiết về các thuật toán này [2] sẽ không được đề cập sâu trong tài liệu này; nó chỉ đề cập rằng hệ số k không cho phép để suy luận rằng thuật toán nào được sử dụng trong rơle.

TÍNH TOÁN HỆ SỐ K

Tới thời điểm hiện nay, việc đo trở kháng đường dây và hệ số k rất khó khăn và hầu như không được thực hiện. Để có được các dữ liệu này cần tính toán thủ công thông qua các hằng số vật lý, hoặc sử dụng các phần mềm thích hợp như PowerFactory của DIgSILENT, PPS của Shaw PTI hoặc CAPE của Electrocon, và nhiều hãng khác… Các thông số cần để tính toán trở kháng đường dây khá nhiều.

Cấu hình hình học cần biết (hình 5):

Chiều cao với đất và khoảng cách ngang của mỗi dây pha và dây đất.

Độ võng trung bình của đường dây ở khoảng giữa.

Hình 5: Kết cấu hình học của đường dây trên không

Một số thông số điện phải biết:

  • điện trở suất đất
  • điện trở DC của toàn bộ dây dẫn
  • dạng xoắn ốc của các dây dẫn
  • bán kính hình học của các dây dẫn
  • đường kính tổng thể của dây dẫn

Các thông số tương tự cần có để tính toán trở kháng của dây dẫn, thoạt đầu có vẻ dường như là đơn giản, nhưng đó chỉ trong trường hợp dây cáp mới, còn đối với hệ thống cũ và có nhiều chủng loại cáp thì ngược lại, và khi không có đủ tài liệu.

Trong trường hợp chung, việc tính toán trở kháng thứ tự không và thứ tự thuận khá dễ dàng khi dây tiếp đất phù hợp. Khi dây tiếp đất hoặc lớp chắn không dẫn điện tốt và có dòng sự cố lớn đi qua đất, việc tính toán sẽ trở nên phức tạp hơn.

Ảnh hưởng của điện trở suất của đất, các ống, hoặc các cấu trúc kim loại được chôn, và khoảng cách chính xác của dây với đất, tạo ra nhiều khó khăn khi xác định trở kháng dọc theo toàn bộ chiều dài của dây (đặc biệt khi dây đi qua các khu vực có địa hình phức tạp và nhiều cơ sở hạ tầng).

Một nguyên nhân khác để quan tâm là một số lượng lớn các thông số có liên quan đến tính toán thông số đường dây. Nếu một thông số sai lệch sẽ gây ra sai số đáng kể. Có một vài thông số như thế trong trở kháng thứ tự thuận, nhưng có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới trở kháng thứ tự không hoặc hệ số k, bởi vì cần có các thông số chính xác để tính toán.

Đọc tiếp phần 2 tại: /https://automationandtesting.vn/app/tai-sao-can-phai-do-tong-tro-duong-day-phan-2/

This entry was posted in . Bookmark the permalink.
024 6683 0230

Send us
an Email

Contact