BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

© Department of Power Systems

CHAPTER 16
GVHD: PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI

Thành viên:
1. Võ Thống
2. Phan Trùng Dương

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 1/77


MỤC LỤC
1. GIỚI THIỆU
2. TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

© Department of Power Systems

3. SỰ CỐ TRÊN CUỘN DÂY STATOR
4. BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR
5. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP
6. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT - MÁY BIẾN ÁP
7. BẢO VỆ QUÁ DÒNG
8. BẢO VỆ LỖI CHẠM ĐẤT STATOR
9. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP
10. BẢO VỆ THẤP ÁP
11. BẢO VỆ DÒNG CÔNG SUẤT VÀ DÒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 2/77


MỤC LỤC
13. BẢO VỆ CHỐNG ĐÓNG ĐIỆN Ở TRẠNG THÁI NGHỈ
15. BẢO VỆ NHỮNG SỰ CỐ TRONG ROTOR

© Department of Power Systems

16. BẢO VỆ MẤT KÍCH TỪ
17. BẢO VỆ TRƯỢT CỰC
18. BẢO VỆ QUÁ NHIỆT STATOR
19. BẢO VỆ PHẦN CƠ KHÍ
20. SƠ ĐỒ BẢO VỆ HOÀN CHỈNH CỦA MÁY PHÁT
22. MỘT SỐ VÍ DỤ TIÊU BIỂU
22.1 CÀI ĐẶT BV CHO MÁY PHÁT CÔNG NGHIỆP NHỎ
22.2 BẢO VỆ MÁY PHÁT CÔNG SUẤT LỚN

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 3/77


1. GIỚI THIỆU

© Department of Power Systems

Máy phát điện và máy biến áp là một phần tử rất quan

trọng trong hệ thống điện, sự làm việc tin cậy của các máy
phát điện và máy biến áp có ảnh hưởng quyết định đến độ
tin cậy của cả hệ thống
Vì vậy, đối với máy phát điện và máy biến áp đặc biệt là
các máy có công suất lớn, người ta đặt nhiều loại bảo vệ
khác nhau để chống tất cả các loại sự cố và các chế độ làm
việc không bình thường xảy ra bên trong các cuộn dây cũng
như bên ngoài
Để thiết kế tính toán các bảo vệ cần thiết, chúng ta phải
biết các dạng hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình
thường của máy phát điện và máy biến áp

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 4/77


1. GIỚI THIỆU

© Department of Power Systems

Các vấn đề cần được xem xét để bảo vệ:
1. Sự cố điện trên stator

9. Mất đồng bộ

2. Quá tải

10. Mất máy động lực

3. Quá áp

11. Thiếu dầu bôi trơn

4. Tải không cân bằng

12. Quá tốc độ

5. Quá từ thông

13. Sự méo dạng rotor

6. Đóng điện ở trạng thái nghỉ

14. Dao động quá mức

7. Sự cố điện trên rotor

15. Sự cố lỗi bị mỏng

8. Mất kích từ
Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 5/77


2. TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

© Department of Power Systems

Điểm trung tính của máy phát thường
được nối đất để bảo vệ cuộn dây stator
và hệ thống liên kết. Nối đất cũng ngăn
ngừa sự phát hỏng của điện áp quá độ
trong trường hợp phóng điện trực tiếp
xuống đất và hoặc sự cộng hưởng sắt từ
Với những máy phát cao áp, trở kháng
thường được nối vào trong đường dây
nối đất stator để giới hạn biên độ dòng
sự cố chạm đất
1. Dòng điện định mức
2. 200A – 400A (nối đất trở kháng thấp)
3. 10A – 20A (nối đất trở kháng cao)

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 6/77


2. TRUNG TÍNH MÁY PHÁT NỐI ĐẤT

Một biến áp nối có thể được

© Department of Power Systems

sử dụng như là trở kháng

Cuộn dây sơ cấp được mang
tải với một điện trở ở phần

trước đã được quy về thông
qua tỉ lệ máy biến áp

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 7/77


3. SỰ CỐ TRÊN CUỘN DÂY STATOR
Sự cố chạm đất là một sự cố phổ
biến nhất trong lỗi cuộn dây stator

© Department of Power Systems

Sự cố pha chạm pha tách biệt với
đất ít phổ biến hơn; nó có thể xảy ra ở
phần cuối cuộn dây stator hoặc trong
các khe nếu cuộn dây các pha được
đặt vào trong cùng một khe
Sự cố Interturn là rất hiếm, nhưng
một dòng sự cố vòng lớn có thể phát
sinh khi một sự như vậy xảy ra. Hệ
thống bảo vệ thông thường khó phát
hiện. Trong trường hợp này, một sự cố
interturn phải phát triển thành một
dòng chạm đất trước khi nó có thể bị
loại bỏ

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 8/77


4. BẢO VỆ CUỘN DÂY STATOR

© Department of Power Systems

Để đáp ứng một cách nhanh chóng với sự cố dòng pha gây
hại lớn , bảo vệ sai lệch nhạy, tốc độ cao thường được áp dụng
để đánh giá máy phát điện vượt quá 1MVA
Đối với các máy phát điện lớn, việc cắt vị trí sự cố nhanh
chóng cũng sẽ duy trì sự ổn định của hệ thống điện chính. Các
vùng bảo vệ sai lệch có thể được mở rộng để bao gồm cả máy
biến áp liên kết
Đối với máy phát nhỏ hơn, IDMT / Bảo vệ quá dòng tức thời
thường chỉ được áp dụng cho bảo vệ sự cố pha

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 9/77


5. BV SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

© Department of Power Systems

5.1. Bảo vệ so lệch có hãm

Mô hình kết nối relay
bảo vệ so lệch có

hãm

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 10/77


5. BV SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

5.1. Bảo vệ so lệch có hãm
Is1 có thể đặt dưới 5%.Irated
© Department of Power Systems

Is2 > Irated, (chọn 120%)

K2 = 150% (giá trị tiêu biểu)

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 11/77


5. BV SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

© Department of Power Systems

5.2. Bảo vệ so lệch trở kháng cao

Nguyên tắc bảo vệ
so lệch trở kháng cao

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 12/77


5. BV SO LỆCH CHO MÁY PHÁT TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

© Department of Power Systems

5.2. Bảo vệ so lệch trở kháng cao

Relay kết nối cho bảo vệ
so lệch trở kháng cao

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 13/77


© Department of Power Systems

6. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY PHÁT - MÁY BIẾN ÁP

Mô hình tổng quát bảo vệ so lệch cho
máy phát - máy biến áp
Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 14/77

7. BẢO VỆ QUÁ DÒNG
Bảo vệ quá dòng của máy biến áp có hai cách. Bảo vệ quá
dòng đơn giản có thể được sử dụng như là hình thức đầu
© Department of Power Systems

tiên của bảo vệ cho máy phát loại nhỏ, và bảo vệ thứ cấp
cho loại lớn hơn, ở đó bảo vệ sai lệch được sử dụng trước

tiên để bảo vệ cuộn dây stator
Bảo vệ quá dòng phụ thuộc áp có thể được áp dụng ở
nơi mà bảo vệ sai lệch không được sử dụng trên máy phát
lớn hơn, hoặc ở nơi mà không áp dụng bảo vệ quá dòng đơn
giản được

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 15/77


7.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐƠN GIẢN

© Department of Power Systems

Bảo vệ quá dòng đơn giản thường sử dụng thời gian trễ. Cho
những máy Srate < 1MVA, nó là hệ thống bảo vệ chủ yếu cho cuộn
dây stator ở sự cố pha

Khi máy phát có Srate lớn hơn, BV quá dòng có thể được áp
dụng như là BV thứ cấp từ xa, để ngắt các thành phần chưa được

cắt bởi sự cố ở bên ngoài. Ở những nơi có BV so lệch là chính,
cho máy phát nhỏ hơn, bảo vệ quá dòng cũng sẽ cung cấp thêm
BV thứ cấp.
Trong một số trường hợp máy phát đơn, cung cấp cho hệ thống
cô lập, máy biến dòng tại đầu cuối của máy hỗ trợ cho bảo vệ quá
dòng, để cung cấp cho relay tính toán tránh sự nhầm lẫn

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 16/77


7.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐƠN GIẢN

© Department of Power Systems

Trong trường hợp phổ biến hơn, hệ thống
lớn từ nhiều máy phát đơn, ta có BV thứ
cấp cho máy phát, BV quá dòng cao áp cho
máy biến áp.
BV này sẽ đáp ứng cho dòng ngược
backfeed mức cao từ hệ thống năng lượng
đến từng đến thành phần sự cố . Những
máy phát song song khác sẽ cung cấp
dòng này, và được ổn định bởi hệ thống
trở kháng, nó sẽ không chịu một sự sụt
giảm lớn nào

Thời gian trễ được cài đặt để đảm bảo
thời gian dòng sự cố chạy qua được giới

hạn
Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

Giá trị dòng sự cố của
hệ thống được cung
cấp từ sự cố cuộn dây
máy phát

Những thành
phần tức thời

Giới hạn dòng sự cố
trong máy phát

page 17/77


7.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG PHỤ THUỘC VÀO ĐIỆN ÁP

© Department of Power Systems

7.2.1 Điện áp điều khiển bảo vệ quá dòng

Khi điện áp < Vs,
relay được cài với
giá trị quá dòng KI>,
Khi áp > Vs, relay
được cài I>

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 18/77


7.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG PHỤ THUỘC VÀO ĐIỆN ÁP

7.2.2. Điện áp kiềm hãm bảo vệ quá dòng

© Department of Power Systems

Khi điện áp < Vs2,
relay được cài với
giá trị quá dòng KI>,
Khi áp > Vs1, relay
được cài I>
Khi Vs2 < áp < Vs1
Relay được cài đặt
theo đường thẳng có
độ dốc là:
(I> - KI>)/(Vs1 –Vs2)

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 19/77


8. BẢO VỆ SỰ CỐ CHẠM ĐẤT STATOR

© Department of Power Systems

8.1 Trung tính nối đất trực tiếp
8.1.1 Bảo vệ quá dòng trung tính
Cung cấp đầy đủ cho việc bảo vệ
sự cố chạm đất và vì vậy nó phải
được phân cấp với bảo vệ ở bộ phận
cấp điện cho tải (feeder).
Do đó, thành
phần relay sẽ
có một đặc tính
vận hành thời
gian trễ hợp lý

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 20/77


8.1 TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT TRỰC TIẾP

8.1.2 Bảo vệ chạm đất nhạy

© Department of Power Systems

Phương pháp này được sử dụng trong các tình huống sau đây:

a. Máy phát điện kết nối trực tiếp hoạt động song song
b. Máy phát điện nối đất trung tính với trở kháng cao, lỗi dòng
sự cố chạm đất đang được giới hạn trong vài chục A
c. Lắp đặt nơi có trở kháng chạm đất là rất cao, do tính chất của
đất

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 21/77


8.1.2 BẢO VỆ CHẠM ĐẤT NHẠY

a. Máy phát điện kết nối trực tiếp hoạt động song song

© Department of Power Systems

Bảo vệ chạm đất
nhạy có hướng là cần
thiết. Điều này là để
đảm bảo rằng một máy
phát điện bị sự cố sẽ
đươc ngắt trước khi có
bất kỳ khả năng bảo vệ
quá dòng trung tính ngắt
một máy phát song song
đang hoạt động tốt

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 22/77


8.1.2 BẢO VỆ CHẠM ĐẤT NHẠY

Đối với trường hợp “Máy phát điện nối đất trung tính với trở

© Department of Power Systems

kháng cao, lỗi dòng sự cố chạm đất đang được giới hạn trong
vài chục A” và “Lắp đặt nơi có trở kháng chạm đất là rất cao, do
tính chất của đất”, nó không cần thiết để sử dụng một trang bị
định hướng. Chú ý thực hiện để sử dụng cài đặt RCA
(characteristic angle) cho đúng - ví dụ nếu trở kháng nối đất
chủ yếu là điện trở, điều này nên được 00. Trên các hệ thống

nối đất trở kháng cách điện hoặc rất cao, một RCA của -900 sẽ
được sử dụng, như chạm đất hiện nay chủ yếu là điện dung.

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 23/77


© Department of Power Systems

8.1.3 BẢO VỆ QUA ÁP TRUNG TÍNH THAY THẾ

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 24/77


© Department of Power Systems

8.2 TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT QUA TRỞ KHÁNG

8.2.1 Trung tính
nối đất qua trở
kháng cao - bảo
vệ quá dòng trung
tính

Bảo vệ Relay trong hệ thống điện

page 25/77