Bảo vệ hệ thống điện phức tạp lê kim hùng

MÃ SỐ CHỨC NĂNG
Theo tiêu chuẩn quốc tế hiện hành, các chức năng bảo vệ và tự động được
ký hiệu bằng các mã số và chữ ví dụ theo danh mục điển hình như sau:
F21/21N: chức năng bảo vệ khoảng cách pha/đất
F25: Chức năng kiểm tra hoà đồng bộ
F26: Chức năng quá nhiệt dầu/ cuộn dây MBA
F27/59: Chức năng bảo vệ kém/quá áp
F32: Chức năng định hướng công suất
F37: Chức năng bảo vệ kém áp hoặc kém công suất
F40: Chức năng bảo vệ chống mất kích từ
F46: Chức năng bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch
F49: Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt
F50/ F50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh pha/đất
F51/ F51N: Bảo vệ q dịng pha/đất có thời gian
F26Q: Nhiệt độ dầu MBA
F26W: Nhiệt độ cuộn dây MBA
F63: Rơle áp lực MBA
F96B, F9Q: Rơle hơi MBA, OLTC
F71P, F71Q: Mức dầu MBA, OLTC cảnh báo
F64R: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn rôto
F64G: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn stato


F67/67N: Chức năng bảo vệ q dịng pha/đất có hướng
F68: Chức năng bảo vệ chống dao động công suất
F74: Chức năng giám sát mạch cắt MC
F78: Chức năng bảo vệ góc lệch pha
F79: Chức năng tự động đóng lặp lại
F81: Chức năng sa thải phụ tải theo tần số
F85: Chức năng nhận thông tin phối hợp tác động với sự trợ giúp của kênh
thông tin (cắt liên động theo sơ đồ PUTT, POTT …).

F87: Bảo vệ so lệch
F87B: Chức năng bảo vệ so lệch thanh cái
F87G: Chức năng bảo vệ so lệch máy phát
F87L: Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây
F87M: Chức năng bảo vệ so lệch động cơ
F87T: Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp
87REF: Chức năng bảo vệ chạm đất giới hạn MBA (chỉ giới hạn cho cuộn dây
đấu sao có nối đất).
F90: Chức năng điều chỉnh điện áp
F51/27: Chức năng q dịng có kiểm tra điện áp
50PD: Chức năng bảo vệ không đồng pha MC
FR: Chức năng ghi sự cố
FL: Chức năng định vị điểm sự cố


SOFT: Chức năng chống đóng MC vào điểm sự cố
BCU: Điều khiển thiết bị đóng cắt mức ngăn lộ (màn hình hiển thị sơ đồ mức
ngăn và thơng tin vận hành).


MÃ SỐ CHỨC NĂNG
Theo tiêu chuẩn quốc tế hiện hành, các chức năng bảo vệ và tự động được
ký hiệu bằng các mã số và chữ ví dụ theo danh mục điển hình như sau:
F21/21N: chức năng bảo vệ khoảng cách pha/đất
F25: Chức năng kiểm tra hoà đồng bộ
F26: Chức năng quá nhiệt dầu/ cuộn dây MBA
F27/59: Chức năng bảo vệ kém/quá áp
F32: Chức năng định hướng công suất
F37: Chức năng bảo vệ kém áp hoặc kém công suất
F40: Chức năng bảo vệ chống mất kích từ

F46: Chức năng bảo vệ dòng điện thứ tự nghịch
F49: Chức năng bảo vệ quá tải nhiệt
F50/ F50N: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh pha/đất
F51/ F51N: Bảo vệ q dịng pha/đất có thời gian
F26Q: Nhiệt độ dầu MBA
F26W: Nhiệt độ cuộn dây MBA
F63: Rơle áp lực MBA
F96B, F9Q: Rơle hơi MBA, OLTC
F71P, F71Q: Mức dầu MBA, OLTC cảnh báo
F64R: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn rôto
F64G: Bảo vệ chống chạm đất cho cuộn stato


F67/67N: Chức năng bảo vệ q dịng pha/đất có hướng
F68: Chức năng bảo vệ chống dao động công suất
F74: Chức năng giám sát mạch cắt MC
F78: Chức năng bảo vệ góc lệch pha
F79: Chức năng tự động đóng lặp lại
F81: Chức năng sa thải phụ tải theo tần số
F85: Chức năng nhận thông tin phối hợp tác động với sự trợ giúp của kênh
thông tin (cắt liên động theo sơ đồ PUTT, POTT …).
F87: Bảo vệ so lệch
F87B: Chức năng bảo vệ so lệch thanh cái
F87G: Chức năng bảo vệ so lệch máy phát
F87L: Chức năng bảo vệ so lệch dọc đường dây
F87M: Chức năng bảo vệ so lệch động cơ
F87T: Chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp
87REF: Chức năng bảo vệ chạm đất giới hạn MBA (chỉ giới hạn cho cuộn dây
đấu sao có nối đất).
F90: Chức năng điều chỉnh điện áp

F51/27: Chức năng q dịng có kiểm tra điện áp
50PD: Chức năng bảo vệ không đồng pha MC
FR: Chức năng ghi sự cố
FL: Chức năng định vị điểm sự cố


SOFT: Chức năng chống đóng MC vào điểm sự cố
BCU: Điều khiển thiết bị đóng cắt mức ngăn lộ (màn hình hiển thị sơ đồ mức
ngăn và thơng tin vận hành).


CHUYÊN ĐỀ BẢO VỆ RƠ LE

1. Kiến thức chung về bảo vệ đường dây
2. Bảo vệ khoảng cách
3. Bảo vệ so lệch
4. Bảo vệ Máy biến áp
5. Bảo vệ Thanh cái

GV: Lê Kim Hùng

(Tài liệu này có trích 1 phần nhỏ từ sách chuyên khảo “Rơ le kỹ thuật số bảo vệ hệ
thống điện” của tác giả xuất bản tháng 7 năm 2020. Nếu có nhu cầu mua xin liên hệ
qua email ; 0914112526)


Lê Kim Hùng
Kiến thức chung

Các thế hệ RLBV

Lịch sử phát triển

Rơle kỹ thuật số
Rơle tĩnh

Rơle điện cơ
1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020 Năm

Quá trình phát triển RLBV
Rơle kỹ thuật số sử dụng vi xử lý có cài đặt thuật tốn viết bằng mã máy tính, đầu
vào tương tự, đầu vào số và đầu ra số, đèn LED. Các giá trị chỉnh định được cài đặt
bằng phím bấm và RLBV dùng thuật tốn để đưa ra quyết định. Bên cạnh những tích
chất ưu việt về kỹ thuật như độ tin cậy, phân tích sự cố, giảm thiểu số lượng tủ bảng
điện và giảm chi phí kiểm tra định kỳ; thiết bị tích hợp này cịn có thể kết nối qua các
mạng thông tin nhằm phục vụ các giải pháp SCADA. Các dòng sản phẩm RLBV kỹ
thuật số (RLBV KTS) tích hợp nhiều tính năng ưu việt, hiện đại, chất lượng, tin cậy,
mang đặc trưng riêng của từng hãng và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sau [3]:

Chức năng bảo vệ tích hợp; Chức năng đo lường; Chức năng điều khiển; Chức
năng giám sát; Chức năng truyền thông; Chức năng ghi sự kiện
Trong thực tế, cấp chính xác của RLBV khơng chỉ phụ thuộc vào cơng nghệ phần
cứng mà cịn phụ thuộc vào các thuật tốn xử lý tín hiệu và ra quyết định. Do đó, việc
nghiên cứu tìm ra các thuật tốn tối ưu có quyết định nhanh, chính xác đang là thách
thức lớn trong khâu thiết kế RLBV kỹ thuật số. Bên cạnh đó việc cấu hình ứng dụng
RLBV cần phải có kiến thức chuyên môn để vận hành và thử nghiệm. Phiên bản phần
mềm sẽ phải cập nhật thường xuyên từ nhà sản xuất. Cho nên, việc áp dụng các phương
pháp thông minh (mạng nơron nhân tạo, logic mờ, thuật toán di truyền…) với khả năng
học dữ liệu mẫu để nhận dạng trong những năm gần đây đang được nghiên cứu cho
RLBV, và mang lại kết quả khả quan. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu này vẫn còn hạn
chế trong lưới điện phức tạp, điều kiện vận hành liên tục thay đổi.


Lê Kim Hùng
Tại Việt Nam, hầu như tất cả các trạm điện (110kV, 220kV, 500kV), nhà máy
thủy điện, nhiệt điện đều đang sử dụng RLBV KTS để thực hiện nhiệm vụ điều khiển,
bảo vệ và truyền thông.
RLBV kỹ thuật số sử dụng phổ biến hiện nay
Hãng Sản xuất

Rơle bảo vệ
RE*6, RE*5, SPA*.…

ABB
SCHNEIDER

P443, P543, P633, P123, P127, P921…

SEL

SEL 421, SEL 451, SEL 487, SEL 551…

SIEMENS

7UT633, 7SA613, 7SJ600, 7UM…

SEPAM

S20, S40, S87…

TOSHIBA

GRZ200, GRL200, GRD200, GRB200…

GE

L90, D30, L60, C90, T60, 745, G60, 889…

So sánh tóm tắt đặc tính kỹ thuật của 3 chủng loại RLBV
Đặc tính

Tốc độ đáp ứng

Rơle số
Vi xử lý với thuật
Cơ điện từ
Sử dụng transitor, IC
toán
Đĩa cảm ứng, R, L, C, transistor, IC tương Vi xử lý, IC số, xử

đòn cân
tự, so sánh
lý tín hiệu số
Phát hiện ngưỡng, so sánh
Chuyển đổi
Chuyển đổi A/D, kỹ
với giá trị tham chiếu trong
điện cơ
thuật số
bộ so sánh tương tự
Chậm
Nhanh
Rất nhanh

Bộ thời gian

Đồng hồ cơ

Đồng hồ tĩnh

Bộ đếm

Thời gian chính xác

Khơng

Khơng

Ổn định

Độ tin cậy

Cao

Thấp

Cao

Chống rung

Khơng

Có

Có

Đặc tính

Giới hạn

Rộng rãi

Rộng rãi

Công suất CT

Cao 8-10VA

Thấp 1VA

Thấp < 0.5VA

Phạm vi chỉnh định

Giới hạn

Rộng

Rộng

Chức năng bảo vệ

1

1

Đa chức năng

Bảo dưỡng

Thường xuyên

Thường xun

Ít khi

Suy giảm khả năng lv

Có

Khơng

Khơng

Cấu hình rơle

Khơng

Một phần

Có

Truyền thơng Scada

Khơng

Khơng

Có

Cài đặt chỉ thị

Khơng

Khơng

Có

Đèn chỉ thị

Cờ

LED

LED, LCD

Tự giám sát

Khơng

Có

Có

Thơng số chỉnh định

Thang đặt

Chuyển mạch

Bàn phím bấm số

Bộ ghi nhiễu loạn

Khơng hỗ trợ

Khơng hỗ trợ

Có

Ngun tắc làm việc
Phần cứng đo lường
Phương pháp
đo lường

Rơle cơ điện

Rơle tĩnh


Lê Kim Hùng
Vùng bảo vệ và các yêu cầu của HT BVRL:
Mạng lưới kết nối gồm 3 khâu, tương ứng có mỗi vùng bảo vệ cho đối tượng.
(1) Máy phát điện

(3) Thanh cái

(3) Thanh cái

(5) Động cơ

M
(2) Máy biến áp

(4) Đường dây

(2) Máy biến áp

Rơle bảo vệ (RLBV) theo dõi liên tục tình trạng làm việc của đối tượng. Khi xuất
hiện tình trạng bất thường, RLBV phát hiện và gửi tín hiệu đi cơ lập các phần tử hư

hỏng thơng qua các máy cắt điện (MC) hoặc/và báo tín hiệu cho nhân viên trực ca vận
hành.
Rơle làm việc đúng? Rơle làm việc khơng đúng? RL làm việc sai? Ngun
nhân có thể là chỉnh định rơle sai, sai sót trong việc phối hợp sơ đồ bảo vệ, phần tử
trong hệ thống như biến dòng (CT), biến điện áp (VT), và mạch nhị thứ.
Với vai trò quan trọng như vậy, đòi hỏi RLBV phải đảm bảo được các yêu cầu
khắt khe như độ tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy và tin cậy:
- Tính chọn lọc: là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị
sự cố ra khỏi hệ thống. Hệ thống điện luôn phát triển và ngày càng phức tạp do vậy tính
chọn lọc của bảo vệ ngày càng được yêu cầu cao. Tính chọn lọc gồm 2 loại là chọn lọc
tuyệt đối và chọn lọc tương đối.
- Tác động nhanh: tính tác động nhanh của rơle bảo vệ là một yêu cầu hết sức
quan trọng, vì việc cơ lập càng nhanh chóng phần tử bị sự cố thì sẽ càng hạn chế mức độ
thiệt hại do sự cố gây ra, càng giảm thời gian sụt điện áp ở vùng lân cận điểm sự cố,
giảm xác suất gây hư hỏng nặng hơn và nâng cao khả năng duy trì chế độ làm việc ổn
định của các máy phát và toàn bộ HTĐ.
- Độ nhạy: độ nhạy của bảo vệ đặc trưng cho khả năng phát hiện sự cố của rơle
hoặc hệ thống bảo vệ, được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy Kn, đó là tỷ số giữa trị số của
đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Tuỳ thuộc vào
vai trị của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy cũng khác nhau. Các đối tượng bảo vệ càng
quan trọng thì yêu cầu độ nhạy càng cao.
- Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn.
Độ tin cậy gồm có tin cậy khi tác động và tin cậy không tác động.


Lê Kim Hùng
Cấu trúc rơle kỹ thuật số:
Đầu vào
tương tự

VT
U
I

MC

Đầu vào
số

CT

RLBV
Chuyển
đổi A/D

Modun
chức
năng
bảo vệ

Rơle đầu
ra

Modun
truyền thông
Modbus, DNP,
Courier, IEC608705-103, IEC61850,…
Modun giao tiếp
người dùng (HMI)
Màn hình, đèn LED,

bàn phím
Modun nguồn

Màn hình LCD
Phím giải trừ đèn LED
Đèn tín hiệu

Phím đọc bản ghi sự kiện

Phím cài đặt thơng số
chỉnh định
Cổng RS232

Phím chức
năng

Cấu tạo mặt trước của RLBV KTS Schneider P12x
Thiết bị RLBV KTS phải giám sát, phát hiện được các hư hỏng nội bộ như phần cứng,
phần mềm cài đặt và mạch cấp nguồn điện cho thiết bị để đưa ra cảnh báo và tự động khóa
các chức năng bảo vệ.
Cách đấu nối truyền thống cho phép các dữ liệu thông tin truyền và nhận là tín hiệu
tương tự và nhị phân. RLBV làm việc theo tín hiệu điện, được nối với hệ thống điện thơng
qua các CT, VT. Tín hiệu dịng điện, điện áp qua bộ biến đổi đầu vào, bộ chuyển đổi sẽ
được so sánh với giá trị chỉnh định của rơle và nếu vượt quá/kém ngưỡng này, rơle sẽ tác
động gửi tín hiệu đi cắt MC và cảnh báo trên bảng đèn tín hiệu.
Chuẩn truyền thơng
So với các hệ thống bảo vệ và điều khiển sử dụng các cổng truyền thông RS232
hoặc RS485 (vẫn còn dựa trên các tiêu chuẩn cũ như Modbus, IEC103 và DNP3), thì lộ
trình cải tạo các TBA truyền thống thành TBA tự động hoá dựa trên tiêu chuẩn IEC
61850 điều khiển bằng máy tính của EVN chỉ cần sử dụng một sợi cáp mạng LAN đơn,

Lê Kim Hùng
giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) và cơ chế xử lý
thông tin dạng biến Goose để tạo ra dây nối ảo (thay cho sợi cáp đồng) giữa hai hay
nhiều thiết bị RLBV trên một mạng LAN có tốc độ 100Mbit/s.
Hệ thống mới đã làm thay đổi cơ bản cách thực thiết kế nhị thứ của trạm, giảm tối
thiểu dây tín hiệu xuống cịn khơng q 200 đầu cáp, và nâng cao khả năng thực hiện
các ứng dụng bảo vệ và điều khiển phân tán với thời gian trễ < 4ms (đối với TBA truyền
thống sử dụng cáp đồng là < 40ms). Ngồi ra, các biến Goose cịn được giám sát liên tục
nhằm kiểm tra trạng thái kết nối có bị mất khơng. Đây chính là sự khác biệt so với sử
dụng dây đồng trước đây.
TTĐK
HMI

Ethernet Switch

GPS

GTW
Mức ngăn lộ
Ethernet Switch2

Ethernet Switch1
BCU1

Mức trạm

Máy in

RLBV1 Đồng hồ

BCU2

RLBV2 Đồng hồ

Cáp đồng
Thiết bị nhất thứ
MC, DCL, DTĐ

CT, VT
truyền thống

Thiết bị nhất thứ
MC, DCL, DTĐ

CT, VT
truyền thống
Mức thiết bị

TBA tự động hoá sử dụng kiểu đấu nối dây nhị thứ truyền thống
TTĐK
Mức trạm

HM
I

Ethernet Switch

GPS

BCU1

RLBV1

Máy in

Đồng hồ

BCU1

Thiết bị nhất
thứ MC, DCL,
DTĐ

Cáp
quang
Thiết bị trộn tín
hiệu
TVTR TCTR1
1

VT

RLBV1 Đồng hồ

Ethernet Switch1 Mức ngăn lộ

Ethernet Switch1

Thiết bị điều
khiển
XCBR
PTRC1
1

GTW

CT

Thiết bị điều
khiển
XCBR
PTRC1
1

Thiết bị nhất
thứ MC, DCL,
DTĐ

Thiết bị trộn tín
hiệu
TVTR TCTR1
1

VT

CT
Mức thiết bị

Mạng truyền thông trạm lớn sử dụng IEC 61850-8 và IEC61850-9


Lê Kim Hùng
Qui ước mã số:
Theo tiêu chuẩn quốc tế hiện hành, các chức năng bảo vệ và tự động được ký hiệu
bằng các mã số và chữ ví dụ theo danh mục điển hình như sau:
F21/21N: BV khoảng cách pha/đất

F78: Bảo vệ góc lệch pha

F25: Kiểm tra hồ đồng bộ

F79: Tự động đóng lặp lại

F26: Quá nhiệt (dầu/cuộn dây MBA)

F81: Sa thải phụ tải theo tần số

F27/59: Bảo vệ kém/quá áp

F85: Truyền TT phối hợp tác động.

F32: Chức năng định hướng CS

F87: Bảo vệ so lệch

F37: Bảo vệ kém áp hoặc kém CS

F87B: Bảo vệ so lệch thanh cái

F40: Chống mất kích từ

F87G: Bảo vệ so lệch máy phát

F46: BV dòng điện thứ tự nghịch

F87L: Bảo vệ so lệch dọc đường dây

F49: Bảo vệ quá tải nhiệt

F87M: Bảo vệ so lệch động cơ

F50/ F50N: BVQD cắt nhanh pha/đất

F87T: Bảo vệ so lệch máy biến áp

F51/ F51N: BVQD pha/đất có thời gian
F26Q: Nhiệt độ dầu MBA

87REF:vBVchạm đất giới hạn MBA
(cho cuộn dây đấu sao có nối đất).

F26W: Nhiệt độ cuộn dây MBA

F90: Chức năng điều chỉnh điện áp

F63: Rơle áp lực MBA

F51/27: Q dịng có kiểm tra điện áp

F96B, F9Q: Rơle hơi MBA, OLTC

50PD: Bảo vệ không đồng pha MC

F71P, F71Q: Mức dầu MBA, OLTC

FR: Chức năng ghi sự cố

F64R: Chống chạm đất cho cuộn rôto

FL: Chức năng định vị điểm sự cố

F64G: Chống chạm đất cho cuộn stato

SOFT: Chống đóng MC vào điểm sự cố

F67/67N: BVQD pha/đất có hướng
F68: Chống dao động công suất
F74: Giám sát mạch cắt MC

BCU: Điều khiển thiết bị đóng cắt mức
ngăn lộ (màn hình hiển thị sơ đồ mức
ngăn và thơng tin vận hành).

Tình hình sự cố và hệ thống rơle bảo vệ đường dây truyền tải
Đối với hệ thống điện, các sự cố xảy ra phần lớn là sự cố đường dây dẫn điện,
các sự cố đường dây gây ảnh hưởng đến vận hành an toàn hệ thống điện rất lớn, đặc biệt
khi có sự cố đối với các đường dây truyền tải điện siêu cao áp. Để giải quyết vấn đề sự
cố, các thiết bị rơle bảo vệ đóng vai trị rất quan trọng trong công tác vận hành hệ thống

điện. Các thiết bị rơle bảo vệ có vai trị phát hiện và loại trừ sớm các phần tử sự cố trong
hệ thống điện ra khỏi vận hành, giúp duy trì trạng thái vận hành an toàn và ổn định cho
hệ thống điện.


Lê Kim Hùng
Theo thống kê như bảng dưới cho thấy, đối với các sự cố xảy ra trên lưới điện
truyền tải thì sự cố xảy ra đối với đường dây chiếm phần lớn. Sự cố đường dây chiếm tỉ
lệ khoảng 70% trên tổng số sự cố của lưới truyền tải.
Các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng có thể do các hiện tượng thiên nhiên như
giông bão, động đất, lũ lụt...do các thiết bị hao mòn, già cỗi gây chạm chập, đôi khi do
công nhân vận hành thao tác sai gây ra [1]. Để tránh mất điện trên diện rộng khi xảy ra hư
hỏng RLBV thì trong hệ thống bảo vệ của ngăn lộ có cấp điện áp 220kV, 500kV thường có
2 bảo vệ riêng biệt. Nếu bảo vệ chính khơng làm việc thì bảo vệ dự phịng sẽ tác động. MC
3 pha rời phải có rơle kiểm tra chống đóng/cắt khơng đồng pha.
Đối tượng
sự cố
Đường dây

Trạm biến áp

Thống kê sự cố lưới điện truyền tải năm 2016
Cấp
Số lần
Tỷ
Phân loại
Tổng số lần
điện áp
(lần)
lệ (%)

Sự cố kéo dài
17
500kV
46
Sự cố thoáng qua
29
155
69
Sự cố kéo dài
45
220kV
109
Sự cố thoáng qua
64
Trạm biến áp 500kV
28
70
31
Trạm biến áp 220kV
42

Hệ thống rơle bảo vệ lưới điện truyền tải Việt Nam: Lưới điện 220kV & 500kV
tại Việt Nam được trang bị hệ thống bảo vệ theo quy định 2896/QĐ-EVN-KTLĐ-TĐ
ngày 10 tháng 10 năm 2003.
a) Đối với các đường dây 500kV
- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, 67/67N,
50/51, 50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74.
- Bảo vệ dự phịng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 50BF, 85, 74.
- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 được dự phòng đúp, được tích hợp trong bảo

vệ dự phịng và trong bảo vệ chính.
- Bảo vệ so lệch truyền tín hiệu trên đường cáp quang.
- Chức năng bảo vệ khoảng cách trong bảo vệ chính được phối hợp hai đầu với
nhau thơng qua sợi cáp quang nêu trên.
- Bảo vệ khoảng cách dự phịng được phối hợp hai đầu với nhau thơng qua kênh
tải ba.
b) Đối với các đường dây 220kV có đường truyền cáp quang
- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, 67/67N, 50/51,
50/51N, 50BF, 85, 74.


Lê Kim Hùng
- Bảo vệ dự phịng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 85, 74.
- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phịng, có thể được tích hợp
ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên.
- Bảo vệ so lệch và khoảng cách được phối hợp với đầu đối diện thông qua kênh
truyền bằng cáp quang.
c) Đối với các đường dây 220kV khơng có đường truyền cáp quang
- Bảo vệ chính: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 50BF, 85, 74
- Bảo vệ dự phịng: được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 67/67N, 50/51,
50/51N, 79/25, 27/59, 85, 74
- Chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phịng, có thể được tích hợp
ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên.
- Bảo vệ khoảng cách hai đầu đường dây được phối hợp với nhau thông qua
kênh truyền tải ba.
- Hệ thống rơle bảo vệ được trang bị cho lưới điện 220kV và 500kV hiện nay
nhìn chung hoạt động tin cậy và chọn lọc tốt.
Các bảo vệ chính để BV đường dây truyền tải

Đối với các đường dây truyền tải điện cao áp và siêu cao áp tại Việt Nam, bảo vệ
cho đường dây hiện đang sử dụng hai bộ bảo vệ chính đó là bảo vệ so lệch dọc và bảo
vệ khoảng cách. Riêng đường dây 500kV bảo vệ so lệch dọc có vai trị đặc biệt quan
trọng cho nên đó là một bảo vệ chính bắt buộc phải có. Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ
có nguyên lý làm việc tốt nhất, tác động khơng thời gian trì hỗn, có thể tác động với
mọi dạng ngắn mạch và đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối.
Ví dụ BV đường dây 500kV:
Tại Việt Nam, đường dây siêu cao áp 500kV có chiều dài khoảng 1.500km, làm
nhiệm vụ liên kết hệ thống điện của 3 miền. Cấu hình hệ thống RLBV của ngăn lộ
đường dây tại TBA 500kV gồm có:
Bảo vệ chính: dùng RLBV so lệch dọc đường dây, tích hợp các chức năng bảo vệ
F87L, 67/67N, 50/51, 50N/51N, 74, F85, FR, FL và đo lường.
Bảo vệ dự phịng: dùng RLBV khoảng cách, tích hợp các chức năng bảo vệ
21/21N, SOFT, 67/67N, 50/51, 50N/51N, F85, 74, FR, FL và đo lường.
Chức năng F87L của bảo vệ chính sử dụng đặc tuyến hãm, có 1 hoặc 2 độ dốc để
phù hợp với khả năng của CT và đặc điểm của hệ thống. Thời gian tác động của F87L
nhỏ hơn 01 chu kỳ. RLBV có khả năng bù tỷ số biến CT bằng thuật tốn và khơng cần
biến dịng trung gian hay đổi nối mạch ngồi. RLBV có khả năng ổn định, khơng tác


Lê Kim Hùng
động nhầm do sai số sinh ra bởi biến dòng tại 01 hoặc cả 02 đầu đường dây bị bão hồ.
Phương thức truyền tín hiệu giữa hai đầu đường dây thông qua kênh kỹ thuật số, sử
dụng cáp quang.

VT
C51

VT
C52

VS
87L

79/25

67/67N

51/51N

27/59

50BF

F74

FR/FL

RLBV so lệch dọc

F25

BCU

50/50
N
85

Thiết bị điều khiển

Kháng bù ngang

Kháng

R Mỏ phóng

Giàn tụ bù

MOV

MC

50/50N

87L

79/25

51/51N

27/59

67/67
N
50BF

F74

FR/FL

RLBV so lệch dọc

85

21/21N

79/25

67/67N

50/50N

51/51N

27/59

50BF

85

SOFT

F74

FR/FL
RLBV khoảng cách

Cấu hình hệ thống RLBV cho đường dây truyền tải 500kV
Chức năng F21/21N của bảo vệ dự phịng có 4 vùng bảo vệ (đặc tuyến hình tứ giác
và hình trịn) cho sự cố pha-pha và sự cố pha-đất (tối thiểu có 1 vùng có thể đặt hướng

Lê Kim Hùng
thuận hoặc hướng nghịch để làm bảo vệ dự phịng cho thanh cái). RLBV có đặc tính
tránh xâm phạm tải giúp ngăn ngừa sự tác động sai của RLBV trong những trường hợp
tải lớn. Ngồi ra, RLBV có chức năng khố tác động khi có dao động cơng suất ổn định
và đưa ra lệnh cắt khi dao động khơng ổn định. Bên cạnh đó, chức năng giám sát hư
hỏng mạch áp VT cho phép rơle khoá bảo vệ khoảng cách. Phương thức truyền tin qua
kênh truyền tương tự hoặc kỹ thuật số, sử dụng thiết bị tải ba lắp đặt giữa hai đầu đường
dây hoặc sử dụng tuyến cáp quang thứ hai cùng với thiết bị truyền dẫn độc lập (nếu
đường dây 500kV có 2 tuyến cáp quang độc lập).
Bảo vệ quá dòng pha, quá dòng chạm đất, q dịng thứ tự nghịch (có hướng hoặc
khơng hướng) với đặc tính thời gian xác định hoặc thời gian phụ thuộc (theo tiêu chuẩn
IEC và ANSI).
Chức năng F79/25, 50BF, 27/59 có thể được tích hợp ở trong hai bộ bảo vệ nêu
trên hoặc sử dụng thiết bị bảo vệ riêng và phải được truyền đồng thời trên hai đường
truyền của bảo vệ chính và dự phịng đến đầu đối diện.
Chức năng F87L, F21/21N, F79 và các mạch nhị thứ đi kèm phải đảm bảo làm
việc tin cậy khi phát hiện sự cố từng pha và gửi tín hiệu đi cắt/đóng lại 1 pha và 3 pha
tương ứng. Thiết bị RLBV chính, dự phịng phải lấy tín hiệu dịng điện từ các cuộn dịng
thứ cấp khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau.
Thiết bị điều khiển mức ngăn lộ BCU: sử dụng màn hình LCD thể hiện sơ đồ một
sợi của ngăn và có đủ số lượng BI/BO để lấy đủ tín hiệu cho các mạch điều khiển, liên
động, chỉ thị trạng thái thiết bị và cảnh báo một số tín hiệu chính của các thiết bị trong
ngăn
Ví dụ BV đường dây 220kV:
Hệ thống RLBV đường dây cao áp 220kV gồm có hai bộ bảo vệ:
Bảo vệ chính: dùng RLBV so lệch dọc đường dây, tích hợp các chức năng bảo vệ
F87L, 67/67N, 50/51, 50N/51N, 74, F85, FR, FL.
Bảo vệ dự phịng: dùng RLBV khoảng cách, tích hợp các chức năng bảo vệ

21/21N, SOFT, 67/67N, 50/51, 50N/51N, F85, 74, FR, FL.
Chức năng F79/25, 50BF, 27/59 có thể được tích hợp ở một trong hai bộ bảo vệ
nêu trên hoặc sử dụng thiết bị bảo vệ riêng.
Thiết bị RLBV chính, dự phịng phải lấy tín hiệu dịng điện từ các cuộn dịng thứ
cấp khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau. Chức năng F87L, F21/21N, F79 và
các mạch nhị thứ đi kèm phải đảm bảo làm việc tin cậy khi phát hiện sự cố từng pha và
gửi tín hiệu đi cắt/đóng lại 1 pha và 3 pha tương ứng. Bảo vệ q dịng có hướng phapha và pha-đất (F67/F67N) với các đặc tính thời gian xác định hoặc thời gian phụ thuộc
(theo tiêu chuẩn IEC và ANSI) có ít nhất hai cấp tác động.


Lê Kim Hùng
Phương thức truyền tín hiệu: Kênh truyền tín hiệu RLBV giữa hai đầu đường dây
cho bảo vệ chính và dự phòng phải độc lập nhau về mặt vật lý. Chức năng F87L của bảo
vệ chính dùng phương thức truyền tín hiệu qua kênh kỹ thuật số, sử dụng cáp quang nối
trực tiếp hoặc đi vòng hoặc kênh thuê riêng của nhà cung cấp dịch vụ công cộng. Chức
năng 85 (PUTT, POTT,…) của bảo vệ dự phòng dùng phương thức truyền tin qua kênh
truyền tương tự hoặc kỹ thuật số, sử dụng thiết bị tải ba hoặc cáp quang đi vòng (độc lập
về sợi quang và thiết bị viễn thơng với kênh truyền của bảo vệ chính) hoặc kênh thuê
riêng của nhà cung cấp dịch vụ công cộng.

VTC
2

VTC
1

F25

VS
20

0

BCU

Thiết bị điều khiển

27
1
87L

79/25

67/67N

50/50N

51/51N

85

F74

FR/F
L

RLBV so lệch dọc
21/21N

67/67N

50/50N

51/51N

27/59

50BF

SOFT

85

F74

FR/F
L RLBV khoảng cách

LVT
Các chức năng bảo vệ liên động khác ở hai đầu đường dây như F27/59, 50BF,
DTT… phải được truyền đồng thời trên hai đường truyền của bảo vệ chính và dự phịng.
Thiết bị điều khiển mức ngăn lộ BCU: phải có màn hình LCD thể hiện sơ đồ một
sợi của ngăn và đảm bảo số lượng BI/BO để lấy đủ tín hiệu cho các mạch điều khiển,
liên động điều khiển, chỉ thị trạng thái thiết bị và cảnh báo một số tín hiệu chính của các
thiết bị trong ngăn. Ngồi ra, số lượng BI/BO dự phòng cho ngăn ĐD là ≥ 20%.
Các vấn đề chi tiết được trình bày trong sách chuyên khảo “RL KTS BV HTĐ’ của
tác giả Lê Kim Hùng-Vũ Phan Huấn.


Lê Kim Hùng

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21)
Với hạn chế của BVQD (thời gian BV ở đầu nguồn lớn, đặc biệt trong mạng phức
tạp, khối lượng tính tốn lớn cho việc phối hợp khó đảm bảo tính chọn lọc) nên bảo vệ
khoảng cách (F21/21N) đã phát triển, sử dụng rơle tổng trở cực tiểu (rơle khoảng cách)
làm việc theo nguyên tắc tổng trở (ZR = UR/IR). ZR tỷ lệ thuận với khoảng cách từ chỗ
đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch trên đường dây. Nếu ZR < ZKĐ thì có sự cố trong vùng cài
đặt.
 Sỉû cäú thỉåìng gàûp âäúi våïi ÂZ ti âiãûn:
* ngàõn mảch

* chảm âáút * quạ âiãûn ạp

* âỉït dáy

* quạ ti.

- Bo vãû trong lỉåïi hả ạp: dng cáưu chy.
- Bo vãû cạc ÂZ trung ạp: dng BV quạ dng, quạ dng cọ hỉåïng, khong
cạch, so lãûch dng cạp chun dng.
- Âäúi våïi ÂZ cao ạp v siãu cao ạp: dng BV khong cạch, so lãûch dng, so
sạnh pha, so sạnh hỉåïng.
Sơ đồ logic ngun lý làm việc:
Sau đo lường, nhiệm vụ rơle là phát hiện và phân loại 10 dạng sự cố. Từ đó, cho
phép rơle xác định hướng sự cố, mạch vịng tính tốn tổng trở sự cố pha – pha và pha –
đất và khởi tạo chức năng bảo vệ.
Xác định
hướng

UA, UB, UC, U0
IA, IB, IC, I0

Phát hiện
sự cố

Xác định
tổng trở
đo
Phân loại
sự cố

AND

Cắt sự cố

Vịng sự cố

AND

Các phương pháp giám sát thơng số để Phát hiện sự cố, Phân loại sự cố, Xác định hướng
sự cố, Tính tổng trở đói với các dạng ngắn mạch…có thể xem sách chuyên khảo (tác giả
Lê Kim Hùng-Vũ Phan Huấn).
Phương thức bảo vệ cho đường dây:
VT
TC

27/59

21

MC

CT

67

Khi N, rơ le 21 tác động cắt đồng thời
xuất tín hiệu cho 79 đóng lại MC sau thời
gian đặt trước. Trong trường hợp chức
năng 21 không làm việc, rơle 67 sẽ làm
việc. Rơle 27/59 sẽ tác động cắt MC khi
điện áp vượt mức cài đặt (59), khi điện áp
thấp hơn mức cài đặt (27) nó báo động.


Lê Kim Hùng
Các bảo vệ rơ le dùng bảo vệ các xuất tuyến 22kV:
- Bảo vệ quá dòng: 7SJ61 - Kém áp: 7RW6000 - Tần số thấp: 7RW6000
Khi có N, 50.51/50.51N sẽ

PT

tác động bật MC đồng thời

TC

81

nó xuất tín hiệu cho rơ le 79

27/59

đóng lại MC.
- Rơ le 81 sẽ tác động bật

50/51
50/51N

MC các phát tuyến 22kV khi
tần số giảm thấp để khôi

MC

phục lại tần số tránh rã lưới.

CT

Sơ đồ logic 21 có 3 vùng:

MC
BU

BI

I
W
Z

t

&

III

II

II

&

t

I

&

t

Z

I


Lê Kim Hùng
Các dạng đặc tuyến BVKC:
Đường dây
X
Hiện nay rơle khoảng
Z3
cách kỹ thuật số của các hãng
Z2 Hướng thuận

sử dụng phổ biến hai đặc tính
tổng trở là vịng trịn qua gốc
Z1X
tọa độ (Mho) và tứ giác
Z1
(Quadramho). Ví dụ đặc tính
φL
Vùng xâm lấn tải
Vùng xâm lấn tải
Mho có 4 vùng bảo vệ và 1
R
vùng Z1X trên mặt phẳng Z như
Z4
hình. Góc pha của đặc tuyến là
Hướng ngược
góc pha tổng trở đường dây
tgφL = X/R = (700 ÷ 880).

X

Đường dây
Z3
Z2
Z1X

φL

Vùng xâm lấn tải

Z1

Vùng xâm lấn

tải

R

Z4
Hướng ngược

Hướng thuận

Do ảnh hưởng của tổng trở sự cố (RF) nên tổng trở đo lường từ vị trí đặt RLBV
đến vị trí sự cố tăng lên và có thể sẽ làm cho bảo vệ khoảng cách có đặc tính Mho tác
động khơng như mong muốn. Để khắc phục được nhược điểm này, ta dùng rơle khoảng
cách có đặc tuyến kiểu tứ giác, vì rơle này có đặc tuyến bao trùm trục R lớn hơn. Do đó,
RLBV khoảng cách có đặc tuyến tứ giác có thể xem như rơle điện kháng vì lúc đó sự tác
động của nó phụ thuộc vào điện kháng đo được ở đầu cực rơle. Kết quả là đặc tính Mho
thường được sử dụng bảo vệ cho sự cố 2 pha, hoặc ba pha và đặc tính tứ giác sử dụng
bảo vệ cho sự cố chạm đất.
Vấn đề xâm lấn tải và vùng 4
Ở chế độ lv bình thường, tổng trở tải đo lường
Zđo có giá trị lớn và nằm ngồi vùng bảo vệ.
Khi phụ tải tăng cao hoặc dao động CS làm trở
kháng tải giảm xuống và di chuyển theo hướng
về điểm gốc và có thể gây tác động cắt sai.
Trong đó, Z3 là vùng có nguy cơ lớn hơn cả vì
nó có giá trị lớn nhất và gần với tổng trở tải. Do
đó, cần xét đến logic vùng xâm lấn tải. Logic
này cho phép chúng ta chọn IKĐ nhỏ hơn dòng
tải lớn nhất khi có sự cố cuối đường dây bảo vệ.

Đường dây

jX

Z3

Quỹ đạo di
chuyển của Zđo

φ
Vị trí đặt
RLBV

ƟTải

R

Vùng xâm lấn tải


Lê Kim Hùng
Logic xâm lấn tải sử dụng thành phần TTT, phần tử tăng tải và giảm tải nhằm
phân biệt chế độ mang tải và chế độ sự cố. Khi Zđo di chuyển nằm trong vùng xâm lấn
tải, logic này khóa bảo vệ khoảng cách tác động. Khi có sự cố xuất hiện, Zđo di chuyển
từ vùng xâm lấn tải đến vùng Z3, cho phép bảo vệ khoảng cách tác động.
Vùng 4 tZ4 = 0,6s
Vùng 2
Vùng 1

RL1

Z1

RL2

Z2

RL4 F5

RL3

Z4

Z4

RLBV khoảng cách

Z2

Z1

RLBV khoảng cách

Vùng 1

Vùng 2 tZ2 = 0,2s

Vùng 4

Vùng 4
Vùng 2
Vùng 1
F1 RL1

Z1

RL2

Z2

RL3

Z4

RLBV khoảng cách

Z4

Z2

RL4

Z1

RLBV khoảng cách

Vùng 1
Vùng 4 tZ4 = 0,6s

Vùng 2

Khi sự cố xảy ra nằm bên ngoài của đường dây bảo vệ, ví dụ sự cố tại F5 (hình a)
xảy ra đằng sau RL3, vì vậy RL3 sẽ phát hiện một sự cố hướng ngược vùng Z4. RL2
phát hiện sự cố Z2. Nếu RL4 vì lý do nào đó khơng cắt được thì RL3 sẽ cắt MC với t Z4 =


Lê Kim Hùng
0,6s, và RL2 sẽ cắt MC với tZ2 = 0,2s. Kết quả là RL2 tác động đầu tiên và cơ lập sự cố.
RL3 khơng có được cơ hội để tác động cắt MC.
Nếu sự cố xảy ra tại F1 nằm ngồi Z2 của RL3 (hình b), chỉ có RL2 phát hiện sự cố
Z4 và tác động với tZ4 = 0,6s. Đây là trường hợp xấu nhất trong hệ thống. Tuy nhiên,
trong thực tế RL1 thường sẽ hoạt động cắt MC.
Ví dụ thực hiện mơ phỏng đường dây bảo vệ bằng rơle Siemens 7SA522
Thăng Bình 2

Duy Xuyên

Thăng Bình

Tam Thăng

110kV
LAB = 29km
7SA522
Điện Bàn
19,35km

LBC = 10,3km

LCD = 31km

x = 0,3304Ω/km
r = 0,1335Ω/km
xo = 0,9945Ω/km
ro = 0,2496Ω/km

Sử dụng 3 vùng bảo vệ (Z1, Z2, Z3) theo hướng thuận, với đặc tính tứ giác của RLBV
Siemens 7SA522 đặt tại đầu đường dây Duy Xun. Các vùng bảo vệ được tính tốn ở
bảng dựa trên thông số đầu vào là chiều dài đường dây L = 29km; góc đường dây φL =
680; điện kháng đơn vị x = 0,3304 Ω/km), hệ số bù thứ tự không (R E/RL = 0,29; XE/XL=
0,67).
Thông số chỉnh định RLBV Siemens 7SA522
của đường dây 110kV Duy Xuyên – Thăng Bình
Vùng bảo vệ

Z1

Z2

Z3

Thơng số chỉnh định
Cơng thức tính

Giá trị đặt

0,85ZAB

Operating Mode Z1: Forward

X(Z1), Rectance: 8,14Ω
R(Z1), Resistance for Ph-Ph faults: 30Ω
RE(Z1), Resistance for Ph-E faults: 40Ω
tZ1, Delay for fault: 0s

ZAB + 0,6ZBC

Operating Mode Z2: Forward
X(Z2), Rectance: 11,5Ω
R(Z2), Resistance for Ph-Ph faults: 35Ω
RE(Z2), Resistance for Ph-E faults: 50Ω
tZ2, Delay for fault: 0,3s

ZAB + ZBC + 0,6ZCD

Operating Mode Z3: Forward
X(Z3), Rectance: 19,53Ω
R(Z3), Resistance for Ph-Ph faults: 40Ω
RE(Z3), Resistance for Ph-E faults: 55Ω
tZ3, Delay for fault: 1,5s


Lê Kim Hùng
Sau đó sử dụng phần mềm giao tiếp RLBV Siemens 7SA522 bằng DIGSI 4 để cài
đặt thông số và vẽ được đồ thị đặc tính cho ở hình.

Đặc tính của rơle Siemens 7SA522 ở ngăn lộ 171 tại TBA 110kV Duy Xuyên
Tiếp đến, mô phỏng đường dây bằng phần mềm Matlab Simulink nhằm mục đích
đánh giá khả năng làm việc của chức năng bảo vệ khoảng cách của RLBV Siemens
7SA522 với 4 khối chức năng chính như ở hình.

Lê Kim Hùng
Đầu tiên, khối đo lường đọc giá trị dịng điện và điện áp pha từ CT, VT thơng qua
khối Measurement và đưa sang biến đổi Fourier nhằm lọc sóng hài, chỉ lấy thành phần
50Hz. Sau đó, các tín hiệu đo lường được đưa vào khối FD để phát hiện sự cố, khối
Fault_Type để phân loại dạng sự cố, và khối Impedance calculation để tính tốn giá trị
điện trở (RCAL) và điện kháng (XCAL). Cuối cùng, khối Trip_logic cho phép RLBV đi cắt
hay không nếu thỏa mãn điều kiện làm việc. Ví dụ đối với vùng 3:

Sau khi xây dựng hồn thành mơ hình đề xuất, chúng ta có thể phân tích hoạt động
của các vùng bảo vệ sử dụng đặc tính tứ giác với sự thay đổi của các tham số sự cố như
dạng sự cố, vị trí sự cố từ - 5 km đến 50 km, điện trở sự cố từ 1 đến 40 Ω.

Trong trường hợp sự cố AG với RF = 30Ω xảy ra tại vị trí 35km trên đường dây
Duy Xun - Thăng Bình tương ứng với 120,7% chiều dài đường dây bảo vệ. Dạng
sóng dịng điện pha A bị sự cố tăng từ 220A lên 900A, điện áp pha A giảm từ 63,5kV
xuống 39kV tại thời điểm 0,3s. Trong thời gian 20ms đầu tiên sau khi sự cố, quỹ đạo
tổng trở đo lường trên rơle bị dao động, đi theo thứ tự từ vùng tải đến Z3, Z2, Z1, rồi
vào vùng Z2 tại thời điểm 0,32s. Do đó, rơle tác động Z2 = 1 tại thời điểm 0,61s và hiển