7  Các hạn chế và các rủi ro còn sót lại

Nhìn chung, hệ thống bảo vệ sẽ giám sát các thông số như điện áp và dòng điện về cường độ, pha, tốc độ tăng, tần số, ..., tùy thuộc vào từng ứng dụng. Nếu một trong các tham số của quá trình nằm ngoài phạm vi giá trị quy định thì thiết bị bảo vệ sẽ kích hoạt một tác động được lập trình sần. Không phải tất cả các trạng thái sự cố đều có thể được phát hiện bằng các hệ thống bảo vệ. Các hạn chế của các hệ thống bảo vệ và các rủi ro còn sót lại phổ biến được nêu trong Bảng 2.

Bảng 2 - Các hạn chế của các hệ thống bảo vệ và các rủi ro còn sót lại phổ biến

Các hạn chế của các hệ thống bảo vệ

Các rủi ro còn sót lại

Một số trạng thái sự cố có sự cố trở kháng cao xảy ra không thường xuyên và không thể được phát hiện khi điện áp và dòng điện vẫn nằm trong phạm vi cho phép đối với việc vận hành của hệ thống theo dự định.

Hậu quả của các trạng thái sự cố mà không được phát hiện, ví dụ: tiêu tán năng lượng do sự cố điện trở cao có thể được chấp nhận về mặt thiệt hại thiết bị. Ngoài ra, kinh nghiệm cho thấy thương tích gây ra đối với con người do các sự cố không được phát hiện này là các tình huống hiếm gặp đối với các hệ thống điện kéo mà đã tuân thủ theo các tiêu chuẩn có liên quan, ví dụ: bộ EN 50122.

Một khoảng thời gian ngắn giữa lúc xảy ra sự cố và thực hiện thành công các hoạt động đã được lên kế hoạch trước để chấm dứt dòng điện sự cố là không thể tránh khỏi.

Khoảng thời gian giữa lúc xảy ra sự cố và hành động theo kế hoạch gồm cả đối với bảo vệ dự phòng là một khoảng thời gian chấp nhận rủi ro.

...

...

...

Trong trường hợp này, các rủi ro còn sót lại trong hệ thống bảo vệ có thể được chấp nhận.

Khái niệm dự phòng bổ sung trong cấu trúc của hệ thống bảo vệ đều có những hạn chế nhất định, ví dụ: về thời gian, địa điểm hoặc các trường hợp làm việc đặc biệt, tính chọn lọc, v.v.

Có thể chấp nhận giảm độ nhạy, giảm độ chọn lọc và / hoặc thời gian phản ứng lâu hơn đối với bảo vệ dự phòng và có thể dẫn đến một số các tham số nhất định vượt quá phạm vi cho phép của thiết kế hệ thống, ví dụ: năng lượng chạy qua cao hơn và khoảng thời gian dài hơn đối với điện áp tiếp xúc.

Kết nối các khu đoạn có điện bởi bộ gom dòng lắp trên tàu có thể ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống bảo vệ.

Ví dụ 1: Nếu một đoàn tàu đi vào khu đoạn bị sự cố qua thiết bị cách điện khu đoạn, sự cố sẽ được cấp điện lại qua thiết bị cách điện khu đoạn để tạo ra một khu đoạn mở rộng. Vì vậy việc bảo vệ khu đoạn mở rộng này sẽ phụ thuộc vào việc bảo vệ thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc của khu đoạn liền kề mà tàu chạy vào khu đoạn bị sự cố.

Trong ví dụ này, rủi ro là một sự cố của khu đoạn mở rộng không được xử lý sẽ dẫn đến sự tiếp tục cố phóng hồ quang điện sau khi tàu rời khỏi khu đoạn chồng lấn hoặc thiết bị cách điện khu đoạn, có thể dẫn đến hư hỏng đường dây tiếp xúc trên cao. Xác suất mà một đoàn tàu chạy vào khu đoạn bị sự cố phụ thuộc vào tính chất của đường dây tiếp xúc trên cao và lưu lượng giao thông, và do đỏ không có giải pháp duy nhất nào được áp dụng trong trường hợp này.

Ví dụ 2: Trong trường hợp tàu kết nối một khu đoạn cách điện và trong cùng một thời điểm xảy ra sự cố trong khu đoạn có điện tương ứng, việc phát hiện sự cố có thể bị ảnh hưởng, xem 6.2.3.2. Đây được coi là một tình huống có xác suất rất thấp.

Rủi ro còn sót lại này trong hệ thống bảo vệ có thể được chấp nhận khi được thỏa thuận với đơn vị chịu trách nhiệm.

Chú thích: Rủi ro còn sót lại được tính toán dựa trên xác suất và mức độ nghiêm trọng của tình huống xảy ra. Nếu xác suất xảy ra rủi ro còn sót lại thấp, không cần thiết phải bổ sung các điều khoản bảo vệ khác. Trong các trường hợp khác, các điều khoản bổ sung có thể cần thiết.

...

...

...

8  Đánh gíá sự phù hợp

Đánh giá sự phù hợp phải được thực hiện bằng cách xem xét thiết kế, kiểm tra sự phù hợp của khái niệm bảo vệ với các yêu cầu bắt buộc được quy định trong tiêu chuẩn này.

Chú thích: Các hoạt động đánh giá sự phù hợp khác liên quan đến các giai đoạn sau của việc thực hiện khái niệm này là nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này, ví dụ thử nghiệm và vận hành.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ về các sơ đồ bảo vệ

A.1  Yêu cầu chung

Phụ lục này đưa ra một số ví dụ về các kế hoạch bảo vệ, dựa trên các yêu cầu trong tiêu chuẩn này. Những ví dụ này có thể cung cấp một kiến thức cơ bàn về một sơ đồ bảo vệ, nhưng chúng cần được sửa đổi theo các yêu cầu của từng hệ thống riêng biệt.

A.2  Mô tả cấu trúc của các sơ đồ bảo vệ

...

...

...

Các chức năng bảo vệ và các phương pháp nâng cao độ tin cậy được cấu trúc trong một ma trận. Các cột thể hiện phương pháp bảo vệ chính và phương pháp nâng cao độ tin cậy đối với các trạng thái sự cố cụ thề và các trạng thái sự cố bất thường. Trong từng hàng, tương ứng với một khu đoạn cần bảo vệ, thể hiện các thiết bị bảo vệ và các chức năng của chúng.

Các khối chức năng, mô tả phương pháp bảo vệ chính và phương pháp nâng cao độ tin cậy với các chức năng bảo vệ tương ứng, được thể hiện cùng màu được tích hợp trong cùng một thiết bị.

Đối với từng chức năng bảo vệ, các đầu vào, ví dụ: các máy biến áp đo, và các đầu ra, ví dụ tín hiệu ngắt, được quy định, cũng như các khoảng thời gian tối đa cho phép.

Hình A.1 - Sơ đồ bảo vệ, ví dụ về 'thanh cái' của khu đoạn cần được bảo vệ

A.3  Ví dụ về sơ đồ bảo vệ

Hình A.2 - Ví dụ về một sơ đồ bảo vệ các hệ thống điện kéo xoay chiều 50 Hz cắt cấp điện cho thanh cái

...

...

...

Hình A.4 - Ví dụ về một sơ đồ bảo vệ các hệ thống điện kéo một chiều có máy cắt cấp điện cho thanh cái

Phụ lục B

(Tham khảo)

Ví dụ về khái niệm bảo vệ đối với khu đoạn sử dụng đường dây điện 25 kV

B.1  Yêu cầu chung

Ví dụ về khái niệm bảo vệ này là dựa trên thiết bị cấp điện cho đường dây điện 25 kV được áp dụng trong hệ thống diện rộng của khu đoạn cần được bảo vệ đã được nhóm lại tương ứng với ví dụ 2 được đưa ra trong 6.2.3.1. Một khái niệm và sơ đồ chức năng có thể được phát triển cho kế hoạch bảo vệ thông thường, kế hoạch bảo vệ có dây cứng sử dụng các rơle bảo vệ hoặc cho một hệ thống tự động của trạm điện kéo theo bộ tiêu chuẩn IEC 61850. Ví dụ này chứng minh cho việc áp dụng cách tiếp cận hệ thống tự động hóa của trạm điện kéo, và do đó cấu trúc và thuật ngữ có liên quan đến việc áp dụng bộ tiêu chuẩn IEC 61850 về cấu trúc trạm điện kéo.

Mục đích của phụ lục này là để làm ví dụ tham khảo, phác thảo ra các nội dung cơ bản về khái niệm bảo vệ. Các giá trị cài đặt bảo vệ chi tiết và cả các vấn đề chi tiết về các yêu cầu thực thi được thể hiện trong phụ lục này không nhằm mục đích được coi lả thông lệ tốt nhất hoặc khuyến nghị tốt nhất, mà chỉ là một ví dụ tham khảo. Như được quy định trong tiêu chuẩn, những nội dung này và những giá trị chi tiết này phải được xác định trong quy trình tích hợp của thiết kế hệ thống và thiết kế bảo vệ, sẽ tuân thủ theo khái niệm này và do đó không được thảo luận trong phụ lục này.

Nội dung dưới đây được viết từ quan điểm của một đơn vị thiết kế khái niệm bảo vệ.

...

...

...

Khái niệm bảo vệ này đưa ra các nguyên tắc bảo vệ thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc được áp dụng cho khu đoạn sử dụng điện 25 kV truyền thống được thể hiện trong Hình B.1, kết hợp với một trạm điện kéo, ba cột song song trung gian và một cột giao cắt. Một thiết bị điện tử thông minh theo bộ tiêu chuẩn IEC 61850 (IED) được cài đặt trên mỗi nhịp (khoảng) (A1, A2, A3, ..., E4, E5) và sơ đồ thể hiện các chức năng bảo vệ chính cho A1 và A2. Các chức năng còn lại được bỏ qua ở đây cho rõ ràng.

Hình B.1 - Sơ đồ hệ thống mạng lưới điện đan

Toàn bộ khu đoạn được thể hiện trong Hình B.1 phải được cách ly như là một khu đoạn bảo vệ được nhóm lại, cả hai thiết bị cấp điện cho đường ray đều sẽ bị ngắt và xử lý tuân thủ theo quy trình xử lý sự cố bởi các máy cắt ngoài cùng (biên) (A1, B1, A5, B5). Tại các trụ song song trung gian, các công tắc sẽ vẫn duy trì đóng trong khi xảy ra sự cố. Trong khoảng thời gian trễ, các công tắc trung gian trên đường dây điện bị sự cố sẽ mở và sau đó việc cung cấp điện sẽ được khôi phục về bình thường.

Đề xuất rằng hệ thống này phải được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống tự động hóa trạm điện kéo theo bộ tiêu chuẩn IEC 61850 tại mỗi địa điểm. Các từ viết tắt và thuật ngữ trong bộ tiêu chuẩn IEC 61850 được định nghĩa ở đây, tuy nhiên để hiểu đầy đủ về cấu trúc và các nguyên tắc, nên tham khảo bộ tiêu chuẩn IEC 61850.

B.3  Giao diện

Có hai giao diện giữa hệ thống bảo vệ này và các hệ thống bảo vệ khác. Một giao diện là đầu nguồn cấp điện của hệ thống bảo vệ trạm điện kéo, và một giao diện khác là cuối nguồn cấp điện (đầu ra) của hệ thống bảo vệ tàu.

Việc phân cấp bảo vệ đầu nguồn đạt được bằng cách sử dụng sự tác động tức thời của thiết bị bảo vệ khu đoạn, để đạt được thời gian xử lý sự cố dưới 200 ms.

Việc phân cấp bảo vệ tàu đạt được theo TCVN 13339:2021. Yêu cầu phải phát hiện ra các sự cố của đường dây tiếp xúc trên từng đoàn tàu và từng đoàn tàu phải dừng hãm tái sinh trong trường hợp xảy ra trạng thái sự cố đường dây tiếp xúc.

...

...

...

Các trạng thái sự cố và các trạng thái làm việc bất thường đều phải được đưa ra trong chính sách bảo vệ được xác định như sau:

1) Tất cả các sự cố điện trở thấp trên bất kỳ dây dẫn nào của đường dây tiếp xúc về mạch hồi lưu và dây kim loại bảo vệ nối đất giữa các máy cắt giao cắt;

2) Các sự cố điện trở cao đối với dây kim loại bảo vệ nối đất trên bất kỳ dây dẫn nào của đường dây tiếp xúc giữa các máy cắt giao cắt càng xa càng tốt, và không có thêm các chức năng bảo vệ cụ thể cho các sự cố điện trở cao;

3) Sự cố quá phụ tài không thể chấp nhận được của bất kỳ dây dẫn nào của đường dây tiếp xúc giữa các máy cắt giao cắt.

B.5  Thời gian xử lý sự cố

Tất cả các sự cố điện trở thấp phải được xử lý trong vòng chưa đến 200 ms. Thời gian làm việc và xử lý sự cố của thiết bị đóng cắt chỉ được lấy là 100 ms (tức là thời gian để thiết bị đóng cắt ngắt và thời gian tia hồ quang điện bị dập tắt). Vì vậy, cần có thời gian vận hành bảo vệ tối đa 100 ms, (tức là thời gian dành cho thiết bị bảo vệ để ra lệnh ngắt khi bắt đầu xảy ra sự cố).

B.6  Các chức năng bảo vệ chính

Để đạt được thời gian xử lý sự cố yêu cầu, đề xuất cho thiết kế này, các chức năng bảo vệ bằng khoảng cách phải được sử dụng trên từng thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc ở 2 đầu khu đoạn. Bảo vệ khoảng cách loại ba vùng phải được sử dụng với ngưỡng cho phép, ngưỡng vùng 1 cung cấp bảo vệ tức thời cho 85% khu đoạn bằng các máy cắt A5 và B5. Ngưỡng vùng 2 được thiết lập để bảo vệ các sự cố trong khu đoạn cuối nguồn (ở đầu ra) bên ngoài vị trí giao cắt và ngưỡng vùng 3 để cung cấp một mức độ tiếp cận ngược như là bảo vệ dự phòng. Vùng 1 và vùng 2 chỉ bảo vệ theo hướng thuận.

Hệ thống bảo vệ sử dụng sơ đồ truyền cắt dưới ngưỡng cho phép (PUTT). Đây là một loại sơ đồ bảo vệ bằng khoảng cách hệ thống truyền tải tiêu chuẩn, trong đó tín hiệu từ chức năng Vùng 1 cục bộ được sử dụng để cung cấp khả năng ngắt tức thời một đầu từ xa mà nếu không sẽ làm việc ờ Vùng 2. Tại cột giao cắt (A5 và B5), sử dụng thiết bị bảo vệ bằng khoảng cách, với vùng 1 được thiết kế cho thanh cái của trạm điện kéo dưới ngưỡng 20%. Các tín hiệu khởi động Vùng 1 từ đầu cột giao cắt này được truyền đến các rơle của trạm điện kéo A1 và B1 để cho phép vận hành Vùng 1 như một phần của sơ đồ dưới ngưỡng cho phép.

...

...

...

Xếp hạng độ tin cậy M1 phải được cung cấp cho các vị trí giao cắt, với đầy đủ thiết bị dự phòng bảo vệ bằng khoảng cách cho khu đoạn đó. Ngoài ra, thiết bị bảo vệ bằng khoảng cách cung cấp cho các vị trí trung gian sẽ cung cấp độ tin cậy M3 bằng cách kích hoạt từ xa trình tự ngắt.

Phương pháp nâng cao độ tin cậy M1 sẽ được áp dụng cho từng phần tử của chuỗi, cụ thể là:

- Phát hiện và ngắt;

- Xóa chia lưới (mở các công tắc trung gian trong khoảng thời gian trễ);

- Tự động đóng lại.

B.8  Tính chọn lọc

Vì đây là khu đoạn được nhóm lại, có một khu đoạn bảo vệ và tính chọn lọc với các sự cố trong các vùng khoảng cách cuối nguồn cấp điện được cung cấp bởi vùng khoảng cách theo các biên độ phân cấp theo thời gian.

B.9  Yêu cầu về thời gian phân cấp

Vùng 1 làm việc tức thời, không có sự chậm trễ cố ý. Bước thời gian phân cấp là 150 ms, do đó Vùng 2 sẽ làm việc với độ trễ thời gian 150 ms và vùng 3 có độ trễ thời gian 300 ms.

...

...

...

Nếu khu đoạn được cấp điện trực tiếp từ một điểm cấp cho lưới, yêu cầu thiết bị bảo vệ chính và thiết bị bảo vệ dự phòng phải có tác động dưới 500 ms. Ngưỡng bảo vệ đầu nguồn cấp điện sẽ được phối hợp để tránh mất nguồn cung cáp điện do thiết bị bảo vệ dự phòng và thiết bị bảo vệ chính của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc.

B.11  Yêu cầu bảo trì

Các cài đặt bảo vệ phải được tính toán phù hợp với các yêu cầu của khái niệm bảo vệ. Chúng phải được phê duyệt và lưu trữ trong một hệ thống kiểm soát tài liệu đã được kiểm soát có tính đến các yêu cầu và bộ khung của việc phát triển hệ thống tự động hóa trạm điện kéo (SAS). Các tệp Ngôn ngữ cấu hình trạm điện kéo (SCL) và tệp thiết bị điện tử thống minh IED nên được phát triển bằng cách sử dụng một công cụ cấu hình hệ thống được phê duyệt và được lưu trữ trong hệ thống tài liệu đã được kiểm soát. Không được phép thay đổi cấu trúc tệp SCL mà không sử dụng quy trình kiểm soát sự thay đổi hệ thống chính thức.

Thử nghiệm ngắt định kỳ hệ thống nên được thực hiện năm năm một lần để kiểm tra toàn bộ chuỗi ngắt, đóng. Thử nghiệm này cũng nên được tiến hành trong trường hợp hệ thống có bất kỳ hoạt động bất thường nào.

B.12  Cấu trúc thiết bị bảo vệ

Đối với từng thiết bị cấp điện, một thiết bị logic điều khiển và bảo vệ độc lập phải được sử dụng cho các chức năng logic cắt và khoảng cách chính. Thiết bị này cũng kết hợp một nút logic quá tải nhiệt. Nút logic bảo vệ M1 hỗ trợ phải được cài đặt trong một thiết bị logic riêng biệt cho từng vị trí.

Hình B.2 thể hiện một sơ đồ chức năng đưa ra chức năng nút logic liên quan đến các máy cắt cấp điện A1 và A2 của sơ đồ.

Chú dẫn:

...

...

...

Nút logic theo bộ tiêu chuẩn IEC 61850

Bộ kết nối tín hiệu

Tín hiệu Analogue

Tín hiệu kỹ thuật số (cài đặt từ bên ngoài)

Tín hiệu ngắt

...

...

...

Nút logic bảo vệ bằng khoảng cách (theo IEC 61850-7-4)

XCBR

Nút logic máy cắt (theo IEC 61850-7-4)

SOTF

Chức năng tự động ngắt sự cố

Hình B.2 - Sơ đồ chức năng của máy cắt của thiết bị cấp điện A1 và A2

B.13  Trình tự vận hành

Đối với sơ đồ tuần tự như vậy, sẽ rất hữu ích khi cung cấp sơ đồ trình tự như một phần của tài liệu thiết kế, trong đó thể hiện thứ tự thông thường và thời gian điển hình đối với trình tự ngắt một sự cố. Một sự cố trên thiết bị cấp điện A được sử dụng như là ví dụ cho sơ đồ. Hình B.3 thể hiện một sơ đồ trình tự cho tình huống ví dụ này.

...

...

...

Hình B.3 - Sơ đồ trình tự điển hình - Sự cố trên thiết bị cấp điện A

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] EN 50110-1, Operation of electrical installations - Part 1: General requirements.

[2] EN 50119:2009, Railway applications - Fixed installations - Electric traction overhead contact lines.

[3] EN 50122-2, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return circuit - Part 2: Provisions against the effects of stray currents caused by d.c. traction systems.

[4] EN 50123 (all parts), Railway applications - Fixed installations - D.C. switchgear.

[5] EN 50124 (all parts), Railway applications - Insulation coordination.

[6] EN 50152 (all parts), Railway applications - Fixed installations - Particular requirements for alternating current switchgear.

[7] EN 50163, Railway applications - Supply voltages of traction systems.

...

...

...

[9] EN 50329, Railway applications - Fixed installations - Traction transformers.

[10] EN 50367, Railway applications - Current collection systems - Technical criteria for the interaction between pantograph and overhead line (to achieve free access).

[11] CLC/TR 50488, Railway applications - Safety measures for the personnel working on or near overhead contact lines.

[12] EN 50522, Earthing of power installations exceeding 1 kV AC.

[13] CLC/TS 50562, Railway applications - Fixed installations - Process, measures and demonstration of safety for electric traction systems.

[14] EN 60076 (all parts), Power transformers (IEC 60076 series) (Biến áp lực).

[15] EN 60255 (all parts), Measuring relays and protection equipment (IEC 60255 series).

[16] EN 60664 (all parts), Insulation coordination for equipment within low-voltage supply systems (IEC 60664 series).

[[17] EN 61936-1, Power installations exceeding 1 kV AC - Part 1: Common rules (IEC 61936-1).

...

...

...

[19] IEC 60050 (all parts), International Electrotechnical Vocabulary.

[[20] IEC 61805 (ail parts), Communication networks and systems for power utility automation.

Mục lục

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Hệ thống được bảo vệ

4.1  Mô tả

4.2  Giao diện

...

...

...

5.1  Mục đích

5.2  Các yêu cầu hệ thống

5.3  Mô tả hệ thống bảo vệ

5.4  Các trạng thái sự cố và các trạng thái bất thường

5.5  Khái niệm bảo vệ

6  Các yêu cầu cụ thể đối với bảo vệ cho các hệ thống khác nhau

6.1  Yêu cầu chung

6.2  Hệ thống điện xoay chiều

6.3  Hệ thống điện một chiều

...

...

...

7  Các hạn chế và các rủi ro còn sót lại

8  Đánh giá sự phù hợp

Phụ lục A (Tham khảo) - Ví dụ về các sơ đồ bảo vệ

Phụ lục B (Tham khảo) - Ví dụ về khái niệm bảo vệ đối với khu đoạn sử dụng điện 25 kV

Thư mục tài liệu tham khảo