Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1-116

 quay khác nhau và khác với tốc độ đồng bộ gây ra hiện tượng dao động dòng điện và 
điện áp trong hệ thống, hiện tượng này được gọi là dao động điện. 
UTmin=0
Quỹ đạo của UT
URmin
Quỹ đạo của UR
R R
EA
wBwA
Tâm dao động
Quỹ đạo của EB
Hình 3.7. Dao động điện trong hệ thống. 
 Khi xảy ra dao động wA ≠ wB ≠ wđb, góc lệch pha giữa hai vectơ EA và EB sẽ biến đổi 
theo thời gian, khi > 1200 thường không đủ khả năng giữ đồng bộ, sẽ thay đổi thành nhiều 
chu trình 360
0
. 
 Nếu lấy EA làm chuẩn nhìn sự chuyển động tương đối của EB so với EA, EB sẽ vẽ nên 
quỹ đạo một vòng tròn với tâm ở gốc EB và bán kính bằng EB . 
 Khi có dao động điện, rơle đo được điện áp và dòng điện thay đổi liên tục. Khi hai sức 
điện động lệch nhau đến 1800, điện áp giảm rất thấp mà dòng điện lại rất lớn (có thể cao hơn 
dòng ngắn mạch), rơle có thể sẽ tác động vì cảm nhận như có ngắn mạch trên đường dây. Do 
đó phải phân biệt sự khác biệt giữa dao động điện và ngắn mạch. 
 Để phát hiện dao động (để khoá bảo vệ khoảng cách khi có dao động điện) có thể căn 
cứ vào tốc độ biến thiên tổng trở đo được. Khi dao động điện, dòng điện và điện áp tại chỗ đặt 
bảo vệ biến thiên với tốc độ giới hạn, còn khi ngắn mạch hầu như các đại lượng này biến thiên 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
38 
tức thời. Nếu lấy đạo hàm theo thời gian của tổng trở 
dt
dZ
, trong trường hợp ngắn mạch trị số 
này tiến tới vô cùng còn khi dao động điện các đạo hàm này có trị số hữu hạn. 
 Khi ngắn mạch, tổng trở sự cố lọt ngay vào vùng tác động, còn khi dao động tổng trở 
đo được chuyển động theo quỹ đạo dao động và đi vào các vùng tác động. 
2.3.5. Cảm ứng giữa các dây khi bị sự cố 
Khi sự cố ngắn mạch chạm đất xảy ra trên đường dây nhiều mạch như mạch kép, vận hành 
song song, do tác động tương hỗ thứ tự không của các đường dây, bảo vệ khoảng cách có thể 
đo sai giá trị của điện trở. Tác động tương hỗ thứ tự thuận và nghịch không ảnh hưởng lớn đến 
mạch đo tổng trở của bảo vệ. 
2.3.6. Bù với sự cố chạm đất 
 Đối với các sự cố ba pha hoặc hai pha chạm nhau, bộ phận đo khoảng cách có thể thực 
hiện việc đo tổng trở một cách dễ dàng. Tổng trở này cũng được coi là tổng trở thứ tự thuận Z1 
a b
seen 1
a b
V V
Z Z
I I 
 Đối với các sự cố chạm đất, việc xác định Zseen khác so với sự cố pha-pha. Dòng điện 
trong mạch sự cố phụ thuộc vào tổng trở của mạch sự cố, phương thức nối đất, số điểm nối đất 
và các tổng trở thứ tự của mạch sự cố. 
Điện áp tại điểm đặt rơle được xác định theo công thức: 
a 1 L1 2 L2 o LoV I .Z I .Z I .Z 
Dòng điện trong mạch vòng sự cố được xác định như sau: 
a 1 2 oI I I I 
Và dòng điện dư IN tại điểm đặt rơle được cho bởi: 
N a b c oI I I I 3I 
Trong đó: Ia, Ib, Ic là dòng điện pha tại điểm đặt rơle. 
Từ các biểu thức trên, ta có phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp Va và các dòng 
điện Ia, Ib, Ic như sau: 
a L1 a a b c
K 1
V Z I (I I I ).
3
Trong đó: K=
Lo
L1
Z
Z
 Biểu thức trên cho thấy nếu tỷ lệ N
K 1
K
3
 của dòng điện dư IN được cộng vào dòng 
điện Ia thì tổng trở đo được sẽ không phụ thuộc vào đường dây và sự nối đất. Hầu hết các rơle 
khoảng cách thực hiện bù đối với các sự cố chạm đất bằng việc đưa thêm vào một tổng trở mô 
hình (Hình 17.8). 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
39 
Hình 3.8. Mạch điện áp và dòng điện với sự cố chạm đất 
2.4. Tiến hành thí nghiệm 
2.4.1. Giới thiệu sơ lược về rơle P442 
 Các rơle số ngày nay thường được chế tạo theo hướng hợp bộ, kết hợp nhiều chức năng 
bảo vệ trong một rơle, cho một đối tượng bảo vệ. Rơle bảo vệ đường dây P442 tổ hợp các chức 
năng bảo vệ sau: 
- Bảo vệ khoảng cách. 
- Bảo vệ khoảng cách dùng tín hiệu liên động. 
- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh. 
- Bảo vệ chống sự cố chạm đất qua điện trở cao (chống chạm đất có độ nhậy cao). 
- Bảo vệ điện áp. 
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt. 
- Bảo vệ quá dòng dự phòng. 
- Tự đóng lại. 
- Kiểm tra đồng bộ. 
Ngoài ra P442 còn có nhiều chức năng khác nữa. 
 Trong các rơle khoảng cách hiện đại như MICOM P442, mỗi vùng có 6 bộ phận đo: 3 
bộ phận cho các sự cố pha-pha, 3 bộ phận cho các sự cố chạm đất. Vì vậy rơle khoảng cách có 
18 bộ phận đo khoảng cách. Nó cho ta có được rất nhiều đặc tuyến khác nhau, thông tin về các 
tham số sự cố và khoảng cách tới điểm sự cố. Điều này đem lại tính linh động và tốc độ tác 
động cao. 
2.4.2. Sơ đồ nối dây 
Sơ đồ nối dây như trong Hình 3.9. 
A 
B 
C 
for A-N fault 
Z 
1 Z 2 Z 3 
I N 
Z N 
Relay 
comparator 
circuits 
Relay replica circuits 
V A 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
40 
Hình 3.9. Sơ đồ nối dây bảo vệ khoảng cách trong thí nghiệm 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
41 
2.4.3. Tính toán các thông số cài đặt 
a. Sự cố pha-pha 
Cài đặt tổng trở khởi động 
Hình 3.10. Sơ đồ lưới điện. 
 Xét hai phần của đường dây 6 với chiều dài 100 km. Tổng trở của đường dây bằng 
4,8 Ω. Góc đường dây bằng 80o. 
Tổng trở khởi động của vùng 1 (là tổng trở phía sơ cấp): 
o
1Z (80%.4,8 ) 3,84 80 
Rơle sẽ tính toán giá trị tổng trở phía thứ cấp bằng cách nhân giá trị tổng trở sơ cấp với tỷ lệ 
(CT/VT). 
Tỷ số biến đổi CT của máy biến dòng bằng 10/1. 
Tỷ số biến đổi VT của máy biến điện áp bằng 220V/110V. 
Vì vậy, tỷ lệ CT/VT=5. 
Có thể sử dụng giá trị phía sơ cấp hoặc thứ cấp để cài đặt cho rơle. Nếu sử dụng giá trị phía sơ 
cấp thì rơle sẽ tự tính toán giá trị phía thứ cấp từ các tỷ số CT và VT. Ở đây ta sẽ sử dụng giá 
trị phía sơ cấp để cài đặt cho rơle. 
Tổng trở khởi động của vùng 2 là: 
o
2Z (150%.4,8 ) 7,20 80 
Tổng trở khởi động của vùng 3 là: 
o
3Z (220%.4,8 ) 10,56 80 
Tính toán ngưỡng điện trở 
Tất cả các bộ phận tác động của bảo vệ khoảng cách đều phải tránh hiện tượng mang tải quá 
nặng. Khi giá trị dòng tải lớn nhất phía thứ cấp của CT bằng 1 A, tổng trở tải nhỏ nhất đối với 
rơle sẽ là: 
n nV (ph n) / I 
Thông thường các vùng đối với sự cố pha-pha phải tránh tổng trở tải nhỏ nhất với độ dự trữ 
40%. Các vùng đối với sự cố chạm đất sẽ có độ dữ trữ 20%. Điều này dẫn đến ngưỡng điện trở 
lớn nhất là 38 và 50,8 . Nhưng nó liên quan đến phần cài đặt nữa, nên không bỏ được. Nếu 
được cài đặt ở phía sơ cấp, các giá trị trên được chia theo tỷ lệ CT/VT=5. Do đó, giá trị điện trở 
GTX 
Line 4 
0.1 pu 0.1 pu 0.1 pu 0.1 pu 0.1 pu 
TP6 TP7 TP8 TP9 
Line 6 
Grid Supply 
G 
S35 
Relay 
P442 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
42 
sơ cấp lớn nhất được yêu cầu là 7,6 và 10,16 . Giá trị nhỏ nhất tuỳ thuộc vào điện trở hồ 
quang. 
Vì vậy, giá trị điện trở được lựa chọn như bảng dưới đây: 
 Nhỏ nhất Lớn nhất Vùng 1 Vùng 2 Vùng 3 
Rph 0 7,6 R1Ph=3 R2Ph=5 R3Ph=7 
RG 0 10,2 R1G=1 R2G=2 R3G=3 
Bảng 3.1. 
Trong đó: 
RPh là điện trở tương ứng với sự cố pha-pha. 
RG là điện trở tương ứng với sự cố chạm đất. 
b. Sự cố chạm đất 
Như đã trình bày ở phần trên, đối với các sự cố chạm đất cần thực hiện việc bù dư. Hệ số bù dư 
bằng: 
K 1
KZO
3
, với 
o
1
Z
K
Z
 Khi Zo=Z1 thì KZO=0. Tuy nhiên trong thực tế, đối với các đường dây trên không, K 
thông thường bằng 2,5. Để có thể thực hiện mô phỏng điều này trên bộ PSS, chúng ta mắc 
thêm vào một tổng trở phụ, ZE, vào mạch giữa điểm sự cố và đất. 
ZE có thể xác định theo cách dưới đây: 
Ta có: Zo=K.Z1=(K-1)Z1+Z1 
Vì vậy tổng trở cần thêm vào là: (K-1)Z1. Do Io chạy qua Z1 còn 3Io chạy qua ZE nên (K-
1)Z1=3ZE. 
Suy ra: E 1
K 1
Z .Z
3
Từ biểu thức trên, nếu K=2,5 thì ZE=Z1/2. Vì vậy, với đường dây có đang xét có Z1=0,2 pu thì 
ZE=0,1 pu. Thực hiện điều này trên bộ mô phỏng bằng cách chèn đường dây 1 (Line 1) vào 
giữa điểm sự cố và điểm đất tại TP17. Chú ý rằng đối với sự cố một pha chạm đất, chỉ một pha 
của đường dây 1 được nối tới đất. 
Để thực hiện cài đặt bù dư, cần phải đưa vào Menu của rơle hệ số: KZO=0,50 (góc 0 độ) 
(K=2,5). 
c. Khoá khi có dao động công suất 
 Phương pháp chung để xác định hiện tượng dao động công suất là đo thời gian tồn tại 
biến thiên của tổng trở mà rơle đo được thông qua R và X. Ví dụ như khi thời gian này 
vượt quá 5ms thì rơle sẽ khóa chức năng bảo vệ khoảng cách tạm thời. Thông thường thì R 
và X được lấy bằng 10 – 30 % R3ph. 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
43 
Hình 3.11. Đặc tính phát hiện dao động công suất. 
 2.4.4. Cài đặt 
Configuration 
Active Setting Group 1 
Setting Group 1 Enable 
Disable 2, 3 và 4 
Power swing Enable 
Setting values Primary 
Các hệ số CT và VT 
Main VT Primary 220 V 
Main VT Secondary 110 V 
Phase CT Primary 10,0 A 
Phase CT Secondary 1,0 A 
C/S Input A – B 
Main Vt Location line 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
44 
Group 1 Distance 
Group 1 Line Setting 
Line length 100,0 km 
Line Impedance 4,800 
Line Angle 80,00 deg 
Group 1 Zone Setting 
Zone Status 01010 
kZ1 Res Comp 0,5 
kZ1 Angle 0 deg 
Z1 3,840 Ohm 
R1G 1,0 Ohm 
R1ph 3,0 Ohm 
tZ1 0,060 s 
kZ2 Res Comp 0,5 
kZ2 Angle 0 deg 
Z2 7,200 Ohm 
R2G 2,0 Ohm 
R2ph 5,0 Ohm 
tZ2 0,20 s 
kZ3/4 Res Comp 0,5 
kZ3/4 Angle 0 deg 
Z3 10,56 Ohm 
R3G – R4G 3,0 Ohm 
R3ph – P4ph 7,0 Ohm 
tZ3 0,4 s 
2.4.5. Trình tự thí nghiệm 
1. Tạo sự cố ở TP6 
2. Xác định vị trí của điểm sự cố (khoảng 50 km) 
3. Tạo các sự cố 3 pha ở TP7 và TP8. Rơle sẽ tác động ở vùng 2 với sự cố TP7, vùng 
2/vùng 3 với sự cố TP8 và vùng 3 với sự cố TP9 nhưng không thể tác động tới S35 vì 
nó nằm ngoài vùng với. 
Bộ môn Hệ thống điện 
Phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện C1 – 116 
45 
4. Với sự cố chạm đất ở TP7, rơle sẽ xác định vị trí điểm sự cố cỡ khoảng 100km trên 
đường dây 6. 
III. YÊU CẦU BÁO CÁO THÍ NGHIỆM 
Báo cáo phải bao gồm những nội dung chính sau: 
1. Mục đích thí nghiệm 
2. Tính toán các thông số cài đặt cho bảo vệ khoảng cách trong bài thí nghiệm 
3. Nhận xét về hoạt động của các bảo vệ