Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đất nước, hệ thống điện Việt Nam không ngừng phát triển. Do xác định được vị trí và tầm quan trọng của nghành công nghiệp điện lực trong nền kinh tế quốc dân, từ nhiều năm nay mặc dù có những khó khăn về nhiều mặt nhưng Đảng và Nhà nước ta đã dành sự quan tâm to lớn cho việc đầu tư, phát triển nguồn điện năng. Bởi lẽ nó là động lực của sự vận hành toàn bộ nền kinh tế đất nước và để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của mọi tầng lớp nhân dân, do vậy yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện ngày càng nghiêm ngặt, điều đó đòi hỏi hệ thống bảo vệ rơle trong hệ thống điện cao áp phải luôn được cải tiến và hoàn thiện.

Những thành tựu to lớn của khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực khác nhau như vật liệu điện, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật vi xử lý, công nghệ thông tin v.v… cho phép chế tạo các loại thiết bị bảo vệ rơle hiện đại với nhiều tính năng siêu việt, đảm bảo cho hệ thống bảo vệ rơle tác động nhanh, nhạy, tin cậy và chọn lọc.

Mặc dù có những tính năng ưu việt và hiện đại với những đặc điểm khác biệt, nhưng các loại sơ đồ bảo vệ rơ le thế hệ mới về cơ bản vẫn hoạt động theo nguyên lý của các bảo vệ cổ điển. Việc thay thế các rơle điện từ bằng rơle kỹ thuật số đang được thực hiện dần dần từng bước trong thực tế của hệ thống điện Việt Nam. Sự đan xen giữa các thiết bị bảo vệ cũ và mới làm phức tạp hóa quá trình tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, sự kết nối giữa chúng cần phải được đặc biệt lưu ý. Trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi giới thiệu đến quý bạn đọc tổng quan về bảo vệ so lệch đường dây cao áp (110kV; 220kV và 500kV) và những điều cần quan tâm trong quá trình đấu thầu mua sắm thiết bị để đảm bảo tính đồng bộ trong quá trình phối hợp bảo vệ.

Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch được thực hiện trên sự so sánh dòng theo đại lượng về pha tại đầu và cuối đường dây được bảo vệ. Để thực hiện điều này tại hai đầu phần tử được bảo vệ đặt các máy biến dòng có cùng hệ số biến đổi dòng ni. Có hai nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch là nguyên lý làm việc theo dòng điện tuần hoàn và nguyên lý làm việc theo điện áp cân bằng.

Bảo vệ so lệch với dòng điện tuần hoàn được thực hiện dựa trên sự so sánh trị số và góc pha của dòng điện ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ Ñ I= ID-IC. Nguyên lý tác động của bảo vệ so lệch được thể hiện bằng sơ đồ sau:

Trường hợp sự cố xẩy ra ở ngoài vùng bảo vệ (vị trí N1) hoặc ở chế độ làm việc bình thường, lúc này các dòng điện ở đầu và cuối của đối tượng bảo vệ (ID1 và IC1) có cùng trị số và cùng chiều, do đó hiệu của chúng có giá trị bằng không Ñ I = 0 (xem dòng từ hóa của các biến dòng là như nhau). Như vậy sẽ không có dòng điện chạy qua rơle trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi có ngắn mạnh ở ngoài vùng bảo vệ, chính xác hơn là Ñ I= I2I - I2II = 0, do đó rơle không tác động.

Trường hợp sự cố xẩy ra ở trong vùng bảo vệ (N2) lúc này giá trị ID2 và IC2 khác nhau về trị số và cả về chiều, do đó hiệu của chúng sẽ khác không và khá lớn Ñ I > 0, dòng điện chạy qua rơ le có giá trị lớn dẫn đến sự tác động của bảo vệ.

Bảo vệ so lệch theo nguyên lý điện áp cân bằng được thực hiện trên cơ sở so sánh điện áp trên các cực của cuộn dây thứ cấp máy biến dòng đặt ở hai đầu phần tử bảo vệ, các cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng được nối cùng tên với nhau, sơ đồ bảo vệ như sau.

Trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (vị trí N1) hoặc ở chế độ làm việc bình thường, dòng điện ở hai đầu vùng bảo vệ có giá trị bằng nhau và trùng pha nên suất điện động của các cuộn dây thứ cấp máy biến dòng bằng nhau (E2I = E2II), do đó dòng điện chạy qua rơle bằng không (xem dòng từ hóa của các biến dòng là như nhau) nên rơ le không tác động.

Trường hợp ngắn mạch xẩy ra trong vùng bảo vệ (vị trí N2), khi đó dòng điện ở hai đầu của đối tượng bảo vệ có giá trị khác nhau nên dẫn đến suất điện động của các cuộn dây thứ cấp máy biến dòng cũng có giá trị khác nhau (E2I ≠ E2II), do đó sẽ có dòng điện chạy qua rơle làm cho bảo vệ tác động.

Bảo vệ so lệch ngang dựa trên sự so sánh dòng điện của hai nhánh song song có cùng điện trở và dòng điện ở chế độ làm việc bình thường, sơ đồ nguyên lý bảo vệ như sau.

Ở chế độ làm việc bình thường hoặc khi sự cố ngắn mạch xẩy ra ở ngoài vùng bảo vệ (vị trí N1) dòng điện I1 và I2 chạy trên hai nhánh có giá trị và chiều như nhau, dòng điện đi vào rơ le trong trường hợp này bằng 0, do đó bảo vệ rơle không tác động.

Khi xẩy ra ngắn mạch trên một trong các nhánh của đường dây sự cân bằng của dòng điện bị phá vỡ và dòng điện đi vào rơ le IR >0, nếu nó lớn hơn giá trị dòng khởi động của rơle IR >Ikđ thì rơle sẽ tác động. Nếu điểm ngắn mạch xẩy ra ở phía đối diện với đầu đường dây nơi đặt thiết bị bảo vệ (vị trí N3, vùng gạch chéo) thì giá trị dòng điện ngắn mạch I1 và I2 sẽ không chênh lệch nhau nhiều do đó dòng điện đi vào rơle sẽ nhỏ và không thể làm cho rơle tác động, vùng gạch chéo được gọi là vùng chết. Đặc điểm của bảo vệ so lệch ngang của đường dây truyền tải là khi một trong các mạch bị cắt thì bảo vệ so lệch ngang sẽ không còn tác dụng, do đó cần loại trừ sơ đồ bảo vệ ra khỏi mạng, thường sử dụng tiếp điểm boloc- công tắc (BK) được lắp liên động với dao cách ly.

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật các rơ le điện từ được thay thế bằng các rơ le kỹ thuật số có các tính năng vượt trội. Hiện nay nhiều hãng chế tạo danh tiếng trên thế giới cho ra đời các dòng sản phẩm chất lượng và tin cậy như rơ le kiểu 7UT51 của hãng Siemens, rơ le kiểu MTP của hãng GE Multilin, hệ bảo vệ so lệch đường dây SEL-311L của hãng SEL…Đặc điểm của bảo vệ so lệch đường dây là rơle phải được đặt ở hai đầu đường dây truyền tải và chúng cần phải tương đồng về tính năng kỹ thuật, như hình vẽ:

Thực tế hiện nay việc đầu tư mua sắm thiết bị cho hệ thống bảo vệ so lệch đường dây truyền tải điện cao áp là do các chủ đầu tư xây dựng các Trạm điện ở hai đầu đường dây truyền tải thực hiện và việc liên lạc giữa hai hệ thống bảo vệ này thông qua các thiết bị Teleprotection; PCM-30 ...và 02 lõi cáp quang trong số 12 lõi của đường dây cáp quang OPGW-12 treo trên đường dây truyền tải điện cao áp, như hình vẽ:

Do đó để hệ thống bảo vệ so lệch đường dây tác động nhanh và tin cậy cần phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các chủ đầu tư trong quá trình mua sắm thiết bị để thiết bị hoạt động hiệu quả và đáp ứng các yêu cầu đề ra.

Nguồn: Sưu tầm