Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13336:2021 về Ứng dụng đường sắt - Lắp đặt cố định - Nguyên tắc bảo vệ đối với hệ thống điện kéo xoay chiều và một chiều

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13336:2021

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - LẮP ĐẶT CỐ ĐỊNH - NGUYÊN TẮC BẢO VỆ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN KÉO XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

Railway applications - Fixed installations - Protection principles for AC and DC electric traction systems

Lời nói đầu

TCVN 13336:2021 được xây dựng trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn EN 50633:2016.

TCVN 13336:2021 do Viện Khoa học và Công nghệ GTVT biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

ỨNG DỤNG ĐƯỜNG SẮT - LẮP ĐẶT CỐ ĐỊNH - NGUYÊN TẮC BẢO VỆ ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN KÉO XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

Railway applications - Fixed installations - Protection principles for AC and DC electric traction systems

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện kéo sử dụng điện một chiều và xoay chiều, gồm:

- Thiết lập các nguyên tắc bảo vệ đặc thù cho ngành đường sắt;

- Mô tả chức năng của hệ thống bảo vệ đặc thù cho ngành đường sắt;

- Quy định các yêu cầu về chức năng tối thiểu và các ví dụ tham khảo về việc ứng dụng các chức năng đó;

- Đưa ra các hạn chế của hệ thống bảo vệ và khả năng chấp nhận các rủi ro còn sót lại;

- Quy định các nguyên tắc để đánh giá sự phù hợp.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho:

- Lĩnh vực đường sắt;

- Các hệ thống vận tải có dẫn hướng, chẳng hạn như xe điện, đường sắt trên cao và đường sắt ngầm, đường sắt leo núi, hệ thống xe điện bánh lốp và hệ thống sử dụng đệm từ trường có hệ thống đường dây tiếp xúc.

Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng cho giao thông đường bộ được điện khí hóa có sử dụng đường dây tiếp xúc, chẳng hạn như hệ thống xe tải chạy điện.

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các hệ thống điện kéo kiểu loại mới và có thể áp dụng khi thay đổi các hệ thống điện kéo đang sử dụng.

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho:

Hệ thống điện kéo trong các hầm mỏ dưới mặt đất;

- Cầu trục, cần trục di chuyển và các thiết bị vận chuyển tương tự chạy trên đường ray, các kết cấu tạm (ví dụ như các kết cấu dùng để trưng bày) do các thiết bị đó không được cấp nguồn từ đường dây tiếp xúc một cách trực tiếp hoặc qua các máy biến áp và không bị ảnh hưởng bởi hệ thống cung cấp điện kéo;

- Cáp treo;

- Đường sắt leo núi bằng cáp;

- Hệ thống sử dụng đệm từ trường (không có hệ thống đường dây tiếp xúc);

- Đường sắt sử dụng nguồn điện cảm ứng mà không có hệ thống đường dây tiếp xúc;

- Đường sắt sử dụng hệ thống đường dây tiếp xúc ngầm được yêu cầu chỉ cung cấp điện ở phía bên dưới tàu để đảm bảo an toàn.

Tiêu chuẩn này không bao gồm:

- Các yêu cầu kỹ thuật cho các sản phẩm, ví dụ: các thiết bị bảo vệ;

- Các quy định về bảo trì các hệ thống bảo vệ.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

EN 50122-1:2011, Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return circuit - Part 1: Protective provisions against electric shock (Ứng dụng đường sắt - Phần lắp đặt có định - An toàn điện, nối đất và mạch hồi lưu - Phần 1: Các biện pháp chống điện giật)

TCVN 13337-3:2021, Ứng dụng đường sắt - Lắp đặt cố định - An toàn điện, nối đất và mạch điện hồi lưu - Phần 3: Tương tác lẫn nhau giữa các hệ thống điện kéo xoay chiều và một chiều.

EN 50123-1, Railway applications - Fixed installations - D.c. switchgear - Part 1: General (Ứng dụng đường sắt - Phần lắp đặt cố định - Thiết bị đóng cắt DC - Phần 1: Yêu cầu chung).

EN 50123-7-1, Railway applications - Fixed installations - D.C. switchgear - Part 7-1: Measurement, control and protection devices for specific use in d.c. traction systems - Application guide (Ứng dụng đường sắt - Phần lắp đặt cố định - Thiết bị đóng cắt DC - Phần 7-1: Thiết bị đo, kiểm soát và bảo vệ chuyên dụng trong các hệ thống điện kéo DC).

EN 50153, Railway applications - Rolling stock - Protective provisions relating to electrical hazards (Ứng dụng đường sắt - Đầu máy toa xe - Các biện pháp bảo vệ liên quan đến các nguy hiểm về điện).

EN 50327, Railway applications - Fixed installations - Harmonisation of the rated values for converter groups and tests on converter groups (Ứng dụng đường sắt - Phần lắp đặt cố định - Hài hòa các giá trị định mức và các thử nghiệm định mức cho các nhóm bộ chỉnh lưu).

TCVN 13339:2021, Ứng dụng đường sắt - Cung cấp điện và phương tiện đường sắt - Tiêu chí kỹ thuật đối với sự phối hợp giữa cung cấp điện (trạm điện kéo) và phương tiện đường sắt

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

Chú thích: Nếu cần, những định nghĩa dưới đây đều được lấy từ các Điều có liên quan của tiêu chuẩn TCVN 8095, Từ vựng kỹ thuật điện quốc tế (IEV). Trong các trường hợp như vậy, có thể tham khảo IEV.

3.1

Hệ thống đường dây tiếp xúc (contact line system)

Mạng lưới hỗ trợ để cung cấp điện từ các trạm điện kéo cho các thiết bị kéo sử dụng điện, bao gồm các hệ thống đường dây tiếp xúc trên cao và các hệ thống ray dẫn điện, những giới hạn điện của hệ thống là điểm cấp điện và điểm tiếp xúc đối với bộ gom dòng.

Chú thích: Hệ thống cơ học có thể bao gồm:

- Đường dây tiếp xúc;

- Các kết cấu và các bệ cột;

- Các thiết bị hỗ trợ và mọi thành phần hỗ trợ hoặc điều tiết các bộ phận dẫn điện;

- Các nhịp đầu và các nhịp ngang;

- Các thiết bị căng dây;

- Các bộ cấp điện dọc khu đoạn, các bộ cấp điện tăng cường, và các đường dây điện khác như dây nối đất và dây hồi lưu khi các thiết bị này được hỗ trợ từ các kết cấu của hệ thống đường dây tiếp xúc;

- Bất kỳ thiết bị nào khác cần thiết để vận hành đường dây tiếp xúc;

- Các bộ phận dẫn điện được kết nối cố định với đường dây tiếp xúc để cung cấp nguồn điện cho các thiết bị điện khác như đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu, sưởi ấm và điều khiển ghi;

[Nguồn: EN 50119:2009, 3.1.1].

3.2

Hệ thống điện kéo (electric traction system)

Mạng lưới phân phối điện của đường sắt được dùng để cung cấp điện cho đầu máy toa xe.

Chú thích: Hệ thống này có thể bao gồm:

- Các hệ thống đường dây tiếp xúc;

- Mạch hồi lưu của các hệ thống điện kéo;

- Các thiết bị điện trong các trạm điện kéo, chỉ được sử dụng để phân phối điện trực tiếp đến đường dây tiếp xúc;

- Các thiết bị điện của các trạm đóng cắt điện kéo .

[Nguồn: EN 50122-1:2011, 3.4.1].

3.3

Trạm điện kéo ((traction) substation)

Trạm điện kéo có chức năng chính là để cung cấp điện cho hệ thống điện kéo.

[Nguồn: TCVN 8095-811:2010, 811-36-02].

3.4

Trạm đóng cắt điện kéo ((traction) switching station)

Điện năng có thể được phân phối cho các khu đoạn cấp điện khác nhau từ hệ thống này hoặc các khu đoạn cấp điện khác có thể được đóng cắt điện hoặc có thể được liên kết điện từ hệ thống này.

[Nguồn: TCVN 8095-811:2010, 811-36-22].

3.5

Khu đoạn cấp điện (feeding section)

Khu đoạn cấp điện của tuyến được cấp điện bởi các máy cắt riêng của bộ cấp điện cho lưới tiếp xúc trong khu vực được cấp điện từ trạm điện kéo.

[Nguồn: EN 50119:2009, 3.3.2].

3.6

An toàn điện (electrical safety)

Không có các rủi ro vượt quá mức cho phép gây ra thiệt hại do các nguy hiểm về điện gây ra.

[Nguồn: EN 50122-1:2011, 3.1.1].

3.7

Điện giật (electric shock)

Ảnh hưởng về sinh lý học do một dòng điện chạy qua cơ thể người hoặc động vật.

[Nguồn: IEC 60050-826:2004, 826-12-01].

3.8

Mạch hồi lưu (return circuit)

Tất cả các loại dây dẫn tạo thành đường đi chủ định cho dòng điện kéo hồi lưu.

Ví dụ: Dây dẫn có thể là:

- Đường ray chạy tàu;

- Ray dẫn điện hồi lưu;

- Dây dẫn hồi lưu;

- Cáp hồi lưu.

[Nguồn: EN 50122-1:2011, 3.3.1].

3.9

Thiết bị đóng cắt (switchgear)

Thiết bị đóng cắt và sự kết hợp của chúng với các thiết bị điều khiển, đo lường, bảo vệ và điều chỉnh có liên quan, cũng như lắp ráp các cơ cấu và thiết bị này với các dắc nối, phụ kiện, vỏ bọc và các kết cấu đỡ, về nguyên tắc để sử dụng có liên quan đến phát điện, truyền tải, phân phối và biến đổi điện năng.

[Nguồn: IEC 60050-441:2000, 441-11-02].

3.10

Thời gian tác động bảo vệ (protection operating time)

Khoảng thời gian từ lúc bắt đầu sự cố đến thời điểm kích hoạt mở thiết bị đóng cắt, ví dụ: máy cắt.

Chú thích: Thời gian này bao gồm thời gian đo, thời gian truyền tín hiệu, thời gian tác động của thiết bị bảo vệ.

3.11

Thời gian mở (thiết bị đóng cắt cơ học) (opening time)

Khoảng thời gian từ thời điểm kích hoạt mờ thiết bị đóng cắt đến thời điểm khi các điểm tiếp xúc có phóng hồ quang tách ra ở tất cả các cực.

Chú thích: Thời điểm kích hoạt mờ thiết bị đóng cắt, tức là thời điểm đưa ra lệnh mở (ví dụ: cấp điện nhả tiếp điểm, v.v.), được quy định trong phần chỉ dẫn kỹ thuật có liên quan.

[Nguồn: IEC 60050-441:2000, 441-17-36].

3.12

Thời gian ngắt mạch (break-time)

Khoảng thời gian được tính từ lúc bắt đầu thời gian mở thiết bị đóng cắt cơ học (hoặc thời gian trước khi phóng hồ quang của cầu chì) và đến khi kết thúc thời gian phóng hồ quang.

[Nguồn: IEC 60050-441:2000, 441-17-39].

3.13

Thời gian xử lý sự cố (fault clearance time)

Khoảng thời gian từ lúc bắt đầu sự cố đến lúc xử lý xong sự cố.

Chú thích 1: Thời gian này là thời gian gián đoạn dòng điện sự cố dài nhất của (các) bộ ngắt dòng liên quan để loại bỏ dòng điện sự cố trên thiết bị bị sự cố.

Chú thích 2: Thời gian xử lý sự cố là tổng thời gian hoạt động bảo vệ, thời gian mở thiết bị đóng cắt cơ học và thời gian dập tắt hồ quang. Thời gian mở thiết bị đóng cắt cơ học và thời gian dập tắt hồ quang có trong thời gian ngắt mạch, IEC 60050-441-17-39.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-13-15].

3.14

Điện áp tiếp xúc U_te (hiệu dụng) ((effective) touch voltage)

Điện áp giữa các chi tiết dẫn điện khi người hoặc động vật chạm vào tức thời.

Chú thích 1: Giá trị của điện áp tiếp xúc hiệu dụng có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi trở kháng của người hoặc động vật khi tiếp xúc điện với các chi tiết dẫn điện này.

[Nguồn: IEC 60050-195:1998, 195-05-11].

3.15

Tình trạng sự cố (fault condition)

Là tình trạng không mong muốn do sự cố ngắn mạch gây ra. Tình trạng này sẽ được xử lý do sự hoạt động chính xác của các thiết bị bảo vệ và các máy cắt.

Chú thích: Trong khoảng thời gian xảy ra sự cố có liên quan, cần kiểm tra sự hoạt động chính xác của các thiết bị bảo vệ và các máy cắt.

[Nguồn: EN 50122-1:2011, 3.4.5].

3.16

Sự cố điện trở thấp (low resistance fault)

Tình trạng sự cố trong đó điện trở của sự cố đủ thấp để dòng điện sự cố có cường độ tương đương với cường độ của đường dây nếu điện trở sự cố bằng không.

Chú thích 1: Điện trở của sự cố thường bị chi phối bởi điện trở của tia hồ quang điện.

Chú thích 2: Về thuật ngữ này, điện trở sẽ được hiểu như là trở kháng đối với các dòng điện xoay chiều sự cố.

3.17

Sự cố điện trở cao (high resistance fault)

Tình trạng sự cố trong đó điện trở của sự cố đủ cao để dòng điện sự cố có cường độ nhỏ hơn đáng kể so với dòng điện sự cố điện trở thấp.

Chú thích: Về thuật ngữ này, điện trở sẽ được hiểu như là trở kháng đối với các dòng điện xoay chiều sự cố.

3.18

Trạng thái hoạt động bất thường (abnormal operating condition)

Tình trạng mà hệ thống được vận hành vượt quá khả năng làm việc dự định của nó và gây ra hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ kỳ vọng đã dự báo.

3.19

Ngắn mạch (short-circuit)

Đường dẫn điện ngẫu nhiên hoặc có chú ý giữa hai chi tiết dẫn điện trở lên gây ra sự sai lệch điện thế giữa các chi tiết dẫn điện bằng hoặc gần tới không.

[Nguồn: IEC 60050-195:1998, 195-04-11].

3.20

Bộ gom dòng (current collector)

Thiết bị được lắp trên phương tiện và dùng để gom dòng điện từ đường dây tiếp xúc hoặc ray dẫn điện.

[Nguồn: TCVN 8095-811:2010, 811-32-01].

3.21

Bảo vệ (protection)

Sử dụng các thiết bị để phát hiện sự cố hoặc các trạng thái hoạt động bất thường trong hệ thống điện, để cho phép xử lý sự cố, chấm dứt các trạng thái hoạt động bất thường và để kích hoạt các hệ thống tín hiệu hoặc chỉ dẫn.

Chú thích 1: Thuật ngữ “bảo vệ” là một thuật ngữ phổ biến đối với các hệ thống bảo vệ hoặc thiết bị bảo vệ.

Chú thích 2: Thuật ngữ “bảo vệ” có thể được sử dụng để mô tả việc bảo vệ toàn bộ hệ thống điện hoặc bảo vệ các hạng mục riêng lẻ trong hệ thống điện, ví dụ: bảo vệ máy biến áp, bảo vệ đường dây cấp điện, bảo vệ máy phát điện.

Chú thích 3: Bảo vệ không bao gồm các hạng mục trong nhà xưởng hệ thống điện, ví dụ, để hạn chế quá áp trên hệ thống điện. Tuy nhiên, nó bao gồm các hạng mục được cung cấp để kiểm soát điện áp hoặc sai lệch về tần số của hệ thống điện như ngắt cuộn cảm tự động, giảm tải, v.v.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-01].

3.22

Hệ thống bảo vệ (protection system)

Là việc bố trí một hoặc nhiều các thiết bị bảo vệ và các thiết bị khác dự định thực hiện một hoặc nhiều chức năng bảo vệ theo quy định.

Chú thích 1: Hệ thống bảo vệ bao gồm một hoặc nhiều thiết bị bảo vệ, các thiết bị điện tử thông minh (IED), các máy biến áp đo lường, dây điện, các mạch tác động ngắt, hệ thống cấp điện phụ và các hệ thống thông tin liên lạc (nếu có). Tùy thuộc vào các nguyên tắc của hệ thống bảo vệ, có thể bao gồm một đầu hoặc tất cả các đầu của khu đoạn cần được bảo vệ và thiết bị đóng tự động (nếu có).

Chú thích 2: Loại trừ đối với các máy cắt.

Chú thích 3: Các chức năng bảo vệ của máy cắt bao gồm, ví dụ: trực tiếp nhả các bộ ngắt dòng một chiều khi quá dòng hoặc hạ áp.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-04].

3.23

Thiết bị bảo vệ (protection equipment)

Thiết bị sử dụng kết hợp một hoặc nhiều rơle bảo vệ và các thành phần logic (nếu cần) nhằm thực hiện một hoặc nhiều chức năng bảo vệ theo quy định.

Chú thích: Thiết bị bảo vệ là một phần của hệ thống bảo vệ.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-03].

3.24

Rơ le bảo vệ (protection relay)

Rơle đo, hoặc được sử dụng độc lập hoặc sử dụng kết hợp với các role khác, là một thành phần của thiết bị bảo vệ.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-02].

3.25

Khu đoạn được bảo vệ (protected section)

Một phần của mạng lưới hệ thống điện, hoặc mạch điện trong phạm vi mạng lưới, đã áp dụng các biện pháp bảo vệ theo quy định.

Chú thích 1: Khu đoạn được bảo vệ thường bắt đầu từ một vị trí ngắt kết nối tự động đến ít nhất một vị trí ngắt kết nối tự động tiếp theo hoặc vị trí kết thúc mạch điện.

Chú thích 2: Hệ thống điện kéo là một dạng của mạng lưới hệ thống điện.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-05].

3.26

Tính chọn lọc (của bảo vệ) (selectivity)

Khả năng của thiết bị bảo vệ nhận diện khu đoạn bị sự cố và/hoặc các pha bị sự cố trong hệ thống điện.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-06].

3.27

Độ tin cậy bảo vệ (reliability of protection)

Khả năng có thể thực hiện chức năng bảo vệ được yêu cầu dưới các điều kiện cho trước trong một khoảng thời gian cho trước.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-12-05].

3.28

Dự phòng (redundancy)

Trong một thiết bị, có nhiều hơn một phương thức để thực hiện một chức năng được yêu cầu.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-12-08].

3.29

Độ nhạy (sensitivity)

Giá trị của các thông số làm việc nhỏ nhất (ví dụ: dòng điện, điện áp, tần số, nhiệt độ) theo quy trình mà có thể được phát hiện đối với mục đích bảo vệ.

Ví dụ: Độ nhạy của hệ thống bảo vệ cỏ thể được biểu thị bằng dòng điện sự cố nhỏ nhất hoặc giới hạn trở kháng sự cố lớn nhất.

3.30

Bảo vệ chính (main protection)

Biện pháp bảo vệ dự kiến sẽ được ưu tiên trong việc kích hoạt xử lý sự cố hoặc kích hoạt một hoạt động nhằm chấm dứt tình trạng hoạt động bất thường trong hệ thống điện.

[Nguồn: IEC 60050-448:1995, 448-11-13].

3.31

Bảo vệ dự phòng (backup protection)

Biện pháp bảo vệ dự kiến sử dụng khi sự cố hệ thống không khắc phục được hoặc không phát hiện thấy tình trạng bất thường trong thời gian quy định do các biện pháp bảo vệ khác bị hỏng hoặc không có khả năng xử lý hoặc do hư hỏng các máy cắt.

[Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-14].

3.32

Bảo vệ dự phòng cục bộ mạch (circuit local backup protection)

Bảo vệ dự phòng trong đó đầu vào hoặc là từ các bộ biến đổi được sử dụng bởi bảo vệ chính hoặc từ các bộ biến đổi được liên kết với cùng mạch sơ cấp như là bảo vệ chính.

[Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-15].

3.33

Bảo vệ dự phòng cục bộ trạm điện kéo ((substation) local backup protection)

Bảo vệ dự phòng trong đó đầu vào được lấy từ một bộ biến đổi được đặt trong cùng một trạm điện kéo tương ứng như là bảo vệ chính và không liên kết với cùng mạch sơ cấp.

Chú thích: Dự phòng cục bộ trạm điện kéo cũng có thể mở rộng sang dự phòng cục bộ trạm đóng cắt điện kéo nếu cần.

[Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-16].

3.34

Bảo vệ dự phòng từ xa (remote backup protection)

Bảo vệ dự phòng được đặt trong một trạm điện kéo xa so với trạm điện kéo đặt bảo vệ chính tương ứng.

[Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-17].

3.35

Bảo vệ chống hỏng máy cắt (circuit-breaker failure protection)

Bảo vệ được thiết kế để xử lý sự cố hệ thống bằng cách kích hoạt ngắt các máy cắt khác trong trường hợp không ngắt được máy cắt thích hợp.

(Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-18].

3.36

Ngắt dòng (tripping)

Là việc mở máy cắt bằng cách điều khiển thủ công hoặc điều khiển tự động hoặc bằng các thiết bị bảo vệ.

[Nguồn: IEC 60050-448: 1995, 448-11-31].

3.37

Nhả quá dòng trực tiếp (direct over-current release)

Việc nhả quá dòng được cung cấp điện trực tiếp bởi dòng điện trong mạch chính của thiết bị đóng cắt cơ học.

[Nguồn: IEC 60050-441: 2000, 441-16-36].

3.38

Nhả quá dòng gián tiếp (indirect over-current release)

Việc nhả quá dòng được cấp điện bởi dòng điện trong mạch chính của thiết bị đóng cắt cơ học thông qua một máy biến dòng hoặc mạch shunt.

[Nguồn: IEC 60050-441: 2000, 441-16-37].

4  Hệ thống được bảo vệ

4.1  Mô tả

Hệ thống được bảo vệ trong phạm vi của tiêu chuẩn này là hệ thống điện kéo, trong các giới hạn quy định trên Hình 1. Hệ thống điện kéo bao gồm:

- Thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện kéo;

- Bộ biến đổi điện kéo (ví dụ: bộ chỉnh lưu, máy biến áp);

- Thiết bị cấp điện cho thanh cái phân phối thứ cấp (bao gồm cả đầu nối các thanh cái);

- Thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc, phân phối điện kéo đến hệ thống đường dây tiếp xúc;

- Các đường dây điện trục nối thông giữa các thanh cái phân phối thứ cấp, ví dụ: giữa hai trạm điện kéo hoặc hai trạm đóng cắt điện kéo;

- Trạm đóng cắt điện kéo (bao gồm thiết bị cấp điện cho trạm đóng cắt điện kéo và đầu nối các thanh cái);

- Các máy biển áp tự ngẫu;

- Đường dây tiếp xúc;

- Mạch hồi lưu.

Không phải mọi hệ thống điện kéo đều phải có tất cả các bộ phận, thiết bị nêu trên.

Chú thích: Trách nhiệm vận hành, sử dụng các bộ phận, thiết bị nêu trên có thể được phân chia giữa các đơn vị vận hành (chủ sở hữu) khác nhau. Tuy nhiên, các nguyên tắc bảo vệ được mô tả sau đây là bắt buộc đối với tất cả các bộ phận, thiết bị.

Hệ thống điện kéo có giao diện với các bộ phận khác của hệ thống đường sắt. Các giao diện này có thể bao gồm:

- Cấp điện cho thanh cái phân phối sơ cấp;

- Đầu máy, toa xe;

- Các thiết bị điện được cấp điện bởi thanh cái hoặc hệ thống đường dây tiếp xúc (ví dụ: các máy biến áp phụ,...).

Các thiết bị hoặc hệ thống con khác, ví dụ: hệ thống tín hiệu và thông tin liên lạc có thể bị ảnh hưởng bởi hệ thống điện kéo nhưng việc bảo vệ chúng không nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn này.

Các đường dây truyền tải và phân phối điện song song hoặc trong ranh giới đường sắt không được coi là một phần của hệ thống điện kéo. Chúng sẽ áp dụng các nguyên tắc bảo vệ đối với các hệ thống truyền tải và phân phối chung.

Hình 1 - Hệ thống điện kéo và các giao diện của nó

Hình 1 thể hiện một trạm điện kéo, tuy nhiên nó cũng có thể áp dụng cho các bộ phận liên quan của trạm đóng cắt điện kéo, ví dụ: thiết bị cấp điện cho trạm đóng cắt điện kéo thay vì thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc.

4.2  Giao diện

4.2.1  Thiết bị cấp điện

Giao diện giữa hệ thống điện kéo và hệ thống phân phối/truyền tải điện là máy cắt cấp điện cho bộ biến đổi điện kéo. Các thiết bị đầu nguồn cấp điện phải tuân thủ các nguyên tắc bảo vệ đối với các hệ thống truyền tải và phân phối chung, có tính đến các yêu cầu sau tại giao diện:

- Phối hợp bảo vệ;

- Giao tiếp thông tin;

- Đóng tự động;

- Hướng của dòng công suất (tiêu thụ và tái sinh).

4.2.2  Đầu máy toa xe

Giao diện giữa hệ thống điện kéo và đầu máy toa xe điện là máy cắt của đơn nguyên kéo (máy cắt cho động cơ điện kéo).

Đối với các sự cố bên trong trong một đơn nguyên kéo (tức là các lỗi xảy ra ở đầu ra của máy cắt của đơn nguyên kéo) áp dụng các yêu cầu trong Bảng 7 của TCVN 13339:2021.

Việc bảo vệ đầu máy toa xe điện chống lại các sự cố xảy ra ở đầu ra của máy cắt của đơn nguyên kéo không phải là chức năng chính của hệ thống bảo vệ của hệ thống điện kéo, tuy nhiên nó có thể cung cấp một mức độ bảo vệ dự phòng từ xa đối với các sự cố đó.

Việc bảo vệ trong trạm điện kéo cung cấp điện kéo có khả năng phát hiện ra các sự cố bao gồm trở kháng của phương tiện lớn nhất như quy định trong EN 50153.

Chú thích: Theo TCVN 13339:2021, các sự cố trong đầu máy toa xe điện tốt nhất là nên được xử lý bằng máy cắt trên phương tiện. Máy cắt trên phương tiện phải làm việc bình thường. Máy cắt của trạm điện kéo cũng bị ngắt mà không bị chậm trễ có chú ý trong chức năng bảo vệ chính, tức là không có sự chọn lọc giữa phương tiện và trạm điện kéo ngoài việc nhận diện cường độ dòng điện. Ngay cả khi xem xét sự cố ngừng hoạt động của một trong những máy cắt này, thì máy cắt còn lại cũng phải cung cấp chức năng bảo vệ dự phòng hạn chế. Do không có sự chọn lọc giữa chúng nên không được có sự chậm trễ cố ý trong thời gian xử lý sự cố.

Trong trường hợp phương tiện có hâm tái sinh, áp dụng các yêu cầu trong TCVN 13339:2021. Theo đó, các phương tiện tuân thủ sẽ không tiếp tục phóng điện trở về lưới nếu xảy ra sự cố mất điện áp nguồn hoặc trạng thái sự cố ray - đường dây tiếp xúc/nối đất - đường dây tiếp xúc. Trong trường hợp đầu máy toa xe không tuân thủ TCVN 13339:2021, việc bố trí chức năng bảo vệ trong trường hợp hãm tái sinh phải được thỏa thuận với đơn vị chịu trách nhiệm.

4.2.3  Các thiết bị điện được cấp điện bởi hệ thống điện kéo

Các thiết bị điện không trực tiếp liên quan đến điện kéo, ví dụ: thiết bị cung cấp điện phụ, không phải là một phần của hệ thống điện kéo, mặc dù chúng có thể được cấp điện bởi hệ thống điện kéo.

Giao diện giữa hệ thống điện kéo và các thiết bị điện được cấp điện bởi đường dây tiếp xúc là thiết bị ngắt kết nối giữa thiết bị đó với đường dây tiếp xúc, tức là đường dây tiếp xúc trên cao hoặc ray dẫn điện và kết nối với mạch hồi lưu.

Giao diện của hệ thống điện kéo với các thiết bị điện được cấp điện bởi thanh cái của trạm điện kéo là thiết bị ngắt kết nối giữa thanh cái của trạm điện kéo và thiết bị điện ở vị trí mà chức năng bảo vệ đầu ra phải đảm nhiệm.

Việc bảo vệ hệ thống điện kéo phải được phối hợp với việc bảo vệ các thiết bị điện. Tuy nhiên, việc phát hiện các sự cố bên trong trong phạm vi của các thiết bị điện được cấp điện bởi hệ thống điện kéo không phải là chức năng chính của hệ thống bảo vệ cho hệ thống điện kéo.

5  Các nguyên tắc chung

5.1  Mục đích

Chức năng của hệ thống bảo vệ là cung cấp các giải pháp bảo vệ trong trường hợp xảy ra sự cố và trong trạng thái làm việc bất thường. Chức năng bảo vệ này được cung cấp bằng cách giám sát các giá trị của các tham số như dòng điện, điện áp, tần số và nhiệt độ và bằng cách kích hoạt các biện pháp can thiệp, chẳng hạn như ngắt các máy cắt.

Các mục đích chính của các hệ thống bảo vệ là:

- Duy trì tính liên tục của dịch vụ và hiệu năng của hệ thống điện kéo, và giảm tối thiểu sự gián đoạn đối với các hoạt động vận hành càng nhiều càng tốt;

- Hạn chế tác động và thiệt hại đối với các thiết bị bị ảnh hưởng;

- Tránh các hiệu ứng xếp tầng và lan rộng sang các khu vực mạng lưới khác;

- Giảm thiểu ảnh hưởng/hiệu ứng của hồ quang điện và năng lượng được giải phóng khi xảy ra sự cố;

- Góp phần bảo vệ con người chống bị điện giật gián tiếp.

Mục đích chính là để ngăn ngừa và hạn chế thiệt hại của thiết bị và góp phần bổ sung cho an toàn điện liên quan đến việc tiếp xúc gián tiếp và các tác động thứ cấp, ví dụ: phóng hồ quang điện. An toàn điện của hệ thống điện kéo phải được đảm bảo bằng cách đáp ứng một loạt các yêu cầu bao gồm cả những yêu cầu trong EN 50122-1 và TCVN 13337-3:2021.

Mục đích của hệ thống bảo vệ không phải là để tránh rủi ro bị điện giật do tiếp xúc trực tiếp với thiết bị có điện. Trong trường hợp tiếp xúc trực tiếp với các dây dẫn có điện, ví dụ: trong các hoạt động bảo trì, thì việc phản ứng theo quy định cũng đã là quá muộn. Rủi ro này sẽ không được giảm thiểu theo tiêu chuẩn này.

5.2  Các yêu cầu hệ thống

5.2.1  Yêu cầu chung

Các yêu cầu cơ bản của hệ thống bảo vệ là:

- Độ tin cậy của bảo vệ;

- Phân loại tải;

- Tính chọn lọc;

- Tốc độ làm việc;

- Tính khả thi về mặt kinh tế.

Những yêu cầu này cần được xác định và cân bằng với các yêu cầu chung của hệ thống điện kéo.

Do phạm vi địa lý và thiết kế của hệ thống điện kéo, có thể cần phải chia nhỏ hệ thống bảo vệ thành nhiều thiết bị bảo vệ riêng biệt. Chẳng hạn như hệ thống bảo vệ ngắt kết nối tự động của tất cả các pha hoặc của từng pha. Chức năng bảo vệ được cung cấp tại từng điểm cấp điện đến từng thiết bị.

Mặc dù khu đoạn được bảo vệ được xác định theo các điểm ngắt kết nối tự động, nhưng phải nhận thấy rằng các vị trí đo để phục vụ cho chức năng bảo vệ có thể được đặt ở hai bên của mỗi điểm ngắt kết nối tự động, tức là bên trong hoặc bên ngoài khu đoạn được bảo vệ. Điều này dẫn đến hoặc là có một khoảng cách trong việc phát hiện sự cố, hoặc nếu không thì phát hiện trùng lặp với khu đoạn được bảo vệ khác. Vấn đề này phải được tính đến trong việc phát triển tài liệu về khái niệm bảo vệ.

Các hệ thống bảo vệ của các mạch được cấp điện bởi nhiều hơn một nguồn phải được phối hợp với nhau.

Ví dụ 1: Một ví dụ đối với một mạch điện là khu đoạn cấp điện. Tại vị trí bắt đầu của khu đoạn cấp điện, một máy cắt có bảo vệ được cung cấp cho một trạm điện kéo. Trong trường hợp hệ thống cấp điện hai đầu, thì khu đoạn này sẽ được cấp điện từ hai nguồn và được bảo vệ bởi thiết bị bảo vệ và máy cắt được cung cấp tại từng đầu của khu đoạn.

Trong một số trường hợp nhất định, các đoàn tàu có hãm tái sinh có thể ảnh hưởng đến hiệu năng của các hệ thống bảo vệ. Các yêu cầu đối với hãm tái sinh được quy định trong TCVN 13339:2021.

Đối với các hệ thống cho phép sử dụng hãm tái sinh, các phản ứng bảo vệ cần thiết đối với sự cố từ hệ thống bảo vệ cung cấp điện kéo và từ tàu hoặc từ hệ thống tái sinh dọc đường khác, phải được xem xét và thỏa thuận với đơn vị thiết kế hệ thống/quản lý cơ sở hạ tầng có tính đến các yêu cầu của TCVN 13339:2021.

Chú thích: Việc thiết kế các hệ thống bảo vệ cho ngành đường sắt mà sử dụng hãm tái sinh đòi hỏi sự chú ý đặc biệt về mọi tác động của hãm tái sinh đối với hiệu năng danh định của hệ thống bảo vệ. Một ví dụ là ảnh hưởng của sự xâm lấn do hãm tái sinh, trong đó dòng điện tái sinh có thể che dấu tác động của các sự cố đối với chức năng bảo vệ dựa trên khoảng cách.

Đối với một số tình huống nhất định, một hành động bảo vệ được xác định trước có giá trị toàn cầu có thể không tồn tại. Đối với các tình huống yêu cầu các hành động cụ thể, phản ứng bắt buộc của hệ thống bảo vệ phải được thỏa thuận với đơn vị chịu trách nhiệm, ví dụ: Đơn vị quản lý cơ sở hạ tầng.

Ví dụ 2: Quyết định tự động ngắt kết nối nguồn điện trong các khu đoạn đường hầm và do đó các đoàn tàu và hành khách có thể bị mắc kẹt, thì quyết định này sẽ phụ thuộc vào khái niệm an toàn vận hành tổng thể.

5.2.2  Các phương pháp nâng cao độ tin cậy bảo vệ

Để bảo vệ hệ thống điện kéo, phải phát hiện và xử lý trạng thái sự cố độc lập trong các mạch điện ngay cả khi chỉ có một hư hỏng duy nhất trong hệ thống bảo vệ.

Để đạt được điều này, một hoặc nhiều phương pháp nâng cao độ tin cậy cơ bản sau phải được áp dụng, dựa trên kinh nghiệm vận hành lâu dài các hệ thống điện kéo.

Các phương pháp và các chức năng bảo vệ liên quan tại các vị trí khác nhau trong chuỗi bảo vệ phải được xác định và phối hợp với việc thiết kế cơ bản hệ thống điện kéo.

Tuy nhiên, các phương pháp này cung cấp các mức độ dự phòng kháo nhau và do đó phải được áp dụng cho chuỗi bảo vệ bằng cách tính đến các yêu cầu cụ thể được quy định tại Điều 6.

Các phương pháp nâng cao độ tin cậy bảo vệ có thể áp dụng (Mx) được mô tả như sau:

a) M1: Dự phòng độc lập tức thời:

Với phương pháp này, một phương án bảo vệ khác (main-2) sẽ làm việc song song và độc lập với bảo vệ chính (main-1).

Phương pháp này sẽ bao gồm các rơle bảo vệ độc lập, và cũng có thể bao gồm độc lập về:

1) Các đầu vào bao gồm các cảm biến, như được mô tả trong 5.3 (tùy chọn);

2) Nhả ngắt (tùy chọn);

3) Mạch ngắt (tùy chọn);

4) Cấp điện phụ (tùy chọn).

Các hạng mục tùy chọn thường được thỏa thuận giữa các đơn vị có liên quan, ví dụ: đơn vị thiết kế hệ thống.

Việc sử dụng rơle bảo vệ với các chức năng khác nhau có thể làm tăng tính đa dạng, nhưng nên xem xét liệu nó có cung cấp hiệu năng tương đương hay không.

Nhìn chung, dự phòng song song là cần thiết đối với các trạng thái sự cố có điện áp cao, trong đó thiệt hại đáng kể về tài sản là có thể xảy ra hoặc khi có lý do về mặt kinh tế để tiêu chuẩn hóa. Phương pháp nâng cao độ tin cậy này đảm bảo xử lý sự cố nhanh nhất khi bảo vệ chính (main-1) bị hỏng.

b) M2: Bảo vệ dự phòng cục bộ mạch:

Với phương pháp này, dự phòng cho bảo vệ chính được cung cấp bởi bảo vệ dự phòng cục bộ mạch (xem 3.32). Bảo vệ dự phòng chỉ tác động trong trường hợp trạng thái sự cố được duy trì, ví dụ: phải thể hiện được bảo vệ chính không xử lý được trạng thái sự cố.

Phương pháp này sẽ bao gồm các rơle bảo vệ độc lập, và cũng có thể bao gồm độc lập về:

1) Các đầu vào bao gồm các cảm biến, như được mô tả trong 5.3 (tùy chọn);

2) Nhả ngắt (tùy chọn);

3) Mạch ngắt (tùy chọn);

4) Cấp điện phụ (tùy chọn).

Các hạng mục tùy chọn thường được thỏa thuận giữa các đơn vị có liên quan, ví dụ: đơn vị thiết kế hệ thống.

Chú thích 1: Với phương pháp này, thông thường sẽ tính thêm thời gian trễ khi xử lý trạng thái sự cố trong trường hợp hỏng bảo vệ chính và do đó các mức điện năng đi qua cao hơn có thể xảy ra.

Khi chức năng bảo vệ chính là sẵn có, thì bảo vệ dự phòng sẽ không can thiệp vào hoạt động của bảo vệ chính.

Nhìn chung, một thiết bị bảo vệ bao gồm nhiều chức năng bảo vệ dành riêng cho phương pháp M1 cũng có thể cung cấp các chức năng bảo vệ bổ sung được sử dụng cho M2.

Việc sử dụng phương pháp M2, bảo vệ dự phòng cục bộ mạch có thể có một bộ chức năng bị giảm so với bảo vệ chính.

c) M3: Bảo vệ dự phòng chồng lấn:

Phương pháp này sử dụng chức năng dự phòng cục bộ trạm điện kéo hoặc bảo vệ dự phòng từ xa. Hệ thống bảo vệ được tổ chức thành nhiều khu đoạn được bảo vệ khác nhau có thiết bị bảo vệ dự phòng được cung cấp bằng cách chồng lấn phạm vi với (các) khu đoạn liền kề. Các rơle bảo vệ ở các cấp khác nhau trong chuỗi bảo vệ đáp ứng đầy đủ chức năng bảo vệ chính đối với khu đoạn bảo vệ được chỉ định của chúng và phải bao trùm cả các khu đoạn được bảo vệ liền kề như là dự phòng, chỉ tác động trong trường hợp có trạng thái sự cố được duy trì khi chức năng bảo vệ chính trong khu đoạn liền kề có thể không xử lý được trạng thái sự cố.

Trong cấu trúc bảo vệ này, các khu vực chồng lấn phải được bố trí về tính chọn lọc, sao cho nếu xảy ra trạng thái sự cố thì thiết bị bảo vệ chính vẫn hoạt động bình thường, mặc dù một số thiết bị bảo vệ có thể phát hiện ra trạng thái sự cố, chỉ những phần liên quan đến khu đoạn bị sự cố mới hoàn thành chức năng ngắt. Bảo vệ dự phòng sẽ khởi động lại nếu làm việc không đúng. Khi đó có thể yêu cầu chặn hoặc làm gián đoạn các chương trình (sơ đồ).

Chú thích 2: Với phương pháp này, thông thường sẽ tính thêm thời gian trễ khi xử lý trạng thái sự cố trong trường hợp hỏng bảo vệ chính và do đó các mức điện năng đi qua cao hơn có thể xảy ra.

d) M4: Giám sát:

Phương pháp này cung cấp một chế độ giám sát giúp phát hiện các khiếm khuyết tiềm ẩn ảnh hưởng đến khả năng của hệ thống bảo vệ. Phương pháp này có thể kích hoạt các biện pháp can thiệp làm giảm xác suất yêu cầu hệ thống bảo vệ phải tác động trong khi có khiếm khuyết.

Phương pháp này có thể bao gồm, nhưng không giới hạn:

1) Giám sát các chức năng quan trọng;

2) Giám sát việc mạch ngắt;

3) Giám sát việc cấp điện phụ;

4) Giám sát cảm biến, ví dụ: các máy biến dòng và biến áp.

Giám sát hệ thống bảo vệ sẽ hỗ trợ cho việc quản lý hệ thống điện kéo theo các yêu cầu về độ tin cậy của hệ thống bảo vệ. Tùy thuộc vào các yêu cầu làm việc, hai khái niệm khác nhau có thể được áp dụng:

i. A. Giám sát kích hoạt tự động ngắt máy cắt liên quan, trong trường hợp hệ thống bảo vệ chính không làm việc và không có bảo vệ dự phòng trong khu đoạn được bảo vệ.

ii. B. Giám sát bảo vệ chính theo cách mà nhân viên vận hành được đào tạo khi không làm việc và có thể kích hoạt hoạt động khắc phục nhưng không ngắt các máy cắt liên quan. Đối với một số trường hợp nhất định, hoạt động của một khu đoạn mà không được bảo vệ hoàn toàn bởi bảo vệ dự phòng khi bảo vệ chính không làm việc có thể được chấp nhận trong một khoảng thời gian giới hạn.

Chú thích 3: Việc quyết định liệu có áp dụng khái niệm B sẽ tùy thuộc vào khái niệm an toàn hoạt động tổng thể.

5.2.3  Phân loại tải

Hệ thống bảo vệ phải được thiết kế có tính đến sự phân loại tải và phải làm việc ổn định trong các trạng thái tải.

Trong một số hệ thống điện kéo, có thể khó phân biệt giữa trạng thái sự cố và các trạng thái của dòng điện tải.

Điều này có liên quan đến các hệ thống điện kéo do nhu cầu sử dụng điện năng cao của các đoàn tàu. Trong một số trường hợp, cường độ dòng điện của đường dây điện tiếp xúc ở chế độ làm việc bình thường có thể tương đương với cường độ dòng điện của dòng điện sự cố, đối với các sự cố nằm ở các vị trí cách xa các trạm điện kéo và được đặc trưng bởi tổng trở vòng lặp sự cố cao.

Ví dụ: Một ví dụ về tính không ổn định: nếu máy cắt của bộ cấp điện cho đường dây tiếp xúc ngắt khi không cần thiết trong khi các bộ gom dòng trên các đoàn tàu làm cầu nối chuyển tiếp giữa các khu đoạn liền kề có điện, thì việc ngắt khi không cần thiết này có thể khiến dòng điện tải cao được truyền giữa các khu đoạn có điện và dẫn đến hư hỏng OCL (đường dây tiếp xúc trên cao) do phóng hồ quang quá nhiều.

Để giảm bớt việc ngắt không cần thiết đối với các dòng điện tải, các giải pháp bảo vệ điển hình sau đây có thể được áp dụng:

- Bảo vệ trở kháng hoặc tốc độ dòng điện của các chức năng tăng hoặc bảo vệ quá dòng ngược và cắt liên động điện áp thấp đối với các hệ thống điện một chiều như được mô tả trong EN 50123-7-1;

- Góc trở kháng và tốc độ dòng điện của các chức năng tăng đối với các hệ thống điện xoay chiều.

5.2.4  Tốc độ bảo vệ

Các hệ thống bảo vệ phải kích hoạt xử lý các trạng thái sự cố mà không được có sự chậm trễ cố ý để tạo thuận lợi cho việc xử lý nhanh trạng thái sự cố trong khoảng thời gian cho phép. Khoảng thời gian cần thiết phải tính đến các yêu cầu sau:

- Bảo vệ thiết bị, hạn chế ứng suất cơ học và ứng suất nhiệt nằm trong phạm vi dung sai thiết kế hệ thống. Bảo vệ chính phải xem xét đến khả năng chịu dựng ngắn hạn của thiết bị được bảo vệ. Bảo vệ dự phòng cũng phải làm giảm thiểu rủi ro thiệt hại về cơ học và về nhiệt. Các tham số về thời gian trong bảo vệ dự phòng phải được quy định trong tài liệu về khái niệm bảo vệ.

- An toàn điện liên quan đến việc tiếp xúc gián tiếp, thời gian tối đa cho phép đối với điện áp tiếp xúc tuân thủ theo thiết kế nối đất và mạch hồi lưu. Theo EN 50122-1, việc đánh giá điện áp tiếp xúc cho phép phải dựa trên giả thiết các thiết bị bảo vệ và máy cắt làm việc chính xác.

Điều kiện trước tiên là hệ thống điện kéo và các phương tiện được thiết kế phù hợp để đáp ứng các yêu cầu trong EN 50122-1, TCVN 13337-3:2021 và EN 50153 về thiết kế điện áp tiếp xúc và thiết kế nhiệt của các thiết bị nối đất và mạch hồi lưu.

- Hạn chế thiệt hại do phóng hồ quang điện tại vị trí sự cố, đặc biệt đối với các đường dây tiếp xúc trên cao.

- Ổn định hệ thống.

5.2.5  Tính chọn lọc

Hệ thống bảo vệ phải có khả năng nhận diện có chọn lọc và tự động kích hoạt ngắt kết nối khu đoạn bị sự cố hoặc thiết bị bị sự cố. Các khu đoạn trong mạng lưới không bị sự cố phải không bị ảnh hưởng lâu dài, tức là việc hoạt động bình thường được nối lại sau khi kết thúc trình tự ngắt sự cố (sự cố được xử lý xong).

Đối với bảo vệ dự phòng cho phép giảm tính chọn lọc.

5.2.6  Tính khả thi về mặt kinh tế

Tính khả thi về mặt kinh tế của một hệ thống bảo vệ liên quan đến giá trị kinh tế của thiết bị được bảo vệ và hậu quả của trạng thái sự cố không được xử lý hoặc mất nguồn cung cấp điện do việc ngắt không cần thiết nên được xem xét trong thiết kế hệ thống bảo vệ.

5.3  Mô tả hệ thống bảo vệ

Dựa trên việc diễn giải về chức năng ờ mục 3.22, hệ thống bảo vệ được áp dụng trong hệ thống điện kéo là tổng số các thiết bị để thực hiện đầy đủ các chức năng mong muốn. Theo đó, hệ thống bảo vệ có thể bao gồm:

- Các thiết bị bảo vệ (ví dụ: các rơle đa chức năng, các rơ le có một chức năng bảo vệ độc lập, hoặc các thiết bị điện tử thông minh);

Chú thích 1: Các thiết bị điện tử thông minh (IED) chứa một hoặc nhiều bộ vi xử lý có khả năng thực hiện một hoặc nhiều nút logic, được quy định trong bộ tiêu chuẩn IEC 61850 đối với các chức năng bảo vệ.

- Các cảm biến, ví dụ: các biến áp đo điện, cảm biến nhiệt độ, các thiết bị hiển thị vị trí;

- Các chức năng bảo vệ máy cắt, bao gồm các thiết bị ngắt (nhả);

- Thiết bị tự giám sát ở cấp thiết bị;

- Hệ thống thông tin chuyên dụng cho việc bảo vệ;

- Hệ thống thông tin chung cho mục đích kiểm soát, ví dụ: kiểm soát trạm điện kéo, hệ thống SCADA (Kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu);

- Cấp điện phụ.

Chú thích 2: Trong tiêu chuẩn này, chức năng bảo vệ của các máy cắt được coi là một phần của hệ thống bảo vệ. Các đặc tính thiết kế của sản phẩm và các thông số kỹ thuật thiết kế được đề cập trong các tiêu chuẩn về sản phẩm có liên quan đối với thiết bị đóng cắt một chiều và xoay chiều, ví dụ: bộ tiêu chuẩn EN 50123 và bộ tiêu chuẩn EN 50152.

Chú thích 3: Nguồn cung cấp điện phụ điển hình là điện một chiều (có bộ lưu trữ năng lượng cục bộ, ví dụ: ắc quy).

Chú thích 4: Trong một số ứng dụng, hệ thống bảo vệ có thể được kết hợp với các hệ thống kiểm soát để tạo thảnh sơ đồ / quy trình kiểm soát và bảo vệ tích hợp. Quy trình này có thể dưới dạng các sơ đồ bảo vệ diện rộng có hệ thống thông tin liên lạc chuyên dụng giữa các trạm điện kéo, ví dụ, dựa trên bộ tiêu chuẩn IEC 61850.

Chú thích: Các kết nối từ bảo vệ dự phòng cục bộ đến các mạch đo dòng điện và các mạch đo điện áp, đến hệ thống ngắt và đến hệ thống SCADAy/điều khiển trạm điện kéo không được thể hiện rõ ràng.

Hình 2 - Ví dụ về một hệ thống bảo vệ

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

Việc thiết kế hệ thống bảo vệ phải tính đến các trạng thái sự cố sau:

a) Sự cố điện trở thấp giữa:

1) Mọi dây dẫn có điện và mạch hồi lưu kéo hoặc dây trung tính;

2) Và nếu mạch hồi lưu kéo được nối đất, mọi dây dẫn có điện và hệ thống nối đất;

3) Hai hoặc nhiều dây dẫn có điện với độ lệch pha hoặc các cực khác nhau, ví dụ: Các đường dây điện xoay chiều có độ lệch pha 60°, 120° hoặc 180°;

b) Trong trường hợp có thể thực hiện được và nằm trong các giới hạn về mặt kỹ thuật, sự cố điện trở cao giữa:

1) Mọi dây dẫn có điện và hệ thống nối đất, và ngoài ra;

2) Mọi dây dẫn có điện và mạch hồi lưu kéo hoặc dây trung tính;

3) Hai hoặc nhiều dây dẫn có điện.

Việc thiết kế hệ thống bảo vệ cũng phải tính đến các trạng thái làm việc bất thường sau:

c) Quá tải hệ thống;

d) Quá áp và dưới áp hệ thống;

e) Quá tần số và dưới tần số hệ thống;

f) Trạng thái bất thường của thiết bị cung cấp điện kéo, ví dụ: trạng thái mở các nhánh van chỉnh lưu, áp suất khí thấp các thiết bị đóng cắt;

g) Phòng ngừa việc đóng máy cắt (ví dụ: đối với máy cắt của đầu nối các thanh cái, thường tách hai thanh cái trong trạng thái lệch pha).

Các trạng thái sự cố và các trạng thái bất thường được xử lý bởi thiết bị bảo vệ ở từng khu đoạn được bảo vệ phải được quy định trong khái niệm bảo vệ, như được mô tả trong 5.5.

Chú thích: Các sự cố liên hệ thống, ví dụ: giữa hệ thống truyền tải điện áp cao HV và hệ thống điện kéo, không được quy định trong tiêu chuẩn này.

5.5  Khái niệm bảo vệ

Để hệ thống điện kéo được bảo vệ, các nguyên tắc và các yêu cầu thiết kế đối với chức năng bảo vệ phải được xác định trong khái niệm bảo vệ, mô tả cấu trúc bảo vệ và triết lý dự phòng. Khái niệm bảo vệ nên được xây dựng như là một phần không thể thiếu trong thiết kế hệ thống.

Khái niệm bảo vệ phải mô tả hệ thống bảo vệ được sử dụng cho các phần có liên quan của hệ thống điện kéo, bao gồm thông tin về giao diện như được quy định trong 4.2 và có xem xét đến các nhu cầu của mọi mạng lưới được kết nối điện, độc lập với chủ sở hữu hoặc cơ quan quản lý việc vận hành.

Chú thích 1: Các giao diện cũng bao gồm giao diện với các phần của hệ thống hiện có mà không có sự thay đổi.

Khái niệm bảo vệ cũng phải mô tả các sắp xếp đối với công việc bảo vệ và kiểm soát kết hợp/tích hợp, nếu chúng được đề xuất.

Đối với khái niệm bảo vệ, trạng thái ngắt thông thường cũng như trạng thái mất điện hoặc trạng thái khẩn cấp đã được xác định trước và trạng thái ngắt tương ứng của hệ thống điện kéo và các giao diện của nó phải được xem xét. Các khái niệm dành cho các khu đoạn con riêng biệt của mạng lưới cũng có thể áp dụng, miễn là tất cả các giao diện phải được xác định rõ ràng.

Nếu các yêu cầu về khái niệm bảo vệ được nhận diện rõ ràng trong các tài liệu thiết kế khác, thì những tài liệu này có thể được sử dụng thay cho tài liệu khái niệm bảo vệ chuyên dụng.

Ví dụ: Tài liệu thiết kế đối với một khu đoạn có điện mới có thể tham khảo các quy định kỹ thuật của công ty hoặc các bộ khung thiết kế có chứa thông tin cần thiết đối với việc thiết kế hệ thống bảo vệ. Nhìn chung, khái niệm bảo vệ phải mô tả các đối tượng chính sau đây:

a) Các khu đoạn cần được bảo vệ;

b) Các trường hợp sự cố và các trạng thái bất thường được xem xét ở các vị trí khác nhau trong cấu trúc của hệ thống điện kéo;

c) Thời gian xử lý sự cố tối đa theo yêu cầu của thiết kế hệ thống;

d) Các tham số về xử lý sự cố đạt được dựa trên khái niệm bảo vệ;

1) Thời gian hoạt động bảo vệ;

2) Thời gian ngắt của máy cắt;

3) Thời gian xử lý sự cố;

Chú thích 2: Thời gian xử lý sự cố tối đa và thời gian ngắt tối đa của máy cắt theo yêu cầu của thiết kế hệ thống được cung cấp bởi đơn vị chịu trách nhiệm về việc tích hợp hệ thống và phải được thỏa thuận đồng thời.

e) Các chức năng của thiết bị bảo vệ chính và thiết bị bảo vệ có liên quan;

f) Các phương pháp về độ tin cậy (như được mô tả trong 5.2.2 và phù hợp với các yêu cầu trong Điều 6) và các chức năng của thiết bị bảo vệ có liên quan:

g) Các yêu cầu về tính chọn lọc;

h) Các yêu cầu phối hợp và phân cấp;

i) Phối hợp bảo vệ với các hệ thống giao diện (xem 4.2).

Khái niệm bảo vệ cũng phải bao gồm một bản tuyên bố gửi đến đơn vị tích hợp hệ thống để khuyến cáo rằng đơn vị tích hợp cần phải thiết lập các yêu cầu về việc vận hành và bảo trì đối với hệ thống bảo vệ. Ví dụ, có thể bao gồm các quy trình để quản lý cài đặt hệ thống bảo vệ, vận hành và bảo trì liên tục hệ thống bảo vệ.

Các sơ đồ bảo vệ được đưa ra trong Phụ lục A có thể coi là các ví dụ tham khảo nhưng cần phải được điều chỉnh và sửa đổi theo các yêu cầu của từng hệ thống riêng biệt. Các sơ đồ này có thể được sử dụng như là một phần của 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

Các yêu cầu bảo vệ cụ thể đối với các hệ thống điện xoay chiều và điện một chiều được đưa ra trong các điều khoản riêng biệt, do sự khác biệt về cấu trúc và quy trình vận hành. Các sự khác biệt cụ thể đối với các hệ thống điện xoay chiều 50 Hz và 16,7 Hz được xác định trong các điều khoản liên quan.

Trong mọi trường hợp, các bố trí bảo vệ cho các giai đoạn (hạng mục) riêng biệt của hệ thống điện kéo (thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện; thiết bị cấp điện cho thanh cái, thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc, ...) phải được phối hợp và phân cấp với nhau theo cả hai hướng đầu nguồn cung cấp điện và cuối nguồn cung cấp điện.

Hệ thống bảo vệ phải tính đến các thay đỗi về cấu hình cấp điện và cung cấp một khái niệm bảo vệ phù hợp cho tất cả các cấu hình. Để làm được như vậy có thể yêu cầu sử dụng nhiều cài đặt và đối với các rơle số hiện đại, chúng có thể được cài đặt trước nhiều bộ tham số hoặc các chế độ cài đặt.

Đối với tất cả các hệ thống điện kéo, một đoàn tàu có thể chạy vào một khu đoạn bị sự cố trong khi xảy ra sự cố, do đó bộ gom dòng sẽ kết nối vùng chồng lấn được cách điện hoặc thiết bị cách điện khu đoạn. Điều này có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động bảo vệ thông thường và cũng có thể cấp điện lại khi sự cố đã được xử lý. Kịch bản này sẽ được tính đến trong quá trình phát triển khái niệm bảo vệ.

Yêu cầu chung về các phương pháp nâng cao độ tin cậy được mô tả trong 6.2 và 6.3 được đưa ra trong 6.4 và Bảng 1.

6.2  Hệ thống điện xoay chiều

6.2.1  Thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện

Việc bảo vệ thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp trong khu đoạn cần được bảo vệ của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện. Cũng có thể cung cấp thiết bị bảo vệ chống lại sự cố quá tải nhiệt không thể chấp nhận được của mạch cấp điện cho bộ biến đổi điện. Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố điện trở thấp và phụ tải lớn nhất do tàu hoạt động gây ra như được mô tả trong 5.2.3.

Khi bộ biến đổi điện có các chức năng bảo vệ bên trong mà có thể thực hiện đầy đủ các chức năng của bảo vệ chính hoặc bảo vệ dự phòng, thì các chức năng này có thể được sử dụng.

Ví dụ: Một số máy biến áp kéo ngâm dầu được trang bị rơle Buchholz, giám sát nhiệt độ và mức dầu, có thể được bổ sung bằng cách giám sát nhiệt độ cuộn dây.

Độ tin cậy của bảo vệ thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện phải đạt được bằng cách sử dụng ít nhất một trong các phương pháp nâng cao độ tin cậy sau, tùy thuộc vào khái niệm bảo vệ và có tính đến các yêu cầu vận hành chung:

- M1: dự phòng độc lập đồng thời cho các trạng thái sự cố cỏ năng lượng cao trong mạch của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện, có thể đóng vai trò như là bảo vệ dự phòng (M3) đối với việc bảo vệ cuối nguồn cấp điện (đầu ra);

- M2: bảo vệ dự phòng cục bộ mạch, có thể đóng vai trò như là bảo vệ dự phòng (M3) đối với việc bảo vệ cuối nguồn cấp điện (đầu ra);

- M3: bảo vệ dự phòng chồng lấn bằng cách bảo vệ mạch của thiết bị cấp điện sơ cấp tổng đầu nguồn mà có thể được cấu hình như là bảo vệ dự phòng từ xa;

- M4, loại A: giám sát của bảo vệ chính và ngắt máy cắt có liên quan khi bảo vệ chính không làm việc.

Ngoài ra, máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện có thể được trang bị bảo vệ chống hư hỏng máy cắt để kích hoạt ngắt (các) máy cắt của thiết bị cấp điện sơ cấp tổng đầu nguồn trong trường hợp không ngắt.

Trong trường hợp nếu trạng thái sự cố có thể tiếp tục được tạo ra từ các nguồn khác, thì sơ đồ bảo vệ cũng phải kích hoạt ngắt kết nối trạng thái sự cố từ các nguồn này. Khi ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện, thì các máy cắt cuối nguồn cấp điện cũng có thể bị ngắt hoặc (các) thiết bị cách ly/dao cách ly sau đó sẽ mở để tách bộ biến đổi điện.

6.2.2  Thiết bị cấp điện cho thanh cái

Đối với các hệ thống điện xoay chiều 16,7Hz, mạch của thiết bị cấp điện cho thanh cái thường được trang bị một máy cắt, hoặc có thiết bị bảo vệ chuyên dụng và / hoặc có sơ đồ ngắt tải lớn, ví dụ: thiết bị bảo vệ thanh cái, thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò ra khung. Đối với các hệ thống AC 50 Hz, có thể sử dụng các cấu hình khác đối với mạch của thiết bị cấp điện cho thanh cái, thường dùng máy cắt hoặc thiết bị cách ly/dao cách ly trong mạch. Tùy thuộc vào cấu hình, các yêu cầu bảo vệ sau phải được áp dụng:

a) Máy cắt có bảo vệ: Việc bảo vệ thiết bị cấp điện cho thanh cái phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp trong thanh cái. Cũng có thể cung cấp bổ sung một số bảo vệ dự phòng (M3) để bảo vệ đường dây điện cuối nguồn (đầu ra). Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố và các phụ tải lớn nhất do tàu hoạt động gây ra như được mô tả trong 5.2.3. Việc bảo vệ này cũng có thể cung cấp thiết bị bảo vệ chống lại sự cố quá tải nhiệt không thể chấp nhận được trong mạch của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện.

Độ tin cậy của phương án bảo vệ này phải được tăng lên bằng cách sử dụng ít nhất một trong số các phương pháp sau:

1) M2: bảo vệ dự phòng cục bộ mạch;

2) M3: bảo vệ dự phòng chồng lấn bằng cách bảo vệ bộ biến đổi điện.

Ngoài ra, còn có thể được trang bị thiết bị bảo vệ chống hư hỏng máy cắt để kích hoạt ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đồi điện trong trường hợp không ngắt.

b) Thiết bị cách ly/dao cách ly: Việc bảo vệ kết hợp với việc sử dụng máy cắt trong thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện đầu nguồn cũng phải đóng vai trò như là bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp trong thanh cái. Trong trường hợp này, áp dụng tiêu chí độ tin cậy của mạch chuyển đổi điện đầu nguồn.

Trường hợp các thanh cái được chia tách, ví dụ: bằng các máy cắt của bus section hoặc các thiết bị cách ly/dao cách ly, việc bố trí các thiết bị bảo vệ cũng phải tính đến các cấu hình cấp điện, tức là với bus section được kết nối hoặc tách rời. Trong một số tình huống đó, máy cắt của bus section có thể được coi là một thiết bị cấp điện bổ sung.

Trong trường hợp nếu trạng thái sự cố có thể tiếp tục được tạo ra từ các nguồn khác, thì sơ đồ bảo vệ cũng phải kích hoạt ngắt kết nối trạng thái sự cố từ các nguồn này. Đối với các sự cố thanh cái, thông thường là khu đoạn có thanh cái bị sự cố bị ngắt kết nối với tất cả các thiết bị khác.

Các yêu cầu bảo vệ thanh cái được quy định trong điều này cũng có thể được áp dụng cho các thanh cái tại các vị trí khác, ví dụ: các thanh cái của các trạm đóng cắt điện kéo.

6.2.3  Thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc

6.2.3.1  Yêu cầu chung

Việc bảo vệ (các) mạch của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố trở kháng thấp trong khu đoạn cần được bảo vệ của (các) đường dây tiếp xúc, cũng như đối với sự cố quá tải nhiệt.

Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố và các phụ tải nặng do tàu hoạt động như mô tả trong 5.2.3. Bảo vệ chính thường có thể được cung cấp bằng thiết bị bảo vệ khoảng cách hoặc thiết bị bảo vệ quá dòng. Nếu sử dụng thiết bị bảo vệ khoảng cách dựa trên trở kháng, thì các vùng định thời gian có thể được sử dụng để cung cấp tính chọn lọc.

Đối với các hệ thống điện xoay chiều, độ tin cậy của bảo vệ cho đường dây tiếp xúc đối với khu đoạn cần được bảo vệ phải đạt được bằng cách sử dụng ít nhất một trong các phương pháp sau, tùy thuộc vào khái niệm bảo vệ và có tính đến các yêu cầu vận hành chung:

- M1: dự phòng độc lập đồng thời;

- M2: bảo vệ dự phòng cục bộ mạch có khả năng bao trùm toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ;

- Ngưỡng giới hạn M2, được hỗ trợ bởi M4: trong trường hợp bảo vệ dự phòng cục bộ mạch không thể bao trùm toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ, thì cần phải có sự giám sát của bảo vệ chính;

- Ngưỡng giới hạn M3, được hỗ trợ bời M4: trong trường hợp bảo vệ của thiết bị cấp điện đầu nguồn tiếp theo không thể bao trùm toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ, thì cần phải cỏ sự giám sát của bảo vệ chính, trong trường hợp này cũng có thể sử dụng các chức năng bảo vệ bổ sung được tích hợp trong thiết bị tương tự như bảo vệ chính để bổ sung dự phòng;

- M4: giám sát của bảo vệ chính.

Ngoài ra, việc bảo vệ chống hư hỏng máy cắt có thể được thực hiện để kích hoạt ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện đầu nguồn trong trường hợp không ngắt.

Đối với bảo vệ sự cố quá tải nhiệt, bảo vệ dự phòng thường không được yêu cầu.

Các khu đoạn cần được bảo vệ của các hệ thống điện xoay chiều có thể được xác định đối với khu đoạn cấp điện của từng đường dây tiếp xúc độc lập hoặc có thể bao gồm một số đường dây tiếp xúc song song được nhóm lại trong một khu đoạn cần được bảo vệ. Đối với các khu đoạn cần được bảo vệ đã được nhóm lại, tính chọn lọc giữa các đường dây tiếp xúc nên đạt được bằng cách ngắt tuần tự sau khoảng thời gian xử lý sự cố ban đầu.

Các khu đoạn cần được bảo vệ đơn lẻ (xem Hình 3) phải được bố trí để bảo vệ một khu đoạn giữa hai máy cắt có bảo vệ hoặc một đầu của khu đoạn được cấp điện bởi một máy cắt và phải cung cấp tính chọn lọc cho các khu đoạn liền kề.

Hình 3 - Ví dụ về các khu đoạn cần được bảo vệ

Hình 4 - Ví dụ về một khu đoạn cần được bảo vệ đã được nhóm lại

Đối với các khu đoạn được bảo vệ được nhóm lại (xem Hình 4), triết lý bảo vệ là phải ngắt hoàn toàn khu đoạn được bảo vệ khi xảy ra trạng thái sự cố trên mọi đường dây tiếp xúc. Sau khi xử lý sự cố (tức là trong khoảng thời gian trễ - dead time), các hoạt động ngắt tiếp theo nên được sử dụng để cách ly khu đoạn đang có sự cố và khôi phục nguồn cung cấp điện. Điều này có thể đạt được thông qua việc sử dụng thiết bị ngắt tự động đóng lại hoặc bằng cách sử dụng các sơ đồ bảo vệ diện rộng có liên kết thông tin giữa các trạm điện kéo trong phạm vi khu đoạn đã được nhóm lại.

Ví dụ 1: Đối với hệ thống ngắt tự động đóng lại của khu đoạn cần được bảo vệ đã được nhóm lại như thể hiện trong Hình 4, các giai đoạn chức năng chính của việc ngắt tuần tự trong trường hợp sự cố như sau:

1) Ngắn mạch xảy ra ở một trong hai đường dây tiếp xúc;

2) Các hệ thống bảo vệ trong trạm điện kéo của cả hai đường dây tiếp xúc kích hoạt ngắt;

3) Cả hai máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc của trạm điện kéo mở và cả hai đường dây tiếp xúc được ngắt điện;

4) Sau vài giây, các rơle điện áp thấp trong các trạm đóng cắt điện kéo gây ra việc mở các máy cắt có liên quan hoặc các thiết bị cách ly/dao cách ly để chia tách điện của hai đường dây tiếp xúc;

5) Sau một vài giây chậm trễ (chia tách điện của hai đường dây tiếp xúc), hai máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc của trạm điện kéo đóng;

6) Máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc kết nối đường dây tiếp xúc bị sự cố mở trở lại;

7) Máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc của đường dây tiếp xúc không bị sự cố thì vẫn duy trì đóng.

Ví dụ 2: Đối với hệ thống diện rộng như trong Hình 4, các kết nối thông tin giữa các trạm điện kéo và trạm đóng cắt điện kéo có thể được cung cấp bằng cách sử dụng bộ tiêu chuẩn IEC 61850 về hệ thống tự động của trạm điện kéo. Nhìn chung đối với loại khu đoạn cần được bảo vệ đã được nhóm này, các giai đoạn chức năng chính của việc ngắt tuần tự trong trường hợp sự cố như sau:

1) Ngắn mạch xảy ra ở một trong hai đường dây tiếp xúc;

2) Các hệ thống bảo vệ trong trạm điện kéo của cả hai đường dây tiếp xúc kích hoạt ngắt;

3) Cả hai máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc của trạm điện kéo mở và cả hai đường dây tiếp xúc được ngắt điện; các khu đoạn không bị sự cố được nhận diện trong suốt trạng thái sự cố;

4) Các công tắc trung gian trên các khu đoạn bị sự cố mở trong suốt thời gian trễ; những công tắc trên các khu đoạn không bị sự cố bị chặn mở;

5) Khi chuỗi ngắt hoàn thành, các nguồn cung cấp điện chỉ được khôi phục cho các khu đoạn không bị sự cố.

6.2.3.2  Hệ thống điện xoay chiều 16,7 Hz - Các điều kiện cụ thể để bảo vệ thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc

Các hệ thống xoay chiều 16,7 Hz được đặc trưng bởi:

- Các khu vực được chia lưới của mạng lưới điện, trong đó dòng điện sự cố có thể đạt đến các mức tối đa được quy định trong TCVN 13339:2021;

- Khoảng thời gian tương đối dài giữa các điểm về 0 kế tiếp (30 ms);

- Nhu cầu phải xử lý sự cố rất nhanh để giảm thiểu rủi ro hư hỏng thiết bị; trong một số trường hợp nhất định, việc xử lý sự sự cố là cần thiết trong nửa khoảng thời gian đầu tiên; để thực hiện được điều này có thể yêu cầu các chức năng bảo vệ cụ thể và các máy cắt tác động nhanh;

- Các khu đoạn điển hình cấp điện hai đầu, có thể kết hợp với sơ đồ cấp điện chữ T mà có thể dẫn đến dưới ngưỡng trở kháng;

- Các thiết bị cách điện khu đoạn, mà có thể được bắc cầu bởi các bộ gom điện, sẽ cấp điện lại cho khu đoạn bị sự cố thông qua một thiết bị cấp điện khác tại cùng một thanh cái hoặc tại trạm điện kéo tiếp theo; điều này có thể yêu cầu phải thiết lập các chế độ cài đặt bảo vệ cụ thể và / hoặc bố trí các thiết bị cấp điện như trong Hình 5, trong đó một thiết bị cấp điện bổ sung cho đường dây tiếp xúc sẽ cung cấp điện cho một khu đoạn ngắn trong đường dây tiếp xúc.

 Thiết bị cách điện khu đoạn

Chú dẫn:

1 Sự cố và ngắt thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc

2 Nối thiết bị cách điện khu đoạn bằng bộ gom dòng và cấp điện lại cho khu đoạn bị sự cố

3 Ngắt thiết bị cấp điện bổ sung cho đường dây tiếp xúc của khu đoạn ngắn

Chú thích: Các phản ứng của các thiết bị cấp điện trong trạm điện kéo B là như nhau, nhưng không được thể hiện rõ ràng.

Hình 5 - Ví dụ về khu đoạn cần được bảo vệ mở rộng của một thiết bị cấp điện bổ sung cho đường dây tiếp xúc của một khu đoạn ngắn bằng cách nối thiết bị cách điện khu đoạn

6.2.4  Thiết bị cấp điện cho trạm đóng cắt điện kéo

Nếu các thiết bị cấp điện tại các vị trí giao cắt và song song có thiết bị bảo vệ chuyên dụng với các cấu hình bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng, thì áp dụng các yêu cầu trong mục 6.2.3.

Ngoài ra, các thiết bị cấp điện này có thể được cấu hình để vận hành trình tự ngắt tuân thủ theo quy trình xử lý sự cố để cách ly các khu đoạn bị sự cố và để khôi phục nguồn cung cấp điện.

6.2.5  Máy biến áp tự ngẫu

Bảo vệ máy biến áp tự ngẫu, trong trường các máy cắt chuyên dụng được lắp đặt, phải cung cấp bảo vệ chính cho các trạng thái sự cố trở kháng thấp. Cũng nên bao gồm cả sự cố quá tải nhiệt không thể chấp nhận. Nhìn chung, trong trường hợp này, việc bảo vệ thiết bị điện cho đường dây tiếp xúc có thể đóng vai trò như là bảo vệ dự phòng từ xa (M3) của máy biến áp tự ngẫu.

Trong trường hợp máy biến áp tự ngẫu được kết nối bằng các thiết bị cách ly/dao cách ly hoặc các thiết bị đóng cắt, thiết bị bảo vệ phải kích hoạt xử lý bằng cách ngắt các máy cắt không chuyên dụng.

Điều này có thể thực hiện bằng việc:

- Phát hiện và ngắt từ xa thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc hoặc thiết bị cấp điện cho trạm đóng cắt điện kéo; hoặc

- Phát hiện mà làm gián đoạn cục bộ các máy cắt từ xa.

Trong trường hợp này, các phương pháp nâng cao độ tin cậy vốn được xác định bởi các phương pháp bảo vệ các máy cắt không chuyên dụng.

Ngoài ra, các trạng thái sự cố dòng điện thấp có thể được xử lý bằng các thiết bị đóng cắt cục bộ.

Khi máy biến áp tự ngẫu có các chức năng bảo vệ bên trong, chúng có thể được sử dụng trong khái niệm bảo vệ.

Ví dụ: Một số máy biến áp kéo ngâm dầu được trang bị rơle Buchholz, giám sát nhiệt độ và mức dầu, có thể được bổ sung bằng cách giám sát nhiệt độ cuộn dây.

Tùy thuộc vào các yêu cầu về độ quan trọng và tính chọn lọc liên quan đến các trạm điện kéo máy biến áp tự ngẫu riêng biệt, các sơ đồ bảo vệ bổ sung áp dụng các phương pháp nâng cao độ tin cậy trong 5.2.2 có thể được cung cấp.

6.3  Hệ thống điện một chiều

6.3.1  Thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện

Việc bảo vệ máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện xoay chiều phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố trở kháng thấp trong khu đoạn cần được bảo vệ của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện.

Việc bảo vệ này cũng phải cung cấp thiết bị bảo vệ chống lại sự cố quá tải nhiệt không thể chấp nhận.

Thông thường máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện chỉ bảo vệ cho bộ chỉnh lưu AC / DC liên quan đến sự cố quá tải nhiệt. Do đó, việc bảo vệ thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện phải tính đến khả năng chịu được và thời gian xử lý sự cố tối đa như được mô tả trong EN 50327.

Chú thích: Theo EN 50327, máy biến áp và bộ chỉnh lưu của trạm điện kéo được thiết kế để duy trì khi bị ngắn mạch trong ít nhất 150 ms, trừ khi có thỏa thuận khác giữa người mua hàng và đơn vị cung cấp.

Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố và các phụ tài tối đa do tàu hoạt động gây ra như được mô tả trong 5.2.3.

Khi bộ biến đổi điện có các chức năng bảo vệ bên trong mà có thể bổ sung chức năng bảo vệ chính hoặc chức năng bảo vệ dự phòng, thì các chức năng này có thể được sử dụng.

Ví dụ: Một số máy biến áp kéo ngâm dầu được trang bị rơle Buchholz, giám sát nhiệt độ và mức dầu, có thể được bổ sung bằng cách giám sát nhiệt độ cuộn dây. Một số máy biến áp loại khô được trang bị thiết bị giám sát nhiệt độ cuộn dây. Một số bộ chỉnh lưu được trang bị thiết bị bảo vệ cầu chì diode và / hoặc thiết bị giám sát nhiệt độ.

Độ tin cậy của việc bảo vệ thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện phải đạt được bằng cách sử dụng ít nhất một trong các phương pháp nâng cao độ tin cậy sau, tùy thuộc vào khái niệm bảo vệ và có tính đến các yêu cầu vận hành chung:

- M2: bảo vệ dự phòng cục bộ mạch có khả năng bao trùm toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ;

- M3: bảo vệ dự phòng chồng lấn bằng cách bảo vệ mạch của thiết bị cấp điện sơ cấp tổng đầu nguồn mà có thể được cấu hình như là bảo vệ dự phòng từ xa hoặc bảo vệ dự phòng cục bộ trạm điện kéo;

- Ngưỡng giới hạn M3, được hỗ trợ bởi M4: trong trường hợp bảo vệ của thiết bị cấp điện đầu nguồn không thể bao trùm toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ, thì cần phải có sự giám sát của bảo vệ chính;

- M4, loại A: giám sát của bảo vệ chính và ngắt máy cắt có liên quan khi bảo vệ chính không làm việc.

Ngoài ra, máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện có thể được trang bị chức năng bảo vệ chống hư hỏng máy cắt để kích hoạt ngắt (các) máy cắt của thiết bị cấp điện sơ cấp tổng đầu nguồn trong trường hợp không ngắt.

Trong trường hợp nếu trạng thái sự cố có thể tiếp tục được tạo ra từ các nguồn khác, thì sơ đồ bảo vệ cũng phải kích hoạt ngắt kết nối trạng thái sự cố từ các nguồn này. Khi ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện, thì máy cắt của thiết bị cấp điện cho thanh cái một chiều cuối nguồn cũng nên được ngắt hoặc sau đó mờ thiết bị cách ly/dao cách ly để chia tách bộ biến đổi điện.

6.3.2  Thiết bị cấp điện cho thanh cái một chiều

Đối với thiết bị cấp điện cho thanh cái một chiều, có thể sử dụng các cấu hình nguyên lý khác nhau, thông thường bằng một máy cắt hoặc bằng một thiết bị cách ly/dao cách ly được lắp trong mạch.

Tùy thuộc vào cấu hình, các yêu cầu bảo vệ sau phải được áp dụng:

- Máy cắt có bảo vệ: Việc bảo vệ phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp tại thanh cái. Ngoài ra, có thể cung cấp một số bảo vệ dự phòng chồng lấn (M3) để bảo vệ đường dây tiếp xúc cuối nguồn. Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố và các phụ tải tối đa do tàu hoạt động gây ra như được mô tả trong 5.2.3.

Độ tin cậy của phương án bảo vệ này phải được tăng lên bởi các thiết bị bảo vệ đầu nguồn đóng vai trò bảo vệ dự phòng chồng lấn (M3). Ngoài ra, nó có thể được trang bị chức năng bảo vệ chống hư hỏng máy cắt để kích hoạt ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện đầu nguồn trong trường hợp không ngắt.

Do tính chất của thiết bị tác động trực tiếp thường được sử dụng trong máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc, (ví dụ: nhả quá dòng trực tiếp), tính chọn lọc đối với các sự cố có dòng điện cao trên đường dây tiếp xúc có thể là không khả thi.

Chú thích 1: Ngay cả khi bảo vệ của thiết bị cấp điện mở, thì thiết bị cấp điện cho thanh cái cũng sẽ mở vì không thể thiết lặp lại việc kích hoạt chức năng bảo vệ khi có thiết bị tác động trực tiếp.

Trong trường hợp có sự cố bên trong bộ chỉnh lưu, có thể sử dụng thiết bị bảo vệ chống, ngược dòng để ngăn dòng điện sự cố chạy ngược được cấp điện bởi (các) bộ chỉnh lưu khác hoặc từ các đường dây tiếp xúc khác.

Khi ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện cho thanh cái, thì các máy cắt của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc, kết hợp với mọi máy cắt của bộ đấu nối bus, cũng có thể bị ngắt để chia tách thanh cái.

- Máy cắt không có bảo vệ hoặc thiết bị cách ly/dao cách ly: Bảo vệ kết hợp với máy cắt trong thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện đầu nguồn cũng phải đóng vai trò như là bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp trong thanh cái.

Các ví dụ về các chức năng và các đặc tính bảo vệ có thể được sử dụng và các vấn đề chi tiết khác được mô tả trong EN 50123-7-1.

Chú thích 2: Trong EN 50123-7-1, thiết bị cấp điện này được gọi là “máy cắt của bộ chỉnh lưu” có ký hiệu chức năng (R).

Nếu các thanh cái được chia tách, ví dụ: bằng các máy cắt của bus section hoặc các thiết bị cách ly/dao cách ly, việc bố trí các thiết bị bảo vệ cũng phải tính đến các cấu hình cấp điện, tức lả với cá khu đoạn được kết nối hoặc tách rời. Trong một số tinh huống đó, máy cắt của bus section có thể được coi là một thiết bị cấp điện bổ sung.

6.3.3  Thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc

Việc bảo vệ (các) mạch của thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc phải cung cấp bảo vệ chính đối với các trạng thái sự cố điện trở thấp trong khu đoạn cần được bảo vệ của (các) đường dây tiếp xúc. Bảo vệ chính cũng có thể cung cấp chức năng bảo vệ chống lại sự cố quá tải nhiệt không thể chấp nhận.

Tùy thuộc vào cấu hình của đường dây tiếp xúc, tức là chia tách bằng các phương thức của các trạm đóng cắt điện kéo có các máy cắt và phương thức bảo vệ tương ứng, một hoặc nhiều vùng bảo vệ có thể được áp dụng.

Các máy cắt giới hạn dòng điện một chiều có tốc độ cao loại H theo EN 50123-1 thường được trang bị một thiết bị tác động trực tiếp, ví dụ: thiết bị nhả quá dòng trực tiếp hoặc rơle điện áp thấp trực tiếp, có thể được sử dụng như là bảo vệ chính.

Chú thích 1: EN 50123-1 phân biệt giữa các thiết bị ngắt loại H, V và S. Thông thường các thiết bị ngắt loại H được sử dụng trong bảo vệ thiết bị cấp điện cho đường dây tiếp xúc DC.

Bảo vệ chính phải phân biệt được giữa các trạng thái sự cố trong khu đoạn cần được bảo vệ và các dòng phụ tải lớn do tàu hoạt động gây ra như được mô tả trong 5.2.3.

Đối với các hệ thống điện một chiều, độ tin cậy của bảo vệ đường dây tiếp xúc đối với khu đoạn cần được bảo vệ phải đạt được bằng cách sử dụng ít nhất một trong các phương pháp sau, tùy thuộc vào khái niệm bảo vệ và có tính đến các yêu cầu vận hành chung:

a) M1: dự phòng độc lập đồng thời;

Ví dụ: Việc nhả quá dòng trực tiếp của máy cắt tốc độ cao điện một chiều sẽ bảo vệ cho toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ có thể được xác định để đảm bảo xếp hạng độ tin cậy M1 đối với việc nhả quá dòng gián tiếp mà sẽ cung cấp bảo vệ chính.

b) M2: Bảo vệ dự phòng cục bộ mạch có khả năng bảo vệ toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ;

c) Ngưỡng giới hạn M2:

1) Được hỗ trợ bởi M3: trong trường hợp bảo vệ dự phòng cục bộ mạch không thể bảo vệ toàn bộ khu đoạn cần được bảo vệ, việc làm gián đoạn máy cắt của thiết bị cấp điện liền kề tương ứng là bắt buộc; hoặc là

2) Được hỗ trợ bởi M4: trong trường hợp bảo vệ dự phòng cục bộ mạch không thể bảo vệ toàn bộ khu đoạn cần bảo vệ, cần phải có sự giám sát của bảo vệ chính theo 5.2.2; ngoài ra, có thể triển khai chức năng bảo vệ chống hư hỏng của máy cắt để kích hoạt ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện đầu nguồn trong trường hợp không ngắt;

d) Phạm vi giới hạn M3, được hỗ trợ bời M4: trong trường hợp nếu thiết bị bảo vệ của bộ cấp điện đầu vào tiếp theo không thể bảo vệ toàn bộ khu đoạn cần bảo vệ, phải có sự giám sát của hệ thống bảo vệ chính; ngoài ra, có thể triển khai chức năng bảo vệ chống hư hỏng của máy cắt để kích hoạt ngắt máy cắt của thiết bị cấp điện đầu nguồn trong trường hợp không ngắt.

Đối với bảo vệ sự cố quá tải nhiệt, bảo vệ dự phòng thường không được yêu cầu.

Các ví dụ về các chức năng và các đặc tính bảo vệ có thể được sử dụng và các vấn đề chi tiết khác được mô tả trong EN 50123-7-1.

Chú thích 2: Trong EN 50123-7-1, thiết bị cấp điện này được gọi là “máy cắt cho đường dây tiếp xúc” có ký hiệu chức năng (L).

6.3.4  Thiết bị cấp điện cho trạm đóng cắt điện kéo

Nếu các thiết bị cấp điện của các vị trí giao cắt và song song có thiết bị bảo vệ chuyên dụng với các cấu hình bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng, thì áp dụng các yêu cầu trong 6.3.3.

Ngoài ra, các thiết bị cấp điện này có thể được cấu hình để vận hành trình tự việc đóng cắt tuân thủ theo quy trình xử lý sự cố để cách ly khu đoạn bị sự cố và khôi phục nguồn cung cấp điện.

6.3.5  Thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò ra khung

Trong các trạm điện một chiều thông thường, thiết bị đóng cắt điện một chiều và tủ chỉnh lưu được cách điện với đất. Các trạng thái sự cố cách điện trong phạm vi thiết bị đóng cắt và tủ chỉnh lưu điện một chiều được phát hiện bằng thiết bị phát hiện sự cố khung, bằng cách sử dụng thiết bị phát hiện dòng điện hoặc thiết bị phát hiện điện áp trở kháng cao, như được mô tả trong EN 50123-7-1.

Trong trường hợp có sự cố cách điện bên trong thiết bị đóng cắt hoặc tủ chỉnh lưu điện một chiều, thiết bị phát hiện dòng điện rò ra khung phải kích hoạt mở tất cả các thiết bị ngắt đầu nguồn cấp điện và cuối nguồn cấp điện. Trong trường hợp nếu trạng thái sự cố có thể được tiếp tục tạo ra từ các nguồn khác, thì sơ đồ bảo vệ cũng phải kích hoạt ngắt kết nối trạng thái sự cố từ các nguồn này. Do đó, một sơ đồ ngắt gián đoạn có thể được yêu cầu.

Bảo vệ chống dòng điện rò ra khung có thể cung cấp một số bảo vệ dự phòng (M3) đối với thiết bị cấp điện cho bộ biến đổi điện và một phần cho thiết bị cấp điện thanh cái.

6.4  Yêu cầu chung về các phương pháp nâng cao độ tin cậy bảo vệ

Bảng 1 cung cấp các thông tin yêu cầu chung về các phương pháp để làm tăng độ tin cậy bảo vệ đối với các hệ thống điện kéo sử dụng điện được mô tả trong 6.2 và 6.3, tùy thuộc vào cấu hình hệ thống và dựa trên các nguyên tắc chung được mô tả trong 5.2.

Phụ lục A cung cấp các ví dụ với các sơ đồ bảo vệ minh họa việc áp dụng các nguyên tắc đã được đưa ra.

Bảng 1 - Yêu cầu chung về các phương pháp nâng cao độ tin cậy

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

Ưu tiên áp dụng các yêu cầu được đưa ra trong tiêu chuẩn này, cũng như trong các tiêu chuẩn về thiết bị và hệ thống, ví dụ: bộ tiêu chuẩn EN 50122 và EN 50522 được đáp ứng và các hạn chế được xem xét trong khái niệm vận hành tương ứng, các rủi ro còn sót lại của hệ thống bảo vệ trong Bảng 2 được chấp nhận.

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

Theo cấu trúc của hệ thống điện kéo, được thể hiện trên các sơ đồ đường dây tiếp xúc đơn trong các hình bên dưới, một ví dụ về các chức năng bảo vệ được xác định cho từng khu đoạn cần được bảo vệ (ví dụ: bảo vệ thiết bị cấp điện cho thanh cái).

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