Bộ đôi vàng trong bảo vệ phân phối: Phân tích cốt lõi về Recloser và Bộ phân đoạn

Bộ phân đoạn về bản chất là một công tắc phụ tải thông minh có chức năng ghi nhớ logic. Nó bao gồm thân công tắc phụ tải, rơ le phát hiện sự cố (FDR) và thiết bị đầu cuối điều khiển. Nó không có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch, nhưng có thể chịu được các ứng suất điện động và nhiệt của ngắn mạch, và một số model có khả năng đóng cắt dòng điện ngắn mạch.

Vai trò cốt lõi của nó là phối hợp với máy cắt đóng lặp lại ở thượng lưu, tự động mở khi mất điện áp hoặc vắng dòng điện, nhằm cách ly chính xác phần sự cố vĩnh viễn và giới hạn phạm vi mất điện ở khu vực nhỏ nhất có thể.

Tóm tắt sự khác biệt cốt lõi trong một câu: máy cắt đóng lặp lại chịu trách nhiệm cắt dòng điện sự cố, trong khi bộ phân đoạn chịu trách nhiệm cách ly phần sự cố.

2. So sánh chuyên sâu: Sự khác biệt về phần cứng và khả năng

3. Logic cốt lõi: Cách hai thiết bị phối hợp hoạt động

Phối hợp giữa máy cắt tự động đóng lại và thiết bị phân đoạn tuân theo nguyên tắc phối hợp theo trình tự thời gian. Mục tiêu là khôi phục toàn bộ lộ đối với sự cố thoáng qua và chỉ cô lập đoạn bị sự cố đối với sự cố vĩnh cửu. Hai logic phối hợp đang được sử dụng phổ biến.

Phối hợp loại Điện áp - Thời gian

Đây hiện là chế độ phổ biến nhất. Thiết bị phân đoạn có tính năng mở khi mất điện áp và đóng trễ khi điện áp được khôi phục, được điều chỉnh bởi hai cài đặt thời gian chính.

Thời gian X (độ trễ đóng): độ trễ từ khi điện áp được khôi phục ở phía nguồn của thiết bị phân đoạn đến khi thiết bị phân đoạn đó tự động đóng, thường từ 7 giây đến 45 giây (thường được cài đặt theo các bước như 7 giây, 14 giây).

Thời gian Y (thời gian phát hiện sự cố): nếu điện áp bị mất lại trong khoảng thời gian Y sau khi thiết bị phân đoạn đóng, đoạn đó được xác định là có sự cố vĩnh cửu; thiết bị phân đoạn sẽ mở và khóa chức năng đóng, thường từ 3 giây đến 10 giây (thường là 5 giây).

Trình tự vận hành đối với sự cố vĩnh cửu:

1. Xảy ra sự cố → máy cắt tự động đóng lại cắt → mất điện áp trên toàn lộ → tất cả các thiết bị phân đoạn tự động mở và đặt lại.
2. Lần đóng lại thứ nhất của máy cắt tự động đóng lại (độ trễ khoảng 15 giây) → các thiết bị phân đoạn đóng lần lượt theo thời gian X của chúng.
3. Sau khi thiết bị phân đoạn ở thượng nguồn của đoạn bị sự cố đóng, điện áp lại bị mất trong khoảng thời gian Y → thiết bị phân đoạn đó xác định đoạn bị sự cố, mở và khóa.
4. Sau khi máy cắt tự động đóng lại cắt lại, nó đóng lại lần thứ hai (độ trễ khoảng 5 giây) → các thiết bị phân đoạn ở các đoạn lành lặn đóng lần lượt và khôi phục nguồn cung cấp; đoạn bị sự cố vẫn mở do bị khóa, do đó đạt được việc cô lập.

Phối hợp loại Đếm xung quá dòng

Thiết bị phân đoạn đếm các xung dòng điện ngắn mạch đi qua nó, và khi đạt đến ngưỡng cài đặt trước, nó sẽ mở và khóa trong khoảng thời gian không có dòng điện.

Quy tắc cài đặt chính: thời gian ghi nhớ của thiết bị phân đoạn phải dài hơn Tổng thời gian tích lũy (TAT) mà máy cắt tự động đóng lại ở thượng nguồn cần để hoàn thành toàn bộ trình tự đóng lại của nó. Nếu thời gian ghi nhớ quá ngắn, thiết bị phân đoạn có thể bị đặt lại trước khi máy cắt tự động đóng lại hoàn thành trình tự của nó, và việc phối hợp sẽ thất bại.

Trình tự vận hành đối với sự cố vĩnh cửu (ngưỡng đếm = 2):

1. Xảy ra sự cố → máy cắt tự động đóng lại cắt → thiết bị phân đoạn đếm +1.
2. Lần đóng lại thứ nhất của máy cắt tự động đóng lại → sự cố vẫn còn → máy cắt tự động đóng lại cắt lại → thiết bị phân đoạn đếm +1 (đạt ngưỡng).
3. Trong khoảng thời gian không có dòng điện sau lần cắt thứ hai, thiết bị phân đoạn tự động mở và khóa.
4. Lần đóng lại thứ hai của máy cắt tự động đóng lại → các đoạn lành lặn được khôi phục và đoạn bị sự cố bị cô lập.

Lưu ý: ngưỡng đếm của thiết bị phân đoạn phải luôn thấp hơn số lần thao tác trước khi máy cắt tự động đóng lại bị khóa. Ví dụ, nếu máy cắt tự động đóng lại bị khóa sau 4 lần thao tác, hãy cài đặt thiết bị phân đoạn ở mức 2 hoặc 3.

4. Tham chiếu thông số cài đặt điển hình

5. Tại sao không chỉ sử dụng recloser dọc toàn bộ tuyến phân phối?

• Chi phí: Một bộ phân đoạn có chi phí chỉ bằng khoảng một phần ba đến một nửa so với một recloser. Trên các tuyến phân phối nông thôn dài hoặc các đường dây có nhiều nhánh, việc sử dụng bộ phân đoạn để cô lập phân đoạn sẽ tiết kiệm chi phí đáng kể.
• Giảm phạm vi mất điện: Nếu chỉ sử dụng recloser dọc toàn bộ tuyến phân phối, sự cố nhánh sẽ làm cắt máy cắt đường dây chính. Thông qua việc phối hợp giữa recloser và bộ phân đoạn, các sự cố có thể được xác định và cô lập chính xác, và các khu vực lành lặn vẫn không bị ảnh hưởng.
• Đơn giản hóa vận hành & bảo trì: Bộ phân đoạn có cấu trúc đơn giản (máy cắt phụ tải kết hợp bộ điều khiển), và chi phí vận hành & bảo trì thấp hơn nhiều so với recloser (máy cắt kết hợp điều khiển phức tạp).

6. Thách thức mới nổi: Tác động của Nguồn năng lượng phân tán (DER)

Khi mức độ thâm nhập của các nguồn năng lượng phân tán như điện mặt trời áp mái và điện gió tăng lên trong các mạng phân phối ở nước ngoài, FA loại điện áp-thời gian thông thường đang đối mặt với những thách thức mới.

• Dòng công suất ngược có thể khiến bộ phân đoạn đánh giá sai hướng sự cố hoặc không phát hiện được mất điện áp.
• Dòng sự cố hai chiều có thể làm nhiễu logic của các bộ phân đoạn kiểu đếm.

Đối với các mạng lưới có mức độ thâm nhập DER cao, khuyến nghị nên áp dụng các bộ phân đoạn thích ứng, kết hợp logic điện áp-thời gian với phát hiện sự cố có hướng, hoặc chuyển sang sơ đồ FA tập trung dựa trên truyền thông Thiết bị đầu cuối tuyến phân phối (FTU).

Biên tập từ: Garca