Nghiên cứu khả năng chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới điện trung áp 22KV

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

MAI VĂN HUỲNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHUẨN HÓA
CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
LƯỚI TRUNG ÁP 22KV

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội 2008


Abstract

Safety and reliability are two of the most important aspects of electric power
supply systems.Faults on distribution circuits are normally detected by simple
overcurrent relaysThe protective devices of distribution networks include mediumvoltage breaker and relay,recloser,sectionalising and fuse. The their protective
coordinations are not good so the relay protection system is not unreasonable such
as:wrong ,nonreliable actions or no actions.
Downed conductors, tree branches touching conductors, and failing
insulators often cause high impedance faults in overhead distribution systems. The
levels of currents of these faults are often much smaller than detection thresholds of
traditional ground fault detection devices, thus reliable detection of these high
impedance faults is a real challenge. This can be hamful for people .
The solutions are showed such as: selecting typical schemas for 22 kV
branchs ,22kV loop circuirt ;coordinating and setting the protection relay for 22 kV
branchs

,22kV

loop

circuirt

in

order

to

downed

to

the

faults

usefully.Meanwhile,this project also proposes the protection manner for the 22kV
lines through the high earth resistance areas
Keywords:faults,distribution

circuits,overcurrent

relay,medium-voltage

breaker,relay,recloser,sectionalising,fuse ,protective coordination,high impedance

fault.


LỜI CẢM ƠN
Trải qua hơn hai năm học tập ở lớp cao học Hệ thống điện(2006-2008) dưới
sự giúp đỡ của Nhà trường,cơ quan,tập thể các thầy giáo ,cô giáo khoa Điện trường
Đại học Bách Khoa Hà nội ,tơi đã hồn thành luận văn thạc sĩ hệ thống điện với đề
tài “Nghiên cứu khả năng chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới điện
trung áp 22kV”.
Tơi vơ cùng biết ơn sự hướng dẫn ,giúp đỡ tận tình của thầy giáo
GS.VS.TSKH Trần Đình Long trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn
tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập đồn EVN,Cơng ty Điện lực 3,Điện lực Bình
Định đã tạo điều điện cho tơi tham gia khóa học .Tơi cũng xin chân thành cám ơn
tập thể các thầy giáo ,cơ giáo ,các giáo sư,phó giáo sư ,các tiến sĩ của khoa Điện
trường Đại học Bách Khoa Hà nội đã tận tình truyền thụ kiến thức cho chúng tôi
trong thời gian học tập và xin chân thành cám ơn trường Cao Đẳng Điện lực Miền
Trung (Hội An,Quảng Nam) đã tạo điều kiện tốt về cơ sở học tập ,sinh hoạt trong
thời gian chúng tơi theo đuổi khóa học.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đang công tác tại các
cơ quan :Chi nhánh điện Quy nhơn,Điện lực Bình Định,Cơng ty Điện lực 3,Cơng ty
Điện lực 2,Cơng ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh ...đã góp ý và cung cấp số liệu
giúp tơi hồn thành bản luận văn tốt nghiệp.
Trân trọng cám ơn!
Tác giả luận văn

Mai Văn Huỳnh


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và
chưa từng được ai cơng bố trong bất cứ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Mai Văn Huỳnh


MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
MỞ ĐẦU
Chương 1

1
TỔNG QUAN

4

1.1.Xu thế phát triển các thiết bị bảo vệ và tự động hoá lưới điện trung áp

4

1.2.Các thiết bị bảo vệ và tự động hoá lưới điện trung áp ở Việt Nam

4

Chương 2

CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH BÌNH ĐỊNH,
CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐANG SỬ DỤNG TRÊN LƯỚI

2.1.Cấu trúc lưới điện trung áp tỉnh Bình Định .

15
15

2.1.1.Các điều kiện tự nhiên, xã hội và kinh tế của tỉnh Bình Định

15

2.1.2.Quá trình hình thành và phát triển lưới điện phân phối tại Bình Định

15

2.1.3.Cấu trúc lưới điện trung áp tỉnh Bình Định

17

2.2.Các thiết bị bảo vệ và tự động hố lưới điện trung áp 22kV
tỉnh Bình Định đang sử dụng
2.2.1.Thiết bị bảo vệ cho nhánh rẽ cụt 22kV

21
21

2.2.2.Thiết bị bảo vệ cho xuất tuyến 22kV có liên kết nguồn với xuất tuyến
22kV khác.
2.3. Đặc tính kỹ thuật của các TBBV và TĐH trên LĐPP 22kV

23
23

2.3.1.Máy biến điện áp

23

2.3.2.Máy biến dòng điện

24

2.3.2.Các loại rơ le đang được sử dụng.

24

2.3.4.Các loại máy cắt đang được sử dụng

26

2.3.5.Các loại recloser đang sử dụng.

26


2.3.6.Cầu chì tự rơi FCO, cầu chì cắt có tải LBFCO và dây chảy trung áp.

27

2.3.7.Các thiết bị tự động hoá .

28

2.4.Các vấn đề cần giải quyết đối với thiết bị bảo vệ và tự động hoá

28

lưới điện trung áp 22kV tỉnh Bình Định.
2.4.1.Tác động nhầm

28

2.4.2.Tác động khơng chọn lọc

28

2.4.3.Vấn đề phối hợp giữa bảo vệ rơ le ,recloser và cầu chì

29

2.4.4.Ảnh hưởng của điện trở đất đến hoạt động của bảo vệ chống sự cố
chạm đất

30

2.4.5.Vấn đề phát hiện và cách ly nhanh phần tử sự cố trong LĐPP
có nhiều nhánh rẽ khơng đặt máy cắt

31

2.4.6.Đánh giá tình hình vận hành của các TBBV và TĐH
lưới điện trung áp 22kV tỉnh Bình Định
Chương 3

32

VẤN ĐỀ CHUẨN HỐ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ
TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 22KV

34

3.1. Lựa chọn thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới điện trung áp 22kV

34

3.1.1.Lựa chọn thiết bị bảo vệ và tự động hoa cho nhánh rẽ cụt 22kV

36

3.1.2. Lựa chọn thiết bị bảo vệ và tự động hoá xuất tuyến 22kV có liên
kết nguồn với xuất tuyến 22kV khác.

42

3.2.Phương pháp tính tốn, lựa chọn TBBV và TĐH

43

3.2.1.Phương pháp tính tốn chỉnh định bảo vệ rơ le

43

3.2.2. Các phương pháp hiệu chỉnh đặc tính bảo vệ I-t

46

3.2.3. Phương pháp phối hợp bảo vệ

49

3.2.4. Tự động vận hành mạng kín

60

3.2.5. Chọn thông số kỹ thuật các TBBV và TĐH

63

3.3.Phương thức bảo vệ cho đường dây 22kV đi qua vùng có điện trở suất
của đất lớn.

82

3.3.1.Mục đích

82

3.3.2. Tính tốn dịng điện ngắn mạch không đối xứng qua tổng trở

83


3.3.3. Phương thức bảo vệ đường dây 22kV đi qua vùng có điện trở suất
của đất lớn

86

3.4.Đề xuất chuẩn hố TBBV và TĐH cho LĐPP 22kV.

88

3.4.1.Vấn đề chuẩn hóa TBBV và TĐH ở giai đoạn đầu

89

3.4.2.Vấn đề chuẩn hóa TBBV và TĐH ở giai đoạn sau

94

Chương 4

MỘT SỐ ÁP DỤNG CHUẨN HOÁ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ
VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 22KV

4.1.Nhánh rẽ cụt 22kV Cơ khí thống nhất.

95

95

4.1.1.Giới thiệu

95

4.1.2.Quy mô đường dây

95

4.1.3.Các phương thức vận hành và các TBBV đang sử dụng

95

4.1.4.Chuẩn hóa việc chọn TBBV nhánh rẽ cụt 22kV CKTN

97

4.2.Xuất tuyến 22kV 474E20 có liên kết nguồn với xuất tuyến 475E20

103

4.2.1.Giới thiệu

103

4.2.2.Quy mô đường dây

105

4.2.3.Các phương thức vận hành và các TBBV đang sử dụng

105

4.2.4.Chuẩn hóa việc chọn TBBV và TĐH mạch vịng 474E20 -475E20

106

4.2.5.Tính tốn và phối hợp TBBV và TĐH mạch vịng 474E20- 475E20

108

4.3.Chọn TBBV đường dây 22kV Gành Ráng-Bãi Dài đi qua vùng
có điện trở suất đất lớn

113

4.3.1.Giới thiệu

113

4.3.2.Quy mơ đường dây

114

4.3.3.Các phương thức vận hành và các TBBV đang sử dụng

114

4.3.4.Chuẩn hóa việc chọn TBBV đường dây 22kV Gành Ráng-Bãi Dài

114

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

119


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACR

Máy cắt tự đóng lặp lại (recloser)

A3

Trung tâm điều độ Hệ thống điện Miền Trung

BV

Bảo vệ

BVQD

Bảo vệ quá dòng

BVRL

Bảo vệ rơ le

B37

Điều độ Điện lực Bình Định

DĐNM

Dịng điện ngắn mạch

ĐD

Đường dây

FCO

Cầu chì tự rơi

HTĐ

Hệ thống điện

HTBVRL

Hệ thống bảo vệ rơ le

LBFCO

Cầu chì tự rơi cắt có tải

LBS

Dao cắt có tải

LĐPP

Lưới điện phân phối

LS

Dao cách ly thường

MBA

Máy biến áp

MC

Máy cắt

NM

Ngắn mạch

QLVH

Quản lý vận hành

SCADA

Hệ thống điều khiển ,giám sát và thu thập dữ liệu

SEC

Thiết bị phân đoạn tự động.

TBA

Trạm biến áp

TBBV

Thiết bị bảo vệ

TĐH LĐPP

Tự động hóa lưới điện phân phối

TĐL

Tự động đóng lặp lại

TSCN

Tần số công nghiệp

VHHT

Vận hành hệ thống

XT

Xuất tuyến


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Chức năng bảo vệ của các loại rơ le

25

Bảng 2.2: Một số rơ le của các recloser đang sử dụng trên lưới

27

Bảng 3.1: Bảng phối hợp các cầu chì loại K

52

Bảng 3.2: Chọn hệ số m

64

Bảng 3.3: Tính tốn kỹ thuật lựa chọn dây chảy

65

Bảng 3.4: Lựa chọn thông số kỹ thuật của FCO,LBFCO

65

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật cho LS,LBS

67

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật cho recloser

70

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của máy cắt ngồi trời

77

Bảng 3.8: Thơng số kỹ thuật của máy cắt hợp bộ 24kV trong nhà

79

Bảng 3.9: Tóm tắt thơng số kỹ thuật cơ bản của các TBBV và TĐH

89

Bảng 3.10: Chọn TBBV phía trung áp của trạm biến áp phân phối 22/0,4kV

90

Bảng 3.11: Chọn TBBV và TĐH nhánh rẽ cụt 22kV

90

Bảng 3.12: Chọn TBBV và TĐH mạch vòng 22kV

91

Bảng 4.1: Kết lưới mạch vịng 474E20-475E20

108

Bảng 4.2: Thơng số hệ thống tại thanh cái 22kV trạm E20

109

Bảng 4.3: Chọn,phối hợp và hiệu chỉnh các TCC1 của các TBBV

112


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Cầu chì tự rơi

5

Hình 1.2: Cầu chì tự rơi cắt có tải

6

Hình 1.3: Đặc tính I-t của dây chảy

7

Hình 1.4: Cấu tạo tủ MC hợp bộ UniSafe.

9

Hình 1.5: Rơ le q dịng REF 542 plus

11

Hình 1.6: Recloser lắp đặt trên LĐPP

12

Hình 1.7: Thiết bị tự động phân đoạn

13

Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện 110kV-35kV Tỉnh Bình Định

19

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý vận hành xuất tuyến 474E21

37

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý vận hành xuất tuyến 472E20

38

Hình 3.3:Sơ đồ ngun lý mạch vịng 474E20-475E20

41

Hình 3.4:Hiệu chỉnh đường cong bằng hệ số đặt thời gian

47

Hình 3.5:Hiệu chỉnh thêm thời gian tác động

48

Hình 3.6:Hiệu chỉnh cắt nhanh

48

Hình 3.7:Hiệu chỉnh thời gian cắt tối thiểu

49

Hình 3.8:Hiệu chỉnh thời gian cắt tối đa

50

Hình 3.9:Hiệu chỉnh dịng đặt

50

Hình 3.10:Minh họa phối hợp hai cầu chì nối tiếp

52

Hình 3.11:Phối hợp giữa CC 40T và 60T dùng đường cong I-t

53

Hình 3.12:Phối hợp giữa ACR với cầu chì phía tải

54

Hình 3.13:Phối hợp đặc tính dịng điện -thời gian giữa ACR và CC phía tải

56

Hình 3.14:Phối hợp trình tự giữa các ACR

57

Hình 3.15:Sơ đồ khối của SEC sử dụng cho lưới hình tia

58

Hình 3.16:Sơ đồ khối của SEC sử dụng cho lưới mạch vịng

59

Hình 3.17:Tự động vận hành mạng kín

61

Hình 3.19:Tự động tái lập cấu hình khi có sự cố phân đoạn B

63

Hình 3.19:Sự cố pha -đất tại điểm F qua tổng trở

83


Hình 3.20:Sự cố hai pha -đất tại điểm F qua tổng trở

88

Hình 4.1:Sơ đồ nguyên lý vận hành và các TBBV đang sử dụng của nhánh rẽ
Cơ khí Thống nhất

96

Hình 4.2:Chuẩn hóa TBBV trên nhánh rẽ Cơ khí Thống nhất
theo sơ đồ đơn giản của nhánh rẽ cụt 22kV
Hình 4.3:Phối hợp đặc tính I-t giữa rơ le MC474E21 và CC CKTN 100K

98
100

Hình 4.4:Chuẩn hóa TBBV trên nhánh rẽ Cơ khí Thống nhất
theo sơ đồ tiên tiến của nhánh rẽ cụt 22kV
Hình 4.5:Phối hợp đặc tính I-t giữa ACR CKTN và CC TTCN 65K

101
102

Hình 4.6:Sơ đồ nguyên lý vận hành và các TBBV đang sử dụng

của mạch vịng 474E20-475E20

104

Hình 4.7:Sơ đồ ngun lý vận hành đã chuẩn hóa của mạch vịng
474E20-475E20
Hình 4.8:Phối hợp đặc tính TCC1,TCC2 giữa recloser BĐ và Ga

107
111

Hình 4.9:Phối hợp đặc tính TCC1 giữa các TBBV mạch vịng 474E20-475E20 113
Hình 4.10:Sơ đồ nguyên lý vận hành và các TBBV đang sử dụng
của đường dây 22kV Gành Ráng –Bãi Dài
Hình 4.11:Sơ đồ ngun lý đã chuẩn hóa của đường dây Gành Ráng –Bãi Dài

115
117


1

MỞ ĐẦU
Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệp điện
lực,đặc biệt là trong những năm gần đây ,cho phép thiết kế và xây dưng các hệ
thống điện tin cậy và kinh tế nhằm đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu điện năng
ngày càng tăng của xã hội.Trong sự phát triển của các hệ thống điện lực ,các thiết bị
và hệ thống bảo vệ đóng vai trị cực kỳ quan trọng ,nó đảm bảo cho các thiết bị điện
chủ yếu như máy phát điện ,máy biến áp,đường dây dẫn điện trên không và cáp
ngầm ,thanh góp và các động cơ cỡ lớn ...và tồn bộ hệ thống làm việc an toàn ,phát

triển liên tục và bền vững,
Tuy nhiên,hệ thống điện ở nước ta đang trong giai đoạn phát triển nên TBBV
và TĐH rất đa dạng ,tập hợp đầy đủ các TBBV từ thô sơ (cầu chảy ) đến hiện đại
(recloser ...),từ hệ thống bảo vệ kiểu truyền thống đến hệ thống SCADA;mỗi TBBV
lại có rất nhiều chủng loại do nhiều nước sản xuất khác nhau .Vì vậy cơng tác vận
hành hệ thống điện và cơng tác QLVH gặp rất nhiều khó khăn.
Cho đến nay ,do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan,vấn đề bảo vệ
cho lưới điện phân phối (có cấp điện áp ≤ 35kV) vẫn chưa được quan tâm đúng
mức .Điều đó dẫn đến chất lượng cung cấp điện của LĐPP còn ở mức thấp (so với
lưới điện truyền tải cao áp ), thể hiện qua số lần và thời gian mất điện do sự cố cịn
nhiều,phạm vi mất điện (khơng đáng có ) cịn rộng.
Vì vậy,nghiên cứu về TBBV và TĐH trên lưới điện phân phối nhằm tìm ra
một số giải pháp tối ưu để cải thiện chất lượng cung cấp điện của LĐPP là một việc
làm có ý nghĩa trong thực tế hiện nay.
1. Lý do chọn đề tài:
Hệ thống LĐPP 22kV khu vực miền Trung nói chung và tỉnh Bình Định nói
riêng là hệ thống lưới điện 3 pha 3 dây ,trung tính nối đất trực tiếp.LĐPP tỉnh Bình
Định có cấu trúc mạch vòng ,vận hành hở ,được liên kết với nhiều nguồn khác nhau
(các trạm trung gian 110/35/22kV và nhà máy diezel Nhơn Thạnh).Hệ thống bảo vệ
chống sự cố ngắn mạch các pha và chạm đất được trang bị chủ yếu là BVQD và


2

cầu chảy.
Việc chọn sơ đồ bảo vệ cho các nhánh rẽ cụt 22kV,cho XT22kV liên kết
vòng với XT 22kV khác tuy đơn giản nhưng chưa xây dựng được tiêu chuẩn thống
nhất .Việc phối hợp giữa các TBBV trong quá trình vận hành hệ thống chưa đảm
bảo yêu cầu ,dẫn đến khi sự cố xảy ra các TBBV làm việc không hiệu quả ,làm mất
điện diện rộng.Đối với những vùng đất có điện trở suất của đất lớn ,khi xảy ra NM

pha-đất hoặc đứt dây,BVRL không đủ độ nhạy để tác động ,vì thế gây nguy hiểm
cho người,gia súc và thiết bị.
Ngoài ra,TBBV nhiều chủng loại,mức độ đa chức năng khác nhau nên gây
khó khăn trong việc thực hiện phối hợp BV và mua sắm đặt hàng thiết bị .
Với những lý do như trên ,kết quả nghiên cứu của đề tài này nhằm góp phần
giảm thiểu số lần ,thời gian và phạm vi mất điện do sự cố ở LĐPP,qua đó góp phần
nâng cao chất lượng điện năng được cung cấp bởi lưới điện phân phối.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-một số thiết bị bảo vệ rơ le và tự động hóa cơ bản trên LĐPP 22kV.
-bảo vệ chống sét không thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài này.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
-nghiên cứu các dạng sơ đồ bảo vệ rơ le cho nhánh rẽ cụt 22kV.
-nghiên cứu các dạng sơ đồ bảo vệ rơ le cho xuất tuyến 22kV có liên kết
nguồn với xuất tuyến 22kV khác.
-nghiên cứu khả năng phối hợp giữa các TBBV và TĐH.
-nghiên cứu đặc điểm của các TBBV tham gia vào lưới điện có cấu trúc “tự
động vận hành mạng kín “ để có cơ sở chọn TBBV và thực hiện chỉnh định rơ le.
-nghiên cứu đặc điểm của dạng ngắn mạch với đất qua tổng trở ,từ đó đề xuất
phương thức bảo vệ hợp lý cho ĐD 22kV đi qua vùng có điện trở suất đất lớn.
4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:
4.1. Ý nghĩa khoa học:
-đánh giá ưu nhược điểm khi áp dụng các dạng sơ đồ bảo vệ cho nhánh rẽ
cụt 22kV.


3

-đánh giá ưu nhược điểm khi sử dụng các dạng sơ đồ bảo vệ cho xuất tuyến
22kV có liên kết nguồn với xuất tuyến 22kV khác.
-nghiên cứu khả năng phối hợp giữa các TBBV với nhau nhằm tìm ra sự

phối hợp giữa chúng tốt nhất .
-tính tốn và phối hợp các TBBV tham gia vào lưới điện có cấu trúc “tự
động vận hành mạng kín “.
-đề xuất phương thức bảo vệ hợp lý cho ĐD 22kV đi qua vùng có điện trở
suất đất lớn.
4.2. Tính thực tiễn của đề tài:
Kết quả của đề tài có thể áp dụng để:
-chuẩn hóa việc lựa chọn TBBV và TĐH cho nhánh rẽ cụt 22kV,xuất tuyến
22kV liên kết mạch vòng .
-đảm bảo sự phối hợp giữa các TBBV trong LĐPP sẽ đảm bảo độ tin
cậy,tính chọn lọc,tác động nhanh,độ nhạy và tính kinh tế của HTBV.
-đề xuất phương thức bảo vệ cho đường dây 22kV đi qua vùng có điện trở
suất của đất lớn.
-rà soát sắp xếp lại các TBBV và TĐH phù hợp với đặc điểm của LĐPP
khu vực.
-có cơ sở (tiêu chí) để đặt hàng mua sắm TBBV và TĐH cho LĐPP.
5. Đặt tên đề tài:
Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được chọn tên như sau:
”Nghiên cứu khả năng chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới trung
áp 22kV”.


4

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1.Xu thế phát triển các thiết bị bảo vệ và tự động hoá lưới điện trung áp
Lưới điện phân phối của Việt nam đang được quy hoạch phát triển với xu
hướng quy về một cấp điện áp 22kV có trung tính nối đất trực tiếp.

Các thiết bị đóng cắt lắp đặt trên LĐPP dập hồ quang bằng chân khơng hoặc
khí SF6 có tính năng vượt trội ,thời gian cắt ngắn mạch nhỏ (thời gian cắt tồn bộ
trung bình 60ms),đảm bảo tốc độ tác động nhanh và tin cậy với số chu trình thao tác
lớn.
Các TBBV sử dụng cơng nghệ kỹ thuật số có kết cấu gọn nhẹ ,có nhiều chức
năng phối hợp ,vì thế việc phối hợp bảo vệ dễ thực hiện hơn.
LĐPP có kết cấu mạch vịng ,vận hành hở có khả năng liên lạc giữa hai
nguồn hoặc giữa hai xuất tuyến của cùng một nguồn được sử dụng ngày càng phổ
biến.Việc sử dụng các thiết bị mới để TĐH mạch vòng trong LĐPP cũng là một vấn
đề rất thời sự.
Với sự phát triển của kỹ thuật và cơng nghệ hiện đại ,các thiết bị đóng cắt
hiện nay có những tính năng vượt trội so với các thiết bị đóng cắt kiểu cũ ,đó
là:thời gian cắt nhanh,độ tin cậy cao.Ngoài ra rơ le kỹ thuật số với nhiều chức năng
tích hợp ,khả năng kết hợp vào hệ thống SCADA để kiểm sốt và điều khiển tồn
bộ hoạt động của hệ thống bảo vệ đã tạo điều kiện cho việc tự động hóa LĐPP
Xu thế tự động hóa LĐPP đang được ứng dụng rộng rãi và phù hợp với xu
thế phát triển của các nước trên thế giới ,vì vậy TĐH được xem là một phần khơng
thể thiếu trong LĐPP ngày nay.
1.2.Các thiết bị bảo vệ và tự động hoá trên lưới điện trung áp ở Việt Nam.
Các TBBV và TĐH ở Việt nam rất đa dạng về loại thiết bị và chủng loại của
từng loại thiết bị.Hiện nay các thiết bị sau đây thường được sử dụng trên LĐPP :
-cầu chì tự rơi,cầu chì cắt có tải,máy cắt và rơ le,máy cắt tự đóng lặp lại
(recloser),dao cách ly,dao cắt có tải,thiết bị phân đoạn tự động (SEC).


5

Các thiết bị như cầu chì,máy cắt ,dao cách ly và dao cắt có tải là các thiết bị
phổ biến trên LĐPP dược đề cập đến nhiều trong các tài liệu kỹ thuật ,vì vậy đề án
này chỉ nêu chức năng của các thiết bị đó và khơng đi sâu vào mơ tả chi tiết của

thiết bị.
1.2.1.Cầu chì tự rơi (FCO):
FCO (hình1.1)là thiết bị bảo vệ q dịng đơn giản nhất được sử dụng phổ
biến trong LĐPP.Chức năng cơ bản của cầu chì là giải trừ các hiện tượng quá dòng
điện do quá tải hoặc NM ,bảo vệ cho các MBA có cơng suất dưới 3.200kVA.Ngồi
ra cầu chì cịn dùng để bảo vệ nhánh rẽ cụt đường dây và tạo khoảng cách an tồn
trơng thấy khi cơng tác trên lưới điện.

Hình 1.1

Cầu chì tự rơi

Một số thơng số kỹ thuật chủ yếu của FCO trên LĐPP 22kV là :
U đm = 24kV , I đm = 100 A, I nm = 12kA, chiều dài dòng rò

của sứ cách điện là

≥ 2,5mm / 1kV

LBFCO (hình 1.2)có chức năng cơ bản như FCO nhưng nhờ có tiếp điểm
phụ dập hồ quang trong khơng khí nên có thể thao tác đóng cắt nó với dịng tải phù
hợp với thơng số chế tạo của nhà sản xuất.


6

Hình 1.2

Cầu chì tự rơi cắt có tải

Các thơng số kỹ thuật chủ yếu của LBFCO trên LĐPP 22kV tương tự như
FCO 22kV ,còn khả năng cắt dòng điện tải phụ thuộc vào nhà sản xuất.
Các FCO ,LBFCO đang sử dụng trong nước có xuất xứ từ nhiều hãng sản
xuất khác nhau :Cơng ty Thiết bị điện Sài Gịn (SEE),Tuấn Ân ,ABB,ABChance ,Westinghouse(Nam Phi),... Chất lượng của chúng rất không đồng
đều .Các FCO,LBFCO do các hãng trong nước sản xuất thường hư hỏng
cách điện (khuyết tật do chế tạo),cơ cấu ngàm tiếp xúc ,cơ cấu tự rơi thường
bị sét rỉ sau thời gian vận hành khoảng 2-3 năm.
Dây chảy được chế tạo theo một tiêu chuẩn nhất định ,theo đặc tính dây chảy
ta có các loại dây chảy thơng thường như sau:
-dây chảy loại N :loại nàycho phép tải liên tục 100% dịng điện định mức của
nó và sẽ chảy ở ít nhất 230% dịng điện định mức trong khoảng thời gian 5 phút.
-dây chảy loại K và loại T: tương ứng là các loại dây chảy nhanh và chậm.Sự
khác nhau giữa chúng là thời gian nóng chảy chì tương đối được đánh giá bằng tỷ
số tốc độ nóng chảy.Tỷ số tốc độ của dây chảy là tỷ số của dịng điện làm cho dây
chì chảy ở 0,1s và dịng điện làm cho dây chì chảy ở 300s hay 600s(300s ứng với


7

dây chảy có dịng định mức đến 100A và 600s ứngvới dây chảy có dịng định mức
lớn hơn 100A).Dây chảy K có tỷ số tốc độ là 6-8 và loại T là 10-13[2].
-đặc tính I-t của dây chảy (hình 1.3) biểu thị mối liên hệ giữa dòng điện chạy
qua dây chảy và thời gian nóng chảy tương ứng của dây chảy .Thời gian chảy tối
thiểu (minimum melting time ) là giá trị trung bình thời gian giải trừ sự cố của dây
chảy,được đo khi thử nghiệm ở điện áp thấp và khơng phát sinh hồ quang.Cịn thời
gian giải trừ tối đa (maximum clear time) được xác định khi thử nghiệm ở điện áp
cao và là thời gian ngắt tổng bao gồm thời gian chảy của dây chì và thời gian dập tắt
hồ quang [2].Đặc tính này được dùng để phối hợp các đặc tính I-t của thiết bị phía
nguồn hay phía tải.

Hình 1.3

Đặc tính I-t của dây chảy


8

1.2.2.Máy cắt
Máy cắt thường được sử dụng tại các trạm trung gian 110/35/22kV,trạm
trung gian 35/22kV hay trạm cắt.Tại các trạm trung gian 110/35/22kV,máy cắt được
sử dụng là máy cắt hợp bộ (hình 1.4) ; ở trạm trung gian 35/22 hoặc ở trạm cắt,
máy cắt được sử dụng là máy cắt ngoài trời .Máy cắt thường được sử dụng kết hợp
với rơ le.Chủng loại MC rất đa dạng về phương pháp dập hồ quang :bằng dầu,chân
khơng , SF6,khơng khí ,...
Các máy cắt điện tốc độ cao hiện đại có thời gian thao tác từ 20 đến 60ms(từ
1 đến 3 chu kỳ 50Hz);những MC thơng thường cũng có thời gian thao tác không
quá 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50Hz)[1].
Nhờ các ưu điểm là chi phí chế tạo và bảo dưỡng thấp,phương pháp dập hồ
quang có nhiều ưu điểm so với các MC cịn lại ,ngày nay MC dập hồ quang bằng
khí SF6 và đặc biệt là MC dập hồ quang bằng chân khơng được sử dụng rất phổ
biến.Có rất nhiều hãng sản xuất cung cấp máy cắt.Đó là ABB (Thụy Điển,Phần
Lan,Ý,Ấn Độ,Malaixia,Trung Quốc),Siemens (Đức,Ấn Độ),LG (Hàn Quốc),
Alsthom(Pháp,Ấn Độ,Đức,Bỉ,Inđônêxia),Merlin Gerin(Pháp,Việt Nam),Schneider
(Pháp,Việt Nam),AREVA(Inđônêxia)...[7,10]
Thông số kỹ thuật của một máy cắt hợp bộ trong nhà (loại VD4 ) như
sau[18]:
- Điện áp định mức :

24

kV.

- Tần số định mức :

50

Hz.

- Dòng điện định mức của máy cắt lộ tổng/nối 1600 A.
- Dòng điện định mức của máy cắt xuất tuyến

630

A.

- Mức chịu điện áp xoay chiều tăng cao trong 1phút ở TSCN:

50kV

- Mức chịu điện áp xung sét :

125kV.

- Dòng điện ngắn mạch định mức:

25kA.

- Dòng điện ngắn mạch trong 3s:

25kA

- Dòng điện ngắn mạch đỉnh:

63kA

- Chu trình thao tác định mức :

O - 0,3S - CO - 3phút -CO.


9

- Thời gian đóng :

60-80 ms.

- Thời gian cắt :

40-60 ms.

- Điện áp mơtơ căng lị xo :

220 VDC.

Hình 1.4
10B

Cấu tạo tủ MC hợp bộ UniSafe

- Dải điện áp làm việc của mơtơ:

85÷110% U đm

- Cơng suất tiêu thụ của mơtơ:

200 W

- Thời gian căng lịxo:

4-5 s

- Mạch cuộn đóng :

220VDC -200 W.


10

- Mạch cuộn cắt :

220VDC -200W.

- Dải điện áp làm việc của cuộn đóng:

70 ÷110%U đm

- Dải điện áp làm việc của cuộn cuộn cắt: 70 ÷110%U đm
- Trọng lượng của buồng cắt MC lộ tổng :

125kg.

- Trọng lượng của buồng cắt MC xuất tuyến :

115kg.

Hiện nay tại Công ty Điện lực 3 đã sử dụng các máy cắt hợp bộ 24kVcó
dịng điện định mức lên đến 2500A ,dịng điện ngắn mạch định mức 25kA/3s[10].
Trong quá trình vận hành một vài MC SF6 (loại GL107F1-Alstom,Đức) bị rị
khí ,MC chân khơng (loại PCOB-36) bị kẹt cơ khí khi đóng hoặc hỏng bộ đếm (số
lần đóng MC),một vài MC có điện trở tiếp xúc của tiếp điểm chính tăng qua các lần
thí nghiệm định kỳ thiết bị ,bị kẹt cơ khí gây phóng điện buồn dập hồ quang (loại
Pro-MEC/LVB-20M/25C/06 LG-Hàn Quốc) ... , chứng tỏ mặc dù công nghệ chế
tạo thiết bị đã tiến triển vượt bậc nhưng chất lượng MC chưa thật sự ổn định .Vì vậy
trong quá trình QLVH cần kiểm tra nghiêm ngặt để kịp thời xử lý các hiện tượng
khơng bình thường,khơng để các hiện tượng khơng bình thường đó phát triển thành
sự cố .
Thơng số kỹ thuật của một số loại MC ngoài trời tham khảo phụ lục 1.1
1.2.3.Rơ le.
Rơ le hay bảo vệ được gọi là tác động nhanh (hay còn gọi là tốc độ cao) nếu
thời gian không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dịng điện cơng nghiệp 50Hz).Rơ le
được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian )trong tác
động của rơ le.Thông thường hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời
được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơ le có thời gian tác động khơng q
50ms[1].
Ngồi thời gian tác động của rơ le ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ
thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt.Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian
làm việc của bảo vệ cộng với thời gian thao tác máy cắt ) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ
(khoảng từ 4 đến 160ms ở 50Hz) đối với các bảo vệ tác động nhanh.

11

Đối với LĐPP thường sử dụng các BV có độ chọn lọc tương đối và phải phối
hợp thời gian tác động giữa các BV .BV chính thường có thời gian khoảng 0,2 đến
1,5s ,BV dự phòng khoảng 1,5 đến 2s [1].
Hiện nay trên LĐPP của Công ty Điện lực 3 sử dụng các BVQD kỹ thuật số
là chủ yếu[10].Có rất nhiều hãng sản xuất,cụ thể là:
-rơ le quá dòng loại SPAJ 140C,SPAAA 341C,SPAD,REF 542 plus ,...của
ABB(Thụy Điển,Phần Lan,Mỹ,Đức) ,Alsthom(Pháp,Anh,Inđônêxia).
-rơ le q dịng loại MICOM P120 (121,122,123),MCGG 82...của
Alshom(Pháp,Anh,Inđơnêxia).
-rơ le q dịng loại 7SJ 600(601,602,610,612) của Siemens (Đức).
-rơ le quá dòng loại SEL (387,252R,351A,551) của SEL(Mỹ).

Hình 1.5

Rơ le q dịng loại REF542 plus

Các chức năng bảo của rơ le quá dòng REF 542 plus:BVQD cắt nhanh (50),
BVQD có thời gian (51),BVQD chạm đất cắt nhanh (50N),BVQD chạm đất có thời
gian(51N),tự đóng lại (79).
Các RLBV kỹ thuật số từ khi đưa vào vận hành đến nay được một số Công
ty Điện lực đánh giá là tốt hoặc vận hành bình thường[7,10].Xác suất rơ le kỹ thuật
số hư hỏng rất thấp .


12

1.2.4.Máy cắt tự động đóng lặp lại :
Máy cắt tự đóng lặp lại (ACR hay recloser, hình 1.6) ngày nay được sử dụng

rộng rãi trên LĐPP.Vị trí lắp đặt recloser rất đa dạng :có thể lắp đặt mọi nơi (với
thơng số kỹ thuật đáp ứng) ,đặc biệt nó thường được dùng cho những khu vực
LĐPP thường xảy ra sự cố (do những nguyên nhân khách quan lẫn chủ quan).

Hình 1.6

Recloser lắp đặt trên LĐPP

Các recloser đang sử dụng trong nước có xuất xứ từ nhiều hãng sản xuất
khác nhau :Cooper (Mỹ) ,Schneider(Úc,Pháp),Tavrida(Nga),... Chất lượng
của các recloser tương đối tốt và hoạt động tin cậy.Tuy nhiên sau thời gian
vận hành khoảng 2-3 năm,đã xuất hiện các hư hỏng chủ yếu là hỏng các bo
mạch (tự hỏng ,do hơi ẩm nhiều) hoặc hỏng ắc quy (loại khô Lithium hoặc
loại kiềm )[7,10,14] .


13

Recloser đi kèm với tủ điều khiển với các chức năng bảo vệ thường gặp như
sau:bảo vệ 50/51,50N/51N,79.
Ngày nay các recloser còn thêm các chức năng bảo vệ khác như BV SEF
(chạm đất nhạy) ,thứ tự nghịch (46)....
Với chủng loại đa dạng,tính năng bảo vệ hiện đại,khả năng hoạt động tin cậy
và ít hư hỏng ,recloser là một TBBV khơng thể thiếu trong LĐPP.
1.2.5 Thiết bị tự động phân đoạn (SEC):
Thiết bị tự động phân đoạn (hình 1.7) có khả năng cô lập nhanh đoạn đường
dây sự cố ra khỏi lưới điện phân phối

Hình 1.7

Thiết bị tự động phân đoạn

SEC khơng có khả năng cắt dịng NM nên phải kết hợp với ACR hoặc
MC.SEC đếm số lần tác động của MC trong suốt thời gian sự cố ,nếu số lần đếm
bằng với số lần đã cài đặt trước thì trong lúc MC mở (cắt dòng NM) ,SEC sẽ mở
tiếp điểm của mình để cơ lập đoạn đường dây sự cố.Điều đó cho phép MC tự đóng
lại và tái lập cung cấp điện cho các vùng không bị sự cố [2].
Nếu sự cố thống qua thì MC sẽ thực hiện chu trình TĐL đã cài đặt trước
,cịn SEC chỉ đếm số lần MC đã thực hiện đóng lại .Sau đó cơ cấu của SEC sẽ tự
động trở về để chuẩn bị cho một chu kỳ hoạt động mới nếu có sự cố khác xảy ra.


14

Ngày nay với công nghệ chế tạo thiết bị hiện đại ,phần mềm điều khiển được
nâng cấp dễ dàng khi có thay đổi ,giao diện người-máy đã cải tiến nhiều nên khả
năng SEC được ứng dụng trên LĐPP tại Việt Nam là rất cao.
Tóm lại ,ngày nay các TBBV và TĐH cấp điện áp trung áp 22kV rất đa
dạng ,sẵn sàng đáp ứng được nhu cầu bảo vệ và tự động hóa LĐPP 22kV,góp phần
nâng cao chất lượng cung cấp điện cho khách hàng sử dụng điện .