Tài liệu Đề tài Tìm hiểu và ứng dụng rơle số doc

Đề tài Tìm hiểu và ứng
dụng rơle số

1

LỜI NÓI ĐẦU
Mục tiêu phát triến kinh tế của đất nước ta hiện nay là : Công nghiệp hoá và
hiện đại hoá, phấn đấu cho dân dàu nước mạnh xã hội công bằng văn minh. Vì vậy,
ngành công nghiệp điện năng có một vai trò quan trọng nhất định đòi hỏi hệ thống
điện nước ta phải phát triến không ngừng cùng với những ứng dụng của thành tựu
khoa học kỹ thuật tiên tiến trên toàn thế giới.
Điện năng là một nhu cầu không thế thiếu được trong đời sống kinh tế xã hội.
Việc sản xuất, truyền tải điện năng phải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn phức tạp,
nên không thế tránh khỏi nhừng sự cố hư hỏng. Đe đảm bảo sản lượng và chất lượng
điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cho các hộ tiêu thụ điện, đảm bảo an toàn
cho thiết bị và sự làm việc ốn định trong toàn hệ thống cần phải sử dụng rộng rãi và
có hiệu lực những phương tiện bảo vệ và điều chỉnh tự động trong hệ thống. Trong
các thiết bị bảo vệ này rơle là thiết bị đóng vai trò hết sức quan trọng.
Cùng với sự phát triển kỳ thuật điện nói chung và các hệ thống điện lực nói
riêng, kỳ thuật bảo vệ trong mấy năm gần đây đã có những tiến bộ và biến đổi vượt
bậc. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện đại cho phép chế tạo những loại
bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhậy
của các bảo vệ và tránh không cho các bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột
biến của phụ tải, khi có hư hỏng trong mạch điện áp hoặc khi có dao động điện.
Nhằm hoàn thiện các phương pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hỏng hóc
trong các sơ đồ bảo vệ và các sơ đồ điều khiển máy cắt điện cũng như khi bản thân

máy cắt điện bị trục trặc
V V. . .

Do đó các thiết bị rơle bảo vệ ra đời nằm mục đích ngăn ngừa hạn chế những
sự cố, hư hỏng. Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị, không bị phá huỷ, hoặc hạn chế
tới mức tối đa có thế được những thiệt hại do sự cố gây ra, duy trì sự làm việc liên
tục, ốn định cho hệ thống sản suất, truyền tải tiêu thụ điện năng
NHỮNG YÊU CẦU VÈ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN
Ngày nay, năng lượng điện được sử dụng rộng rãi trong đời sống kinh tế xã
hội. Sự biến đối về chất lượng điện gây nhiều hậu quả không tốt tới quá trình công
2

nghệ và tỷ lệ hư hỏng các chế phâm cao. Có những trường hợp mất điện đột xuất,
kéo dài gây những thiệt hại rất nghiêm trọng.
Một hệ thống điện có chất lượng lý tưởng phải là một hệ thống có :
- Điện áp 3 pha cân bàng và điện áp luôn duy trì ở mức danh định, không
phụ thuộc và thời gian và phụ tải.
- Tần số luôn on định ở mức 50Hz
- Không bị mất điện đột xuất, duy trì được thời gian cung cấp điện mà
người sử dụng đồng ỷ thoả 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 không phát huy được công suất phụ tải, gây tổn thất cao ; và
điện áp tụt tới mức nào đó làm các máy quay công nghiệp ngừng hoạt động và dẫn
đến hư hỏng má cùng với sản phẩm. Các phụ tải khác cũng không phát huy được
công suất tối thiếu đế thực hiện mục đích ban đầu. Ngược lại, khi điện áp tăng cao,
các máy quay công nghiệp sẽ phát nóng do bão hòa mạch từ, các phụ tải khác phát
huy quá mức cần thiết, vượt công suất 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 đối tần

số. Khi tần số tụt, tống 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.
Ngoài ra vô công hẹ thống cũng tăng theo.
Khi tần số tăng cao cung 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. Trong
một giới hạn nào đó thì giữa tần số và điện áp cũng bị ảnh hưởng tăng giảm và gây
hậu quả càng nguy hại.
Một yếu tố dáng chú ý là sự gian duy trì thời gian cấp điện liên tục.Các yếu tố
về chất lượng điện trong thực tế chấp nhận một dung sai thay đối.
3

CÁC DẠNG Sự CÓ XẢY RA TRONG LƯỚT ĐIỆN
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. Ngoài
ra, môi trường cũng là yếu tố làm giảm tuối thọ các thiệt bị nên sự cố có thế xảy ra
trên các thiết bị bất cứ lúc nào.
Mỗi lần xảy ra sự cố trên lưới điện sẽ gây hậuquảnghiêm trọng : hồ
quang hủy hoại vật liệu cấu thành rất nhanh và còn gây cháy nghiêm trọng ; dòng
điện tăng cao tới điếm ngan 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 ốn định, tần số bị thay đối, điện áp bị tụt
xuống và làm nhừng máy quay điện 3 pha tê liệt, tất cả các quá trình sử dụng điện
đều bị ảnh hưởng kèm theo những thiệt hại không 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 thông số định
mức về tần số và điện áp đang được sự dung rộng rãi kết hợp với việc tăng cường
kiếm tra định kỳ các thiết bị vận hành.
1. Các khái niệm cơ sở về rơle báo vệ

về
mặt kinh
tế,
rơle bảo vệ
là thiết bị
TĐH đượcsdùngtrong
hệ
thống
điện với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thế 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 trò
không thế thay thế trong quá 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 trò người canh
gác không 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 không điện của nó và phát ra các tín hiệu
cảnh báo khi đối tượng chuyến sang trạng thái làm việc bất thường. Với sự tiến bộ
4

của KHKT 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, và đây chính là đoói
tượng được xem xét chính trong nội dung bản báo cáo này.
2. Những yêu cầu cơ bản về rơle bảo vệ
Hệ thống rơle bảo vệ có mục đích ngăn ngừa các sự cố, đảm bảo cho thiết bị
lực không bị phá hủy hoặc được hạn chế mức hư hỏng ; duy trì sự làm việc on định
của hệ thống đồng thời bảo đảm tách chọn lọc phần tử sự cố mà không gây ảnh
hưởng tới các hộ tiêu thụ điện.
• Tính chọn lọc của bảo vệ rơle chính là năng lực của bảo vệ chỉ cắt những
máy cắt nằm sát trực tiếp nơi xảy ra sự cố đế tách riêng phàn sự cố ra khỏi hệ thống

điện, duy trì nguồn cấp cho những phần không sự cố.
Cắt chọn lọc là điều kiện cơ bản của bảo vệ rơle vì hiệu quả của nó là duy trì
sự cấp điện bình thường cho các hộ tiêu thụ điện, trừ các hộ nằm trong phạm vi trục
tiếp của sự cố.
• Hệ thống rơle phải tác động nhanh
Ngắn mạch giẫư các pha trên hệ thống điện là sự cố nguy hiếm nhất. Dòng
ngắn mạch rất lớn có thế làm hư hỏng cách điện hoặc thậm chí hư hỏng các thiết bị
dẫn tới những hậu quả nghiêm trọng gây thiệt hại lớn vè kinh tế và kỹ thuật. Vì thế
dập tắt nhanh sự cố là yêu cầu quan trọng của bảo vệ.
Tuy nhiên trong thực tế vẫn có một khoảng thời gian trễ khi cắt điện, đó là
khoảng thời gian tác động của rơle và máy cắt.
• Độ nhạy của bảo vệ
Khi phát hiện sự cố, rơle phải tác động dứt khoát, bảo đảm tiếp điếm của nó
phải tiếp xúc chắc chắn. Bản thân rơle chỉ tác động khi tín hiệu đo được vượt quá
ngưỡng đặt khi mà sức từ động lớn hơn hăn lực cảc của nó.
• Độ tin cậy của bảo vệ
Bản thân rơle được cấu thành từ rất nhiều phần tủ’, bất kể phần tử nào hư
hỏng cũng làm te lệi hệ thống bảo vệ. Vì vậy, độ tin cậy bảo vệ là khả năng làm việc
hoàn hảo của tất cả các phần tử nằm trong mạng lưới của hệ thống bảo vệ. Mộy hệ
thống tin cậy là hệ thống tác động chính xác khi có sự cố nằm trong vùng bảo vẹ của
5

nó.
Độ tin cậy của bảo vệ phụ thuộc vào nhừng yếu ttó sau đây :
- Độ phức tạp của mạng lưới bảo vệ
- Quy chế bảo dưỡng và vận chuyến thiết bị trước khi lắp đặt
- Quy chế bảo dưỡng kỹ thuật
3. Các phần tử tham gia trong hệ thống rơle bảo vệ :
- Máy cắt điện
- Rơ le trung gian đầu ra

- Hệ thống nguồn tự dùng (một, xoay chiều)
- Biến dòng đo lường
- Biến áp đo lường
- Cáp điều khiển cộng với các đầu nối
- Các loại rơle dòng điện
- Các rơle điện áp
- Các rơle trung gian
- Các rơle thời gian
- Các rơle tổng trở
- Các rơle so lệch
- Các rơle ga và dòng dầu
- Hệ thống hiện thị tín hiệu

Trong đó, 2 thiết bị đầu tiên là những thiết bị bắt buộc đối với bất kỳ hệ thống
bảo vệ nào.
4. Các loại bảo vệ cơ bản
Như ta đã biết, có 4 yêu cầu cơ bản đối với các bảo vệ rơle, đó là : o
Tính chọn lọc
o Tác động nhanh
o Độ nhạy
o Tính bảo đảm
BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN (QDĐ)
a) Nguyên tắc tác động
Khi xay ra ngắn mạch , dòng điện trọng sự cố tăng lên . Nhờ rơle dòng điện
mắc vào phần tử được bảo vệ , bảo vệ quá dòng điện được khởi động và tác động đi
cắt phần tử sự cố .
Có thể chia bảo vệ quá dòng điện thành bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ cắt
nhanh dòng điện . Chúng khác nhau cơ bản ở cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn
lọc . Đe bảo vệ dòng điện tác động chọn lọc , người ta tạo cho nó thời gian trì hoãn
thích hợp , còn để đảm bảo tính chọn lọc cho bảo vệ cắt nhanh cần chọn dòng khởi

động thích họp .
b) Bảo vệ QDĐ cho đường dây tải điện

Bảo vệ quá dòng điện cho đường dây hình tia có một nguồn cung cấp Đối với
mạng có một nguần cung cấp , bảo vệ QDĐ là chủ yếu . Nó được đặt phía đầu nguần
của đường dây . Như vậy mỗi đường dây có bảo vệ riêng biệt

Khi NM xây ra tại N1 , dòng sự cố chạy trên cả đoạn , vì vậy các bảo vệ
1, 2, 3, 4 đều khởi động. Tuy nhiên theo yêu cầu chọn lọc , chỉ có bảo vệ 4 được tác
động cắt phần tử sự cố . Muốn vậy bảo vệ quá dòng cần thời gian trì hoãn tác động
thời gian này tăng dần tính từ hộ tiêu thụ tới nguồn ( xem hình trên) . Nhờ cách trọn
này khi NM tại N1 , bảo vệ 4 tác động sớm nhất. Sau đó các bảo vệ 1,
2, 3 trở về vị trí ban đầu mà không kịp tác động , khi NM tại N2 bảo vệ 3 sẽ tác động
.Nguyên tắc trộn thời gian trì hoãn tác động như trên gọi là nguyên tắc bậc thang.
c) Dòng khởi động của bảo vệ
Bảo vệ QDĐ cần phái tác động chắc chắn khi NM nhưng đồng thời không
được tác động đối với dòng phụ tải cực đại cũng như đối với những biến động ngắn
hạn của dòng này do các động cơ tự khởi động V . V Đe tránh tác động đối với
dòng phụ tải cực đại cần thực hiện 2 điều kiện sau :

Sơ đổ giải thích cách chọn dòng khởi động bảo vệ
• Rơle dòng cần phải trở về vị trí ban đầu một cách chắc chắn , sau khi ngắn
mạch ngoài được cắt ra . Ví dụ khi ngắn mạch tại điếm N của mạng các rơle dòng
của bảo vệ 1 và 2 đều tác động . Sau khi bảo vệ 2 cắt đoạn sự cố , qua rơle dòng của
bảo vệ 1 không còn dòng NM , nhưng có dòng phụ tải của các đường dây còn lại .
Rơle dòng của bảo vệ 1 cần phải trở về vị trí ban đầu trong điều kiện có dòng khi tải
này chạy qua . Neu không trở về bảo vệ 1 sẽ cắt hai đường dây hư hỏng , mặc dù sự
cố đã được loại trừ .
d) Bảo vệ quả dòng băng rơỉe áp giảm .
Dòng khởi động của bảo vệ QDĐ phải chọn sau cho thoả mãn

Ikđb ^ tvnax
• Rơle bảo vệ không được tác động đối với dòng làm việc cực đại ỈLvmax, muốn
vậy
dòng khởi động
của bảo vệ ỉkđb cần phái
chọn
lớn hơn ỈLvmax

tl tl > t2 t2


Vì có giá trị lớn , bảo vệ nhiều khi có độ nhậy không đạt yêu cầu . Đe nâng
cao độ nhậy của bảo vệ người ta dùng rơle áp giảm có bộ phận khởi động . Bảo vệ
chỉ tác động sau khi rơle áp giảm 1 đã tác động . Trị số của rơle này chon sao cho nó
tác động khi ngắn mạch , vì áp của mạng giảm nhiều , nhưng không tác động đối với
áp làm việc nhỏ nhất mặc dù khi có rơle dòng 3 có thể khép tiếp điếm do quá tải.
Rơle dòng 3 làm nhiệm vụ ngăn chặn bảo vệ tác động khi đứt cầu chì mạch
điện cung cấp cho các rơle áp . Khi đó , tiếp điếm của rơle 1 khép , báo tín hiệu đứt
cầu chì.
Rơle áp giảm 1 gồm 3 chiếc nối vào áp dây của mạng , nhờ vậy bảo vệ chắc
chắn dược khởi động khi NM hai pha . NHưng khi nối rơle áp giảm 1 vào áp dây ,
nó xẽ không nhậy cảm đối với NM một pha . Vì vậy trong mạng có trung điểm nối
đất người ta đặt thêm rơle áp tăng 2 . Nó làm việc theo thứ tự Ưo xuất hiện khi ngắn
mạch một pha. Trong mạng có trung điểm cách điện , rơle dòng chỉ đặt ở hai pha , vì
bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ trống NM giữa các pha . Khi đó vẫn phải cần ba rơle áp
giảm 1, còn rơle áp tăng 2 thì không cần đặt
e) Đảnh giá và phạm vỉ ứng dụng bảo vệ QDĐ
ưu điếm của bảo vệ QDĐ là đơn gản , độ tin cậy cao , giá thành hạ , bảo vệ
tác động chọn lọc trong mạng hình tia với nguần cung cấp . Trong một số trường hợp
có thế dùng cho mạng phức tạp hơn với hai nguồn cung cấp. Sau đây là một số

nhược điếm của bảo vệ :
- Thời gian cat NM khá lớn, nhất là ở gần nguần trong khi đó NM ở gần
nguồn cần được cắt đế đảm bảo on định hệ thống.
- Có độ nhậy kém đối với mạng phân thành nhiều nhánh, có nhiều nhánh song
song và có dòng phụ tải lớn. Bảo vệ được dùng rộng rãi nhất trong các mạng hình tia
của tất cả các cấp điện áp, trong mạng lOkV và thấp hơn, nó là bảo vệ chính.
9

BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CẮT NHANH
a) Nguyên tăc của bảo vệ dòng điện căt nhanh
Bảo vệ cắt nhanh thuộc loại bảo vệ dòng điện, nhưng đảm bảo cắt nhanh ngắn
mạch. Bảo vệ cắt nhanh gồm loại tác động tức thời và loại tác động có thời gian
(khoảng 0,3- 0,6s).
Đe đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc cần giới hạn vùng tác động của bảo vệ
cắt nhanh sao cho nó không tác động khi ngắn mạch ở những phần tử kề có bảo vệ
với thời gian bằng hoặc lớn hơn bảo vệ cắt nhanh đang xét. Muốn vậy cần chọn thời
gian dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh hơn dòng cực đại đi qua bảo vệ khi ngắn
mạch ở cuối vùng đang xét.
b) Bảo vệ không chọn lọc .
Khi cần thực hiện cắt nhanh, toàn bộ đường dây được bảo vệ do yêu cầu đảm
bảo on định của hệ thống chang hạn, có thế dùng bảo vệ cắt nhanh tác động không
chọn lọc, sau đó dùng tác động của thiết bị TĐL để sửa lại.
c) Bảo vệ dòng điện cắt nhanh tác động có thời gian
Bảo vệ cắt nhanh không thời gian chỉ bảo vệ được một phần của đường dây.
Đe bảo vệ phần còn lại của đường dây và làm dự trữ cho CN không thời gian, ta có
thể dùng cắt nhanh tác động có thời gian. Đe đảm bảo yêu cầu tác động có chon lọc,
vùng bảo vệ cũng như thời gian tác động của bảo vệ cần phối hợp với bảo vệ cắt
nhanh không thời gian của đoạn kề. Đe đơn giản ta quy định bảo vệ không thời gian
là bảo vệ cap I, còn bảo vệ có thời gian là bảo vệ cap II.
d) Bao vệ dòng điện ba cấp

Bảo vệ dòng điện ba cấp gồm cắt nhanh tức thời (cap I), cắt nhanh có thời
gian (cấpll) và QDĐ (cap III). Bảo vệ này đảm bảo cắt nhanh đường dây được bảo
vệ, đồng thời dự trữ cho đoạn kề sau. Khi chế độ làm việc của hệ thống thay đổi,
chiều dài của các vùng bảo vệ cũng thay đối theo.
e) Đảnh giả bảo vệ dòng điện cắt nhanh
10

Bảo vệ cắt nhanh tác động tức thời là bảo vệ đơn giản nhất. ưu điếm rất quan
trọng của chúng là tác động nhanh , Sơ đồ đơn giản và do đó bảo quản dễ dàng .
Nhược điếm của bảo vệ này vùng tác động của bảo vệ không bao gồm toàn
bộ đường dây và phụ thuộc vào trở trung gian tại chỗ NM cũng như chế độ làm việc
của hệ thống . Tuy nhiên nhược điếm sau không rõ rệt khi hệ thống có công suất lớn
.
Trong nhiều trường hợp, nó có thế dùng đế thay thế các bảo vệ phức tạp
BẢO
VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG

a) Sự cần thiết phải có bảo vệ dòng điện có hướng trong mạng được cung
cấp từ hai phía
Trong mạng điện có nguần cung cấp từ hai phía , bảo vệ dòng điện thông
thường không thể đảm bảo cắt ngắn mạch một cách trọn lọc được . Sau đây ta sẽ
nghiệm lại điều đó trong thí dụ trên hình dưới đây

A N
2
B Ni
c
D
Mạng hình tia có ngồn cung cấp từ hai phía . Giả thiết ở mỗi đầu đường dây
ta đặt các bảo vệ quá dòng điện thông thường đánh số thứ tự từ 1 đến 6 . Muốn thực

hiện cắt trọn lọc NM N1 cần thoả mãn
Í3 < Í2
nhưng muốn cắt chọn lọc NM N2 thì yêu cầu ngược lại
Í3 > Í2
Lẽ dĩ nhiên không thế đồng thời thoả mãn cả hai yêu cầu đó. Có thế khắc
phục khó khăn nêu trên bằng cách chỉ cho bảo vệ tác động khi công suất ngắn mạch
đi từ thanh góp đến đường dây. Trên hình vẽ ta chỉ hướng mũi tên tác động của bảo
vệ. Nhờ vậy khi ngắn mạch ở NI thì bảo vệ 2 không tác động , còn khi NM ở N2 thì
bảo vệ 3 không tác động do đó không cần phải thực hiện các yêu cầu mâu thuẫn nêu
(~~7
\

1 2

o o

3 4

o o

5 6

o o

—
Ỉ
A/Ì

(r
ỵ

)


(A/j


trên.
Trong bảo vệ dòng điện có hướng thì rơle công suất làm nhiệm vụ của bộ
phận định hướng công suất. Tiếp điểm của nó khép cho phép bảo vệ tác động khi
mômen quay của rơle
M
q
= KU
R
ỉ
R
có(a + |3 ) > 0
Trong đó U
R
,

I
R
là áp và dòng đưa vào rơle : p,a là góc lệch pha giữa điện áp
và dòng điện .
b) Bảo vệ dòng điện CN có hưởng
Bảo vệ dòng cắt nhanh có hướng là bảo vệ cắt nhanh thông thường kèm thêm
bộ phận định hướng công suất.
Dòng bảo vệ của cắt nhanh thông thường đối với đường dây được cung cấp từ
hai phía cần được chọn lớn hơn dòng lớn nhất đi qua bảo vệ đang sét khi ngắn mạch

tại thanh góp các trạm điện với nguồn . Dòng khởi động chọn như vậy nhiều khi quá
lớn và bảo vệ không đủ nhậy .
Rơle công suất trong bảo vệ cắt nhanh có hướng không chon phép tác động
khi công suất NM hướng tới thanh góp . Vì vậy dòng khởi động của bảo vệ này chỉ
cần chọn lớn hơn dòng NM đi tù’ thanh góp của trạm . Đó là điều khác nhau cơ bản
giữa bảo vệ căt nhanh có hướng vào bảo vệ thông thường . Dòng khởi động của bảo
vệ cắt nhanh có hướng nhỏ hơn , vì vậy vùng tác động của nó lớn hơn nhiếu so với
bảo vệ cắt nhanh thông thường
c) Đảnh giá bảo vệ dòng điện có hướng
Bảo vệ dòng điện có hướng đơn giản và đảm bảo tác động chọn lọc đối với
mạng điện được cung cấp từ hai phía . Sử dụng cắt nhanh có hướng với bảo vệ dòng
điện có hướng ta nhận được bảo vệ trong nhiều trường hợp độ nhậy cũng như thời
gian tác động thoả mãn yêu cầu
Bảo vệ này có một số nhược điểm sau :
- Thời gian tác động khá lớn, nhất là đối với bảo vệ gần nguồn.
- Có độ nhậy kém trong mạng với phụ tải lớn và bội số dòng NM nhỏ
- Có vùng chết khi ngắn mạch ba pha
12

- Rơle công suất có thế tác động sai khi hư mạch cấp điện áp cho rơle
Bảo vệ QDĐ có hướng dùng rộng rãi làm bảo vệ chính trong mạng điện
tới 35kV được cung cấp tù' hai phía . Trong mạng 110 và 220kV nó được dùng làm
bảo vệ dự trừ và đôi khi nó được sử dụng với bảo vệ cắt nhanh có hướng làm bảo vệ
chính .
BẢO VỆ SO LỆCH
a) Công dụng và các dạng bảo vệ so lệch
Nhiều khi theo yêu cầu on địng , cần phảỉ cắt NM không thời gian
(t = 0) trên toàn bộ đường dây được bảo vệ nối với thanh góp nhà máy điện
trạm nút của hệ thống . Bảo vệ cắt nhanh không thời gian ở trên không đáp ứng được
yêu cầu này vì chỉ bảo vệ được một phần đường dây . Ngoài ra bảo vệ cắt nhanh

không dùng được cho đường dây ngắn , vì dòng khi NM ở đầu và cuối đường dây ít
khác nhau .
Một trong những bảo vệ thoả mãn yêu câu trên là bảo vệ so lệch . Nó cắt tức
thời NM ở bất cứ điểm nào trên đường dây được bảo vệ và không tác động khi NM
ở ngoài đường dây đó (ngắn mạch ngoài)
Có hai loại bảo về so lêch : so lệch ngang và so lệch dọc . Loại đầu dùng cho
đường dây song song , còn loại thứ hai dùng cho dây đơn cũng như dây kép
b) Đánh giả bảo vệ so lệch dọc đường dây
Bảo vệ này thuộc loại đơn giản và tin cậy. Bảo vệ không phản ứng theo dao
động , quá tải và tác động không thời gian khi NM xấy ra tại bất kỳ điếm nào trên
đường dây được bảo vệ. Nhược điếm của bảo vệ là tốn phí cho cáp nối cao do việc
đặt cáp. Ngoài ra bảo vệ có thế tác động sai khi dây nối bị hư hỏng.
Neu đặt thiết bị tự động kiểm tra hư hỏng của cáp thì trường hợp bảo vệ tác
động sai do nguyên nhân nêu trên là rất hiếm . Bảo vệ được đặt cho đường dây ngắn
10-15 km, áp 110 và 220 kV , khi cần cắt tức thời sự cố xẩy ra trong phạm vi đường
dây được bảo vệ.
c) Đảnh giá bảo vệ so lệch ngang đường dây
ưu điểm của bảo vệ so lệch ngang có hướng là sơ đồ đơn giản, rẻ hơn bảo vệ

so lệch dọc, tác động không thời gian, không phản ứng theo dao động, việc chọn
tham số bảo vệ đơn giản .
Nhược điếm của bảo vệ là hiện tượng khởi động không đồng thời làm thời gian cắt
NM ở vùng này tăng gấp đôi, có vùng chết điện áp, phải khoá bảo vệ khi cắt một
đường dây, vì vậy cần phải bảo vệ bố sung cho đường dây trong khi làm việc, có
hiện tượng tác động sai khi đứt dây dẫn kèm chạm đất một pha.
BẢO VỆ KHOẢNG
CÁCH

a) Nguyên tắc tác động
Trong mạch phức tạp có một số nguồn cung cấp , bảo vệ quá dòng điện có

hướng đã xét ở trên không bảo đảm cắt trọn lọc ngắn mạch . Đe thấy rõ điếm này ta
xét ví dụ hình dưới đây :

Mạng vòng có hai nguần cung cấp
Bảo vệ quá dòng có hưd^y Boả vệ
khoảng cách Ị^>
Khi NM trên dường dây D2 , bảo vệ quá dòng có hướng 3 cần tác động sớm
hơn bảo vệ 1 , còn khi NM trên đưòng DI , ngược lại , bảo vệ 1 cần tác động sớm
hơn 3 . Bảo vệ quá dòng có hướng không thể thoả mãn các yêu cấu mô thuẫn đó .
Ngoài ra các bảo vệ này thường không thoả mã yêu cầu tác động
nhanh . bảo vệ cắt nhanh trong nhiều trường hợp không thế dùng được , còn
bảo vệ so lệch chỉ có thế bảo vệ trên các đoạn đường ngắn .
Như vậy , cần phải có các nguyên tắc bảo vệ khác , vứa bảo vệ tác động
nhanh vừa chon lọc có độ nhậy tốt đối với mạng phứ tạp bất kỳ . Một trong các bảo
vệ đó
là
bảo vệ khoảng cách .
Thời gian tác động của dảo vệ khoảng cách t phụ thuộc vào khoảng cách I
RN

giữa chỗ đặt bảo vệ và điểm NM thời gian đó có thể tăng tỷ lệ hoặc nhẩy bậc theo
khoảng cách . Theo nguyên tắc tác động loại này , bảo vệ khoảng cách đặt gần chỗ
NM hơn luôn luôn có thời gian tác động nhỏ hơn , nhờ vậy việc cắt chọn lọc đoạn
hư hỏng được tự động thoả mãn .
b) Đánh giá bảo vệ khoảng cách
Nhờ có một só ưu điếm nhất định nên bảo vệ khoảng cách được ứng dụng
rộng rãi trong các mạng điện cao áp và siêu cao áp . Các ưu điểm chính của nó
+ Đảm bảo tính chon lọc trong các mạng có cấu trúc bất kỳ và có số nguồn
cung cấp tuỳ ý.
+ Vùng I của bảo vệ chiếm gần 80 -r 85% độ dài phần tử được bảo vệ, có thời

gian làm việc bé. Điều này quan trọng đồi với điều kiện on định của hệ thống là :
Phải cắt nhanh phần tử sự cố ở gần thang góp nhà máy điện và các trạm điệm nút
công suất lớn.
+ Có độ nhạy cao hơn nhiều đối với các ngắn mạch loại trù' tốt ảnh hưởng
của phụ tải và dao động điện so với bảo vệ dòng cực đại :
Các nhưọc điếm của bảo vệ khoảng cách là :
+ Phức tạp về mặt sơ đồ cũng như bản thân các rơle thuộc sơ đồ bảo vệ . Bảo
vệ khoảng cách dùng rơle cơ điện là loại có nhiều rơle nhất vì nhiều tiếp điểm nhất.
+ Không bảo đảm cắt tức thời NM trên toàn bộ chiều dài phần tử được bảo vệ
, do đó bảo vệ khoảng cách không thể là bảo vệ chính đối với những đoạn có yêu
cầu trên
+ Có khả năng tác động nhầm khi hỏng mạch điện áp nên phải dùng bộ khoá
15

đe trống hịên tượng này làm cho sơ đồ thêm phức tạp và kém tin cậy.
BẢO VỆ TẦN SÓ CAO
a) Nhiệm vụ và các dạng của bảo vệ tần so cao
Bảo vệ tần số cao thuộc loại tác động nhanh và được dùng cho các đường dây
trung bình và dài . Nó được sử dụng trong trường hợp , theo điều kiện đảm bảo ổn
định hoặc các điều kiện khác , yêu cầu cần được cắt nhanh từ hai phía đường dây
được bảo vệ khi NM xay ra trên bất kỳ điếm nào của nó .
Bảo vệ so lệch dọc tuy theo thoả mãn yêu cầu nêu trên nhưng không dùng
được trong đường dây dài vì khi đó giá của nối cáp cao và điện trở các thanh cũng
lớn
Bảo vệ tần số các gồm hai bộ đặt ở hai đầu đường dây đựợc bảo vệ . Đặc
điểm của chúng là sự có mặt của kênh liên lạc bằng dòng tần số cao truyền ngay trên
dây dẫn của đường dây được bảo vệ tới hai bộ của hai đầu để đảm bảo cho bảo vệ
tác động chọn lọc khi có NM mạch ngoài
về nguyên tắc bảo vệ tần số cao không phản ứng theo ngắn mạch ngoài đường
dây được bảo vệ , cũng tương tự' như bảo vệ so lệch dọc , vì vậy thời gan tác động

của nó bằng không . Hiện nay có hai loạ bảo vệ tần số được sử dụng :
+ Bảo vệ có hướng dùng khoá tần số cao dựa trên sự so sánh hướng công suất
ở hai đầu đường dây được bảo vệ
+ Bảo vệ so lệch pha tần số cao dựa trên sự so sánh pha dòng ở các đầu
đường dây .
b) Đảnh giá bảo vệ tan sổ cao
Nguyên lí tác động của bảo vệ tần số cao có hướng và so lệch pha khá đơn
giản và tin cậy. Hiện nay chúng là bảo vệ duy nhất đảm bảo tác động tức thời cắt
NM tù' hai đầu đường dây dài. Nhược điểm của bảo vệ là giá thành cao và phức tạp
so với các bảo vệ khác.
Bảo vệ tần số cao được sử dụng rộng rãi làm bảo vệ chính cho các đường dây
110 - 750 kV. Nó đảm bảo cắt nhanh có chọn lọc NM đối với mạng có hình dạng bấ
kì và là bảo vệ nhậy nhất. Vì bảo vệ thộc loại bảo vệ phức tạp nên chỉ sử dụng nó
16

khi các bảo vệ khác đơn giản hơn không dùng được.
Ưu điếm cơ bản là không phản ứng theo dao động điện. Ưu điếm này càng có
giá trị quan trọng khi trong mạng dùng thiết bị tự đóng lại TĐL tác động nhanh và
loại TĐL không đồng bộ. Việc sử dụng các thiết bị này kết hợp với các bảo vệ phản
ứng theo dao động gặp khó khăn.
TÌM HIỂU CHUNG VÈ RƠLE SÓ
Do sự phát trien của khoa học kỹ thuật với công nghệ cao trên toàn thế giới,
rơle số đang dần có vị thế trong hệ thống rơle bảo vệ . Với những ưu điếm hơn hăn .
- Độ tin cậy cao , do sử dụng các linh kiện điện tử công suất bé .
- Không bị trôi tham số do việc thông tin bằng số .
- Có khả năng tự lập trình nên độ linh hoạt cao và dễ dàng sử dụng cho các
đối tượng khác nhau.
- Có khả năng bảo vệ tinh vi gần với ngưỡng chịu đựng của thiết bị được
bảo vệ
- Có khả năng tự kiểm tra tình trạng làm việc của rơle

- Trong một rơle có nhiều chức năng bảo vệ
- Có khả năng đo lường giám sát
- Có khả năng hiến thị thông tin với sự gúp đỡ của các phần mềm
- Có chức năng ghi nhớ các sự kiện
 Nguyên lý CO' bản các role số :
Rơle số là một phần tử không thế thiếu trong sơ đồ bảo vệ. Tên gọi của các
rơle được phân biệt theo chức năng đảm nhận. Trước đây, mỗi rơle được chế
tạo chỉ đảm nhận một chức năng duy nhất. Khi ứng dụng theo kỹ thuật so thì
một rơle có thế chứa đựng nhiều chức năng bảo vệ mà một đối tươngị cần phái có.
Rơle số đã mang tính chất tổng hợp, hợp bộ, nó cho phép người sử dụng có
trong đó :

X,, x
n

là các tín hi
ệ
u đo. Đó có th
ể

là c
ấ
c tín hi
ệ
u dòng, áp, t
ầ
n s
ố

nhiều cơ may lựa chọn các loại đặc tuyến phù họp vói yêu cầu cụ thế. Ví dụ như:
Bảo vệ khoảng cách : thực hiện chức năng bảo vệ khoảng cách, bảo vệ
quá dòng (cả với đặc tuyến độc lập và phụ thuộc), các phần tử thời gian, các phần tử
có hướng, ghi chụp sự cố, chỉ định điểm sự cố, báo tín hiệu mất nguồn, báo có hư
hỏng trong rơle, khoá chống dao động, bộ tự động đóng lặp lại. Rơle được chế tạo
sao cho có thể áp dụng cho nhiều loại đường dây có chỉnh định khác nhau do các
nấc điều chỉnh tinh và dải rộng
Bảo vệ máy biến thế : gồm có bảo vệ so lệch, nhận biết bảo vệ ga, bảo
vệ quá dòng có thời gian, ghi chụp sự cố, điều chuyến nấc dưới tải, bảo vệ chạm đất
cuộn dây có trung tính nối đất, bvảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt độ
Bảo vệ quá dòng : đặc tính thời gian độc lập, đặc tính thời gian phụ
thuộc, bảo vệ có hướng, tự động đóng lặp lại, kiểm tra đồng bộ, ghi chụp sự cố,
thông báo có hư hỏng nội bộ rơle
Bảo vệ tần số : quá tần hoặc kém tần, bảo vệ theo đạo hàm tần số, khoá
kém áp phối họp, ghi nhớ sự kiện tác động, báo hư hỏng, báo các tín hiệu
♦♦♦ Mô tả
chung về rơle số :

Nói chung các rơle hoạt động trên nguyên tắc : đầu vào nhận tín hiệu tương tự
còn đầu ra thì đưa ra tín hiệu logic (trạng thái các tiếp điểm). Các đầu ra thay đối
trạng thái khi các tín hiệu vào có giá trị vượt quá điếm đặc tuyến tác động tương ứng
(trong đó có thanh đặt).


18


19

Zi, z
n
là các tín hiệu đặt. Đó có thế là các giá trị đặt hay đặc tuyến đặt
NO, NC là các tiếp điếm khống chế hay khởi động.
Các rơle dòng điện, không hướng, đặc tuyến độc lập thì chỉ cóđầu vào là
dòng điện AC và nấc chỉnh định trị tác động.
Các rơle trung gian điện DC thì có một đầu vào điện áp, còn đầu vào đặt
mặc nhiên là điện áp chế tạo thích ứng.
Các rơle so lệch thì đầu vào có tù’ 6 đến 9 đầu vào dòng điện.
Các rơle bảo vệ khoảng cách có thế 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
 Khái quát về cấu trúc rơle số
Quá trình vật lý của các mạch cấu thành rơle sẽ định hình cấu trúc một rơle.
Các thiết bị số đều hoạt động theo nguyên tắc như sau :
1 ) Chuyển đối tín hiệu tương tự sang các dãy số kỹ thuật, mà chủ yếu dùng
hệ cơ số nhị phân. Trước khi tín hiệu vào bộ biến đổi ADC được lọc qua bộ lọc
nhiễu đầu vào.
2) Những tín hiệu
số từ đầu ra của ADC sẽ tiếp tục được xử lý dưới
dạng số nhị phân, đồng thời đưa vào bộ biến đổi DAC giúp cho cơ quan chấp
hành ở đầu ra hoạt động theo nguyên tắc vật lý bình thường.Ngoàira,nó có thế
lưu trữ những thông tin về các sự kiện đã xay ra,giúp ta giảiquyếtnhanh chóng
và chính xác nhừng việc cần làm khi xử lý sự cố vừa đọ được.
3) Sự giao tiếp giữa người và thiết bị có thể được thự hiện trực tiếp bằng
các phím có trên thiết bị hoặc qua máy tính.

Đe thấy rõ những ưu điếm của rơle số ta xét ví dụ về sử dụng rơle số bảo vệ
20

so lệch cho thanh cái:


21

GI
Ớ
I THI
Ệ
U CHUNG VÈ RO LE SÓ 7SJ511


1. Phạm vi ứng dụng
Rơle số 7SJ511 thuộc hãng SIEMENS sản xuất, hiện đang được sử dụng rộng
rãi trong lưới điện nước ta nhất là ở các trạm TG lớn 110KV trở lên.
Rơle số 7SJ511 được sử dụng cho Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc
lập hoặc phụ thuộc trong các hệ thống phân phối cao áp với nguồn cấp 1 phía hoặc
các nguồn cấp hình tia hay các nguồn cấp mạch vòng hở. Nó cũng có thể dùng như 1
bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ so sánh như : đường dây, MBA, máy phát, động cơ
và so lệch thanh cái.
Rơle loại 7SJ511 được dùng trong các hệ thống có nguồn cấp từ 2 phía, trong
các mạch vòng kín cũng như trong các đường dây song song hoặc MBA có nguồn
nuôi tù' một phía. Mầu rơle này sử dụng các hệ thống đo lường có hướng cho tất cả
các sự cố.

22

Khi có sự cố trong hệ thống, giá trị tức thời được lưu trong khoảng thời gian
lớn nhất là 5 giây có thế dùng cho việc phân tích sự cố.
Kiếm soát liên tục các giá tri đo cho phép đưa ra các tín hiệu sự cố trong các
mạch dòng điện của biến dòng dẫn tới sự mất đối xứng của các dòng điện. Kiểm soát
liên tục và hợp lý các mạch xử lý các giá trị đo bên trong và kiểm tra các điện áp
phục vụ đế đảm bảo rằng chúng vẫn nằm trong dung sai cho phép của các đực tính
sẵn có của thiết bị.
Các giao tiếp nối tiếp cho phép liên lạc một cách toàn diện với các thiết bị số
điều khiến và lưu trữ khác. Do vậy, thiết bị có thế được dùng trong mạnh lưới các
trạm tự động được địa phương hoá LSA (Lovalizied Substation Automation).
2. Các chức năng đầy đủ
Hệ thống sử dụng bộ VXL 16 bít. Các giá trị đo được xử lí và điều khiển số
hoàn toàn từ giá trị đo đến các lệnh đóng cắt cho các máy cắt.
- Các mạch xử lí bên trong được cách li hoàn toàn về điện với hệ thống các
mạch đo lường, điều khiển và nguồn nuôi.
- Không nhạy cảm đối với các sai số của biến dòng, các hiện tượng thoáng
qua và các nhiễu ảnh hưởng.
- Lun giữ các dữ liệu sự cố, các giá trị tức thời trong sự cố.
- Giao tiếp với các thiết bị điều khiến và lưu trừ trung tâm thông qua các giao
tiếp nối tiếp có thế cách điện tới 2kv hoặc nối bằng cáp quang.
CÁC CHỬC NẤNG CHÍNH CỦA RO LE 7SJ51I
1. Bảo vệ quá dòng có thòi gian
Cấp bảo vệ quá dòng pha đặt lớn I», phát hiện sự cố từng pha riêng biệt
và các cấp trễ riêng
Cấp bảo vệ chạm đất đặt lớn le» với các thời gian trễ riêng biệt Cấp
bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc ỉp, phát hiện sự cố riêng biệt cho từng pha và
thời gian trễ của từng pha được xử lý riêng biệt
cấp bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập I>, phát hiện sự cố riêng biệt
cho từng pha và các thời gian trễ pha riêng biệt
23

Cấp bảo vệ chạm đất thời gian phụ thuộc Iep, xử lý thời gian trễ
riêng biệt
Cấp bảo vệc chạm đất thời gian độc lập Ie>, có các thời gian trễ pha
riêng biệt
Các đặc tính thời gian - dòng có thể đặt cho các dòng pha và đất Có thế
lựa chọn trong 3 đặc tính tiêuchuấn của bảo vệ quá dòng thời gian phụ thuộc cho
dòng pha và đất. Ngoài ra có 1 đặc tính cho người sử dụng có thế được định nghĩa
Có thế điều chỉnh giá trị hãm dòng từ hoá khi đóng ngắt MBA, có thế
lựa chọn từng pha riêng biệt hoặc cùng với chức năng khoá chéo.
2. Bảo vệ tức thời sự cố vĩnh cửu
3. Báo vệ quá tải theo nhiệt độ
Cung cấp bản sao nhiệt độ của nhiệt độ đốt nóng Đo
dòng hiệu dụng thực sự của tùng pha riêng biệt Các
cấp cảnh báo có thể điều chỉnh
4. Báo vệ chạm đất không liên tục (tuỳ chọn)
Có thể phát hiện và tích luỹ các sự cố chạm đất không liên tục, có thế
đặt cho cắt sau một thời gian tích luỹ tuỳ chọn
5. Cấp thời gian cho bảo vệ chống hư hông máy ngắt.
Khởi động bởi các chức năng cắt tích họp bên trong
Cũng có thế khởi động từ 1 thiết bị bên ngoài thông qua đầu vào
nhị phân
6. Các tín hiệu đưọc ngưòi sử dụng định nghĩa
4 tín hiệu có thể ghép nối vào rơle qua các đầu vào nhị phân từ bảo vệ
bên ngoài thông qua các thiết bị giám sát
7. Các chức năng tiêu chuẩn
Tự kiếm soát liên tục từ các mạch một chiều, cho đến đầu vào biến đối
dòng điện và các rơle cắt, do vậy có được sự tiện lợi nhất và tin cậy hơn là các bảo
dưỡng để phòng chống
Đo và kiếm tra đều đặn các giá trị trong các điều kiện vận hành

24

bình thường
Lưu các tín hiệu sự cố với đồng hồ thời gian thực Lưu số liệu và truyền
cho phân ghi sự cố giúp cho phân tích sự cố nhanh và các bản ghi sự cố chi tiết
Đem các lệnh cắt cũng như ghi các số liệu sự cố và các dòng ngắt sự cố
được tích luỹ
Các trợ giúp khi đưa vào vận hành như bản ghi thí nghiệm và cắt thí
nghiệm máy cắt
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1. Hoạt động của toàn bộ thiết bị
Rơ le số bảo vệ quá dòng có thời gian 7SJ511 được trang bị một bộ VXL 16
bít. Nó hỗ trợ cho quá trình xử lý số hoàn toàn cho tất cả các chức năng từ việc các
số liệu thu nhận các thông số đo được đến việc đưa ra các tín hiệu cắt cho máy cắt.
Bộ biến đổi của phần thu nhận các đại lượng đầu vào ME, chuyển các dòng
điện từ các biến dòng nhất thứ sang các dòng phù họp với mức độ thiết bị có thế xử
lý. Bên cạnh các việc cách li về điện và điện dung nhỏ bằng các biến dòng dầu vào,
các bộ lọc cũng được đặt để khử nhiễu. Các bộ lọc được tối ưu theo dải tần và tốc dộ
xử lí cho phù hợp cho quá trình xử lí các tín hiệu đo. Các giá trị tương tự thích hợp
khi đó được đưa sang phần nhận các giá trị vào tương tự AE.
Bộ nhận các giá trị vào tương tự AE bao gồm các bộ khuếch đại, các thành
phần mẫu và giữ cho từng đầu vào, các bộ chuyển đổi ADC và các mạch nhớ dùng
cho truyền số liệu đến bộ VXL