XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY BẰNG RƠLE

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian học tập chương trình Đại Học, em đã nhận được sự chỉ dạy
nghiêm túc và tận tình của các thầy cơ giáo. Các thầy cơ đã truyền đạt cho em
nhiều kiến thức cần thiết về chuyên môn và xã hội, mà thành quả ngày hôm nay là
khóa luận tốt nghiệp.
Em xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới Cô giáo hướng dẫn khoa học,
đã nhiệt tình hướng dẫn,góp ý, động viên em trong suốt q trình thực hiện khóa
luận. Các thầy cơ giáo ở Bộ môn Hệ Thống Điện và các thầy giáo cô giáo Khoa
Cơ – Điện đã giảng dạy và hướng dẫn tơi hồn thành chương trình học tập và
thực hiện khóa luận.
Những người thân trong gia đình đã động viên, khuyến khích và tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất để em thực hiện và hồn thành khóa luận. Em cũng xin
chân thành cám ơn những người bạn đã động viên, góp ý và tận tình giúp đỡ em
trong quá trình thực hiện và hồn thành khóa luận này.
Tuy nhiên, do trình độ bản thân và thời gian nghiên cứu có hạn nên đồ án
khơng tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong tiếp tục nhận được sự đóng góp
ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Hà Nội ngày... tháng... năm 2016
Sinh viên

Trần Đình Phiên

i


MỤC LỤC

ii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các mã số của rơle...........................Error: Reference source not found
Bảng 3.1: Các thiết bị cần dùng trong mơ hình Error: Reference source not found
Bảng 3.2: Kết quả thu được khi ngắn mạch 2 pha ở các vị trí....Error: Reference
source not found
Bảng 3.3: Kết quả thu được khi ngắn mạch 3 pha ở các vị trí. . .Error: Reference
source not found

iii


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu tạo của rơle số...........................Error: Reference source not found
Hình 2.1: Đặc tính thời gian của bảo vệ q dịng.....Error: Reference source not
found
Hình 2.2: Bảo vệ q dịng có kiểm tra áp bảo vệ đường dây.....Error: Reference
source not found
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch........Error: Reference source not found
Hình 2.4: Đặc tính tác động của bảo vệ so lệchError: Reference source not found
Hình 3.1: Sơ đồ bảo vệ so lệch cho đường dây Error: Reference source not found
Hình 3.2: Mặt ngồi rơle XI1-I.........................Error: Reference source not found
Hình 3.3: Mặt trước của rơle XD1 – G.............Error: Reference source not found
Hình 3.4: Sơ đồ nối tín hiệu đo vào rơle XD1-G.......Error: Reference source not
found
Hình 3.5: Nguyên lý làm việc của rơle XD1-GError: Reference source not found
Hình 3.6: Đặc tính tác động của rơle XD1-G...Error: Reference source not found
Hình 3.7: Nguồn một chiều..............................Error: Reference source not found
Hình 3.8: Nguồn 3 pha......................................Error: Reference source not found
Hình 3.9: Máy cắt.............................................Error: Reference source not found
Hình 3.10: Máy biến dịng................................Error: Reference source not found

Hình 3.11: Điện trở tải

Error: Reference source not found

Hình 3.12: Bộ mơ phỏng đường dây................Error: Reference source not found
Hình 3.13: Sơ đồ thí nghiệm sau khi lắp đặt....Error: Reference source not found
Hình 3.14: Ngắn mạch 2 pha đầu đường dây...Error: Reference source not found
Hình 3.15: Ngắn mạch 2 pha giữa đường dây. .Error: Reference source not found
Hình 3.16: Ngắn mạch 2 pha cuối đường dây. .Error: Reference source not found
Hình 3.17: Ngắn mạch 3 pha đầu đường dây...Error: Reference source not found

iv


Hình 3.18: Ngắn mạch 3 pha giữa đường dây. .Error: Reference source not found
Hình 3.19: Ngắn mạch 3 pha cuối đường dây. .Error: Reference source not found

v


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp
cũng như trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người, mọi nhu cầu của
cuộc sống đều liên quan đến nguồn năng lượng điện.Vấn đề đảm bảo chất lượng
điện năng, an toàn cho đường dây truyền tải luôn được quan tâm nghiên cứu.
Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường độ
tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm
việc ổn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu
quả những phương tiện bảo vệ, thông tin, đo lường, điều khiển và điều chỉnh tự
động trong hệ thống điện.

Trong các phương tiện đó, rơle và các thiết bị bảo vệ bằng rơle đóng vai
trị rất quan trọng. Trong q trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào
hệ thống cũng hoạt động bình thường ổn định, thực tế chúng ta ln gặp tình
trạng làm việc khơng bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải,...mà
nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan. Hệ thống rơle sẽ phát hiện và
tự động bảo vệ các sự cố, tình trạng làm việc bất bình thường của hệ thống, để
từ đó con người có biện pháp xử lý kịp thời.
Rơle bảo vệ là bộ phận quan trọng trong số các thiết bị tự động hóa dùng
trong ngành điện lực. Với mong muốn nâng cao hiểu biết của mình về tính năng và
công dụng của loại thiết bị này, e đã chọn đề tài tốt nghiệp “Xây dựng mơ hình
bảo vệ đường dây 110kV bằng rơle so lệch” . Đồ án gồm có 3 chương:
Chương I: Cơ sở lý thuyết rơle
Chương II: Các phương thức bảo vệ đường dây 110kV
Chương III: Xây dựng mơ hình bảo vệ đường dây 110kV bằng rơle so lệch

1


CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT RƠLE
1.1. Những yêu cầu về chất lượng điện
Ngày nay, năng lượng điện được sư dụng rộng rãi trong đời sống kinh tế
xã hội. Sự biến đổi về chất lượng điện gây nhiều hậu quả khơng tốt tới q trình
cơng nghệ và dẫn đến tỷ lệ hư hỏng các chế phẩm cao. Có những trường hợp
mất điện đột xuất, kéo dài gây những hậu quả rất nghiêm trọng.
Một hệ thống điện có chất lượng lý tưởng phải là một hệ thống có:
- Điện áp 3 pha cân bằng và điện áp ln duy trì ở định mức.
- Tần số luôn ổn định ở mức 50Hz
- Khơng bị mất điện đột xuất, duy trì được thời gian cung cấp điện mà
người sử dụng đồng ý thỏa thuận.
Ta biết rằng hậu quả của việc tăng hay sụt áp đều gây tác hại. Giả sử tần

số ổn định, điện áp bị tụt thì khơng phát huy được cơng suất phụ tải, gây tổn thất
cao và điện áp tụt đến mức nào đó làm các máy quay cơng nghiệp ngừng hoạt
động và dẫn đến hư hỏng máy cùng với sản phẩm. Các phụ tải khác cũng không
phát huy được cơng suất tối thiểu để thực hiện mục đích ban đầu. Ngược lại, khi
điện áp tăng cao, các máy quay cơng nghiệp sẽ phát nóng do bão hịa mạch từ,
các phụ tải khác phát huy quá mức cần thiết, vượt công sức chịu đựng của thiết
bị cũng dẫn đến cháy và hư hỏng.
Giả sử thông số điện áp ổn định, tần số thay đổi cũng gây tác hại không
kém. Trước hết là hệ thống truyền tải điện, các máy quay rất phụ thuộc vào sự
thay đổi tần số. Khi tần số tụt, tổng trở truyền tải cũng tụt theo gây tụt về điện áp
theo độ dài của các mắt xích hệ thống tăng hạ áp. Tụt tần số làm cho các máy
quay giảm tốc độ.
Khi tần số tăng cao cũng làm giảm sức truyền tải, các máy quay có tốc độ
cao hơn yêu cầu, đều gây phiền toái ở mức độ tăng theo chiều tăng tần số.
Tuy nhiên trong thực tế không xảy ra các hiện tượng độc lập như vậy. Các
yếu tố về chất lượng điện trong thực tế chấp nhận một dung sai thay đổi.
1.2. Các dạng sự cố xảy ra trong lưới điện

2


Hệ thống điện là một hệ thống có kết cấu phức tạp, có hàng triệu chi tiết
cùng vận hành.Tất cả các khâu đều có thể có khả năng xảy ra hư hỏng chạm
chập. Ngồi ra, mơi trường cũng là yếu tố làm giảm tuổi thọ các thiết bị nên sự
cố có thể xảy ra trên các thiết bị bất cứ lúc nào.
Mỗi lần xảy ra sự cố trên lưới điện sẽ gây hậu quả nghiêm trọng:
- Hồ quang hủy hoại vật liệu cấu thành rất nhanh và còn gây cháy nghiêm
trọng .
- Dòng điện tăng cao tới điểm ngắn mạch sinh ra sức điện động làm biến
dạng một số chi tiết đồng thời sinh ra nhiệt năng làm suy thoái cách điện dẫn tới

cháy cách điện.
Mỗi lần sự cố như vậy làm hệ thống điện mất ổn định, tần số bị thay đổi,
điện áp bị tụt xuống, tất cả các quá trình sử dụng điện đều bị ảnh hưởng kèm
theo những thiệt hại khơng lường.
Ngày nay người ta đã có nhiều biện pháp hữu hiệu để hạn chế hậu quả do
sự cố trên lưới điện gây ra. Trong đó biện pháp trang bị và lắp đặt các thiết bị tự
động điều chỉnh, rơle bảo vệ để bảo vệ cũng như nhanh chóng bình ổn các thơng
số định mức về tần số và điện áp đang được sử dụng rộng rãi kết hợp với việc
tăng cường kiểm tra định kỳ các thiết bị vận hành.
1.3. Giới thiệu chung về rơle
1.3.1. Khái quát chung về rơle
Các sự cố trong hệ thống điện có thể dẫn đến sự mất ổn định của các nhà
máy điện, làm tan rã hệ thống dẫn đến sự gián đoạn trong cung cấp phân phối
điện gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế. Để duy trì được sự làm việc bình thường
của hệ thống điện cách tốt nhất là nhanh chóng cơ lập các phần tử bị sự cố khỏi
hệ thống, nhiệm vụ này chỉ có thể thực hiện bởi các thiết bị tự động bảo vệ, mà
thường gọi là rơle.
Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Thuật ngữ rơle theo ý
nghĩa ban đầu của nó dùng chỉ tác động chuyển mạch, chuyển trạng thái.
Những chiếc rơle đầu tiên được chế tạo dựa trên nguyên lý điện cơ và sử
dụng cho điện báo vào những năm 30 của thế kỷ 19. Ngày nay, thuật ngữ rơle

3


dùng để chỉ tập hợp các thiết bị tự động để bảo vệ cho hệ thống điện, để điều
khiển và điều chỉnh tự động, để làm nhiệm vụ chuyển mạch trong các hệ thống
thông tin v.v…
Cuối thế kỷ 19 rơle bắt đầu được sử dụng để bảo vệ các phần tử trong hệ
thống điện dưới dạng các cơ cấu điện từ tác động trực tiếp lắp đặt sẵn ở máy cắt

điện. Tuy nhiên chỉ đến thế kỷ 20, khi các hệ thống điện đã phát triển, kỹ thuật
bảo vệ rơle mới được áp dụng rộng rãi. Có thể nêu một số mốc thời gian đáng
lưu ý:
-

Năm 1901 – xuất hiện rơle cảm ứng dòng điện.
Năm 1908 – bảo vệ so lệch dịng điện.
Năm 1910 – rơle định hướng cơng suất và bảo vệ q dịng có hướng.
Đầu những năm 20 – bảo vệ khoảng cách.
Cuối những năm 20 – bảo vệ tín hiệu tần số cao truyền theo dây dẫn của

mạch điện được bảo vệ (PLC).
- Những năm 60 – rơle tĩnh (khơng có tiếp điểm động) điện tử và bán dẫn.
- Những năm 70, rơle số - hệ thống bảo vệ dùng kỹ thuật vi xử lý và máy tính.
- Ngày nay các nhà chế tạo và sản xuất rơle trên thế giới đều đã chuyển
hướng sang kỹ thuật số, tuy nhiên số lượng rơle điện cơ và rơle tĩnh còn đang sử
dụng khá nhiều trong hệ thống điện do điều kiện lịch sử. Đối với các cơng trình
mới được xây dựng, chủ yếu người ta sử dụng rơle số (bởi vì rơle số có những
ưu việt hơn so với rơle điện cơ).

4


1.3.2 Khái quát chung về rơle bảo vệ kỹ thuật số
Về mặt kinh tế, rơle bảo vệ là thiết bị tự động hóa được dùng trong hệ
thống điện với mục đích phịng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy
ra cho chủ đầu tư khi có các sự cố. Các thiệt hại này thường rất lớn, đôi khi vượt
quá nhiều lần chi phí cho hệ thống bảo vệ rơle. Vì vậy hiện nay các thiết bị bảo
vệ này có vai trị khơng thể thay thế trong q trình vận hành hệ thống điện.Về
phần mình, rơle bảo vệ ngày càng phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn về độ

tin cậy như tính chọn lọc, tốc độ thao tác, độ nhạy và tính bảo đảm.
Về mặt kỹ thuật, rơle bảo vệ là các thiết bị tự động đóng vai trị người
canh gác khơng biết mệt mỏi, liên tục theo dõi tình trạng làm việc của đối tượng
được bảo vệ bằng cách đo lường các tham số điện và khơng điện của nó và phát
ra các tín hiệu cảnh báo khi đối tượng chuyển sang trạng thái làm việc bất
thường. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các chức năng bảo
vệ của các tủ rơle điện cơ cồng kềnh đang được thay thế dần bằng các bộ rơle số
đa năng nhỏ gọn.
Rơle số là sản phẩm của công nghệ cao, là kết quả của sự phát triển khoa
học kỹ thuật, là phần tử không thể thiếu trong một sơ đồ bảo vệ.
Ngày nay, rơle số được sử dụng nhiều do rơle số có những ưu điểm như sau:
+ Độ tin cậy làm việc cao do:
- Hạn chế được nhiễu và sai số do nguyên lý truyền thông bằng số.
- Sử dụng các linh kiện có cơng suất rất nhỏ nên nhiệt độ bên trong thiết
bị làm việc không cao.
- Không sử dụng phần động trong mạch logic nên khơng có qn tính,
khơng bị két do rỉ, két bụi v.v…
- Có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ trong một thiết bị thay vì
phải sử dụng nhiều rơle riêng rẽ. Điều này làm tăng độ tin cậy của rơle vì giảm
thiểu được các dây nối bên ngồi.
- Khơng bị trơi tham số trong quá trình vận hành.

5


+ Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng
cho các đối tượng bảo vệ khác nhau.
+ Độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh (đối với bảo vệ cắt nhanh)
+ Khả năng bảo vệ tinh vi, sát với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo
vệ. Thí dụ, có thể chọn các đặc tuyến bảo vệ quá dòng với thời gian phụ thuộc

các độ nghiêng khác nhau sao cho phù hợp với đối tượng bảo vệ.
+ Thời gian hiệu chỉnh ngắn nên không phải cắt điện lâu khi đưa vào vận hành.
+ Có khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của bản thân thiết bị. Điều
này đặc biệt hữu ích đối với việc phát hiện các hư hỏng bên trong rơ le.
+ Có khả năng đo lường và nối mạng phục vụ cho việc đo lường điều
khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa.
+ Có khả năng hiển thị thông tin tốt cho người sử dụng, nhất là với sự trợ
giúp của các chương trình phần mềm sử dụng máy vi tính.
+ Có chức năng ghi nhớ các sự kiện và hiện tượng bất thường phục vụ
cho việc phân tích sự cố và khả năng làm việc của hệ thống.
Tuy có nhiều ưu điểm nhưng rơle số vẫn có những nhược điểm sau:
- Giá thành cao nên đòi hỏi vốn đầu tư lớn khi nâng cấp đồng loạt các rơle
cũ bằng rơle số. Điều này đặc biệt chú ý vì rơle số địi hỏi cấp độ dự phòng cao
hơn các rơle thế hệ cũ, khi một thiết bị bao gồm nhiều chức năng bảo vệ kết hợp
bị sự cố sẽ gây tác hại lớn nếu không được dự phòng tốt.
- Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao.
- Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp
thiết bị.
1.4. Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:
- Phát hiện kịp thời sự cố, cảnh báo đưa tín hiệu đến máy cắt. Rơle là loại
khí cụ điện tự động mà các đặc tính vào ra có tính chất: tín hiệu đầu ra thay đổi
khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định.
- Nhanh chóng tác động cắt các phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.

6


- Tác động đến các cơ cấu khác như tự động đóng lặp lại, tự động đóng dự
phịng… để duy trì chế độ làm việc bình thường của phần hệ thống điện còn lại.
Như vậy bản chất của bảo vệ rơle là một hệ thống điều khiển đơn giản mà

trong q trình vận hành khơng ngừng tiếp nhận các thơng tin về trạng thái của
đối tượng được bảo vệ dưới dạng các dòng điện, điện áp, tần số,..hoặc các giá trị
mã hóa của chúng; xử lý các thơng tin này và truyền tín hiệu đến các thiết bị khi
cần thiết để duy trì chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện.
Có rất nhiều hình thức bảo vệ rơle tùy theo cách phân loại:
- Theo nguyên lý hoạt động: Rơle điện từ, rơle phân cực, rơle điện động,
rơle cảm ứng, rơle điện tử, rơle nhiệt...
- Theo nguyên lý tác động của các bộ phận chấp hành: Loại có tiếp điểm,
khơng có tiếp điểm.
- Theo tính chất đại lượng đầu vào: Rơle dịng điện, điện áp, cơng suất,
hướng cơng suất...
- Theo tính chất biến đổi tín hiệu: Rơle tương tự. Rơle số...
1.5. Các yêu cầu của rơle bảo vệ và rơle bảo vệ kỹ thuật sớ
Rơle bảo vệ nói chung và rơle bảo vệ kỹ thuật số nói riêng đều phải đảm
bảo các yêu cầu cơ bản sau đây.
•Tác động nhanh
Sự cố cần được loại trừ càng nhanh càng tốt để hạn chế đến mức tối đa
thiệt hại và giữ sự ổn định cho các máy phát làm việc song song trong hệ thống
điện. Thời gian cắt sự cố bao gồm thời gian tác động của bảo vệ (t bv) và thời gian
cắt của máy cắt (tMC). Như vậy yêu cầu tác động nhanh không chỉ phụ thuộc vào
tốc độ của bảo vệ mà còn phụ thuộc vào tốc độ của máy cắt. Thời gian của các
bảo vệ rơle hiện đại khoảng 0.02s ÷ 0.04s.

7


•Tính chọn lọc
Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử hư hỏng ra
khỏi hệ thống điện khi có sự cố ngắn mạch xẩy ra.
Có hai khái niệm về chọn lọc như sau:

+ Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể
làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận.
+ Chọn lọc tuyệt đối: bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở
chính phần tử được bảo vệ.
Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương
đối, phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ bên cạnh nhau
trong hệ thống nhằm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và hạn chế thời gian
ngừng cung cấp điện.
•Độ nhạy
Độ nhạy là khả năng cắt sự cố với dòng điện nhỏ nhất trong vùng bảo vệ.
Độ nhạy là yêu cầu cần thiết của bảo vệ rơle để phản ứng với các chế độ làm
việc khơng bình thường của hệ thống điện dù là nhỏ nhất. Để xác định độ nhạy
của bảo vệ rơle trước hết cần thiết lập vùng bảo vệ của nó. Độ nhạy được đánh
giá bởi hệ số nhạy.

kn =

I N min
I kd

Trong đó:
INmin- dịng điện ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ.
Ikd- dòng điện khởi động của bảo vệ rơle.
Để bảo vệ rơle làm việc tin cậy độ nhạy phải có giá trị lớn hơn 1, thường
thì kn=1.5÷2 đối với vùng bảo vệ chính và bằng 1.2÷1.3 với vùng bảo vệ dự
phịng.

8

•Độ tin cậy
Độ tin cậy là khả năng bảo vệ làm việc chắc chắn trong mọi điều kiện đối
với bất kỳ sự cố nào trong vùng bảo vệ, đồng thời khơng tác động với các
chế độ mà nó khơng có nhiệm vụ bảo vệ. Để nâng cao độ tin cậy cần lựa chọn sơ
đồ bảo vệ đơn giản sử dụng các thiết bị có chất lượng cao, lắp ráp sơ đồ chính
xác, chắc chắn đồng thời, thường xuyên kiểm tra tình trạng của sơ đồ và các
thiết bị.
•Tính kinh tế
Các bảo vệ rơle phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật đồng thời phải được
xây dựng sao cho rẻ nhất đến mức có thể. Đối với những thiết bị cao áp và siêu
cao áp chi phí cho trang thiết bị lắp đặt bảo vệ rơle chỉ chiếm một phần nhỏ
trong tồn bộ chi phí của cơng trình, do đại đa số các thiết bị ở mạng điện cao áp
đều rất đắt, vì vậy hệ thống bảo vệ rơle chỉ cần phải quan tâm sao cho đảm bảo
được các yêu cầu cao về mặt kỹ thuật. Trong khi đó ở lưới điện trung áp và hạ áp
với số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, mức độ bảo vệ u cầu khơng
cao do đó cần tính đến tính kinh tế khi lựa chọn sơ đồ và trang thiết bị bảo vệ rơle
sao cho vừa đảm bảo kỹ thuật vừa có chi phí thấp nhất đến mức có thể.
1.6. Các ký hiệu của chức năng bảo vệ
Trong các bảo vệ dùng rơle kiểu cũ, mỡi rơle thường có chức năng riêng
biệt. Ở Việt Nam cho đến nay chúng có các ký hiệu khác nhau. Ví dụ: rơle q
dịng thường ký hiệu là RI, rơle định hướng công suất là RW, rơle thời gian là
RT, rơle điện áp là RU, rơle tổng trở là RZ. Song chỉ có thể áp dụng cho những
rơle thông dụng và khi số lượng các chức năng bảo vệ ngày càng phong phú thì
phương cách này trở nên bất cập. Đặc biệt, trong các rơle số khi mỗi rơlebao
gồm nhiều chức năng bảo vệ khác nhau thì cách kí hiệu đó càng tỏ ra khơng
thích hợp. Theo tiêu chuẩn quốc tế đã đưa ra được bảng mã rơle số như sau:
Bảng 1.1: Các mã số của rơle

9

2
3
4
14
19
21
24
25
26W
26Q
27
30
32
32P
32Q
33
37
38
39
40
46
46T
47
48
49
49W
50
50/87
50BF

50G
50F
51
51N
51P
51V
52
52A
52B
55
59

Phần tử thời gian
Chức năng kiểm tra hoặc lien động
Contactor chính
Chức năng đo tốc độ
Chức năng q dịng do khởi động ở điện áp thấp
Bảo vệ khoảng cách
Chức năng quá kích từ
Chức năng kiểm tra đồng bộ
Rơle bảo vệ quá nhiệt cuộn dây máy biến áp
Rơle nhiệt độ dầu
Bảo vệ điện áp thấp
Rơle tín hiệu
Chức năng định hướng cơng suất
Chức năng dao động điện
Chức năng định hướng thứ tự nghịch
Rơle mức dầu tại máy biến áp
Chức năng dịng hoặc cơng suất cực tiểu
Chức năng đo nhiệt độ vòng bi hay các bộ phận khác

Chức năng đo dộ dung
Chức năng bảo vệ mất từ trường
Rơle dòng cân bằng pha hay đảo pha ( dòng thứ tự nghịch)
Rơle quá dòng thứ tự nghịch tác động tức thời ( cắt nhanh)
Chức năng thiếu áp thứ tự thuận
Chức năng khởi động lâu/ ghìm roto
Bảo vệ quá nhiệt
Bảo vệ quá nhiệt cho đường dây
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Bảo vệ so lệch cắt nhanh
Chức năng từ chối cắt (sự cố máy cắt)
Bảo vệ quá dòng chạm đất tức thời
Chức năng bảo vệ đóng điện vào điểm sự cố
Bảo vệ q dịng (xoay chiều) có thời gian
Bảo vệ q dịng chạm đất có thời gian
Bảo vệ q dịng pha có thời gian
Bảo vệ q dịng có thời gian hãm theo áp
Máy cắt (MC)
Tiếp điểm phụ thường mở của máy cát
Tiếp điểm phụ thường đóng của máy cắt
Rơle hệ số công suất
Chức năng điện áp cực đại

10


60
63
64
64R

64G
66
67
67N
67Q
68
74
76
78
79
81
84
86
87
87B
87G
87M
87T
90
96B

Rơle cân bằng áp hoặc dòng
Bảo vệ áp suất tăng cao trong máy biến áp
Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao
Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao cho cuộn dây roto
Bảo vệ chống chạm đất có độ nhạy cao cho cuộn dây stato
Chức năng đếm số lần khởi động trong một thời gian
Bảo vệ quá dòng có hướng
Bảo vệ q dịng tổng ba pha có hướng
Bảo vệ q dịng thứ tự nghịch có hướng

Rơle khóa
Rơle kiểm tra cuộn cắt MC
Bảo vệ quá dòng (một chiều)
Bảo vệ mất đồng bộ
Tự động đóng trở lại
Rơle tần số
Bộ điều áp máy biến áp
Rơle khóa trung gian
Bảo vệ so lệch
Bảo vệ so lệch thanh cái
Bảo vệ so lệch máy phát
Bảo vệ so lệch động cơ
Bảo vệ so lệch máy biến áp
Chức năng tự động điều chỉnh điện áp
Rơ le khí Buchholz

1.7 Cấu tạo của rơle số
1.7.1 Mô tả chung về rơle số
Nói chung các rơle hoạt động trên nguyên tắc: đầu vào nhận tín hiệu tương
tự cịn đầu ra thì đưa ra tín hiệu logic (trạng thái các tiếp điểm). Các đầu ra thay
đổi trạng thái khi các tín hiệu vào có giá trị vượt quá điểm đặc tuyến tác động
tương ứng (trong đó có thanh đặt) .

11


Z1

Zn

X1
Mơ hình Rơle
Xn

NC NO NC NO

Nguồn cấp

Hình 1.1: Cấu tạo của rơle sớ
Trong đó :
X1, ..., Xn là các tín hiệu đo. Đó có thể là cấc tín hiệu dịng, áp, tần số ...
Z1, ..., Zn là các tín hiệu đặt. Đó có thể là các giá trị đặt hay đặc tuyến đặt
NO, NC là các tiếp điểm khống chế hay khởi động.
Các rơle dịng điện, khơng hướng, đặc tuyến độc lập thì chỉ có đầu vào là
dịng điện AC và nấc chỉnh định tác động.
Các rơle trung gian điện DC thì có một đầu vào điện áp, cịn đầu vào đặt
mặc nhiên là điện áp chế tạo thích ứng.
Các rơle so lệch thì đầu vào có từ 6 đến 9 đầu vào dòng điện.
Các rơle bảo vệ khoảng cách có thể có 4 đầu vào điện áp và 4 đầu vào dòng
điện, các đầu vào đặt Z giúp ta chỉnh định:
- Các vùng khoảng cách
- Các thông số đường dây
- Các cấp thời gian
- Các dạng đặc tuyến.

12


1.7.2 Các phép logic dùng trong bảo vệ rơle
Việc áp dụng các phép logic có thể đơn giản hóa các sơ đồ bảo vệ rơle và

thể hiện sự làm việc của sơ đồ bảo vệ một cách rõ ràng. Trạng thái tiếp điểm
đóng trong các sơ đồ của rơle mơ tả bằng số 1, cịn khi tiếp điểm mở thì bằng số
0. Các phép logic:
• Phép “HOẶC”(OR): phép cộng logic (X=A + B)
• Phép logic “VÀ”(&): phép logic nhân (X=A.B)
• Phép “KHƠNG”(NO): phép logic âm hoặc phủ định (X=NA)
• Phép logic “KHĨA”(BLOCKING): X=A.NB
• Phép “TRỄ”(TIME DELAY): X=DkA- sau khi tín hiệu A truyền đến đầu
vào, tín hiệu X đầu ra sẽ xuất hiện với sự chậm trễ k giây.
D- toán tử trễ;
k- số đơn vị làm chậm (s,ms,µs).
Trong q trình xây dựng các sơ đồ bảo vệ rơle người ta thường kết hợp nhiều
dạng sơ đồ logic khác nhau để có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ một cách có hiệu
quả và tin cậy nhất. Các phép logic thường được kết hợp với nhau qua sơ đồ khối,
biểu thị sự liên hệ và chức năng của các phần tử logic tham gia trong sơ đồ.
1.7.3 Các tín hiệu đầu vào và đầu ra
• Đầu vào tương tự
Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà số lượng đầu vào tương tự của rơle số
có thể thay đổi. Như đối với rơle bảo vệ quá dòng đầu vào thường là ba dịng
pha A,B, C và đơi khi cịn có đầu vào thứ tự khơng, dịng này có thể lấy từ dịng
tổng của ba dòng thứ cấp các biến dòng (BI) pha hoặc lấy từ cuộc thứ cấp máy
biến dòng thứ tự không.
Đối với rơle bảo vệ quá áp đầu vào thường là ba áp pha hoặc đơi khi cịn
có đầu vào chốp thứ tự khơng nối tới cuộn thứ cấp tam giác hở của máy biến
điện áp (BU).

13


Đối với rơle dùng cả áp lẫn dòng như rơle bảo vệ khoảng cách có thể có

các đầu vào như trên (tối đa là 8 đầu vào).
Các giá trị danh định của các BI, BU được sử dụng tại các đầu vào tương
tự cần phải được cài đặt trong bộ nhớ của rơle. Dòng định mức thứ cấp đối với
rơle số thường là 1A hoặc 5A, áp định mức thường là 220V.
Các cuộn đầu vào tương tự được nối tới các cuộn biến dòng hoặc áp trung
gian đầu vào đặt trong rơle.
• Đầu vào sớ
Các đầu vào số hay cịn gọi là đầu vào trạng thái cung cấp thông tin về
trạng thái làm việc của hệ thống điện hay các thiết bị bảo vệ khác. Các thơng tin
này chỉ có hai giá trị 0 và 1
Các đầu vào này có thể chia làm 3 loại và thay đổi tuỳ theo từng rơle bảo vệ:
+ Thông tin đối tượng bảo vệ cung cấp, thí dụ như máy cắt, dao tiếp địa,
dao cách ly ở vị trí đóng hay mở (do các tiếp điểm phụ của máy cắt thông báo),
máy cắt không làm việc v.v…
+ Thông tin do các bảo vệ khác cung cấp, thí dụ như bảo vệ khí của máy
biến áp (bảo vệ Gas) cảnh báo hay tác động (Gas nặng thì đi cắt máy cắt, Gas
nhẹ thì cảnh báo), tín hiệu khố hay cho phép trong sơ đồ liên động (áp lựckhí
SF6 trong máy cắt ở mức thấp sẽ khố thao tác máy cắt) v.v…
+ Tín hiệu điều khiển từ xa của người sử dụng, thí dụ như giải trừ các cảnh
báo, giải trừ tín hiệu sự cố trên rơle, điều khiển đóng cắt máy cắt trên rơle, lấy thơng
số và các bản ghi sự kiện v.v…
Các tín hiệu đầu vào thường là tín hiệu điện áp lấy từ nguồn phụ một
chiều (U

phụ

). Nguồn phụ này có thể là nguồn một chiều ni rơle hoặc điện áp

khác có giá trị danh định như sau: 24, 30, 48, 60, 110, 220V (tuỳ theo chủng loại
và các nhà chế tạo khác nhau). Thường một rơle làm việc với nhiều tín hiệu đầu

vào số khác nhau.
• Đầu ra sớ

14


Các tín hiệu đầu ra cơ số 2 có thể phân loại theo 4 nhóm:
1. Nhóm tín hiệu điều khiển: Được đóng cắt bởi các rơle đầu ra. Hầu hết
các rơle số hiện nay đầu sử dụng các rơle có tiếp điểm để làm phần tử thao tác
đầu ra. Điện áp làm việc của chúng thường là dòng một chiều 24V. Tiếp điểm có
khả năng làm việc với dịng cắt lớn. Tiếp điểm điều khiển sử dụng điện áp thao
tác bên ngồi để thực hiện các quy trình đóng cắt MC như cắt 1 pha, cắt 3 pha,
đóng 3 pha. Tiếp điểm điều khiển thường có cơng suất và dịng làm việc lớn hơn
tiếp điểm báo tín hiệu. Để tăng độ tin cậy đôi khi người ta sử dụng các cặp tiếp
điểm kép mắc song song với nhau, cho phép giảm khả năng tiếp điểm bị hở khi
cần khép mạch điều khiển.
2. Nhóm các tín hiệu cảnh báo: Cũng sử dụng các rơle có tiếp điểm để đi
cảnh báo tín hiệu bằng đèn, còi v.v… trên bảng điều khiển trung tâm hoặc nơi
nhận thơng tin xa.
3. Nhóm các tín hiệu điều khiển đèn LED trên mặt trước rơle: Thông báo
các thơng tin về tình trạng làm việc của rơle. Theo ngun tắc, các tín hiệu này
khơng sử dụng các tiếp điểm đầu ra vì điện áp làm việc của các đèn LED rất bé
<3V, mà lấy trực tiếp từ các đầu ra của các vi mạch số phần lôgic sau khi đã
được khuếch đại. Thường mỗi đèn LED tương ứng với một thông tin cần thông
báo cho người sử dụng. Một số rơle mỡi đèn LED có thể gán các thơng báo bằng
cách lập trình từ bàn phím cho người sử dụng thực hiện.
4. Nhóm các tín hiệu trạng thái bên trong rơle. Trong rơle số có đặt các
thanh ghi để ghi nhận trạng thái các phần tử lôgic. Người sử dụng có thể hiển thị
các tham số này trên màn hình của rơle hoặc truy xuất từ xa qua cổng tuần tự.
1.7.4 Xử lý các tín hiệu tương tự

• Các bộ biến đổi đầu vào
Các bộ biến đổi đầu vào đó là các máy biến điện áp (BU), máy biến dịng
(BI) tín hiệu và các tranzito. Chúng có chức năng và cấu tạo giống các bộ phận
tương tự của rơle tĩnh.

15


- Các máy biến điện áp tín hiệu thường có số vịng dây lớn, kích thước
dây nhỏ.
- Các máy biến dịng tín hiệu có số vịng dây nhỏ, kích thước dây lớn.
• Các bộ lọc và bộ khuếch đại
Tín hiệu tương tự ở đầu ra của các bộ biến đổi tín hiệu đầu vào thường
qua các bộ lọc sơ bộ tần số thấp, với tín hiệu cao tần bị chặn lại. Các bộ lọc này
là các bộ lọc tần bậc 1 kiểu R-C hay L-R. Các bộ lọc bậc cao khơng sử dụng vì
làm tăng độ trễ của tín hiệu. Trong các rơle số bộ lọc tương tự chỉ có vai trị như
bộ lọc thơ.
• Bộ chuyển đổi tương tự số
Chức năng của các bộ chuyển đổi tương tự số trong rơle số:
- Chức năng dồn kênh: Cho phép bộ biến đổi ADC có thể làm việc với
nhiều đầu vào tương tự.
- Chức năng trích và giữ mẫu tín hiệu tương tự.
- Chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự thành mã cơ số hai ở đầu ra.
1.7.5 Các bộ lọc số
Bộ lọc số thực hiện việc tách tín hiệu có ích x o(t) từ tín hiệu đầu vào là
hỡn hợp của tín hiệu có ích và tín hiệu nhiễu xv(t) = x o(t) +xn(t) bằng cách xử lý
theo phương pháp số các giá trị rời rạc X v(nT) nhận được ở đầu ra của bộ phận
chuyển đổi tương tự - số (ADC). Bộ lọc có thể được thực hiện bằng sơ đồ phần
cứng hoặc phần mềm. Trong các ứng dụng bảo vệ, tín hiệu có ích thường có
dịng và áp hình sin chu kỳ 50Hz.

Các bộ lọc có ưu điểm đó là tốc độ thao tác nhanh, tốc độ chính xác và độ
ổn định cao, thuận tiện cho việc xử lý thông tin tiếp theo. Một vài phương pháp
cho phép giảm thời gian lọc xuống cỡ một chu kỳ tần số công nghiệp, điều này
làm tăng tốc độ xử lý của rơle số lên đáng kể so với rơle tĩnh và rơle điện cơ.
Các bộ lọc số trong rơle số có thể thực hiện bằng phương pháp phần cứng
hoặc phần mềm theo ba cách chính sau:

16


- Dùng các bộ lọc số theo mẫu tương đương với các bộ lọc tương tự.
- Dùng phương pháp đạo hàm.
- Dùng phương pháp biến đổi Fourier một chu kỳ.
1.7.6 Các cổng vào ra thông tin tuần tự
Khả năng trao đổi thông tin với các thiết bị ở xa là mọt trong các ưu điểm
nổi bật của rơle số so với các loại rơle điện cơ và rơle tĩnh. Chức năng này được
thực hiện thông qua các giắc cắm chữ D có 9 hoặc 25 chân đặt ở mặt trước hay
sau của rơle số. Đó là các cổng vào ra thông tin tuần tự được nối tới bộ giao diện
vào ra thơng tin số. Bộ giao diện này có các chức năng sau:
• Phối hợp giữa bộ phận truyền thơng tin dạng song song bên trong rơle
số với bộ phận truyền tin tuần tự ở bên ngồi.
• Đồng bộ thời gian giữa phần thu và phát. Bình thường các bộ thu và
phát thuộc các thiết bị khác nhau nên thông tin trong chúng được truyền với tốc
độ khác nhau. Vì vậy cần phải có đồng bộ hố chế độ làm việc của hai phía về
mặt thời gian.
• Phối hợp về mức điện áp và mã số của tín hiệu được truyền.
Để các thiết bị thu phát có thể làm việc hiệu quả và thuận tiện khi làm
việc phối hợp với nhau giữa các thiết bị người ta đặt ra các chuẩn cho các cổng
vào ra tín hiệu tuần tự trong các thiết bị số.
Chuẩn RS-232: Với rắc cắm hình chữ D dao động từ 4 đến 37 chân (4, 9,

15, 25,37) trong rơle số hay dùng loại 9 chân và loại 25 chân.
RS-232: sử dụng phương thức truyền số liệu không đối xứng. Điện áp dao
động trong khoảng -15V đến +15V. Mức logic 1 ứng với khoảng điện áp -15V
đến -3V. Và mức “0” ứng với khoảng điện áp từ 3V đến 15V. Khoảng điện áp từ
-3V đến+3V không được định nghĩa, đây là khoảng để chuyển tiếp giữa các mức
logic, khoảng +25V và -25V là khoảng tín hiệu cho phép.
RS232 làm việc ở chế độ truyền song song, với phương thức truyền này
số liệu có thể được truyền theo 2 hướng một cách đồng thời, tức là ở một thời
điểm cả 2 thiết bị đều có thể nhận hoặc truyền số liệu.

17


Để truyền tín hiệu đi xa hơn và nối với nhiều thiết bị đầu cuối, người ta
dùng chuẩn RS485 tương tự nhưng có cơng suất tín hiệu cao hơn.
Chuẩn RS-485: Sử dụng phương thức truyền số liệu sai lệch đối xứng, do
có các khả năng chống nhiễu tốt hơn chuẩn RS232 và khả năng truyền thơng tin
có thể xa tới 1700m. RS485 có thể ghép nối nhiều điểm chính vì vậy mà nó
được sử dụng rộng rãi trong các mạng công nghiệp.

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY
2.1. Khái quát chung
Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các đường dây tải điện phụ
thuộc nhiều yếu tố như: Đường dây trên không hay dây cáp, chiều dài đường
dây,công suất truyền tải và tầm quan trọng của đường dây, số mạch truyền tải và
vị trí của đường dây …
Theo cấp điện áp người ta phân biệt:
- U < 1 kV Đường dây hạ áp (LV)
- 1kV ≤ U ≤ 35 kV Đường dây trung áp (MV)
- 66 kV ≤ U ≤ 220 kV Đường dây cao áp (HV)

- 330 kV ≤ U ≤ 1000 kV Đường dây siêu cao áp (EHV)
- U > 1000 kV Đường dây cực cao áp (UHV)

18


Đường dây cấp điện áp danh định từ 220 kV trở lên được gọi là đườngdây
truyền tải và từ 110 kV trở xuống được gọi là đường dây phân phối.
Những sự cố thường gặp đối với đường dây tải điện là ngắn mạch (Nhiều
pha hoặc một pha), chạm đất một pha (trong lưới điện có trung điểm cách
điệnhoặc nối qua cuộn PETERSEN) quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác), đứt
dây và quá tải. Để chống các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp thường người ta
dùng cầu chảy hoặc áptômát.
Để bảo vệ các đường dây trung áp (U≤35kV) chống ngắn mạch, người ta
dùng các loại bảo vệ sau:
- Quá dịng điện cắt nhanh hoặc có thời gian (với đặc tính độc lập hoặc
phụ thuộc)
- Q dịng điện có hướng
- So lệch dùng cáp thứ cấp chuyên dùng
- Khoảng cách
Đối với đường dây cao áp (66÷220kV) và siêu cao áp (330÷1000kV)
thường dùng các loại bảo vệ:
- So lệch dịng điện
- Khoảng cách
- So sánh tín hiệu
- So sánh pha
- So sánh hướng (cơng suất hoặc dịng điện)
* Đặc điểm của đường dây 110kV:
-Đường dây với cấp điện áp 110kV được dùng để truyền tải điện năng đi
xa, khoảng cách truyền tải lớn.

-Đường dây không 110kV chỉ được dùng cách điện treo, tại các vị trí đặc
biệt (đảo pha, bên cạnh chống sét, máy cắt, cầu dao …) có thể dùng cách điện
đứng phù hợp.
- Đường dây không 110kV được bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp bằng dây
chống sét trên suốt chiều dài đường dây. Trên một số đoạn tuyến đặc biệt khơng
thể bố trí được dây chống sét thì phải có biện phát chống sét khác bổ xung.
- Trên đường dây phải có các thiết bị xác định điểm sự cố đặt tại các trạm
điện.
- Trong hệ thống điện, với cấp điện áp 110kV, đường dây truyền tải có 3
dây pha, khơng có dây trung tính. Vì xung quanh dây dẫn điện sẽ tạo ra một điện

19


trường lớn, điện trường này sẽ móc vịng trên dây trung tính gây ra hiện tượng
cảm ứng điện từ và tạo ra một dịng điện trên dây trung tính; với cấp điện áp này
sẽ làm tổn thất điện năng lớn. Trên đường dây truyền tải, sự mất cân đối với các
pha rất nhỏ, nên dịng trong dây trung tính (nếu có) sẽ nhất nhỏ.
-Đối với mạng điện 110kV, chiều dài đường dây lớn nên dòng điện dung
khi một pha chạm đất cũng rất lớn. Vì vậy, nếu đặt cuộn dập hồ quang cũng
khơng giải quyết được vấn đề gì. Mặt khác, độ dự trữ cách điện bé, vì vậy điểm
trung tính của mạng điện phải được nối đất trực tiếp. Với mạng điện này, cách
điện chỉ cần thiết kế theo điện áp pha nên có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế. Khi có
chạm đất một pha (ngắn mạch 1 pha): dòng điện ngắn mạch rất lớn, rơle sẽ tác
động cắt nhanh đường dây bị sự cố, ảnh hưởng tới tính liên tục cung cấp điện.
Để nâng cao hiệu quả làm việc của mạng điện, ta dùng thiết bị tự động đóng lặp
lại để tự động đóng lại các đường dây đã bị cắt khi sự cố, vì phần lớn các sự cố
chạm đất 1 pha có tính chất thống qua. Dòng điện chạm đất một pha lớn, nên
thiết bị nối đất phức tạp và đắt tiền. Dòng chạm đất một pha có thể lớn hơn dịng
ngắn mạch ba pha. Để hạn chế nó phải tăng điện kháng thứ tự khơng bằng cách nối

đất trung tính qua dao cách ly, qua một điện trở nhỏ hay qua một điện kháng nhỏ.
Sơ đồ thay thế đường dây

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế đường dây
Trong đó: ZdA tổng trở đường dây pha A
ZdB tổng trở đường dây pha B
ZdC tổng trở đường dây pha C

20