Bài tập lớn môn Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 7: Phương pháp truyền phát tín hiệu (Signaling) và ngắt từ xa (Intertripping)

rơle ngắt tổng, lệnh phản hồi sẽ làm cho CB vận hành 
- Tín hiệu ngắt trực tiếp phải đáng tin cậy và an toàn bởi vì bất cứ tín hiệu nào được nhận tại đầu nhận sẽ ngắt mạch điện ở đó 
- Khi thiết kế hệ thống ở phương pháp này phải đặc biệt chú ý đến hiện tượng ngắt giả. Bởi vì hiện tượng ngắt giả xảy ra, dẫn đến sự cách ly không cần thiết các thiết bị của hệ thống 
2. Ngắt cho phép (Permissive Tripping) 
- Lệnh ngắt cho phép luôn được quan sát bởi một rơle bảo vệ. CB sẽ ngắt chỉ khi nhận được tín hiệu phản hồi khớp với vận hành bảo vệ của rơle bảo vệ chính 
- Yêu cầu về độ tin cậy và an toàn của kênh giao tiếp không cần thiết như ngắt trực tiếp 
- Mục đích của phương pháp này giúp tăng tốc độ ngắt cho các lỗi xảy ra trong vùng bảo vệ 
3. Phương pháp chặn (Blocking Scheme) 
- Lệnh chặn sẽ được bắt đầu bởi một thiết bị bảo vệ khi nó phát hiện sự cố bên ngoài vùng được bảo vệ 
- Khi phát hiện một sự cố bên ngoài vùng bảo vệ tại đầu của một mạch bảo vệ thì một tín hiệu chặn sẽ được gửi đến đầu điều khiển. Tại đầu điều khiển nhận được tín hiệu đó sẽ ngăn đầu điều khiển vận hành bảo vệ từ sự cố bên ngoài vùng bảo vệ .
Tổng thời gian xử lý sự cố bao gồm: 
- Thời gian truyền phát tín hiệu 
 	- Thời gian rơle bảo vệ vận hành 
	- Thời gian vận hành ngắt của rơle 
- Thời gian vận hành của CB .
Tổng thời gian phải nhỏ hơn thời gian lớn nhất mà một sự cố vẫn còn trên hệ thống mà gây ra ít tổn hại nhất, gây ra sự mất ổn định của hệ thống .
5. Yêu cầu thực hiện
- Tốc độ vận hành nhanh là yêu cầu tiên quyết của hầu hết các hệ thống tín hiệu. 
- Thời gian vận hành chuẩn nằm trong khoảng 5 - 40 (ms) phụ thuộc vào chế độ vận hành của hệ thống điều khiển bảo vệ từ xa 
- Nên vận hành ở điều kiện an toàn và đáng tin cậy .
+ Mức độ an toàn được đánh giá bởi xác suất của một lệnh không mong muốn xảy ra 
+ Mức độ đáng tin cậy được đánh giá bởi xác suất của một lệnh bị mất 
a. Ngắt trực tiếp 
- Phương pháp này cần độ an toàn cực cao bởi có thể gặp tín hiệu nhiễu lớn bất cứ khi nào 
b. Ngắt cho phép 
- Sau khi truyền một lệnh nên reset để có được độ tin cậy cao để tránh những vận hành ẩn không thấy được trong quá trình thay đổi dòng điện 
c. Phương pháp chặn 
- Ở phương pháp này có thể chỉ cần độ an toàn thấp nhưng độ tin cậy cần phải cao bởi khi một lệnh chặn bị mất sẽ không chặn được quá trình ngắt sai của sự cố bên ngoài vùng bảo vệ 
6. Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu
1. Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin 
- Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin điện lực thường được đặt cùng rãnh với cáp cao áp hoặc trong rãnh cáp riêng hay bằng dây trần trên cột nên sinh ra sức điện động cảm ứng 
- Để hạn chế điện áp cảm ứng dùng các van chống quá điện áp để nối tắt các dây dẫn phụ trong trường hợp điện áp tăng cao (khi xuất hiện quá trình quá độ) 
- Khi đó các thiết bị thứ cấp phải chịu đựng nổi điện áp cảm ứng khi có sét đánh hoặc khi đóng cắt bên phía sơ cấp của hệ thống điện 
- Dây dẫn phụ và cáp thông tin dùng cho bảo vệ được dung cho các hệ thống điện tập trung, khoảng cách giữa các đầu phát và thu tín hiệu không lớn
- Dây dẫn phụ và cáp thông tin làm việc với tín hiệu truyền dẫn từ một chiều đến tín hiệu xoay chiều 200Hz, với bán kính £11km, thích hợp với bảo vệ so lệch.
2. Các kênh tải ba (PLC)
- Sử dụng dây dẫn của chính đường dây tải điện để truyền tín hiệu cao tần dùng cho bảo vệ và thông tin liên lạc 
- Ưu điểm là dây dẫn chắc chắn hơn, tổn hao trong truyền tín hiệu sẽ thấp hơn, kênh truyền hoàn toàn nằm dưới quyền kiểm soát của công ty điện lực 
- Sơ đồ hai pha tuy có tốn kém hơn so với sơ đồ pha - đất, nhưng mức tổn hao khi truyền tín hiệu sẽ thấp hơn và không bị phụ thuộc vào điện trở đất cũng như nối đất vì vậy được dùng rộng rãi 
- Tổn hao tín hiệu trên đường dây ít phụ thuộc vào mưa ẩm 
- Công suất đầu ra của thiết bị phát cao tần thường từ 2 ÷ 100W tuỳ từng tương quan giữa tín hiệu – nhiễu 
- Khi có sét đánh vào đường dây hoặc đường dây bị sự cố hay thao tác đóng cắt, có thể gây nhiễu mạnh đến kênh thông tin có thể làm cho thiết bị thu cao tần bị quá tải vì vậy các thiết bị thuộc hệ thống ngắt liên động phải được chỉnh định để không xảy ra tác động nhầm
- Mức độ tắt dần của tín hiệu cao tần truyền qua kênh dẫn phụ thuộc vào loại sự cố, tuy nhiên thường chọn trong giới hạn giữa 20 đến 30dB. 
3. Các kênh vô tuyến vi ba
- Các kênh vi ba cho phép truyền tín hiệu trong một dải khá rộng và sử dụng các modem với năng lực truyền rất lớn 
- Tín hiệu bảo vệ và điều khiển có thể truyền nối tiếp với độ dài đủ lớn và độ mã hoá phức tạp để đảm bảo độ tin cậy của truyền tin nhưng vẫn giữ được tốc độ truyền rất cao 
- Các thiết bị vi ba làm việc với tần số từ 0,2 ÷ 10GHz vì nó làm việc có định hướng và dải tần số đã được định trước nên ít bị nhiễu, cho phép sử dụng đồng thời nhiều kênh thông tin và mở rộng dải tần số của tín hiệu truyền để dùng cho cả mục đích thông tin (thoại) lẫn truyền dữ liệu 
- Mức độ tắt dần của tín hiệu vi ba không phụ thuộc sự cố trên đường dây tải điện nhưng bị ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến, nhiễu này thường do bản thân các thiết bị vô tuyến gây nên
- Chiều cao của các cột ăng ten vi ba được hạn chế để ảnh hưởng của gió bão và thay đổi nhiệt không tác động nhiều đến sự làm việc của ăng ten.
4. Cáp quang
- Cáp quang là những sợi thuỷ tinh nhỏ có khả năng truyền ánh sáng đi xa, có khả năng truyền dẫn lượng thông tin khổng lồ và khả năng kháng nhiễu rất tốt 
- Trong hệ thống điện cáp quang thường được chế tạo kết hợp bên trong dây nhôm lõi thép để làm nhiệm vụ chống sét trên các đường dây tải điện 
- Thiết bị để mã hoá và giải mã thường được sử dụng có tần số tương ứng với bước sóng 850, 1300, 1550 nanomet 
- Với các kênh truyền tín hiệu quang ở tần số hàng trăm MHz khoảng cách truyền hàng chục km, khi khoảng cách lớn hơn cần có những trạm lặp trung gian 
- Hiện nay cáp quang được chế tạo kết hợp với cáp lực để giảm giá thành và tăng tính bền vững, an toàn của tuyến cáp quang .
7. Phương pháp phát tín hiệu
- Có rất nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong tín hiệu bảo vệ: 
+ Bộ nguồn DC điện áp bước và đảo áp 
+ Những tín hiệu âm tại tần số cao và tần số nói 
+ Kỹ thuật điều chế tần số tín hiệu âm liên quan đến 2 hay nhiều tông tại tần số cao và tần số giọng nói 
- Mục đích chung của vận hành thiết bị truyền thông từ xa thông qua truyền tải dây điện, radio hay sợi quang, ghép kênh cung cấp cho người dùng kênh truyền dẫn chuẩn hóa. Họ quy định một băng thông/ kênh truyền sóng 4KHz thường được gọi là kênh truyền sóng tần số giọng nói (vf). Vận hành thiết bị tại tần số giọng nói lợi dụng sự chuẩn hóa của truyền thông 
- Nơi kênh truyền sóng tần số giọng nói không có sẵn hay phù hợp thì tín hiệu bảo vệ có thể sử dụng 1 môi trường hoặc thiết bị chuyên dụng dành riêng cho tín hiệu yêu cầu 
1. Tín hiệu điện áp DC 
- Một tín hiệu điện áp DC hay tín hiệu điện áp DC đảo chiều có thể được sử dụng để khảo sát những tín hiệu giữ những điểm rờ le bảo vệ trong một hệ thống điện 
- Tuy nhiên, nó chỉ phù hợp cho những dây dẫn pilot riêng tư, chỉ cần tốc độ truyền tín hiệu thấp đã có sẵn sự an toàn 
2. Tín hiệu âm 
- Những tín hiệu âm tần số cao có thể được sử dụng thành công trong việc chặc các thông tin trên đường dây điện 
- Một đầu nhận không nhạy cảm ở mức tương đối được sử dụng để phân biệt chống lại tiếng ồn dựa vào biên độ, và ứng dụng bảo mật để đáp ứng ngắt nhanh, đặc biệt nếu hoạt động xảy ra nhanh khoảng 6 ms thì sẽ thêm vào những khoảng delay 
- Một lệnh chặn có thể gửi từ một đầu tới đồng thời tất cả các đầu khác bằng một sợi dây truyền tải. Các hệ thống tín hiệu khác thường yêu cầu các kênh giao tiếp rời rạc giữa các đầu hoặc các thiết bị lặp tín hiệu, dẫn đến làm giảm độ tin cậy của tín hiệu chặn 
- Những tín hiệu tần số âm có thể được sử dụng cho các lệnh chặn, ngắt nhanh, ngắt trực tiếp trong tất cả các truyền tải đa phương tiện, nhưng hoạt động ở mức tín hiệu thấp thì sẽ cho độ bảo mật không được cao 
- Vận hành từ chế độ ‘tone on’ đến ‘tone off’ sẽ cho chúng ta sự theo dõi tốt nhất, nhưng lại đạt sự bảo mật kém. Để đáp ứng nhu cầu thì đầu ra phải bị trì hoãn, dẫn đến làm cho vận hành tương đối chậm (70 ms cho ngắt nhanh và 180 ms cho ngắt trực tiếp) 
3. Thay đổi tần số tín hiệu âm 
- Thay đổi tần số tín hiệu âm tần số cao có thể sử dụng trên đường dây truyền tải điện để cho một vận hành trong thời gian ngắn (15 ms cho chặn và ngắt nhanh, 20 ms cho ngắt trực tiếp) cho tất cả các ứng dụng cho bảo vệ bằng phương pháp tín hiệu 
- Yêu cầu về bảo mật có thể đạt được bằng cách sử dụng băng thông rộng phát hiện tiếng ồn để giám sát các thiết bị tín hiệu hoạt động thực tế 
- Kỹ thuật điều chế tần số có thể làm cho vận hành được tốt hơn, bởi vì nó loại bỏ các thành phần điều chế tiếng ồn, chỉ giữ lại các thành phần điều chế pha được phát hiện 
- Các tín hiệu bảo vệ vận hành bao gồm một chuỗi mã âm với giọng nói, 3 tông, hoặc một mã nhiều bit sử dụng 2 tông rạc cho những bit liên tiếp, hoặc một sự thay đổi tần số 
- Các hệ thống hiện đại tốc độ cao sử dụng mã nhiều bit hoặc kỹ thuật thay đổi tần số 
- Sự dụng các mã phức tạp sẽ tăng độ bảo mật cho các dự án sử dụng ngắt trực tiếp 
- Công suất tiếng ồn tỉ lệ trực tiếp với băng thông, băng thông lớn sẽ làm gian tăng công suất ồn vào detector, làm cho vận hành khó hơn vì có sự hiện diện có tiếng ồn, dẫn đến khó để đạt được vừa độ tin cậy cao vừa bảo mật cao 
- Kỹ thuật điều chế tần số tín hiệu có lợi thế ở việc truyền tín hiệu nhanh cần thiết cho các lênh chặn và ngắt nhanh từ xa 
- Tuy nó ít bảo mật, nhưng sự bảo mật của các mạch điện đến các loại nhiễu là chấp nhận được 
- Hệ thống này không yêu cầu cáp sóng có tốc đọ truyền dẫn cao, bởi vì tần số chỉ thay đổi có một lần; do đó bang thông sẽ có thể thu hẹp hơn trong hệ thống mã hóa, giúp loại bỏ tiếng ồn tốt hơn nếu sóng được chia sẻ để đo từ xa và điều khiển truyền phát tín hiệu, tránh rơi vào trường hợp đường dây điện truyền tải được sử dụng .
8. Tài liệu tham khảo
- Giáo trình Bảo vệ trong hệ thống điện - ThS. Nguyễn Văn Đạt và TS. Nguyễn Đăng Toản.