thiết lập sơ đồ nguyên lý của hệ thống rơle bảo vệ cho khối máy phát – máy biến áp trong nhà máy điện

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LỜI CAM ĐOAN
Sinh viên thực hiện :
Hiện tôi đang theo học lớp , chuyên ngành “ Kỹ thuật điện – điện tử” tại
trường Đại học Kỹ thuật công nghệ thành phố HCM.
Tôi xin cam đoan với đề tài “Thiết lập sơ đồ nguyên lý của hệ thống rơle
bảo vệ cho khối máy phát – máy biến áp trong nhà máy điện” do Giáo viên Hoàng
Nguyên Phước hướng dẫn là đề tài của riêng tôi, tất cả các tài liệu hướng dẫn đều có
xuất bản rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng như nội dung của
đề tài và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm trước “Hội đồng bảo vệ luận văn” của nhà trường.
Tp.HCM, tháng 09 năm 2013
Trang 1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Sau ba tháng thực hiện đề tài “Thiết lập sơ đồ nguyên lý của hệ thống rơle
bảo vệ cho khối máy phát – máy biến áp trong nhà máy điện” và được sự hướng
dẫn, chỉ bảo tận tình của Giáo viên ……………, luận văn đã hoàn thành.
Tôi tác giả bài luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn!
Giáo viên hướng dẫn …………. đã tận tình hướng dẫn, và giúp đỡ tôi hoàn
thành luận văn này.
Quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Kỹ thuật điện – khoa Cơ Điện – Điện Tử,
trường đại học Kỹ thuật công nghệ thành phố HCM đã giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như thực hiện luận văn này.
Toàn thể các bạn sinh viên, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ
tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.
Trang 2
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
Nội dung Trang

Trang bìa phụ
Lời cam đoan 1
Lời Cảm ơn 2
Mục lục 3
Lời mở đầu 4

Chương 1: Khái Niệm Về Rơle Bảo Vệ 5
I. khái niệm về role bảo vệ 5
II. Các yêu cầu đối với role bảo vệ 6
III. Ý nghĩa mã số role 8
Chương 2: Các Dạng Hư Hỏng Của Máy Phát Và Máy Biến Áp Trong
Nhà Máy Điện 9
I. Các dạng hư hỏng và tình trang làm việc không bình thường
của máy phát 9
II. . Các dạng hư hỏng và tình trang làm việc không bình thường
của máy biến áp 11
Chương 3: Hệ Thống Rơle Bảo Vệ Trong Nhà Máy Điện
A. Các Bảo Vệ Máy Phát Điện
I. Các bảo vệ chính
II. Các bảo vệ dự phòng
Trang 3
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
B. Các Bảo Vệ Máy Biến Áp
I. Các bảo vệ chính
II. Các bảo vệ dự phòng.
Chương 4: Sơ Đồ Bảo Vệ Hệ Thống Máy Phát – Máy Biến Áp
Trang 4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU
Với sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, chúng ta bước vào thế

kỷ 21 cùng những thư thách lớn trong cuộc chạy đua về tiềm lực công nghệ và năng
lượng trong phạm vi toàn cầu. Trong xu hướng đó năng lương nói chung và điện
năng nói riêng là một yếu tố hết sức quan trọng.
Cùng với sự phát triển công nghiệp và hiện đại hóa thì nhu cầu năng lượng
cũng rất cần thiết cho sự phát triển đất nước. Vấn đề đặt ra là sự phát triển nguồn
năng lượng sao cho phù hợp mà không ảnh hưởng đến môi trường và cảnh quan
thiên nhiên. Trong khi đó các nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí đốt ngày
càng cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường. Để giảm vấn đề này ta cần tìm các nguồn
năng lượng sẵn có trong tự nhiên như nước, gió… để thay thế hiệu quả sẽ giảm tác
động trong tự nhiên, giảm nhẹ tác động của năng lượng đến tình hình kinh tế quốc
gia.
Ở nước ta hiện nay sản lượng điện năng của các nhà máy thủy điện chiếm tỷ
trọng lớn trong tổng nguồn điện quốc gia. Việc hoạt động tốt đối với các nhà máy sẽ
hạn chế tối đa các sự cố cho người và thiết bị đồng thời đảm bảo được chất lượng
điện năng. Để thực hiện thành công vấn đề này việc chuẩn bị hành trang cho tôi và
đội ngủ cán bộ kỹ thuật trong tương lai nắm bắt kịp thời các thành tựu công nghệ,
nâng cao trình độ chuyên môn hiểu rõ và vận hành tốt thiết bị và tránh các sự cố
đáng tiết xảy ra trong lúc vận hành và các sự cố ảnh hưởng đến nguồn năng lượng
quốc gia là điều cần phải quan tâm đầu tiên.
Trang 5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM VỀ RƠLE BẢO VỆ
I. Khái niệm về rơle bảo vệ.
Đối với các trạm biến áp cao thế,cũng như trong quá trình vận hành hệ thống
điện nói chung;có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị, đường dây hoặc do chế độ
làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống. Các sự cố này thường kèm theo
hiện tượng dòng điện áp tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị
và có thể mất ổn định trong hệ thống điện. Các chế độ làm việc không bình thường
làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép, nếu để tình trạng

này kéo dài thì có thể xuất hiện các sự cố lan rộng.
Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và các hộ tiêu thụ khi xuất
hiện sự cố, cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó ra khỏi
phần tử bị hư hỏng. Nhờ vậy các phần còn lại sẽ duy trì được hoạt động bình
thường, đồng thời cũng giảm được mức độ hư hại của phần tử bị sự cố. Làm được
điều này chỉ có các thiết bị tự động mới thực hiện được. Các thiết bị này gọi chung
là rơle bảo vệ.
Trong hệ thống điện, rơle bảo vệ sẽ theo dõi một cách liên tục tình trạng và
chế độ làm việc của tất cả các phẩn tử trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố, rơle
bảo vệ sẽ phát hiện và cô lập phần tử bị sự cố và nhờ máy cắt điện thông qua mạch
điện có kiểm soát. Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình thường, rơle bảo vệ sẽ
phát tín hiệu và tùy thuộc theo yêu cầu cài đặt có thể tác động khôi phục chế độ làm
việc bình thường hoặc báo động cho nhân viên vận hành.
Tùy theo cách thiết kế và lắp đặt mà phân biệt theo rơle bảo vệ chính, rơle
bảo vệ dự phòng:
- Bảo vệ chính trang thiết bị là bảo vệ thực hiện tác động nhanh khi có sự cố xảy ra
trong phạm vi giới hạn đối với trang thiết bị được bảo vệ.
- Bảo vệ dự phòng đối với cùng trang thiết bị này là bảo vệ thay thế cho bảo vệ chính
trong trường hợp bảo vệ chính không tác động hoặc trong tình trạng sửa chữa nhỏ.
Trang 6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bảo vệ dự phòng cần phải tác động với thời gian lớn hơn thời gian tác động của bảo
vệ chính, nhằm để cho bảo vệ chính loại phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống trước tiên
(khi bảo vệ này tác động đúng).
II. Các yêu cầu đối với rơle bảo vệ.
Rơle bảo vệ phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây:
- Tính chọn lọc.
Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ bằng cách chỉ cắt (cô
lập) các phần tử đó.
Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để đảm bảo cung cấp

điện an toàn liên tục.Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc,sự cố có thể lan rộng.
Cần phân biệt hai khái niệm cắt chọn lọc:
• Chọn lọc tương đối: theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có
thể làm việc như 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.
- Tác động nhanh.
Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng với sự cố ngắn mạch.
Rơle bảo vệ phải tác động nhanh để kip thời cô lập các phần tử hư hỏng
thuộc phạm vi bảo vệ nhằm :
• Đảm bảo tính ổn định cho hệ thống.
• Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bị.
• Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải.
• Bảo vệ tác động nhanh, thời gian tác động nhỏ hơn 0,1 giây.
- Độ nhạy.
Rơle bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp
mà cả khi ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi
Trang 7
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ngắn mạch xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số
nguồn được cắt ra nên dòng ngắn mạch nhỏ.
Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy:
kđđb
N
n
I
I
k
min
=

với, I
Nmin
: dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất.
I
kdbv
: giá trị dòng điện nhỏ nhất mà bảo vệ có thể tác động.
Đối với các bảo vệ tác động theo giá trị cực tiểu (ví dụ như bảo vệ thiếu điện
áp), hệ số nhạy được xác định ngược lại: trị số khởi động chia cho trị số cực tiểu.
- Độ tin cậy.
Bảo vệ phải tác động chắc chắn khi xảy ra sự cố trong vùng được giao và
không được tác động sai đối với các trường hợp mà nó không có nhiệm vụ tác động.
Một bảo vệ không tác động hoạc tác động sai có thể sẽ dẫn đến hậu quả là
một số lớn phụ tải bị mất điện hoặc sự cố lan rộng trong hệ thống.
- Tính bảo đảm.
Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn
trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm việc
không bình thường đã định trước.
Mặt khác, bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài. Nếu bảo vệ có
nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo vệ
này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đặt ở gần chỗ
ngắn mạch hơn chưa tác động.
Để tăng tính đảm bảo của bảo vệ cần:
• Dùng những rơle chất lượng cao.
• Chọn sơ đồ bảo vệ đơn giản nhất (số lượng rơle, tiếp điểm ít).
• Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn) dùng trong sơ đồ phải chắc
chắn, đảm bảo
Trang 8
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
III. Bảng mã số của rơle bảo vệ sử dụng trong hệ thống điện.
- 25: rơle đồng bộ.

- 27: rơle điện áp thấp.
- 32: rơle định hướng công suất.
- 33: rơle mức dầu.
- 37: rơle chức năng bảo vệ kém áp hoặc kém công suất
- 40: rơle bảo vệ chống mất kích từ.
- 46: rơle dòng điện thứ tự nghịch
- 51T: rơle bảo vệ quá dòng.
- 51NT: rơle bảo quá dòng chạm đất.
- 51E: quá dòng biến thế kích từ.
- 52BF: chức năng từ chối cắt máy cắt.
- 59: rơle quá điện áp.
- 64: rơle bảo vệ chống chạm đất mạch kích từ.
- 64N: rơle bảo vệ chống chạm đất cuộn rôto.
- 78: rơle bảo vệ góc lệch pha.
- 87T: rơle bảo vệ so lệch máy biến áp.
- 87GT: rơle bảo vệ khối máy phát-máy biến áp.
- 81H: rơle bảo vệ tần số tăng cao.
- 87G: rơle bảo vệ so lệch máy phát.
Trang 9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2
CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA MÁY PHÁT VÀ MÁY
BIẾN ÁP TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
I. Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của máy phát
điện.
1. Giới thiệu chung về máy phát điện.
Máy phát là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, sự làm việc tin
cậy của các máy phát có ảnh hưởng quyết định đến độ tin cậy của hệ thống điện. Vì
vậy, đối với máy phát điện, đặc biệt là các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều
loại rơle bảo vệ khác nhau để chống tất cả các loại sự cố và các chế độ làm việc

không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng như bên ngoài máy phát
điện. Để thiết kế tính toán các bảo vệ cần thiết cho máy phát, chúng ta phải biết các
dạng hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường của máy phát.
2. Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường.
1.1. Các dạng hư hỏng.
- Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn stator máy phát.
- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha.
- Chạm đất một pha trong cuộn dây stator.
- Chạm đất một điểm hoặc hai điểm trong dây quấn kích từ.
1.2. Tình trạng làm việc không bình thường.
- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài hoặc quá tải.
- Điện áp đầu cực máy phát tăng cao do mất tải đột ngột hoặc khi cắt tải do ngắn
mạch ngoài.
Ngoài ra còn có các tình trạng làm việc không bình thường khác như: phụ
tải không đối xứng, mất kích từ, mất đồng bộ, tần số giảm thấp, máy phát làm việc
Trang 10
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ở chế độ động cơ,
3. Các loại bảo vệ thường dùng cho máy phát điện.
Tuỳ theo chủng loại của máy phát (thuỷ điện, nhiệt điện, turbine khí, thuỷ
điện tích năng ), công suất của máy phát, vai trò của máy phát và sơ đồ nối dây
của nhà máy điện với các phần tử khác trong hệ thống mà người ta lựa chọn phương
thức bảo vệ thích hợp. Hiện nay không có phương thức bảo vệ tiêu chuẩn đối với
máy phát cũng như đối với các thiết bị điện khác, tùy theo quan điểm của người sử
dụng đối với các yêu cầu về độ tin cậy, mức độ dự phòng, độ nhạy mà chúng ta
lựa chọn số lượng và chủng loại rơle trong hệ thống bảo vệ. Đối với các máy phát
công suất lớn, xu thế hiện nay là lắp đặt hai hệ thống bảo vệ độc lập nhau với nguồn
điện thao tác riêng, mỗi hệ thống bao gồm một bảo vệ chính và một số bảo vệ dự
phòng có thể thực hiện đầy đủ các chức năng bảo vệ cho máy phát.
Để bảo vệ cho máy phát chống lại các dạng sự cố nêu ở phần I, người ta

thường dùng các loại bảo vệ sau:
- Bảo vệ so lệch để phát hiện và xử lý khi xảy ra sự cố.
- Bảo vệ so lệch ngang cho sự cố.
- Bảo vệ chống chạm đất một điểm cuộn dây stator cho sự cố.
- Bảo vệ chống chạm đất mạch kích từ cho sự cố.
- Bảo vệ cống ngắn mạch ngoài và quá tải cho sự cố.
- Ngoài ra có thể dùng: Bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ so lệch,
bảo vệ chống quá nhiệt rotor do dòng máy phát không cân bằng, bảo vệ chống mất
đồng bộ,
II. Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp.
1. Mục đích đặt bảo vệ.
Trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng
nhất trong truyền tải và phân phối, vì vậy việc nghiên cứu các tình trạng làm việc
không bình thường, sự cố xảy ra đối với máy biến áp là rất cần thiết.
Trang 11
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Để bảo vệ cho máy biến áp làm việc an toàn cần phải tính đầy đủ các hư
hỏng bên trong máy biến áp và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc
bình thường của máy biến áp. Từ đó đề ra các phương án bảo vệ tốt nhất để loại trừ
các hư hỏng và ngăn ngừa các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của
máy biến áp.
2. Các dạng hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của máy biến áp.
2.1. Sự cố bên trong máy biến áp.
Sự cố bên trong máy biến áp được chia làm hai nhóm sự cố trực tiếp và sự
cố gián tiếp.
- Sự cố trực tiếp là ngắn mạch các cuộn dây, hư hỏng cách điện làm thay đổi đột ngột
các thông số của máy biến áp.
- Sự cố gián tiếp diễn ra từ từ nhưng sẽ trở thành sự cố trực tiếp nếu không được phát
hiện và xử lý kịp thời (như quá nhiệt bên trong máy biến áp, áp suất dầu tăng
cao ).

Vì vậy, bảo vệ sự cố trực tiếp phải nhanh chóng cách ly máy biến áp bị sự
cố ra khỏi hệ thống điện, để giảm ảnh hưởng đến hệ thống. Sự cố gián tiếp không
đòi hỏi cách ly máy biến áp ra khỏi hệ thống nhưng phải được phát hiện, có tín hiệu
báo cho nhân viên vận hành biết để theo dõi và xử lý kịp thời.
Sự cố bên trong máy biến áp xảy ra khi:
- Ngắn mạch giữa các cuộn dây bên trong máy biến áp: ngắn mạch này rất hiếm khi
xảy ra nhưng nếu xảy ra dòng ngắn mạch sẽ rất lớn.
• Ngắn mạch một pha: có thể xảy ra là do cuộn dây chạm vỏ hoặc
chạm vào lõi thép của máy biến áp do hư hỏng cách điện. Dòng ngắn mạch một pha
lớn hoặc nhỏ phụ thuộc vào chế độ làm việc của điểm trung tính máy biến áp đối
với đất và tỷ lệ vào khoảng cách từ điểm chạm đất đến điểm trung tính.
• Ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng một pha: chiếm khoảng
70-80% hư hỏng của máy biến áp. Trường hợp này dòng điện tại chỗ ngắn mạch
rất lớn, do một số vòng dây bị nối ngắn mạch,dòng điện này phát nóng đốt cháy
Trang 12
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
cách điện cuộn dây và dầu máy biến áp, nhưng dòng điện từ nguồn đến máy biến áp
có thể vẫn nhỏ không đủ cho rơle bảo vệ tác động.
Ngoài ra còn có các sự cố như hư thùng dầu, hư sứ dẫn
• Dòng điện từ hoá tăng vọt khi đóng máy biến áp không tải: hiện
tượng này có thể xuất hiện vào thời điểm đóng máy biến áp không tải. Dòng điện
này chỉ xuất hiện trong cuộn sơ cấp máy biến áp. Nhưng đây không phải là dòng
điện ngắn mạch do đó yêu cầu phải bảo vệ không được tác động.
2.2. Sự cố bên ngoài máy biến áp.
- Dòng điện tăng cao do ngắn mạch ngoài và quá tải.
- Mức dầu bi hạ thấp do nhiệt độ không khí xung quanh máy biến áp giảm đột ngột.
- Quá điện áp khi ngắn mạch một pha trong hệ thống điện.

Trang 13
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 3
BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG DÙNG CHO RƠLE BẢO VỆ
I. Biến điện áp.
1. Chức năng và thông số chính của biến điện áp.
Biến điện áp dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp
(100V hay
3
100
V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơle bảo vệ và tự động
hóa. Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn
cho người. Cũng vì an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải
được nối đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của biến điện áp có điện trở rất lớn, nên có
thể coi biến điện áp làm việc ở chế độ không tải.
Biến điện áp bao gồm các thông số chính như sau :
- Hệ số biến đổi định mức
đm
đm
đm
U
U
k
2
1
=
,
trong đó, U
1đm
, U
2đm
là các giá trị điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp. Điện

áp sơ cấp đo lường được nhờ biến điện áp qua điện áp thứ cấp, một cách gần đúng
bằng U
1
≈
U
2
.k
đm
.
- Sai số của biến điện áp được xác định như sau:
100%
1
12
đm
đmđmđm
U
UUk
U
−
=∆
- Cấp chính xác của biến điện áp: là sai số điện áp lớn nhất khi nó làm việc trong các
điều kiện về tần số 50Hz và điện áp sơ cấp biến thiên trong khoảng U
1
= (0,9
÷
1,2)U
1đm
, còn phụ tải thứ cấp thay đổi trong giới hạn từ 0,25 đến điện áp định mức
và cosϕ = 0,8. Biến thiên điện áp được chế tạo với các cấp chính xác 0,2; 0,5; 1,0 và
3,0.

Trang 14
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Biến điện áp có cấp chính xác 0,2 dùng cho các đồng hồ mẫu trong phòng thí
nghiệm; cấp 0,5 dùng cho công-tơ điện, còn cấp 1,0 và 3,0 dùng cho các đồng hồ để
bảng. Riêng đối với rơle bảo vệ, tùy theo yêu cầu của từng loại bảo vệ mà dùng biến
điện áp có cấp chính xác phù hợp.
2. Phân loại và cấu tạo biến điện áp.
Biến điện áp được phân thành hai loại khô và dầu, mỗi loại lại có thể phân
theo số lượng pha gồm biến điện áp một pha và ba pha.
Biến điện áp khô chỉ dùng cho thiết bị phân phối trong nhà. Loại một pha
dùng ở điện áp 6kV trở lại, còn loại ba pha dùng cho điện áp đến 500V.
Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên và dùng cho thiết bị
phân phối cả trong nhà lẫn ngoài trời. Biến điện áp dầu ba pha năm trụ được chế tạo
với điện áp 3
÷
20kV. Nó gồm một mạch từ năm trụ (trong đó ba trụ có dây quấn,
còn hai trụ bên không có dây quấn để cho từ thông thứ tự không chạy qua) và hai
cuộn dây thứ cấp nối hình sao và hình tam giác hở. Cuộn dây nối hình sao cung cấp
cho các dụng cụ đo lường, rơle bảo vệ và kiểm tra cách điện. Cuộn dây nối tam giác
hở nối với rơle điện áp để cho tín hiệu khi có một điểm chạm đất trong lưới cao áp.
Đối với điện áp 110kV trở lên, để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách điện
của biến điện áp, người ta dùng biến điện áp kiểu phân cấp, nó bao gồm nhiều tầng
lõi từ xếp chồng lên nhau, mà cuộn dây sơ cấp phân bố đều trên các lõi, còn cuộn
dây thứ cấp chỉ ở trên lõi cuối cùng. Số tầng lõi từ phụ thuộc vào điện áp, với điện
áp 110kV có hai tầng, còn 220kV trở lên thì số tầng nhiều hơn.
Đối với điện áp 500kV và cao hơn, người ta dùng bộ phân chia điện áp bằng
tụ để lấy một phần điện áp rồi mới đưa vào biến điện áp.
3. Sơ đồ nối dây của biến điện áp.
- Hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V. Sơ đồ này chỉ cho phép đo điện áp
dây mà không đo được điện áp pha. Sơ đồ này dùng rộng rãi cho lưới có dòng chạm

đất nhỏ và khi phụ tải là watt kế và công-tơ điện.
- Biến điện áp ba pha năm trụ ( ) đã nêu ở phần trên.
Trang 15
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
- Biến điện áp ba pha, ba trụ nối ( ) : dùng cho lưới có dòng chạm đất bé để cung
cấp cho các dụng cụ đo lường điện áp dây không đòi hỏi cấp chính xác cao.
II. Biến dòng điện.
1. Công dụng và các thông số chính của biến dòng điện.
Biến dòng điện dùng để biến đổi dòng từ trị số lớn hơn xuống trị số thích
hợp (thường là 5A, trường hợp đặc biệt là 1A hay 10A) với các dụng cụ đo lường và
rơle bảo vệ và tự động hóa.
Cuộn dây sơ cấp của biến dòng điện có số vòng rất nhỏ, có khi chỉ một vài
vòng, còn cuộn dây thứ cấp có số vòng nhiều hơn và luôn được nối đất để đề phòng
khi cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp bị chọc thủng thì nguy hiểm cho dụng cụ phía
thứ cấp và con người. Phụ tải thứ cấp của biến dòng điện rất nhỏ vì vậy có thể coi
biến dòng điện luôn làm việc ở trạng thái ngắn mạch. Trong trường hợp không có
tải phải nối tắt cuộn thứ cấp để tránh quá điện áp cho nó.
Biến dòng điện bao gồm các thông số chính như sau :
- Hệ số biến đổi định mức :
đm
đm
đm
I
I
k
2
1
=
,
trong đó I

1đm
, I
2đm
là dòng điện định mức sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Dòng
sơ cấp được đo gần đúng nhờ biến dòng điện I
1
≈
I
2
.k
đm
, với I
2
là dòng điện đo được
ở phía thứ cấp.
- Sai số của biến dòng được xác định như sau :
100%
1
12
đm
đmđmđm
I
IIk
I
−
=∆
- Cấp chính xác của biến dòng: là sai số dòng lớn nhất khi nó làm việc trong các điều
kiện tần số 50Hz, phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0,25 đến 1,2 định mức. Biến dòng có
năm cấp chính xác: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 và 10.
Biến dòng cấp chính xác 0,2 dùng cho các đồng hồ mẫu; cấp 0,5 dùng cho

côngtơ điện, còn cấp 1,0 và 3,0 dùng cho đồng hồ để bảng; cấp 10 dùng cho các bộ
truyền động của máy cắt và đo lường vì không đòi hỏi cấp chính xác cao. Riêng đối
Trang 16
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
với rơle bảo vệ, tùy theo yêu cầu của từng loại bảo vệ mà dùng cấp chính xác của
biến dòng cho thích hợp.
2. Phân loại và cấu tạo:
Biến dòng điện gồm hai loại chính kiểu xuyên và kiểu đế.
Biến dòng kiểu xuyên có cuộn dây sơ cấp là một thanh dẫn xuyên qua lõi từ,
còn cuộn dây thứ cấp quấn trên lõi từ. Tùy theo dòng định mức sơ cấp mà thanh dẫn
xuyên có hình dáng và tiết diện khác nhau: nó có dạng thẳng, tiết diện to dùng cho
dòng sơ cấp từ 600A trở lên; nó có dạng cong, tiết diện nhỏ hơn dùng cho dòng sơ
cấp dưới 600A. Khi dòng định mức sơ cấp lớn (6000
÷
18000A), điện áp 20kV, cuộn
dây sơ cấp là thanh dẫn hình máng. Số lượng lõi từ và số lượng cuộn dây thứ cấp
tùy thuộc vào công dụng của từng loại. Trong biến dòng kiểu xuyên, các loại và các
cuộn dây thứ cấp được bọc trong nhựa cách điện epoxy.
Đối với thiết bị phân phối ngoài trời, người ta dùng biến dòng kiểu đế, vỏ
của nó bằng sứ, cách điện bên trong bằng giấy dầu. Trong thùng sứ chứa đầy dầu,
phía dưới thùng có hộp các đầu ra của các cuộn dây thứ cấp.
Khi điện áp cao, việc thực hiện cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
gặp khó khăn. Vì vậy với điện áp 330kV và cao hơn, người ta dùng biến dòng kiểu
phân cấp, mỗi cấp có lõi thép riêng.
Trang 17
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 4
HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN
A. Bảo vệ máy phát điện.
I. Các dạng rơle bảo vệ.

Hệ thống máy phát điện bao gồm các phần tử như cuộn dây stator, rotor, các
gối trục, máy biến thế kích từ, tự dùng , nếu xảy ra hư hỏng bất kỳ một phần tử
nào cũng ảnh hưởng đến sự làm việc của tổ máy.
1. Rơle bảo vệ so lệch máy phát (87G).
Bảo vệ so lệch máy phát gồm bảo vệ so lệch ngang hoặc bảo vệ so lệch dọc
tùy thuộc vào cấu tạo dây quấn bên trong máy phát điện.
- Chức năng: bảo vệ làm viêc dựa trên việc so sánh giá trị dòng điện thứ cấp của biến
dòng điện đặt ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Bảo vệ chống tất cả các dạng ngắn
mạch bên trong máy phát điện và vùng bảo vệ giới hạn bởi hai biến dòng điện đặt ở
trung tính máy phát và trước máy cắt đầu cực của máy phát.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp bởi hai biến dòng điện nêu trên.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
Trang 18
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2. Bảo vệ chạm đất bên trong cuộn dây stator máy phát (64N).
Ở chế độ làm việc bình thường, điện trở cách điện của cuộn dây stator so với
đất rất lớn (R
đ
=∞), dòng điện qua bảo vệ được xác định theo dòng điện chung của
cuộn dây stator đối với đất, dòng qua bảo vệ chủ yếu theo điện trở chạm đất.
Bảo vệ được đưa thêm một nguồn ngoài vào. Nguồn này có tần số khác với
tần số công nghiệp để phát hiện chạm đất ngay cả khi máy phát ngừng.
- Chức năng: chống chạm đất cuộn dây stator máy phát (do trung tính máy phát
không nối đất trực tiếp), gồm hai loại:
• Bảo vệ chạm đất 95% cuộn dây đoạn từ đầu cuộn dây stator đến
điểm trung tính.
• Bảo vệ chạm đất 15% cuộn dây stator máy phát tính từ điểm trung

tính.
- Tín hiệu điện áp cho rơle bảo vệ được cung cấp từ cuộn thứ cấp của máy biến điện
áp nối đất của điểm trung tính stator.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
3. Rơle bảo vệ dòng thứ tự nghịch máy phát (46).
Dòng điện thứ tự nghịch xuất hiện trong cuộn dây stator ở máy phát điện khi
có đứt dây hở mạch một trong hai pha, khi đó ngắn mạch không đối xứng.
Trang 19
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Khi hiện tượng quá tải không đối xứng xuất hiện, nó tạo nên từ thông thứ tự
nghịch φ
2
biến thiên với tốc độ 2ω gấp hai lần tốc độ rotor, làm cảm ứng trên thân
rotor, gây ra dòng điện lớn đốt nóng rotor và máy phát.
- Chức năng: bảo vệ máy phát khi có dòng thứ tự nghịch xuất hiện trong stator máy
phát do phụ tải không đối xứng hoặc do ngắn mạch hoặc là sự ảnh hưởng bởi sự cố
lưới.
- Tín hiệu dòng điện dùng cho bảo vệ được cung cấp từ biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
4. Rơle bảo vệ quá điện áp máy phát (59).
- Chức năng: bảo vệ cuộn dây stator máy phát khi điện áp cuộn dây stator tăng cao do
hư hỏng ở hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, do thay đổi công suất kháng đột
ngột hoặc do ảnh hưởng bởi sự cố lưới.

- Quá điện áp ở đầu cực máy phát có thể gây tác hại cho cách điện của cuộn dây, các
thiết bị đấu nối ở đầu cực máy phát.
- Tín hiệu điện áp cho rơle bảo vệ được cung cấp từ biến điện áp, đặt trước máy cắt
đầu cực máy phát.
Trang 20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu đi điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
5. Bảo vệ kém áp (27).
Rơle bảo vệ kém áp là rơle tác động khi có điện áp đặt vào rơle thấp hơn giá
trị định trước. Rơle bảo vệ nhận tín hiệu từ biến điện áp, tác động bảo vệ máy phát.
- Chức năng: bảo vệ máy phát khi điện áp cuộn dây stator giảm thấp do hư hỏng ở hệ
thống tự động điều chỉnh điện áp, do thay đổi công suất kháng đột ngột, hoặc do
ảnh hưởng bởi sự cố lưới (chức năng này sẽ bị khoá khi máy cắt đầu cực máy phát
mở).
- Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp được đặt đầu cực máy phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu đi điều khiển:
Trang 21
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
6. Bảo vệ quá dòng stator máy phát (50/ 51).
- Chức năng: bảo vệ cuộn dây stator máy phát khi có sự cố quá dòng tức thời và quá
dòng máy phát do:
• Ngắn mạch phía đầu cực máy phát.
• Công suất máy phát đột ngột tăng cao do ảnh hưởng của lưới hoặc máy phát chạy
quá tải.

• Chức năng này làm việc phụ thuộc vào sự suy giảm điện áp.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp bởi biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu đi điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
7. Rơle bảo vệ khi mất kích từ máy phát (40).
Trong quá trình vận hành máy phát điện có thề xảy ra mất kích từ do hư
hỏng trong mạch kích thích (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ thống
kích từ. Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ ở stator và rotor,
nếu hở mạch kích thích có thể gây ra quá điện áp trên cuộn dây rotor gây hư hỏng
cách điện cuộn dây.
- Chức năng: bảo vệ máy phát khi dòng điện kích thích cho cuộn dây rotor bị ngưng,
dẫn đến máy phát bị mất đồng bộ làm ảnh hưởng đến tần số và điện áp của lưới.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp từ biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
Trang 22
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
- Tín hiệu điện áp cho rơle bảo vệ được cung cấp từ biến điện áp, đặt đầu cực máy
phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
8. Bảo vệ chạm đất hai điểm cuộn dây rotor (64R)
Cần phân biệt và nêu rõ bảo vệ chạm đất cuộn dây stator máy phát và chạm
đất cuộn dây rotor (dây quấn kích từ) bảo vệ này thuộc nhóm bảo vệ từ hệ thống
kích từ.
- Chức năng: đối với máy phát là nguồn kích từ một chiều nên khi chạm đất một

điểm mạch kích từ các thông số làm việc của máy phát hầu như không thay đổi
đáng kể. Do các cuộn dây kích từ được cách điện so với đất, khi xuất hiện chạm đất
rotor do cuộn dây rotor bị bụi bẩn hoặc hư hỏng cách điện dẫn đến phần cuộn dây
nối hai điểm ngắn mạch bị nối tắt, dòng điện qua chổ ngắn mạch lớn làm cho rotor
bị rung vì từ trường của cuộn dây rotor không còn đối xứng tạo thành quá nhiệt cục
bộ sẽ làm hỏng các bộ phận bằng thép của rotor. Ngoài ra dòng điện trong cuộn dây
rotor tăng có thể làm mạch từ bị bảo hòa,từ trường trong máy phát bị méo làm cho
máy phát bị rung , gây nên hư hỏng nghiêm trọng đối với máy phát.
- Tín hiệu cho bảo vệ được lấy từ bộ dò chạm đất phát hiện các dòng về đất từ bất kỳ
các phần tử nào của hệ thống kích từ.
Trang 23
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu đi điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
9. Bảo vệ chống luồng công suất ngược (32).
Công suất sẽ đổi theo chiều từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp
năng lượng cho tubine (dầu, khí, hơi, nước, ) bị gián đoạn, khi đó máy phát điện sẽ
làm việc như một động cơ điện tiêu thụ công suất từ hệ thống.
- Chức năng: để bảo vệ chống luồng công suất ngược người ta dùng rơle công suất để
kiểm tra hướng công suất tác dụng của máy phát điện. Yêu cầu của rơle hướng công
suất là phải có độ nhạy cao để phát hiện luồng công suất ngược với trị số khá bé.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp bởi biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu đi điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
10.Bảo vệ chống mất đồng bộ (78).

Trang 24
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
- Bảo vệ gồm bộ phận đo tổng trở, kết hợp với bộ đếm chu kỳ sẽ đưa ra tín hiệu cắt
máy phát khi giá trị và chu kỳ dao động của tổng trở đạt tới giá trị định trước.
- Chức năng: Bảo vệ máy phát khi máy phát có sự mất đồng bộ do ảnh hưởng của
lưới hoặc do dòng kích từ giảm mạnh hoặc mất kích từ làm cho máy phát mất đồng
bộ với từ trường quay. Việc mất đồng bộ này cũng có thể xảy ra khi máy phát đang
làm việc bình thường nhưng trên lưới có dao động công suất do sự cố kéo dài, hoặc
một số đường dây truyền tải bị cắt ra khỏi hệ thống.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp bởi biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
- Tín hiệu điện áp cho rơle bảo vệ được cung cấp từ biến điện áp, đặt đầu cực máy
phát.
- Khi bảo vệ tác động, gởi tín hiệu điều khiển:
• Cắt máy cắt đầu cực máy phát;
• Cắt hệ thống kích từ;
• Tự động dừng khẩn cấp tổ máy.
11.Bảo vệ hư hỏng máy cắt đầu cực máy phát (52BF).
Khi xảy ra hư hỏng, rơle bảo vệ máy phát tác động và cắt máy cắt đầu cực, vì
nguyên nhân nào đó mà máy cắt không cắt ra được do hư hỏng mạch điều khiển
máy cắt hoặc hư hỏng phần cơ khí của máy cắt.
Bảo vệ hệ thống khi bảo vệ tác động cắt máy cắt không thành công. Lấy tín
hiệu kết hợp từ TI đầu cực, tín hiệu tác động của một số bảo vệ khác gửi tới và tiếp
điểm phụ máy cắt để tác động cắt lại máy cắt, nếu không thành công nó sẽ cắt các
máy cắt lân cận vùng sự cố.
- Chức năng: bảo vệ chống hư hỏng máy cắt do nguyên nhân nào đó.
- Tín hiệu dòng điện cho rơle bảo vệ được cung cấp bởi biến dòng điện, đặt ở trước
máy cắt đầu cực máy phát.
Trang 25