Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn phân tán tới hệ thống bảo vệ cho lưới phân phối có nguồn điện phân tán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ THI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN
TỚI HỆ THỐNG BẢO VỆ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI
CÓ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. BẠCH QUỐC KHÁNH

Hà Nội – Năm 2014


Luận văn 12B- HTĐ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của cá nhân tôi, có
tham khảo một số tài liệu và báo chí trong và ngoài nước đã được xuất bản.
Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

NGUYỄN THỊ THI

Nguyễn Thị Thi

i


Luận văn 12B- HTĐ

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Bạch Quốc Khánhngười thầy đã tận tình chỉ bảo và cung cấp cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm để
tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn quý thầy, cô bộ môn Hệ thống điệnViện Điện- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy, truyền thụ
kiến thức cho tôi trong suốt khoảng thời gian tôi theo học tại trường. Tôi cũng xin
gửi lời cảm ơn tới các anh chị, các bạn trong lớp cao học Hệ thống điện- 2012B đã
đoàn kết, giúp đỡ nhau cùng học tập và tiến bộ. Tôi xin trân trọng cảm ơn tới tổng
công ty Điện Lực Hưng Yên đã cung cấp cho tôi thông tin hữu ích trong quá trình
tôi tìm hiểu và hoàn thiện luận văn.Tôi xin trân trọng cảm ơn gia đình tôi, nơi mà
tình yêu thương đã chắp cánh cho những ước mơ của tôi trở thành sự thật. Tôi xin
trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp của tôi tại khoa Điện- Trường Đại học sư phạm
kỹ thuật Hưng Yên đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa học này.

Nguyễn Thị Thi

Nguyễn Thị Thi

ii


Luận văn 12B- HTĐ

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................ vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ vii
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ ix
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ HỆ THỐNG BẢO VỆ
CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ...................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về lưới phân phối ...................................................................... 4
1.1.1. Đặc điểm công nghệ lưới phân phối trung áp........................................ 5
1.1.2. Sơ đồ lưới điện phân phối ...................................................................... 8
1.2. Hệ thống bảo vệ của lưới phân phối ........................................................... 9
1.2.1. Rơle bảo vệ quá dòng ........................................................................... 11
1.2.2. Máy cắt tự đóng lại (Recloser) ............................................................. 20
1.2.3. Cầu chì ................................................................................................. 24
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐỐI VỚI LƯỚI PHÂN PHỐI .................... 32
2.1. Nguồn điện phân tán ................................................................................. 32
2.1.1. Một số khái niệm về nguồn điện phân tán ........................................... 32
2.1.2. Triển vọng phát triển nguồn điện phân tán ......................................... 34
2.2. Các công nghệ tạo nguồn điện phân tán ................................................... 38
2.2.1. Động cơ đốt trong (động cơ sơ cấp) ..................................................... 40
2.2.2. Microturbines ....................................................................................... 41
2.2.3. Turbines nhỏ ........................................................................................ 42
2.2.4. Pin nhiên liệu ....................................................................................... 42
2.2.5. Pin quang điện (Photovoltaics) ............................................................ 43
2.2.6. Turbine gió ........................................................................................... 43
2.3. Mức độ thâm nhập và phân tán của nguồn DG trên lưới phân phối ...... 45
Nguyễn Thị Thi

iii

Luận văn 12B- HTĐ

2.4. Ảnh hưởng của việc kết nối nguồn điện phân tán trong vận hành lưới
phân phối điện .................................................................................................. 46
2.4.1. Trạng thái ổn định và sự kiểm soát ngắn mạch ................................... 46
2.4.2. Chất lượng điện năng .......................................................................... 46
2.4.3. Điều khiển điện áp và công suất phản kháng ...................................... 47
2.4.4. Các dịch vụ phụ thuộc.......................................................................... 48
2.4.5. Tính ổn định và khả năng của DG để chống chịu các nhiễu loạn ...... 48
2.4.6. Các vấn đề về bảo vệ............................................................................. 49
2.4.7. Cách ly và chế độ vận hành cách ly ..................................................... 49
Chương 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN ĐỐI
VỚI BẢO VỆ CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ............................................................ 51
3.1. Tác động của nguồn điện phân tán tới hệ thống bảo vệ của lưới phân
phối ................................................................................................................... 51
3.1.1. Ảnh hưởng của máy biến áp kết nối ở đầu ra của nguồn điện phân tán
....................................................................................................................... 52
3.1.2. Mất nguồn ở phía cao của MBA nối với hệ thống. .............................. 55
3.1.3. Dòng điện sự cố từ các nguồn điện phân tán....................................... 56
3.1.4. Sự gia tăng của các dòng điện trong các chế độ ngắn mạch ............... 57
3.1.5.Tác động đến hoạt động của rơ le bảo vệ quá dòng. ............................. 57
3.1.6.Tác động dến sự vận hành của tự động đóng lại .................................. 58
3.1.6.1. Tự đóng lại tác động với sự cố ngoài vùng bảo vệ........................... 58
3.1.6.2. Ngăn cản tự động đóng lại thành công. ........................................... 59
3.1.6.3. Tự đóng lại không đồng bộ.............................................................. 59
3.1.7. Sự phối hợp giữa thiết bị tự đóng lại và cầu chì .................................. 60
3.1.8. Tác động đến việc cài đặt chỉnh định rơle. .......................................... 63
3.1.8.1. Vấn đề phối hợp bảo vệ ................................................................... 64

3.1.8.2. Vấn đề truyền tín hiệu khi có kết nối nguồn phân tán ...................... 67
3.1.9. Các vấn đề về điện áp của lưới điện. .................................................... 69
3.1.9.1.Vấn đề về điều chỉnh điện áp trên lưới điện. .................................... 69

Nguyễn Thị Thi

iv


Luận văn 12B- HTĐ

3.1.9.2. Đóng cắt cáctụ bù trên lưới điện. .................................................... 70
3.1.9.3. Điều khiển đóng cắt tụ bù bằng bộ điều khiển thời gian .................. 70
3.1.9.4. Điều khiển đóng cắt tụ bù bằng bộ điều khiển điện áp..................... 70
3.1.9.5. Các vấn đề đối với sa tải phụ tải tần số thấp ................................... 71
3.1.10. Vấn đề với hòa đồng bộ.................................................................... 72
3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện phân
phối 35kV khu vực Khoái Châu- Hưng Yên ................................................... 73
3.2.1. Giới thiệu tổng quan về lưới điện Hưng Yên ....................................... 73
3.2.2. Hệ thống bảo vệ trang bị cho lộ đường dây 373- E28.2 ....................... 74
3.2.3. Kiểm tra sự phối hợp làm việc của recloser và cầu chì trước và sau khi
có nguồn phân tán ......................................................................................... 78
3.2.3.1. Kiểm tra sự phối hợp làm việc của recloser và cầu chì trước khi có
nguồn điện phân tán .................................................................................... 78
3.2.3.2. Kiểm tra sự phối hợp làm việc của recloser và cầu chì sau khi có
nguồn điện phân tán kết nối vào đường dây ................................................. 80
3.2.3.2.1. Kiểm tra sự làm việc của recloser khi ngắn mạch một pha chạm
đất cuối đường dây, DG nằm trước điểm ngắn mạch và recloser nằm trước
DG ........................................................................................................... 80
3.2.3.2.2. Kiểm tra sự làm việc của cầu chì khi ngắn mạch ba pha chạm đất

cuối đường dây rẽ nhánh, DG nằm cuối trục chính, phía sau recloser...... 82
3.2.3.2.3. Kiểm tra sự làm việc của cầu chì khi ngắn mạch một pha chạm
đất tại các điểm rẽ nhánh, DG nằm trên rẽ nhánh. ................................... 85
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 88
HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................................... 90
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 91
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 92

Nguyễn Thị Thi

v


Luận văn 12B- HTĐ

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Nguyễn Thị Thi

NGHĨA TIẾNG VIỆT

DG

Nguồn điện phân tán

LPP

Lưới điện phân phối

TĐL

Tự đóng lại

HTĐ

Hệ thống điện

TĐN

Thủy điện nhỏ

PV

Pin quang điện

DGpen

Mức độ thâm nhập nguồn phân tán

DGdis

Mức độ phân tán của nguồn phân tán

MBA

Máy biến áp

TBA

Trạm biến áp

vi


Luận văn 12B- HTĐ

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hệ số tính toán thời gian tác động của role quá dòng theo đặc tính phụ
thuộc ..................................................................................................................... 13
Bảng 1.2. Đặc tính cầu chì loại K và loại T............................................................ 28
Bảng 1.3. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì ................................................................. 31
Bảng 2.1. Thông số của một số DG sử dụng nhiên liệu hóa thạch .......................... 39
Bảng 2.2. Thông số của một số DG sử dụng năng lượng tái tạo ............................. 40
Bảng 3.1. Bảng hệ số K dùng để phối hợp bảo vệ giữa reloser và cầu chì .............. 62
Bảng 3.2 Thông số của recloser ............................................................................. 75
Bảng 3.3. Thông số của cầu chì ............................................................................. 76
(1)
Bảng 3.4. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N và thời gian cắt của

recloser theo đặc tính A ......................................................................................... 78
(3)
Bảng 3.5. Giá trị dòng điện ngắn mạch 3 pha chạm đất I N và thời gian cắt của

recloser theo đặc tính A và thời gian cắt của cầu chì .............................................. 79
(1)
Bảng 3.6. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N và thời gian cắt của

recloser theo đặc tính A khi có DG tại nút 4 .......................................................... 81

(1)
Bảng 3.7. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N và thời gian cắt của

recloser theo đặc tính A khi có DG tại nút 62 ........................................................ 81
(1)
Bảng 3.8. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N và thời gian cắt của

recloser theo đặc tính A khi có DG tại nút 143 ...................................................... 82
(3)
Bảng 3.9. Giá trị dòng điện ngắn mạch 3 pha chạm đất I N tại nút 13 chạy qua

recloser và cầu chì F19, thời gian cắt lần 1 của recloser và thời gian nóng chảy của
cầu chì F19 ............................................................................................................ 83
(3)
Bảng 3.10. Giá trị dòng điện ngắn mạch 3 pha chạm đất I N tại nút 45 chạy qua

recloser và cầu chì F61, thời gian cắt lần 1 của recloser và thời gian nóng chảy của
cầu chì F61 ............................................................................................................ 83

Nguyễn Thị Thi

vii


Luận văn 12B- HTĐ

(3)
Bảng 3.11. Giá trị dòng điện ngắn mạch 3 pha chạm đất I N tại nút 96 chạy qua

recloser và cầu chì F142, thời gian cắt lần 1 của recloser và thời gian nóng chảy của

cầu chì F142 .......................................................................................................... 84
(1)
Bảng 3.12. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N tại nút 20 chạy qua

recloser và cầu chì F19, thời gian cắt lần 2 của recloser và thời gian nóng chảy của
cầu chì F19 ............................................................................................................ 86
(1)
Bảng 3.13. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N tại nút 62 chạy qua

recloser và cầu chì F61, thời gian cắt lần 2 của recloser và thời gian nóng chảy của
cầu chì F61 ............................................................................................................ 86
(1)
Bảng 3.14. Giá trị dòng điện ngắn mạch 1 pha chạm đất I N tại nút 142 chạy qua

recloser và cầu chì F142, thời gian cắt lần 2 của recloser và thời gian nóng chảy của
cầu chì F142 .......................................................................................................... 87

Nguyễn Thị Thi

viii


Luận văn 12B- HTĐ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Lưới phân phối trung áp ba pha................................................................ 7
Hình 1.2. Cấu trúc lưới điện phân phối trung áp ...................................................... 9
Hình 1.3. Mô hình đường dây phân phối trung áp hình tia và các bảo vệ ............... 10
Hình 1.4. Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng.................................... 12
Hình 1.5. Đặc tính thời gian cắt loại IEC Standard Inverse (SI) ............................. 14

Hình 1.6. Nguyên tắc hpối hợp thời gian bảo vệ của các rơle quá dòng ................. 16
Hình 1.7. Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính độc lập ........... 17
Hình 1.8. Nguyên tắc bảo phối hợp thời gian bảo vệ theo đặc tính phụ thuộc ........ 17
Hình 1.9. Đặc tính cắt nhanh của bảo vệ quá dòng cắt nhanh ................................. 19
Hình 1.10. Tác động chuỗi của một recloser .......................................................... 21
Hình 1.11. Thời gian đóng lặp lại theo chu kỳ của recloser ................................... 22
Hình 1.12. Các đường đặc tính tác động của một recloser...................................... 23
Hình 1.13. Kết cấu cầu chì..................................................................................... 26
Hình 1.14. Đặc tính giới hạn dòng điện chảy và khả năng cắt của cầu chì.............. 27
Hình 1.15. Đặc tính ampe- giây của cầu chì .......................................................... 27
Hình 1.16. Đặc tính ampe- giây của các cầu chì loại T- NEMA ............................. 29
Hình 1.17. Đặc tính ampe- giây của các cầu chì loại K- NEMA ............................ 30
Hình 2.1. Mô tả kết nối nguồn điện phân tán ......................................................... 34
Hình 2.2. Dự báo phát triển các nguồn phân tán đến 2030 ..................................... 37
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý động cơ đốt trong......................................................... 41
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý Microturbinnhor .......................................................... 41
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý Turbinnhor nhỏ ............................................................ 42
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý Pin nhiên liệu............................................................... 42
Hình 2.7. Minh họa nguồn phân tán pin quang điện ............................................... 43
Hình 2.8 Minh họa nguồn điện phân tán turbines gió ............................................ 44
Hình 2.9. Chi phí đơn vị lắp đặt các loại nguồn điện [14] ...................................... 44
Hình 3.1: Sơ đồ nguồn điện phân tán kết nối với lưới điện thông qua máy biến áp
Y0 /  ..................................................................................................................... 53

Nguyễn Thị Thi

ix


Luận văn 12B- HTĐ

Hình 3.2. Tự đóng lại tác động với sự cố ngoài vùng bảo vệ .................................. 58
Hình 3.3. Phối hợp bảo vệ giữa thiết bị tự đóng lại và cầu chì ............................... 60
Hình 3.4. Sơ đồ mô tả trường hợp cầu chì tác động trước thiết bị tự đóng lại ......... 62
Hình 3.5. Sơ đồ mô tả trường hợp cầu chì tác động với sự cố ngoài vùng bảo vệ ... 63
Hình 3.6. Sơ đồ mô tả tác động của nguồn điện phân tán đến các sự cố ở xuất tuyến
lân cận ................................................................................................................... 65
Hình 3.7. Sơ đồ một sợi đường dây 373- E28.2 mô phỏng trên phần mềm PSS/
ADEPT ................................................................................................................. 77

Nguyễn Thị Thi

x


Luận văn 12B- HTĐ

MỞ ĐẦU
Bên cạnh cấu trúc truyền thống của lưới phân phối, kết nối từ các trạm biến
áp trung gian tới các khách hàng dùng điện thì ngày càng có nhiều các nguồn phát
điện nhỏ được kết nối vào lưới điện phân phối hoặc sử dụng độc lập.Lợi ích nguồn
điện phân tán mang lại thúc đẩy nó phát triển rộng khắp các quốc gia trên thế
giới.Tỷ trọng điện năng phát ra từ nguồn điện phân tán ngày càng lớn và tốc độ tăng
đặc biệt nhanh trong những năm gần đây.Việt Nam cũng là một quốc gia nằm trong
xu thế phát triển đó.
Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích nguồn điện phân tán mang lại, việc kết nối
nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề kỹ thuật
cần giải quyết như: chất lượng điện năng, điều chỉnh điện áp, bảo vệ rơle…Gần đây
đã có nhiều nghiên cứu đề cấp đến ảnh hưởng của nguồn DG tới chất lượng điện áp
và tổn thất công suất trên lưới. Các nghiên cứu này chưa phân tích, đánh giá đầy đủ

những ảnh hưởng của nguồn DG tới hệ thống bảo vệ của lưới phân phối.Vì vậy, tác
giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn DG tới hệ thống bảo vệ của lưới
phân phối.Tác giả sẽ đi sâu phân tích ảnh hưởng của nguồn DG tới dòng điện ngắn
mạch và sự làm việc cũng như phối hợp làm việc của các thiết bị bảo vệ trên lưới
phân phối. Tác giả kiểm chứng lý thuyết bằng cách mô phỏngmột lộ đường dây
35kV thuộc lưới phân phối khu vực Khoái Châu- Hưng Yên bằng phần mềm phân
tích lưới phân phối PSS/ ADEPT, tính toán mô phỏng các dạng sự cố khi có DG kết
nối vào lưới phân phối với các mức độ thâm nhập và vị trí thâm nhập khác nhau. Từ
đó đưa ra khuyến cáo khi lên phương án xây dựng, kết nối nguồn phân tán vào lưới
phân phối.
Mục tiêu của luận văn:
Nghiên cứu sự làm việc của hệ thống bảo vệ lưới phân phối khi có kết nối với
các nguồn phân tán. Cụ thể:
-

Nghiên cứu cấu trúc bảo vệ rơle của lưới phân phối, các thông số cài

đặt chỉnh định hệ thống bảo vệ lưới phân phối

Nguyễn Thị Thi

1


Luận văn 12B- HTĐ

-

Phân tích sự làm việc của hệ thống bảo vệ trong các kịch bản kết nối

các nguồn điện phân tán trong lưới phân phối.
Đối tượng nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn phân tán tới hệ thống bảo vệ rơ le cho lưới
phân phối khi có nguồn điện phân tán và áp dụng tính toán bảo vệ cho lộ đường dây
373- E28.2 trên địa bàn huyện Khoái Châu- tỉnh Hưng Yên.
Để hoàn thành những nội dung trên, cấu trúc luận văn bao gồm các chương
sau:
Chương 1. Tổng quan về lưới phân phối và hệ thống bảo vệ của lưới phân
phối.
Trình bày về cấu trúc chung của một lưới phân phối, hệ thống bảo vệ chung
cho một lưới phân phối, nguyên lý làm việc của các bảo vệ trên lưới phân phối
Chương 2. Tổng quan về nguồn điện phân tán và ảnh hưởng của nguồn điện
phân tán đối với lưới phân phối.
Trình bày khái niệm về nguồn điện phân tán, công nghệ nguồn phân tán hiện
có, triển vọng phát triển nguồn điện phân tán của thế giới và của Việt Nam trong
tương lai.
Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán khi kết nối và vận hành cùng
lưới phân phối: ảnh hưởng tới dòng điện ngắn mạch và trạng thái ổn định hệ thống
lưới điện phân phối, ảnh hưởng tới sự làm việc của các bảo vệ trên lưới phân phối,
ảnh hưởng tới chất lượng điện năng, vấn đề điều khiển điện áp và các dịch vụ phụ
thuộc khác.
Chương 3. Phân tích ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với bảo vệ của
lưới điện phân phối.
Trình bày những tác động của nguồn điện phân tán tới hệ thống bảo vệ của
lưới điện phân phối.
Đánh giá ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện phân phối
35kV khu vực Khoái Châu- Hưng Yên.
Mô phỏng lưới điện phân phối lộ đường dây 373 bằng phần mềm phân tích
lưới điện phân phối PSS/ ADEPT. Xây dựng các kịch bản kiểm tra sự làm việc của

Nguyễn Thị Thi

2


Luận văn 12B- HTĐ

recloser đầu đường dây và cầu chì rẽ nhánh trước khi có nguồn điện phân tán và sau
khi có kết nối nguồn phân tán ở những mức độ thâm nhập và vị trí thâm nhập khác
nhau. Kết luận những trường hợp cầu chì và recloser làm việc sai.

Nguyễn Thị Thi

3


Luận văn 12B- HTĐ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ HỆ
THỐNG BẢO VỆ CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI
1.1. Tổng quan về lưới phân phối
Lưới điện là tập hợp toàn bộ đường dây và trạm biến áp kết nối với nhau theo
những nguyên tắc nhất định có chức năng truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến
nơi tiêu thụ. Mỗi loại lưới điện có các đặc tính và quy luật hoạt động khác nhau.
Trên hệ thống điện Việt Nam, lưới điện được chia làm 3 loại chính:
- Lưới truyền tải 200kV÷500kV nối liền các nhà máy điện với nhau và với các
nút phụ tải khu vực- các trạm biến áp khu vực, tạo ra hệ thống điện quốc gia
- Lưới cung cấp khu vực 110kV, lấy điện từ các trạm trung gian khu vực hoặc
từ thanh cái cao áp các nhà máy điện cung cấp cho các trạm trung gian địa phương
- Lưới phân phối là lưới điện sau các trạm biến áp trung gian địa phương, kết

nối trực tiếp với lưới truyền tải để cấp điện tới các phụ tải tiêu thụ. Lưới phân phối
được chia thành: lưới phân phối trung áp (6kV, 10kV, 22kV, 35 kV) và lưới phân
phối hạ áp (380/220V).
Lưới điện phân phối trung áp (phạm vi nghiên cứu của đề tài- sau đây gọi tắt
là lưới điện phân phối- LPP) làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung
gian (hoặc các trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. Lưới
phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải gồm 2
yêu cầu chính: chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Các khối cơ bản của
LPP là:
+ Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp của máy biến áp (MBA)
ở các cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương, thường được
trang bị bộ chuyển đổi đầu phân áp để nâng cao chất lượng điện áp của mạng địa
phương.
+ Lưới phân phối trung áp được thiết kế dưới dạng đường dây không hoặc
cáp ngầm , có cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV thiết kế phù hợp với địa hình
từng khu vực, có nhiệm vụ cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp

Nguyễn Thị Thi

4


Luận văn 12B- HTĐ

+ Trạm biến áp phân phối hạ áp, với mật độ dày đặc trên lưới phân phối, biến
đổi điện năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp hạ áp (0,4kV) cấp điện trực
tiếp cho phụ tải. Trạm biến áp phân phối hạ áp có thể xây dựng dưới dạng trạm treo,
trạm bệt, trạm hợp bộ tùy theo công suất, yêu cầu của phụ tải hạ áp.

1.1.1. Đặc điểm công nghệ lưới phân phối trung áp

Có 2 loại công nghệ lưới phân phối điện trung áp được sử dụng trên thế giới
và Việt Nam:
a. Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây
Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng
điện áp dây.
Đặc điểm của lưới này là khi có chạm đất một pha, nếu dòng chạm đất do điện
dung các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây quá điện
áp khá lớn ( đến 3,5 điện áp pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây và máy
biến áp.
Để khắc phục người ta nối đất trung tính các cuộn dây của máy biến áp (gọi là
nối đất làm việc). Trung tính của máy biến áp được nối đất theo các cách sau đây:
- Nối đất trực tiếp: Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng cách cắt ngay
đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch lớn. Bất lợi của cách nối
đất này là dòng điện ngắn mạch quá lớn có thể gây nguy hại cho lưới điện, và nhiễu
thông tin.
- Nối đất qua tổng trở: tổng trở có thể là điện trở hay điện kháng nhằm giảm
dòng ngắn mạch xuống mức cho phép.
- Nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang ( còn
gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm
đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không gây ra hồ
quang lặp lại. Do đó chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được. Nhược điểm
khi chạm đất 1 pha thì pha lành chịu điện áp dây, nên phải chế tạo cách điện các pha
theo áp dây, sự cố hồ quang dao động có thể gây quá điện áp trên cách điện, cuộn

Nguyễn Thị Thi

5


Luận văn 12B- HTĐ

dập hồ quang phải được điều chỉnh để thích nghi với cấu trúc vận hành của lưới
điện, sơ đồ phức tạp và khó tìm chỗ chạm đất, ngoài ra giá thành cao.
- Trên hình 1.1c là sơ đồ lưới điện khi chạm đất 1 pha. Trong trạng thái bình
thường, có dòng điện giữa các pha và đất do điện dung pha- đất C0-đ sinh ra nhưng 3
dòng này triệt tiêu nhau nên không có dòng điện đi vào đất. Khi 1 pha chạm đất, ví
dụ pha C chạm đất thì đất mang điện áp pha C, dòng điện do điện dung pha C là
ICc=0, do đó xuất hiện dòng điện dung IC=ICa+ ICb đi vào điểm chạm đất và gây hồ
quang. Nếu có nối đất trung tính máy biến áp thì khi pha C chạm đất, khi đó do
dòng điện đi vào đất sẽ là Iđ=Inđ+IC. Nếu nối đất trực tiếp hay qua điện trở, điện
kháng thì dòng này có giá trị khá lớn (là dòng ngắn mạch một pha) và làm cho máy
cắt đầu đường dây chạm đất khỏi nguồn điện. Nếu là cuộn dập hồ quang thì dòng
này sẽ là dòng điện cảm IL ngược pha với dòng IC, tạo ra dòng điện tổng Iđ=IL+IC
có giá trị rất nhỏ (xung quanh 0) nên không gây hồ quang và đường dây không bị
cắt điện.
Trong thực tế lưới điện trên không 6-10kV không phải nối đất, lưới cáp thì
phải tính toán cụ thể, lưới trên 22kV trở lên nhất định phải nối đất theo một trong
các cách trên.
b. Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây
Lưới này ngoài 3 dây pha còn có một dây trung tính, các máy biến áp phân
phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) hoặc điện áp pha (máy
biến áp 1 pha). Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp. Đối với
loại lưới điện này khi chạm đất là ngắn mạch.
Việt Nam sử dụng cả 2 loại công nghệ này.

Nguyễn Thị Thi

6

Luận văn 12B- HTĐ

Đường trục pha 3 dây

MBA nguồn

MBA
phụ tải 3 pha

Nhánh 3 pha

MBA
phụ tải 2 pha

Nhánh 2 pha

a. Lưới điện 3 pha 3 dây
Đường trục pha 4 dây

MBA nguồn

MBA
phụ tải 1 pha

MBA
phụ tải 1 pha

Nhánh 2 pha+
trung tính

Nhánh 1 pha+
trung tính

Nối đất lặp lại

b. Lưới điện 3 pha 4 dây

a

a
b
c
ICc

Inđ

Iđ
Ic=ICa+ICb

ICb

c.

ICa

c

b

Hình 1.1. Lưới phân phối trung áp ba pha

Hình 1.1. Lưới phân phối trung áp ba pha

Nguyễn Thị Thi

7


Luận văn 12B- HTĐ

1.1.2. Sơ đồ lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian kết nối giữa
các trạm biến áp trung gian (nguồn) và các khách hàng tiêu thụ điện năng (phụ tải).
Cấu trúc lưới phân phối được chia làm 3 loại chính: Cấu trúc hình tia không phân
đoạn (hình 1.2) Cấu trúc hình tia phân đoạn (hình 1.3) và cấu trúc mạch vòng kín
vận hành hở (hình 1.4)
Ở các đô thị lớn, LPP thường là lưới cáp điện ngầm với mật độ phụ tải rất
cao, độ tin cậy cung cấp điện được yêu cầu cao nên cấu trúc thường gặp của lưới là
cấu trúc mạng kín vận hành hở.
Ở các vùng nông thôn LPP thường thấy là đường dây trên không mật độ phụ
tải không cao, mức độ đòi hỏi về tin cậy cung cấp điện thấp hơn khu vực đô thị nên
cấu trúc được lựa chọn là lưới hình tia. Các trục chính được yêu cầu có các thiết bị
phân đoạn để tăng độ tin cậy. Các thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly, cầu dao
phụ tải, thiết bị tự đóng lại (TĐL) hoặc cao hơn có thể là máy cắt phân đoạn.

Nguyễn Thị Thi

8

Luận văn 12B- HTĐ

Nguồn

TBPĐ

A)

Nguồn

TBPĐ

TBPĐ

B)
TBPĐ

TBPĐ

Điểm mở
TBPĐ

Nguồn

TBPĐ

C)

Hình 1.2. Cấu trúc lưới điện phân phối trung áp

1.2. Hệ thống bảo vệ của lưới phân phối
Để đảm bảo hệ thống điện (HTĐ) hoạt động hiệu quả trong vận hành, nhất là
khi xuất hiện sự cố, các thiết bị bảo vệ và hệ thống bảo vệ rơle (BVRL) có vai trò
vô cùng quan trọng.

Nguyễn Thị Thi

9


Luận văn 12B- HTĐ

Thiết bị bảo vệ phải theo dõi liên tục các chế độ vận hành của HTĐ nói
chung cũng như của từng khu vực lưới điện nói riêng, phát hiện kịp thời những hư
hỏng và chế độ làm việc không bình thường của HTĐ
Lưới phân phối có nhiều cấp điện áp khác nhau: 6kV, 10kV, 22kV, 35kV, có
phạm vi phân phối theo vùng trong thành phố, huyện, thị xã, có bán kính cấp điện
quá dài so với quy định, trên đó có nhiều trạm biến áp trung gian (TBATG), TBA
phụ tải và nhiều nhánh rẽ đấu nối vào đường trục chính. Để bảo vệ cho lưới phân
phối hình tia người ta dùng bảo vệ chính là bảo vệ quá dòng và các máy cắt đặt tại
đầu các phân đoạn, kết hợp với việc đặt các cầu chì bảo vệ đầu các rẽ nhánh và thiết
bị tự đóng lại giữa đường dây tăng cường độ tin cậy cung cấp điện khi xuất hiện
ngắn mạch thoáng qua. Một đường dây trung áp hình tia điện áp 36 kV được trang
bị những thiết bị bảo vệ phổ biến như sau:
A

MC

B

Đường trục chính

BI

HT

C
R

C

Rẽ nhánh

I>
F

F

F

MBA hạ áp

PT

F

MBA hạ áp

PT

PT

PT

Chú thích:
Máy cắt

I>

Rơle bảo vệ quá dòng

BI

Biến dòng điện

C

Tụ bù ngang

F

Cầu chì

R

Relay tự đóng lại

MC

Hình 1.3. Mô hình đường dây phân phối trung áp hình tia và các bảo vệ

Bảo vệ quá dòng và máy cắt được trang bị ở đầu đường dây dùng để mục
đích cách ly các sự cố vĩnh cửu trên toàn lưới điện.Khi dòng điện sự cố trong lưới
Nguyễn Thị Thi

10


Luận văn 12B- HTĐ

điện đạt đến giá trị dòng điện khởi động của rơle bảo vệ quá dòng, thì rơle sẽ gửi tín
hiệu tác động đến máy cắt để máy cắt tác động.Tốc độ tác động tỉ lệ thuận với biên
độ của dòng điện ngắn mạch.
Cầu chì được sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu ở phía phụ tải.
Rơle tự động đóng lại trên lưới điện cũng được trang bị rơle bảo vệ quá dòng
và quá dòng thứ tự không, sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu xảy ra trên đoạn
đường dây BC.Ngoài ra tự động đóng lại còn có nhiệm vụ loại trừ các sự cố thoáng
qua trên lưới điện. Nếu có sự cố thoáng qua trên đoạn đường dây BC, rơle tự động
đóng lại sẽ tác động cắt đoạn đường dây BC ra rất nhanh (bảo vệ tác động nhanh),
sau một khoảng thời gian khi sự cố thoáng qua trên đoạn dây BC biến mất (thường
sau vài giây) thì tự động đóng lại sẽ khởi động quá trình tự động đóng lặp lại để
đóng đoạn đường dây BC vào lưới điện. Còn nếu sự cố là sự cố vĩnh cửu thì ngay
sau khi tự động đóng lại thành công thì tự động đóng lại tiếp tục tác động cắt đoạn
đường dây BC ra khỏi lưới điện, sau đó tự động đóng lại sẽ không khởi động quá
trình tự động đóng lại nữa.Tự động đóng lại giúp năng cao độ tin cậy cung cấp cho
lưới điện lên rất nhiều, vì có đến 70%-80% sự cố trong lưới điện là do sự cố thoáng
qua.

1.2.1. Rơle bảo vệ quá dòng
Bảo vệ quá dòng là loại bảo vệ đơn giản nhất dùng để bảo vệ đường dây,
được lựa chọn làm bảo vệ chính cho đường dây phân phối có cấp điện áp nhỏ hơn

35kV. Bảo vệ quá dòng tác động khi dòng trong các pha của đường dây vượt quá
giá trị cài đặt trước đó. Nó đảm bảo các yêu cầu cơ bản của một hệ thống bảo vệ là
tác động nhanh, tin cậy, chọn lọc và đảm bảo độ nhạy đối với những sự cố xảy ra
trên đường dây phân phối.
Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng 2 phương
pháp khác nhau về nguyên tắc:
• Phương pháp thứ nhất - bảo vệ được thực hiện có thời gian làm việc càng
lớn khi bảo vệ càng đặt gần về phía nguồn cung cấp. Bảo vệ được thực hiện như
vậy được gọi là BV dòng điện cực đại làm việc có thời gian.
Nguyễn Thị Thi

11


Luận văn 12B- HTĐ

• Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch đi qua chỗ nối
bảo vệ sẽ giảm xuống khi hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp. Dòng khởi động
của bảo vệ Ikđ được chọn lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ
khi xảy ra ngắn mạch ở đoạn kề (cách xa nguồn hơn).Nhờ vậy bảo vệ có thể tác
động chọn lọc không thời gian.Chúng được gọi là bảo vệ dòng điện cắt nhanh.
Bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian (51 hay I>)
Các bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương
ứng với đặc tính thời gian độc lập và đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn.
Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập là loại bảo vệ có thời gian tác động
không đổi, không phụ thuộc vào trị số của dòng điện qua bảo vệ.
Thời gian tác động của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn, phụ
thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng IKĐ tương đối
nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn.

Hình 1.4. Đặc tính thời gian tác động của bảo vệ quá dòng

Nguyễn Thị Thi

12


Luận văn 12B- HTĐ

a. Đặc tính độc lập và phụ thuộc

b. Các dạng đặc tính phụ thuộc

(1)- Đặc tính độc lập

SI: Đặc tính dốc tiêu chuẩn

(2) Đặc tính phụ thuộc

DT: Thời điểm xác định t=1
VI: Đặc tính rất dốc
EI: Đặc tính cực dốc

Trong đó, thời gian tác động của đặc tính phụ thuộc được tínhtheo từng dạng
đặc tính như sau:
t  TMS .

Trong đó :

A

 I

 Ip

m


  1


L

I là dòng điện sự cố
Ip- là dòng điện tác động của role

Các hệ số A, m, L được xác định như sau:
Bảng 1.1. Hệ số tính toán thời gian tác động của role quá dòng theo đặc tính phụ
thuộc
Dạng đặc tính

Tiêu chuẩn

m

A

L

Moderately inverse

IEEE

0,02

0,0515

0,114

Very inverse

IEEE

2

19,61

0,491

Extremely inverse

IEEE

2

28,2

0,1217

Standard inverse

IEC

0,02

0,14

0

Very inverse

IEC

1

13,5

0

Extremely inverse

IEC

2

80

0

Long- time inverse

UK

1

120

0

Nguyễn Thị Thi

13


Luận văn 12B- HTĐ

TMS- Time Multiplier Setting là bội số thời gian đặt. TMS là giá trị thể hiện
tỷ lệ giảm thời gian tác động theo tính toán. Ví dụ thời gian tác động theo tính toán
theo đặc tính Extremely inverse là
t  TMS .

80
 I

 Ip

2


  1


Nếu chọn TMS= 0,5 thì thời gian tác động chỉ còn bằng một nửa so với giá
- là công cụ hữu hiệu để thực hiện cài đặt thời
trị tính toán ttd=0,5ttt. Bởi vậy TMS
gian tác động của bảo vệ đảm bảo sự phân cấp về thời gian tác động

Hình 1.5. Đặc tính thời gian cắt loại IEC Standard Inverse (SI)
-

Giá trị khởi động của Ip được xác định như sau:

Nguyễn Thị Thi

14