báo cáo nghiên cứu khoa học ' ứng dụng rơle so lệch trở kháng thấp 7ss601 để bảo vệ cho thanh góp trong hệ thống điện'

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

28

ỨNG DỤNG RƠLE SO LỆCH TRỞ KHÁNG THẤP 7SS601 ĐỂ BẢO VỆ
CHO THANH GÓP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
AN APPLICATION OF LOW 7SS601 IMPEDANCE TO THE BUSBAR
DIFFERENTIAL PROTECTION IN THE POWER SYSTEM

Lê Kim Hùng
Đại học Đà Nẵng
Vũ Phan Huấn
Trung tâm thí nghiệm điện 3

TÓM TẮT
Thanh góp là phần tử quan trọng trong hệ thống điện, bởi đây chính là đầu mối liên hệ
của nhiều phần tử khác nhau trong hệ thống, nên khi xảy ra ngắn mạch trên thanh góp nếu
không được rơle bảo vệ so lệch thanh góp loại trừ một cách nhanh chóng và tin cậy thì có thể
gây ra những hậu quả nghiêm trọng và làm tan rã hệ thống. Bài báo trình bày cách tính chọn số
vòng dây của biến dòng phụ trung gian và thông số chỉnh định của rơle 7SS601, đồng thời ứng
dụng rơle này để bảo vệ hệ thống thanh góp cho trạm biến áp 110kV Điện Nam – Điện Ngọc.
ABSTRACT
A busbar is a very important component in a power distribution network. It forms an
electrical ‘node’ where many circuits come together, feeding in and sending out power. Faults
on the busbar do not pose risks of equipment damage and fall to a power system if some form
of busbar differential protection is used for quickly detecting and clearing of a fault on the
system. This paper presents some general procedures on the calculation and selection of how
to set the wiring number of auxiliary circuit transformer, a basic setting criteria for the low
7SS601 impedance busbar differential protection. In addition, we also suggest an application of
this impedance to Dien Nam - Dien Ngoc 110kV Power Substation.

1. Đặt vấn đề
Để bảo vệ thanh góp chống các dạng ngắn mạch người ta dùng bảo vệ so lệch,
trong đó loại rơ le so lệch 7SS610 được sử dụng phổ biến để bảo vệ thanh góp tại các
trạm biến áp. Tuy nhiên, khi thực hiện bảo vệ so lệch thanh góp có thể do các sai số
biến dòng (CT), tỷ số biến CT khác nhau nên khi đưa dòng nhị thứ CT vào cổng dòng
của rơle 7SS601 thì có thể gây ra tác động nhầm trong điều kiện làm việc bình thường.
Vì thế, ta cần phải cài đặt giá trị chỉnh định rơle và tính chọn cách đấu dây biến dòng
trung gian hợp lý trước khi đưa vào rơle [1], [3].
2. Bảo vệ so lệch thanh góp tổng trở thấp
Bảo vệ so lệch làm việc dựa trên định luật Kirchhoff 1. Nếu xem các CT hoàn
toàn giống nhau thì ở chế độ ngắn mạch ngoài hoặc chế độ vận hành bình thường, tổng
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

29

dòng điện so lệch (dòng không cân bằng) đi vào rơle so lệch phải gần bằng 0. Khi phát
hiện có sự cố trong vùng đối tượng bảo vệ, rơle cho đi cắt MC với thời gian rất bé,
khoảng (10 ÷ 20) ms. Công thức tính dòng so lệch và dòng hãm đối với rơle họ 7SS601
như sau [4]:
Dòng so lệch: I
Diff
= |I
1
+ I
2
+…. I
n
Dòng hãm: I
|

Bias
= |I
1
| + |I
2
|+ ….|I
n
Sơ đồ minh họa hệ thống hai thanh góp (TG) sử dụng rơle 7SS601 cho trên hình
1 gồm có 2 ngăn lộ 131,132 (có tỷ số biến CT 400/1A), 2 ngăn lộ 171,172 (có tỷ số biến
CT 1000/1A) và mạch TG 100 (có tỷ số biến CT 600/1A) sử dụng biến dòng phụ
4AM5120-3DA (có dòng sơ cấp định mức 1A). Dòng thứ cấp 100mA của các biến
dòng phụ được đưa vào cổng dòng so lệch rơle F87B1 của thanh góp 1, F87B2 của
thanh góp 2 và khối dòng hãm 7TM7 0. Khối dòng hãm có tác dụng tạo dòng hãm đưa
vào cổng dòng hãm của rơle F87B1 và F87B2. Rơle trung gian 7TR71 có tác dụng
chuyển đổi mạch dòng cấp cho F87B1 và F87B2 khi MC 100 đóng hoặc cắt.
|

Hình 1: Sơ đồ bảo vệ so lệch thanh góp dùng rơle 7SS601
Khi có sự cố trên một thanh góp của hệ thống, theo yêu cầu chọn lọc, bảo vệ
rơle phải cắt tất cả các máy cắt nối tới thanh góp đó [1],[3].
- Trong trường hợp MC 100 mở thì cả hai TG 1 và TG 2 làm việc độc lập. Nếu có
sự cố tại N1 trên TG 1 (hoặc tại N2 trên TG 2), thì F87B1 cắt MC 171, MC 131
nối đến TG 1 (hoặc F87B2 cắt MC 172, MC 132 nối đến TG 2). Trong trường
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

30

hợp có sự cố tại N3 nằm giữa MC 100 và CT của MC 100 thì thanh góp 1 sẽ coi
đó là sự cố trong vùng bảo vệ và F87B1 cắt MC 171, MC 131.
- Trong trường hợp MC 100 đóng thì khi có sự cố tại N1 trên TG 1 (hoặc tại N2

trên TG 2) thì F87B1 cắt MC 171, MC 131 nối đến thanh góp 1 (hoặc F87B2 cắt
MC 172, MC 132 nối đến TG 2) và MC 100. Còn trong trường hợp xẩy ra sự tại
N3 nằm giữa MC 100 và CT của MC 100 thì MC 171, MC 131, MC 172, MC
132 và MC 100 cắt ra.
3. Biến dòng phụ và tỷ số CT lệch nhau
Để giảm ảnh hưởng của dòng không cân bằng, nhằm nâng cao độ nhạy cho bảo
vệ, bảo vệ so lệch thanh góp có dùng biến dòng phụ để tạo ra dòng tổng đưa vào rơ le.
Giá trị này phụ thuộc vào tỷ số vòng dây giữa các cuộn. Theo đề nghị của nhà chế tạo,
để đảm bảo độ nhạy cả khi có sự cố chạm đất, sự cố 2 và 3 pha (xem hình 2) nên chọn
số vòng theo quan hệ [2]: W
p1
: W
p2
: W
p3
= 2:1:3 hoặc tỷ số dòng điện nhất thứ của
biến dòng phụ là I
L1
:I
L2
:I
L3

= 5:3:4. Dòng điện đầu ra của biến dòng phụ tính theo công
thức [3]:
321 LLLS
iiii ++=


0

31
1

j
S
PP
PL
e
W
WW
ii
+
=
(1)

120
3
2

j
S
P
PL
e
W
W
ii =
(2)

240

32
3

j
S
PP
PL
e
W
WW
ii
+
=
(3)
Trong đó:
- W
S
- W
= 500 – Cuộn dây nhị thứ của
CT phụ.
P1,
W
P2,
W
P3
- i
– Cuộn dây nhất
thứ của CT phụ.
S
- i

– Dòng nhị thứ của CT phụ.
P
Ví dụ: hệ thống thanh góp trên hình 1 gồm
05 ngăn lộ có tỷ số biến 400/1, 600/1 và 1000/1. Nếu không chọn cách đấu nối hợp lý
của biến dòng phụ thì dòng so lệch đi vào rơle sẽ lớn, có thể làm rơle tác động nhầm
trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có ngắn mạch ngoài. Cho nên, ta phải
dựa vào tài liệu kỹ thuật của rơle bảo vệ so lệch trở kháng thấp 7SS601 và biến dòng
trung gian loại 4MA5120 -3DA để tính toán chọn cách đấu nối phù hợp theo trình tự
sau:
– Dòng nhị thứ định mức của CT
chính.
Hình 2: Sơ đồ đấu nối của biến dòng phụ, đồ thị
véc tơ của biến dòng chính và biến dòng phụ.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

31

Bước 1:
Chọn ước số chung nhỏ nhất của các tỷ số biến CT có kết quả nhỏ hơn 10. Lấy
kết quả phép chia đó làm chỉ dẫn đấu nối cho CT trung gian. Tra theo chỉ dẫn chọn tỷ số
biến trung gian loại 4MA5120-3DA trong tài liệu [3] cho kết quả dưới đây:
Tỷ số biến CT
Ước số chung
nhỏ nhất
W
P1
- W
P2
- W Pha

P3
Đấu nối Dây cầu
400/1 4 24 – 12 – 36
L1
J,K
B-E

L3
A,F
N
L,M
600/1 6 36 – 18 – 54
L1
A,K
B-E; F-J
L-N
L3
G,H
N
M,O
1000/1 10 60 – 30 – 90
L1
J,M
K-L
B-E; F-G

L3
A,H
N
N,O

Bước 2:
Trường hợp CT 400/1: Thế các giá trị i
P
=1, W
P1
= 24, W
P2
= 12,W
P3
=36 và
W
S
000
31
1
12,0
500
60
1
jjj
S
PP
PL
eee
W
WW
ii =××=×
+
×=
=500 vào công thức (1),(2), (3).

120120120
3
2
072,0
500
36
1
jjj
S
P
PL
eee
W
W
ii =××=××=

240240240
32
3
096,0
500
48
1
jjj
S
PP
PL
ee
W

WW
ii =××=×
+
×=


30
321)400(
0415,0
j
LLLS
eiiii
−
=++=

Tiếp tục tính cho trường hợp CT 600/1 và CT 1000/1 đem lại kết quả trên hình 3.

Hình 3: Kết quả tính chọn cách đấu nối CT phụ
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

32

4. Ứng dụng rơle 7SS601 cho bảo vệ thanh góp tại TBA 110KV Điện Nam – Điện
Ngọc
Tương tự các bước tính toán trên ta áp dụng vào thanh góp 110kV gồm 04 ngăn
lộ có tỷ số biến 300/1 và 02 ngăn lộ có tủ số biến 400/1 tại TBA 110kV Điện Nam –
Điện Ngọc (xem hình 4).

C
B
A



300A


300A
4AM5120-3DA
XT E05, E06, E07,
MBA T1
CT - 5P20
300/1A
*
*
O
M
54
H
G
18
K
36
1A
*
A

XT E02, MBA T2
4AM5120-3DA
X
500
CT - 5P20
400/1A
Y
*
*
*
O
H
72
K
J
M
24
48
0,75A
A
X
500
Y
0,0625A 0,0625A
Hình 4: Sơ đồ đấu nối CT thanh góp 110kV TBA Điện Nam - Điện Ngọc
Bước 1: Chọn chỉ dẫn đấu nối cho CT trung gian

Tỷ số biến CT
Ước số chung
nhỏ nhất

W
P1
- W
P2
- W Pha
P3
Đấu nối Dây cầu
300/1 6 36-18-52
L1 A,K
B-E; F-J
L-N
L3 G,H
N M,O
400/1 8 48-24-72
L1 A,M
B-E; F-L
G-N
L3 J,K
N H,O
Bước 2: Kiểm tra dòng nhị thứ vào cổng dòng rơle
Trường hợp 300/1 Trường hợp 400/1
00
1
18,0
500
5436
1
jj
L
eei =×

+
×=

120120
2
108,0
500
54
1
j
j
L
eei =××=

240240
3
144,0
500
5418
1
jj
L
eei =×
+
×=

30
321)300(
0625,0
j

LLLS
eiiii
−
=++=

00
1
18,0
500
7248
75,
0
jj
L
eei =×
+
×=

120120
2
108,0
500
72
75,0
jj
L
eei =××=

240240
3

144,0
500
7224
75,
0
jj
L
eei =×
+
×=

30
321)00(
0625,0
j
LLLS
eiiii
−
=++=

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

33

Qua kết quả tính toán trên, ta thấy
30
)400()300(
0625,0
j
SS

eii
−
==
đảm bảo không có
dòng so lệch vào cho rơ le 7SS601 tron g điều kiện bình thường hoặc có ngắn mạch
ngoài. Với các thông số đã tính toán, sau khi đưa vào vận hành cho đến nay rơle làm
việc ổn định và tin cậy.
5. Thông số chỉnh định rơle
Theo tài liệu [3], [4] ta các thông số chỉnh định rơle 7SS601 gồm:
- Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo 2 điều kiện:
Điều kiện 1: theo dòng phụ tải cực đại (I
ptMAX

) khi đứt mạch thứ cấp CT.
ptMAXd
Ii .2,1≥
>

Điều kiện 2: theo dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (I
scMIN

).
scMINd
Ii .5,0≥
>


Trong hai điều kiện trên, điều kiện nào cho dòng điện khởi động khởi động lớn
hơn thì chọn làm dòng khởi động tính
toán.

- Độ dốc hãm k = 0,25 ÷ 0,8
giúp rơle loại trừ các sai số
CT, sai số đo lường và chống
lại các sự cố từ bên ngoài.
- Ngưỡng dòng giám sát mạch
nhị thứ CT I
dCTs
6. Kết luận
> dùng để
loại trừ khả năng đứt mạch
nhị thứ CT làm dòng so lệch
xuất hiện. Nếu mạch nhị thứ
CT bị đứt, bảo vệ so lệch bị khóa và đưa tín hiệu cảnh báo.
Với mục đích ứng dụng rơle kỹ thuật số 7SS601 để bảo vệ so lệch thanh góp, ta
cần bắt đầu từ việc tìm hiểu cách cài đặt rơle, nghiên cứu và phân tích những tài liệu kỹ
thuật của nhà sản xuất, bản vẽ thiết kế và cuối cùng là thử nghiệm và hiệu chỉnh. Bài
báo đã trình bày nguyên lý làm việc của hệ thống bảo vệ so lệch thanh góp cách tính
toán các thông số của rơle so lệch 7SS601, chọn cách đấu nối số vòng dây CT phụ. Điều
này giúp cho cán bộ thí nghiệm, cán bộ điều độ và cán bộ thiết kế tiếp cận rơle kỹ thuật
số bảo vệ thanh góp dễ dàng và đảm bảo tin cậy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Lê Kim Hùng, Bảo vệ các ph ần tử chính trong hệ thống điện, NXB Đà
Nẵng, 2004.
Hình 5. Đặc tính so lệch rơle 7SS601
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

34

[2] VS.GS Trần Đình Long, Bảo vệ các Hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà

Nội, 2000.
[3] SIEMENS, Application For Siprotec Protection Relays, 2005.
[4] SIEMENS, 7SS600 Different Protection Relays, 2002.