Giải pháp Bảo vệ Đường Dây với Rơle Căn cứ vào Vi Xử Lý cho Mạng Phân phối Thông minh Hiện đại

1. Giới thiệu và Thách thức Cốt lõi​
   Sự tích hợp ngày càng tăng của các nguồn năng lượng phân tán (DERs) (như năng lượng mặt trời và gió) vào mạng phân phối, kết hợp với nhu cầu ngày càng cao của người dùng về độ tin cậy và an toàn của nguồn điện, đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với các phương án bảo vệ đường dây truyền thống. Giải pháp này được thiết kế để giải quyết ba thách thức cốt lõi sau:

• ​Nguy cơ Tia hồ quang:​​ Các ngắn mạch bên trong thiết bị như tủ phân phối có thể gây ra tia hồ quang phá hủy mạnh, đe dọa an toàn của thiết bị và nhân viên, đòi hỏi hệ thống bảo vệ phải phản ứng cực kỳ nhanh chóng.
• ​Các Sự cố Đất Trở cao:​​ Đặc biệt là các sự cố đất một pha xảy ra ở vùng nông thôn hoặc khu vực có độ kháng đất cao, đặc trưng bởi dòng điện lỗi thấp, khó phát hiện đáng tin cậy bằng bảo vệ quá dòng không đối xứng truyền thống, tạo ra nguy cơ bảo vệ không hoạt động.
• ​Tác động của việc Tích hợp Nguồn Năng lượng Phân tán (DERs):​​ Việc tích hợp DERs thay đổi hướng dòng điện và đặc tính dòng điện ngắn mạch của mạng phân phối, có thể gây ra bảo vệ hoạt động sai (ngắt điện giả) hoặc không hoạt động, và giới thiệu rủi ro của việc hình thành đảo điện vô ý.

Giải pháp này, dựa trên các rơ le bảo vệ tiên tiến sử dụng vi xử lý và tích hợp nhiều thuật toán sáng tạo, cung cấp bảo vệ đường dây toàn diện, nhanh chóng và đáng tin cậy cho mạng phân phối hiện đại.

​2. Chi tiết Giải pháp​
Rơ le bảo vệ đường dây của chúng tôi sử dụng thiết kế mô-đun, tích hợp các chức năng bảo vệ cốt lõi sau để giải quyết các thách thức đã nêu.

​2.1 Mô-đun Bảo vệ Tia hồ quang Đa băng tần (AFP)​

• ​Nguyên lý Kỹ thuật:​​ Sử dụng công nghệ phát hiện đa băng tần độc quyền, đồng thời theo dõi cường độ ánh sáng (qua các cảm biến tia hồ quang chuyên dụng) và tốc độ thay đổi dòng điện (di/dt). Một sự cố chỉ được xác nhận là tia hồ quang khi cả hai điều kiện – "tín hiệu ánh sáng hồ quang mạnh" VÀ "đặc tính quá dòng tốc độ cao (>10 kA/ms)" – đều được đáp ứng (toán tử AND logic). Tiêu chuẩn kép này hiệu quả ngăn chặn hoạt động sai do nguồn sáng bên ngoài hoặc dòng điện quá tải do chuyển mạch.
• ​Lợi thế Hiệu suất:​​ Có tốc độ hoạt động cực nhanh, được thiết kế để giảm thiểu năng lượng tia hồ quang.
• ​Ví dụ Ứng dụng:​​ Sau khi triển khai trong hệ thống phân phối trung áp của một trung tâm dữ liệu lớn, mô-đun này đạt được thời gian loại bỏ sự cố tổng cộng dưới 4 mili giây, tăng gấp ba lần so với các phương án bảo vệ chỉ dựa trên dòng điện truyền thống, giảm đáng kể rủi ro hư hỏng thiết bị.

​2.2 Mô-đun Bảo vệ Sự cố Đất Độ nhạy Cao Dòng điện Thấp​

• ​Nguyên lý Kỹ thuật:​​ Sử dụng phương pháp dẫn số không. Phương pháp này liên quan đến việc đo chính xác và theo thời gian thực điện áp không đối xứng (3U₀) và dòng điện không đối xứng (3I₀) của hệ thống, tính toán giá trị dẫn số tương ứng. Thuật toán này ít nhạy cảm với sự thay đổi của dòng điện lỗi đất dung kháng của hệ thống, hiệu quả phân biệt giữa dòng điện dung kháng bình thường và dòng điện trở kháng do sự cố, do đó xác định chính xác các sự cố đất trở cao với giá trị trở kháng lên đến 1 kΩ hoặc cao hơn.
• ​Lợi thế Hiệu suất:​​ Giải quyết vấn đề độ nhạy không đủ của các phương án bảo vệ truyền thống trong các sự cố qua trở kháng cao, giảm đáng kể rủi ro bị điện giật và cháy nổ.
• ​Ví dụ Ứng dụng:​​ Trong một dự án thí điểm trong mạng nông thôn (đặc trưng bởi dòng điện lỗi đất dung kháng cao và mức cách điện đường dây không đồng đều), việc áp dụng công nghệ này đã tăng tỷ lệ phát hiện sự cố đất từ 65% với các phương án truyền thống lên 92%, cải thiện đáng kể an toàn cung cấp điện.

​2.3 Mô-đun Bảo vệ Chống Đảo điện Tích hợp Tự thích ứng​

• ​Nguyên lý Kỹ thuật:​​ Để giải quyết rủi ro hình thành đảo điện do tích hợp DER, mô-đun này kết hợp các phương pháp giám sát thụ động và chủ động.
• ​Giám sát Thụ động:​​ Liên tục theo dõi các thông số bất thường tại Điểm Kết nối Chung (PCC), như chệch tần số điện áp (Δf > 0.5 Hz) và nhảy góc pha (Δφ > 10°).
• ​Xác định Chủ động:​​ Khi các chỉ số giám sát thụ động vượt quá ngưỡng đã đặt, nó kết hợp các phương pháp chủ động như Drift Tần số Chủ động để xác nhận nhanh chóng tình trạng đảo điện.
• ​Lợi thế Hiệu suất:​​ Đảm bảo ngắt kết nối DER trong thời gian rất ngắn (< 200 ms, tuân thủ yêu cầu mã lưới) sau khi xảy ra đảo điện, ngăn ngừa nguy cơ cho thiết bị lưới và nhân viên bảo trì từ hoạt động đảo điện vô ý.
• ​Ví dụ Ứng dụng:​​ Được kiểm chứng trong một dự án microgrid chứa nhiều mảng PV, mô-đun chống đảo điện này đạt tỷ lệ chính xác 99,7%. Nó hiệu quả ngăn chặn đảo điện trong khi giảm thiểu các lần ngắt điện không cần thiết do nhiễu lưới bình thường, do đó cải thiện tỷ lệ sử dụng nguồn năng lượng phân tán.

​3. Tóm tắt Giá trị Cốt lõi​
Giải pháp bảo vệ dựa trên vi xử lý này, bằng cách tích hợp nhiều thuật toán thông minh, đạt được:

• ​An toàn Tăng cường:​​ Tối đa hóa bảo vệ nhân viên và thiết bị thông qua bảo vệ tia hồ quang cấp mili giây và bảo vệ sự cố đất độ nhạy siêu cao.
• ​Độ tin cậy Cao:​​ Hiệu quả giải quyết sự phức tạp do tích hợp DER, xác định chính xác các tình huống đảo điện và sự cố đất trở cao, loại bỏ các "điểm mù" bảo vệ.
• ​Khôi phục Nhanh chóng:​​ Cho phép loại bỏ sự cố nhanh chóng, hỗ trợ khả năng tự chữa lành mạng nhanh chóng, giảm thời gian mất điện, và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.