Nghiên cứu về Phương pháp Phát hiện Tự động Các Lỗi Ẩn trong Mạch Bảo vệ Rơle của Thiết bị Thứ cấp tại Trạm biến áp

I. Giới thiệu

Tình trạng hoạt động bất thường của mạch thứ cấp bảo vệ rơle trong trạm biến áp có ảnh hưởng đáng kể đến hệ thống điện tổng thể. Một mặt, mạch thứ cấp bảo vệ rơle là thành phần quan trọng của hệ thống điện, và chức năng chính của nó là đảm bảo vận hành ổn định của hệ thống điện. Khi tình trạng hoạt động của mạch thứ cấp bất thường, có thể dẫn đến giảm độ ổn định của hệ thống điện và tăng khả năng xảy ra sự cố.

Ngoài ra, mạch thứ cấp bảo vệ rơle bất thường có thể khiến thiết bị bảo vệ hoạt động không đúng hoặc không hoạt động, do đó đe dọa an toàn của hệ thống điện. Ví dụ, khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây, nếu mạch thứ cấp bảo vệ rơle bất thường ngăn cản thiết bị bảo vệ cắt đường dây hỏng kịp thời, có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn, như hỏng thiết bị và hỏa hoạn. Do đó, việc phát hiện hiệu quả các lỗi tiềm ẩn trong mạch là cực kỳ cần thiết.

Xia Tongzhao và các cộng sự đã đề xuất một phương pháp phát hiện lỗi tiềm ẩn trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên thông tin đa tham số. Bằng cách thu thập thông tin của nhiều tham số, phân tích tổng hợp tình trạng hoạt động của mạch thứ cấp bảo vệ rơle, có thể phát hiện chính xác hơn các lỗi tiềm ẩn, cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của việc phát hiện lỗi, và giúp nhận biết và giải quyết kịp thời các mối nguy hiểm tiềm ẩn. Tuy nhiên, phương pháp này làm tăng độ phức tạp và lượng tính toán xử lý dữ liệu ở mức độ nhất định.

Yang Yuhan đã đề xuất một phương pháp phát hiện lỗi trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên công nghệ PLC. Nhờ khả năng lập trình linh hoạt, độ tin cậy cao và khả năng mở rộng mạnh mẽ của công nghệ PLC, phương pháp này cải thiện mức độ tự động hóa và độ thông minh của việc phát hiện lỗi, và có thể theo dõi tình trạng hoạt động của mạch thứ cấp theo thời gian thực, có hiệu quả ứng dụng tốt trong việc cải thiện an toàn và ổn định của hệ thống điện. Tuy nhiên, trong giai đoạn áp dụng thực tế, công nghệ PLC yêu cầu hỗ trợ phần cứng và phần mềm tương ứng, điều này sẽ tăng chi phí và độ phức tạp của hệ thống điện.

Dựa trên những nội dung trên, bài viết này đề xuất nghiên cứu về phương pháp phát hiện tự động lỗi tiềm ẩn trong mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp trong trạm biến áp, và phân tích, kiểm chứng hiệu suất của phương pháp phát hiện được thiết kế trong môi trường thử nghiệm so sánh.

II. Thiết kế Phương án Phát hiện Tự động Lỗi Tiềm ẩn trong Mạch Thứ cấp Bảo vệ Rơle
2.1 Phân tích Miền Liên kết Lỗi của Mạch Thứ cấp Bảo vệ Rơle

Trong quá trình xử lý các vấn đề tình trạng của mạch thứ cấp bảo vệ rơle, do mối quan hệ giữa các thành phần khác nhau [3]. Do đó, khi có lỗi tiềm ẩn, biểu hiện vĩ mô tương ứng không giới hạn ở vị trí lỗi cụ thể. Trong khía cạnh này, bài viết này trước tiên phân tích miền liên kết lỗi của mạch thứ cấp bảo vệ rơle [4]. Bằng cách thiết lập hàm phù hợp, vấn đề phát hiện lỗi ban đầu được chuyển đổi thành vấn đề tính toán hàm thích nghi tối ưu của hàm mục tiêu. Theo cách này, dựa trên thông tin vận hành thực tế của mạch thứ cấp bảo vệ rơle, tình trạng của mạch thứ cấp có thể được đánh giá.

Đối với miền liên kết lỗi cụ thể của mạch thứ cấp bảo vệ rơle, bài viết này lấy sự tương đồng giữa thông tin vận hành thực tế của mạch thứ cấp bảo vệ rơle và giá trị mong đợi làm tiêu chuẩn đo lường. Khi tính tổng dòng điện trong mạch, có thể cần cộng dòng điện của tất cả các nhánh trong mạch, và lúc này, giới hạn trên và dưới của tổng cộng tương ứng với số lượng dòng điện nhánh. Dựa trên phương pháp trên, phân tích miền liên kết lỗi của mạch thứ cấp bảo vệ rơle được thực hiện, cung cấp cơ sở thực hiện cho việc phát hiện lỗi tiềm ẩn sau này.

2.2 Phát hiện Lỗi Tiềm ẩn trong Mạch Thứ cấp Bảo vệ Rơle

Bảng 1. Bảng so sánh kết quả đầu ra của giá trị dòng điện đặc trưng của tiêu chí lỗi mạch ở các mức độ khác nhau

I. Phân tích Kết quả Thử nghiệm

Như có thể thấy từ kết quả thử nghiệm được hiển thị trong Bảng 1, trong ba phương pháp phát hiện khác nhau, phương pháp phát hiện lỗi tiềm ẩn trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên thông tin đa tham số được đề xuất trong Tài liệu [1] có hiệu quả tốt hơn trong việc phát hiện trạng thái lỗi mức độ cao. Khi độ sai số tổng hợp của mạch đo nhỏ hơn 10,0%, kết quả đầu ra của giá trị đặc trưng của tiêu chí lỗi mạch thấp đáng kể, điều này có một số thiếu sót đối với việc xác định lỗi thực tế.

Đối với phương pháp phát hiện lỗi trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên công nghệ PLC được đề xuất trong Tài liệu [2], kết quả đầu ra của giá trị đặc trưng của tiêu chí lỗi mạch tổng thể tương đối ổn định, nhưng vẫn còn chỗ để cải thiện về giá trị tổng thể.

Ngược lại, dưới phương pháp phát hiện được thiết kế trong bài viết này, kết quả đầu ra của giá trị đặc trưng của tiêu chí lỗi mạch luôn ở trên 0,12 A, và giá trị tối đa vượt quá 0,22 A, có thể phản ánh hiệu quả trạng thái lỗi tiềm ẩn của mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp. So với nhóm đối chứng, nó thể hiện lợi thế rõ rệt về độ ổn định và khả năng thích ứng.

Khi phân tích hiệu suất của phương pháp phát hiện được thiết kế, mô hình của mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp trong trạm biến áp được xây dựng trong PSCAD/EMTDC. Trong giai đoạn thiết lập cụ thể, loại bảo vệ thực tế, mô hình thành phần điện, và cấu hình tham số vận hành đã được xem xét đầy đủ.

II. Thử nghiệm Ứng dụng
2.1 Chuẩn bị Thử nghiệm

Dựa trên đường dây truyền tải điển hình, bảo vệ khoảng cách được cấu hình và sử dụng làm mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp. Về cấu hình tham số vận hành cụ thể, phạm vi trở kháng được đặt ở 80% - 120% của trở kháng đường dây; thời gian trễ là 0,1 giây, và thời gian hoạt động là 0,02 giây; đặc trưng hoạt động sử dụng đặc trưng hình chữ nhật để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy khi xảy ra sự cố trong phạm vi bảo vệ và không hoạt động đáng tin cậy khi xảy ra sự cố bên ngoài phạm vi bảo vệ; khi điện áp thấp hơn 80% của điện áp định mức, bảo vệ được chặn để ngăn chặn hoạt động sai ở điện áp quá thấp. Tỷ lệ biến đổi của CT là 1000:1, và dòng điện định mức được đặt ở 1,0 A. Tỷ lệ biến đổi của PT là 10000:1, và điện áp định mức được đặt ở 100 kV. Về cấu hình bộ lọc, bộ lọc thông thấp được sử dụng, và tần số cắt được đặt ở 500 Hz để giảm tác động của nhiễu tần số cao lên bảo vệ.

2.2 Phương án Thử nghiệm

Dựa trên môi trường thử nghiệm được đề cập trên, phương pháp phát hiện lỗi tiềm ẩn trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên thông tin đa tham số được đề xuất trong Tài liệu [1] và phương pháp phát hiện lỗi trong mạch thứ cấp bảo vệ rơle của trạm biến áp dựa trên công nghệ PLC được đề xuất trong Tài liệu [2] được lấy làm nhóm đối chứng cho thử nghiệm. Kết quả phát hiện của ba phương pháp khác nhau được thử nghiệm trong cùng điều kiện làm việc.

Đối với điều kiện làm việc cụ thể, mạch đo dòng điện của nhánh chứa CT được đặt làm vị trí lỗi, và độ sai số tổng hợp của mạch đo của nhánh chứa CT lần lượt là -15%, -10%, -5%, +5%, +10%, và +15%. Dựa trên điều này, phân bố của giá trị đặc trưng của tiêu chí lỗi cho nhánh mạch đo dòng điện lỗi được thống kê theo từng phương pháp phát hiện khác nhau.

2.3 Kết quả và Phân tích Thử nghiệm

Các kết quả đầu ra của giá trị dòng điện của giá trị đặc trưng của tiêu chí lỗi mạch ở các mức độ khác nhau theo các phương pháp phát hiện khác nhau được thống kê, và kết quả dữ liệu cụ thể được hiển thị trong Bảng 1.

III. Kết luận

Tình trạng bất thường của mạch thứ cấp bảo vệ rơle là một trong những yếu tố trực tiếp nhất dẫn đến tăng tổn thất năng lượng trong hệ thống điện. Khi cuộn biến dòng hoặc cuộn biến áp trong mạch thứ cấp gặp sự cố, sẽ dẫn đến sai số đo, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác của thanh toán hóa đơn điện.

Bài viết này đề xuất nghiên cứu về phương pháp phát hiện tự động lỗi tiềm ẩn trong mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp trong trạm biến áp, có thể thực hiện chính xác việc phát hiện các mạch thứ cấp ở các mức độ khác nhau và có giá trị ứng dụng thực tế tốt. Qua nghiên cứu và thiết kế phương pháp phát hiện lỗi cho mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp trong bài viết này, hy vọng sẽ cung cấp tham khảo quý giá cho quản lý an toàn thực tế của trạm biến áp.

Kết hợp với hàm thích nghi của miền liên kết lỗi của mạch thứ cấp bảo vệ rơle được xây dựng trong phần 2.1, trong quá trình phát hiện lỗi cụ thể, bài viết này giải quyết giá trị tối ưu của hàm thích nghi làm kết quả nhận dạng cuối cùng. Dựa trên phương pháp trên, việc phát hiện và phân tích lỗi tiềm ẩn trong mạch bảo vệ rơle của thiết bị thứ cấp được thực hiện.