So với các nỗ lực để tính toán chính xác, hiện nay việc đo lường thực tế thông số đường dây bao gồm cả hệ số k là tương đối đơn giản.
Việc đo lường trở kháng đường dây đòi hỏi sử dụng các thiết bị đặc biệt như sau:
- Bộ thử nghiệm bao gồm máy khuếch đại tần số có thể biến đổi.
- Khối nối tín hiệu
- Thiết bị bảo vệ chạm đất
Hình 6: Thiết bị thí nghiệm để đo Z đường dây
Bộ thí nghiệm sử dụng để đo trở kháng đường dây là thiết bị đa năng, đa tần số được dùng để thực hiện nhiều thí nghiệm của các thiết bị thứ cấp. Nó yêu cầu phát dòng trên 800A hoặc điện áp lên tới 2000 V. Hỗ trợ nhiều phép thử tự động trên CT, VT, biến áp lực hoặc các thiết bị nhất thứ khác cần nâng cao hiệu quả của quá trình thử nghiệm nhất thứ.
Trong các ứng dụng đo lường trở kháng đường dây, sử dụng một máy phát có thể thay đổi tần số, công cụ đo và phân tích. Do sử dụng máy phát có thể biến đổi tần số, nên có thể tạo ra các tín hiệu thấp và sau đó đo cao hơn tần số chính. Sử dụng bộ lọc thuật toán số cho phép đo lường tần số một cách chọn lọc tại tần số đang được phát, có nghĩa là lọc ra một tần số trong tất cả các tần số khác. Mọi nhiễu tại tần số chính đến từ thiết bị gần hoặc đường dây được bỏ qua trong quá trình thí nghiệm
Khối nối tín hiệu được sử dụng để tách tín hiệu phát ra tại đầu ra và tín hiệu phân tích tại đầu vào. Việc phân tách là cần thiết để đảm bảo an toàn. Để hoạt động tối ưu, thiết bị có khóa lựa chọn dải làm việc và được tích hợp đồng hồ đo điện áp để kiểm tra nhanh chóng điện áp cảm ứng hoặc phụ tải lớn.
Thiết bị bảo vệ là công cụ an toàn để kết nối dễ dàng với đường dây trên không hoặc cáp lực. Hiện nay, các bộ nối đất của trạm thường được sử dụng rộng rãi. Trong trường hợp có điện áp cao đột ngột trên đường dây do sự cố trên hệ thống song song, phóng điện sét hoặc đóng cắt đột ngột, thiết bị bảo vệ cần phải chịu đựng dòng ngắn mạch lên đến 30kA trong vòng 100ms. Đặc điểm an toàn này là cần thiết cho người vận hành trong những tình huống quan trọng.
Các phép đo được tiến hành với dòng điện từ 1 đến 100A tùy thuộc vào chiều dài đường dây. Các phép đo chọn lọc tần số cho phép dòng được bơm theo độ lớn của các dòng điện bình thường. Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, chọn dải dòng cao nhất theo chiều dài đường dây. Hiện nay, các phép đo trên các đường dây lên tới 270km [123 dặm] đã được thực hiện.
Trong bảy phép đo được tiến hành trên hệ mỗi hệ thống, ba phép đo cho mỗi mạch vòng pha-pha, ba phép đo cho mỗi pha với đất và một phép đo cho ba pha với đất. Một số phép đo trong đó là dự phòng, cho phép kiểm tra chéo độ tin cậy và tính toán từng hệ số k cho mỗi pha.
Kết quả của các phép đo thực tế có thể tải sang Excel để dễ dàng xử lý; và các kết quả được hiển thị theo định dạng có thể trong chỉnh định thông số cho rơle [Hình 7].
ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
Ngành điện ở Mỹ ghi nhận một số trường hợp tác động sai khi không có sự cố trên đường dây truyền tải. Điều tra cho thấy các nguyên nhân có thể do cài đặt rơle không đúng dẫn đến bảo vệ ngoài vùng, tuy nhiên nguyên nhân này không rõ ràng. Sử dụng phương pháp đo trực tiếp các tham số đường dây, có thể loại bỏ nguyên nhân do bảo vệ tác động ngoài vùng.
Với 16 đường dây được thí nghiệm và ghi nhận với các phép đo thực tế. Đánh giá kết quả của 15 trên 16 đường dây cho thấy giá trị tính toán trở kháng thứ tự không cao hơn so với giá trị đo được. Sai số trung bình là 51% [với sai số từ 10% tới 107%]
Kết quả được thể hiện trong biểu đồ số 8, điểm đáng chú ý là các giá trị trở kháng thứ tự thuận đo được phù hợp với các giá trị tính toán trung bình 3,5%.
Để rơle được chỉnh định phù hợp, đồ thị hình 9 thể hiện so sánh của giá trị k0 trên mỗi đường dây sử dụng các kết quả tính toán hiện tại và các kết quả đo được. Dễ thấy, 12 đường dây đang bị bảo vệ ngoài vùng nghiêm trọng và 3 đường dây trong điều kiện vùng bảo vệ nhỏ hơn 1 chút. Sai số trung bình 59% với dải lỗi -15% đến 147%. Do đó, cần có sự thay đổi toàn diện với chỉnh định rơle và cần tiến hành thêm các thí nghiệm.
Ngành điện đã thực hiện một chương trình để kiểm tra tất cả các hệ thống truyền tải và thay đổi các chỉnh định bảo vệ rơle cần thiết dựa trên các kết quả đo.
Trong việc phân tích các kết quả Ngành điện muốn đi đến một kết luận rằng tại sao phương pháp truyền thống, tính toán thành phần thứ tự không có sai số lớn. Mà trước đây họ vẫn nghĩ là các số liệu vật lý là chính xác và đủ để chỉnh định bảo vệ rơle. Kết luận như sau:
- Điện trở suất của đất được đo bởi các thiết bị đo 100 Ohm có thể có sai số.
- Mạch cáp ngầm có thường xuyên đi dưới đất.
- Dây trung tính không có trong thiết kế của đường dây trên không; tuy nhiên trường hợp đường dây phân phối có sẵn dây trung tính không được xem xét [cáp trung tính 4 hoặc 13kV]
- Có các ống nước lớn, ống ga, đường ray hoặc các cấu trúc khác đặt thành hàng?
- Nếu các biến số này được đưa vào khi tính toán thì kết quả sẽ sát hơn với các giá trị đo được.
KẾT LUẬN
Ngày này, chi phí và công sức để đo trở kháng đường dây và hệ số k là một phần nhỏ so với những gì nó mang lại. Các phép đo cho thấy một số nguyên nhân mà tính toán thường đưa ra kết quả sai. Vì thế, cả tính toán và đo lường đều được sử dụng trong tương lai. An toàn, chọn lọc và loại bỏ nhanh sự cố chỉ khả thi nếu các thông số rơle được cài đặt đúng. Trở kháng đường dây và hệ số k có vai trò quan trọng nhất trong hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách.