Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ thanh góp

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

VŨ THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA
CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2019


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

VŨ THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA
CÁC PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN XUÂN TÙNG

Hà Nội – Năm 2019


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Vũ Thanh Tùng
Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo
vệ thanh góp
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số SV: CA170364
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
25/04/2019 với các nội dung sau:
-

Chỉnh sửa các lỗi hình vẽ

-

Bổ sung danh mục hình vẽ

-

Bổ sung danh mục bảng biểu
Ngày 25 tháng 05 năm 2019

Giáo viên hƣớng dẫn

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép
của ai. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Nội dung luận văn có tham khảo, sử dụng
và trích dẫn các tài liệu, thơng tin đã được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài
báo và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả

Vũ Thanh Tùng

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP VÀ SƠ ĐỒ
PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP THƢỜNG GẶP Ở NHÀ MÁY
ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ......................................................................................3
1. Các loại sơ đồ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp ..............3
1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua một máy cắt .......................................3
1.1.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp ....................................................................3

1.1.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp .....................................................................8
1.2 Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt ...................................11
1.2.1. Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch ................................11
1.2.2. Sơ đồ hai thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch (sơ đồ một rưỡi) .......12
1.2.3. Sơ đồ đa giác. ..........................................................................................13
1.3. Sơ đồ cầu ........................................................................................................14
2. Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm
biến áp. ..................................................................................................................15
2.1 Ngun lí bảo vệ thanh góp .............................................................................15
2.1.1. Q dòng điện ..........................................................................................15
2.1.2. So lệch dòng điện .....................................................................................17
2.1.3. So lệch dùng rơle tổng trở cao ................................................................19
2.1.4. So sánh pha dòng điện:............................................................................21
2.1.5. Bảo vệ khoảng cách .................................................................................23
2.2 Các sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp thường gặp ....................................27
2.2.1 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp theo cấu hình tập trung ................27
2.2.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp theo cấu hình phân tán .................32
CHƢƠNG 2: ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY ......37
2.1. Độ tin cậy và tầm quan trọng khi nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của hệ
thống bảo vệ. .........................................................................................................37
2.1.1. Giới thiệu chung ......................................................................................37
2.1.2. Các khái niệm cơ bản ..............................................................................37
iii


2.1.3. Tầm quan trọng khi nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy của hệ thống bảo vệ....42
2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của bảo vệ thanh góp ..................................43
CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ TRONG ĐÁNH
GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE .....................................44
3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy ...................................44

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố............................................46
3.3 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản ....................48
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CÂY SỰ CỐ CHO CÁC SƠ ĐỒ PHƢƠNG THỨC
BẢO VỆ THANH GĨP VÀ TÍNH TỐN CÁC CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY ..........51
4.1. Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp
theo cấu trúc phân tán ............................................................................................51
4.1.1. Sự kiện đỉnh của CSC ..............................................................................51
4.1.2. Sự cố máy cắt ...........................................................................................53
4.1.3. Sự cố bảo vệ .............................................................................................57
4.1.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính tốn cây sự cố ................................59
4.1.5 Kết quả đánh giá và các nhận xét .............................................................62
4.2. Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp
theo cấu trúc phân tán ............................................................................................65
4.2.1. Sự kiện đỉnh của CSC ..............................................................................66
4.2.2. Đánh giá ĐTC ..........................................................................................66
4.3 Đánh giá kết quả ..............................................................................................69
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CỨU TRONG
TƢƠNG LAI ............................................................................................................71
5.1. Kết luận ..........................................................................................................71
5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai .................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................74
PHỤ LỤC .................................................................................................................75

iv


CÁC TỪ VIẾT TẮT
MBA

Máy biến áp

ĐTC

Độ tin cậy

CSC

Cây sự cố

HTBV

Hệ thống bảo vệ

v


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ một thanh góp khơng phân đoạn .........................................................3
Hình 1.2: Sơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly ...................................4
Hình 1.3: Phân đoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn .............................................6
Hình 1.4: Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vịng .....................................7
Hình 1.5: Sơ đồ hai thanh góp .......................................................................................8
Hình 1.6: Sơ đồ hai thanh góp có phân đoạn trên từng thanh góp ................................9
Hình 1.7: Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng ......................................................10
Hình 1.8: Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch ....................................11
Hình 1.9: Sơ đồ một rưỡi.............................................................................................12
Hình 1.10: Sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt trên 3 mạch .........................................12
Hình 1.11: Sơ đồ đa giác .............................................................................................13
Hình 1.12: Sơ đồ cầu ...................................................................................................15

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chọn dòng khởi động của bảo vệ quá dịng có thời gian .16
Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của đường dây L1 ...............................................................17
Hình 2.3: Nguyên lý của bảo vệ so lệch dịng điện có hãm ........................................18
Hình 2.4.1: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ thanh góp dùng rơle tổng trở cao ......................19
Hình 2.4.2: Sơ đồ mạng điện đẳng trị dùng rơle so lệch tổng trở cao khi ngắn mạch
ngoài ...........................................................................................................20
Hình 2.5: Ngun lý của bảo vệ thanh góp bằng cách so sánh pha dịng điện ...........21
Hình 2.6: Dịng điện sơ cấp và thứ cấp của các máy biến dòng .................................22
Hình 2.7: Nguyên lý của bảo vệ khoảng cách .............................................................23
Hình 2.8 Nguyên lý tác động của bảo vệ khoảng cách ...............................................24
Hình 2.9: Chọn vùng và thời gian tác động của bảo vệ khoảng cách .........................25
Hình 2.10: Phối hợp bảo vệ khoảng cách tại 2 đầu đường dây ...................................26
Hình 2.11: Sơ đồ cơ bản cho cấu hình bảo vệ tập trung [6] ........................................28
Hình 2.12: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình tập trung cho sơ đồ 2 thanh góp [6] .......28
Hình 2.13: Sơ đồ logic của bảo vệ cấu hình tập trung [6]...........................................29
Hình 2.14: Sơ đồ phương thức bảo vệ toàn TBA 110kV Ba Khe...............................30
vi


Hình 2.15: Sơ đồ phương thức bảo vệ thanh góp TBA 110kV Ba Khe......................31
Hình 2.16: Sơ đồ phương thức bảo vệ tồn TBA 110kV Đại Từ ...............................32
Hình 2.17: Sơ đồ cơ bản cho cấu hình bảo vệ phân tán [6] ........................................32
Hình 2.18: Áp dụng sơ đồ bảo vệ cấu hình phân tán cho sơ đồ 2 thanh góp [6] ........33
Hình 2.19: Sơ đồ logic của bảo vệ cấu hình phân tán [6] ...........................................33
Hình 2.20: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 220kV Đơng Anh ...............34
Hình 2.21: Sơ đồ phương thức bảo vệ phía 110kV trạm 500kV Lai Châu .................36
Hình 2.22: Sơ đồ kết nối bảo vệ so lệch thanh góp nhánh tới bộ bảo vệ trung tâm phía
110kV trạm 500kV Lai Châu.....................................................................36
Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp............................................................................46
Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song........................................................................47

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây ........................................................49
Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phịng ...........................50
Hình 4.1: CSC cho sự kiện đỉnh ..................................................................................53
Hình 4.2: CSC khi mở máy cắt ...................................................................................53
Hình 4.3: CSC cho bộ nguồn ắc quy ...........................................................................54
Hình 4.4: CSC cho máy cắt .........................................................................................54
Hình 4.5: CSC cho sự cố bộ phận chấp hành máy cắt ................................................55
Hình 4.6: CSC cho sự cố hệ thống điều khiển máy cắt ...............................................56
Hình 4.7: Tổng hợp CSC cho máy cắt ........................................................................57
Hình 4.8: CSC cho sự cố bảo vệ .................................................................................58
Hình 4.9: CSC cho sự cố rơle 87B.1 ...........................................................................59
Hình 4.10 Giao diện chính của phần mềm ..................................................................60
Hình 4.11 Các biểu tượng có sẵn trong phần mềm .....................................................60
Hình 4.12 Giao diện quản lý dữ liệu của OpenFTA ...................................................61
Hình 4.13 Các chức năng hỗ trợ phân tích, tính tốn cây sự cố ..................................61
Hình 4.14: CSC cho sự cố bảo vệ ...............................................................................66

vii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 So sánh mức độ không sẵn sàng của các sơ đồ phương thức bảo vệ khác
nhau với máy biến áp lực .............................................................................70
Bảng 4.2 Mức độ đóng góp của các hư hỏng tới độ khơng sẵn sàng của sự kiện đỉnh
......................................................................................................................70

viii

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam đã có những bước phát
triển vượt bậc. Cùng với sự phát triển đó, ngành cơng nghiệp điện lực đã trở thành
một trong những ngành quan trọng nhất, quyết định đến sự phát triển và ổn định nền
kinh tế và an ninh Quốc gia.
Để đảm bảo cho nền kinh tế ngày càng đi lên một cách vững chắc, ngành
điện phải đi trước một bước. Hệ thống điện ngày càng được chú trọng đầu tư xây
dựng và hiện đại hoá, trong đó các thiết bị bảo vệ được đặc biệt quan tâm bởi các
thiết bị này đóng vai trị cực kỳ quan trọng, nó đảm bảo cho các phần tử chính như
máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện, cáp ngầm, thanh góp, động cơ. . .và
tồn bộ hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định.
Các hệ thống thanh góp là những điểm nút trung chuyển cơng suất trên lưới
điện. Đây cũng là nơi tập trung rất nhiều các ngăn lộ, có thể là máy phát, máy biến
áp hay đường dây tải điện. Thanh góp được bố trí trong các nhà máy điện hoặc trạm
biến áp nên xác suất sự cố ngắn mạch xảy ra trên thanh góp thường không lớn, tuy
nhiên khi xảy ra ngắn mạch trên thanh góp mà khơng loại trừ kịp thời thì sự cố trở
nên rất trầm trọng. Đối với những thanh góp tại các nhà máy điện lớn và các trạm
truyền tải điện, khi xảy ra ngắn mạch nếu không loại trừ kịp thời nhiều trường hợp
có thể gây sự cố lan truyền và tan rã lưới điện.
Các thiết bị bảo vệ nói chung và bảo vệ thanh góp nói riêng có nhiệm vụ phát
hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi lưới điện, ngăn chặn và
hạn chế đến mức thấp nhất những tổn thất mà sự cố có thể gây nên.
Để đảm bảo nhu cầu chất lượng điện năng ngày càng tăng của xã hội, việc
đánh giá khả năng đáp ứng của các thiết bị trong hệ thống điện là rất cần thiết.
Thông qua đề tài luận văn "Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức
bảo vệ thanh góp", tơi muốn đóng góp một phần nhỏ tìm tịi, nghiên cứu của mình
thơng qua việc tổng hợp các dạng sơ đồ và thiết bị bảo vệ thanh góp thường gặp
trong hệ thống điện và đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ một số sơ đồ
thanh góp hiện đang được sử dụng trong lưới điện truyền tải Việt Nam. Qua luận
1

văn này, tôi muốn đưa ra một số nhận xét, đánh giá và kiến nghị đối với các sơ đồ
thanh góp theo quan điểm bảo vệ.
Nội dung luận văn này gồm 5 chương:
Chƣơng 1: Giới thiệu các loại sơ đồ thanh góp và sơ đồ phương thức bảo vệ
thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp.
Chƣơng 2: Độ tin cậy và các chỉ số đánh giá độ tin cậy.
Chƣơng 3: Giới thiệu phương pháp cây sự cố trong đánh giá độ tin cậy của
hệ thống bảo vệ rơle.
Chƣơng 4: Xây dựng phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy các sơ đồ
phương thức bảo vệ thanh góp và tính tốn các chỉ số độ tin cậy.
Chƣơng 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai.
Để hoàn thành luận văn này, bản thân tôi đã nỗ lực rất nhiều, tuy nhiên do
hạn chế về mặt thời gian nên việc thu thập tài liệu, số liệu và thông tin chưa được
nhiều nên bản luận văn này không tránh khỏi những khiếm khuyết. Tôi rất mong
nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và tồn thể bạn đọc.
Trong suốt thời gian thực hiện và hồn thành luận văn, tơi đã ln nhận được
sự động viên giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Xuân Tùng đã
tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q trình thực hiện và hồn thiện luận văn
này.
Tơi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó!

2


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP VÀ SƠ ĐỒ
PHƢƠNG THỨC BẢO VỆ THANH GÓP THƢỜNG GẶP Ở NHÀ MÁY
ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

1. Các loại sơ đồ thanh góp thường gặp ở nhà máy điện và trạm biến áp [5]
Trong các nhà máy điện, trạm biến áp và trạm phân phối tuỳ thuộc vào vai trò,
vị trí của nó trong hệ thống điện có thể sử dụng các loại sơ đồ thanh góp như sau:
1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua một máy cắt
1.1.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp
Sơ đồ một thanh góp là sơ đồ đơn giản nhất cả về cấu trúc, lắp đặt và thao tác
vận hành.
Trên hình 1.1 giới thiệu sơ đồ một thanh góp khơng phân đoạn. Trong sơ đồ
này, mỗi mạch được nối với thanh góp qua một máy cắt, dao cách ly được đặt ở hai
đầu máy cắt để phục vụ cho việc sửa chữa, thay thế máy cắt.

Hình 1.1: Sơ đồ một thanh góp không phân đoạn

3


Hình 1.2: Sơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly
Dao cách ly chỉ đóng mở khi khơng có dịng điện nên rất an tồn khi thao tác.
Thực vậy, khi sửa chữa một máy cắt nào đó thì thao tác đầu tiên là cắt máy cắt đó sau
đó mở các dao cách ly và thao tác cuối cùng là là nối đất an tồn về phía hai đầu máy
cắt.
Nhược điểm của sơ đồ này là không đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các
phụ tải quan trọng vì:
- Khi sửa chữa thanh góp hoặc dao cách ly đặt về phía thanh góp thì
tồn bộ các mạch đều phải ngừng làm việc.
- Ngắn mạch trên thanh góp cũng gây mất điện tồn bộ.
- Khi sửa chữa máy cắt hay dao cách ly của mạch nào thì các phụ tải của
mạch đó phải mất điện trong suốt thời gian sửa chữa.
Vì những nhược điểm trên, sơ đồ một thanh góp khơng phân đoạn thường khơng
được dùng trong các nhà máy điện và trạm biến áp lớn và không đáp ứng được phần

lớn các yêu cầu đối với các nút quan trọng của lưới điện. Sơ đồ này được sử dụng ở
các trạm 110kV dùng cho các thiết bị cơng suất nhỏ phía trung áp cung cấp cho các
phụ tải khơng quan trọng, nhất là khi chỉ có một nguồn cấp.
Tuy nhiên sơ đồ một thanh góp có ưu điểm là đơn giản cả về cấu trúc và bảo vệ. Để
bảo vệ loại thanh góp này, thường kết hợp bảo vệ của các phần tử lân cận, thường
4


khơng cần đặt bảo vệ thanh góp riêng. Dùng sơ đồ này rẻ tiền và dễ vận hành, nên
người ta tìm cách nâng cao độ tin cậy của sơ đồ bằng cách chia thanh góp thành các
phân đoạn nhỏ.
Trên hình 1.2 giới thiệu sơ đồ thanh góp được phân đoạn bằng 2 dao cách ly.
Nhờ có dao cách ly phân đoạn mà khi sửa chữa một phân đoạn thanh góp hay dao
cách ly phân đoạn của nó sẽ khơng dẫn đến mất điện toàn bộ ở các hộ tiêu thụ. Chỉ
các phụ tải nào nối với phân đoạn sửa chữa thì mới bị mất điện.
Khi làm việc bình thường, các dao cách ly phân đoạn có thể ở trạng thái đóng hoặc
mở. Khi phụ tải và nguồn phân bố thích hợp cho mỗi phân đoạn thì dao cách ly
phân đoạn ở vị trí mở, vì như vậy khi sự cố trên phân đoạn nào thì chỉ các mạch nối
với nó mất điện, các mạch khác vẫn làm việc bình thường. Nhưng khi phụ tải và
nguồn ở các phân đoạn phân bố khơng đều thì tình trạng làm việc này có thể dẫn
đến làm tăng tổn thất công suất trong mạng.
Số phân đoạn phụ thuộc vào số lượng, công suất của nguồn và phụ tải. Khi công
suất của nguồn lớn, người ta thường phân đoạn thanh góp theo số nguồn. Dao cách
ly phân đoạn sẽ đóng lại để cung cấp cho phụ tải của phân đoạn có nguồn khơng
làm việc.
Như vậy việc phân đoạn của thanh góp bằng dao cách ly tránh được tình trạng mất
điện kéo dài của tất các hộ tiêu thụ cả khi tiến hành sửa chữa thanh góp. Nó có thể
dùng để cung cấp điện cho phụ tải quan trọng khi được cung cấp bằng hai đường
dây lấy từ hai phân đoạn khác nhau.
Sơ đồ một thanh góp có phân đoạn bằng dao cách ly có nhược điểm là nếu khi

bình thường dao cách ly phân đoạn ở vị trí đóng thì sự cố xẩy ra trên một phân đoạn
nào đó, tồn bộ phụ tải tạm thời mất điện cho đến khi tách được phân đoạn bị sự cố
ra (mở dao cách ly phân đoạn) mới có thể khôi phục lại được sự làm việc của phân
đoạn không sự cố. Ngay cả khi dao cách ly phân đoạn thường mở thì khi nguồn cấp
của một phân đoạn bị hư hỏng, các phụ tải của phân đoạn này cũng tạm thời mất
điện cho đến khi đóng được dao cách ly phân đoạn và máy cắt của từng mạch, thời
gian mất điện sẽ lớn do thời gian thao tác lâu.
5


Để khắc phục được nhược điểm trên, người ta thực hiện phân đoạn thanh góp
bằng máy cắt phân đoạn như Hình 1.3:

Hình 1.3: Phân đoạn thanh góp bằng máy cắt phân đoạn
Máy cắt phân đoạn có thể thường ở vị trí đóng hoặc mở khi làm việc bình thường.
Nếu máy cắt phân đoạn thường đóng thì khi ngắn mạch ở phân đoạn lân cận, bảo vệ cắt
nhanh đặt ở máy cắt phân đoạn sẽ tác động cắt máy cắt để duy trì sự làm việc bình
thường của các phân đoạn còn lại, song như vậy sẽ làm tăng dòng điện ngắn mạch trong
mạng. Để giảm dòng ngắn mạch, trong các trạm trung và hạ áp, người ta để các máy cắt
phân đoạn ở vị trí thường mở và đặt thêm thiết bị tự động đóng lại nguồn dự phịng. Nhờ
đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự động đóng lại khi nguồn cấp của các phân đoạn lân cận bị
mất.
Sơ đồ một thanh góp có máy cắt phân đoạn được dùng nhiều trong các nhà máy
điện và trạm biến áp vì có cấu trúc và vận hành đơn giản, giá thành hạ và độ tin cậy
tương đối cao do giảm được xác xuất mất điện của phụ tải khi sự cố và sửa chữa
thanh góp (50% khi có hai phân đoạn). Sơ đồ có thể dùng để cung cấp điện cho các
phụ tải quan trọng không cho phép mất điện bằng cách thực hiện các đường dây kép
lấy từ hai phân đoạn khác nhau. Sơ đồ này thường dùng khi số nguồn và số đường
dây nối với mỗi phân đoạn không lớn. Các trạm 110kV thường dùng cấu hình này
cho phía trung áp khi có trên 6 ngăn lộ hoặc có 2 máy biến áp thường xuyên có nhu

cầu vận hành độc lập cũng thường dùng cấu hình này.
Cả ba sơ đồ một thanh góp đã nêu trên có một nhược điểm chung là khi sửa
6


chữa máy cắt của một mạch nào đó thì phụ tải của nó sẽ mất điện trong suốt thời
gian sửa chữa máy cắt. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ một
thanh góp có thanh góp vịng và máy cắt vịng. Thanh góp vịng được nối với các
mạch qua dao cách ly vịng. Bình thường, máy cắt vịng và dao cách ly vịng khơng
làm việc.
Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vịng được trình bày ở hình 1.4:

Hình 1.4: Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vịng
Sơ đồ này có ưu điểm là cho phép sửa chữa một máy cắt của một mạch nào đó
mà khơng khơng làm gián đoạn cung cấp điện của mạch đó bằng cách dùng thanh
góp vịng và máy cắt vòng để thay thế cho máy cắt cần sửa.
Sơ đồ một thanh góp phân đoạn có thanh góp vịng có thể sử dụng ở các nhà
máy điện và trạm trạm biến áp công suất không lớn nhưng có số đường dây khá lớn.
Tuy nhiên, sơ đồ này ngày nay không được ứng dụng do các máy cắt hiện nay có
chu kỳ bảo dưỡng dài và thời gian bảo dưỡng ngắn, việc sử dụng máy cắt vòng để
thay thế máy cắt cần đại tu khơng cịn là nhu cầu cần thiết như trước.
Nhược điểm của tất cả các sơ đồ một thanh góp là khi sửa chữa một phân đoạn
thanh góp nào đó thì tất cả các mạch nối với nó bị mất điện trong suốt thời gian sửa
chữa. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ hai thanh góp.

7


1.1.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp
Sơ đồ hai thanh góp được giới thiệu trên hình 1.5:

Hình 1.5: Sơ đồ hai thanh góp
Trong sơ đồ này, mỗi mạch cũng chỉ được nối với thanh góp qua một máy cắt
giống như sơ đồ một thanh góp, nhưng có hai dao cách ly để có thể nối với cả hai thanh
góp I hoặc II. Việc liên lạc giữa hai thanh góp được thực hiện bằng máy cắt nối.
Khi làm việc bình thường, mỗi mạch chỉ được nối với một trong hai thanh góp.
Có thể hai thanh góp cùng làm việc hoặc một thanh góp làm việc, một thanh góp
nghỉ. Tuy nhiên nếu chỉ một thanh góp làm việc thì khi sự cố trên thanh góp này sẽ
mất điện tồn bộ các mạch đến khi chúng được khôi phục chuyển sang thanh gúp
cịn lại. Do vậy, thơng thường trong hệ thống điện, người ta cho làm việc cả hai
thanh góp. Máy cắt nối làm nhiệm vụ giống như máy cắt phân đoạn trong sơ đồ một
thanh góp khi làm việc bình thường. Cần phân bố hợp lý các nguồn và phụ tải sao
cho khi có sự cố trên thanh góp thì thiệt hại gây nên thấp nhất.
Khi cần sửa chữa một thanh góp nào đó, cần chuyển các mạch của thanh góp đó
sang thanh góp cịn lại thơng qua các dao cách ly.
Khi cần sửa một máy cắt nào đó cũng cần chuyển các mạch cịn lại về một
thanh góp, sau đó tháo các dây dẫn nối với hai đầu máy cắt để tách nó ra khỏi lưới
và dùng dây dẫn phụ nối tắt các đầu dây dẫn vừa tách ra. Thao tác cuối cùng là đưa
8


máy cắt nối vào thay thế máy cắt cần sửa.
Tuy sơ đồ hai thanh góp đã khắc phục được một số nhược điểm của sơ đồ một
thanh góp. Song vẫn còn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Dùng nhiều dao cách ly và việc bố trí các dao cách ly khá phức tạp.
- Khi sửa chữa máy cắt của một mạch nào đó thì mạch ấy phải tạm thời mất điện
trong thời gian đưa máy cắt nối vào làm việc và đưa máy cắt này vào làm việc trở lại.
- Khi sự cố trên một thanh góp hoặc sửa chữa một máy cắt nào đó, các mạch
cịn lại đều phải chuyển về làm việc trên cùng một thanh góp, số mạch càng lớn thì
thời gian làm việc trên một thanh góp càng nhiều làm giảm độ tin cậy cung cấp điện

của sơ đồ khá nhiều.

Hình 1.6: Sơ đồ hai thanh góp có phân đoạn trên từng thanh góp

9


Để giảm số mạch mất điện khi ngắn mạch trên một thanh góp, người ta tiến
hành phân đoạn các thanh góp như hình 1.6. Khi làm việc bình thường, cần bố trí
hợp lý cơng suất và số mạch cho các thanh góp và phân đoạn sao cho tổn thất do sự
cố trên các phân đoạn là ít nhất.
Sơ đồ hai thanh góp thích hợp với các cấp điện áp 110kV và 220kV có đến 6
ngăn lộ.
Để khắc phục nhược điểm thời gian làm việc trên một thanh góp nhiều khi số
mạch lớn, người ta dùng sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng.
Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng trình bày ở hình 1.7:

Hình 1.7: Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vịng
Nhờ có máy cắt vịng và thanh góp vịng mà khi sửa chữa máy cắt của mạch bất
kỳ thì mạch đó khơng bị mất điện và hai thanh góp vẫn làm việc bình thường. Có
thể sử dụng cả máy cắt vịng và máy cắt nối riêng hoặc một máy cắt làm cả hai
nhiệm vụ chỉ cần đặt thêm dao cách ly như hình 1.7.
Sơ đồ này có độ an tồn cung cấp điện ở mức cao, linh hoạt, tuy nhiên tốn thêm
diện tích mặt bằng và dao cách ly so với sơ đồ hai thanh góp thơng thường. Về
phương diện bảo vệ, do số ngăn lộ lớn nên cần sử dụng bảo vệ so lệch thanh góp,
mỗi khi máy cắt vịng thay thế cho ngăn lộ nào đó thì phải chuyển đổi mạch bảo vệ
10


làm cho sơ đồ bảo vệ thanh góp này trở nên phức tạp.

Sơ đồ này thường được sử dụng ở các trạm 220kV có trên 6 ngăn lộ đồng thời
là các trạm nút quan trọng và có xu hướng phát triển thêm.
Các sơ đồ hai thanh góp cịn có nhược điểm là dùng nhiều dao cách ly. Mặt
khác khi sự cố trên một thanh góp hay trên một phân đoạn thì các mạch nối với nó
vẫn bị tạm thời mất điện trong thời gian chuyển sang thanh góp khác. Để khắc phục
nhược điểm này, người ta dùng sơ đồ mỗi mạch nối với thanh góp qua nhiều máy
cắt.
1.2 Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt
1.2.1. Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch
Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch được trình bày trên hình 1.8:

Hình 1.8: Sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch
Trạng thái bình thường tất cả các phần tử đều làm việc. Khi sự cố trên mạch
nào, cả hai máy cắt của mạch đó sẽ cắt ra. Sự cố trên thanh góp nào thì các máy cắt
nối với thanh góp đó sẽ cắt ra. Sửa chữa phần tử nào (máy cắt, thanh góp) thì chỉ
phần tử đó khơng làm việc. Nếu không kể đến sự cố xếp chồng nhiều phần tử thì sơ
đồ này là tuyệt đối tin cậy. Thao tác vận hành đơn giản.
Tuy nhiên nhược điểm của sơ đồ này là đắt tiền nên không được sử dụng rộng
rãi ở nhiều nước. Người ta tìm cách khắc phục nhược điểm này bằng cách giảm số
máy cắt cần dùng trong sơ đồ.

11


1.2.2. Sơ đồ hai thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch (sơ đồ một rưỡi)
Sơ đồ một rưỡi được trình bày trên hình 1.9:

Hình 1.9: Sơ đồ một rưỡi
Trong sơ đồ này, cứ hai mạch được nối với ba máy cắt. Sơ đồ một rưỡi được sử
dụng nhiều ở những nơi có cấp điện áp cao, cơng suất lớn và các nút quan trọng của

lưới điện như các trạm 500kV và các nhà máy điện lớn. Sơ đồ này có độ tin cậy gần
bằng sơ đồ có hai máy trên một mạch nhưng giá thành rẻ hơn (chỉ bằng khoảng
75%) nên hiện nay cũng được sử dụng rộng rãi giống như sơ đồ một thanh góp.
Việc sử dụng sơ đồ có lợi nhất là khi số nguồn bằng số đường dây. Về phương diện
bảo vệ, sơ đồ này cũng gần giống như sơ đồ hai thanh góp thơng thường.
Để giảm giá thành, người ta có thể thực hiện sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt
trên 3 mạch như hình 1.10, hoặc sơ đồ đa giác (mạch vịng kín).

Hình 1.10: Sơ đồ hai thanh góp có 4 máy cắt trên 3 mạch
12


1.2.3. Sơ đồ đa giác.
Sơ đồ đa giác hay mạch vịng kín được trình bày ở trên hình 1.11:
Đối với sơ đồ này, độ tin cậy cao gần bằng sơ đồ có hai máy cắt trên một mạch
và sơ đồ một rưỡi nhưng số máy cắt ít hơn.
Ưu điểm của sơ đồ đa giác là:
- Mỗi mạch được cung cấp qua hai máy cắt nên về mặt độ tin cậy của nó tương
đương với sơ đồ có hai máy cắt trên một mạch nhưng rẻ hơn vì mỗi mạch chỉ ứng
với một máy cắt, giá thành chỉ tương đương với sơ đồ một thanh góp khơng phân
đoạn.
- Khi sửa chữa một máy cắt bất kỳ không làm gián đoạn sự làm việc của các
phần tử khác. Thao tác vận hành đơn giản.

Hình 1.11: Sơ đồ đa giác
- Mỗi phần tử của sơ đồ có thể được bảo vệ một cách tin cậy bởi bảo vệ rơle
của phần tử liền kề.
- Hư hỏng bất kỳ phần nào trên sơ đồ chỉ dẫn đến việc cắt phần tử đó và phần
tử nối với nó, khơng phá hoại sự làm việc bình thường của các phần tử khác.
- Không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng.

Nhược điểm của sơ đồ này là khó khăn khi phát triển các ngăn lộ mới. Khi sự
cố trên một mạch nào đó, hai máy cắt nối với mạch đó sẽ cắt ra làm sơ đồ bị hở
13


mạch cho đến khi tách được sự cố ra và đóng lại các máy cắt. Khi số ngăn lộ càng
nhiều thì nhược điểm này càng thể hiện rõ và có thể có sự cố trùng lặp dẫn đến
mạch vịng bị tách thành các phần riêng rẽ. Hiện nay có thể nhanh chóng phục hồi
lại sự làm việc kín của sơ đồ bằng cách dùng các thiết bị tự động điều khiển từ xa
để mở dao cách ly mạch bị sự cố và tự động đóng lại máy cắt của nó.
Các sơ đồ đa giác thường được sử dụng ở các thiết bị phân phối 220kV đến
500kV hoặc cao hơn. Hiện nay, xu hướng áp dụng nhiều sơ đồ này hơn sơ đồ hai
thanh góp có thanh góp vịng bởi vì ngồi các ưu điểm trên, cịn có các lý do khác
như: Dùng sơ đồ này tốn ít diện tích hơn. Việc sử dụng máy cắt dầu và máy cắt
khơng khí ở lưới điện truyền tải khơng cịn được phát triển vì độ tin cậy khơng cao,
số lần cắt ngắn mạch hạn chế nên số lần đại tu nhiều, thời gian đại tu lâu. Các máy
cắt SF6 được sử dụng nhiều ở các trạm 110kV và 220kV có giới hạn cắt ngắn mạch
lớn, chu kỳ phải đại tu, bảo dưỡng dài và thời gian cắt điện để bảo dưỡng nhanh. Vì
vậy việc dùng máy cắt vòng hoặc máy cắt liên lạc để thay thế máy cắt cần đại tu
khơng cịn là nhu cầu cần thiết như trước. Hơn nữa, với sơ đồ lưới truyền tải và
phân phối đã phát triển như hiện nay, việc đưa máy cắt ra đại tu có thể dùng các
phương án để cấp điện trở lại hoặc phụ tải của nó có thể được cấp bởi nguồn khác
làm cho ưu thế sử dụng sơ đồ này càng thể hiện rõ.
1.3. Sơ đồ cầu
Nhiều cấu hình thanh góp ở các phần trên đây có độ tin cậy cao và khá thuận
tiện trong vận hành, sửa chữa. Nhưng nhược điểm là giá thành cao nên được dùng ở
các trạm phân phối và truyền tải, các nút công suất lớn, quan trọng. Trong khi các
trạm biến áp có ít mạch, người ta hay dùng sơ đồ cầu là các sơ đồ đơn giản, giá
thành hạ, có độ tin cậy gần bằng các sơ đồ một thanh góp.

14


Hình 1.12: Sơ đồ cầu
Trên hình 1.12 giới thiệu sơ đồ cầu đơn. Các sơ đồ này thường được dùng khi
có 4 ngăn lộ. Khi các trạm lấy nguồn điện từ giữa đường dây; khi hai đường dây
làm việc song song có chiều dài lớn, hay sự cố trên đường dây thì áp dụng sơ đồ cầu
trong như hình 1.12.a. Ngược lại, đối với các trạm ở cuối hai đường dây song song;
hai đường dây có chiều dài ngắn, ít sự cố nhưng lại thường xuyên đóng cắt máy
biến áp khi phụ tải thay đổi thì áp dụng sơ đồ cầu ngồi như hình 1.12.b.
Sơ đồ cầu có cấu trúc đơn giản, thanh góp được bảo vệ bởi thiết bị bảo vệ của
các phần tử lân cận như đường dây hoặc máy biến áp.
2. Các sơ đồ phƣơng thức bảo vệ thanh góp thƣờng gặp ở nhà máy điện và
trạm biến áp.
2.1 Ngun lí bảo vệ thanh góp [5]
2.1.1. Q dòng điện
Quá dòng điện là hiện tượng xảy ra do ngắn mạch hoặc quá tải làm cho dòng
điện qua các phần tử của hệ thống vượt quá cho phép. Dòng điện khởi động của bảo
vệ được chọn như sau:
Ikđ 

Kat.Km
Ilvmax< Inmin
Kv

Trong đó:
Ilvmax: Dịng điện làm việc lớn nhất cho phép đối với phần tử bảo vệ
Km: Hệ số mở máy của các phụ tải động cơ. Tùy từng trường hợp cụ
thể có thể lấy Km=25.
15