GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE

1

LAO ĐỘNG -THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ

GIÁO TRÌNH

Mô đun: Bảo vệ rơ le
NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013
của Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề)

Hà nội, năm 2013


2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đuợc phép
dùng nguyên bản hoặc trích đúng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

LỜI GIỚI THIỆU


3

Tài liệu Bảo vệ rơ le là kết quả của Dự án “Thí điểm xây dựng chương trình
và giáo trình dạy nghề năm 2011-2012”. Được thực hiện bởi sự tham gia của các

giảng viên của trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải Phòng
Trên cơ sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải
phòng, cùng với các trường trọng điểm trên toàn quốc, các giáo viên có nhiều kinh
nghiệm thực hiện biên soạn giáo trình Bảo vệ rơ le phục vụ cho côngtác dạy nghề
Chúng tôi xin chân thành cám ơn Trường Cao nghề Bách nghệ Hải Phòng,trường
Cao đẳng nghề giao thông vận tải Trung ương II, trường Cao đẳng nghề
số 3 Bộ quốc phòng, trường Cao đẳng nghề cơ điện Hà Nội đã góp nhiều công sức
để nội dung giáo trình được hoàn thành
Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của
chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề và được
dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo
Mô đun này được thiết kế gồm 7 bài:
Bài1. Bảo vệ so lệch và dòng công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Bài2. Bảo vệ sự cố chạm đất ROTOR,chống mất kích từ và bảo vệ quá Áp cho
máy phát xoay chiều đồng bộ
Bài3. Bảo vệ quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều đồng bộ-hòa đồng
bộ máy phát điện
Bài4.Phối hợp bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ
Bài5: Thí nghiệm hiện tượng nhẩy vọt từ hóa, bảo vệ so lệch và chống chạm đất
Cho máy biến áp
Bài6: Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối hợp bảo vệ cho máy biến áp
Bài7.Thí nghiệm bảo vệ sự cố cuộn dây quấn Stato, quá dòng và chống hiện
tượng rơi tốc cho động cơ không đồng bộ ba pha
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận
được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tham gia biên soạn
1. Nguyễn Tiến Thành: Chủ biên
2. Trần Văn Quỳnh

3. Trần Cao Phi
MỤC LỤC


4


TRANG
1.

Lời giới thiệu

2.

Mục lục

4

3.

Giới thiệu về mô đun

6

4.

8

5.

Bài1. Bảo vệ so lệch và dòng công suất ngược cho máy phát
xoay chiều đồng bộ
1.Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ

6.

2.Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ

18

7.

Bài2.Bảo vệ sự cố chạm đất ROTOR,chống mất kích từ và bảo
vệ quá áp cho máy phát xoay chiều đồng bộ
1.Bảo vệ sự cố chạm đất rotor của máy phát điện xoay chiều đồng
bộ
2.Bảo vệ chống mất kích từ cho máy ph á t điện xoay chiều đồng
bộ
3.Bảo vệ quá điện áp cho m áy phát điện xoay chiều đồng bộ

26

8.
9.

5

3

8

26
33

10
.
11. Bài3 Bảo vệ quá tốc độ, quá dòng cho máy phát xoay chiều
đồng bộ- hòa đồng bộ máy phát điện
12. 1.Bảo vệ quá tốc độ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

40

13. 2.Bảo vệ quá dòng cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ

57

14. 3.Hòa đồng bộ máy phát điện

67

15. Bài4.Phối hợp bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ

73

16. 1.Mục đích thí nghiệm

73

17. 2.Tóm tắt lý thuyết

73

18 3.Thiết bị thí nghiệm
.
19. 4.Trình tự thí nghiệm

74

20 5.Kết luận
.
21. Bài5: Thí nghiệm hiện tượng nhẩy vọt từ hóa, bảo vệ so lệch và
chống chạm đất cho máy biến áp
22. 1.Hiện tượng nhảy vọt từ hoá máy biến áp

82

23. 2.Bảo vệ so lệch máy biến áp điện lực ba pha

92

24. 3.Bảo vệ chạm đất cho máy biến áp

99

25. Bài6: Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối hợp bảo vệ cho máy
biến áp
26. 1.Bảo vệ quá dòng cho máy biến áp ba pha

108

27. 2.Phối hợp bảo vệ máy biến áp điện lực ba pha

115

49
49

74

83
83

108


6

MÔ ĐUN: BẢO VỆ RƠ LE
Mã mô đun: MĐ19
Vị trí, tính chất, vai trò của mô đun
- Vị trí: Mô đun Bảo vệ rơ le học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt
là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện...
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề.
- Vai trò của mô đun:
Bảo vệ rơ le có một vai trò rất quan trọng trong ngành Điện, đáp ứng những yêu
cầu phức tạp của thiết bị. Dùng để bảo vệ cho các thiết bị trong quá trình làm việc
không có sự cố xẩy ra
Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của các
phương pháp bảo vệ rơ le
Mục tiêu của mô đun:

- Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ rơle trong hệ thống điện.


7

- Kiểm tra/xác định được hư hỏng của các linh kiện, mạch điện bảo vệ.
- Thay thế các thiết bị hư hỏng.
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của sơ đồ từ đó phát hiện sai lỗi và đề ra
phương pháp cải tiến khả thi.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an
toàn cho người và thiết bị.
Nội dung của mô đun:
Số
Tên các bài trong mô đun
TT
1

2

3

4
5

6
7

Thời gian (giờ)
Tổng
Lý

Thực Kiểm
số
thuyết hành
tra*
Thí nghiệm bảo vệ so lệch và dòng
16
4
11
1
công suất ngược cho máy phát xoay
chiều đồng bộ.
Thí nghiệm bảo vệ sự cố chạm đất
20
5
14
1
rôto, chống mất kích từ và bảo vệ
quá áp cho máy phát xoay chiều
đồng bộ.
Thí nghiệm bảo vệ quá tốc độ, quá
20
5
14
1
dòng cho máy phát xoay chiều đồng
bộ hòa đồng bộ máy phát điện.
Thí nghiệm phối hợp bảo vệ máy
12
3
8,5

0,5
phát xoay chiều đồng bộ.
Thí nghiệm hiện tượng nhảy vọt từ
20
5
14
1
hóa bảo vệ so lệch và chống chạm
đất cho máy biến áp.
Thí nghiệm bảo vệ quá dòng và phối
12
3
8,5
0,5
hợp bảo vệ cho máy biến áp.
Thí nghiệm bảo vệ sự cố cuộn dây
20
5
14
1
quấn stato, quá dòng và chống hiện
tượng rơi tốc cho động cơ không
đồng bộ ba pha.
Cộng:
6
120
30
84

8

BÀI 1: BẢO VỆ SO LỆCH VÀ DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC
CHO MÁY PHÁT XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ
Mã bài : 19-01
Giới thiệu:
Khi ngắn mạch giữa các pha trong các cuộn dây của máy phát dòng ngắn
mạch có thể đạt giá trị rất lớn vì điện trở kháng của máy phát giảm rất nhanh so với
sức điện động của nó. Sự nguy hiểm của dòng ngắn mạch thể hiện qua sự đốt nóng
lõi thép và các cuộn dây. Ngắn mạch chạm massae tại một điểm của máy phát nhìn
chung không thay đổi các tham số của nó, do đó máy phát vẫn có thể làm việc
trong một thời gian nhất định cho đến khi thuận lợi mới cắt ra để sửa chữa. Tuy
nhiên khi ngắn mạch chạm massae tại hai điểm thì phần cuộn dây giữa hai điểm
này bị nối tắt nên dòng điện trong cuộn dây sẽ tăng lên, làm dây dẫn bị đốt nóng và
làm mất đối xứng của từ trường do cuộn dây kích từ sinh ra, là rung máy phát.
Bảo vệ so lệch là phương pháp hiệu quả nhất dùng để bảo vệ cho các cuộn
dây quấn stator của máy phát điện xoay chiều đồng bộ chống lại các sự cố chạm
pha với pha và pha với đất. Trong hệ thống bảo vệ so lệch, ở mỗi pha có một mạch
điện dùng để so sánh dòng điện đi vào và dòng điện đi ra khỏi thiết bị bảo vệ. Bất
kì một sự khác nhau nào của các dòng điện này với một lượng đủ lớn để làm cho rơ


9

le hoạt động, khi đó sự cố sẽ bị loại bỏ. Hình MĐ 36-01-01 là sơ đồ đơn giản của
hệ thống bảo vệ so lệch một pha.
Mục tiêu:
- Trình bày được các biện pháp bảo vệ khác nhau dùng để bảo vệ cho máy
phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Lắp đặt được hệ thống bảo vệ so lệch và bảo vệ công suất ngược dùng để

bảo vệ cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ.
- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an
toàn cho người và thiết bị.
1.Bảo vệ so lệch cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ so lệch cho máy phát xoay
chiều đồng bộ.
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
1.1. Mục đích của thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên làm quen được hệ thống bảo
vệ so lệch dung để bảo vệ cho máy phát xoay chiều đồng bộ
1.2.Tóm tắt lý thuyết
Máy phát điện xoay chiều đồng bộ là phần tử quan trọng nhất trong hệ hệ
thống điện, sự làm việc tin cậy của các máy phát điện có ảnh hưởng quyết định đến
độ tin cậy của toàn hệ thống. Vì vậy đối với máy phát điện, đặc biệt là các máy có
công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ khác nhau để ngăn ngừa các sự cố và
chế độ làm việc bất thường như: ngắn mạch nhiều pha, ngắn mạch giữa các vòng
dây, ngắn mạch chạm massae, chế độ không đối xứng và chế độ quá tải của
stator…
Khi ngắn mạch giữa các pha trong các cuộn dây của máy phát dòng ngắn
mạch có thể đạt giá trị rất lớn vì điện trở kháng của máy phát giảm rất nhanh so với
sức điện động của nó. Sự nguy hiểm của dòng ngắn mạch thể hiện qua sự đốt nóng
lõi thép và các cuộn dây. Ngắn mạch chạm massae tại một điểm của máy phát nhìn
chung không thay đổi các tham số của nó, do đó máy phát vẫn có thể làm việc
trong một thời gian nhất định cho đến khi thuận lợi mới cắt ra để sửa chữa. Tuy
nhiên khi ngắn mạch chạm massae tại hai điểm thì phần cuộn dây giữa hai điểm
này bị nối tắt nên dòng điện trong cuộn dây sẽ tăng lên, làm dây dẫn bị đốt nóng và
làm mất đối xứng của từ trường do cuộn dây kích từ sinh ra, là rung máy phát.

10

Bảo vệ so lệch là phương pháp hiệu quả nhất dùng để bảo vệ cho các cuộn
dây quấn stator của máy phát điện xoay chiều đồng bộ chống lại các sự cố chạm
pha với pha và pha với đất. Trong hệ thống bảo vệ so lệch, ở mỗi pha có một mạch
điện dùng để so sánh dòng điện đi vào và dòng điện đi ra khỏi thiết bị bảo vệ. Bất
kì một sự khác nhau nào của các dòng điện này với một lượng đủ lớn để làm cho rơ
le hoạt động, khi đó sự cố sẽ bị loại bỏ. (hình 1-1). là sơ đồ đơn giản của hệ thống
bảo vệ so lệch một pha.

Hình 1-1. Sơ đồ hệ thống bảo vệ so lệch một pha
Các dòng điện đi vào và đi ra khỏi thiết bị bảo vệ ( I p in và I p out ) được cảm
ứng qua hai máy biến dòng giống nhau. Khi không có sự cố trong thiết bị được bảo
vệ các dòng sơ cấp I p in và I p out bằng nhau và các dòng điện phía thứ cấp các máy
biến dòng cũng bằng nhau I S in = I S out do các máy biến dòng giống hệt nhau. Khi
các máy biến dòng được kết nối như hình 1 – 1 không có dòng điện chạy trong
cuộn dây của rơ le ( I R = 0 ). Khi có sự cố xảy ra ở thiết bị được bảo vệ, các dòng
I p in và I p out không bằng nhau nữa dẫn tới các dòng thứ cấp I S in và I S out cũng
không bằng nhau. Dòng điện được tạo ra do sự sai lệch của các dòng I p in và I p out
sẽ chạy trong cuộn dây của rơ le. Nếu dòng này đủ lớn làm rơ le tác động thì sự cố
sẽ bị loại bỏ.


11

(Hình 1-2). Miêu tả sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ so lệch dùng để
bảo vệ cho một máy phát đồng bộ ba pha. Nó giống như mạch điện trong hình MĐ
36-01-01 nhưng được đấu ở cả ba pha cuộn dây và ở phía thứ cấp của các máy biến
dòng nối chung lại và nối với dây trung tính. Chú ý dây trung tính của máy phát
được nối đất qua một điện trở để hạn chế độ lớn giá trị dòng điện chạm đất. Hệ

thống trong (hình 1-2) bảo vệ các cuộn dây quấn stator chống sự cố chạm đất cũng
như sự cố chạm pha – pha.

Hình 1-2. Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Trong thực tế, dòng điện I R trong cuộn dây của các rơ le bảo vệ của một hệ
thống bảo vệ so lệch không hãm không bằng 0 trong điều kiện không có sự cố. Do
các máy biến dòng luôn có những sai số nhất định nên các dòng thứ cấp I S in và
I S out không hoàn toàn bằng nhau. Do đó luôn có một giá trị dòng chạy trong cuộn
dây của rơ le và dòng đó được gọi là dòng không cân bằng I KCB = I S in − I S out và
dòng này thường rất nhỏ (khi mạch không có sự cố) nhỏ hơn so với giá trị đặt trên
các rơ le nên rơ le không tác động. Tuy nhiên khi tải áp đặt vào các thiết bị được
bảo vệ tăng lên đáng kể hoặc có sự cố bên ngoài gây ra dòng ngắn mạch chạy qua
thiết bị được bảo vệ, dòng điện này có thể tăng lên đáng kể. Để tránh cho hệ thống
bảo vệ tác động trong trường hợp này thì giá trị đặt của rơ le phải được chỉnh định
tăng lên, do đó độ nhạy của bảo vệ bị giảm đáng kể. Để khắc phục được vấn đề


12

này, các rơ le bảo vệ được mắc thêm cuộn hãm. Các dòng này có tác dụng ngăn
chặn tác động ngắt của rơ le bảo vệ khi có sự tăng của dòng không cân bằng do sự
tăng mạnh của dòng điện chạy qua thiết bị được bảo vệ. Kết quả, giá trị đặt trên các
rơ le được giảm xuống và độ nhạy của bảo vệ được tăng lên.
(Hình 1-3) Miêu tả sơ đồ đơn giản của hệ thống bảo vệ so lệch dùng rơ le có
cuộn hãm để bảo vệ máy phát điện xoay chiều đồng bộ. Nó được xem như bảo vệ
so lệch có hãm.

Hình 1-3. Bảo vệ so lệch có hãm cho máy phát điện xoay chiều đồng bộ
‫ ٭‬Tóm tắt bài thí nghiệm
Trong phần đầu của bài thực hành, lắp đặt các thiết bị lên EMS Workstation

và Protective Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-04 và MĐ 36-01-05.
Trong mạch này máy phát đồng bộ được bảo vệ bằng hệ thống bảo vệ so lệch
không hãm, cung cấp tới một tải cân bằng ba pha. Hệ thống bảo vệ bao gồm các
máy biến dòng đặt tại hai đầu của cuộn dây quấn stator của máy phát, một điện trở
nối đất và một rơ le quá dòng. Khi dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra của một
cuộn dây khác nhau một lượng đủ lớn rơ le quá dòng sẽ tác động . Nó tạo ra dòng
điện chạy trong cuộn của rơ le phụ và làm cho công tắc tơ CR1 và CR2 mở, kéo


13

theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích từ của máy phát để
dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ.
Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ. Khi
máy phát cung cấp công suất tới tải tạo ra sự cố chạm đất đãn tới thay đổi độ lớn
của dòng so lệch bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R4. Điều này sẽ mô phỏng
được các sự cố cuộn dây chạm đất xảy ra tại các vị trí khác nhau của các cuộn dây
quấn stator. Chúng ta có thể quan sát hoạt động của rơ le quá dòng.
Trong phần thứ ba của bài thực hành, đóng công tắc tơ CR3 để bảo vệ không
hoạt động. Hãy lần lượt tạo ra các sự cố pha chạm đất và pha chạm pha để quan sát
sự hoạt động của hệ thống bảo vệ.
1.3.Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC
Volmetter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective Relaying Control Station, dây
đai, dây cáp.
1.4.Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha

và DC Power Supply của Protective Relaying Control Station đang tắt.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off)
sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Đặt trên Universal Fault Module như sau:
TD1 thời gian trì hoãn……………………………………….~1 s
SST1 thời gian tạm nghỉ……………………………………..~3 s
SST2 thời gian tạm nghỉ……………………………………~10 s
3. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometer, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Resistor Loads, DC
Volmetter/ Ammeter lên trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometer.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.
Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví
trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng.


14

4. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometer
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều đồng bộ
5. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation
tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Kết nối các thiết bị như (hình 1-4 và 1-5).


15

Hình 1-4. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

Hình 1-5. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station.
6. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE……………………………. Primer Mover
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 và S2………………………………….O (open)
Trên AC/DC Current Sensitive Relay
Công tắc INPUT……………………………………..…...AC
Công tắc MODE…………………………OVER CURRENT
Trên Universal Fault Module
Nút INITIATE FAULT…………………………….vị trí nhả
Công tắc FAULT DURATION…………………….0,05 – 5s


16

Các biến dòng phải được nối như trong (hình1-4), sau đó đặt tất cả các công
tắc của các máy biến dòng từ CT1 đến CT6 trên Current Transformers ở vị trí 0
(off).
7. Điều chỉnh giá trị đặt dòng điện và sai số của AC/DC Current Sensitive
Relay lần lượt là 1A và 5%.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở
công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ không hãm và

cho phép rơ le AC/DC Current Sensitive Relay hoạt động để quan sát.
8. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để Primer
Mover quay ở tốc độ xấp xỉ với tốc độ định mức của máy phát điện xoay chiều
đồng bộ.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp dây của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức.
Dòng điện trên dây ( được chỉ bởi I1) phải xấp xỉ với giá trị của dòng đầy tải
định mức của máy phát điện đồng bộ.
9. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây stator. Cùng lúc đó
quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính ( được chỉ bởi I2), dòng so lệch
chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ ( được chỉ bởi I3) và tín hiệu tác động (đèn
LED đỏ) trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Chỉnh giá trị điện trở R4 = 4400Ω ( sử dụng Resistor Load 2 ).
11. Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố
dây pha chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây trung tính của cuộn dây stator. Cùng lúc
đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn
dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra, giải thích ngắn ngọn tại sao
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Bảo vệ chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố chạm pha – pha


17

12. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relay 1 trên Protective Relaying Control Station, nhấn nút reset
của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc tơ S3 tới vị trí 1 để đóng công

tắc tơ CR3 làm cho hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hoạt động.
13. Chỉnh lại điện trở R4 như giá trị cho trong hình MĐ 36-01-04.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator và núm
điều chỉnh điện áp của Power Supply để điện áp dây và tốc độ của máy phát bằng
giá trị định mức.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan
sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của
rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không?
14. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.
Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm.
Sử dụng một đường dẫn để tạo ngắn mạch tạm thời CR2. Điều đó làm cho
mạch kích từ của máy phát điện xoay chiều đồng bộ luôn được kích từ.
15. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm đất xảy ra gần đầu cuối dây pha của cuộn dây quấn stator. Cùng lúc đó quan
sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính, dòng so lệch chạy trong cuộn dây của
rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC Current Sensitive Relay.
Vặn núm điều chỉnh điện áp về vị trí 0, sau đó tắt nguồn Power Supply.
Sự cố có được loại bỏ hoàn toàn bằng bảo vệ so lệch không hãm không? Tại
sao?
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------16. Trên Universal Fault Module, chỉnh nút INITIATE FAULT ở vị trí nhả.


18

Trên Control Relays của Protective Relaying Control Station, nhấn nút
Reset của rơ le điều khiển CR1 để khởi động hệ thống bảo vệ so lệch không hãm.
Tháo rời đường dẫn ngắn mạch CR2.
17. Lặp lại bước 8 để khởi động máy phát.
Trên Universal Fault Module, ấn nút INITIATE FAULT để tạo ra sự cố pha
chạm pha – pha. Cùng lúc đó quan sát các dòng điện dây, dòng điện trung tính,
dòng so lệch chạy trong cuộn dây của rơ le bảo vệ và tín hiệu tác động trên AC/DC
Current Sensitive Relay.
Miêu tả hiện tượng xảy ra
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sự cố có được loại bỏ bởi hệ thống bảo vệ so lệch không hãm hay không?
Hệ thống bảo vệ so lệch không hãm có bảo vệ được máy phát điện chống lại
các sự cố dây pha chạm đất cũng như sự cố chạm pha – pha hay không?
18. Trên Power Supply tắt nguồn 24V AC.
Tắt nguồn của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các cáp và dây nối.
1.5.Kết luận
Trong bài thí nghiệm này ta nhận thấy rằng hệ thống bảo vệ so lệch rất hiệu
quả khi dùng để bảo vệ cuộn dây quấn của stator của máy phát đồng bộ chống lại
các sự cố chạm pha – pha và chạm pha với đất. Ta thấy rằng hệ thống bảo vệ so
lệch không hãm có thể thực hiện được với một rơ le quá dòng. Tuy nhiên loại bảo
vệ này thường không đủ độ nhạy. Bảo vệ so lệch có hãm sẽ cung cấp độ nhạy tốt
hơn vì nó sử dụng các rơ le có cuộn hãm. Các cuộn này ngăn tác động ngắt của rơ
le bảo vệ khi có dòng điện khá lớn chạy qua thiết bị bảo vệ.
2. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
Mục tiêu:
- Lắp ráp, vận hành được hệ thống tự động bảo vệ công suất ngược cho máy
phát xoay chiều đồng bộ.
- Kiểm tra/xác định được hư hỏng/ thay thế các linh kiện mạch điện bảo vệ.
2.1. Mục đích của thí nghiệm
Sau khi hoàn thành bài thí nghiệm này học viên làm quen được hệ thống bảo

vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
2.1.Tóm tắt lý thuyết


19

Máy phát đồng bộ là một phần của hệ thống điện ba pha gồm nhiều máy phát
nối song song, nó được hòa đồng bộ với hệ thống ngay cả khi động cơ sơ cấp bị sự
cố. Khi đó công suất tác dụng chạy theo chiều ngược lại từ hệ thống vào máy phát,
lúc này máy phát vận hành như một động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống.
Máy phát nhận công suất cho động cơ sơ cấp hoạt động. Sự nguy hiểm của chế độ
này đối với các máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén
lượng hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép.
Đối với các máy phát điêzen chế độ này có thể làm nổ máy.
Để bảo vệ chống chế độ công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công suất
tác dụng của máy phát điện. Yêu cầu rơ le hướng công suất phải có độ nhạy cao để
phát hiện được luồng công suất ngược với trị số khá bé để đảm bảo an toàn cho
động cơ sơ cấp. Hệ thống này ngăn chặn hư hại cho động cơ sơ cấp khi chiều công
suất tác dụng đảo ngược gây hư hỏng động cơ sơ cấp.

Hình 1-6. Bảo vệ công suất ngược cho máy phát xoay chiều đồng bộ
(Hình 1-6). là sơ đồ đơn giản của một hệ thống bảo vệ công suất ngược cho
máy phát. Trong sơ đồ này, dòng điện của một pha và điện áp pha đo được đi qua
một biến dòng và một biến điện áp để giảm giá trị dòng và áp đưa vào rơ le. Dòng
điện và điện áp được dùng để xác định độ lớn và chiều của công suất trên một pha
của hệ thống. Tác động của bảo vệ có hướng phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng điện
và hướng của công suất chạy qua bảo vệ. Khi công suất tác dụng ngược đủ lớn, rơ
le sẽ tác động và loại bỏ máy phát ra khỏi hệ thống điện.

20

‫ ٭‬Tóm tắt bài thí nghiệm
Phần đầu của bài thực hành, lắp đặ các thiết bị lên EMS Workstation và Protective
Relaying Control station.
Phần thứ hai, nối kết các thiết bị như hình MĐ 36-01-07 và MĐ 36-01-08.
Trong sơ đồ này máy phát đồng bộ được nối với nguồn ba pha. Hệ thống bảo vệ
công suất ngược bao gồm một biến dòng, một biến điện áp và một rơ le bảo vệ
công suất ngược. Khi công suất tác dụng đổi chiều, rơ le công suất ngược tác động.
Quá trình cắt dòng điện trong cuộn phụ của rơ le bắt đầu và làm cho công tắc tơ
CR1 và CR2 mở, kéo theo làm mất kết nối từ máy phát điện tới tải và hở mạch kích
từ của máy phát để dừng việc phát điện, sự cố được loại bỏ.
Mở công tắc tơ CR3 để ngăn chế độ hoạt động của hệ thống bảo vệ công
suất ngược. Máy phát cung cấp cho hệ thống, giảm điện áp trên động cơ sơ cấp để
tạo sự cố giả trên động cơ. Điều này cho phép ta có thể quan sát được sự hoạt động
của hệ thống bảo vệ. Đóng công tắc tơ CR3 để cho phép hệ thống bảo vệ hoạt động
trở lại. Tạo lại sự cố giả trên động cơ sơ cấp để quan sát sự tác động của hệ thống
bảo vệ công suất ngược.
2.3.Thiết bị thí nghiệm
Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,
Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential Transformer,
Power Diodes, Synchronous Module, Three-Phase Wattmeter/Varmeter, AC
Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter, EMS Workstation, Protective
Relaying Control Station, dây đai, dây cáp.
2.4.Trình tự thí nghiệm
1. Nối nguồn của Protective Relaying Control station với nguồn điện ba pha.
Đưa các công tắc sự cố trên AC/DC Current Sensitive Relay về vị trí 0 (off)
sau đó nắp đặt nó lên Protective Relaying Control Station.
2. Lắp đặt Interconnection Module, Power Supply, Universal Fault Module,

Synchronous Motor/ Generator, Primer Mover/ Dynatometter, Faultable
Transformers, Transmission Grid (A), Current Transformers, Potential
Transformer,
Power
Diodes,
Synchronous
Module,
Three-Phase
Wattmeter/Varmeter, AC Ammeter, AC Volmeter, DC Volmeter/ Ammeter lên
trên EMS Workstation.
Dùng dây đai để liên kết cơ khí giữa Synchronous, Motor/ Generator và
Primer Mover/ Dynatometter.
Kiểm tra Power Supply và núm chỉnh điện áp chỉnh về vị trí 0.


21

Trên Current Transformers, chắc chắn rằng tất cả các công tắc được đặt ở ví
trí 1 (close) để ngắn mạch phía thứ cấp của các máy biến dòng.
3. Kết nối ngõ vào LOW POWER INPUT của Primer Mover/ Dynatometter
tới ngõ ra 24V của Power Supply.
Bảo vệ công suất ngược cho máy phát đồng bộ
4. Kết nối Interconnection Module đã được nắp đặt trên EMS Workstation
tới Interconection Panel của Protective Relaying Control Station bằng các dây cáp.
Kết nối các thiết bị như (hình 1-7 và 1-8).


22

Hình 1-7. Sơ đồ kết nối thiết bị trên EMS Workstation

Hình 1-8. Sơ đồ kết nối thiết bị trên Protective Relaying Control Station.
5. Đặt sẵn các thiết bị như sau:
Trên Synchronous Motor/ Generator
Công tắc EXCITER………………………..……….1 (close)
Nút vặn EXCITER…………..……..……….vị trí giữa (mid)
Trên Primer Mover/ Dynatometer
Công tắc MODE………………………… PRIME MOVER
Công tắc DISPLAY…………………………………SPEED
Trên Transmission Grid (A)
Công tắc S1 và S2………………………………….O (open)
Trên Synchronous Module
Công tắc S1 ………………………………………...…….O (open)
Các biến dòng phải được nối như trong hình MĐ 36-01-07 và MĐ 36-01-08,
sau đó chỉnh máy biến dòng CT1 trên Current Transformer ở vị trí O (open).
6. Điều chỉnh giá trị đặt và thời gian trì hoãn của rơ le công suất ngược lần
lượt là 2% và 0s.
Bật nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Trên Transmission Grid (A), chỉnh công tắc S3 sang vị trí O (open) để mở
công tắc tơ CR3. Nó sẽ ngăn chặn sự hoạt động của hệ thống bảo vệ công suất
ngược và cho phép rơ le công suất ngược hoạt động để quan sát.


23

7. Bật nguồn Power Supply và điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp để động cơ
sơ cấp quay ở tốc độ nhỏ hơn 50 vòng/phút so với tốc độ định mức của máy phát
điện xoay chiều đồng bộ.
Chỉnh núm điều chỉnh EXCITER của Synchronous Motor/ Generator để điện
áp dây của máy phát đồng bộ gần bằng giá trị định mức.

Bóng đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ cho biết máy phát
mắc đúng thứ tự pha với nguồn ba pha. Nếu không tắt nguồn và đổi đầu hai cực 4
và 5 của Synchronous Module, sau đó mở nguồn.
8. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp sao cho bóng
đèn trên Synchronizing Module chớp tắt đồng bộ đến khi sự chớp tắt diễn ra rất
chậm. Điều này cho thấy tần số của máy phát đồng bộ gần bằng với nguồn.
Trên Synchronizing Module, bật công tắc S1 tại vị trí 1 (close) để nối máy
phát với nguồn ba pha. Máy phát bây giờ được hòa đồng bộ với nguồn ba pha.
9. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo chiều kim
đồng hồ đến khi dòng điện I1 xấp xỉ gần bằng giá trị đầy tải của máy phát. Công
suất tác dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter phải là giá trị dương,
có nghĩa là máy phát cung cấp (phát) cho nguồn ba pha.
Trên Synchronous Motor/ Generator, chỉnh núm EXCITER sao cho công
suất phản kháng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter bằng 0.
10. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0 và coi
như động cơ sơ cấp bị sự cố. Trong chế độ này ta quan sát đèn LED ( tín hiệu tác
động của rơ le) trên Reverse Power Relay và công suất tác dụng trên Three-Phase
Wattmeter/Varmeter.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11. Trên Power Supply, chỉnh núm điều chỉnh điện áp sao cho công suất tác
dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter là dương và dòng điện của máy
phát đồng bộ xấp xỉ bằng giá trị định mức.
Chỉnh định giá trị đặt trên Reverse Power Relay khoảng 16%.
Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0. Trong
khi làm thì quan sát đèn LED trên Reverse Power Relay và công suất tác dụng trên
Three-Phase Wattmeter/Varmeter.

24

Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố. Giải thích ngắn gọn
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12. Trên Reverse Power Relay giảm từ từ giá trị đặt xuống 2% đồng thời
quan sát tín hiệu LED mô tả hiện tượng xảy ra:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Điều đó có phù hợp với sự giải thích phần trước không?
13. Trên Power Supply, chỉnh núm điều chỉnh điện áp sao cho công suất tác
dụng hiển thị bởi Three-Phase Wattmeter/Varmeter là dương và dòng điện của máy
phát đồng bộ xấp xỉ bằng giá trị định mức.
Trên Control Relay 1 của Protective Relaying Control Station, ấn nút RESET
của rơ le điều khiển CR1 để khởi động lại hệ thống bảo vệ công suất ngược.
Trên Transmission Grid (A), đặt công tắc S3 ở vị trí 1 (close) để đóng công
tắc tơ CR3. Điều này cho phép hệ thống bảo vệ công suất ngược hoạt động để và rơ
le công suất ngược hoạt động để quan sát.
Chỉnh thời gian trì hoãn của Reverse Power Relay xấp xỉ 2 giây.
14. Trên Power Supply, điều chỉnh nhẹ núm điều chỉnh điện áp theo hướng
ngược chiều kim đồng hồ để giảm điện áp cấp vào động cơ sơ cấp bằng 0 và coi
như động cơ sơ cấp bị sự cố. Đồng thời quan sát LED trên Reverse Power Relay và
công suất tác dụng trên Three-Phase Wattmeter/Varmeter.
Tắt nguồn Power Supply.
Miêu tả hiện tượng xảy ra khi động cơ bị sự cố
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------15. Trên Power Supply, tắt nguồn 24V AC.
Tắt nguồn DC Power Supply của Protective Relaying Control Station.
Tháo rời tất cả các dây nối và cáp.

2.5.Kết luận
Qua bài thực tập này ta biết được bảo vệ công suất ngược cho máy phát là
cần thiết. Bảo vệ công suất ngược có thể thực hiện với một rơ le công suất ngược,

25

một biến dòng và một biến điện áp. Khi máy phát nhận công suất ngược từ hệ
thống, rơ le công suất ngược tác động và cắt máy phát ra khỏi hệ thống để tránh hư
hỏng cho động cơ sơ cấp.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Trình các bước thí nghiệm bảo vệ so lệch không hãm cho máy phát xoay chiều
đồng bộ ?
2. Trình bầy các bước thí nghiệm bảo vệ chống lại các sự cố pha chạm đất và sự cố
chạm pha – pha ?
3.Trình bầy các bước thí nghiệm bảo vệ công suất ngược cho máy phát đồng bộ?