Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá một số loại rơle số sử dụng trong trạm biến áp của hệ thống điện việt nam

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-----& -----

NGUYỄN THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ LOẠI RƠLE SỐ SỬ DỤNG
TRONG TRẠM BIẾN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Điện khí hố sản xuất nơng nghiệp và nơng thơn
Mã số

: 60 52 54

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TSKH. TRẦN HỒI LINH

HÀ NỘI - 2008

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc isỹ kỹ thuật……………….. ………………………i


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã

được chỉ rõ nguồn gốc
Tác giả

Nguyễn Thị Duyên

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc isỹ kỹ thuật……………….. ………………………i


LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập số liệu, nghiên cứu và thực hiện luận văn tôi
đã được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cơ giáo và sự đóng góp ý kiến
của các bạn đồng nghiệp, nay tơi đã hồn thành luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH Trần Hoài Linh - Trường đại
học Bách Khoa Hà Nội- Người trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi thực
hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể bộ môn Cung cấp và Sử dụng Điện,
Khoa Cơ Điện, Khoa Sau Đại Học - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội,
Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phân xưởng 110kV Hưng Yên
đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn.
Nhân dịp này tơi cũng muốn bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình và bạn bè
đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 9 năm 2008

Tác giả

Nguyễn Thị Duyên

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạciisỹ kỹ thuật……………….. ………………………ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ii
MỤC LỤC.....................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................vii
LỜI NĨI ĐẦU ...............................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ...........................................................................2
1.1. Sự phát triển kỹ thuật số và rơle số ..........................................................2
1.1.1. Sự phát triển của kỹ thuật số .............................................................2
1.1.2. Sự phát triển của rơle số ...................................................................3
1.2. So sánh rơle số với rơle điện cơ và điện tử ..............................................4
1.2.1. Nhược điểm của rơle điện cơ và điện tử............................................4
1.2.2. Ưu nhược điểm của rơle số so với rơle thế hệ cũ ..............................4
1.3. Ứng dụng rơle số ở hệ thống điện Việt Nam hiện nay .............................5
CHƯƠNG II: TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI RƠLE SỐ SỬ DỤNG TRONG
TRẠM BIẾN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM................................8
2.1. Nguyên lý làm việc của rơle số................................................................8
2.1.1. Cấu trúc của rơle số ..........................................................................8
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của rơle kỹ thuật số .........................................9
2.2. Nguyên lý chung của bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch .................9
2.2.1. Nguyên lý quá dòng điện (50/51).....................................................9
2.2.2. Nguyên lý so lệch dòng điện (87) ................................................... 10
2.3. Tìm hiểu một số loại rơle quá dòng số và so lệch số sử dụng trong trạm
biến áp của hệ thống điện Việt Nam ............................................................. 11
2.3.1. Rơle quá dòng và so lệch số của hãng Siemens sử dụng trong trạm

biến áp...................................................................................................... 11
2.3.2. Rơle quá dòng và so lệch số của hãng Alstom sử dụng trong trạm
biến áp...................................................................................................... 21

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạciiisỹ kỹ thuật……………….. ………………………iii


2.3.3. Rơle quá dòng số (Sepam 1000 và Sepam 2000) của hãng Schneider
sử dụng trong trạm biến áp ....................................................................... 27
CHƯƠNG III: CÁC RƠLE SỐ ỨNG DỤNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP
TRUNG GIAN 110KV................................................................................. 33
3.1. Các rơle số ứng dụng trong trạm biến áp trung gian Lạc Đạo 110/35/22
kV ................................................................................................................ 33
3.1.1. Các loại rơle số bảo vệ máy biến áp................................................ 33
3.1.2. Các loại rơle số bảo vệ đường dây .................................................. 40
3.2. Các rơle số ứng dụng trong trạm biến áp trung gian Giai Phạm 110/35/22
kV. ............................................................................................................... 45
3.2.1. Các loại rơle số bảo vệ máy biến áp................................................ 45
3.2.2. Các loại rơle số bảo vệ đường dây .................................................. 51
CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG VÀ SO SÁNH
CÁC LOẠI RƠLE SỐ ĐẶT TRONG TRẠM BIẾN ÁP
TRUNG GIAN 110KV................................................................................. 57
4.1. Các sơ đồ............................................................................................... 57
4.1.1. Sơ đồ lưới điện tỉnh Hưng Yên ....................................................... 57
4.1.2. Sơ đồ nối điện trạm biến áp trung gian 110kV................................ 57
4.1.3.Sơ đồ bảo vệ cho trạm biến áp 110kV.............................................. 57
4.2. Kiểm tra thông số đặt của các rơle bảo vệ trong trạm biến áp ................ 57
4.2.1. Tính tốn ngắn mạch....................................................................... 57
4.2.2. Tính tốn thơng số đặt của các bảo vệ............................................. 61
4.2.3. Tính độ nhạy của các bảo vệ ........................................................... 64

4.3. Đánh giá khả năng làm việc của các bảo vệ ........................................... 66
4.4. So sánh một số loại rơle số bảo vệ trạm biến áp trung gian của ba hãng
Siemens, Alstom, Schneider ......................................................................... 67
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................. 70
5.1. Kết luận ................................................................................................. 70
5.2. Hướng phát triển.................................................................................... 71

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcivsỹ kỹ thuật……………….. ………………………iv


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

AC

Alternating current

Dòng điện xoay chiều

DC

Direct current

Dòng điện một chiều

LCD

Liquid crystal display

Màn hình tinh thể lỏng

LED

Light-emitting diode

Điốt phát quang

Electrically erorsable
EEPROM

programmable read-only

Bộ nhớ chỉ đọc bằng điện

memory
RAM

Random access memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

ROM

Read-only memory

Bộ nhớ chỉ đọc ra

BI

Máy biến dòng điện

BU

Máy biến điện áp

NM

Ngắn mạch

NXB

Nhà xuất bản

STT

Số thứ tự

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcvsỹ kỹ thuật……………….. ………………………v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1a. Thông số đặt rơle quá dịng Micom P12x bảo vệ T1................... 37
Bảng 3.1b. Thơng số đặt rơle quá dòng Micom P12x bảo vệ T2................... 38
Bảng 3.1c. Thông số đặt của rơle Sepam 1000 và 2000 bảo vệ cho T1......... 39
Bảng 3.1d. Thông số đặt của rơle Sepam 1000 và 2000 bảo vệ cho T2......... 40
Bảng 3.1e. Thông số đặt của Sepam 1000 và Sepam2000 bảo vệ cho

đường dây..................................................................................................... 42
Bảng 3.2a. Thông số đặt của Micom P123 bảo vệ cho đường dây ............... 53
Bảng 3.2b. Thông số đặt của 7SJ61 bảo vệ cho đường dây.......................... 55
Bảng 4.2a. Kết quả tính tốn ngắn mạch tại các thanh cái trạm E28.4 .......... 59
Bảng 4.2b. Kết quả tính tốn ngắn mạch tại các lộ ra của trạm E28.4........... 60
Bảng 4.2c. Kết quả tính tốn ngắn mạch tại các thanh cái trạm E28.5……...60
Bảng 4.2d. Kết quả tính tốn ngắn mạch tại các lộ ra của trạm E28.5........... 61
Bảng 4.2e. Kết quả thông số đặt cho các bảo vệ trạm E28.4 ......................... 63
Bảng 4.2f. Kết quả thông số đặt cho các bảo vệ trạm E28.5 ......................... 63
Bảng 4.2g. Kết quả hệ số độ nhạy của các bảo vệ trạm E28.4....................... 65
Bảng 4.2h. Kết quả hệ số độ nhạy của các bảo vệ trạm E28.5....................... 65

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcvisỹ kỹ thuật……………….. ………………………vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cấu trúc phần cứng của một rơle số ................................................8
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch .................................................... 10
Hình 2.3. Hình dáng của một số rơle số của hãng Siemens........................... 12
Hình 2.5. Cấu trúc phần cứng rơle quá dòng số của hãng Siemens ............. 17
Hình 2.6. Sơ đồ nối dây rơle số điển hình của hãng Siemens........................ 20
Hình 2.7. Hình dáng của một số rơle số của hãng Alstom (Areva) ............... 21
Hình 2.8. Giao diện của Rơle Micom P63X ................................................. 22
Hình 2.9. Cấu trúc phần cứng của rơle so lệch số của hãng Alstom.............. 24
Hình 2.10. Sơ đồ nối dây của rơle Micom P120/121 .................................... 26
Hình 2.11. Sơ đồ nối dây của rơle Micom P63x ........................................... 27
Hình 2.12. Hình dáng bên ngồi rơle q dịng số của hãng Schneider......... 27
Hình 2.13. Mặt trước của rơle q dịng số Sepam1000................................ 28
Hình.2.14. Cấu trúc phần cứng của rơle số loại Sepam của hãng schneider .. 30
Hình 2.15. Sơ đồ nối dây rơle quá dòng số Sepam........................................ 31

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạcvii
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………vii


LỜI NĨI ĐẦU
Với sự phát triển cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước ở mọi ngành
cơng nghiệp nói chung và ngành điện lực nói riêng, hiện nay phát triển tiềm
lực công nghệ nội sinh đã và đang là bài tốn nan giải. Trong cơng tác thiết
kế, vận hành và quản lý hệ thống điện thì ngành điện hướng tới xu hướng ứng
dụng khoa học công nghệ mới và từng bước tự động hố tồn bộ hệ thống.
Hệ thống bảo vệ, trong sự phát triển ngày càng lớn mạnh của hệ thống
điện, đóng vai trị cực kỳ quan trọng giúp toàn bộ hệ thống điện làm việc an
toàn, phát triển liên tục và bền vững.
Phát triển hệ thống điện đồng nghĩa với phát triển và cải thiện hệ thống
bảo vệ. Chính vì vậy, mà hiện nay hệ thống bảo vệ dần được số hố trong
tồn bộ lưới điện. Đó là việc thay thế các rơle cơ bằng các rơle số. Tuy nhiên,
trên thị trường có rất nhiều hãng tham gia sản xuất và cung cấp thiết bị này.
Việc lựa chọn sản phẩm của các hãng để sử dụng sao cho phù hợp với các đối
tượng được bảo vệ trong hệ thống điện là vấn đề được quan tâm.
Được sự giúp đỡ của PGS.TSKH.Trần Hồi Linh, tơi tiến hành thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá một số loại rơle số sử dụng trong trạm
biến áp của hệ thống điện Việt Nam”
Đề tài gồm 5 chương:
Chương I: Tổng quan
Chương II: Tìm hiểu một số loại rơle số sử dụng trong trạm biến áp của hệ
thống điện Việt Nam
Chương III: Các rơle số sử dụng trong trạm biến áp trung gian 110kV
Chương IV: Phân tích đánh giá hoạt động và so sánh các loại rơle số đặt trong
trạm biến áp trung gian 110kV

Chương V: Kết luận và hướng phát triển.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc1sỹ kỹ thuật……………….. ………………………1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Rơle số phát triển song song với sự phát triển của kỹ thuật số vì thế
trước tiên đề tài tổng quan về sự phát triển của kỹ thuật số. Đồng thời nghiên
cứu ưu nhược điểm của rơle số cũng như ứng dụng của rơle số trong hệ thống
điện Việt Nam hiện nay.
1.1. Sự phát triển kỹ thuật số và rơle số
1.1.1. Sự phát triển của kỹ thuật số
Hệ thống kỹ thuật số là tập hợp các thiết bị được thiết kế để thao tác
thông tin lôgic hay đại lượng vật lý được biểu diễn dưới dạng số, tức là những
đại lượng chỉ có giá trị rời rạc. Hệ thống số thường bao gồm các thiết bị điện
tử (máy vi tính, máy tính tay, thiết bị nghe nhìn số…).
Công nghệ kỹ thuật số được đưa vào sử dụng từ những năm 1970 cho
đến nay. Mạch số so với mạch tương tự có nhiều ưu điểm hơn (thiết bị số dễ
thiết kế hơn; thông tin được lưu trữ và truy cập dễ dàng nhanh chóng; tính
chính xác và độ tin cậy cao; có thể lập trình hệ thống hoạt động của hệ thống
kỹ thuật số; mạch số ít ảnh hưởng của nhiễu; có thể tích hợp nhiều chức năng
trên một chip IC; độ chính xác và phân giải cao…) nên chúng được sử dụng
rộng rãi và ngày càng được cải thiện hơn trong ngành điện tử cũng như các
lĩnh vực khác.
Các linh kiện về cơ bản của kỹ thuật số thuộc dịng họ 74LS00 là các
linh kiện điển hình được sử dụng tương đối lâu dài. Nó có ưu điểm là khả
năng tương thích về mức năng lượng ở đầu vào và đầu ra khiến việc thiết kế
sơ đồ trở nên đơn giản đi rất nhiều. Tuy nhiên nhược điểm của nó về kết cấu
vỏ bọc khơng tận dụng được diện tích trên bản mạch, khả năng tích hợp
khơng lớn, lắp đặt linh kiện khó khăn. Vì thế hiện nay công nghệ kỹ thuật số

dần cải tiến theo xu hướng sau: Thứ nhất là cải tiến kết cấu vật lý của các
phần tử cơ bản của kỹ thuật số (cổng lôgic). Với cách cải tiến này các thiết bị

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc2sỹ kỹ thuật……………….. ………………………2


số hiện nay có một số đặc điểm chung như: số lượng phần tử cơ sở lớn trên
một linh kiện, công suất tiêu thụ nhỏ, tốc độ tăng…Hiện nay đã sản xuất được
linh kiện nhiều lớp cho phép tăng mạnh số phần tử cơ sở trên một đơn vị thể
tích dẫn đến kích thước của các thiết bị điện tử giảm đi đáng kể. Ngoài ra
người ta sử dụng vỏ mang chip, các chip trên bản mạch khơng có vỏ cũng làm
giảm kích thước của linh kiện đến mức tối đa. Xu hướng thứ hai là tăng
cường chức năng cho mỗi linh kiện độc lập mà kích thước và năng lượng tiêu
thụ tăng không đáng kể. Và cuối cùng, xu hướng cải tiến kỹ thuật số thể hiện
ở công nghệ lắp ráp vừa giảm kích thước vừa giảm giá thành bản mạch..
Tóm lại, kỹ thuật số ngày càng phát triển cao. Nó đi sâu vào từng lĩnh
vực của đời sống và không ngừng nâng cao chất lượng của cuộc sống nói
chung cũng như đối với q trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng.
1.1.2. Sự phát triển của rơle số
Rơle là các thiết bị tự động có chức năng đo lường các tham số điện và
không điện của đối tượng được bảo vệ và phát ra tín hiệu cảnh báo hoặc/và thao
tác khi đối tượng bị sự cố nhằm ngăn chặn các thiệt hại kinh tế do sự cố gây ra.
Lịch sử phát triển của rơle: Cuối thế kỷ 19 rơle bắt đầu được sử dụng
để bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện. Vào năm 1901 xuất hiện rơle cảm
ứng dòng điện, năm 1908 rơle so lệch dịng điện… đến những năm 60 thì rơle
tĩnh ra đời (là loại rơle khơng có tiếp điểm động) loại điện tử và bán dẫn. Và
cuối cùng những năm 70 rơle số xuất hiện và ngày càng phát triển mạnh cho
đến nay.
Rơle số là sản phẩm của công nghệ cao và là kết quả của sự phát triển
khoa học kỹ thuật trong giai đoạn vừa qua. Rơle số sử dụng kỹ thuật vi xử lý

và máy tính. Sự ra đời của rơle số đánh dấu bước nhảy vọt trong việc ứng
dụng tự động hoá và kỹ thuật số của ngành điện nhằm nâng cao chất lượng
cung cấp điện.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc3sỹ kỹ thuật……………….. ………………………3


1.2. So sánh rơle số với rơle điện cơ và điện tử
1.2.1. Nhược điểm của rơle điện cơ và điện tử
Rơle điện cơ và điện từ được ra đời đầu tiên trong lịch sử phát triển của
rơle và được sử dụng trong thời gian dài trong hệ thống bảo vệ. Tuy nhiên,
các rơle này có một số nhược điểm cơ bản sau:
Thứ nhất, đối với các rơle thế hệ cũ thì tính đảm bảo về các u cầu của
bảo vệ (độ nhạy, độ chính xác, tốc độ phát hiện và cách ly sự cố…) chưa cao,
dễ ảnh hưởng của nhiễu do nguyên lý truyền và xử lý tín hiệu tương tự.
Thứ hai, khả năng cung cấp thông tin về hệ thống trong chế độ làm việc
bình thường và khi có sự cố chưa cao, khả năng liên lạc, kết nối giữa các hệ
thống bảo vệ với nhau thực hiện khó khăn.
Ngoài ra, kết cấu của các rơle thế hệ cũ thì rất cồng kềnh. Tính kinh tế
của chúng khơng đảm bảo do một số chi phí kèm theo như: chi phí khai thác,
sử dụng cao, chi phí kiểm tra, chỉnh định lại các tham số, thiệt hại do ngừng
cung cấp điện, tiêu thụ công suất lớn…
1.2.2. Ưu nhược điểm của rơle số so với rơle thế hệ cũ
a- Ưu điểm
Rơle số có tính đảm bảo về các u cầu của bảo vệ rơle cao thể hiện ở
các đặc điểm sau: độ tin cậy cao (do hạn chế được nhiễu, sai số do nguyên lý
truyền tin bằng số; công suất tiêu thụ nhỏ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trong
thiết bị khi làm việc thấp; không sử dụng phần động trong mạch lơgic nên
khơng có qn tính, khơng bị kẹt; khơng bị trơi tham số trong q trình vận
hành…), độ nhạy, độ chính xác cao, thời gian tác động nhanh, tác động sát

với ngưỡng chịu đựng của đối tượng bảo vệ.
Do có nhiều cải tiến trong thiết kế chế tạo cũng như công nghệ nên kết
cấu của rơle số gọn nhẹ mà vẫn có khả năng kết hợp nhiều chức năng bảo vệ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc4sỹ kỹ thuật……………….. ………………………4


cũng như các chức năng khác như đo lường, điều khiển, tự động điều chỉnh từ
xa, giám sát (do có khả năng nối mạng); dễ dàng chuẩn hố kích thước.
Ưu điểm mà rơle số khác hẳn ở rơle cơ là có khả năng tự lập trình (nên
có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho các đối tượng bảo vệ khác nhau) do
có sử dụng chương trình phần mềm để điều khiển phần cứng (đây là điểm khác
biệt lớn nhất của rơle số so với rơle cơ), tự kiểm tra tình trạng làm việc của bản
thân thiết bị (hữu ích đối với việc phát hiện các hư hỏng từ bên trong rơle).
Ngồi ra, rơle số cịn có chức năng ghi nhớ và khả năng hiển thị thông
tin các sự kiện và hiện tượng bất thường (sự cố) phục vụ cho việc phân tích sự
cố và khả năng làm việc của hệ thống; việc cài đặt thông số ban đầu cho rơle
số đơn giản và chính xác do nó được thực hiện bằng các chương trình phần
mềm từ một máy tính cá nhân hay được tích hợp trong rơle, các tham số hầu
như không cần hiệu chỉnh.
b- Nhược điểm
Vốn đầu tư cho hệ thống rơle số tương đối cao đồng thời địi hỏi người
vận hành phải có trình độ cao. Ngoài ra, việc sử dụng rơle số phụ thuộc nhiều
vào bên cung cấp hàng trong việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị và yêu cầu môi
trường làm việc của rơle số khắt khe hơn: đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm phù hợp;
dễ bị ảnh hưởng của tác hại điện từ EMI (electromagnetic intefrence).
1.3. Ứng dụng rơle số ở hệ thống điện Việt Nam hiện nay
Do điều kiện lịch sử, những năm trở về trước hầu hết các rơle bảo vệ sử
dụng trong hệ thống điện của nước ta có xuất xứ từ Liên Xô cũ. Chúng là các
loại rơle điện cơ, một số ít khác là rơle tĩnh. Nhưng cùng với sự phát triển

nhanh của kỹ thuật số và yêu cầu nâng cao chất lượng cung cấp điện thì phần
lớn các rơle thế hệ cũ đã được thay thế bằng rơle số, đặc biệt các cơng trình
mới xây dựng thì hồn tồn sử dụng rơle số trong hệ thống bảo vệ.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc5sỹ kỹ thuật……………….. ………………………5


Hiện nay trong hệ thống điện nước ta rơle số được sử dụng rộng rãi ở
các lưới từ 110kV trở lên. Các rơle số sử dụng trong hệ thống bảo vệ tương
đối phong phú về chủng loại. Các loại rơle này được cung cấp bởi các nhà sản
xuất khác nhau như: Siemens, ABB, Alstom, Schneider, SEL…Tại các nhà
máy điện mới xây dựng những năm gần đây thì hệ thống bảo vệ hầu hết sử
dụng rơle số như: nhà máy điện như nhà máy thuỷ điện Quảng Trị hệ thống
bảo vệ hầu hết sử dụng rơle kỹ thuật số, nhà máy thuỷ điện Thác Bà thay hệ
thống bảo vệ sử dụng rơle cơ sang hệ thống bảo vệ sử dụng rơle số vào năm
2007, nhà máy thuỷ điện Hồ Bình thì cũng đã thay thế rơle số cho các trạm
110kV, 220kV phân phối ngoài trời. Đối với các đường dây truyền tải và
phân phối (110, 220, 500kV) thì hầu hết sử dụng rơle số (đặc biệt là rơle
khoảng cách), các trạm 500kV cũng sử dụng rơle kỹ thuật số (trạm Thường
Tín sử dụng rơle số của Siemens và Alstom), các trạm 110kV đồng loạt thay
thế rơle điện cơ bằng rơle số (rơle quá dòng số và so lệch số là chủ yếu được
sử dụng trong các trạm này, ví dụ như: các trạm 110kV Hà Nam, Hưng
Yên… đều sử dụng rơle số để bảo vệ).
Chính việc sử dụng rơle số trong hệ thống bảo vệ mà hệ thống điện
nước ta hạn chế được sự cố xảy ra nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đồng
thời hệ thống bảo vệ số giúp việc liên lạc thơng tin, tự động hố trong hệ
thống điện, quản lý lưới điện được thuận tiện và phát triển hơn.
Việc áp dụng rơle số một cách đồng bộ để thay thế rơle kiểu cũ cho
phép phát triển lưới điện gần như toàn diện. Tuy nhiên vấn đề khó khăn hiện
nay là vốn đầu tư phải đủ lớn để có thể thay thế đồng loạt các rơle theo thứ tự

ưu tiên từ cấp truyền tải trở xuống. Ngoài ra, khi đưa rơle số vào sử dụng
ngành Điện còn gặp khó khăn trong cơng tác đào tạo đội ngũ nhân viên vận
hành cũng như khai thác hết khả năng làm việc của chúng. Chính vì vậy, việc
nắm vững q trình vận hành rơle số cũng như hệ thống số là hết sức cần thiết

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc6sỹ kỹ thuật……………….. ………………………6


đối với nhân viên vận hành cũng như cán bộ ngành Điện. Xu hướng trong
thời gian gần nhất hệ thống điện Việt Nam thay toàn bộ rơle thế hệ cũ bằng
rơle số vào hệ thống bảo vệ các phần tử của hệ thống điện nhằm phối hợp các
chức năng bảo vệ và tự động hoá trong một hệ thống điều khiển thống nhất.
Xu hướng này sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện. Đây
là bước nhảy vọt lớn trong suốt quá trình xây dựng và phát triển hệ thống điện
Việt Nam để đóng góp vào q trình cơng nghiệp hố hiện đại hố của nước ta.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc7sỹ kỹ thuật……………….. ………………………7


CHƯƠNG II: TÌM HIỂU MỘT SỐ LOẠI RƠLE SỐ SỬ DỤNG
TRONG TRẠM BIẾN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hiện nay, hệ thống bảo vệ trong các trạm biến áp sử dụng rơle số đa
dạng về chủng loại. Tuy nhiên, trong đề tài chúng tôi chỉ đề cập đến ba hãng
sản xuất rơle đang được sử dụng trong trạm biến áp: Siemens (Đức), Alstom
(Areva) (Đức) và Schneider (Pháp). Để tìm hiểu các rơle (quá dòng số và so
lệch số) của ba hãng này, đề tài đưa ra các nội dung sau: hình dáng kích
thước, giao diện người sử dụng, cấu trúc phần cứng, cấu trúc phần mềm và sơ
đồ nối dây của một số rơle số.
2.1. Nguyên lý làm việc của rơle số
2.1.1. Cấu trúc của rơle số

Hình 2.1. Cấu trúc phần cứng của một rơle số

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc8sỹ kỹ thuật……………….. ………………………8


2.1.2. Nguyên lý hoạt động của rơle kỹ thuật số
Tín hiệu tương tự từ BI, BU sau khi được biến đổi thành tín hiệu phù
hợp sau khi được lọc và khuếch đại được đưa vào bộ chọn kênh. Bộ xử lý
trung tâm sẽ gửi tín hiệu đi mở kênh mong muốn. Đầu ra của bộ chọn kênh
đưa vào bộ biến đổi tương tự-số (ADC) để biến đổi tín hiệu tương tự thành tín
hiệu số tỷ lệ với thơng tin đầu vào và đưa vào bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý được
đưa vào chế độ làm việc theo chương trình chứa trong bộ nhớ ROM hoặc
EPROM. Tại đây thơng tin đầu vào được so sánh (thực hiện tính tốn lôgic)
với giá trị đặt chứa trong bộ nhớ của rơle (bộ nhớ xố ghi bằng điện
EEPROM).
Trong trường hợp có sự cố, bộ vi xử lý sẽ phát tín hiệu số điều khiển
các rơle đầu ra ở bộ phận vào/ra số đóng hoặc khép mạch..
Giao diện người sử dụng của rơle thường đặt màn hình hiển thị thơng
tin ở mặt trước của rơle kết hợp với bộ bàn phím, các đèn LED báo hiệu và
vài cổng thông tin tuần tự hay song song để kết nối máy tính hoặc trao đổi
thơng tin với các thiết bị từ xa [6].
2.2. Nguyên lý chung của bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch
2.2.1. Nguyên lý quá dòng điện (50/51)
Bảo vệ quá dòng điện là bảo vệ thực hiện theo nguyên lý quá dòng điện
(là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thống điện vượt quá trị
số dòng điện tải lâu dài cho phép, do hiện tượng quá tải và ngắn mạch gây ra)
tức là bảo vệ thực hiện đo lường dịng sự cố và phát tín hiệu cắt máy cắt
hoặc/và báo tín hiệu khi giá trị dịng này vượt quá ngưỡng cho phép trong thời
gian xác định.

Bảo vệ q dịng có hai chức năng: bảo vệ q dòng ngưỡng cao hay
cắt nhanh (ký hiệu 50) và bảo vệ q dịng ngưỡng thấp hay bảo vệ q dịng
có thời gian (ký hiệu 51). Đối với bảo vệ ngưỡng thấp chia ra 2 loại: bảo vệ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc9sỹ kỹ thuật……………….. ………………………9


q dịng ngưỡng thấp đặc tính độc lập và bảo vệ q dịng ngưỡng thấp đặc
tính phụ thuộc. Các rơle có thể được chế tạo một trong hai dạng trên.
Đối với rơle cơ thì nó chỉ đảm nhiệm một trong hai chức năng, ngưỡng
thấp hoặc ngưỡng cao, nhưng đối với rơle q dịng số thì có thể tích hợp cả
hai chức năng trong cùng một rơle [4].
2.2.2. Nguyên lý so lệch dòng điện (87)
Bảo vệ so lệch là bảo vệ sẽ tác động khi sự sai lệch giữa hai dòng điện
ở hai đầu của phần tử vượt quá trị số cho trước.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch
Giải thích sơ đồ: Vùng tác động của bảo vệ được giới hạn bằng vị trí
đặt hai tổ máy biến dòng CT1 (BI1) và CT2 (BI2). Dòng qua rơle (87) bằng
IR = i1- i2 (nếu bỏ qua sai số của BI). Xét các trường hợp:
Trong điều kiện làm việc bình thường hay ngắn mạch ngồi (điểm N2)
khơng có dịng đi qua rơle (IR = 0). Tức là rơle không tác động.
Khi xảy ra sự cố trên phần tử được bảo vệ (ngắn mạch trong vùng bảo
vệ, tại N1) thì dịng qua rơle được xác định bằng: IR = i1 + i2 (do i2 thay đổi
chiều và độ lớn). Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt trong rơle, rơle sẽ tác động
loại bỏ sự cố [4].

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc10
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………10

2.3. Tìm hiểu một số loại rơle q dịng số và so lệch số sử dụng trong
trạm biến áp của hệ thống điện Việt Nam
2.3.1. Rơle quá dòng và so lệch số của hãng Siemens sử dụng trong trạm
biến áp
2.3.1.1. Hình dáng
- Các rơle được chế tạo là khối hình hộp chữ nhật gọn nhẹ, thuận tiện cho việc
lắp đặt cũng như vận hành.
- Hình ảnh một số loại rơle thông dụng của Siemens:

7UT612

7SJ63

7SJ602

7SJ62

7SJ601

7SJ600

7SJ61

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc11
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………11


7SJ511/512

7UT512

7UT612

7UT513

Hình 2.3. Hình dáng của một số rơle số của hãng Siemens
2.3.1.2. Giao diện người sử dụng (Mặt trước của rơle)
a/ Rơle q dịng số 7SJ511/512
- Màn hình chỉ thị 2 dòng x 16 ký tự bằng tinh thể lỏng (LCD);
- Đèn hiển thị hư hỏng thiết bị;
- Đèn chỉ thị thiết bị sẵn sàng làm việc;
- Các đèn LED có thể gán (6 đèn);

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc12
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………12


- Bàn phím giao tiếp với rơle;
- Cơng tắc cho hệ thống vi xử lý;
- Giắc cắm 25 chân nối với máy tính;
- Các phím trợ giúp có thể sử dụng khi đóng lắp.
b/ Rơle q dịng số 7SJ600
- Màn hình chỉ thị 2 dịng x16 ký tự bằng tinh thể lỏng (LCD);
- Đèn hiển thị hư hỏng thiết bị;
- Đèn chỉ thị thiết bị sẵn sàng làm việc;
- Các đèn LED có thể gán (4 đèn);
- Bàn phím giao tiếp với rơle.
c/ Rơle q dịng số 7SJ61/62/63

Hình 2.4. Mặt trước của rơle q dịng số 7SJ6x
- Màn hình chỉ thị tinh thể lỏng, 4 dòng x 16 ký tự, đối với 7SJ63 số
dòng ký tự lớn hơn 4;

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc13
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………13


- Bàn phím giao tiếp rơle số lượng nhiều hơn (dùng cho việc định vị và
các phím bằng số dùng cho việc nhập số liệu đầu vào, 4 phím F1-F4 có chức
năng đóng mở, đọc giá trị đo và kiểm tra nhiễu);
- 7 đèn LED (14 đèn đối với 7SJ63) thể hiện thơng tin về thiết bị và q
trình làm việc của rơle;
- Cổng kết nối máy tính;
- Riêng đối với 7SJ63 có thêm 2 cơng tắc để truy cập một cách nhanh,
chính xác khi khố giữa điều khiển cục bộ và điều khiển từ xa.
d/ Rơle so lệch số 7UT512/513
- Màn hình chỉ thị tinh thể lỏng gồm 2 dịng x16 ký tự;
- Bàn phím gồm 28 phím với các con số, các phím điều khiển, phím
đặc biệt;
- Các đèn LED chỉ thị thiết bị sẵn sàng làm việc, đèn hiển thị hư hỏng
thiết bị, và 6 đèn LED có thế gán (đối với 7UT513 có 2 dãy đèn);
- Cổng kết nối với máy tính;
- Cơng tắc cho hệ vi xử lý;
- Các phím trợ giúp có thể sử dụng khi đóng lắp.
2.3.1.3. Chức năng
a/ Rơle q dịng số 7SJ511/512
Chức năng bảo vệ chính của 7SJ511/512 là bảo vệ q dịng có thời
gian, bảo vệ q dịng có thời gian có hướng và bảo vệ q dịng tổng ba pha
có hướng (đối với 7SJ512), bảo vệ cắt nhanh. Ngồi ra chúng cịn tích hợp

một số chức năng khác như: bảo vệ quá tải theo nhiệt độ, bảo vệ chạm đất độ
nhạy cao, bảo vệ chạm đất không liên tục, cấp thời gian cho bảo vệ chống hư
hỏng máy cắt; chức năng ổn định dịng từ hố, chức năng tự đóng lặp lại (đối
với 7SJ513), lưu trữ và truyền số liệu cho việc ghi sự cố, các chức năng khác
như tự kiểm soát liên tục mạch một chiều cho đến các đầu vào biến đổi dịng

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc14
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………14


điện và các rơle cắt, lưu các tín hiệu sự cố cho 4 sự cố hệ thống cuối cùng,
đếm các lệnh cắt cũng như ghi các số liệu sự cố và các dịng ngắt sự cố được
tích luỹ, liên tục tính tốn các thơng số vận hành và đưa ra màn hình phía
trước, khả năng thí nghiệm máy cắt làm việc, kiểm tra liên tục các giá trị đo
cũng như phần cứng và phần mềm của thiết bị [11].
b/ Rơle q dịng số 7SJ600
Bảo vệ q dịng có thời gian, bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ quá
dòng chạm đất cắt nhanh, bảo vệ q dịng chạm đất có thời gian, bảo vệ dòng
thứ tự nghịch, bảo vệ quá nhiệt, chức năng tự đóng lặp lại, chức năng đo
lường thông số hệ thống và thông số sự cố [11].
c/ Rơle q dịng số 7SJ61/62/63
Bảo vệ q dịng có thời gian với đặc tính độc lập và phụ thuộc (51),
bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian
(51N), bảo vệ q dịng chạm đất cắt nhanh (50N) là những chức năng bảo vệ
chính của 7SJ61/62/63. Ngồi ra, chúng có một số chức năng khác như: bảo
vệ q dịng có hướng (67), bảo vệ q dịng tổng ba pha có hướng (67N),
bảo vệ dịng thứ tự nghịch (46), bảo vệ quá tải theo nhiệt độ (49), chức năng
“khởi động lâu/ghìm rơto” (48), bảo vệ thiếu/quá điện áp (27/59), bảo vệ
quá/thiếu tần số (81O/U), bộ định vị sai hỏng, chức năng tự động đóng lặp lại,
chức năng tự động và điều khiển (bảng thao tác tích hợp, đầu vào nhị phân,

trạm điều khiển và hệ thống bảo vệ…), khố khả năng truy cập, khố phím
thao tác, cài đặt mạch hồi tiếp để điều khiển, chức năng đếm số lần khởi động
trong một giờ (66), rơle khố (86), chức năng dự phịng [11].
d/ Rơle so lệch số 7UT512/513
Là loại bảo vệ so lệch chính cho máy biến áp bao gồm một số chức
năng sau: Đặc tính cắt dịng hãm, hãm chống lại các dịng từ hố với sóng hài
bậc 2, hãm chống lại các dịng sai số ổn định thống qua gây ra do q kích

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc15
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………15


thích, khơng nhạy cảm với các thành phần 1 chiều và bão hồ biến dịng, ổn
định ngay cả với các mức bão hồ khác nhau của biến dịng, cắt nhanh đối với
các sự cố máy biến áp có dịng lớn, tăng độ nhạy với các sự cố chạm đất bằng
việc bù dịng thứ tự khơng (đối với 7UT513), tự tổ hợp các tổ nối dây của
máy biến áp, điều chỉnh các tỷ số biến dòng với việc cân nhắc các dịng định
mức khác nhau của biến dịng.
7UT512/513 cịn có chức năng bảo vệ so lệch cho máy phát và động
cơ, bảo vệ so lệch cho các điểm rẽ nhánh.
Ngoài chức năng bảo vệ so lệch, chúng cịn có các chức năng bảo vệ
khác như: bảo vệ chạm đất có giới hạn, bảo vệ q dịng có thời gian, bảo vệ
q tải theo nhiệt độ, bảo vệ chạm vỏ, phối hợp các tín hiệu nhị phân từ bên
ngồi cho việc xử lý hoặc truyền lại các lệnh hoặc các tín hiệu bên ngồi (tín
hiệu bảo vệ rơle hơi), nối với các rơle tín hiệu, LED và qua giao tiếp nối tiếp
tới các phương tiện điều khiển và kiểm soát; phối hợp các tín hiệu cắt từ bên
ngồi bằng các ma trận cắt tích hợp; chức năng tự đóng lặp lại, chức năng đo
lường [11].
2.3.1.4. Cấu trúc phần cứng

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc16
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………16


Hình 2.5. Cấu trúc phần cứng rơle q dịng số của hãng Siemens
Các rơle số của Siemens được trang bị bộ vi xử lý 16 bít (đối với
7SJ511,512,531) hoặc 32 bít (7SJ61/62/63), cơng suất mạnh. Nó cung cấp
đầy đủ thơng số xử lý số lấy từ dữ liệu thu thập của các giá trị đo lường để gửi
đến tín hiệu đi cắt máy cắt.
Cấu trúc phần cứng rơle quá dòng số của hãng Siemens tổng quát bao gồm
các cơ cấu chính sau:
- Các bộ biến đổi của phần thu nhận các đại lượng đầu vào ME: chuyển
các dòng điện từ các biến dòng nhất thứ sang các dòng phù hợp với mức độ
thiết bị có thể xử lý. Bên cạnh việc cách ly về điện và điện dung nhỏ bằng các
biến dòng đầu vào, các bộ lọc cũng được đặt để khử nhiễu. Các bộ lọc được
tối ưu hoá theo dải tần và tốc độ xử lý cho phù hợp trong q trình xử lý các

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc17
sỹ kỹ thuật……………….. ………………………17