Bảo vệ rơ le và tự động hóa cho nhà máy điện

MỤC LỤC


CHƯƠNG 1
NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA CÁC LOẠI BẢO
VỆ RƠ LE
I.

KHÁI NIỆM VÀ NHIỆM VỤ CỦA RƠ LE:
- Rơle là một trong những thiết bị có thể bảo vệ được máy phát, máy biến áp,
đường dây, thanh góp...và toàn bộ hệ thống điện làm việc an toàn, phát triển liên
tục, bền vững.
- Nó là một thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử
bị sự cố ra khỏi hệ thống điện để hạn chế đến mức thấp nhất có thể của các hậu quả
do sự cố gây ra. Các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng có thể do các hiện tượng thiên
nhiên như giông bão, dộng đất, lũ lụt...do các thiết bị hao mòn, già cỗi gây chạm
chập, đôi khi do công nhân vận hành thao tác sai.
- Những thiết bị BVRL phản ứng với tình trạng làm việc không bình thườ ng
thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cần phải có
tính tác động nhanh như ở các thiết bị BVRL chống hư hỏng).

II.

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠ LE:
1. Tính cắt nhanh:
- Khi có sự cố xảy ra thì yêu cầu rơle phải phát hiện và xử lý cắt cách ly phần
tử bị sự cố càng nhanh càng tốt.
- Thời gian cắt sự cố bằng tổng thời gian tác động bảo vệ và thời gian làm
việc máy cắt.

Tcsc = T¬bv + Tmc (ms)

2. Tính chọn lọc:
- Khả năng cắt đúng phần tử bị sự cố hư hỏng.
- Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ phân ra 2 loại là bảo vệ chọn lọc tương
đối và tuyệt đối.
+ Chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong
một phạm vi xác định, không làm việc dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử
lân cận.
+ Chọn lọc tương đối: Là bảo vệ ngoài chức năng bảo vệ cho phần tử chính
đặt bảo vệ còn có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ ở
các phần tử lân cận.
3. Độ nhạy:
- Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố.
- Hệ số độ nhạy:


o Bảo vệ chính Kn 2
o Bảo vệ dự phòng Kn 1,5
4. Độ tin cậy:
- Là tính năng bảo đảm cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn.
- Và được phân chia làm 2 lĐộ tin cậy tác động và độ tin cậy không tác động
+ Độ tin cậy tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle có tác
động khi có sự cố, và chỉ được tác động trong khu vực đặt bảo vệ đã định
trước.
+ Độ tin cậy không tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle
không làm việc sai, tức là tránh tác động nhầm khi đang làm việc bình thường
hoặc có sự cố xảy ra ở ngoài phạm vi muốn bảo vệ.
5. Tính kinh tế :
- Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong hệ thống điện không phải để làm việc
thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, luôn luôn sẵn sàng chờ đón
-

những bất thường và sự cố có thể xảy ra và có những tác động chuẩn xác.
Đối với các trang thiết bị điện áp cao và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt
thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy
yêu cầu về kinh tế không đề ra , mà bốn yêu cầu về kĩ thuật trên đóng vai trò
quyết định, vì nếu không thỏa mãn được các yêu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại

-

cho hệ thống điện.
Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất
lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở nhà máy
điện hoặc lưới chuyển tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong
lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩ thuật mà

III.

chi phí thấp nhất.
CÁC CHỈ DANH CỦA RƠ LE ĐANG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN
Loại bảo vệ
Rơ le khoảng cách
Rơ le đồng bộ
Rowl e nhiệt độ
Rơ le điện áp thấp
Rơ le định hướng công suất
Rơ le mức dầu
Rơ le dòng tức thì,định thì
Rơ le hệ số công suất
Rơ le quá áp

Rơ le thòi gian
Rơ le áp suất

Mã kí hiệu Rơ le
21,44
25
26
27
32
33
50,51
55
59
62
63


Rơ le chạm đất
Rơ le quá dòng có hướng
Rơ le tự đóng lại
Rơ le tần số
Rơ le so lệch cao tần
Rơ le so lệch dọc
Rơ le hơi (MBA)

64
67
79
81
85

87
96

• Tuỳ theo phạm vi , mức độ và đối tượng được bảo vệ, chỉ danh rơle có thể có
phần mở rộng. Sau đây là một số chỉ danh rơle có phần mở rộng thông dụng
Loại bảo vệ

Mã kí hiệu
Rơ le
Rơle nhiệt độ cuộn dây máy biến áp.
26.W
Rơle nhiệt độ dầu (máy biến áp, bộ đổi nấc máy biến áp).
26.O
Rơle quá dòng điện định thì phía sơ cấp, thứ cấp MBA.
51P,51S
Rơle quá dòng tức thì chống chạm đất trong thiết bị (MBA). 50REF
Rơle quá dòng chạm đất có hướng.
67N
Rơle so lệch dọc bảo vệ thanh cái.
87B
Rơle so lệch dọc bảo vệ máy biến áp.
87T
Rơle hơi cấp 1(chỉ báo tín hiệu).
96-1
Rơle hơi cấp 2 (tác động cắt máy cắt điện).
96-2


CHƯƠNG 2
CÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ RƠ LE

I. BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN:
1. Nguyên tắc bảo vệ dòng điện:
- Là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt
-

quá một giá trị định trước.
Ưu điểm: đơn giản ,độ tin cậy cao.bảo vệ tác động chọn lọc trong mạng

-

hình tia với 1 nguồn cung cấp
Nhược điểm :thời gian ngắn mạch lớn,và có độ nhạy kém trong mạng phân
nhiều nhánh và phụ tải lớn.
- Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc chia thành 2 loại:
+ Bảo vệ dòng điện cực đại
+ Bảo vệ dòng cắt nhanh

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí bảo vệ dòng cực đại
-

2. Bảo vệ dòng điện cực đại:
Được dựa trên nguyên tắc chọn thời gian trì hoãn tác động ( thời gian tác động )
Dòng khởi động của bảo vệ IKĐ, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bả o vệ
mà có thể làm cho bảo vệ khởi động, cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần
tử được bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng.
a) Dòng điện khởi động:
- Theo nguyên tắc dòng khởi động của bảo vệ phải lướn dòng của phụ tải cực
đại qua chỗ đặt bảo vệ (Ikđ > Ilvmax ).
- Dòng khởi động của bảo vệ : Ikđ =
Trong đó:

• Ilvmax : Dòng làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử được
bảo vệ.
• Kat: Hệ số an toàn lấy Kat = 1,1 1,2
• Kmm: Hệ số mở máy Kmm = 2 3


• Ktv: Hệ số trở về Ktv = 0,8 0,9 đối với rơ le cơ.Trong thực tế Hệ

-

số trở về luôn luôn nhỏ hơn 1.
• Ktv = 1 đối với rơ le tĩnh (Rơ le lí tưởng)
Dòng khởi động IKĐR của rơle khác với dòng khởi động I KĐ của bảo vệ do hệ số

-

biến đổi NBI của BI và sơ đồ nối dây giữa các rơle dòng và BI.
Trong một số sơ đồ nối rơ le, dòng đi vào rơle không bằng dòng thứ cấp của các
BI.. Sự khác biệ t của dòng trong rơle trong tình trạng đối xứng và dòng thứ cấp
BI được đặc trưng bằng hệ số sơ đồ:
IR(3)=Ksd(3). IT(3)
( Với Ksđ : hệ số sơ đồ )
- Do vậy :

IkdR=
-

a) Độ nhạy của bảo vệ:
Độ nhạy được xác định : Knhạy=

Với : + INmin là dòng ngắn mạch cực tiểu khi ngắn mạch ở cuối vùng bảo vệ.
• Khi NM ở cuối vùng bảo vệ thì Knhạy > 1,5
• Khi NM tại cuối vùng dự trữ Knhạy >1,2
b) Thời gian tác động của bảo vệ :
 Bậc thời gian: Độ chênh lệch giữa thời gian tác đôngk BV kề nhau
được gọi là bậc thời gian hay bậc chọn lọc = t1-t2
- Khi chọn phải phân biệt rơ le có đặc tính thời gian độc lập hay phụ thuộc.
 Rơ le dòng điện có đặc tính thời gian độc lập : Có đặc điểm là nhờ rơ
le thời gian tạo nên thời gian trì hoãn và không phụ thuộc vào dòng
ngắn mạch.

 Rơ le có đặc tính thời gian phụ thuộc : Rơ le có đặc tính phụ thuộc khởi
động khi dòng vượt quá giá trị khởi động ; thời gian tác đọng của rơ le phụ
thuộc vào trị số dòng điện qua rơ le .Thời gian làm việc giảm khi dòng điện
-

tăng cao.
Có 3 dạng đặc tính thời gian : (Hình 3.5)


+ Đặc tính thời gian rất dốc
+ Đặc tính thời gian cực dốc
+ Đặc tính TG phụ thuộc có giới hạn nhỏ nhất ( độ dốc chuẩn )
• Ưu điểm : + Có thể giảm hệ số mở máy khi chọn dòng điện của BV
+ Có thể phối hợp thời gian làm việc của BV các đoạn gần nhau
để làm giảm thời gian cắt NM của các bảo vệ đặt gần nguồn.
• Nhược điểm: + Sự phối hợp giữa các đặc tính thời gian còn phức tạp
+ Thời gian cắt NM tăng khi dòng điện NM có giá trị bằng
dòng

3. Bảo vệ dòng cắt nhanh ( 50 hay I >>)
- Là loại bảo vệ có thời gian tác động xấp xỉ bằng 0 giây (thường từ 20

-

đến 60 ms).
- Nguyên tắc : Đảm bảo tính chọn lọc bằng phân cấp dòng điện.
- Sự cố tại phân đoạn nào : chỉ bảo vệ tại đó được phép khởi động.
- Các bảo vệ không cần phối hợp thời gian.
- Không bảo vệ được toàn bộ đối tướng.
 Cho một nguồn cấp:
a) Dòng khởi động :
Do cách chọn lọc bằng dòng điện nên dòng khởi động tính:


Ikđ=Katx INMmax
-

Trong đó : +INMmax: là dòng điện NM lớn nhất tại cuối vùng BV
+Kat = 1.21.3 -Hệ số an toàn
b) Vùng tác động
Có thể xác định bằng phương pháp đồ thị:( Hình 3.8 )
Dòng ngắn mạch giảm dần khi điểm ngắn mạch đi xa nguồn
Độ lớn dòng ngắn mạch phụ thuộc vào chế độ của hệ thống

-

c) Thời gian tác động của bảo vệ :
o Thời gian tác động BV khoảng 0.02 0.06s
o Đối với đường dây trên không không đặt chống sét ,muốn cho bảo vệ

cắt nhanh không tác động trong TH này có thể thêm phần tử trì hoãn

-

thời gian ( t = 0,06 0,08 s).
 Cho 2 nguồn cấp :
Dòng khởi động của Bảo vệ lấy bằng giá trị lớn nhất trong 2 giá trị dòng bảo

-

vệ cực đại và dòng bảo vệ cắt nhanh .
4. Bảo vệ dòng điện 3 cấp :
Gồm cắt nhanh tức thời (cấp 1), cắt nhanh có thời gian (cấp 2 ) và dòng điện
cực đại (cấp 3 ).
5. Bảo vệ quá dòng có kháo điện áp thấp (51 và 27 )
 Lý do sử dụng :
+ Đường dây dài khi xảy ra sự cố ngắn mạch thì dòng ngắn mạch

-

cuối đường dây có giá trị nhỏ .
+ Dòng khởi động sẽ lớn khi mang tải nặng.
Vì vậy để giải quyết người ta sử dụng thêm khâu phân biệt giữa sự cố và
quá tải bằng điện áp ( hay khóa điện áp thấp )


• Khi sự cố điện : điện áp giảm thấp hơn
• Khi quá tải ( nặng ): điện áp vẫn nằm trong ngưỡng cho phép.
Giá trị dòng khởi động:

Ikđ =

•

Ưu điểm : + Dòng khởi động nhỏ hơn
+ Độ nhạy cao hơn.
6. Bảo vệ quá dòng thứ tự không ( I0 hay 51N )
- Sử dụng bộ lọc dòng điện thứ tự không.

g.

-

a) Giá trị dòng khởi động :
 Ở chế độ bình thường
Về lí thuyết dòng qua rơ le bằng 0 nhưng trong thực tế dòng điện qua các rơ

-

le khác không do sai số của các máy biến dòng ( BI)
Để rơ le không tác động : Đặt dòng khởi động lớn hơn dòng điện sinh ra do

-

sai số này .
Giá trị cài đặt của dòng khởi động:

Ikhởi động 51N = (0,1÷0,3)Iđịnh mức B
 Chế độ sự cố:
- Dòng điện qua rơ le tăng gấp nhiều lần làm cho bảo vệ tác động

 Ưu điểm : Bảo vệ có độ nhạy cao do giá trị dòng khởi động đặt
thấp
b) Thời gian làm việc :
- Phối hợp với các bảo vệ dòng thứ tự không khác
7. Bảo vệ quá dòng có hướng (67 )
a) Nguyên tắc tác động :
- Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ phản ứng theo giá trị dòng
điện tại chỗ nối bảo vệ và góc pha giữa dòng điện đó với điện áp trên
-

thanh góp của trạm có đặt bảo vệ.
Bảo vệ sẽ tác động nếu dòng điện vượt quá giá trị định trước (dòng khởi
động IKĐ) và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường
dây được bảo vệ.


-

Dòng điện chạy qua bảo vệ theo hướng quy định ( hướng dương –

-

thường quy ước từ thanh góp đến đường dây )
b) Sơ đồ bảo vệ quá dòng có hướng :
Bảo vệ quá dòng có hướng gồm 3 bộ phận chính : Khởi động, định
hướng công suất và thời gian.

 Bộ định hướng công suất:
- Được đấu nối đảm bảo: rơle có đủ độ nhạy và tác động đúng trong
-

mọi trường hợp.
Sơ đồ đấu nối tiêu chuẩn đối với các rơle số và rơle tĩnh là sơ đồ 900,
chi tiết phương thức đấu nối như sau:
- Dòng điện từ một pha
- Điện áp dây của hai pha còn lại.

Hình 7.1 : Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ dòng có hướng

c) Thời gian làm việc
- Được xác định theo nguyên tắc bậc thang ngược chiều nhau

Hình 7.2 : Đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ dòng có hướng


Về phương diện bảo vệ rơ le : Đường dây 2 nguồn cấp ta sẽ phân chia thành 2 mạch hình
tia.
- Bộ phận định hướng công suấ t chỉ làm việc khi hướng công suất
ngắn mạch đi từ thanh góp vào đường dây được bảo vệ .Các bảo vệ
được chia thành 2 nhóm : 2, 4, 6 và 5,3,1)
8. Nguyên lí bảo vệ so lệch dòng điện (Bảo vệ so lệch có hãm )
a) Nguyên tắc làm việc

-

Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động trên nguyên tắc so sánh các giá trị biên
độ dòng điện đi vào và đi ra của các phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai khác
giữa hai dòng điện vượt quá giá trị nào đó thì bảo vệ sẽ cảm nhận đó là sự

-

cố trong khu vực bảo vệ và sẽ tác động.
Khu vực bảo vệ được giới hạn bởi vị trí đặt của biến dòng ở hai đầu phần tử

-

được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng để so sánh.
Khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngoài thì dòng so lệch (ISL) qua

-

rơ le bằng không, rơ le không làm việc.
Nếu bỏ qua sai số của BI thì khi làm việc bình thường hoặc ngắn mạch

-

ngoài tại N1 (H.3.5.2) dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = I=IT1-IT2 = 0
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (tại N2) dòng một phía (I T2) sẽ thay đổi
cả chiều lẫn trị số. Khi đó dòng so lệch qua rơ le sẽ là: ISL = I = I T1 - IT2 >>

-

0
Nếu ISL = I lớn hơn một giá trị nào đó của (I Kđ) dòng khởi động thì bảo vệ sẽ

-

tác động tách phần tử bị sự cố ra.
Trên thực tế do sai số của BI, đặc biệt là sự bão hoà mạch từ, do đó trong chế
độ bình thường cũng như ngắn mạch ngoài vẫn có dòng qua rơle, gọi là dòng

-

không cân bằng (Ikcb).
Dòng khởi động của bảo vệ phải định sao cho lớn hơn dòng không cân bằng.

Ikđbv > Ikcb


-

Để tăng khả năng làm việc ổn định và tin cậy của bảo vệ, thường người ta sử
dụng nguyên lý hãm bảo vệ. Rơ le so lệch có hãm so sánh hai dòng điện, dòng

-

làm việc (ILV) và dòng hãm (IH). Rơ le sẽ tác động khi ILV>IH.
Trong trường hợp ngắn mạch ngoài và chế độ làm việc bình thường, dòng điện
làm việc sẽ bé hơn nhiều so với dòng điện hãm I LV < IH bảo vệ không tác

-

động.
ILV = ISL 0
IH = IT1 + IT2.
- Khi ngắn mạch tại N2 trong phạm vi bảo vệ lúc đó.
ILV = ISL = IT1 + IT2.
IH = IT1 - IT2.
 Như vậy ILV > IH bảo vệ tác động.
Tổ hợp dòng điện cho bảo vệ rơle so lệch có hãm

+ Sử dụng các biến dòng trung gian (BITG)
+ Tổ hợp thêm ra dòng điện hãm (Ih)

 Đặc tính làm việc của rơ le bảo vệ so lệch:
 Rơle cơ: hệ số hãm là cố định
 Rơle số: hệ số hãm tự động thay đổi theo chế độ vận hành


Hình 8.1 Đặc tính của rơ le bảo vệ so lệch loại điện cơ

Hình 8.2 Đặc tính của rơ le bảo vệ so lệch loại kỹ thuật số
 Dòng điện khởi động:
- Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch ngoài,
dòng khởi động của rơle cần phải chỉnh định tránh khỏi trị số tính toán
của dòng không cân bằng:
IKĐR ≥ kat.IKCBmaxtt
+ IKCBmaxtt : trị hiệu dụng c ủa dòng không cân bằng cực dòng đại tính
toán tương ứng với ngắn mạch ngoài cực đại.
- Tương ứng dòng khởi động của bảo vê là:
IKĐ ≥ kat.IKCBSmaxtt
- Trong đó: + IKCBSmaxtt là dòng không cân bằng phía sơ cấp của BI tương
ứng với IKCBmaxtt và được tính toán như sau:


IKCBSmaxtt = fimax.kđn.Kkck. IN ngmax
với:+ fimax - sai số cực đại cho phép của BI, fimax = 10%.
+ kđn - hệ số đồng nhất của các BI, (kđn = 0 ÷ 1), kđn = 0 khi
các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng
bằng nhau, kđ n = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, một BI làm việc
không có sai số (hoặc sai số rất bé) còn BI kia có sai số cực đại.

+ Kkck - hệ số kể đến thành phần không chu kỳ trong dòng điện
ngắn mạch.
+ IN ngmax - thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài
lớn nhất.
 Độ nhạy:
- Độ nhạy của bảo vệ được đánh giá thông qua hệ số độ nhạy:
KN=
- INmin : dòng nhỏ nhất có thể có tại chỗ ngắn mạch khi ngắn mạch trực tiếp
trong vùng bảo vệ.
- Yêu cầu độ nhạy của bảo vệ dòng so lệch Kn ≥ 2
• Để nâng cao độ nhạy ta có các biện pháp:
+ Nối rơle qua máy biến dòng bão hòa trung gian (BIG).
+ Dùng rơle có hãm.
 Sơ đồ nối đất BI với bảo vệ so lệch:
 Bảo vệ so lệch máy phát điện:

 Bảo vệ so lệch máy biến áp


b) Bảo vệ so lệch tổng trở cao (87H)
- Phạm vi áp dụng : các trường hợp dễ xảy ra bão hòa BI
+ Bảo vệ so lệch thnah góp
+ Bảo vệ chống chạm đất hạn chế ( Bảo vệ so lệch thứ tự không – 87N)

Hình 8b.1 Sơ đồ nguyên lí bảo vệ so lệch tổng trở cao
9) Nguyên lí bảo vệ so sánh pha dòng điện ( 87PC)
- Rơle chỉ trao đổi thông tin về pha dòng điện
- Chỉ trao đổi cho nhau hai trạng thái: dòng điện đang ở chu kì âm hay
dương (logic 0 và 1)
- Với các rơle hiện đại: so sánh riêng biệt ba pha (cáp quang)

- Khi sử dụng kênh truyền băng thông thấp (ví dụ: tải ba PLC):
+ Sử dụng các thành phần đối xứng
+ Tổ hợp các thành phần đối xứng theo tỷ lệ nhất định


 Các yếu tố ảnh hưởng:
- Ở chế độ non tải hoặc không tải: dòng điện dung có thể làm bảo vệ tác
động nhầm
+ Giải pháp: sử dụng bộ phận phát hiện sự cố (phần tử quá dòng) 
khởi động truyền tin.
- Với các rơle kỹ thuật số: sai số về góc pha do việc lấy mẫu tín hiệu
- Do ảnh hưởng của dòng điện dung: góc cài đặt cho BV so lệch pha phải
tăng lên
+ BV so lệch pha chỉ nên áp dụng cho đường dây tới 400km.
- Tính tới dao động góc pha do ảnh hưởng của dao động điện.
10.
Bảo vệ khoảng cách :
- Bảo vệ khoảng cách dựa trên các giá trị dòng điện và điện áp tại điểm đặt
-

rơle để xác định tổng trở sự cố
Nếu tổng trở sự cố này nhỏ hơn giá trị tổng trở đã cài đặt trong rơle thì

rơle sẽ tác động -> rơle tổng trở thấp Z< (hoặc 21)
- Tổng trở gồm hai thành phần R & X: để thuận tiện phân tích sẽ sử dụng
mặt phẳng tổng trở để biểu diễn sự làm việc của bảo vệ khoảng cách.
- Như vậy thời gian làm việc t của bảo vệ không phụ thuộc vào giá trị của
áp và dòng đưa vào bảo vệ mà chỉ phụ thuộc vào khoảng cách từ chổ nối
bảo vệ đến điểm hư hỏng
 Đặc tính thời gian

- Là quan hệ giữa thời gian tác động của bảo vệ với khoảng cách hay
tổng trở đến chổ hư hỏng.


Hình 10.1 Bảo vệ khoảng cách trong mạng hở có nguồn cung cấp từ 2 phía
a) Sơ đồ mạng được được bảo vệ
b)Đặc tính thời gian nhiều cấp
 Sơ đồ bảo vệ khoảng cách:
Bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính như sau :
- Bộ phận khởi động :
+ Khởi động bảo vệ vào thời điểm phát sinh hư hỏng.
+ Kết hợp với các bộ phận khác làm bậc bảo vệ cuối cùng.
+ Bộ phận khởi động thường được thực hiện nhờ rơle dòng
-

cực đại hoặc rơle tổng trở cực tiểu.
Bộ phận khoảng cách : đo khoảng cách từ chổ nối bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực

-

hiện bằng rơle tổng trở.
Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm
hư hỏng, được thực hiện bằng một số rơle thời gian khi bảo vệ có đặc tính thời gian

-

nhiều cấp.
Bộ phận định hướng công suất: để ngăn ngừa bảo vệ tác động khi hướng công suất
ngắn mạch từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh góp của trạm, được thực hiện
bằng rơle định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận khởi động và

khoảng cách, nếu các bộ phận này thực hiện bằng rơle tổng trở có hướng.


-

Hình 10.2 Sơ đồ nguyên lí 1 pha của bảo vệ khoảng cách
 Đặc tính làm việc của rơ le khoảng cách
Điểm làm việc lúc bình thường và khi sự cố: khi sự cố điểm làm việc luôn rơi vào
đường tổng trở đường dây -> có thể chỉ cần chế tạo đặc tính tác động của rơle là
một đường thẳng trùng với đường tổng trở đường dây

-

Do sai số, do sự cố có thể xảy ra qua các tổng trở trung gian nên giá trị rơle đo được

-

khi sự cố có thể rơi ra lân cận đường tổng trở đường dây.
Nếu chỉ chế tạo đặc tính tác động là một đường thẳng thì rơle có thể sẽ không làm
việc trong các trường hợp này. Để khắc phục thì các nhà chế tạo thường cố { mở
rộng đặc tính tác động về cả hai phía của đường dây -> trở thành vùng tác động.


-

Các dạng đặc tính thời gian thường gặp:
+ Đặc tính elip:
+ Đặc tính hình tròn Mho
+ Đặc tính hình tròn
+ Đặc tính tứ giác.

11. Nguyên lí bảo vệ theo tần số :
- Tần số trong hệ thống điện thay đổi khi có sự mất cân bằng giữa công phát
và tiêu thụ: do các tổ máy bị sự cố, tải nặng trong giờ cao điểm, sự cố của
•

•
-

thiết bị điều tốc...
Ảnh hưởng :
+ Các thiết bị đồng bộ hoạt động dựa trên tần số
+ Sự suy giảm tần số kéo dài -> rã lưới
+ Gây nguy hiểm đối với tuabin do hiện tượng cộng hưởng...
Rơle tần số thấp (cao) có nhiệm vụ
Sa thải phụ tải đảm bảo sự cân bằng công suất
Chia tách hệ thống thành các phần trong trường hợp xảy ra các biến động

công suất lớn, hệ thống có vấn đề nghiêm trọng về ổn định
• Nguyên lí hoạt động:
- Rơle so sánh tần số đo được với giá trị cài đặt và sẽ tác động khi nào tần số
ra khỏi phạm vi cài đặt.


• Các loại rơ le tần số:
- Rơle tác động theo độ lệch tuyệt đối tần số :
+ Rơle tác động bất cứ khi nào tần số thấp hơn giá trị chỉnh định
+ Cài đặt chỉnh định dễ dàng
+ Không tính đến tốc độ suy giảm của tần số
Rơle tác động theo tốc độ biến thiên tần số hoặc tốc độ biến thiên trung
bình:

+ Tốc độ biến thiên tần số phản ánh mức độ mất cân bằng công suất
+ Rơle có khả năng phản ứng nhanh hơn với sự cố
+ Thực tế: sử dụng kết hợp cả hai chức năng
• Các yếu tố ảnh hưởng :
- Quá trình suy giảm tần số có dao động -> rơle tác động theo tốc độ suy
giảm {df/dt} có thể bị tác động nhầm:
- Giải pháp: sử dụng các rơle tác động tốc độ biến thiên trung bình của tần số
{∆f/ ∆t}
- Trường hợp điện áp bị ảnh hưởng bởi sóng hài: rơle tần số có thể xác định
nhầm (rơle số ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố này)
- Rơle tần số đặt tại các khu vực phụ tải có nhiều động cơ cần có chú ý:
+ Khi thanh góp mất điện: các động cơ còn tiếp tục quay và duy trì điện áp
trên đường dây trong một khoảng thời gian ngắn. Tuy nhiên tần số của
điện áp này suy giảm theo tốc độ động cơ -> các rơle tần số có thể tác
động nhầm.
+ Khi thanh góp có điện trở lại: các tải này không được tự động đóng điện
do khi bị sa thải theo tần số thì thiết bị TĐL sẽ không hoạt động.
- Rơle tần số đặt tại các khu vực phụ tải có nhiều động cơ có thể tác động
nhầm:
 Giải pháp: +Sử dụng thêm mạch giám sát bằng điện áp.
+ Sử dụng các mạch giám sát theo dòng điện hay công
suất.


12. Các chức năng bảo vệ và giám sát khác trong rơ le.
 Chức năng phòng ngừa khi đóng máy cắt bằng tay :
- Khi đóng máy cắt bằng tay ->cần đưa vào các bảo vệ cắt nhanh
- Để phòng gặp sự cố chưa phát hiện hết.
 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch (46)
- Phát hiện tải mất cân bằng

- Mất pha tới tải
- Sự cố không đối xứng
- Đấu sai cực tính máy biến dòng.
- Chống quá tải (động cơ) khi xảy ra hiện tượng mất cân bằng.
- Dự phòng cho các bảo vệ quá dòng pha, đặc biệt với trường hợp sự cố
hai pha:
+Dòng khởi động đặt rất nhỏ
+Độ nhạy cao.
 Bảo vệ chống máy cắt từ chối tác động (50BF)


-

Đảm bảo loại trừ được sự cố ở mức độ nhanh nhất
Nguyên lý:
+Bảo vệ nào tác động -> gửi tín hiệu
 Máy cắt tương ứng
 Bộ đếm thời gian của chức năng 50BF
- Nếu bộ đếm hết thời gian & Dòng điện vẫn còn -> logic hỏng máy cắt ->
gửi lệnh cắt tới máy cắt cấp trên ở lân cận.
- Với các bảo vệ không sử dụng tín hiệu dòng điện thì xác định định việc
cắt máy cắt thông qua tiếp điểm phụ
13. Các chức năng giám sát trong rơ le.
- Các chức năng giám sát bao gồm:
+ Trạng thái phần cứng
+ Hoạt động của phần mềm
+ Các đại lượng đo được (dòng điện, điện áp).
- Giám sát phần cứng & phần mềm của role:
+ Điện áp của nguồn nuôi rơle
+ Điện áp làm việc của bộ vi xử lý

+ Điện áp của pin trong rơle
+ Sự hoạt động của bộ nhớ
+ Sự hoạt động của phần mềm trong role.
- Giám sát mức độ đối xứng của dòng điện & điện áp vận hành
+ Bình thường: dòng điện 3 pha thường tương đối đối xứng.
+ Chức năng giám sát phát hiện hiện tượng mất đối xứng dòng điện.
- Giám sát mạch thứ cấp từ máy biến điện áp
 Chức năng này so sánh :
+ So sánh tổng điện áp ba pha
+ Điện áp cuộn tam giác hở của máy biến điện áp
 Nếu có sai lệch -> có vấn đề trong mạch thứ cấp BU
- Giám sát hiện tượng hở mạch dòng do đứt dây
+ BV so lệch tác động nhầm
+ Quá áp nguy hiểm ở mạch nhị thứ.
 Nguyên lý giám sát:
+ Liên tục giám sát giá trị tức thời của dòng điện
+ Dòng điện thay đổi mạnh tới không
+ Không ghi nhận được thời điểm dòng điện qua 0
-> là chỉ dấu của sự cố đứt dây mạch dòng CT
 Tác động:
+ Khóa BV so lệch và chống chạm đất hạn chế
+ Khóa các BV dựa trên sự không đối xứng của dòng điện
- Hở mạch áp của máy biến điện áp (VT) – Đứt cầu chì
+ Mạch áp bị ngắn mạch hoặc hở mạch -> điện áp cấp tới rơle bị sụt
giảm -> các bảo vệ dựa theo điện áp dễ tác động nhầm.
 Nguyên lý giám sát: dựa theo logic
+ Điện áp mất đối xứng (độ lớn điện áp TTN)
+ Dòng điện vẫn dối xứng
- Ngắn mạch 3 pha mạch áp

+ Giảm điện áp cấp vào rơle.
 Nguyên lý: dựa theo logic
+Tất cả điện áp ba pha nhỏ hơn một ngưỡng cho phép
+Không có sự tăng đột biến của dòng điện đo được
+ Dòng điện trên 3 pha lớn hơn một ngưỡng nhỏ nhất cho phép
- Giám sát mạch cắt (Trip Circuit Supervision – 74)
+ Mạch cắt có vai trò quan trọng & qua nhiều khâu (cầu chì, cầu nối, tiếp điểm
rơle, hàng kẹp, dây nối...) -> giám sát sự thông mạch
 Nguyên lý:
+ Bơm một dòng điện nhỏ vào mạch (cỡ mA để không kích hoạt cuộn cắt )
+ Giám sát dòng điện này.


CHƯƠNG III
NGHIÊN CỨU VỀ RELAY BẢO VỆ CỦA HÃNG
ALSTOM
I.

GIỚI THIỆU CHUNG
Do điều kiện lịch sử, cho đến nay các loại rơle bảo vệ ở nước ta phần lớn có
xuất xứ từ Liên Xô cũ. Các loại này chủ yếu là rơle điện cơ. Trong quá trình khai
thác và sử dụng các loại rơle này bộc lộ ít nhiều các nhược điểm sau:
+ Độ nhạy và độ chính xác bảo vệ chưa cao, dễ bị ảnh hưởng của các nhiễu
loạn bên ngoài do nguyên lý truyền và xử lý tín hiệu tương tự.
+ Chi phí khai thác, sử dụng cao, chi phí kiểm tra, chỉnh định lại các tham số
bảo vệ thường xuyên theo định kỳ ..., ngoài ra còn có các thiệt hại do việc ngừng
cung cấp điện do các công việc này gây ra.
+ Việc thay đổi cấu hình cũng như tham số bảo vệ thường kèm theo các chi
phí lớn, do vậy trên thực tế hệ thống bảo vệ nhị thứ thường không đáp ứng kịp với

sự thay đổi của phần nhất thứ do các biến động về nguồn và tải.
+ Khả năng cung cấp thông tin về hệ thống điện trong chế độ làm việc bình
thường và khi sự cố chưa cao nên gây nhiều khó khăn cho việc xác định nguyên
nhân cũng như vị trí sự cố khi nó xảy ra.
+ Tốc độ phát hiện và cách ly sự cố chưa nhanh. Trên cơ sở đó trong phần này
sẽ xin giới thiệu sơ lược về cấu tạo của một rơle số, nguyên lý làm việc và một ví dụ
về một rơle so lệch kỹ thuật số loại KBCH130 của ALSTOM T&D Protection &
Control Ltd hiện đang được sử dụng ở các trạm phân phối tại miền Trung Việt Nam
(như trạm110 Mã Vòng tại Nha Trang,).

II.

TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ
1. Ưu nhược điểm của rơle số
a. Ưu điểm:
Ưu việt rất lớn của rơle số so với các loại rơle khác là khả năng tổ hợp các
chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi và xử lý thông tin với khối
lượng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, đọ chính xác, độ tin cậy cũng như mở
rộng tính năng của bảo vệ :

-

Hạn chế được nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số.
Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối

-

tượng bảo vệ khác nhau.
Công suất tiêu thụ nhỏ.

-

Có khả năng đo lường và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều
chỉnh tự động từ xa.
b. Nhược điểm:

-

Giá thành cao nên đòi hỏi phải có vốn đầu tư lớn để thay thế các rơle cũ bằng các

rơle số.
- Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao.
- Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong việc sữa chửa và nâng cấp thiết bị.
III. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA RƠ LE SỐ
1. Cấu trúc điển hình của rơle số:
- Hình 5.1 minh hoạ cấu trúc điển hình phần cứng của một rơle. Điện áp đầu vào
hoặc dòng điện đầu vào của rơle được lấy qua các BU và BI từ đối tượng bảo vệ.
Lưu ý tín hiệu tương tự chỉ chuyển sang tín hiệu số đối với điện áp nên đối với các
tín hiệu dòng điện thì trước tiên phải biến đổi nó sang điện áp theo nhiều cách. Ví
dụ: cho dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị xác định và lấy điện áp trên hai
đầu của điện trở đó để biểu diễn dòng điện. Sau đó các tín hiệu này được lọc bằng
-

bộ lọc giải mã.
Hoạt động của rơle kỹ thuật số: Tín hiệu từ BI, BU sau khi được biến đổi thành tín
hiệu phù hợp. Các tín hiệu đã được biến đổi này được đưa vào bộ chọn kênh. Bộ xử
lý trung tâm sẽ gởi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ chọn kênh đưa
vào bộ biến đổi tương tự -số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số
và đưa vào bộ vi xử lý. Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải thông qua bộ lấy và giữ

-

mẫu (S/H).
Vì các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) thường rất đắt nên khi thiết kế người ta
cố gắng tinh giản chỉ sử dụng một bộ ADC trong một rơle số, chính vì lý do đó mà
trong bộ vi xử lý có đặt một bộ dồn kênh (multiplexer) để lựa chọn các tín hiệu cần
thiết cung cấp cho đầu vào các bộ ADC. Vì ADC có thời gian trễ xác định khoảng
25 s nên phải duy trì tín hiệu tương tự ở đầu vào của ADC trong suốt quá trình
chuyển đổi từ tương tự sang số. Điều này được thực hiện bằng bộ khuyếch đại duy

-

trì và lấy mẫu S/H.
Tín hiệu đầu ra của bộ ADC bây giờ có thể biến đổi tùy ý bởi bộ vi xử lý. Nhìn
chung trong một rơle số người ta sử dụng nhiều bộ vi xử lý (để thực hiện các chức
năng khác nhau). Ví dụ bộ vi xử lý TMS320 để thực hiện thuật toán của rơle, bộ vi
xử lý 80186 để thực hiện các phép toán logic. Bộ vi xử lý được đưa vào chế độ làm
việc theo chương trình được cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM, đây là bộ nhớ không