Thí nghiệm rơle REL670 bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số cho đường dây truyền tải điện

Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên THÍ NGHIỆM RƠLE REL670 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH KỸ THUẬT SỐ CHO ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Lê Kim Hùng 1 , Vũ Phan Huấn 2 1Đại học Đà Nẵng, 2Trung tâm thí nghiệm điện 3 TÓM TẮT Rơle bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ hoàn hảo nhất để bảo vệ các đường dây tải điện. Một rơle khoảng cách có thể tích hợp nhiều chức năng như bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và ghi sự cốRơle có khả năng cài đặt cấu hình phù hợp với nhiều dạng đường dây truyền tải. Bài báo tập trung vào trình bày phương pháp thí nghiệm rơle khoảng cách kỹ thuật số, công việc thí nghiệm được tiến hành trên rơle REL 670, bắt đầu bằng việc kiểm tra đấu nối nhị thứ, cài đặt thông số chỉnh định, cấu hình rơle trên phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle ABB PCM600 và sử dụng hợp bộ thí nghiệm nhi thứ CMC 256-6 để kiểm tra các sự cố tại vùng 1, vùng 2, vùng 3 và vùng 4 của bảo vệ khoảng cách. Cuối cùng là kiểm tra giá trị tác động trên rơle từ bản ghi sự cố. Từ khóa: Rơle 670, bảo vệ khoảng cách, truyền tải điện. ĐẶT VẤN ĐỀ Rơle khoảng cách kỹ thuật số được thiết kế đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ, giám sát và điều khiển các đường dây truyền tải và phân phối trong hệ thống điện.Với đầy đủ tính năng của bảo vệ khoảng cách, ngoài các vùng bảo vệ chính, rơle còn tích hợp các chức năng khác như dao động công suất, chức năng yếu nguồn, sơ đồ bảo vệ liên độngnhằm đem lại hiệu quả kinh tế và đảm bảo độ tin cậy trong hệ thống điện. Vì vậy, việc tìm hiểu rơle trong quá trình thí nghiệm và vận hành là rất cần thiết.[5] Thiết bị thí nghiệm Hiện nay tại các Trung tâm thí nghiệm điện dùng phổ biến hợp bộ thí nghiệm nhị thứ Omicron CMC 256-6 điều khiển bằng máy tính (hình 1), cùng một lúc có thể bơm được cả dòng (6×12,5A) và áp (4×300V) vào rơle. Hợp bộ có khả năng thử nghiệm các chức năng như: hòa đồng bộ, hãm sóng hài, bảo vệ quá dòng, bảo vệ so lệch và bảo vệ khoảng cách của rơle. Tuy nhiên, trong giới hạn bài báo, tác giả chỉ đề cập đến tính năng thử nghiệm đối với rơle khoảng cách kỹ thuật số. Với phần mềm điều khiển Test universe 2.11 của hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256-6, cho phép các hãng sản xuất rơle như Areva,  Lê Kim Hùng, Đại học Đà Nẵng Abb, Siemen, Sel và người thí nghiệm có thể dễ dàng chuyển đổi thông số chỉnh định vùng bảo vệ khoảng cách của rơle sang định dạng File *.RIO hoặc *.XRIO mà không cần phải tính toán thủ công (xem hình 2) [2]. Khi thí nghiệm cho các rơle số đa chức năng cần chú ý: Hình 1. Hợp bộ thí nghiệm CMC256-6 Hình 2. Mô hình làm việc XRIO Nhiều loại rơle đa chức năng có nhiều giá trị đặt và thời gian trễ cũng như chức năng logic Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên khác nhau cho nên khi thử một chức năng nào đó thì cần OFF các chức năng khác đi để tránh trường hợp rơle tác động xếp chồng. - Có thể trong quá trình thử, chức năng lôgic hỏng máy cắt, chức năng đóng lặp lại máy cắt mà không có MC thật thì ta có thể sử dụng hợp bộ thí nghiệm để mô phỏng. - Trị số thời gian tác động của rơle được đo từ thời điểm Input đầu vào của hợp bộ CMC256; nghĩa là đồng hồ đếm giây khởi động vào lúc đưa dòng điện hoặc điện áp vào rơle và sẽ dừng tại thời điểm rơle đưa xung đi cắt MC. Phần mềm chuyên dụng giao tiếp rơle Với chủ trương phát triển các hệ thống điều khiển tích hợp sử dụng chuẩn IEC61850 (Communication Networks and Systems In Substations) tại các NMĐ, TBA mới và hiện có, nhằm mục đích nâng cao chất lượng công tác vận hành, giảm thiểu thời gian gián đọan cung cấp điện. EVN đang tiến hành từng bước trang bị các rơle RED670, REL670, REC670 tại các Nhà máy thủy điện như Sông Ba Hạ, Pleikrông, TBA 220kV Tuy Hòa.Các rơle này sử dụng phần mềm giao tiếp ABB PCM600 (xem hình 3) thông qua cổng truyền thông TCP/IP 100 Mbit/s đặt phía mặt trước rơle cho phép người dùng có thể sử dụng các chức năng [6]: - Parameter Setting: cho phép đọc và viết thông số chỉnh định từng chức năng của rơle. - Application Configuration: Phần mềm sẽ chạy ứng dụng CAP531. Tại đây, người dùng có thể cấu hình và sửa đổi chức năng của rơle sao cho phù hợp với yêu cầu đưa vận hành, đồng thời CAP 531 cho phép giám sát trạng thái tín hiệu của các đầu vào và đầu ra. - Signal Matrix: cho phép người dùng cấu hình chức năng cho đầu vào tương tự, đầu vào số, đầu ra số và đèn Led của rơle theo bản vẽ nhị thứ. - Disturbance Handing: Xem và phân tích bản ghi sự cố. Thí nghiệm rơle bảo vệ khoảng cách Tại các Trạm tự động hóa, ví dụ ở Nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ, để thí nghiệm rơle bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số, người thí nghiệm ngoài việc kiểm tra tín hiệu bảo vệ, điều khiển trên máy tính Server còn phải tuân thủ theo các bước theo sơ đồ thuật toán hình 4. Bƣớc 1: Kiểm tra đấu nối mạch nhị thứ [1]: Sau khi phân tích thiết kế và sửa đổi những thiếu sót có thể mắc phải của hệ thống mạch nhị thứ (bao gồm mạch tín hiệu cảnh báo; mạch điều khiển, liên động và mạch bảo vệ), ta tiến hành kiểm tra việc đấu nối các sơ đồ tổng hợp và sơ đồ lắp ráp theo đúng sơ đồ nguyên lý của bảo vệ và có thể thay đổi thêm cho thích hợp. Sau đó, tiến hành kiểm tra cách điện của hệ thống mạch và thiết bị bảo vệ. Thông thường, người thí nghiệm thường dùng Megôm mét, vạn năng kim hoặc thiết bị đo Fluke87 thực hiện các bước sau: - Kiểm tra áp tô mát (MCB) cấp nguồn, đảm bảo rằng các mạch điều khiển, bảo vệ, tín hiệu... không bị chạm đất. - Dùng mêga ôm kiểm tra cách điện từng ruột cáp sử dụng. đúng đúng sai sai đúng sai đúng sai Bắt đầu Nhập thông số chỉnh định Kiểm tra vùng sự cố Zkhởi tạo = Zđặt ± 2% Kết thúc Tính toán giá trị tác động n >3 Kiểm tra ngưỡng thời gian Tcắt = Tđặt ± 2% i >3 Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 4. Sơ đồ thuật toán kiểm định bảo vệ khoảng cách - Tách cáp khỏi các hàng kẹp, dùng vạn năng hoặc đèn dò kiểm tra thông mạch cáp theo đúng địa chỉ đấu nối đến tất cả các thiết bị. Bƣớc 2: Tính toán giá trị tác động [3]: Theo phiếu chỉnh định rơle ngày 17 tháng 03 năm 2009 trong tài liệu [4] tại nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ, rơle khoảng cách kỹ thuật số REL 670 sử dụng đặc tính tổng trở tứ giác (Quadramho) với 4 vùng bảo vệ. Trong đó, 03 vùng sử dụng hướng bảo vệ từ thanh cái ra đường dây có tổng trở sự cố Z1 < Z2 < Z3; thời gian tác động khi có sự cố trong vùng bảo vệ tZ1 < tZ2 < tZ3 và 01 vùng Z4 sử dụng hướng từ đường dây vào thanh cái. Để tính toán và xậy dựng đặc tính tổng trở bảo vệ của rơle REL670, nhân viên thí nghiệm cần phải chạy ứng dụng “Distance” trong phần mềm Test Universe 2.11 dùng cho hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC 256-6. Tại mục “Test Object”, kích chuột chọn menu File/Import Rel670.xrio (xem hình 5). Sau đó tiến hành nhập thông số chỉnh định tổng trở khởi động của các vùng bảo vệ khoảng cách bằng cách chọn lần lượt các mục ZM01, ZM02, ZM03 và ZM04. Các thông số chỉnh định gồm có: hướng tác động của vùng bảo vệ, điện kháng thứ tự thuận X1, điện trở thứ tự thuận R1, điện kháng thứ tự không X0, điện trở thứ tự không R0, điện trở sự cố pha- pha RFPP, điện trở sự cố pha-đất RFPE, thời gian duy trì sự cố pha-pha tPP và thời gian duy trì sự cố pha-đất tPE. Kết quả tính toán sau khi nhập được thể hiện trên hình 6. Hình 5. Nhập giá trị chỉnh định rơle trên file REL670.xrio Bƣớc 3: Kiểm tra chức năng rơle [1],[3]: Sau khi cài đặt thông số chỉnh định của rơle theo phiếu đặt của điều độ và cấu hình đầu vào, ra và đèn LED bằng phần mềm ABB PCM600, nhân viên thí nghiệm có thể kiểm tra chức năng bảo vệ khoảng cách như sau: Mô phỏng đầu vào số: Để rơle REL670 không bị khóa chức năng bảo vệ khoảng cách, ta cần hiệu lực các tín hiệu từ tiếp điểm phụ Áp to mát biến điện áp đường dây (MCB VT), tiếp điểm phụ MC đưa vào đầu vào số của rơle. Sử dụng hợp bộ thí nghiệm mô phỏng tổng trở sự cố: Sử dụng hợp bộ thí nghiệm nhị thứ CMC256-6 tiến hành kiểm tra ngưỡng tổng trở, thời gian và góc tác động tại các vùng bảo vệ Z1, Z2, Z3 và Z4 của chức năng khoảng cách bằng cách mô phỏng các dạng sự cố pha – đất, pha – pha và ba pha theo các bước sau đây: - Kiểm tra giá trị tổng trở và thời gian tác động: Bơm dòng điện sự cố =1A và áp sự cố vào rơle bằng cách kích chuột vào đặc tính tổng trở bảo vệ trên hình 6 sao cho Zbơm < Zđặt và tbơm > tZđặt, rơle tác động (đèn LED sáng và rơle đầu ra khép). Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Kiểm tra giá trị tổng trở không tác động lớn nhất: tăng từ từ điện áp sự cố vào rơle bằng cách kích chuột. vào đặc tính tổng trở bảo vệ đến khi Zbơm > Zđặt và tbơm > tZđặt, rơle không tác động. - Kiểm tra ngưỡng thời gian không tác động: Bơm tổng trở sự cố vào rơle bằng cách kích chuột vào đặc tính tổng trở bảo vệ sao cho Zbơm < Zđặt và tbơm < tZđặt, rơle không tác động. Kết quả thử nghiệm: Kiểm tra tín hiệu cảnh báo và bảo vệ đi cắt MC trên rơle, phân tích giá trị tác động bằng cách chọn chức năng Disturbance recorder, phần mềm PCM600 chạy ứng dụng WINEVE sẽ cho phép đọc bản ghi sự cố trên máy tính cá nhân hoặc trên máy tính Server. Trên hình 7 là kết quả bản ghi sự cố của vùng 1 của rơle REL670 ngăn lộ đi Tuy Hòa 1 tại Nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ [5]. Hình 3. Giao diện phần mềm giao diện PCM600 và CAP531 Hình 6. Đặc tính tổng trở thí nghiệm trên CMC 256-6 Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Với bản ghi sự cố trên, chúng ta có thể phân tích các thông tin sự cố trên rơle gồm: pha sự cố, thời gian tác động, giá trị điện áp, giá trị dòng điện tại thời điểm sự cố và vùng bảo vệ tác động đi cắt MCGhi lại giá trị tổng trở tác động, thời gian cắt và đối chiếu giá trị với sai số cho phép của rơle. Nếu rơle có sai số tổng trở < 2% và sai số thời gian <2% thì có thể đánh giá chức năng bảo vệ khoảng cách của rơle “đạt tiêu chuẩn đưa vào vận hành”. KẾT LUẬN Để kiểm định rơle khoảng cách kỹ thuật số trong hệ thống điện, nhân viên thí nghiệm điện cần có năng lực sử dụng các phương tiện, thiết bị, dụng cụ thử nghiệm như Omicron CMC256-6, Fluke 87, phần mềm giao diện rơle PCM600 và tài liệu kỹ thuật của rơle để xác định chính xác đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật của rơle. Qua việc tiến hành thí nghiệm rơle khoảng cách kỹ thuật số tại Nhà máy thủy điện Sông Ba Hạ, điều này đã góp phần đưa ra qui trình thí nghiệm rơle kỹ thuật số nói chung, đồng thời cho phép đánh giá và kết luận đúng về chất lượng của rơle đảm bảo đưa thiết bị vào làm việc an toàn và tin cậy. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. ETC3, Qui trình thử nghiệm rơle kỹ thuật số, 2006. [2]. OMICRON, Technical Data CMC256 Plus, 2009. [3]. OMICRON, Protection Package User Manual, 2009. [4]. DONGFANG, Calculation, adjusment and setting for 220kV line & breaker proction of Song Ba Ha hydropower project (2×110MW), 2009. [5]. ABB, REL670 Application manual, 2008. [6] ABB, IED 670 Getting started guide, 2008. Lê Kim Hùng và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 59(11): 95 - 99 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên SUMMARY COMMISIONING OF REL 670 FEEDER DISTANCE NUMERICAL RELAY PROTECTION IN POWER SYSTEM Le Kim Hung 1 , Vu Phan Huan 2 Da Nang University, Experimental Center for Electronics 3 Distance protection numerical relays are the most common relays on transmission lines. The relay has revolutionized distance protection function, over current function, voltage and disturbance report and events.The relay configured to suit with the line models. The paper discusses the way to commission relay REL 670. Initially, tester checks cable in secondary drawing. After that, he uses ABB PCM600 software to select values for relay settings and configurations. Further, test faults performed by CMC 256 in zones 1, 2, 3 and 4. Finally, he uploads the disturbance report. Key word: Distance protection relay.  Le Kim Hung, Da Nang University