Chuyên đề rơ le bảo vệ trong hệ thống điện

CÔNG TY TNHH XUÂN THIỆN ĐĂK LĂK
TRẠM BIẾN ÁP 500kV & NMĐMT EA SÚP
------

CHUYÊN ĐỀ: RƠ LE BẢO VỆ
TRẠM BIẾN ÁP 500kV & NMĐMT EA SÚP

NGUYỄN VĂN QUANG

ĐẮK LẮK - 2021


CÔNG TY TNHH XUÂN THIỆN ĐĂK LĂK
TRẠM BIẾN ÁP 500kV & NMĐMT EA SÚP
------

CHUYÊN ĐỀ: RƠ LE BẢO VỆ
TRẠM BIẾN ÁP 500kV & NMĐMT EA SÚP

Kỹ sư: Nguyễn Văn Quang
Chức vụ: Kỹ thuật

ĐẮK LẮK - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan “Tài liệu chuyên đề rơ le trạm biến áp 500kV & NMĐMT
Ea Súp” là của tơi và được thực hiện dưới sự tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu. Các
số liệu và kết quả là hoàn toàn trung thực.
Để hoàn thành tài liệu này, tôi đã áp đụng các kiến thức và kinh nghiệm của
mình, đồng thời chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục “Tài liệu tham

khảo” và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự
sao chép tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm.
Đắk Lắk, ngày 25 tháng 04 năm 2021
Kỹ sư

Nguyễn Văn Quang

i


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm việc và nghiên cứu tài liệu. Được sự phân công của ban
giám đốc Công ty TNHH Xuân Thiện cuốn tài liệu chuyên đề rơ le đã hoàn thành.
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và động viên của ban giám đốc
công ty và các anh chị, bạn bè đồng nghiệp Công ty TNHH Xuân Thiện.
Khả năng và lượng kiến thức của tơi cịn nhiều hạn chế nên thành quả là rất
nhỏ bé, trong q trình thực hiện tất nhiên khơng tránh khỏi sai sót, rất hoan nghênh
sự góp ý của quý đọc giả để tơi hồn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ....................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................ viii
TỔNG QUAN ................................................................................................................... 1

1.

Vị trí dự án .......................................................................................................... 1

2.

Quy mơ dự án ...................................................................................................... 1

3.

Các hệ thống khác................................................................................................ 2

Chương 1 .......................................................................................................................... 3
YÊU CẦU VÀ THÀNH PHẦN HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ ......................................... 3
1.1

Yêu cầu của hệ thống bảo vệ rơ le ........................................................................ 3
1.1.1 Tính tin cậy................................................................................................... 3
1.1.2 Tính chọn lọc ................................................................................................ 3
1.1.3 Tính tác động nhanh...................................................................................... 4
1.1.4 Độ nhạy ........................................................................................................ 4
1.1.5 Tính kinh tế .................................................................................................. 5

1.2

Các thành phần của hệ thống bảo vệ .................................................................... 5
1.2.1 Bộ phận đo lường: ........................................................................................ 5
1.2.2 Bộ phận phân tích và so sánh logic: .............................................................. 5
1.2.3 Bộ phận thực hiện: ........................................................................................ 6
1.2.4 Hệ thống nguồn điện một chiều:.................................................................... 6

1.2.5 Kênh thơng tin truyền tín hiệu: ...................................................................... 6

Chương 2 .......................................................................................................................... 7
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC RƠ LE .................................................................................... 7
2.1

Bảo vệ quá dòng điện........................................................................................... 7
2.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại .............................................................................. 7
2.1.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh .......................................................................... 8
2.1.3 Bảo vệ dịng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp ........................................... 9

iii


Mục lục

2.1.4 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện ................................................................... 10
2.2

Bảo vệ q dịng có định hướng cơng suất ......................................................... 10
2.2.1 Nguyên tắc hoạt động ................................................................................. 10
2.2.2 Phần tử định hướng cơng suất ..................................................................... 12
2.2.3 Đặc điểm bảo vệ dịng điện có định hướng cơng suất .................................. 13

2.3

Bảo vệ khoảng cách ........................................................................................... 14
2.3.1 Nguyên tắc tác động.................................................................................... 14
2.3.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách .......................................... 14
2.3.3 Lựa chọn giá trị cài đặt................................................................................ 15

2.3.4 Các ảnh hưởng đến sai số cửa bảo vệ khoảng cách ...................................... 17

2.4

Bảo vệ khoảng cách có kênh truyền ................................................................... 17

2.5

Bảo vệ so lệch.................................................................................................... 20
2.5.1 Nguyên tắc hoạt động ................................................................................. 20
2.5.2 Bảo vệ so lệch có hãm................................................................................. 22
2.5.3 Đặc tính tác động của rơ le .......................................................................... 22
2.5.4 Hãm theo sóng hài khi đóng xung kích máy biến áp (Harmonic Restraint) .. 24
2.5.5 Chức năng bảo vệ chống chạm đất hạn chế 87N (Restricted Earth Fault) .... 25

Chương 3 ........................................................................................................................ 27
CÁC BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 500kV EA SÚP ........................................................... 27
3.1

Các bảo vệ chính máy biến áp AT1 (AT2) ......................................................... 27
3.1.1 Bảo vệ không điện ...................................................................................... 27
3.1.2 Các bảo vệ điện........................................................................................... 27

3.2

Bảo vệ xuất tuyến đường dây ............................................................................. 30

3.3

Bảo vệ ngăn kháng ............................................................................................ 32

3.4

Bảo vệ ngăn tụ ................................................................................................... 34

3.5

Bảo vệ máy cắt .................................................................................................. 36

3.6

Bảo vệ thanh cái ................................................................................................ 40

3.7

Bảo vệ MC 100.................................................................................................. 40

3.8

Bảo vệ ngăn liên lạc ........................................................................................... 42

Chương 4 ........................................................................................................................ 43
HỆ THỐNG CÁC RƠ LE BẢO VỆ TRẠM 110kV ......................................................... 43
4.1

Hệ thống rơ le bảo vệ xuất tuyến đường dây ...................................................... 43

iv

Mục lục

4.2

Hệ thống rơ le bảo vệ MBA ............................................................................... 45

4.3

Hệ thống rơ le bảo vệ thanh cái C41 (C42)......................................................... 47

4.4

Hệ thống rơ le bảo vệ trạm hợp bộ ..................................................................... 47

Chương 5 ........................................................................................................................ 49
HỆ THỐNG RƠ LE TỰ DÙNG ...................................................................................... 49
5.1

Tổng quan hệ thống tự dùng xoay chiều 400VAC .............................................. 49

5.2

Bảo vệ hệ thống tự dùng .................................................................................... 49
5.2.1 Hệ thống tự dùng AC .................................................................................. 49
5.2.2 Hệ thống tự dùng DC .................................................................................. 50

Chương 6 ........................................................................................................................ 51
HƯỚNG DẪN TRUY CẬP CHỈNH ĐỊNH RƠ LE ......................................................... 51
6.1

Truy cập rơ le ABB ........................................................................................... 51

6.2

Chỉnh định giá trị cài đặt rơ le ABB ................................................................... 55

6.3

Truy cập rơ le Micom P643, P14D, PA620-L1................................................... 58

6.4

Chỉnh định giá trị cài đặt rơ le Micom................................................................ 60

6.5

Truy cập rơ le SEL ............................................................................................ 61

6.6

Chỉnh định rơ le SEL ......................................................................................... 64

6.7

Truy cập rơ le PA620 ......................................................................................... 69

Chương 7 ........................................................................................................................ 72
LẤY BẢN GHI SỰ CỐ RƠ LE....................................................................................... 72
7.1

Hướng dẫn lấy bản ghi sự cố Rơ le ABB ........................................................... 72

7.2

Hướng dẫn lấy bản ghi rơ le Micom P643/P14D ................................................ 82

7.3

Hướng dẫn lấy bản ghi sự cố Rơ le SEL............................................................. 89

Chương 8 ........................................................................................................................ 92
BẢO DƯỠNG RƠ LE..................................................................................................... 92
8.1

Kiểm tra định kỳ ................................................................................................ 92

8.2

Kiểm tra hư hỏng ............................................................................................... 93

KẾT LUẬN..................................................................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 95

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tên tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

AC

Alternating Current.

Xoay chiều.

DC
CT
VT
MBA

Direct Current.
Current Transformer.
Voltage Transformer.
Transformer.

Một chiều.
Máy biến dòng điện.
Máy biến điện áp.
Máy biến áp.

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Bảo vệ máy biến áp 500kV .................................................................... 28
Bảng 3.2: Bảo vệ đường dây. ................................................................................. 30

Bảng 3.3: Bảo vệ ngăn kháng. ............................................................................... 33
Bảng 3.4: Bảo vệ ngăn máy cắt.............................................................................. 37
Bảng 3.5: Bảo vệ thanh cái 110kV. ........................................................................ 40
Bảng 3.6: Bảo vệ ngăn máy cắt vòng. .................................................................... 41
Bảng 4.1: Bảo vệ đường dây 110kV. ..................................................................... 43
Bảng 4.2: Bảo vệ đường dây 22kV. ....................................................................... 44
Bảng 4.3: Bảo vệ máy biến áp 22/110kV. .............................................................. 45
Bảng 4.4: Bảo vệ thanh cái 22kV........................................................................... 47
Bảng 4.5: Bảo vệ trạm hợp bộ. .............................................................................. 48

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Ngun lý bảo vệ q dịng cắt nhanh. .................................................... 8
Hình 2.2: Bảo vệ q dịng có kết hợp kiểm tra điện áp thấp................................... 9
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống với nhiều nguồn cấp. .................................................... 11
Hình 2.4: Ngun lý của bảo vệ q dịng có hướng. ............................................ 12
Hình 2.5: Cài đặt cho bảo vệ quá dịng có hướng. ................................................. 13
Hình 2.6: Đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách. ........................................... 15
Hình 2.7: Vùng bảo vệ của bảo vệ khoảng cách. ................................................... 16
Hình 2.8: Sơ đồ mở rộng khi có ngăn mạch trong và ngồi đường dây (a) và logic
cắt (b). ................................................................................................................... 18
Hình 2.9: Nguyên lý bảo vệ so lệch. ..................................................................... 21
Hình 2.10: Đặc tính tác động của rơ le. ................................................................. 23
Hình 2.11: Nguyên lý làm việc của bảo vệ 87N. ................................................... 25

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống tụ bù.

34

Hình 6.1: Rơ le ABB

51

Hình 6.2:Màn hình LCD

52

Hình 6.3: Truy cập rơ le.

53

Hình 6.4: Xem các sự kiện rơ le ghi nhận.

53

Hình 6.5: Chi tiết các sự kiện.

54

Hình 6.6: Chi tiết các sự kiện.

55

Hình 6.7: Truy cập vào mục cài đặt chỉnh định.

55

Hình 6.8: Xác nhận thay đổi cài đặt.

56

viii


Danh mục các hình vẽ

Hình 6.9: Chỉnh định giá trị cài đặt

57

Hình 6.10: Đổ chương trình vào rơ le

57

Hình 6.11: Giao điện rơ le Micom P643.

58

Hình 6.12: Xem các giá trị đo lường.

59

Hình 6.13: Xem các sự kiện ghi nhận trên rơ le.

59

Hình 6.14: Các lỗi rơ le ghi nhận.

59

Hình 6.15: Xem chi tiết các sự kiện.

60

Hình 6.16: Chỉnh định giá trị.

60

Hình 6.17: Chức năng các đèn led và màn hình LCD trên rơ le

61

Hình 6.18: Các phím chức năng của rơ le SEL.

62

Hình 6.19: Giao điện phần mềm rơ le.

64

Hình 6.20: Truy cập vào thiết bị.

64

Hình 6.21: Chọn mục cần chỉnh định.

65

Hình 6.22: Chỉnh định các giá trị cài đặt.

65

Hình 6.23: Chọn compare để kiểm tra với bản cũ.

66

Hình 6.24: So sánh với file chỉnh định cũ.

67

Hình 6.25: Bảng kết quả so sánh giá trị chỉnh định.

67

Hình 6.26: Các giá trị thay đổi.

68

Hình 6.27: Đổ chương trình vào rơ le.

68

Hình 6.28: Chọm mục đã thay đổi cần đổ.

69

Hình 6.29: Chương trình đang được load vào rơ le.

69

Hình 6.30: Rơ le PA620-L1.

70

Hình 7.1: Tạo một dự án mới.

72

ix


Danh mục các hình vẽ

Hình 7.2: Đặt tên cho dự án.

73

Hình 7.3: Tạo trạm mới.

73

Hình 7.4: Tạo cấp kết nối.

74

Hình 7.5: Tạo ngăn kết nối rơ le.

74

Hình 7.6: Chọn loại rơ le kết nối.

75

Hình 7.7: Chọn kết nối.

75

Hình 7.8: Chuẩn kết nối giao thức.

76

Hình 7.9: Chọn cách kết nối.

76

Hình 7.10: Rơ le load cấu hình

77

Hình 7.11: Cấu hình rơ le được load về.

77

Hình 7.12: Chọn chuẩn cấu hình.

78

Hình 7.13: Kết nối cấu hình.

78

Hình 7.14: Lấy bản ghi sự cố.

79

Hình 7.15: Load các bản ghi từ rơ le ghi nhận.

79

Hình 7.16: Chọn bản ghi cần lấy.

80

Hình 7.17: Lưu bản ghi về máy.

80

Hình 7.18: Lưu bản ghi.

81

Hình 7.19: Mở bản ghi.

81

Hình 7.20: Mở bản ghi sự cố.

82

Hình 7.21: Đặt IP cho máy tính.

82

Hình 7.22: Đặt IP cho máy.

83

Hình 7.23: Xác nhận để mở phần mềm.

83

Hình 7.24: Chọn kết nối rơ le

84

x


Danh mục các hình vẽ

Hình 7.25: Tạo một dự án mới.

84

Hình 7.26: Chọn cách thức kết nối rơ le.

84

Hình 7.27: Chọn địa chỉ thiết bị.

85

Hình 7.28: Xem địa chỉ rơ le.

85

Hình 7.29: Kết nối với thiết bị rơ le.

86

Hình 7.30: Lấy file cài đặt về máy.

86

Hình 7.31: Xác nhận lấy bản cài đặt về máy.

87

Hình 7.32 Lấy bản ghi sự cố.

87

Hình 7.33: Chọn bản ghi cần lấy

88

Hình 7.34: Lưu bản ghi về máy.

88

Hình 7.35: Lưu bản ghi

89

Hình 7.36: Bản ghi sự cố.

89

Hình 7.37: Giao điện khi mở phần mềm.

90

Hình 7.38: Đăng nhập địa chỉ kết nối.

90

Hình 7.39: Lấy bản ghi sự cố

91

Hình 7.40: Lưu bản ghi sự cố.

91

xi


TỔNG QUAN

1.

Vị trí dự án
Dự án điện mặt trời Xuân Thiện Ea Súp thuộc địa phận xã Ia Lốp, huyện Ea

Súp, tỉnh Đắk Lắk. Nhà máy cách biên giới Việt Nam – Cambodia khoảng 8km về
phía Tây, cách trung tâm huyện Ea Súp 30km về phía Đơng – Nam.
2.

Quy mơ dự án

Phần TBA 500kV Ea Súp:
Phía 500kV: thiết kế theo kiểu ngồi trời với quy mơ 02 MBA 600MVA;
HTPP 500kV với 04 ngăn lộ bố trí theo sơ đồ 3/2, cụ thể như sau:
 01 ngăn đường dây 500kV đi 573 Trạm 500kV Pleiku 2 (B01);
 01 ngăn đường dây 500kV đi 571 Trạm 500kV Chơn Thành (B03);
 01 ngăn lộ tổng 500kV MBA AT1-600MVA (B02);
 01 ngăn lộ tổng 500kV MBA AT2-600MVA (B04);
Phía 110kV
Thiết kế theo sơ đồ Hệ thống hai thanh cái có thanh cái đường vịng, sử dụng
máy cắt phân đoạn và phân đoạn các thanh cái, giai đoạn này lắp đặt thiết bị theo sơ
đồ “Hệ thống hai thanh cái có máy cắt đường vịng”, cụ thể như sau:
 05 ngăn đường dây 110kV đi TBA 110kV các NMĐ MT Xuân Thiện Ea Sup
1, 2, 3, 4, 5 (E05, E02, E03, E01, E04);
 01 ngăn máy cắt vòng (E06);
 01 ngăn máy cắt liên lạc (E08);
 01 ngăn lộ tổng 110kV MBA AT1 (E07);
 01 ngăn lộ tổng 110kV MBA AT2 (E11);
Phần nhà máy
Các thông số chính phần nhà máy

1


Tổng quan

 Tổng công suất 5 nhà máy 600MW. Lắp đặt các tấm quang điện mặt trời (ký
hiệu là PV), số lượng 1.737.486 tấm, công suất 465, 470, 475 Wp/tấm;
 Inverter sử dụng loại inverter chuỗi, công suất định mức 168kW AC. Số lượng
3.576 bộ;
 Trạm hợp bộ gồm máy biến áp (MBA) trung thế 0,8/0,8/22 kV, tủ RMU và
các tủ AC đấu nối các inverter chuỗi trong khu vực nhà máy. Với công suất
máy biến áp 6280kVA.
Trạm biến áp (TBA) chính 22/110 kV cơng suất 2x80 MVA (nhà máy 4, 5) và
MBA chính 22/110 kV cơng suất 100 MVA (nhà máy 1, 2, 3).
Hệ thống đường giao thông nội bộ, cấp thoát nước, hàng rào nhà máy và một
số hệ thống phụ trợ khác.
Trạm biến áp 110kV Nhà máy ĐMT Ea Súp được bố trí ngồi trời với sơ đồ
một thanh cái. Trạm bao gồm hai máy biến áp nâng áp (nhà máy 4, 5) và một ngăn
xuất tuyến đường dây 110kV.
Nhà máy ĐMT Ea Súp 1, 2, 3 được bố trí ngồi trời với sơ đồ một thanh cái.
Trạm bao gồm một máy biến áp nâng áp và một ngăn xuất tuyến đường dây 110kV.
3.

Các hệ thống khác

 Thiết bị điều khiển, bảo vệ
 Hệ thống điện tự dùng
 Hệ thống nối đất, chống sét
 Hệ thống chiếu sáng

 Hệ thống PCCC
 Hệ thống thông tin - SCADA

2


Chương 1
YÊU CẦU VÀ THÀNH PHẦN HỆ THỐNG RƠ LE BẢO VỆ
1.1 Yêu cầu của hệ thống bảo vệ rơ le
1.1.1 Tính tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Cần phân
biệt hai khái niệm sau:
Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống bảo vệ rơle
sẽ tác động đúng. Nói cách khác, độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm
việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo
vệ.
Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle
sẽ khơng làm việc sai. Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh
làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo
vệ đã được qui định.
Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể được kiểm tra tương đối dễ dàng bằng
tính tốn thực nghiệm, cịn độ tin cậy khơng tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp
những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của
bảo vệ không thể lường trước được.
Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản,
chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ
dự phòng trong hệ thống bảo vệ. Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống
bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng (95 99)%.
1.1.2 Tính chọn lọc

Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra
khỏi hệ thống điện.

3


Chương 1: Yêu cầu và thành phần hệ thống rơ le bảo vệ

Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có tính chọn lọc tương
đối, cần phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau
trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế
đến mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện.
1.1.3 Tính tác động nhanh

Tính tác động nhanh của bảo vệ rơle là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly
càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch, sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các
thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện, giảm xác suất dẫn đến
hư hỏng nặng hơn và càng nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các
máy phát điện và toàn bộ HTĐ. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thoả
mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt
tiền. Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tuỳ thuộc vào những điều kiện cụ thể
của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ.
1.1.4 Độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo
vệ. Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng
vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số
của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ
cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, nghĩa là rơle tác động càng nhạy.

Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc
của HTĐ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các
đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …),
vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn), . . .
Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,5-2,0 còn
đối với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,2-1,5.

4


Chương 1: Yêu cầu và thành phần hệ thống rơ le bảo vệ
1.1.5 Tính kinh tế

Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong HTĐ không phải để làm việc thường
xuyên trong chế độ vận hành bình thường, mà ở chế độ ln ln sẵn sàng chờ đón
những bất thường và sự cố có thể xảy ra để có những tác động chuẩn xác.
Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp
đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của cơng trình. Vì vậy
u cầu về kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trị quyết
định, vì nếu không thoả mãn được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ
thống điện.
Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất
lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy
điện hoặc lưới truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa
chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí
thấp nhất.
1.2 Các thành phần của hệ thống bảo vệ
1.2.1 Bộ phận đo lường:

Gồm các máy biến dòng điện (BI hoặc là CT), máy biến điện áp (BU hoặc là

VT), các thiết bị đo lường khác để làm nhiệm vụ đo lường các đại lượng dòng điện,
điện áp, tần số …Các tín hiệu sơ cấp có thể được đưa vào các bộ lọc các thành phần
đối xứng, hoặc các thiết bị biến đổi AC/DC để đưa tín hiệu vào hệ thống các rơle
1.2.2 Bộ phận phân tích và so sánh logic:

Gồm các rơle có nhiệm vụ là phân tích và so sánh các tín hiệu đưa vào với các
giá trị khởi động cho trước để đánh giá tình trạng làm việc của HTĐ là bình thường,
khơng bình thường (q tải) hay là sự cố. Tương ứng với các tình trạng đó, rơle sẽ
gửi tín hiệu đến cơ cấu thực hiện. Đối với mỗi nguyên tắc bảo vệ khác nhau thì sẽ
có các loại rơle với phương pháp tính tốn khác nhau.

5


Chương 1: Yêu cầu và thành phần hệ thống rơ le bảo vệ
1.2.3 Bộ phận thực hiện:

Gồm các rơle trung gian, máy cắt (MC) … có nhiệm vụ thực hiện việc báo tín
hiệu, hoặc cắt máy cắt trong các trường hợp sự cố
1.2.4 Hệ thống nguồn điện một chiều:

Có nhiệm vụ là cung cấp nguồn cho hệ thống các rơle, cuộn cắt của MC,
chng, đèn…
1.2.5 Kênh thơng tin truyền tín hiệu:

Dùng để truyền tín hiệu điều khiển, phối hợp bảo vệ, thông tin …

6

Chương 2
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC RƠ LE
2.1 Bảo vệ quá dòng điện
Nguyên tắc hoạt động: Bảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng
điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá một giá trị định trước. Theo phương pháp
đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia làm hai loại:
Bảo vệ dòng điện cực đại, ký hiệu 51, 51N hoặc I>, I0>
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, ký hiệu 50, 50N, hoặc I>>, I0>>
2.1.1 Bảo vệ dòng điện cực đại

Chọn dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại.
Theo nguyên lý của bảo vệ, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn
dòng điện phụ tải cực đại ILv.max của đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên việc chọn
dòng điện khởi động còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện nặng nề hơn.
Xét trường hợp chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ số 1 đặt trên đoạn AB
của mạng điện trên hình vẽ. Bình thường HTĐ làm việc với phụ tải cực đại, dòng
điện qua bảo vệ là ILv.max. Tại thời điểm t1 xảy ra ngắn mạch tại điểm N, các bảo vệ
1 và 2 cùng khởi động. Đến thời điểm t2 bảo vệ 2 tác động (vì t2 < tl) cắt ngắn
mạch. Điện áp trên thanh góp B được phục hồi, một số động cơ đặt gần đấy tự hãm
trong thời gian ngắn mạch do điện áp sụt, lại tự mở máy và qua bảo vệ 1 có dịng
điện tự mở máy Im.m.max lớn hơn dịng điện Ilvmax:
Im.m.max = kmm . Ilvmax
Trong đó : kmm: là hệ số tự mở máy của các động cơ có trị số phụ thuộc vào
loại động cơ, vị trí tương đối giữa chỗ đặt bảo vệ và các động cơ, sơ đồ HTĐ và
một số yếu tố khác, thông thường kmm = 2 - 3

7


Chương 2: Ngun lý làm việc rơ le

Tuy có dịng điện Imm max chạy qua tại thời điểm t2, bảo vệ 1 vẫn phải trở
về. Muốn vậy, dòng điện trở về của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện mở máy cực đại,
nghĩa là:
Iv = kat .kmm .Ilvmax
trong đó: kat là hệ số an toàn, thường lấy kat = 1,1 - 1,2.
Từ quan hệ giữa dòng điện trở về IV và dịng điện khởi động Ikđ:
Từ đó tính được dịng điện khởi động của bảo vệ: lvmax
2.1.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách
chọn dịng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất
đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ở đầu phần tử tiếp theo.

Hình 2.1: Ngun lý bảo vệ q dịng cắt nhanh.

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s)
để tránh cho bảo vệ làm việc mất chọn lọc khi có giơng sét và thiết bị chống sét tác
động. Bảo vệ dòng điện cắt nhanh có nhược điểm là khơng bảo vệ được tồn bộ đối
tượng, khi có ngắn mạch ở cuối phần tử (N1) bảo vệ cắt nhanh không tác động, mặt

8


Chương 2: Nguyên lý làm việc rơ le

khác vùng tác động của bảo vệ LCN có thể thay đổi nhiều khi chế độ của hệ thống và
dạng ngắn mạch thay đổi.
Nhược điểm chung của nguyên lý quá dòng điện là khơng đảm bảo được tính
chọn lọc của bảo vệ trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp.

2.1.3 Bảo vệ dịng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp

Trong nhiều trường hợp bảo vệ q dịng điện có thời gian với dịng điện khởi
động chọn theo Ilvmax có thể khơng đủ độ nhậy, vì dịng điện làm việc cực đại
Ilvmax chạy qua phần tử được bảo vệ có trị số quá lớn, chẳng hạn khi tách mạch
vòng của lưới điện, khi cắt một số đường dây hoặc máy biến áp làm việc song song.
Trong một số lưới điện với nguồn công suất ngắn mạch yếu không đủ độ nhậy.
Trong điều kiện như vậy, để nâng cao độ nhậy của bảo vệ q dịng điện có
thời gian, đảm bảo cho bảo vệ có thể phân biệt được ngắn mạch và quá tải, người ta
thêm vào sơ đồ bảo vệ bộ phận khố điện áp thấp.

Hình 2.2: Bảo vệ q dịng có kết hợp kiểm tra điện áp thấp.

Bảo vệ quá dòng (I>) sẽ được phối hợp với bộ phận kiểm tra điện áp thấp
(U<) theo lơ gích "và" (&).
Khi có ngắn mạch dịng điện chạy qua chỗ đặt bảo vệ tăng cao cịn điện áp thì
giảm thấp, hai sự kiện này xảy ra đồng thời, bảo vệ sẽ tác động. Cịn khi q tải
dịng điện có thể vượt q giá trị chỉnh định tuy nhiên điện áp chỉ giảm ít, bộ khố
điện áp thấp khơng làm việc nên bảo vệ không tác động.

9


Chương 2: Nguyên lý làm việc rơ le
2.1.4 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện

Là loại bảo vệ đơn giản nhất, được sử dụng sớm nhất, do đó nó có những đặc
điểm sau:
Tính tin cậy: đơn giản, làm việc khá tin cậy
Tính chọn lọc: bảo vệ hồn tồn phần tử được bảo vệ, nhưng đối với bảo vệ

dòng điện cắt nhanh cịn có vùng chết. Sự phối hợp làm việc khó khăn nhất là trong
các mạch phức tạp như mạch vịng, nhiều nguồn. Là loại bảo vệ có tính chọn lọc
tương đối
Tính tác động nhanh: nhìn chung có thời gian tác động lớn
Độ nhạy: Nhìn chung có độ nhạy khơng cao, nhất là khi chọn dòng điện khởi
động theo điều kiện dịng mở máy động cơ.
Do đó thơng thường bảo vệ q dịng chỉ làm bảo vệ chính cho các mạch hình
tia, ở lưới điện phân phối. Đối với các thiết bị quan trọng như Máy phát điện, máy
biến áp, đường dây truyền tải cao áp thì các bảo vệ quá dòng thường chỉ được dùng
như bảo vệ dự phòng.
2.2 Bảo vệ q dịng có định hướng cơng suất
2.2.1 Ngun tắc hoạt động

Trong các mạng hình vịng một nguồn cung cấp (Hình vẽ a,b) hoặc trong các
mạng có hai đầu cung cấp (Hình vẽ c) bảo vệ dịng điện cực đại có thời gian làm
việc chọn theo nguyên tắc từng cấp có thể khơng bảo đảm cắt ngắn mạch một cách
chọn lọc.

10


Chương 2: Nguyên lý làm việc rơ le

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống với nhiều nguồn cấp.

Ví dụ khi ngắn mạch trên đoạn AB (tại N'1) của các mạng đó, để bảo đảm tính
chọn lọc, bảo vệ 2 phải có thời gian làm việc t2 bé hơn thời gian làm việc t3 của bảo
vệ 3. Mặt khác, khi ngắn mạch trên đoạn BC (tại N"2), muốn cắt có chọn lọc lại
phải chọn t3 < t2. Cùng một lúc không thể thực hiện được hai u cầu ngược nhau
đó. Vì thế bảo vệ dịng điện cực đại khơng thể dùng được trong các mạng kể trên.

Để bảo đảm cắt ngắn mạch có chọn lọc trong các mạng hở hai nguồn cung cấp
người ta dùng bảo vệ có hướng:
Bảo vệ dịng điện có định hướng cơng suất là loại bảo vệ làm việc theo trị số
của dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dịng điện đó với điện áp
trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ.
Bảo vệ tác động khi dòng điện vượt quá một giá trị định trước (giá trị khởi
động) và pha của nó phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo
vệ (khi công suất ngắn mạch qua bảo vệ đi từ thanh góp ra đường dây). Về mặt bản
chất: bảo vệ dịng điện có định hướng cơng suất là sự kết hợp giữa bảo vệ quá dòng
và bộ phận định hướng công suất ngắn mạch.

11


Chương 2: Nguyên lý làm việc rơ le

Hình 2.4: Nguyên lý của bảo vệ q dịng có hướng.
2.2.2 Phần tử định hướng công suất

Là phần tử dùng để xác định chiều của dịng cơng suất ngắn mạch đi qua bảo
vệ. Khi có thêm bộ phận định hướng cơng suất, các bảo vệ q dịng được chia làm
hai nhóm, mỗi nhóm chỉ tác động theo một hướng cơng suất (dịng điện) nhất định.
Ví dụ trên các lưới điện như hình vẽ a,b, các bảo vệ 1, 3, 5 (nhóm lẻ) chỉ phản ứng
với dòng ngắn mạch I’N, còn các bảo vệ 2, 4, 6 (nhóm chẵn) chỉ phản ứng với dịng
ngắn mạch I’’N, đều có hướng từ thanh góp ra đường dây.
Trong một số trường hợp ngắn mạch ba pha trực tiếp gần chỗ đặt bảo vệ, điện
áp trên thanh góp có thể giảm xuống rất thấp, dưới ngưỡng làm việc của thiết bị
định hướng. Khi đó bảo vệ sẽ khơng làm việc được, trường hợp như vậy gọi là ngắn
mạch trong vùng chết (theo điện áp) của bảo vệ. Để giảm và loại trừ vùng chết phải
chế tạo bộ phận định hướng có độ nhạy cao với ngưỡng làm việc của bộ phận điện

áp rất bé, hoặc nối bộ phận định hướng qua thiết bị ghi nhớ điện áp trước khi sự cố.
Trên thực tế để bảo đảm tính chọn lọc trong các lưới điện như Hình vẽ a,b,c
khơng phải đặt bộ phận định hướng ở tất cả các bảo vệ. Để đảm bảo tính chọn lọc,
bộ phận dịnh hướng cơng suất chỉ cần đặt ở bảo vệ nào có thời gian làm việc bé
hơn. Với một phần tử i, j nào đó trong lưới điện, chẳng hạn ti < tj, bộ phận định
hướng công suất sẽ đặt tại bảo vệ i. Nếu ti = tj thì khơng cần đặt ở cả hai đầu.

12