Phân tích đánh giá rơle ge l90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kv ba đồn thành phố đồng hới

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĂN NGỌC

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE GE-L90
BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV
BA ĐỒN - THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. LÊ KIM HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, trong luận văn có
sử dụng một số số liệu thống kê, tính tốn hệ thống của các đơn vị ngành điện;
trích dẫn một số bài viết, tài liệu rơle bảo vệ so lệch đường dây của hãng GE.
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.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Ngọc

MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................2
6. Bố cục luận văn .......................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ..3
1.1. Các đặc điểm của lưới điện truyền tải ..................................................................3
1.1.1. Tình hình sự cố trên lưới điện truyền tải .......................................................3
1.1.2. Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền tải ....................4
1.1.2.1. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV ...........................4
1.1.2.2. Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV ...........................5
1.2. Các chức năng bảo vệ chính cho đường dây truyền tải điện cao áp ....................6
1.2.1. Bảo vệ khoảng cách .......................................................................................6
1.2.1.1. Sơ đồ logic ..............................................................................................6
1.2.1.2. Công thức chỉnh định .............................................................................6
1.2.1.3. Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách ......................................7
1.2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách ...........8
1.2.2. Bảo vệ so lệch ................................................................................................9

1.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch .......................................................9
1.2.2.2. Đặc tính làm việc của bảo vệ ................................................................10
1.2.2.3. Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch ..............................................10
1.2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ so lệch .................11
1.3. Kết luận...............................................................................................................11
CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC
ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI ................................12
2.1. Mô tả sơ đồ đấu nối và thơng số đường dây.......................................................12
2.2. Tính tốn ngắn mạch đường dây ........................................................................12
2.3. Chức năng bảo vệ so lệch dòng điện trong GE L90 [9] .....................................17


2.3.1. Nguyên lý làm việc......................................................................................17
2.3.2. Loại bỏ suy giảm độ lệch ............................................................................18
2.3.3. Tính tốn phaselets ......................................................................................19
2.3.4. Đặc tính hãm................................................................................................20
2.3.5. Sơ đồ logic của bảo vệ so lệch ....................................................................22
2.3.6. Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ so lệch dòng điện ........................22
2.4. Chức năng bảo vệ khoảng cách ..........................................................................24
2.4.1. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................24
2.4.2. Các giá trị cài đặt cho chức năng bảo vệ khoảng cách ................................26
2.4.2.1. Cài đặt chung cho bảo vệ khoảng cách. ...............................................26
2.4.2.2. Cài đặt chức năng khoảng cách pha - pha (21). ...................................27
2.4.2.3. Cài đặt chức năng khoảng cách pha - đất (21G) ..................................30
2.5. Kết luận...............................................................................................................32
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG ĐẶC TÍNH HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG 87L CỦA
RƠLE GE L90 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH
PHỐ ĐỒNG HỚI TRÊN NỀN MATLAB/SIMULINK ...............................................33
3.1. Tổng quan về Matlab/Simulink ..........................................................................33
3.1.1. Matlab ..........................................................................................................33

3.1.2. Simulink ......................................................................................................33
3.2. Xây dựng mơ hình mơ phỏng rơle GE L90 ........................................................33
3.2.1. Thơng số của mơ hình .................................................................................33
3.2.2. Xây dựng mơ hình bảo vệ so lệch dọc đường dây ......................................34
3.2.3. Xây dựng khối nguyên lý làm việc của rơle so lệch GE L90 .....................37
3.3. Áp dụng mơ hình mơ phỏng để phân tích sự làm việc của rơle .........................42
3.3.1. Chế độ làm việc bình thường ......................................................................42
3.3.2. Sự cố một pha trong vùng bảo vệ ................................................................43
3.3.3. Sự cố một pha ngoài vùng bảo vệ ...............................................................46
3.4. So sánh, phân tích đánh giá ................................................................................48
3.5. Kết luận...............................................................................................................48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................51
PHỤ LỤC ......................................................................................................................52
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao)
BẲN SAO CÁC BIÊN BẢN, NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN
THẠC SĨ.


TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ RƠLE GE-L90 BẢO VỆ
SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI
Học viên: Nguyễn Văn Ngọc

Chuyên nghành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Khố: K34

Tóm tắt - Bảo vệ so lệch dọc là bảo vệ quan trọng luôn được sử dụng trên đường
dây truyền tải do tính tác động nhanh, có thể tác động với mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo
tính chọn lọc tuyệt đối. Luận văn này nghiên cứu phân tích, đánh giá rơle GE-L90 bảo vệ
so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. Luận văn đã thực hiện phân
tích, tính tốn thơng số chỉnh định cho rơle GE-L90. Dưạ trên nguyên lý làm việc, sơ đồ
logic bảo vệ của GE-L90 và thơng số tính tốn chỉnh định tác giả đã xây dựng mơ hình mơ
phỏng đặc tính làm việc của rơle GE-L90 trên nền Matlab/Simulink. Từ kết quả mơ phỏng,
tác giả đã có được một số đánh giá về rơle bảo vệ này. Mô hình mơ phỏng này cũng giúp
nhân viên vận hành kiểm tra, đánh giá thơng số chỉnh định, phân tích nắm rõ đặc tính hoạt
động của rơle để phục vụ cho công tác vận hành, nhằm nâng cao năng lực vận hành góp
phần đảm bảo cơng tác vận hành an tồn lưới điện.
Từ khoá – bảo vệ so lệch; đường dây truyền tải; rơle GE-L90; sơ đồ logic; lưới điện.
ANALYSIS, ASSESSMENT GE-L90 DIFFERENTIAL PROTECTION FOR
220KV LINE BA DON – DONG HOI CITY
Abstract - Differential protection is an important protection, it is always used for
power transmission lines with no time-delay effect, which can affect all types of short
circuits and ensures absolute selectivity. This thesis investigates the analysis and
evaluation of the GE-L90 relay to protect the 220kV line of Ba Don – Dong Hoi city. The
thesis has analyzed, calculated parameters for the relay GE-L90. Based on the working
principle, the GE-L90's protective logic scheme and calculated parameters, the author has
developed a working model of the GE-L90 relay based on Matlab/Simulink software.
From simulation results, the author has obtained some evaluation of this protection relay.
This simulation model also allows the operator to check and evaluate the adjustment
parameters, to understand the operational characteristics of the relay for operation, to
improve operational capability, to ensure the safe operation of the power grid.

Key words – differential protection; power transmission lines; GE-L90 relay; logic

scheme; the power grid.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CT (TI)

Máy biến dịng điện (Current Transformer)

EVNNPT

Tổng cơng ty Truyền tải điện Quốc gia

VT (TU)

Máy biến điện áp (Voltage Transformer)

TBA

Trạm biến áp

CÁC KÍ HIỆU
F21

Bảo vệ khoảng cách

F87L

Bảo vệ so lệch dọc đường dây

T220

Trạm biến áp 220kV


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu
1.1.

1.2.

Tên bảng
Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm
2016
Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm
2017

Trang
3

3

2.1.

Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 220kV

13

2.2.

Dòng điện ngắn mạch ba pha

17

2.3.

Dịng điện ngắn mạch một pha

17

2.4.

Thơng số chỉnh định chức năng bảo vệ so lệch

24

3.1.

Thông số nguồn điện

33

3.2.
3.3.

Thông số đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng
Hới
Tham số cài đặt chức năng bảo vệ so lệch cho GE-L90

34
34


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
hiệu
1.1.
1.2.
1.3.
1.4
1.5
1.6
1.7
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7.
2.8.
2.9.
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15

2.16
2.17
2.18
2.19
3.1.
3.2.
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

Tên hình
Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 500 kV
Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 220 kV
Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách
Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách
Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến đặc tuyến của bảo vệ khoảng
cách
Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dịng so lệch
Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch
Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - thành phố Đồng Hới
Sơ đồ thay thế tính tốn ngắn mạch
Mơ tả đặc tính tác động của rơle GE L90
Sự thay đổi vùng hãm khi thay đổi các giá trị chỉnh định
Sơ đồ logic của chức năng bảo vệ khoảng cách pha GE L90
Sơ đồ logic vùng 1 tác động của bảo vệ khoảng cách
Sơ đồ logic vùng 2 tác động của bảo vệ khoảng cách
Sơ đồ logic vùng 3 tác động của bảo vệ khoảng cách
Sơ đồ logic ghi nhớ điện áp trong bảo vệ khoảng cách

Đặc tính Mho có hướng
Đặc tính Mho vơ hướng
Đặc tính Quad có hướng
Đặc tính Quad vơ hướng
Các biến thể của đặc tính Mho
Các biến thể của đặc tính tứ giác
Đặc tính tứ giác trong bảo vệ khoảng cách pha - đất
Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 1
Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 2
Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách pha - đất vùng 3
Sơ đồ phương thức bảo vệ so lệch dọc đường dây
Mơ hình mơ phỏng rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây
Hệ thống nguồn điện
Thơng số phụ tải điện
Khối tín hiệu dịng các pha
Khối tính tốn dịng so lệch bình phương cho từng pha
Sơ đồ khối tính tốn dịng hãm bình phương cho từng pha

Trang
4
5
6
7
8
9
10
12
13
21
22

25
25
25
26
27
27
27
28
28
28
28
30
31
31
31
34
35
35
36
37
38
39


Số
hiệu
3.8
3.9
3.10
3.11

3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23

Tên hình

Trang

Sơ đồ khối tính dịng hãm khi (ILOC_TRAD)2 < BP2
Sơ đồ khối tính dịng hãm khi (ILOC_TRAD)2 > BP2
Sơ đồ khối tính tốn cắt một pha
Sơ đồ đưa ra lệnh cắt chung của rơle
Mơ hình mơ phỏng bảo vệ so lệch dọc đường dây
Dòng điện đo lường ở chế độ làm việc bình thường
Đặc tính hãm của rơle GE L90 trong chế độ làm việc bình thường
Giá trị so lệch, hãm và quyết định cắt của bảo vệ trong chế độ làm
việc bình thường
Dịng điện ba pha trước và trong khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A
trong vùng bảo vệ
Đặc tính hãm của rơle khi ngắn mạch một pha trong vùng bảo vệ
Giá trị dòng so lệch, dòng hãm và quyết định TRIP khi ngắn mạch

trong vùng bảo vệ
Dòng điện đường dây khi thực hiện cắt ngắn mạch
Mơ hình ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ
Dịng điện ba pha khi ngắn mạch một pha ngoài vùng bảo vệ
Đặc tính hãm của rơle khi ngắn mạch một pha ngồi vùng bảo vệ
Các giá trị tính tốn dịng so lệch, dịng hãm và quyết định TRIP
khi ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ

39
39
40
41
41
42
42
43
44
44
45
45
46
46
47
47


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Điện năng là một nhu cầu không thể thiếu được trong đời sống xã hội hiện nay.
Việc sản xuất, truyền tải phải trải qua nhiều khâu, nhiều giai đoạn nên không thể tránh
khỏi những sự cố hư hỏng. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết,
tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải và đảm bảo sự làm việc ổn định trong
toàn hệ thống cần phải sử dụng những thiết bị bảo vệ và tự động hoá. Trong các thiết
bị này, rơle bảo vệ là thiết bị đóng vai trị hết sức quan trọng.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật, các hãng đã sản xuất
ra nhiều thiết bị rơle ngày càng hiện đại, tích hợp nhiều chức năng và hoạt động chính
xác hơn nên việc nghiên cứu tính tốn chỉnh định và mơ phỏng đặc tính hoạt động của
rơle để áp dụng trong vận hành là vấn đề cấp thiết góp phần cho đảm bảo an toàn hệ
thống điện.
Trên lưới điện truyền tải, sự cố trên đường dây chiếm 60÷70% nên vấn đề bảo vệ
rơle cho đường dây truyền tải có vai trò đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu đến mức
thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên
tục cho phụ tải và an ninh năng lượng. Trong những chức năng bảo vệ, chức năng so
lệch dọc là một bảo vệ chính bắt buộc phải có do thời gian tác động nhanh, có thể tác
động với mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối.
Hiện nay, Truyền tải điện Quảng Bình đang sử dụng rơle GE L90 để làm bảo vệ
so lệch dọc cho đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới. Rơle GE L90 là một
trong những rơle bảo vệ mới, chưa được áp dụng rộng rãi trong hệ thống điện, tài liệu
chưa đầy đủ và chủ yếu bằng tiếng anh nên gây khó khăn cho nhân viên vận hành.
Trong những năm gần đây, xác suất sự cố tại Truyền tải điện Quảng Bình tương đối
lớn, vì vậy để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và năng lực quản lý vận hành cần
nghiên cứu một cách đầy đủ về loại rơle này.
Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Phân tích, đánh giá rơle GE L90 bảo
vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, tính tốn chỉnh định và mơ phỏng đặc tính hoạt động của rơle bảo vệ
so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới nhằm nắm rõ đặc tính
hoạt động và sơ đồ logic của rơle kĩ thuật số đồng thời tính tốn một số trường hợp sự

cố trên đường dây để mô phỏng sự làm việc của rơle bảo vệ so lệch GE L90.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu


2
Rơle kĩ thuật số GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành
phố Đồng Hới.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tính tốn chỉnh định rơle số GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây
220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới đồng thời mô phỏng đặc tính hoạt động của
chức năng so lệch cho các trường hợp sự cố trong vùng bảo vệ, ngoài vùng bảo vệ trên
nền Matlab/Simulink để phân tích, đánh giá bảo vệ.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Một số lý thuyết về tính tốn ngắn mạch, lý thuyết về bảo vệ rơle trong hệ thống
điện, đặc biệt là lý thuyết về bảo vệ so lệch dọc đường dây.
4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Sử dụng Matlab/Simulink để mơ phỏng đặc tính bảo vệ so lệch của rơle GE L90
cho đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Rơle GE L90 là một trong những rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây mới được
đưa vào sử dụng trong hệ thống điện những năm gần đây nên những nghiên cứu về
rơle này chưa nhiều, nhất là việc áp dụng Matlab/Simulink mơ phỏng đặc tính của bảo
vệ để phân tích, đánh giá hoạt động của rơle, từ đó thực hiện chỉnh định rơle cho phù
hợp cũng như lựa chọn hợp lý các thiết bị đo lường, mạch nhị thứ có liên quan.
Việc sử dụng mơ hình mơ phỏng sẽ giúp cho nhân viên vận hành áp dụng thực tế
phục vụ công tác kiểm tra thông số cài đặt, phân tích và nghiên cứu sự làm việc của
rơle ở trạng thái vận hành bình thường cũng như khi xảy ra các sự cố trên đường dây
đồng thời cũng đáp ứng phục vụ cơng tác vận hành, phân tích và xử lý nhanh khi có sự

cố xảy ra nhằm khôi phục lại chế độ vận hành của hệ thống, đảm bảo vận hành lưới
điện an toàn, liên tục và tiết kiệm.
6. Bố cục luận văn
Nội dung luận văn gồm có các phần chính như sau:
Phần mở đầu
Chương 1: Tổng quan hệ thống bảo vệ đường dây truyền tải
Chương 2: Tính tốn chỉnh định rơle GE L90 bảo vệ so lệch dọc đường dây
220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới
Chương 3: Mơ phỏng đặc tính hoạt động chức năng F87L của rơle GE L90 bảo
vệ so lệch dọc đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới trên nền
Matlab/Simulink.
Kết luận và kiến nghị.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG BẢO VỆ
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
1.1 Các đặc điểm của lưới điện truyền tải
1.1.1 Tình hình sự cố trên lưới điện truyền tải
Hệ thống truyền tải điện do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT)
quản lý vận hành có tổng số 24.365 km đường dây (bao gồm 7.503 km đường dây 500
kV và 16.862 km đường dây 220 kV); 140 trạm biến áp (gồm 28 trạm biến áp 500 kV
và 112 trạm biến áp 220 kV) với tổng dung lượng máy biến áp là 77.613 MVA. Với hệ
thống đường dây truyền tải trải dài và qua nhiều địa bàn có địa hình phức tạp nên sự
cố trên đường dây chiếm 60÷70% tổng số sự cố trên lưới điện truyền tải. Do vậy, vấn
đề bảo vệ rơle cho đường dây có vai trị đặc biệt quan trọng nhằm giảm thiểu đến mức
thấp nhất các thiệt hại do sự cố đường dây sinh ra, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ, liên
tục cho phụ tải và an ninh năng lượng.
Số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2016 và 2017 được tổng hợp như trong

Bảng 1.1 và 1.2.
Bảng 1.1. Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2016
Đối tượng

Cấp

sự cố

điện áp
500kV

Đường dây
220kV

Trạm biến áp

Phân loại

Số lần
(lần)

Sự cố kéo dài

17

Sự cố thoáng qua

29

Sự cố kéo dài

45

Sự cố thoáng qua

64

Trạm biến áp 500kV

28

Trạm biến áp 220kV

42

Tổng số lần

Tỷ lệ
(%)

46
155

68.89

109

70

31.11

Bảng 1.2. Thống kê số lần sự cố trên lưới điện truyền tải năm 2017
Đối tượng
sự cố

Cấp
điện áp
500kV

Đường dây
220kV
Trạm biến áp

Phân loại

Số lần
(lần)

Sự cố kéo dài

8

Sự cố thoáng qua

15

Sự cố kéo dài

12

Sự cố thoáng qua

32

Trạm biến áp 500kV

15

Trạm biến áp 220kV

19

Tổng số lần

Tỷ lệ
(%)

23
67

66.34

44
34

33.66


4
1.1.2 Yêu cầu trang bị hệ thống bảo vệ rơle cho lưới điện truyền tải

1.1.2.1 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV
Đường dây 500kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơle bảo vệ đường dây
với cấu hình như sau:
Thiết bị rơle bảo vệ số 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L,
SOFT, 50-STUB, 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59, 85, FR, FL.
Thiết bị rơle bảo vệ số 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L,
21/21N, 68 (B/T), SOFT, 50-STUB, 67/67N, 50/51, 50/51N, 27/59,
85, FR, FL.
Chức năng 25/79 được dự phòng đúp và được tích hợp vào trong hai
thiết bị bảo vệ trên hoặc sử dụng thiết bị riêng và có mạch khố liên
động đảm bảo khơng đóng máy cắt nhiều lần vào sự cố duy trì.
Thiết bị rơle bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dịng điện từ các cuộn
dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với
nhau. Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây.
Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT/PUTT, 79 và các mạch nhị thứ
đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực
hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 500kV.
Cô lập thiết bị rơle bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất
kỳ chức năng nào của thiết bị bảo vệ rơle số 2 (hoặc số 1 tương ứng) và các
chức năng bảo vệ và tự động như 25/79, 50BF.
Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 500kV được thể hiện như Hình
1.1.

Hình 1.1. Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 500 kV


5
1.1.2.2 Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV
Đường dây 220kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơle bảo vệ đường dây
với cấu hình như sau:

Thiết bị rơle bảo vệ số 1: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L,
SOFT, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL.
Thiết bị rơle bảo vệ số 2: được tích hợp các chức năng bảo vệ
21/21N, 68 (B/T), SOFT, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL.
Các chức năng bảo vệ và tự động 25/79, 27/59 khơng phải dự phịng
và được tích hợp vào một trong hai thiết bị rơle bảo vệ trên hoặc sử
dụng thiết bị riêng.
Thiết bị rơle bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dịng điện từ các cuộn
dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với
nhau. Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây.
Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT/PUTT, 79 và các mạch nhị thứ
đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực
hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 220kV.
Cô lập thiết bị rơle bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất
kỳ chức năng nào của thiết bị rơle bảo vệ số 2 (hoặc số 1 tương ứng).
Cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây 220kV được thể hiện như
Hình 1.2.

Hình 1.2. Cấu hình rơle bảo vệ điển hình cho đường dây 220 kV


6
1.2 Các chức năng bảo vệ chính cho đường dây truyền tải điện cao áp
1.2.1 Bảo vệ khoảng cách
1.2.1.1 Sơ đồ logic
Bảo vệ khoảng cách làm việc theo giá trị khoảng cách đo lường từ chỗ đặt bảo
vệ đến điểm ngắn mạch. Giá trị này phụ thuộc vào trị số dòng điện, điện áp tại nơi đặt
bảo vệ rơle và góc lệch giữa chúng.
Bảo vệ khoảng cách bao gồm các cơ cấu chính sau:
Cơ cấu tác động làm nhiệm vụ khởi động bảo vệ khi có sự cố ngắn mạch.

Cơ cấu xác định khoảng cách có nhiệm vụ đo khoảng cách từ nơi đặt thiết bị
bảo vệ đến điểm xảy ra ngắn mạch.
Cơ cấu định thời gian, duy trì một khoảng thời gian trễ cho bảo vệ.
Cơ cấu định hướng được sử dụng trong trường hợp bảo vệ cho mạng điện
kín.
Thơng thường, bảo vệ khoảng
cách được xây dựng với nhiều cấp
tác động nhằm mục đích tăng cường
độ tin cậy và tính chọn lọc của bảo
vệ. Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng
cách 3 cấp có thời gian được thể
hiện trên Hình 1.3.

Hình 1.3. Sơ đồ logic của bảo vệ khoảng cách

1.2.1.2 Công thức chỉnh định
Tổng trở chỉnh định trên rơle Zsec được tính theo cơng thức:

I prim
Zsec

I sec
.Z
U prim prim
Usec

trong đó:
Iprim: dịng điện phía sơ cấp của TI.
Isec: dịng điện phía thứ cấp của TI.
Uprim: điện áp phía sơ cấp của TU.

Usec: điện áp phía thứ cấp của TU.
Zprim: tổng trở nhất thứ.
Zsec: tổng trở nhị thứ.
Rơle tác động khi giá trị tổng trở đo được trên rơle nhỏ hơn giá trị đặt.


7
1.2.1.3 Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách [12]
Khi xảy ra sự cố, điểm làm việc của bảo vệ khoảng cách luôn rơi vào đường tổng
trở đường dây. Tuy nhiên, do sai số hoặc do sự cố có thể xảy ra qua tổng trở trung gian
nên giá trị rơle đo được khi sự cố có thể rơi ra lân cận đường tổng trở đường dây. Vì
vậy, để đảm bảo rơle bảo vệ làm việc tin cậy người ta thường cố ý mở rộng đặc tuyến
tác động về cả hai phía của đường dây.
Thực tế, nhằm đáp ứng tốt hơn với mọi loại sự cố và chế độ vận hành của hệ
thống, người ta thường sử dụng đồng thời hai đặc tính tổng trở là Mho và Quadramho
gồm có 5 vùng bảo vệ và một vùng Z1B trên mặt phẳng Z. Trục thực đặt điện trở R,
X / R.
trục ảo đặt điện kháng X, góc pha của đặc tuyến là tan
Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách được thể hiện như Hình 1.4.

Hình 1.4. Đặc tuyến khởi động của bảo vệ khoảng cách
Xét đường dây AB có một nguồn cung cấp (như Hình 1.5) sử dụng rơle có đặc
tuyến Mho là vịng trịn đi qua góc 0, tổng trở đặt Zđ có đường kính là tổng trở đường
dây AB muốn bảo vệ và có cung góc đường dây φ. Khi đường dây bị sự cố tại N1, rơle
tác động theo thời gian vùng 1. Nhưng sự cố tại điểm N2 rơle tác động với thời gian
lớn hơn vùng 1. Như vậy, do ảnh hưởng của tổng trở sự cố RN nên bảo vệ rơle và tổng
trở của đoạn đường dây tại vị trí đặt bảo vệ đến vị trí sự cố sẽ làm cho bảo vệ khoảng
cách có đặc tính Mho tác động khơng như mong muốn. Để khắc phục nhược điểm này,
ta dùng rơle khoảng cách có đặc tuyến kiểu tứ giác (Quadramho) vì rơle này có đặc
tuyến bao trùm trục R lớn hơn. Do đó, rơle tổng trở có đặc tuyến tứ giác có thể xem

như rơle điện kháng vì lúc đó sự tác động của nó phụ thuộc vào giá trị điện kháng đo
được ở đầu cực rơle.


8

Hình 1.5. Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến đặc tuyến của bảo vệ khoảng cách
1.2.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách
Trong thực tế, bảo vệ khoảng cách bị ảnh hưởng bởi các yếu tố được chia làm hai
nhóm như sau:
Nhóm thứ nhất bao gồm các sai số trong khâu đo lường của sơ đồ bảo vệ
khoảng cách:
Sai số của các máy biến dòng điện và máy biến điện áp.
Sai số của bản thân rơle khoảng cách.
Sai số trong việc tính toán giá trị tổng trở của các đường dây được bảo vệ.
Các sai số trong nhóm này được ngăn ngừa bằng cách đưa hệ số an tồn vào
trong các cơng thức tính tốn giá trị tổng trở khởi động của các vùng khoảng cách.
Nhóm thứ hai bao gồm các yếu tố của bản thân lưới điện và sự cố:
Điện trở quá độ tại chỗ ngắn mạch: được khắc phục bằng cách sử dụng
đặc tuyến kiểu tứ giác (Quadramho) để phát hiện và loại trừ sự cố chạm
đất, và đặc tuyến kiểu trong (Mho) phát hiện sự cố pha - pha.
Hệ số phân bố dòng điện của lưới điện làm cho dòng điện chạy qua rơle
khác với dòng điện tại chỗ sự cố.
Tụ bù dọc đường dây: hiện nay ở các bộ tụ người ta thường trang bị hệ
thống bảo vệ tụ bao gồm điện trở phi tuyến (Varisstor ZnO), khe hở phóng
điện và máy cắt điện đấu song song bộ tụ. Vì vậy thường cài đặt vùng 1
của bảo vệ khoảng cách tác động chậm lại khoảng 0,1 - 0,15s, tức tác
động sau khi các bộ tụ đã được nối tắt để ngăn chặn sự tác động sai của sơ
đồ bảo vệ khoảng cách.
Quá trình dao động điện trong hệ thống điện: dao động cơng suất xảy ra

khi có ngắn mạch ngồi hoặc thao tác đóng cắt máy cắt trên hệ thống làm
thay đổi các giá trị dịng, áp, góc pha và tổng trở dẫn đến tốc độ của quỹ


9
tích tổng trở ba pha dZ/dt hay ΔZ/Δt di chuyển từ vùng tải bình thường
tiến gần đến vùng khởi tạo của bảo vệ khoảng cách (vùng 3 hoặc vùng 4).
1.2.2 Bảo vệ so lệch
1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch
Bảo vệ dòng so lệch là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng
điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dòng so lệch
được thể hiện trong Hình 1.6.

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý một pha của bảo vệ dòng so lệch
Các máy biến dòng TI được đặt ở hai đầu phần tử được bảo vệ và có tỷ số biến
đổi nI như nhau. Quy ước hướng dương của tất cả các dòng điện theo chiều mũi tên
như trên Hình 1.6, ta có:
.

.

IR

.

I I T I II T

- Trong tình trạng làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài (điểm ngắn
mạch N’):
Trường hợp lý tưởng xem như các TI khơng có sai số, bỏ qua dòng dung và dòng rò

của đường dây được bảo vệ thì:
.

IR

.

.

0

I I T I II T

bảo vệ sẽ không tác động.
- Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm ngắn mạch N”): dòng I I S và I II S khác
nhau cả trị số và góc pha. Khi hướng dịng quy ước như Hình 6 thì dịng ở chỗ hư hỏng
là:
.

IN

.

.

I I S I II S

.

IR

.

.

I I T I II T

.

IN
nI

Nếu dòng I R vào rơle lớn hơn dịng khởi động I KĐR thì rơle khởi động và cắt
phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống.


10
Khi nguồn cung cấp từ một phía ( I II S
IR

I I T và bảo vệ cũng sẽ khởi động nếu I R

0 ), lúc đó chỉ có dịng I I T ; dịng

I KĐR .

1.2.2.2 Đặc tính làm việc của bảo vệ
Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch được thể hiện trong Hình 1.7.

Hình 1.7. Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch

Nhánh a: đặc trưng cho ngưỡng độ nhạy của bảo vệ so lệch do ảnh hưởng
của sai số TI (dịng từ hố).
Nhánh b: kể đến ảnh hưởng sai số từ tỷ số TI, sơ đồ đấu dây TI, các đầu
phân áp,...
Nhánh c: ảnh hưởng hãm lớn nhất khi kể đến bão hồ TI.
1.2.2.3 Dịng điện khởi động của bảo vệ so lệch
Để bảo vệ so lệch có thể làm việc đúng, phải chỉnh định dịng khởi động của nó
lớn hơn dịng điện khơng cân bằng tính tốn lớn nhất khi ngắn mạch ngồi vùng bảo
vệ:

Kat .I kcbttMax

I kđ

với I kcbttMax là dịng khơng cân bằng tính tốn cực đại.
I kcbttMax

fi max .kđn .kkcb .I ngoài max

trong đó:

fi max - sai số cực đại cho phép của TI trong tình trạng ổn định.
fi max

10% 0,1

k ñn - hệ số đồng nhất của các TI; kñn

0 1

11

kđn

0 - khi các TI hồn tồn giống nhau

kđn

1 - khi các TI khác nhau hoàn toàn

Ikck - hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dịng ngắn
mạch.
Ingồi max - thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất.
1.2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ so lệch [12]
Ảnh hưởng của dòng điện nạp do điện dung của đường dây: đối với đường dây
cao áp và siêu cao áp, thành phần điện dung khá lớn gây ảnh hưởng không nhỏ đến
thơng số đường dây, nó làm cho dịng so lệch hai đầu đường dây lệch nhau một góc φ
và dịng so lệch có giá trị I R

I I I II IC .

Vì vậy, dịng khởi động của rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây được tính theo hai
điều kiện: Ikđ = (2,5 ÷ 4).IC và Ikđ = 0,2.IN (với IC là dòng dung kháng đường dây; IN là
dòng điện định mức nhị thứ TI). Trong hai điều kiện trên, điều kiện nào cho dòng khởi
động lớn hơn sẽ chọn làm dịng khởi động tính tốn của rơle bảo vệ.
1.3 Kết luận
Trong chương 1 tác giả đã giới thiệu tổng quan về lưới truyền tải điện do Tổng
công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) quản lý, đồng thời tìm hiểu tình hình sự
cố và các yêu cầu trang bị hệ thống rơle bảo vệ cho đường dây truyền tải điện.

Cũng trong chương 1, tác giả đã nêu lại sơ đồ nguyên lý, đặc tính làm việc, các
yếu tố ảnh hưởng tới hai nguyên lý bảo vệ chính cho đường dây dẫn điện là bảo vệ
khoảng cách và bảo vệ so lệch.


12

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CHỈNH ĐỊNH RƠLE GE L90
BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY 220KV
BA ĐỒN – THÀNH PHỐ ĐỒNG HỚI
2.1 Mô tả sơ đồ đấu nối và thông số đường dây
Đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới có chiều dài 43km, sử dụng
dây phân pha, mỗi pha gồm 02 dây ACSR-330/43. Sử dụng dây chống sét kết hợp dây
cáp quang loại OPGW80 để truyền tín hiệu bảo vệ và thông tin.
Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn – thành phố Đồng Hới được thể hiện
như Hình 2.1.

Hình 2.1. Sơ đồ đấu nối đường dây 220kV Ba Đồn - thành phố Đồng Hới
Thông số của đường dây như sau:
Tổng trở thứ tự thuận đơn vị: z1 = 0,0446 + j0,298 (Ω/km).
Tổng trở thứ tự khơng đơn vị: z0 = 0,272 + j0,853 (Ω/km).
Dịng điện định mức dây dẫn: Iđm = 1200A.
Biến dòng điện cung cấp cho rơle bảo vệ tại hai đầu đường dây có tỷ số biến
nI = 1200/1A.
Biến điện điện áp cung cấp cho rơle bảo vệ tại hai đầu đường dây có tỷ số
biến nU = 220/0,11 kV.
2.2 Tính tốn ngắn mạch đường dây
Sử dụng chương trình PSS/E (Power System Simulator for Engineer) để tính tốn
dịng ngắn mạch liên quan đến các thanh cái đấu nối đến các TBA 220kV, kết quả tính
tốn đã cập nhật phụ tải và hệ thống đến giai đoạn năm 2018. Giá trị tính tốn ứng với

giá trị phụ tải cực đại, dòng điện ngắn mạch ba pha và một pha tại thời điểm năm
2018.
Kết quả tính tốn dịng ngắn mạch trên các thanh cái T220 Ba Đồn và T220
Đồng Hới được tổng hợp trong Bảng 2.1.


13
Bảng 2.1. Dòng điện ngắn mạch trên các thanh cái 220kV
Dòng ngắn mạch 3 pha

Dòng ngắn mạch 1 pha

Trạm biến áp
/I+/

AN(I+)

/IA/

AN(IA)

[BADON 220] AMPS

10175,9

-88,68

9073,8

-87,40

[DONGHOI 220] AMPS

9050,6

-88,56

8041,3

-88,45

Tính tốn ngắn mạch đường dây 220kV Ba Đồn – Đồng Hới.
Tính tốn ngắn mạch 3 pha:
Từ kết quả tổng dòng ngắn mạch thanh cái 220kV tại TBA Ba Đồn và TBA
Đồng Hới
10175,9( A); I N DH

I N BD

0,298.43 12,814( )

Điện kháng đường dây: XÑD
Từ I N BD

10175,9( A)

X

Từ I N DH

9050,6( A)

X

9050,6( A)

220
1

12,482( )

3.I N BD
220

2

14,034( )

3.I N DH

Sơ đồ thay thế tính tốn ngắn mạch được thể hiện như Hình 2.2.

Hình 2.2 - Sơ đồ thay thế tính tốn ngắn mạch
Khi ngắn mạch tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn, ta có:

X tđ

X HT 1 ( X HT 2 X ÑD )
X HT 1 X HT 2 X ÑD

X

1

12,482( )

(2.1)


14
Khi ngắn mạch tại thanh cái 220kV TBA Đồng Hới, ta có:

Xtđ

X HT 2 ( X HT 1 X ĐD )
X HT 1 X HT 2 X ÑD

X

2

14,034 )

(2.2)

Từ (2.1) và (2.2) ta có:

XHT 1 18,534( ); XHT 2

25,409( )

Ta có sơ đồ thay thế:

Khi ngắn mạch ngồi tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn, dịng ngắn mạch có giá
trị:

I N 1,1
I N 2,1

220

220

3 X HT 1

3.18,534

220
3 X HT 2

6,853(kA)
220

X ÑD

3 25,409 12,843

3,323(kA)

Khi ngắn mạch ngoài tại thanh cái 220kV TBA Đồng Hới, dịng ngắn mạch có

giá trị:

I N 1,2
I N 2,2

220
3 X HT 1
220

220
X ÑD
220

3 X HT 2

3.5,875

3 18,534 12,814

4,051(kA)

4,999(kA)

Khi ngắn mạch ở giữa đường dây, dòng ngắn mạch có giá trị:

I N BD

I N DH

220

3 X HT 1

220
X ÑD
2

220
3 X HT 2

12,814
3 18,534
2
220

X ÑD
2

12,814
3 25,409
2

5,092(kA)

3,992(kA)


15
Tính tốn ngắn mạch 1 pha:
Từ Bảng 2.1 ta có dòng ngắn mạch một pha tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn và
TBA Đồng Hới có giá trị:

I N(1)BD

9073,8( A); I N(1)DH

8041,3( A)

Ta có dịng ngắn mạch một pha:

3.

I N(1)

X1

X0

3U
I N(1)

U
X2

X0

3.

U
2 X1

X0

2 X1

Vậy:

X0
X0

3U
I N(1)BD

1

3U
I N(1)DH

2

2 X1
2 X1

1

2

3.220.103
9073,8

2.12,482

47,773( )

3.220.103
8041,3

2.14,034

54,008( )

Khi ngắn mạch một pha tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn:

X0

1

X 0 HT 1 ( X 0 HT 2 X 0 ÑD )
X 0 HT 1 X 0 HT 2 X 0 ÑD

47,773( )

(2.3)

Khi ngắn mạch một pha tại thanh cái 220kV TBA Đồng Hới:

X0

Ta có X0 ĐD

2

X 0 HT 2 ( X 0 HT 1 X 0 ÑD )
X 0 HT 1 X 0 HT 2 X 0 ÑD

0,853.43 36,679( ) .

54,008( )

(2.4)


16
Từ (2.3) và (2.4) ta tính được:

71,315( ); X0 HT 2 108,038( )

X0 HT 1

Khi ngắn mạch một pha tại thanh cái 220kV TBA Ba Đồn, dịng ngắn mạch có
giá trị:

I N(1)1,1

3.

I N(1)2,1

3.

3.220
2.18,534 71,315

U
2X1HT 1

X 0 HT 1

6,089(kA)

U
2X1HT 2

2X1ÑD

X 0 HT 2

X 0 ÑD

3.220
2.25,409 108,038 2.12,814 36,679

2,984(kA)

Khi ngắn mạch một pha tại thanh cái 220kV TBA Đồng Hới, dòng ngắn mạch có
giá trị:

I N(1)1,2

I N(1)2,2

3.

U
2X1HT 1

X 0 HT 1 2X1ĐD

X 0 ÑD

3.220
2.18,534 71,315 2.12,814 36,679

3,866(kA)

3.220
2.25,409 108,038

4,155(kA)

3.

U
2X1HT 2

X 0 HT 2

Khi ngắn mạch một pha ở giữa đường dây, dòng ngắn mạch có giá trị:

I N(1)BD

3.

I N(1)DH

3.

U

2 X1ĐD X 0 ĐD
2
2
3.220
2.12,814 36,679
2.18.534 71,315
2
2
4,73( kA)
2X1HT 1

X 0 HT 1

U

2 X1ÑD X 0 ĐD
2
2
3.220
2.12,814 36,679
2.25,409 108,038
2
2

3,473(kA)
2X1HT 2

X 0 HT 2

Vậy, ta có dịng ngắn mạch tính tốn trong các trường hợp được tổng hợp trong Bảng
2.2 và 2.3.