Thử nghiệm chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp dựa trên bản ghi comtrade

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

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THỬ NGHIỆM CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH MÁY
BIẾN ÁP DỰA TRÊN BẢN GHI COMTRADE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(KỸ THUẬT ĐIỆN)

Hà Nội – Năm 2018


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

NGUYỄN XUÂN PHÚC

THỬ NGHIỆM CHỨC NĂNG BẢO VỆ SO LỆCH
MÁY BIẾN ÁP DỰA TRÊN BẢN GHI COMTRADE

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
(KỸ THUẬT ĐIỆN)

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN ĐỨC HUY

Hà Nội – Năm 2018


Mục lục
Danh mục bảng ............................................................................................... 1-iv
Danh mục hình vẽ ............................................................................................ 1-v
Mở đầu ............................................................................................................ 1-x
Giới thiệu..................................................................................................... 1-x
Tóm tắt nội dung luận văn .......................................................................... 1-xi
Chương 1: Một số vấn đề bảo vệ Rơ le cho máy biến áp điện lực ....................... 1
1.1. Bảo vệ máy biến áp .................................................................................. 1
1.1.1. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ ............................................... 1
1.1.2. Các loại hư hỏng và chế độ làm việc khơng bình thường của MBA ... 2
1.1.3. Các dạng sự cố khác .......................................................................... 3
Chương 2: Nguyên lý bảo vệ so lệch .................................................................. 5
2.1. Nguyên lý bảo vệ so lệch cho máy biến áp điện lực ................................. 5
2.1.1. Đánh giá đại lượng đo lường đo được ............................................... 6
2.1.2. Đặc tính tác động .............................................................................. 9
2.1.3. Hãm sóng hài .................................................................................. 10
2.1.4. Hãm cộng thêm (Add-on stabillization) khi biến dòng bị bão hòa ... 12
2.1.5. Cắt nhanh khơng hãm với sự cố máy biến áp có dịng lớn ............... 13
2.2. Bảo vệ chống chạm đất hạn chế (REF) ................................................... 14
2.2.1. Nguyên lý........................................................................................ 14
2.2.2. Đánh giá các đại lượng đo lường đo được ....................................... 15
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch máy biến áp ........................... 17
2.3.1. Dịng từ hóa mạch từ trong q trình đóng điện máy biến áp ........... 17
2.3.2. Các thành phần sóng hài trong q trình đóng xung kích máy biến áp19
2.3.3. Dịng từ hóa trong q trình sự cố ngồi vùng ................................. 19
2.3.4. Quá kích thích máy biến áp ............................................................. 20

2.3.5. Bão hòa máy biến dòng ................................................................... 21
2.4. Sơ đồ thuật toán bảo vệ so lệch .............................................................. 22
2.4.1. Quy đổi dòng điện theo tổ đấu dây của máy biến áp ........................ 22
Chương 3: Giới thiệu hợp bộ CMC356 ............................................................. 29
3.1. Giới thiệu ............................................................................................... 29
3.2. Hướng dẫn sử dụng hợp bộ thí nghiệm CMC 356 .................................. 29
3.2.1. Các phụ kiện chính đi kèm .............................................................. 29
3.1. Hợp bộ CMC356 với cáp nguồn chính đi kèm. ...................................... 29
3.1.1. Sơ bộ về phần cứng ......................................................................... 30
3.1.2. Kết nối hợp bộ với máy tính ............................................................ 30
3.1.3. Chức năng của các đầu vào ra, phát dòng áp ................................... 31
Chương 4: Kết quả mô phỏng ........................................................................... 36
4.1. Mơ hình mơ phỏng nhà máy điện gió ..................................................... 36
4.1.1. Máy điện không đồng bộ ................................................................. 36
4.1.2. Back-to-Back converter ................................................................... 38
4.2. Mơ hình các bộ điều khiển ..................................................................... 39
4.2.1. Điều khiển công suất và tốc độ tua-bin ............................................ 39
4.2.2. Điều khiển bộ biến đổi phía rotor .................................................... 40
4.2.3. Điều khiển bộ biến đổi phía lưới ..................................................... 41
4.3. Mơ hình mơ phỏng ................................................................................. 41
4.3.1. Khối sự cố ....................................................................................... 42
4.3.2. Mô phỏng máy biến dịng ................................................................ 43
4.4. Kết quả mơ phỏng .................................................................................. 45
4.4.1. Sự cố ngoài vùng bảo vệ ................................................................. 45
4.4.2. .Sự cố trong vùng bảo vệ ................................................................. 51
4.4.3. Nhận xét .......................................................................................... 57

4.5. So sánh và đánh giá bản ghi đã mô phỏng và bản ghi sự cố trong rơle sau khi
thí nghiệm ..................................................................................................... 58
4.5.1. Sự cố ngắn mạch 3 pha A, B, C ngồi vùng phía 22kV. .................. 59
4.5.2. Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B phía 22kV ngồi vùng bảo vệ . ............ 61
4.5.3. Sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất A,B ngồi vùng phía 22kV .......... 63
4.5.4. Sự cố ngắn mạch chạm đất pha A ngồi vùng phía 110kV .............. 65
4.5.5. Sự cố ngắn mạch hai pha A, B ngồi vùng phía 110kV ................... 66
4.5.6. Sự cố ngắn mạch hai pha A, B chạm đất ngồi vùng phía 110kV .... 68
4.5.7. Sự cố ngắn mạch ba pha A, B,C ngồi vùng phía 110kV ................. 70
4.5.8. Sự cố ngắn mạch 2 pha A,B trong vùng bảo vệ phía 22kV .............. 71
4.5.9. Sự cố ngắn mạch hai pha A, B chạm đất trong vùng bảo vệ phía 22kV73
4.5.10. Sự cố ngắn mạch ba pha A,B,C trong vùng bảo vệ phía 22kV ....... 75
4.5.11. Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất A,B,C trong vùng bảo vệ phía
110kV ....................................................................................................... 76
4.5.12. Sự cố ngắn mạch hai pha A,B trong vùng bảo vệ phía 110kV ...... 78
4.5.13. Sự cố ngắn mạch hai pha A,B chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV
................................................................................................................. 79
4.5.14. Sự cố ngắn mạch pha A chạm đất trong vùng bảo vệ phía 110kV.. 81
4.6. Nhận xét ................................................................................................ 82
Chương 5 Kết luận............................................................................................ 84
Sơ đồ mô phỏng CT sử dụng trong MATLAB/SIMULINK .......................... 86
M_file tính tốn tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dịng điện có tỷ số
400/1............................................................................................................. 87
M_file tính tốn tham số của đặc tính từ hóa của máy biến dịng điện có tỷ số
2000/1........................................................................................................... 88
Phiếu chỉnh định rơ le 7UT613 ..................................................................... 89
Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 91


Danh mục bảng

Bảng 1-1: Những dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng ..................................... 4
Bảng 2-1: Ma trận để tính tốn cho dịng so lệch ............................................. 24
Bảng 4-1: Thơng số bộ điều khiển công suất và tốc độ tua-bin.......................... 39
Bảng 4-2: Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi RSC .......................................... 40
Bảng 4-3: Thông số bộ điều khiển bộ biến đổi GSC ......................................... 41


Danh mục hình vẽ
Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp ................................. 5
Hình 2-2: Đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le......................................................... 9
Hình 2-3: Điểm làm việc khi sự cố vật cách T6.2016 gây ra bão hịa hồn tồn BI.
......................................................................................................................... 12
Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý của chức năng REF................................................. 14
Hình 2-5: Đặc tính bảo vệ chống chạm đất hạn chế........................................... 17
Hình 2-6: Liên kết từ thơng lõi máy biến áp ...................................................... 17
Hình 2-7: Dịng từ hóa của máy biến áp trong q trình đóng xung kích ........... 18
Hình 2-8: Dạng sóng dịng xung kích khi đóng MBA khơng tải. ....................... 19
Hình 2-9: Mối quan hệ dịng xung kích trong hịa máy biến áp song song......... 20
Hình 2-10: Dịng từ hóa trong q trình kích thích ............................................ 21
Hình 2-11: Dạng sóng dịng điện trong q trình bão hịa biến dịng ................. 22
Hình 2-12: Sơ đồ khối tính tốn dịng so lệch ................................................... 27
Hình 2-13: Sơ đồ khối tính tốn dịng hãm........................................................ 27
Hình 2-14: Sơ đồ khối tính tốn dịng hãm hài bậc 2......................................... 28
Hình 2-15: Sơ đồ khối tính tốn dịng hãm hài bậc 5......................................... 28
Hình 3-1: Mặt trước CMC356: ......................................................................... 30
Hình 3-2: Mặt sau CMC356: ............................................................................ 30
Hình 3-3: Kết nối hợp bộ với máy tính ............................................................. 31
Hình 3-4: Đầu vào ra của hợp bộ ...................................................................... 32
Hình 3-5: Đầu phát điện áp của hợp bộ CMC 356............................................. 32
Hình 3-6: Đầu phát dịng điện của hợp bộ CMC 356 ........................................ 32

Hình 3-7: Sơ đồ đầu phát dòng điện của hợp bộ CMC 356 ............................... 33
Hình 3-8: Đầu vào nhị phân hoặc tương tự ....................................................... 34
Hình 3-9: Mơ hình thử nghiệm rơ le bảo vệ ...................................................... 34
Hình 3-10: Chức năng TransPlay trên phần mềm Test Universe 3.20 ............... 35


Hình 4-1: Thơng sơ cho khối máy phát khơng đồng bộ ..................................... 36
Hình 4-2: Mơ hình máy phát điện gió trên Matlab/Simulink ............................. 37
Hình 4-3: Mơ hình bộ điều khiển cơng suất và tốc độ tua-bin ........................... 39
Hình 4-4: Mơ hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía rotor.................................... 40
Hình 4-5: Mơ hình bộ điều khiển bộ biến đổi phía lưới. .................................... 41
Hình 4-6: Sơ đồ mơ phỏng. ............................................................................... 42
Hình 4-7: Sơ đồ mô phỏng sử dụng trong matlab/simulinkError! Bookmark not
defined.
Hình 4-8: Đặc tính bão hịa máy biến dịng được sử dụng trong mơ phỏng ....... 43
Hình 4-9: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................... 45
Hình 4-10: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 45
Hình 4-11: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 46
Hình 4-12: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 46
Hình 4-13: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 47
Hình 4-14: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 47
Hình 4-15: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 47
Hình 4-16: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 48
Hình 4-17: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 48
Hình 4-18:Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................ 49
Hình 4-19: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 49
Hình 4-20: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 49
Hình 4-21: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 50
Hình 4-22: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 50
Hình 4-23: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 51

Hình 4-24: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 51
Hình 4-25: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 52
Hình 4-26: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 52
Hình 4-27: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 53


Hình 4-28: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 53
Hình 4-29: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 54
Hình 4-30: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 54
Hình 4-31: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 55
Hình 4-32: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 55
Hình 4-33: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 56
Hình 4-34: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 56
Hình 4-35: Kết quả mơ phỏng dịng điện các phía của máy biến áp .................. 57
Hình 4-36: Kết quả mơ phỏng dịng điện so lệch và đặc tính cắt ....................... 57
Hình 4-37: Thí nghiệm bơm dịng áp với rơ le 7UT613 và Omicron CMC356. 58
Hình 4-38: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 59
Hình 4-39: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 59
Hình 4-40: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 60
Hình 4-41: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 60
Hình 4-42: Dịng điện so lệch ghi nhận tại rơ le 7UT613 .................................. 61
Hình 4-43: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 61
Hình 4-44: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 62
Hình 4-45: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 62
Hình 4-46: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 63
Hình 4-47: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 63
Hình 4-48: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 63
Hình 4-49: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 64
Hình 4-50; Kết quả so sánh dòng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 64
Hình 4-51: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 65

Hình 4-52: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 65
Hình 4-53: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 65
Hình 4-54: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 66


Hình 4-55: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 66
Hình 4-56: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 67
Hình 4-57: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 67
Hình 4-58: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 67
Hình 4-59: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 68
Hình 4-60: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 68
Hình 4-61: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 69
Hình 4-62: Kết quả so sánh dòng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 69
Hình 4-63: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 70
Hình 4-64: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 70
Hình 4-65: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 70
Hình 4-66: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 71
Hình 4-67: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 71
Hình 4-68: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 72
Hình 4-69: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 72
Hình 4-70: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 72
Hình 4-71: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 73
Hình 4-72: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 73
Hình 4-73: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 74
Hình 4-74: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 74
Hình 4-75: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 75
Hình 4-76: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 75
Hình 4-77: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 75
Hình 4-78: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 76
Hình 4-79: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 76

Hình 4-80: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 77
Hình 4-81: Kết quả so sánh dòng điện so lệch................................................... 77


Hình 4-82: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 77
Hình 4-83: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 78
Hình 4-84: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 78
Hình 4-85: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 78
Hình 4-86: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 79
Hình 4-87: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 79
Hình 4-88: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 80
Hình 4-89: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 80
Hình 4-90:Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ............................ 80
Hình 4-91: Kết quả so sánh dịng điện phía 110kV ........................................... 81
Hình 4-92: Kết quả so sánh dịng điện phía 22kV ............................................. 81
Hình 4-93: Kết quả so sánh dịng điện so lệch................................................... 81
Hình 4-94: Kết quả so sánh dịng điện so lệch và đặc tính cắt ........................... 82


Mở đầu
Giới thiệu
Rơ le là phần tử bảo vệ hệ thống điện giúp phát hiện và cách ly phần tử sự cố ra
khỏi hệ thống điện để duy trì hoạt động bình thường đồng thời giảm mức độ hư hại
của phần tử sự cố đối với hệ thống điện. Để thực hiện tốt chức năng bảo vệ địi hỏi
cơng đoạn tính tốn thiết kế và lắp đặt hệ thống bảo vệ vô cùng quan trọng quyết
định sự làm việc của phần tử bảo vệ.
Ngày nay, rơ le bảo vệ kỹ thuật số có khả năng cung cấp đầy đủ các dữ liệu đã thu
thập bằng chức năng ghi sự kiện khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện. Những dữ
liệu này bao gồm: giá trị dòng điện, điện áp, trạng thái của tín hiệu đầu vào và trạng
thái rơ le đầu ra… được lưu trữ trong tập tin có định dạng COMTRADE nhằm phục

vụ cơng tác phân tích, báo cáo và xác định đúng nguyên nhân sự cố dễ dàng hơn.
Tuy nhiên, sự cố xảy ra trên lưới điện theo thống kê là khá ít, cho nên kể từ khi
IEEE đưa ra tiêu chuẩn tập tin có định dạng COMTRADE vào năm 1999 [1] cho
đến nay, thì việc sử dụng các tập tin này nhằm thử nghiệm Rơ le bảo vệ vẫn còn hạn
chế do người sử dụng chưa quen với tiêu chuẩn này. Kết quả là chỉ có một số lượng
nhỏ người dùng đã ứng dụng thành công trong việc sử dụng phát lại dữ liệu bản ghi
sự cố bằng hợp bộ thí nghiệm để phân tích khả năng làm việc của rơ le đối với
nhiễu loạn trong hệ thống điện.
Một vấn đề khác trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện hiện nay liên quan đến sự xuất
hiện ngày càng nhiều các nhà máy năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời. Vì
vậy, cần có các nghiên cứu phân tích đánh giá ảnh hưởng của các nhà máy điện
năng lượng mới nói chung, cũng như nhà máy điện gió nói riêng đến mức độ ổn
định tin cậy và các khía cạnh vận hành khác của hệ thống. Một trong những vấn đề
cần quan tâm khi kết nối nhà máy điện gió là sự phối hợp làm việc các bảo vệ, độ
chính xác và tin cậy của các rơ le bảo vệ với dạng sóng dịng điện sự cố từ nhà máy
điện gió. Về cơ bản, nhà máy điện gió cũng như các nhà máy sử dụng năng lượng
mới sử dụng nguồn điện ba pha dựa trên thiết bị nghịch lưu [2]. Các nguồn điện
dạng này chứa tỉ lệ sóng hài cao, hằng số thời gian dòng ngắn mạch nhỏ. Do vậy
các rơ le bảo vệ có thể bị ảnh hưởng nhất định.


Luận văn tập trung phân tích đánh giá chức năng của bảo vệ so lệch máy biến áp
dựa trên bản ghi COMTRADE
Tóm tắt nội dung luận văn
Cấu trúc của luận văn gồm các phần chính như sau
 Trình bày tổng quan về nguyên lý bảo vệ so lệch
 Dựa trên mơ hình COMTRADE và các kết quả mơ phỏng thu được, xây
dựng các file bản ghi sự cố theo chuẩn COMTRADE phục vụ thử nghiệm rơ
le.
 Giới thiệu tính năng và phương pháp sử dụng hợp bộ thí nghiệm CMC 356

của Omicron nhằm thử nghiệm sự làm việc của rơ le kỹ thuật số thương mại.
 Đánh giá và kết luận
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Đức Huy đã tận
tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn. Do kiến thức cịn hạn
chế nên khơng tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cô giáo để bản luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Người thực hiện


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chương 1: Một số vấn đề bảo vệ Rơ le cho máy biến áp điện lực
Bảo vệ cho hệ thống điện nhiều phần tử bao gồm các phần tử chính như máy phát
điện, máy biến áp, thanh góp, đường dây cần có sự phối hợp giữa bảo vệ của các
phần tử để bảo vệ an tồn nhất cho chính các phần tử đó cũng như toàn bộ hệ
thống. Ở đây ta chỉ lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy biến áp và thanh góp.
1.1. Bảo vệ máy biến áp
Trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất
liên kết với hệ thống sản xuất, truyền tải và phân phối. Vì vậy, việc nghiên cứu
các tình trạng làm việc khơng bình thường và sự cố xảy ra với MBA là rất cần
thiết.
Để bảo vệ cho MBA làm việc an tồn cần phải tính đầy đủ các hư hỏng bên trong
MBA và các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của máy
biến áp. Từ đó đề ra các phương án bảo vệ tốt nhất, loại trừ các hư hỏng và ngăn
ngừa các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của MBA.
Máy biến áp trong sơ đồ là loại máy biến áp tự ngẫu 220/110/22 kV cơng suất
lớn, có bộ điều áp dưới tải khi thực hiện bảo vệ cho máy biến áp cần chú ý thêm
đến vấn đề bảo vệ liên quan đến dầu máy biến áp cũng như làm mát, cứu hỏa cho

máy biến áp. Cần chú ý đến các loại hư hỏng và chế độ làm việc khơng bình
thường của máy biến áp để sử dụng sơ đồ bảo vệ một cách hợp lý nhất.
1.1.1. Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ
Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ nhanh nhất sự cố ra khỏi hệ
thống điện, nhằm ngăn chặn và hạn chế tối đa những hậu quả mà nó gây ra. Thiết
bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiện đại là các
rơ le một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự
động hóa hệ thống điện, thỏa mãn những yêu cầu kĩ thuật đề ra đối với nhiệm vụ
bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống.
Để đảm bảo cho hệ thống vận hành một cách an toàn và liên tục, đòi hỏi thiết bị
phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản như:

Nguyễn Xuân Phúc

1


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Độ tin cậy – đảm bảo thiết bị làm việc đúng, chắc chắn.
Độ tin cậy khi tác động (dependability): khả năng chắc chắn tác động đúng
khi sự cố trong vùng bảo vệ.
Độ tin cậy không tác động (security): khả năng sẽ không làm việc sai khi
khơng sự cố hoặc sự cố ngồi vùng bảo vệ.
Tính chọn lọc – phát hiện, loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.
Bảo vệ chọn lọc tuyệt đối: Chỉ làm việc khi xảy ra sự cố trong vùng xác định,
khơn làm dự phịng cho các bảo vệ lân cận.
Bảo vệ chọn lọc tương đối: Ngoài bảo vệ chính cho đối tượng cịn thực hiện
chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.
Tác động nhanh

Bảo vệ phát hiện, cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh thì càng giảm thiệt hại
cho hệ thống.
Bảo vệ được coi là tác động nhanh nếu thời gian tác động khơng vượt q
50ms.
Tính kinh tế
Đối với lưới trung áp, hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ lớn, yêu
cầu bảo vệ không cao bằng lưới cao áp cần cân nhắc sao cho chi phí cho
thiết bị bảo vệ là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu.
1.1.2. Các loại hư hỏng và chế độ làm việc khơng bình thường của MBA
Những loại hư hỏng thường xảy ra đối với máy biến áp:
Hư hỏng bên trong MBA bao gồm:
Chạm chập giữa các vòng dây.
Ngắn mạch giữa các cuộn dây.
Chạm đất (vỏ) và ngắn mạch chạm đất.
Hỏng bộ chuyển đổi đầu phân áp.
Thùng dầu bị thủng hoặc rò dầu.

Nguyễn Xuân Phúc

2


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hư hỏng bên ngoài cuộn dây MBA bao gồm:
Ngắn mạch 1 pha trong hệ thống.
Ngắn mạch nhiều pha trong hệ thống. Chế độ làm việc khơng bình thường là
chế độ làm việc của máy biến áp có một số chỉ tiêu vượt ra ngồi giới hạn cho
phép.
1.1.3. Các dạng sự cố khác

Quá tải: Dòng điện hoặc công suất vượt quá giá trị danh định. Máy biến áp chỉ
cho phép làm việc trong 1 thời gian nhất định gọi là thời gian cho phép tcp. Hệ số
quá tải càng lớn kqt 

X lv
thì tcp càng nhỏ.
X dd

Quá kích từ: Độ từ cảm B 

u
; B tăng đến mức quá bão hoà nếu điện áp tăng
f

cao hoặc tần số giảm thấp do thao tác đóng cắt hoặc do trục trặc của bộ điều
chỉnh điện áp.
Nhiệt độ dầu hoặc cuộn dây quá cao: nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chất lượng
cách điện và nếu vượt quá giới hạn sẽ làm hỏng cách điện.
Lọt khí vào dầu hoặc mức dầu thấp: Là trạng thái khơng bình thường đối với
MBA làm mát và cách điện bằng dầu.
Tùy theo công suất, vị trí, vai trị của MBA trong hệ thống mà lựa chọn phương
thức bảo vệ thích hợp. Những loại bảo vệ thường dùng để chống lại loại sự cố và
làm việc khơng bình thường của MBA được giới thiệu trong Bảng 1-1

Nguyễn Xuân Phúc

3


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Bảng 1-1: Những dạng hư hỏng và bảo vệ thường dùng

Loại sự cố

Loại bảo vệ

Sự cố pha-pha và pha-đất ở cuộn
dây

So lệch có hãm
Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ chống chạm đất hạn chế

Sự cố giữa các vịng dây

Bảo vệ so lệch
Rơ le khí (Buchholz)

Sự cố lõi từ

Bảo vệ so lệch
Rơ le khí (Buchholz)

Sự cố thùng dầu máy biến áp

Bảo vệ so lệch
Rơ le khí (buchholz)
Bảo vệ chống chạm đất thùng
máy biến áp

Quá từ thông

Bảo vệ chống quá từ thông

Quá nhiệt

Bảo vệ chống quá tải

Nguyễn Xuân Phúc

4


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chương 2: Nguyên lý bảo vệ so lệch
2.1. Nguyên lý bảo vệ so lệch cho máy biến áp điện lực
Các hệ thống bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện và vì vậy
cũng được hiểu như hệ thống cân bằng dòng.
Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch máy biến áp:

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch máy biến áp

Bảo vệ so lệch sử dụng nguyên tắc trên thực tế (hình vẽ) là dịng điện rời khỏi
một đối tượng bảo vệ trong điều kiện bình thường phải bằng dịng đưa vào nó.
Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉ thị sự cố bên trong vùng bảo vệ. Các cuộn dây
thứ cấp của các biến dòng CT1 và CT2 có cùng tỷ số biến có thể được nối để có
được các dịng điện như hình vẽ.
Thành phần đo M được nối tại điểm cân bằng điện. Trong điều kiện vận hành
bình thường sẽ khơng có dịng chảy qua thành phần đo M. Khi có sự cố bên trong

các biến dịng, các dịng điện ở mỗi đầu khơng bằng nhau, thành phần đo M đo
được dòng i1+i2 tỷ lệ với I1 +I2 tổng của hai dòng sự cố chảy qua. Nếu dòng điện
i1+i2 này đủ lớn cho thành phần đo M, hệ thống này sẽ cung cấp một bảo vệ đơn
giản phân biệt được dịng sự cố.
Khi có một sự cố bên ngồi gây ra dịng ngắn mạch lớn chảy qua vùng bảo vệ,
các đặc tính từ hố khác nhau của các máy biến dòng trong điều kiện bão hồ có

Nguyễn Xn Phúc

5


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

thể gây ra dòng đáng kể chảy qua M. Nếu độ lớn của dòng này nằm trên ngưỡng
tác động, hệ thống có thể đưa ra lệnh cắt. Việc hãm chống lại việc tác động sai
của bảo vệ.
Ở các máy biến áp thơng thường các dịng thứ cấp của các biến dịng khơng bằng
nhau khi một dòng chảy qua máy biến áp, nhưng tuỳ thuộc vào tỷ số biến và tổ
đấu dây của máy biến áp được bảo vệ và dòng điện định mức của các máy biến
dịng ở hai phía của máy biến áp. Vì vậy dịng điện các phía phải được làm phù
hợp để có thể so sánh được.
Việc điều chỉnh cho phù hợp với các máy biến áp có cơng suất và tổ đấu dây
khác nhau (cho bảo vệ máy biến áp) được thực hiện bằng tốn học hồn tồn.
Thơng thường khơng địi hỏi các biến dòng trung gian.
Các dòng đưa vào được chuyển đổi theo dòng định mức của máy biến áp. Điều
này có được bằng cách đưa số liệu định mức của máy biến áp vào rơle, đó là:
Cơng suất định mức, điện áp định mức và dòng điện định mức của các biến dịng.
Vì tổ đấu dây đã được đưa vào nên rơle có khả năng so sánh dịng theo cơng thức
cố định.

Việc chuyển đổi dịng được thực hiện bằng các ma trận, hệ số được lập trình mơ
phỏng các dòng điện so lệch trong các cuộn dây máy biến áp. Tất cả các tổ đấu
dây rơle đều có thể hiểu được (bao gồm đổi pha).
2.1.1. Đánh giá đại lượng đo lường đo được
Các phía của MBA đều đặt máy biến dòng, dòng điện thứ cấp của các máy biến
dòng này khơng hồn tồn bằng nhau. Sự sai khác này phụ thuộc vào nhiều yếu
tố: tỷ số biến đổi, tổ đấu dây, sự điều chỉnh điện áp của máy biến áp, sai số, sự
bão hòa của máy biến dòng… Do vậy, để tiện so sánh dòng điện thứ cấp máy
biến dịng ở các phía MBA thì phải biến đổi chúng về cùng một phía, chẳng hạn
phía cao áp
Sau khi các dịng nhận vào được làm cho phù hợp có tính đến tỷ số biến nhóm
véc tơ và cách đối xử với các dịng thứ tự khơng, các bảo vệ cần thiết cho bảo vệ
so lệch được tính tốn từ IA , IB , IC của từng cuộn dây. Trong các phần chú giải

Nguyễn Xuân Phúc

6


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

sau các chỉ số sẽ được dùng để phân biệt các cuộn dây: 1 cho cuộn sơ cấp (điện
áp cao hơn) của máy biến áp, 2 cho cuộn thứ cấp (điện áp thấp hơn) và 3 cho
cuộn thứ 3 đối với máy biến áp 3 cuộn dây nếu sử dụng.
Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho các đối tượng bảo vệ hai phía, một đại
lượng hãm thường được lấy từ dòng sai lệch I1 - I2 hoặc từ tổng số học I1 + I2 .
Cả 2 phương pháp đều như nhau ở một số giải thuật thích hợp của các đặc tính
hãm. Trong các hệ thống bảo vệ so lệch cho đối tượng bảo vệ 3 phía, máy biến
áp 3 cuộn dây việc hãm chỉ có thể thực hiện với tổng số học I1 + I2+I3 .
Phương pháp này được sử dụng trong rơle cho tất cả các đối tượng bảo vệ (máy

biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây). Nó địi hỏi tạo ra tổng véc tơ và tổng đại số của các
dòng điện cho từng cuộn dây.
Các định nghĩa sau được sử dụng:
Dòng so lệch hoặc tác động cắt
Idiff = I1 + I2 (2 cuộn dây).
Hoặc Idiff = I1 + I2+I3 (3 cuộn dây).
Và dòng làm ổn định hoặc hãm (hài):
Istab = I1 + I2 (2 cuộn dây).
Hoặc Istab = I1 +I2+I3 (3 cuộn dây).
Idiff được lấy từ các sóng cơ bản và sản sinh ra đại lượng gây ra lệnh cắt, Istab
chống lại ảnh hưởng này.
Để làm sáng tỏ 3 điều kiện vận hành quan trọng sẽ được xem xét:
a. Dòng chảy qua máy biến áp vận hành bình thường hoặc khi có sự cố bên
ngồi.
I2 đổi hướng của nó vì vậy đổi dấu, I2 =- I1 do vậy I2 = I1
Idiff = I1 + I2= I1 -I1 = 0
Istab = I1 + I2 = I1 + I1= 2.I1

Nguyễn Xuân Phúc

7


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Dòng tác động bằng 0 (Idiff = 0), dòng hãm (Istab) tỷ lệ với 2 lần dịng chảy
qua.
b. Ngắn mạch bên trong mỗi phía được cấp bởi các dòng giống nhau:
Trong trường hợp này: I2 = I1 do vậy I2 = I1
Idiff = I1 + I2= I1 + I1=2.I1

Istab = I1 +  I2 = I1 + I1 = 2.I1
Các thành phần tác động cắt (Idiff) và hãm (Istab) bằng và tỷ lệ với tổng dòng
sự cố.
c. Ngắn mạch bên trong chỉ cấp dòng từ một phía:
Trong trường hợp này I2 = 0
Idiff = I1 + I2= I1 + 01= I1
Istab = I1 +  I2 = I1 + 0 = I1
Các thành phần tác động cắt (Idiff) và hãm (Istab) bằng và tỷ lệ với dịng sự cố cấp
từ một phía.
Kết quả này cho thấy rằng với sự cố bên trong Idiff= Istab. Vì vậy đặc tính sự cố
bên trong là một đường thẳng với độ dốc =1.
Trên sơ đồ hoạt động minh hoạ ở hình 2-3. Hình vẽ đưa ra đặc tính làm việc đầy
đủ của rơle. Nhánh a thể hiện ngưỡng nhậy của bảo vệ rơle so lệch và xét đến
dòng sai số khơng đổi, dịng từ hố. Nhánh b xét đến sai số tỷ lệ theo dịng có thể
gây ra bởi sai số của biến dịng chính, các máy biến dịng đầu vào của rơle hoặc
từ vị trí bộ chuyển nấc máy biến áp
Ở dải dịng điện lớn có thể làm tăng bão hồ cho biến dịng, nhánh c gây hãm
nhiều hơn. Các đánh giá thêm, trong trường hợp cực bão hồ nhánh c (hãm cộng
thêm - Add-on stabilization) được mơ tả phần sau.
Các dòng Idiff và Istab được so sánh bằng bảo vệ so lệch với đặc tính làm việc
(hình vẽ). Nếu các dòng nằm trong vùng cắt, lệnh cắt được đưa ra.

Nguyễn Xuân Phúc

8


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

2.1.2. Đặc tính tác động

Hình 2-2: Đặc tính bảo vệ so lệch của rơ le

Đặc tính gồm có 4 đoạn a, b, c & d. Ý nghĩa và giá trị chỉnh định cho mỗi đoạn
như sau (giá trị chỉnh định được):
 Đoạn a: là giá trị khởi động mức thấp IDIFF> của bảo vệ so lệch. Giá trị
này được chỉnh định lớn hơn dòng điện so lệch có thể xuất hiện ở chế độ
bình thường. Độ dốc của đặc tính bằng 0.
Dịng điện so lệch có thể xuất hiện ở chế độ bình thường do các yếu tố sau
gây ra: Do sai số của các biến dịng điện các phía. Sai số này có thể lấy
bằng 5% (với BI loại 5P) hoặc 10% nếu sử dụng BI loại 10P. Trong tính
tốn chỉnh định thường lấy trường hợp cực đoan nhất là 10% hay 0,1.
Sai số do việc điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp: nhà sản xuất khuyến
cáo nên tăng 10% giá trị cài đặt cho mỗi 10% của phạm vi điều chỉnh đầu
phân áp. Ví dụ, giá trị cài đặt là 0,2, nếu máy biến áp có dải điều chỉnh
phân áp khoảng 10% thì giá trị cài đặt cuối cùng là 0,22.
Dải điều chỉnh của giá trị khởi động ngưỡng thấp cho phép trong rơle
trong khoảng 0,1÷0,5; trong thực tế giá trị này được chọn khoảng 0,2÷0,3.
 Đoạn b: có xét tới ảnh hưởng của việc máy biến áp làm việc quá tải. Đoạn
b có đường kéo dài đi qua gốc tọa độ và độ dốc Khãm= 0,25.

Nguyễn Xuân Phúc

9


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

 Đoạn c: có độ dốc lớn hơn, đảm bảo rơle hãm tốt khi có ngắn mạch ngồi
vùng, BI có thể bị bão hịa. Phần kéo dài của đặc tính c đi qua điểm 2,5

trên trục Ihãm và độ dốc Khãm = 0,5
 Đoạn d: Đặc trưng bởi giá trị khởi động ngưỡng cao IDIFF>>. Đoạn d có độ
dốc bằng 0; nghĩa là bảo vệ sẽ tác động khơng hãm. Do đó đoạn d cần
chỉnh định đảm bảo chỉ tác động khi sự cố chắc chắn nằm trong vùng bảo
vệ (trong máy biến áp).
Giá trị IDIFF>> được chỉnh định lớn hơn 20% so với dòng ngắn mạch đầu
cực của MBA.
Nếu toạ độ điểm hoạt động (ISL, IH) xuất hiện gần đặc tính sự cố sẽ xảy ra tác
động.
2.1.3. Hãm sóng hài
Khi các dịng so lệch có thể gây ra khơng chỉ từ các sự cố bên trong máy biến áp
mà cịn từ dịng từ hố máy biến áp khi đóng máy biến áp, nối song song máy
biến áp hoặc một máy biến áp bị quá điện áp, chúng sinh ra các thành phần sóng
hài.
Dịng từ hố có thể lớn gấp nhiều lần dịng định mức và thành phần chủ yếu là
sóng hài bậc 2 (gấp đơi tần số định mức). Trên thực tế nó khơng có mặt trong các
trường hợp có ngắn mạch. Nếu thành phần bậc hai vượt quá ngưỡng (có thể
chọn), lệnh cắt bị khố.
Vì hãm dịng từ hố làm việc độc lập cho từng pha, bảo vệ vẫn làm việc hoàn
toàn ngay cả khi đóng máy biến áp vào sự cố một pha, khi đó dịng từ hố có thể
xuất hiện chỉ ở các pha khơng có sự cố. Tuy vậy cũng có thể đặt bảo vệ để khơng
chỉ pha có dịng từ hố chứa sóng hài vượt q ngưỡng cho phép được hãm mà
những pha khác của cấp bảo vệ so lệch Idiff, cũng bị khoá (được gọi là "chức năng
khoá chéo"). Chức năng khố chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời gian
chọn trước.
Bên cạnh sóng hài bậc 2, sóng hài khác cũng có thể được lựa chọn để khố bảo
vệ. Có thể chọn sóng hài bậc 3, 4 và 5.

Nguyễn Xuân Phúc

10


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Sóng hài bậc 4 có thể thấy giống như sóng hài bậc 2 trong các dịng từ hố khơng
đối xứng.
Q từ hố lõi thép máy biến áp đặc trưng bởi sự xuất hiện các thành phần sóng
hài bậc lẻ trong dịng điện. Vì vậy sóng hài bậc 3 và bậc 5 thích hợp để phát hiện
ra những hiện tượng này. Nhưng vì thành phần sóng hài bậc 3 thường bị loại trừ
ở các máy biến áp lực (bằng cuộn dây đấu ) sóng hài bậc 5 thường được sử
dụng.
Hơn nữa, ở các máy biến áp tự ngẫu các sóng hài bậc lẻ tìm thấy khơng thấy xuất
hiện trong các sự cố bên trong máy biến áp.
Sóng hài làm việc độc lập cho từng pha. Tuy vậy, cũng có thể đặt bảo vệ để
khơng chỉ để pha có dịng từ hố chứa sóng hài vượt q ngưỡng cho phép được
hãm mà những pha khác của cấp bảo vệ Idiff> cũng bị khoá (được gọi là "chức
năng khố chéo"). Chức năng khố chéo này có thể bị giới hạn trong khoảng thời
gian chọn trước.
Các bộ lọc số được sử dụng để thực hiện các phân tích Fourier cho dịng so lệch.
Ngày khi thành phần sóng hài vượt quá các giá trị đặt, rơle hãm ở pha tương ứng.
Thuật tốn học được tối ưu có xét đến các trạng thái thống qua để loại bỏ hãm
khơng cần thiết trong các điều kiện động.

Nguyễn Xuân Phúc

11


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

2.1.4. Hãm cộng thêm (Add-on stabillization) khi biến dịng bị bão hịa

Hình 2-3: Điểm làm việc khi sự cố trạm Vật Cách T6.2016 gây ra bão hịa hồn tồn BI.

Bão hồ của các máy biến dòng gây ra bởi các dòng sự cố lớn và/hoặc các hằng
số thời gian hệ thống dài khơng thích hợp với các sự cố bên trong (sự cố bên
trong máy biến áp được bảo vệ). Vì vậy các dịng so lệch cũng như dòng hãm đo
được bị biến dạng đến cùng một ngưỡng. Đặc tính sự cố được minh hoạ trên hình
2-3 là cùng cơ sở chính trong trường hợp này. Tất nhiên, thành phần sóng cơ bản
của dịng so lệch cũng phải ít nhất vượt quá giá trị tác động (nhánh a trong hình
vẽ 2-3).
Trong một sự cố ngắn mạch ngồi vùng gây ra dịng ngắn mạch lớn làm bão hồ
biến dịng, một dịng so lệch đáng kể có thể được tạo ra, đặc biệt khi mức độ bão
hoà khác nhau giữa hai điểm đo. Nếu đại lượng Idiff/Istab nằm trong vùng cắt của
đặc tính làm việc (hình vẽ 2-3), lệnh cắt sẽ được đưa ra nếu khơng có biện pháp
đặc biệt nào.
Rơ le cung cấp 1 chỉ số bão hồ nó phát hiện những hiện tượng như vậy và khởi
động các biện pháp hãm cộng thêm (Add-on stabillization). Chỉ số bão hoà làm

Nguyễn Xuân Phúc

12