Phối hợp giữa thiết bị đóng lại và thiết bị phân đoạn trong mạng phân phối

Sự phối hợp giữa các thiết bị đóng cắt tự động và các thiết bị phân đoạn trong mạng phân phối

Các thiết bị đóng cắt tự động và các thiết bị phân đoạn tự động (gọi tắt là thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn) là các thiết bị tự động tương đối hoàn thiện và có độ tin cậy cao. Chúng không chỉ có thể loại bỏ đáng tin cậy và kịp thời các sự cố tạm thời mà còn giảm thiểu phạm vi mất điện do các sự cố vĩnh viễn. Vì các thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn được sử dụng trong mạng phân phối, chúng có thể chọn lọc và hiệu quả loại bỏ các sự cố tạm thời để ngăn chặn chúng phát triển thành sự cố vĩnh viễn và cũng có thể cách ly các sự cố vĩnh viễn, do đó cải thiện đáng kể độ tin cậy cung cấp điện.

1. Chức năng và đặc điểm của các thiết bị đóng cắt tự động

Thiết bị đóng cắt tự động là một thiết bị tự động có chức năng bảo vệ, phát hiện và điều khiển. Nó có các đường cong đặc trưng thời gian - dòng điện nghịch đảo với các giới hạn thời gian khác nhau và chức năng đóng lại nhiều lần. Đây là một loại thiết bị điện mới tích hợp cơ khí và điện tử, kết hợp công tắc, bảo vệ rơle và cơ cấu hoạt động. Nó có thể tự động phát hiện dòng điện qua mạch chính của thiết bị đóng cắt. Khi xác nhận dòng điện sự cố, nó sẽ tự động ngắt dòng điện sự cố theo bảo vệ thời gian nghịch đảo sau một khoảng thời gian nhất định và tự động đóng lại nhiều lần theo yêu cầu để khôi phục nguồn điện cho đường dây. Nếu sự cố là tạm thời, đường dây sẽ trở lại trạng thái cung cấp điện bình thường sau khi thiết bị đóng cắt đóng lại; nếu sự cố là sự cố vĩnh viễn, sau khi thiết bị đóng cắt hoàn thành số lần đóng lại đã đặt (thường là 3 lần) và xác nhận rằng sự cố trên đường dây là sự cố vĩnh viễn, nó sẽ tự động khóa và không cung cấp điện cho đường dây lỗi cho đến khi sự cố được loại bỏ và khóa đóng lại được giải phóng thủ công để khôi phục trạng thái bình thường.

Các chức năng và đặc điểm cụ thể của thiết bị đóng cắt như sau:

• Về khả năng ngắt, thiết bị đóng cắt có các chức năng như ngắt dòng điện ngắn mạch, thực hiện nhiều lần đóng lại, lựa chọn sự phối hợp tuần tự của đặc trưng bảo vệ và đặt lại hệ thống bảo vệ.

• Thiết bị đóng cắt chủ yếu bao gồm buồng dập hồ quang, cơ cấu hoạt động, hệ thống điều khiển, cuộn đóng và các bộ phận khác.

• Thiết bị đóng cắt là một thiết bị điều khiển cục bộ. Về đặc trưng bảo vệ và điều khiển, nó có các chức năng như phát hiện sự cố tự động, đánh giá bản chất của dòng điện, thực hiện các thao tác chuyển mạch và có thể trở về trạng thái ban đầu, ghi nhớ số lần hoạt động và hoàn thành việc lựa chọn trình tự hoạt động như khóa đóng. Đối với các thiết bị đóng cắt được sử dụng trên đường dây, không có thiết bị điều khiển bổ sung, và nguồn điện hoạt động của chúng được lấy trực tiếp từ đường dây điện áp cao. Đối với những thiết bị được sử dụng trong trạm biến áp, có nguồn điện áp thấp cung cấp cho việc mở và đóng của cơ cấu hoạt động.

• Thiết bị đóng cắt phù hợp với cách lắp đặt đường dây phân phối ngoài trời và có thể được lắp đặt ở trạm biến áp hoặc trên các cột khác nhau.

• Số lần khóa hoạt động, đặc trưng tốc độ mở và trình tự hoạt động đóng lại của các loại thiết bị đóng cắt khác nhau thường khác nhau. Đặc trưng điển hình của 4 lần ngắt và 3 lần đóng lại là: ngắt → (T₁) đóng - ngắt → (T₂) đóng - ngắt → (T₃) đóng - ngắt, trong đó T₁ và T₂ có thể điều chỉnh và thay đổi tùy theo sản phẩm khác nhau. Nó có thể điều chỉnh số lần đóng lại và thời gian giữa các lần đóng lại theo nhu cầu vận hành.

• Ngắt sự cố pha-pha của thiết bị đóng cắt sử dụng đặc trưng thời gian nghịch đảo để phối hợp với đặc trưng ampe-thời gian của cầu chì (nhưng ngắt sự cố đất của thiết bị đóng cắt điều khiển điện tử thường sử dụng giới hạn thời gian cố định). Thiết bị đóng cắt có hai loại đường cong đặc trưng ampe-thời gian: nhanh và chậm. Thông thường, hoạt động ngắt đầu tiên của nó hoạt động theo đường cong nhanh, để có thể cắt đứt dòng điện sự cố trong 0,03-0,04 giây. Đối với các hoạt động ngắt tiếp theo, có thể chọn các đường cong đặc trưng ampe-thời gian khác nhau theo nhu cầu phối hợp bảo vệ.

2. Chức năng và đặc điểm của các thiết bị phân đoạn tự động

Thiết bị phân đoạn là một thiết bị bảo vệ tự động được sử dụng trong hệ thống phân phối để cách ly đoạn đường dây bị lỗi. Thường được sử dụng cùng với thiết bị đóng cắt tự động hoặc công tắc. Thiết bị phân đoạn không thể ngắt dòng điện sự cố. Khi xảy ra sự cố trên đoạn đường dây được phân đoạn, thiết bị đóng cắt hoặc công tắc dự phòng của thiết bị phân đoạn hoạt động, và chức năng đếm của thiết bị phân đoạn bắt đầu tích lũy số lần nhảy của thiết bị đóng cắt. Khi thiết bị phân đoạn đạt đến số lần ghi nhớ đã đặt, nó sẽ tự động nhảy vào thời điểm thiết bị dự phòng nhảy để ngắt đoạn đường dây bị lỗi. Thiết bị đóng cắt đóng lại để khôi phục nguồn điện cho các đường dây khác. Nếu số lần nhảy của thiết bị đóng cắt không đạt đến số lần ghi nhớ đã đặt của thiết bị phân đoạn và sự cố đã được loại bỏ, số lượng tích lũy của thiết bị phân đoạn sẽ tự động biến mất sau một khoảng thời gian, trở lại trạng thái ban đầu.

Thiết bị phân đoạn được chia thành hai loại theo số pha: đơn pha và ba pha. Theo phương pháp điều khiển, chúng được chia thành điều khiển thủy lực và điều khiển điện tử. Thiết bị phân đoạn điều khiển thủy lực sử dụng điều khiển thủy lực để đếm, trong khi thiết bị phân đoạn điều khiển điện tử sử dụng đếm điện tử. Các chức năng và đặc điểm chính của thiết bị phân đoạn tự động như sau:

• Thiết bị phân đoạn có chức năng tự động đếm số lần nhảy của thiết bị bảo vệ cấp trên.

• Thiết bị phân đoạn không thể cách ly dòng điện sự cố, nhưng có thể ngắt sự cố vĩnh viễn trên đường dây khi phối hợp với thiết bị đóng cắt. Do có thể cách ly dòng điện tải đầy, nó có thể được sử dụng làm công tắc tải điều khiển bằng tay.

• Thiết bị phân đoạn có thể thực hiện nhảy tự động và nhảy bằng tay. Sau khi nhảy, nó ở trạng thái khóa và chỉ có thể khôi phục nguồn điện thông qua đóng bằng tay.

• Thiết bị phân đoạn có cuộn nhảy nối tiếp trong mạch chính, và dòng điện hoạt động tối thiểu có thể thay đổi bằng cách thay cuộn.

• Không có kết nối cơ khí hoặc điện giữa thiết bị phân đoạn và thiết bị đóng cắt, và không có hạn chế về vị trí lắp đặt.

• Thiết bị phân đoạn không có đặc trưng ampe-thời gian, vì vậy nó có ưu điểm đặc biệt trong sử dụng. Ví dụ, nó có thể được sử dụng trong trường hợp các đường cong đặc trưng bảo vệ của hai thiết bị bảo vệ rất gần nhau, do đó bù đắp cho nhược điểm không thể phối hợp đôi khi ngay cả khi thêm bước trong hệ thống bảo vệ đa cấp.

3. Sự phối hợp giữa các thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn

Việc phối hợp hoạt động giữa các thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn có thể thực hiện việc loại bỏ các sự cố tạm thời, cách ly khu vực sự cố vĩnh viễn và đảm bảo nguồn điện bình thường cho các đoạn đường dây không bị lỗi. Do chức năng khác nhau của các thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn, trước hết, bố trí các đoạn của đường dây cần được xác định hợp lý theo điều kiện vận hành của hệ thống để cải thiện mức độ tự động hóa của đường dây phân phối và độ tin cậy cung cấp điện. Cấu trúc điển hình của nó được hiển thị trong Hình 1.

Theo lý thuyết, mỗi điểm nhánh trên đường dây nên được coi là một điểm phân đoạn. Như vậy, ngay cả khi xảy ra sự cố vĩnh viễn trên một nhánh đường dây tương đối ngắn, nó có thể được phân đoạn chọn lọc, và nguồn điện bình thường cho các đoạn khác có thể được duy trì. Tuy nhiên, do hạn chế kinh tế và điều kiện vận hành, điều này thường không thể thực hiện được. Do đó, cần phải xuất phát từ thực tế và thích ứng với địa phương. Cả thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn đều là các thiết bị thông minh có nhiều ưu điểm như mức độ tự động hóa cao. Tuy nhiên, chúng chỉ có thể phát huy vai trò khi được sử dụng đúng cách phối hợp. Do đó, các nguyên tắc phối hợp sau đây cần được tuân theo:

• Thiết bị phân đoạn phải được nối tiếp với thiết bị đóng cắt và được lắp đặt ở phía tải của thiết bị đóng cắt.

• Thiết bị đóng cắt dự phòng phải có khả năng phát hiện và phản ứng với dòng điện sự cố nhỏ nhất trong phạm vi bảo vệ của thiết bị phân đoạn.

• Dòng điện khởi động của thiết bị phân đoạn phải nhỏ hơn dòng điện sự cố nhỏ nhất trong phạm vi bảo vệ của nó.

• Đánh giá ổn định nhiệt và ổn định động của thiết bị phân đoạn phải đáp ứng yêu cầu.

• Dòng điện khởi động của thiết bị phân đoạn phải nhỏ hơn 80% dòng điện nhảy nhỏ nhất của bảo vệ dự phòng và lớn hơn giá trị đỉnh của dòng điện tải tối đa dự kiến.

• Số lần ghi nhớ của thiết bị phân đoạn phải ít nhất là 1 lần ít hơn số lần nhảy của bảo vệ dự phòng trước khi khóa.

Thời gian ghi nhớ của thiết bị phân đoạn phải lớn hơn tổng thời gian tích lũy sự cố (TAT) của bảo vệ dự phòng. Tổng thời gian tích lũy (TAT) của hoạt động bảo vệ dự phòng là tổng thời gian mang dòng điện sự cố của mỗi sự cố trong trình tự bảo vệ dự phòng và thời gian giữa các lần đóng lại. Do thiết bị phân đoạn không có đặc trưng ampe-thời gian, việc phối hợp giữa thiết bị đóng cắt và thiết bị phân đoạn không yêu cầu nghiên cứu các đường cong bảo vệ.

Thiết bị đóng cắt dự phòng được đặt để khóa sau 4 lần nhảy. Những hoạt động này có thể là sự kết hợp của bất kỳ chế độ hoạt động nhanh và chậm (hoặc chậm trễ), và số lần đặt cho thiết bị phân đoạn được chọn là 3 lần. Nếu xảy ra sự cố vĩnh viễn trên đường dây phía tải của thiết bị phân đoạn, thiết bị phân đoạn sẽ mở để cách ly sự cố trước lần đóng lại thứ 3 của thiết bị đóng cắt, và sau đó thiết bị đóng cắt sẽ cung cấp nguồn điện cho đường dây không bị lỗi. Nếu có các thiết bị phân đoạn được cấu hình nối tiếp khác, số lần khóa được đặt cho chúng nên nhỏ hơn từng cấp.

Khi xảy ra sự cố trên đường dây phía tải của thiết bị phân đoạn cuối cùng, thiết bị đóng cắt hoạt động. Các thiết bị phân đoạn nối tiếp đều ghi nhớ số lần thiết bị đóng cắt ngắt dòng điện. Sau khi thiết bị phân đoạn cuối cùng đạt đến số lần hoạt động, nó sẽ nhảy để cách ly sự cố, và sau đó thiết bị đóng cắt đóng lại để kết nối đường dây không bị lỗi và khôi phục nguồn điện bình thường. Các thiết bị phân đoạn không đạt đến số lần đếm sẽ được đặt lại về trạng thái ban đầu sau thời gian đặt lại quy định.