Nghiên cứu, phân tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL 411l cho đường dây 500kv pleiku cầu bông

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

THÁI HÒA

NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM
RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƢỜNG DÂY
500kV PLEIKU – CẦU BÔNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 852.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ ĐÌNH DƢƠNG

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Trong luận văn có trích dẫn một số thực nghiệm của hãng chế tạo rơle.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Thái Hòa


NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM RƠLE BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC SEL-411L CHO ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU – CẦU BÔNG

Học viên: Thái Hòa
Mã số: 852.02.01

Khóa: K34-ĐN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: - Rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây SEL-411L dùng tại các trạm biến áp 220kV và

500kV ở Việt Nam nhƣ: 500kV Pleiku & Cầu Bông, 220kV Nha Trang & Tuy Hòa... Đây là
loại rơle mới đòi hỏi nhân viên thí nghiệm, vận hành hiểu rõ cách cài đặt, cấu hình, thí
nghiệm để đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm với yêu cầu
nghiêm ngặt về thời gian cắt điện vì độ tin cậy cung cấp điện. SEL-411L có chức năng bảo vệ
so lệch tốc độ cao đƣờng dây truyền tải. Ngoài ra, còn có các chức năng bảo vệ khác: khoảng
cách và quá dòng với tính năng cắt 1 pha/3 pha, kiểm tra đồng bộ khi đóng lặp lại, giám sát
mạch cắt, bảo vệ lỗi máy cắt... Rơle có tính năng đo lƣờng mở rộng, ghi dữ liệu bao gồm chụp
và báo cáo dữ liệu có độ phân giải cao. Định vị sự cố bằng sóng truyền (TWFL) là một chức
năng đặc biệt của SEL-411L để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động có độ chính
xác cao nhất. Luận văn trình bày cách cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng
dây. Ngoài ra, để minh họa trực quan, tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hoạt
động của rơle.
Từ khóa - SEL-411L; TWFL; rơle; bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây; Pleiku – Cầu Bông.

RESEARCHING AND ANALYZING CONFIGURATION AND TESTING
LINE DIFFERENTIAL PROTECTION SEL-411L RELAY FOR 500kV
TRANSMISSION LINE PLEIKU – CAU BONG
Abstract - SEL-411L line differential protection has been used at some 220kV and 500kV

substations in Vietnam such as: 500kV Pleiku & Cau Bong, 220kV Nha Trang & Tuy Hoa ...

This is a new type of relay that requires experimental and operational personnel understand
how to install, configure, test to ensure safe and reliable operation to shorten the testing time
with a stringent electricity cutting time because of reliability of power supply. SEL-411L is a
high-speed current differential protection for transmission lines. In addition, there are other
protection functions: distance and overcurrent protection with 1-phase/3-phase trip,
synchronous inspection when reclosing, circuit trip monitoring, circuit breaker failure
protection... Relay has extended measurement feature, data recording feature including
collecting and reporting of high resolution data. Traveling wave fault location (TWFL) is a
special function of SEL-411L for automatic fault location reporting with the highest accuracy.
This thesis presents how to configure and test line differential protection. In addition, for
visual illustration, the author uses Matlab software to simulate relay operation.
Keywords – SEL-411L; TWFL; relay; line differential protection; Pleiku – Cau Bong.


MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................... ....... .......................1
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................ ........ ..........................1
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.......................................................... ........................2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài...........................................................2
5. Đặt tên đề tài………………………………………………………… .... …………..3
6. Bố cục luận văn………………………………………………………… ... ………...3
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
ĐƢỜNG DÂY…………………………………………………………… ... ………….4
1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây…………………………… ………....4
1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thƣờng dùng…………………….. …….6
1.3. Kết luận………………………………………………………………… ...... …….7

Chƣơng 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY VÀ CÁC
YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE………… .... …………8
2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L…………………………… .. …………..8
2.1.1. Chức năng chính: bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L.................... ... ..................9
2.1.1.1. Chức năng 87L……………………………………………………… ...... ……………9
2.1.1.2 . Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP........................ . .....................10
2.1.1.3. Giám sát sự cố bên ngoài........................................................... .... ..................11
2.1.1.4. MBA dạng inline ............................................................................................. 12
2.1.1.5. Chức năng cắt 1 pha từ 87L ......................................................................... 13
2.1.2. Các chức năng bảo vệ khác.......................................................................... .... 13
2.1.2.1. Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)................................................ ................ 13
2.1.2.2. Chức năng gia tốc bảo vệ (chống đóng vào điểm sự cố-SOTF)....... ............... 15
2.1.2.3. Chức năng dò dao động công suất (78)........................................... ............... 15
2.1.2.4. Chức năng cắt và nhận truyền cắt .................................................................. 16
2.1.2.5. Chức năng bảo vệ xa……………………………………………………………… ... 16
2.1.2.6. Chức năng bảo vệ quá dòng.......................................................................... ... 16
2.1.2.7. Chức năng lỗi máy cắt.................................................................................. .. 17
2.1.2.8 .Chức năng điện áp....................................................................................... ... 17
2.1.2.9 .Chức năng tần số........................................................................................... .. 17
2.1.2.10. Chức năng đóng lặp lại và kiểm tra hòa đồng bộ............................. ..... ........17
2.1.3. Định vị sự cố.................................................................................................... .. 17
2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L…… ..... 19
2.2.1. Điện dung đường dây tải điện……………………………………………….... 19
2.2.2. Ảnh hưởng của sai số biến dòng…………………………………… .. ……….20
2.2.2.1. Sai số biến dòng điện…………………………………………………………….. ... 20
2.2.2.2. Bão hòa mạch từ của biến dòng…………………………………………… ......... 20
2.2.2.3. Dòng không cân bằng………………………………………………………… ....... 21
2.2.3. Ảnh hưởng của tụ bù dọc........................................................................ ... .......22
2.2.3.1. Tác dụng của tụ bù dọc……………………………………………………… ...……23
2.2.3.2. Xác định dung lượng bù……………………………………………………… …….23

2.2.3.3. Ảnh hưởng khi bù dọc & nốt tắt nhanh TBD khi có ngắn mạch xảy ra.... ..... ..23
2.3. Kết luận……………………………………………………………………. ....... 25


Chƣơng 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG ............................ 26
3.1. Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L ............................ 26
3.1.1. Kiểm tra sự phù hợp của các biến dòng đã chọn................................... ......... 26
3.1.2. Tính toán ngắn mạch............................................................................... ......... 28
3.1.2.1. Tính toán ngắn mạch 3 pha........................................................................ ...... 29
3.1.3.2. Tính toán ngắn mạch 1 pha......................................................................... .... 30
3.1.3. Cài đặt rơle................................................................................ ......................... 31
3.1.3.1. Dữ liệu hệ thống điện ...................................................................................... 32
3.1.3.2. Cài đặt chung………... …………………………………………………………… .. .33
3.1.3.3. Hiển thị máy cắt............................................................................................... 33
3.1.3.4. Cài đặt nhóm group 1 ..................................................................................... 34
3.1.3.5. Cài đặt chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ 87L............................................... ..34
a. Cài đặt các phần tử so lệch pha.................................. ............................................. 38
b. Cài đặt các phần tử so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 (87LQ/87LG)........................... 40
3.1.3.6. Cài đặt các chức năng bảo vệ khác ................................................................ 41
a. Giám sát quá độ CVT.................................. ............................................................. 41
b. Hiệu suất của biến dòng cho các sự cố ngoài vùng ................................................ 43
c. Cài đặt chức năng bảo vệ khoảng cách .................................................................... 44
d. Cài đặt chức năng cho PWS khi OOS................................................... ................... 45
e. Chức năng xâm lấn tải…………………………………………………………………. .... .46
f. Chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)...................................................................... .. .....46
g. Logic kiểm tra mất áp......................................................................................... ...... .47
h. Chức năng kiểm tra hướng................................................................................. ..... . 47
i. Logic cắt.......................................................................................... ............ ...............47
j. Các tùy chọn cắt 1 pha............................................................................... .............. .49

k. Chức năng bảo vệ quá dòng trong SEL-411L........................................ ................. .48
l. Chức năng điện áp trong SEL-411L...................................................... ............. ..... .50
m. Chức năng tần số trong SEL-411L............................................................ ........... ... 50
n. Logic cắt và bảo vệ.............................................................. .................................... .51
3.1.4. Phân tích cấu hình 87L....................................................................... ............... 52
3.1.4.1. Cấu hình cho phép 87L làm việc ..................................................................... 52
3.1.4.2. Cấu hình khóa 87L………... ……………………………………………………… . .52
3.1.4.3.Cấu hình MC………... ……………………………………………………… ........... .53
3.1.4.4.Cấu hình ĐZ………... ……………………………………………………… ............ .54
3.1.4.5.Cấu hình 87L………... ……………………………………………………… ........... .54
3.2. Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L................................................ ... ...55
3.2.1. Kiểm tra ban đầu....................................................................................... .... .... 55
3.2.2. Thí nghiệm các chức năng bảo vệ. .................................................. .. ...............55
3.2.2.1. Kiểm tra chức năng đo lường........................... ............................................... 57
3.2.2.2. Kiểm tra chức năng bảo vệ so lệch dọc (thử lệnh 87L)........................... ....... 58
a. Thử theo đường truyền thực tế giữa 2 ĐZ............................................................. . .. 58
b. Thử bằng phương pháp Test Loopback.............................................................. ....... 59
3.2.3. Kiểm tra mang tải......................................................................... .................... 63
3.3. Kết luận……………………………………………………………………… ..... 63


Chƣơng 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L
TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM
4.1. Xây dựng mô hình để mô phỏng………………………… ................................ .64
4.1.1. Xây dựng sơ đồ bảo vệ so lệch dọc đường dây.............................. ................... 65
4.1.2. Mô phỏng nguyên lý & đặc tính làm việc của chức năng 87L......................... 66
4.1.2.1. Xây dựng khối nguyên lý làm việc......................................... .... .......................66
4.1.2.2. Phân tích sự làm việc của rơle ở các chế độ .............................. .................... 68
a. Mô phỏng sự cố ngoài vùng bảo vệ........................................................... ............... 68
b. Mô phỏng sự cố trong vùng bảo vệ………………………………………………… ...... 71

c. Nhận xét………………………………………………… ................................................ 74
4.2. So sánh, phân tích đánh giá kết quả.............................................................. ... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... . . 76
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................. ... ....................... 77
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) .......................... ...... .. 78
PHỤ LỤC 1: ..................................... ................................. .............................. 79
PHỤ LỤC 2: CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
ĐƢỜNG DÂY BẰNG MATLAB.....................................................................
100
PHỤ LỤC 3:................................................................................................
102
KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản
sao) ............................................................................................... .................... ................


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÍ HIỆU:
87L: Bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây
21: Bảo vệ khoảng cách
85: Bảo vệ xa
50BF: Bảo vệ lỗi máy cắt
59/27: Bảo vệ quá/kém áp
50/51: Bảo vệ cắt nhanh/quá dòng thời gian
81: Bảo vệ kém tần số
79: Tự động đóng lặp lại
25: Hòa đồng bộ
78: Dò dao động công suất
CÁC CHỮ VIẾT TẮT:
TI (CT): Máy biến dòng điện (Current Transformer)
TU (VT): Máy biến điện áp (Voltage Transformer)

MC: Máy cắt
TBD: Tụ bù dọc
KBN: Kháng bù ngang
ĐZ: Đƣờng dây
TWFL: Định vị sự cố bằng phƣơng pháp sóng lan truyền
HTĐ: Hệ thống điện
HTBV: Hệ thống bảo vệ
CB: Cầu Bông
PLK: Pleiku
PL1: Phụ lục 1
PL2: Phụ lục 2
PL3: Phụ lục 3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1

Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong HTĐ Việt Nam

04

Bảng 2

Mô tả các cài đặt định vị sự cố bằng sóng truyền

18

Bảng 3

Dòng ngắn mạch trên các thanh cái CB & PLK năm 2018

29

Bảng 4

Dòng ngắn mạch 1 pha & 3 pha sau khi tính đƣợc

31

Bảng 5

Dữ liệu HTĐ

32

Bảng 6

Tổng trở nhất thứ

33

Bảng 7

Cài đặt chung

33

Bảng 8

Hiển thị máy cắt

33

Bảng 9

Cài đặt nhóm

35

Bảng 10

Cài đặt chức năng so lệch pha từ nhà chế tạo

39

Bảng 11

Các bits của chức năng 87LP so lệch pha

40

Bảng 12

Cài đặt chức năng so lệch thứ tự nghịch/thứ tự 0 từ nhà chế tạo

40

Bảng 13

Bảng tổng hợp cài đặt chức năng 87L

41

Bảng 14

Cài đặt các chức năng khác

42

Bảng 15

Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-pha Mho

44

Bảng 16

Cài đặt các chức năng khoảng cách pha-đất Mho

44

Bảng 17

Cài đặt thời gian trễ chung của 21

45

Bảng 18

Cài đặt chức năng khóa khi mất đồng bộ

46

Bảng 19

Cài đặt chức năng gia tốc bảo vệ (SOTF)

46

Bảng 20

47

Bảng 22

Cài đặt giám sát mở pha
Lập trình SEL-441L để cắt 1 pha cho chức năng khoảng cách
pha-đất
Cài đặt chức năng quá dòng pha

Bảng 23

Các đại lƣợng làm việc của quá dòng có thời gian

49

Bảng 24

Cài đặt chức năng quá dòng có thời gian

50

Bảng 25

Các đại lƣợng làm việc của chức năng điện áp

50

Bảng 26

Kiểm tra chức năng đo lƣờng

57

Bảng 27

Kết quả thí nghiệm chức năng 87L

63

Bảng 21

48
49

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
Tên hình vẽ
hình vẽ
1.1
Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc ĐZ

Trang
4

1.2

Bảo vệ so lệch dọc ĐZ tƣơng đồng về tính năng kỹ thuật

7

2.1

Vùng làm việc & Vùng hãm của chức năng so lệch ĐZ 87L

8

2.2

Đặc tính làm việc và đặc tính hãm của 87L trong SEL-411L

10

2.3

Sơ đồ logic giám sát sự cố ngoài vùng (bão hòa AC)

12

2.4

Bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng kết hợp

12

2.5

Bù MBA dạng in-line ở rơle tại chỗ

13

2.6

Đặc tính Mho-Đặc tính trạng thái ổn định và đặc tính mở rộng

14

2.7

Logic xâm lấn tải

14

2.8

Đặc tính Quad

15

2.9

16

2.15

Áp dụng VS để ƣớc lƣợng điện áp trug tâm dao động
Rơle trao đổi thông tin đỉnh của sóng truyền thông qua kênh truyền
tin 87L
Sơ đồ định vị sự cố bằng TWFL
Dung dẫn pha-pha trên 1 mạch, dung dẫn giữa các pha 2 mạch, giữa
pha-đất ĐZ mạch kép
Đặc tính từ hóa của biến dòng
CT bão hòa dữ dội, dòng thứ vƣợt trƣớc dòng sơ cấp một góc 40 độ
(vùng C)
CT gây ra góc pha dẫn trƣớc và làm giảm độ lớn dòng điện

2.16

Đồ thị xác định thời gian tắt của hồ quang thứ cấp

25

3.1

HTĐ đƣợc sử dụng cho việc chọn lựa biến dòng

26

3.2

Mặt trƣớc rơle SEL-411L

31

3.3

37

3.5

Trƣờng hợp khi tỉ số CT hai đầu khác nhau
Cài đặt góc mở 87LPA cho vùng hãm dựa trên góc lệch lớn nhất khi
có sự cố ngoài vùng & các yếu tố sai lệch cùng xảy ra đồng thời
Sơ đồ cấu hình cho phép chức so lệch dọc làm việc

3.6

Sơ đồ cấu hình cho phép khóa chức năng so lệch dọc

53

3.7

Sơ đồ đấu nối để thí nghiệm chức năng 87L

56

3.8

Sơ đồ đấu nối thử theo đƣờng truyền thực tế giữa 2 ĐZ

58

4.1

Sơ đồ phƣơng thức bảo vệ 87L

65

4.2

Sơ đồ mô phỏng chức năng 87L

66

4.3

Mô hình mô phỏng thuật toán tính toán rơle SEL-411L

69

2.10
2.11

2.12
2.13
2.14

3.4

18
18
19
20
21
21

38
52


70

4.6

Đặc tính tác động khi sự cố ngoài vùng
Tín hiệu rơle không Trip khi vận hành bình thƣờng hoặc sự cố
ngoài vùng
Giá trị dòng và áp tại đầu trạm Pleiku

4.7

Đặc tính tác động khi sự cố trong vùng

71

4.8

Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng (khi ngắn mạch 3 pha)

72

4.9

Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Pleiku

72

4.10

Giá trị dòng và áp sự cố 3 pha tại đầu trạm Cầu Bông

73

4.11

Tín hiệu rơle Trip khi sự cố trong vùng (khi ngắn mạch pha-đất)

73

4.12

Giá trị dòng và áp sự cố 1 pha tại đầu trạm Pleiku

73

4.13

Giá trị dòng và áp sự cố 1 pha tại đầu trạm Cầu Bông

74

4.4
4.5

70
71


1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong hệ thống điện (HTĐ), các thiết bị của HTBV đóng vai trò rất quan trọng. Nó
đóng góp một phần rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và độ tin cậy cung cấp điện. Hệ
thống bảo vệ rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố, hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố
gây nên và duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống điện (HTĐ).
ĐZ 500kV có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc truyền tải điện đi xa. Các hƣ
hỏng xảy ra trên ĐZ sẽ làm ảnh hƣởng đến việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Theo
thống kê trong thực tế vận hành, dạng ngắn mạch 3 pha chiếm 5%, 2 pha chiếm 10%,
2 pha-đất là 20% và đặc biệt ngắn mạch 1 pha chiếm tới 65% tổng số các dạng ngắn
mạch. Vì vậy, việc nghiên cứu chức năng 87L và các tình trạng làm việc không bình
thƣờng, sự cố xảy ra với ĐZ là rất cần thiết. Khi có sự cố trên ĐZ thì HTBV phải lập
tức loại trừ các sự cố xảy ra. Chính vì vậy đòi hỏi các loại bảo vệ ĐZ phải đáp ứng cao
về tính chọn lọc, khả năng tác động nhanh, nhạy và tin cậy. Có thể nói, 87L là cấu

hình rơle tối ƣu để dung trong các tình huống ngắn mạch này bên cạnh chức năng 21.
Hiện nay, sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ số đã cho phép chế tạo các loại rơle
so lệch dọc kỹ thuật số với nhiều tính năng vƣợt trội so với các loại rơle trƣớc đây.
Các nhà sản xuất đã cho phép tích hợp nhiều chức năng bảo vệ và nhiều giải pháp
nhằm giảm sự tác động không mong muốn, trong đó điển hình là rơle SEL-411L. Rơle
này đƣợc trang bị đầy đủ các chức năng điều khiển, bảo vệ & tự động hóa cho đƣờng
ĐZ tải điện. SEL-411L có các chức năng nhƣ: bảo vệ so lệch dọc cho từng pha, so
lệch thứ tự nghịch và thứ tự không để đảm bảo độ nhạy cao nhất. SEL-411L cho phép
lựa chọn nhiều phƣơng thức kết nối thông tin khác nhau và có đầy đủ các chức năng
bảo vệ dự phòng nhƣ: khoảng cách, quá dòng, quá/kém áp, quá/kém tần số, logic điều
khiển bảo vệ… cùng đƣợc tích hợp trong một khối rơle. Đặc biệt, SEL-411L có một
tính năng khá nổi trội so với SEL-311L là định vị sự cố bằng phƣơng pháp sóng lan
truyền (TWFL). TWFL sử dụng các nhãn thời gian từ dữ liệu sóng lan truyền và cần
một kênh truyền riêng biệt để thực hiện báo cáo vị trí sự cố một cách tự động. Phƣơng
pháp này có độ chính xác cao nhất.
Với yêu cầu đặt ra là bảo vệ hoạt động chính xác cho mọi dạng ngắn mạch và có tính
chọn lọc tuyệt đối nên cần có sự nghiên cứu sâu hơn về rơle số bảo vệ so lệch ĐZ
nhằm phân tích đánh giá tính chính xác, thời gian tác động và tính chọn lọc của rơle
bảo vệ này để giúp tăng độ ổn định, đảm bảo sự vận hành tin cậy, an toàn liên tục cho
HTĐ. Đây cũng chính là lý do để tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu, phân tích cấu
hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đƣờng dây 500kV
Pleiku - Cầu Bông‖
2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU


2
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ loại SEL-411L dùng cho ĐZ 500kV Pleiku Cầu Bông.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống hóa về lý thuyết và các nghiên cứu bảo vệ so lệch so lệch dọc đƣờng

dây & phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo vệ.
- Nghiên cứu chức năng, tính toán cài đặt, cấu hình rơle SEL-411L cho đƣờng
dây 500kV Pleiku - Cầu Bông.
- Xây dựng phƣơng pháp thí nghiệm rơle SEL-411L áp dụng cho đƣờng dây
500kV Pleiku - Cầu Bông.
- Mô phỏng rơle bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây 500kV Pleiku - Cầu Bông và các
dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle (Matlab/Simulinks…).
- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đƣa ra nhận xét.
3. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Tìm hiểu sâu hơn chức năng; nghiên cứu tính toán chỉnh định, cấu hình và thí
nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ SEL-411L giúp kiểm tra chất lƣợng hệ thống bảo vệ
nhanh chóng, chính xác và an toàn hơn.
- Nhiệm vụ chính:
+ Tìm hiểu lý thuyết về rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ. Đánh giá chức năng bảo vệ
so lệch dọc ĐZ;
+ Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính làm việc của rơle SEL-411L;
+ Tính ngắn mạch, tính toán chỉnh định, cấu hình, sơ đồ logic của SEL-411L;
+ Xây dựng phƣơng pháp thí nghiệm rơle SEL-411L;
+ Tìm hiểu và áp dụng các chƣơng trình mô phỏng rơle bảo vệ so lệch ĐZ và
các dạng sự cố để phân tích sự làm việc của rơle bằng phần mềm Matlab/Simulink.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng. Từ trƣớc đến nay, các ĐZ cấp điện áp
220kV đến 500kV đều đã sử dụng rơle bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ chính và đã đƣợc
đƣa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua, nhất là tại các ĐZ 220kV,
500kV thƣờng sử dụng loại SEL-311L.
Với việc nghiên cứu rơle SEL-411L một cách cụ thể và có hệ thống sẽ giúp
chúng ta đánh giá, phân tích các sự cố chính xác hơn. Có thể ứng dụng mở rộng cho
các ĐZ hoặc các bảo vệ khác.
Với ý nghĩa thực tế, đề tài đã giải quyết đƣợc khối lƣợng lớn công việc cho nhân
viên thí nghiệm khi thử nghiệm, phân tích sự cố rơle bảo vệ so lệch dọc ĐZ (trong

điều kiện công tác nghiêm ngặt về thời gian, tiến độ theo yêu cầu cung cấp điện liên
tục, an toàn và tin cậy), giúp rút ngắn thời gian, tiến độ thí nghiệm. Đồng thời, cung
cấp kiến thức trong công tác vận hành, xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle.


3

5. ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI
Từ những lý do đã nêu ở trên. Đề tài đƣợc chọn có tên là: “Nghiên cứu, phân
tích cấu hình và thí nghiệm rơle bảo vệ so lệch dọc SEL-411L cho đƣờng dây
500kV Pleiku – Cầu Bông‖
6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
Luận văn gồm có 4 chƣơng:
MỞ ĐẦU
Chƣơng 1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
ĐƢỜNG DÂY
1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ
1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc ĐZ thƣờng dùng
1.3. Kết luận
Chƣơng 2 – RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY VÀ
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L
2.2. Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle SEL-411L
2.3. Kết luận
Chƣơng 3 – PHÂN TÍCH CẤU HÌNH VÀ THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY 500kV PLEIKU - CẦU BÔNG
3.1. Tính toán chỉnh định, cài đặt & cấu hình rơle SEL-411L
3.2. Thí nghiệm hệ thống rơle bảo vệ SEL-411L
Chƣơng 4 – MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỨC NĂNG 87L
TRONG SEL-411L TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK/ SIMPOWER SYSTEM

4.1. Xây dựng mô hình để mô phỏng
4.2. So sánh, phân tích đánh giá kết quả
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY
Trong HTĐ Việt Nam, lƣới truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc kết nối
điện giữa các khu vực, nối các nhà máy điện đến các TBA để truyền tải điện cho khắp
mọi miền đất nƣớc. Vì vậy, việc thiết lập một hệ thống truyền tải điện an toàn, tin cậy,
ổn định và bền vững không những là tiêu chí hàng đầu mà ngành điện đã và đang
hƣớng đến mà còn là mong đợi của khách hàng sử dụng điện. Để đảm bảo sự làm việc
liên tục, an toàn và tin cậy của các phần tử trong HTĐ, cần có những thiết bị rơle bảo
vệ để ghi nhận và phát hiện ra phần tử bị hỏng nhằm cô lập ngay chúng ra khỏi HTĐ.
Hiện nay, trong hệ thống điện Việt Nam đã và đang dùng phổ biến rơle kỹ thuật số
đến từ các nhà sản xuất nhƣ SEL, ABB, SIEMENS, SCHNEIDER, TOSHIBA (bảng
1). Ngoài các chức năng chính là bảo vệ, các rơle này còn tích hợp thêm các chức năng
khác nhƣ đo lƣờng, điều khiển, tự động hóa, ghi bản tin sự cố, giám sát cấu hình phần
cứng, phần mềm… Các rơle số có thể làm việc riêng lẻ hoặc kết hợp nhiều chức năng
dự phòng khác trong một rơle mà không làm thay đổi độ tin cậy về chức năng bảo vệ
của chúng.
Bảng 1: Rơle kỹ thuật số ứng dụng trong hệ thống điện Việt Nam
Hãng Rơle
Loại Rơle
SEL
487E, 411, 351, 451, 311L, 411L, 787, 751, 421, 487B
Siemens
7SA522, 7SD522, 7UT6137SJ64, 7SJ80…

ABB
REL 670, REL 511, REF 610, RET 670, REG 670…
Schneider
P123, P127, P132, P443, P543, P632 …
Toshiba
GRD100, GRE110, GBU200, GRZ200 …
Trong chƣơng này sẽ phân tích nguyên lý chức năng bảo vệ so lệch dọc ĐZ trong
rơle số đƣợc sử dụng phổ biến tại các trạm biến áp hiện nay.
1.1. Chức năng bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây

Hình 1.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đường dây


5
Bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện [2]. Hiểu
một cách đơn giản thì nó là rơle bảo vệ có 2 phần tử rơle đƣợc đặt tại 2 đầu đƣờng dây.
Hai phần tử rơle này gửi tín hiệu với nhau thông qua 3 phƣơng thức:
- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơle ở 2 đầu đƣờng dây;
- Kênh truyền dẫn quang;
- Kênh thuê riêng.
Tại cùng một thời điểm thì phần tử rơle sẽ so sánh dòng điện theo đại lƣợng về
pha tại đầu và cuối đƣờng dây đƣợc bảo vệ. Nếu 2 giá trị dòng điện đó có độ lệch lớn
hơn giá trị đƣợc cài đặt thì rơle sẽ tác động cắt máy cắt để cô lập đƣờng dây bị sự cố,
tránh sự cố lan rộng. Để thực hiện điều này, tại hai đầu phần tử đƣợc bảo vệ đặt các
máy biến dòng có cùng tỉ số biến dòng ni. Có hai nguyên lý làm việc của bảo vệ so
lệch là nguyên lý làm việc theo dòng điện tuần hoàn và nguyên lý làm việc theo điện
áp cân bằng. Thời gian tác động của bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây đƣợc cài đặt là 0
(s). Ƣu điểm lớn nhất của bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây là độ tin cậy cao, không phụ
thuộc vào chiều dài của đƣờng dây và cấu tạo của dây dẫn [2].
Khi vận hành bình thƣờng, bỏ qua ảnh hƣởng của dòng dung, dòng điện sơ cấp

CT1 và CT2 là i (hình 1.1). Nếu tỷ số biến dòng giống nhau, cuộn dây nhị thứ của các
biến dòng CT1 và CT2 tại 2 đầu đƣờng dây có thể đƣợc nối trực tiếp tạo thành một
mạch điện kín với dòng điện nhị thứ là I. Nhƣ vậy trong điều kiện vận hành bình
thƣờng, dòng điện chạy qua phần tử đo lƣờng M là zero. Khi một sự cố xuất hiện trong
vùng bảo vệ, xuất hiện dòng sự cố từ trạm 1 đến điểm ngắn mạch là i1, từ trạm 2 là i2,
tƣơng ứng dòng nhị thứ là I1 và I2. Lúc đó dòng chảy qua phần tử đo lƣờng M là I1 + I2
làm tác động phần tử M [2].
Với bảo vệ so lệch dọc ĐZ, để thay thế việc đấu nối mạch dòng điện nhị thứ bằng
dây dẫn phụ, ta sử dụng các đƣờng truyền thông tin nhƣ cáp quang và các bộ giao
diện. Tín hiệu dòng điện tại một đầu đƣợc rơle thu nhận và xử lý số hóa. Mỗi rơle tại
một đầu sẽ đo lƣờng dòng điện tại chỗ và gởi thông tin về độ lớn và góc pha của dòng
điện đến rơle phía đối diện qua các bộ giao diện dữ liệu bảo vệ và đƣờng thông tin.
* Đánh giá bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây:
Tính chọn lọc: Theo nguyên tắc tác động, bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối. Khi trong
HTĐ có dao động hoặc xảy ra tình trạng không đồng bộ, dòng ở 2 đầu phần tử đƣợc
bảo vệ luôn bằng nhau và không làm cho bảo vệ tác động mất chọn lọc [2].
Tác động nhanh: Do bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên không yêu cầu phải phối
hợp thời gian với bảo vệ phần tử kề. Nó có thể thực hiện để tác động không thời gian.
Độ nhạy: Bảo vệ có độ nhạy tƣơng đối cao do dòng khởi động có thể chọn nhỏ hơn
dòng làm việc của đƣờng dây [2].


6
Tính đảm bảo:
- Sơ đồ phần rơle của bảo vệ không phức tạp lắm và làm việc khá đảm bảo[2].
- Nhƣợc điểm chủ yếu của bảo vệ là có dây dẫn phụ . Khi đứt dây dẫn phụ có
thể làm kéo dài thời gian ngừng hoạt động của bảo vệ, hoặc bảo vệ có thể tác động
không đúng (nếu bộ phận kiểm tra đứt mạch thứ cấp không làm việc) [2].
Hiện nay, cấu hình các hệ thống rơle bảo vệ cho hệ thống lƣới truyền tải của EVN [9]:
* Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đƣờng dây trên không 500kV bảo vệ cho đƣờng

dây 500kV có hai sợi cáp quang độc lập liên kết hai trạm 500kV hai đầu đƣờng dây,
bao gồm ba bộ bảo vệ:
 Bảo vệ chính 1: đƣợc tích hợp các chức năng 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, 74;
 Bảo vệ chính 2: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51, 50/51N,
79/25, 27/59, 50BF, 85;
 Bảo vệ dự phòng: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74. Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 đƣợc dự phòng
kép, tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong một trong hai bộ bảo vệ chính. Hai bộ
bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên hai sợi cáp quang độc lập. Bảo vệ khoảng cách đƣợc
phối hợp hai đầu với nhau thông qua một trong hai sợi cáp quang nêu trên hoặc PLC.
* Bảo vệ cho đƣờng dây 500kV chỉ có một sợi cáp quang liên kết hai trạm 500kV hai
đầu đƣờng dây, bao gồm hai bộ bảo vệ:
 Bảo vệ chính: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74;
 Bảo vệ dự phòng: đƣợc tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74. Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 đƣợc dự phòng
đúp, đƣợc tích hợp trong bảo vệ dự phòng và trong bảo vệ chính. Bảo vệ so lệch
truyền tín hiệu trên đƣờng cáp quang. Chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ
chính đƣợc phối hợp hai đầu với nhau thông qua sợi cáp quang nêu trên. Bảo vệ
khoảng cách dự phòng đƣợc phối hợp hai đầu với nhau thông qua kênh tải ba.
1.2. Các loại rơle số bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây thƣờng dùng
Ngày nay với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, rơle điện từ đƣợc
thay thế bằng rơle kỹ thuật số có các tính năng vƣợt trội. Nhiều nhà sản xuất trên thế
giới đã chế tạo các dòng sản phẩm chất lƣợng và tin cậy nhƣ rơle kiểu 7UT51, 7SD52
của hãng Siemens, rơle kiểu MTP của hãng GE Multilin, bảo vệ so lệch ĐZ SEL-311L
và đặc biệt là SEL-411L của hãng SEL…Đặc điểm của bảo vệ so lệch đƣờng dây là
rơle phải đƣợc đặt ở hai đầu đƣờng dây truyền tải và chúng cần phải tƣơng đồng về
tính năng kỹ thuật, nhƣ hình 1.2.

7

Hình 1.2: Bảo vệ so lệch dọc đường dây tương đồng về tính năng kỹ thuật.
Thực tế hiện nay, việc đầu tƣ mua sắm thiết bị cho hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng
dây truyền tải điện cao áp là do các chủ đầu tƣ xây dựng các trạm biến áp ở hai đầu
đƣờng dây truyền tải thực hiện và việc liên lạc giữa hai hệ thống bảo vệ này thông qua
các thiết bị Teleprotection (truyền cắt bảo vệ xa); PCM-30 ...và 02 lõi cáp quang trong
số 12 lõi của ĐZ cáp quang OPGW-12 treo trên đƣờng dây truyền tải điện cao áp.
Do đó, để hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng dây tác động nhanh và tin cậy cần phải có
sự phối hợp chặt chẽ giữa các chủ đầu tƣ trong quá trình mua sắm thiết bị, ví dụ đối
với hệ thống bảo vệ so lệch đƣờng dây SEL-411L cần phải biết rõ Order Code
(0411L7JC0421524XX) của rơle đã đƣợc hoặc sẽ lắp đặt ở phía đầu ĐZ đối diện.
1.3.Kết luận
Chƣơng 1 đã trình bày nguyên lý làm việc cơ bản của chức năng bảo vệ so lệch ĐZ
trên rơle kỹ thuật số. Qua đó cho ta thấy rơle kỹ thuật số ngày nay đƣợc tích hợp nhiều
chức năng bảo vệ với khả năng chỉnh định thông số cài đặt và lập trình đƣợc nên có độ
linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tƣợng bảo vệ khác nhau. Trên cơ sở đó ta đi
sâu vào phân tích các chức năng của rơle SEL 411L và các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo
vệ trong chƣơng 2.


8
CHƢƠNG 2
RƠLE SEL-411L BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƢỜNG DÂY VÀ CÁC YẾU
TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA RƠLE
2.1. Các chức năng làm việc của SEL-411L
SEL-411L đƣợc thiết kế cho bảo vệ ĐZ và cáp lực với các cấp điện áp truyền tải
(lƣới 220kV, 500kV tại Việt Nam). Nó tích hợp các chức năng: bảo vệ so lệch dọc ĐZ,
khoảng cách, bảo vệ quá dòng, điện áp, tần số, định vị sự cố trong một khối rơle.
Dƣới đây là một số tính năng cơ bản mà SEL411L có thể thực hiện:

- Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ hoặc cáp lực, tác động nhanh và an toàn (sử dụng
chức năng so lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối).
- Đầy đủ các chức năng bảo vệ dự phòng tin cậy nhƣ: 21, 50/51… (kết hợp 5
vùng của các phần tử khoảng cách pha-pha và pha-đất với các phần tử quá dòng có
hƣớng); Cung cấp phần tử 21 và hƣớng trong các sơ đồ bảo vệ dựa trên đƣờng truyền
tin nhƣ: POTT, DCB và DCUB hoặc cho bảo vệ dự phòng cắt nhanh/có thời gian.
- Cắt với tốc độ cao: Rơle này dùng phần tử HSDPS (lựa chọn hƣớng và pha tốc
độ cao) và các phần tử 21 tốc độ cao để phát hiện các sự cố có dòng lớn của HTĐ nhƣ
ngắn mạch pha-pha.
- Đầy đủ chức năng đóng lặp lại có kiểm tra hòa đồng bộ cho 02 máy cắt;
- Đồng bộ pha (synchrophasor);
- Giám sát mạch cắt;
- Chức năng ghi chụp sự cố nâng cao file có độ phân dải cao, bản ghi có thể lên
đến 8kHZ mẫu;
- Định vị sự cố bằng 3 phƣơng pháp trong đó có phƣơng pháp định vị bằng sóng
lan truyền (TWFL) là ƣu việt nhất;
- Tự động hóa: Tận dụng các tính năng tự động hóa nâng cao bao gồm các phần
tử lập trình để điều khiển tại chỗ và từ xa. Sử dụng các đƣờng links nối tiếp và
Ethernet để truyền tải thông tin quan trọng một cách hiệu quả, bao gồm cả dữ liệu đo
lƣờng, bảo vệ và điều khiển trạng thái I/O, đồng bộ pha theo IEEE C37.118, các tin
nhắn GOOSE IEC 61850, các bộ ghi sự kiện (SER), các báo cáo, giám sát MC, các
bản ghi sự kiện tóm tắt của rơle và đồng bộ hóa thời gian... Sử dụng các phƣơng trình
điều khiển SELOGIC mở rộng với các hàm toán học và so sánh trong các ứng dụng
điều khiển. Có các mức xác nhận để chỉnh định mạch đầu vào điều khiển cách ly cao
để kết hợp dễ dàng các phần tử từ các hệ thống khác nhau. Kết hợp tới 1000 lines của
logic tự động hóa để tăng tốc và cải thiện các hoạt động điều khiển.
Kết nối thông tin đa dạng (Rơle cung cấp các giao diện truyền thông mở rộng từ tiêu
chuẩn SEL ASCII và các giao thức truyền thông nâng cao MIRRORED BITS® cho
tới kết nối Ethernet với card Ethernet tùy chọn. Với card Ethernet, có thể sử dụng các

9
công cụ truyền thông mới nhất của ngành, bao gồm các giao thức: Telnet, FTP, IEC
61850 và DNP3 (nối tiếp và LAN / WAN)).
Phần mềm ACSELERATOR QuickSet® SEL-5030 hỗ trợ trong việc cấu hình, thiết
lập, kiểm soát và thu thập dữ liệu từ rơle (tại chỗ và từ xa). Phần mềm này đƣợc bao
gồm khi mua card Ethernet tùy chọn với sự hỗ trợ của giao thức IEC 61850.
ACSELERATOR Architect cho phép bạn xem và cấu hình theo giao thức IEC 61850
thông qua giao diện GUI.
2.1.1. Chức năng chính: Bảo vệ so lệch dọc đường dây SEL-411L
2.1.1.1. Chức năng 87L

Hình 2.1: Vùng làm việc và vùng hãm của chức năng so lệch ĐZ
Bảo vệ chính so lệch dọc ĐZ, tác động nhanh và an toàn (sử dụng chức năng so
lệch ĐZ để bảo vệ hai, ba hoặc bốn thiết bị đầu cuối, hình 2.1). SEL-411L áp dụng
thuật toán Alpha Plane tổng quát sử dụng cho các ứng dụng nhƣ nhiều dòng trong
vùng so lệch, ứng dụng hãm sóng hài hoặc cho máy biến áp (MBA) dạng ―in-line‖ và
bù dòng nạp của ĐZ. Với thuật toán AP thì các phần tử so lệch mỗi pha riêng biệt
(87LP), so lệch thứ tự nghịch (87LQ) và so lệch thứ tự 0 (87LG) dùng bộ so sánh AP.
Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố ngoài vùng, chúng cung cấp chức năng
87L an toàn và nhạy. Nguyên lý AP tổng quát tƣơng tự nhƣ SEL-311L có hai đầu
cuối. Tuy nhiên, SEL-311L & SEL-411L là hai nền tảng phần cứng và phần mềm
hoàn toàn độc lập. Chúng không tƣơng thích để dùng chung trong một sơ đồ 87L.
SEL411L chứa năm thành phần so lệch dọc đƣờng dây gồm: Một cho từng pha
(87LP: pha A, B và C), một cho thứ tự nghịch (87LQ) và một cho thứ tự không
(87LG), sử dụng các bộ so sánh AP. Các thành phần pha cung cấp bảo vệ tốc độ cao
cho sự cố có dòng lớn. Thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không cung cấp bảo vệ
nhạy cho sự cố dòng không đối xứng. Kết hợp với giám sát quá dòng, giám sát sự cố
ngoài vùng, bù dòng điện nạp tùy chọn, và logic phát hiện sự cố. Chức năng 87L hoạt
động an toàn và đảm bảo độ nhạy cao nhất.

Bù dòng điện nạp đƣờng dây tăng cƣờng độ nhạy của các phần tử 87L trong
các ứng dụng của rơle để bảo vệ các đƣờng dây cao áp dài hoặc cáp điện. Dòng điện
nạp đƣợc tính toán bằng cách sử dụng các điện áp ở cuối đƣờng dây đo đƣợc. Giá trị
này sau đó đƣợc trừ đi từ dòng điện pha đƣợc đo. Phƣơng pháp bù này cho kết quả bù
chính xác cho cả điều kiện hệ thống cân bằng và không cân bằng.
87L trong rơle cung cấp những chức năng sau đây:


10
➤Tính toán các sóng hài trong dòng so lệch cho các ứng dụng MBA dạng ―inline‖ mà không cần phải gửi các sóng hài của các dòng điện đầu cuối qua kênh 87L.
➤Giám sát sự cố bên ngoài dựa vào trình tự gia tăng dòng so lệch và dòng hãm.
2.1.1.2. Đặc tính Alpha Plane tổng quát (mở rộng)-AP
Giá trị Alpha là một tỷ số phức giữa dòng dòng từ xa (IR) và tại chỗ (IL). Nó
đƣợc đại diện bằng độ lớn và góc pha. Nguyên lý bảo vệ so lệch dọc đƣờng dây AP có
thể đƣợc áp dụng một cách tự nhiên cho các vùng đƣợc bao bọc bởi hai dòng điện,
chẳng hạn nhƣ đối với hai đƣờng dây đầu cuối đƣợc kết nối trong sơ đồ có một máy
cắt ở mỗi đầu (xem hình 2.2). Trong trƣờng hợp này, chúng ta đo lƣờng và so sánh tỉ
số phức của hai dòng điện (k = IR/IL) với đặc tính làm việc. Qui định dòng chạy vào
ĐZ đƣợc bảo vệ có góc 00, dòng chạy ra khỏi ĐZ đƣợc bảo vệ có góc 1800. Khi vận
hành bình thƣờng hoặc sự cố ngoài vùng đƣợc bảo vệ thì tỉ số dòng điện ở hai đầu là
1  1800 . SEL-411L có đặc tính bao xung quanh điểm 1  1800, vùng đó gọi là vùng
hãm. Rơle sẽ không tác động khi tỷ số dòng điện nằm trong vùng hãm.
+ Làm tƣơng tự nhƣ thế cho các pha khác (B và C).

Hình 2.2: Đặc tính làm việc và hãm của chức năng 87L trong SEL-411L
Nguyên tắc hoạt động của AP đã đƣợc chứng minh an toàn, nhanh chóng và
nhạy vì sự kết hợp của các yếu tố bao gồm: khả năng chống lại tốt với mức độ bão hòa
của CT khi ngắn mạch ngoài, độ nhạy tốt, tốc độ của các phần tử so lệch (87LQ,
87LG), và độ nhạy tốt của các phần tử (87LQ và 87LG).
Thuật ngữ ―AP mở rộng‖ đề cập đến một thuật toán với các đặc điểm sau:

➤ Nó đo lƣờng bất kỳ số lƣợng dòng điện nào có liên kết với vùng so lệch.
➤ Nó cho phép thao tác tùy ý các tín hiệu trung gian so lệch và hãm.


11
➤ Nó tạo ra hai dòng điện tƣơng đƣơng (dòng tại chỗ và dòng từ xa) để cho ra
một tỷ số phức trên AP, với tỷ số này kiểm tra so với đặc tính làm việc của AP. Rơle
sử dụng thuật toán AP mở rộng vì những lý do sau:
+ Khả năng làm việc với các ĐZ có nhiều đầu với mỗi thiết bị đầu cuối có nhiều
dòng điện liên kết với vùng 87L.
+ Có khả năng thực hiện bù dòng điện nạp không phải ƣớc tính chính xác số
lƣợng dòng điện nạp từ mỗi thiết bị đầu cuối liên kết với vùng so lệch. AP truyền
thống hoạt động dựa trên các dòng điện của vùng và sẽ yêu cầu mỗi dòng điện của
vùng phải đƣợc bù riêng.
+ Khả năng cung cấp bảo vệ MBA dạng ―in-line‖, đặc biệt là với lợi thế của việc
hãm sóng hài khi tình trạng dòng từ hóa tăng vọt. AP truyền thống không phát hiện tín
hiệu hãm sóng hài này và không thể có các ứng dụng nhƣ vậy.
+ Có khả năng hãm tốt các phần tử so lệch (87LQ và 87LG) hơn khi sự cố ngoài
vùng bảo vệ (ví dụ nhƣ các sự cố ba pha đối xứng).
2.1.1.3. Giám sát sự cố ngoài vùng bảo vệ
Chức năng 87L của rơle kết hợp một thuật toán phát hiện sự cố ngoài vùng bảo vệ.
Thuật toán này phân tích một số tính năng nhất định của các dòng điện vùng 87L để
khai báo sự kiện bên ngoài nhƣ: sự cố, khởi động tải dƣới tỷ số X/R đặc biệt cao, hoặc
dòng từ hóa tăng vọt của MBA có thể gây nguy hiểm cho sự an toàn của 87L khi độ
bão hòa của CT có thể xuất hiện.
Việc xác định thuật toán xảy ra trƣớc và ở bất kể độ bão hòa nào của biến dòng (CT),
có tính an toàn thích hợp cho sơ đồ 87L, đặc biệt là đối với các phần tử 87LQ và
87LG. Thuật toán phát hiện sự cố bên ngoài gồm hai trƣờng hợp:
➤Trƣờng hợp ―bão hòa AC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa có khả năng nhanh và
nghiêm trọng do biên độ của dòng điện rất lớn trong các sự cố bên ngoài gần sát vùng;

➤Trƣờng hợp ―bão hòa DC‖ bảo vệ chống lại sự bão hòa chậm và ít nghiêm
trọng hơn, nhƣ trong các trƣờng hợp: dòng từ hóa MBA tăng đột biến hoặc các sự cố
với tỉ số X/R đặc biệt cao.
Hình 2.3 cho thấy một sơ đồ logic đơn giản về thành phần ―bão hòa AC‖ của thuật
toán. Nguyên lý hoạt động dựa trên cơ sở rằng: sau khi sự cố khởi động, dòng so lệch
không xuất hiện ngay khi có sự cố ngoài vùng bảo vệ, nhƣng tín hiệu hãm lập tức tăng
ngay. Logic sự cố ngoài vùng này khác với logic sự cố trong vùng (trong đó, cả dòng
so lệch và dòng hãm đều xuất hiện đồng thời). Thuật toán theo dõi sự khác biệt này
đáp ứng với những thay đổi về dòng so lệch và dòng hãm. Nếu thuật toán phát hiện sự
gia tăng đầy đủ về tín hiệu hãm mà không có sự gia tăng tƣơng ứng của tín hiệu so
lệch, nó sẽ thông báo có một sự cố bên ngoài. Khi cả hai tín hiệu phát triển đồng thời,
logic EFDAC sẽ không khẳng định.


12

Hình 2.3: Sơ đồ logic giám sát sự cố ngoài vùng (trường hợp “bão hòa AC”)
Nói chung, rơle sẽ phát hiện ra sự cố ngoài vùng (trong giới hạn độ nhạy của
thuật toán phát hiện sự cố) đối với tất cả các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị ở các
đầu đƣờng dây liên quan. Tùy thuộc vào dòng điện chạy về điểm sự cố ngoài vùng,
rơle có thể phát hiện hoặc không phát hiện ra các sự cố ngoài vùng gần sát với thiết bị
ở các đầu đƣờng dây từ xa. Để giải quyết vấn đề này, các rơle chuyển đổi các bit phát
hiện sự cố ngoài vùng để thông báo cho tất cả các rơle đặt ở các đầu ĐZ nếu có bất kỳ
rơle nào phát hiện ra một sự cố ngoài vùng.
SEL-411L kết hợp output từ cả hai logic để điều khiển một Relay Word bit (bit)
phát hiện lỗi bên ngoài (EFD). Rơle sử dụng kết hợp ―OR‖ của trƣờng hợp bão hòa
AC và DC không chỉ để điều khiển bộ giám sát sự cố bên ngoài tại chỗ, mà còn để
chuyển tiếp thông tin về sự cố bên ngoài đến tất cả các thiết bị đầu cuối từ xa.
Bit EFD mà chúng ta thấy là output của Hình 2.4 là 1 sự kết hợp ―OR‖ của bộ
phận giám sát sự cố ngoài vùng tại chỗ và từ xa. Bằng cách này, tất cả các thiết bị đầu

cuối đều nhận đƣợc một cảnh báo về sự cố ngoài vùng ngay cả khi một trong các thiết
bị đầu cuối có dòng điện nhỏ nhất đóng góp cho sự cố. Khi xác nhận bit EFD thì tất cả
các phần tử 87L chuyển sang chế độ an toàn cao.

Hình 2.4: Bộ phận giám sát sự cố ngoài vùng kết hợp (AC & DC)
2.1.1.4. MBA dạng mắc nối tiếp
Chức năng 87L thực hiện việc bù nhóm vector MBA dạng mắc nối tiếp. Chức năng
này cũng cung cấp logic khóa trong điều kiện đóng xung kích MBA và cung cấp cả
hai: hãm sóng hài và chặn dòng từ hóa trong MBA. Việc bù dòng điện xảy ra ở rơle tại
chỗ trƣớc khi đến rơle từ xa. Khi rơle tại chỗ nhận dữ liệu từ các thiết bị ở đầu ĐZ đối
diện, nó có thể lấy đƣợc các dữ liệu này thông qua việc sử dụng cùng tín hiệu đang xử
lý và thuật toán nhƣ Hình 2.5.


13

Hình 2.5: Bù MBA dạng In-Line ở rơle tại chỗ
2.1.1.5. Chức năng cắt một pha từ 87L
SEL-411L cho phép cắt một pha từ 87L. Điều này bao gồm các sự cố điện trở cao từ
các phần tử 87LQ và 87LG nhạy. Các phần tử này không có pha sự cố cố định. Do đó,
chức năng 87L kết hợp logic lựa chọn pha bị sự cố của chính nó và sử dụng các thành
phần đối xứng trong các dòng so lệch pha để cung cấp kiểu sự cố rất nhạy, chính xác
và nhanh để nhận biết. Dòng so lệch có sẵn cho SEL-411L là dòng sự cố tại điểm sự
cố. Mối quan hệ về góc pha giữa các thành phần đối xứng của dòng sự cố này cho
phép lựa chọn pha rất chính xác, ngay cả dƣới sự hiện diện của dòng điện nạp, sai số
CT hoặc một số lỗi về đồng bộ hóa dữ liệu. Rơle cũng sử dụng logic lựa chọn pha bị
sự cố này từ 87LP các phần tử pha bởi vì các phần tử này kém nhạy hơn và có thể thay
đổi độ tin cậy giữa ba pha theo điện trở sự cố và các điều kiện khác. Khi thực hiện cắt
1 pha trong chế độ ―slave‖ từ logic 87DTT, SEL-411L sử dụng logic nhận dạng một
đầu đã đƣợc chứng minh dựa trên các mối quan hệ về góc trong dòng điện tại chỗ.

2.1.2. Các chức năng bảo vệ khác
2.1.2.1. Chức năng bảo vệ khoảng cách (21)
SEL-411L có năm vùng khoảng cách độc lập: vùng 1 và 2 đƣợc chọn cố định theo
hƣớng thuận. Vùng 3, 4 và 5 có thể chọn hƣớng thuận hoặc nghịch nhƣng khi trong
cùng 1 vùng pha-pha hay pha-đất, nếu ta đã chọn theo một hƣớng nào đó thì chức năng
còn lại cũng chọn theo hƣớng đó. Tất cả các vùng đƣợc cài đặt độc lập. Chức năng này
dùng cực tính điện áp thứ tự thuận và để tạo ra một đặc tính đƣờng tròn mở rộng. Các
phần tử khoảng cách pha hoạt động trên các sự cố pha-pha, pha-đất và 3 pha.
Bảo vệ khoảng cách đặc tính Mho: SEL-411L sử dụng đặc tính Mho cho pha-pha và
pha-đất. Hai vùng đƣợc cố định theo hƣớng thuận và ba vùng còn lại có thể đƣợc đặt
hƣớng thuận hoặc nghịch.
Tất cả các phần tử Mho sử dụng cực tính thứ tự thuận mở rộng đặc tính hoạt động tỷ
lệ với trở kháng nguồn. Điều này tạo sự tin cậy, an toàn cho các sự cố sát vùng.


14

Hình 2.6: Đặc tính Mho-Đặc tính trạng thái ổn định và đặc tính mở rộng
Logic xâm lấn tải: Là chức năng ngăn chặn sự tác động nhầm của rơle khi HTĐ đang
vận hành trong tình trạng tải lớn [11]. Khi chức năng này đƣợc cài đặt, nếu rơle tính
toán giá trị tổng trở thứ tự thuận nằm trong vùng đặt của tải thì chức năng 21 sẽ khóa.
Vì vậy khi thí nghiệm các điểm nằm sát trục X thì sẽ không tác động chính xác.

Hình 2.7: Logic xâm lấn tải
Logic kiểm tra mất áp (LOP) giám sát các phần tử hướng: Logic này tham gia bảo vệ
khóa chức năng khoảng cách khi phần tử ELOP= Y hoặc Y1. Khi đó rơle sẽ khóa chức
năng bảo vệ khoảng cách khi phát hiện mất áp.
Bảo vệ khoảng cách đặc tính tứ giác (Quad): SEL-411L cung cấp năm vùng đặc tính
tứ giác cho pha và đất. Các đƣờng trở kháng của đặc tính tứ giác tự động nghiêng với
dòng tải để tránh truyền cắt dƣới/vƣợt tuyến. Các cài đặt có sẵn ngăn chặn sự vƣợt

tuyến của đặc tính tứ giác. Ta có thể chọn để không cho phép các phần tử khoảng cách
Mho và Quad hoạt động hoặc sử dụng chúng một cách riêng biệt hoặc đồng thời. Mỗi
phần tử khoảng cách đều có cài đặt cụ thể. Phần tử khoảng cách đất bao gồm 3 cài đặt
hệ số bù thứ tự 0 (k01, k0R, và k0F) để tính trở kháng sự cố đất một cách chính xác.
Cài đặt k01 sử dụng các đại lƣợng thứ tự nghịch để điều chỉnh trở kháng ĐZ thứ tự 0
để đo chính xác. Cài đặt k0F và k0R cho thứ tự thuận và thứ tự nghịch.


15

Hình 2.8: Đặc tính Quad
Để có đƣợc kết quả thử nghiệm đạt chuẩn thích hợp cho các phần tử tứ giác (sự cố
đất), thƣờng hay sử dụng mô hình trở kháng nguồn không đổi (để có thể mô phỏng sự
thay đổi của HT thực cho độ lớn và góc pha của cả điện áp và dòng điện để đạt đƣợc
điểm trở kháng yêu cầu.
Hướng: Chức năng về hƣớng gia tăng độ nhạy và an toàn: SEL411L dùng các phần
tử kiểm tra hƣớng để giám sát các thành phần bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá dòng có
hƣớng. Phần tử hƣớng thứ tự nghịch sử dụng cùng nguyên tắc giống trong rơle SEL321 và SEL-421.
2.1.2.2. Chức năng gia tốc bảo vệ (Logic chống đóng vào điểm sự cố-SOTF)
Khi đóng điện vào ĐZ đang sự cố do những nguyên nhân khách quan và chủ quan
thƣờng hay xảy ra và gây ra hậu quả nghiêm trọng về thiết bị và con ngƣời. Các sự cố
này dù lớn hay nhỏ cần phải đƣợc cô lập ngay lập tức.
Vì thế, ta có mạch gia tốc bảo vệ SOTF để cô lập sự cố một cách nhanh chóng nhất
dù xảy ra ở bất kỳ hình thức nào (thực tế chỉ là một bảo vệ cắt nhanh).
Với SEL-411L: Chức năng SOTF hoạt động khi có sự cố trên ĐZ thì rơle sẽ gởi lệnh
đóng lặp lại. Khi tự động đóng lặp lại hoặc đóng bằng tay không thành công do sự cố
vẫn còn tồn tại thì chức năng SOTF sẽ đƣợc kích hoạt. Khi MC đƣợc nhận lệnh cắt từ
SOTF, chức năng F79 sẽ phải bị khóa.
Logic SOTF cho phép các phần tử bảo vệ cắt trong một khoảng thời gian đƣợc đặt
trƣớc sau khi MC đóng. Các phần tử này trong phƣơng trình điều khiển SELOGIC

TRSOTF (đi cắt để chống đóng vào điểm sự cố). Logic SOTF làm việc qua hai giai
đoạn: Xác nhận một điều kiện SOTF có thể và khởi động thời gian bảo vệ SOTF. Rơle
xác nhận điều kiện SOTF nhƣ sau:
➤ Khi MC mở: Phát hiện điều kiện mở 1 pha (3PO hoặc SPO) khi cài đặt 52AEND.
➤ Khi MC đóng: Phát hiện điều kiện mở 1 pha (3PO hoặc SPO) khi cài đặt
CLOEND không phải là OFF.
2.1.2.3. Chức năng dò dao động công suất (78)
Dao động công suất (PWS) là chế độ làm việc bất thƣờng của HTĐ [12]. PWS sẽ
xuất hiện khi HT xảy ra các sự cố, truyền tải công suất quá cao, hoặc trong quá trình