Bảo vệ Công suất

Giới thiệu

Cùng với sự tích hợp gần đây chức năng Bảo vệ Công suất có hướng ANSI 32 vào hệ thống bảo vệ Recloser OSM của NOJA Power, trong bài viết này chúng tôi trình bày các nền tảng kỹ thuật và các cách áp dụng của chức năng bảo vệ này.

Bảo vệ Công suất có hướng (ANSI 32) được sử dụng khi một máy phát vận hành song song với với một máy phát hay hệ thống điện khác. Có hai hình thức bảo vệ là Quá công suất và Thấp công suất.

Bảo vệ Quá và Thấp công suất tính toán công suất biểu kiến đi qua recloser dựa trên các giá trị dòng điện và điện áp. Bảo vệ Quá công suất có hướng tác động khi công suất biểu kiến đo được vượt quá một ngưỡng cài đặt. Bảo vệ Thấp công suất có hướng tác động khi công suất biểu kiến đo được giảm dưới một ngưỡng cài đặt. Trong cả hai trường hợp, bảo vệ tác động và các máy phát được tách ra khỏi hệ thống thông qua lệnh cắt bảo vệ.

Bảo vệ Công suất có hướng có thể áp dụng cho recloser Ba pha, Hai pha, Một pha và Ba pha độc lập (Single Triple).

Tổng quan

Bảo vệ Quá và Thấp công suất có thể dùng trong một số ứng dụng. Bài viết sau đây sẽ giới thiệu một số ứng dụng thông dụng nhất. Trước hết, chúng ta hãy cùng xem xét điều kiện tác động chung của từng loại.

Sơ đồ sau mô tả hoạt động của phần tử Quá công suất có hướng (PDOP)

Trong đó:
Ss = Công suất biểu kiến cài đặt
θs = Góc công suất cài đặt
Sm = Công suất biểu kiến đo được
θm = Góc công suất đo được
Sngưỡng =Ss/[Cos(θs - θm)]

Tác động xảy ra nếu:
| θs -θm| < 90° và Sm > Sngưỡng

Tương tự, hoạt động của phần tử Thấp công suất (PDUP) có thể được mô tả trong công thức sau:
| θs -θm| < 90° và Sm < Sngưỡng

Có thể thấy từ các sơ đồ trên rằng khi góc công suất đo được càng lệch so với góc công suất cài đặt, giá trị Sngưỡng sẽ càng lớn. Khi độ lệch góc công suất (θs- θm ) tiến về 90°, giá trị Sngưỡng tiến về vô hạn và khi độ chênh lệch góc bằng hoặc lớn hơn ±90°, Sm không thể vượt ngưỡng này. Như thế, khi góc công suất θm thuộc những giá trị này, bất kể công suất đo được là bao nhiêu, bảo vệ Quá công suất sẽ không bao giờ tác động và bảo vệ Thấp công suất sẽ luôn luôn tác động.

Trên đây chúng ta đã thảo luận các đặc tính tổng quát của bảo vệ công suất có hướng, tiếp sau đây sẽ là một số ứng dụng cụ thể của chức năng này.

Bảo vệ Công Suất Ngược

Nếu một máy phát kết nối với lưới hay vận hành song song với một máy phát khác bị mất nguồn động lực, năng lượng sẽ chạy ngược vào máy phát và có khuynh hướng kéo máy phát như một động cơ. Để tránh tình huống này, bảo vệ công suất có hướng có thể dùng để phát hiện công suất chạy ngược và ngắt máy phát ra khỏi hệ thống

Đối với bảo vệ ngược công suất thực, góc đặc tính công suất nên đặt ở 180°, và đối với bảo vệ ngược công suất phản kháng, góc công suất đặc tính nên dùng là -90°. Minh họa cho các đặc tính này như sau:

Giới hạn công suất

Có thể dùng PDOP để giới hạn công suất phát cho máy phát điện. Có hai tình huống có thể cần dùng bảo vệ này. Thứ nhất, dùng bảo vệ này để giữ máy phát vận hành trong vùng đặc tính làm việc của nó. Tùy thuộc vào đặc tính cần dùng, như quá/ thiếu kích từ, có thể cài đặt góc đặc tính để cách ly máy phát khi công suất đầu ra vượt ra ngoài giới hạn.

Ứng dụng thứ hai của chức năng hạn chế công suất là dùng cho các vị trí kết nối lưới, nơi có yêu cầu ràng buộc giới hạn công suất thực hay phản kháng chạy vào rời khỏi lưới điện lực. Để thực hiện điều này, bảo vệ PDOP được dùng để cắt recloser hay phát cảnh báo khi quá công suất thực hay phản kháng bằng cách chỉnh góc công suất tương ứng đến 0 hay 90 độ.

Bảo vệ Thấp công suất

Bảo vệ thấp công suất dùng để ngăn các tình huống lồng tốc máy phát khi lưới đột ngột bị mất lượng lớn phụ tải. Đặc tính làm việc của bảo vệ thấp công suất như sau:

Sự khác nhau giữa bảo vệ Công suất có hướng và bảo vệ Quá dòng có hướng

Các chức năng bảo vệ có hướng của NOJA Power bao gồm bảo vệ quá dòng lẫn bảo vệ công suất. Các phần tử định hướng quá dòng và công suất hoạt động độc lập nhau và trong một số trường hợp có thể cho kết quả ngược dấu góc pha khi ghi lại các sự kiện bảo vệ có hướng. Lý do là các phần tử quá dòng tính góc quay từ véc tơ dòng điện đến điện áp, trong khi đó các phần tử công suất dùng phương pháp của IEEE, trong đó góc pha được tính theo góc quay điện áp đến dòng điện.

“Tính năng bảo vệ Công suất có hướng mở rộng tính năng có trong dòng phẩm recloser của chúng tôi để có thể dùng như một máy cắt bảo vệ máy phát điện phân tán”, Tổng giám đốc điều hành NOJA Power Neil O’Sullivan cho biết.

Bảo vệ Công suất có hướng tích hợp trong phần mềm điều khiển bắt đầu từ 1.25 của tủ điều khiển RC-10 và RC-15 của NOJA Power. NOJA Power có xuất bản Hướng dẫn áp dụng chi tiết cho chức năng này.