LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, điện năng là một phần thiết yếu trong sản xuất công nghiệp cũng như
trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của con người. Để đảm bảo sản lượng và chất lượng
điện năng cần thiết, tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an
toàn cho thiết bò và sự làm việc ổn đònh trong toàn hệ thống; cần phải sử dụng một cách
rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ,thông tin ,đo lường ,điều khiển và điều
chỉnh tự động trong hệ thống điện.
Trong số các phương tiện này, rơle và thiết bò bảo vệ bằng rơle đóng một vai trò
hết sức quan trọng. Trong quá trình vận hành hệ thống điện, không phải lúc nào hệ thống
cũng hoạt động ổn đònh, thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường
hoặc sự cố như ngắn mạch, quá tải v.v. . mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách
quan. Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động bảo vệ các sự cố ,tình trạng làm việc bất
thường của hệ thống ,để từ đó con người có biện pháp xử lý kòp thời.
Hiện nay dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật, thiết bò bảo vệ rơle ngày càng
hiện đại, nhiều chức năng và tác động chính xác hơn. Ở nước ta ngày nay, xu hướng sử
dụng rơle không tiếp điểm để dần thay thế cho các rơle điện cơ dùng tiếp điểm đã quá cũ
kỷ, hoạt động không an toàn và thiếu chính xác .
Đề tài “ Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc “ nhằm
mục đích tìm hiểu và giới thiệu một số thiết bò về rơle bảo vệ kỹ thuật số mà hiện nay
đang sử dụng rộng rãi trong hệ thống cung cấp điện.
Đề tài gồm có 2 phần :
- Phần 1 : Tổng quan về rơle .
Trong phần này gồm có 2 chương giới thiệu nguyên lý bảo vệ của một số loại rơle
cơ bản và các chỉ danh vận hành của thiết bò bảo vệ rơle thông dụng hiện đang được sử
dụng trong hệ thống điện ở Việt Nam.
- Phần 2 : Khảo sát thực tế hệ thống rơle bảo vệ trạm biến áp 110/15KV
Thủ Đức Bắc.
Phần này gồm 2 chương :
+ Chương I : Giới thiệu các thiết bò nhất thứ của trạm 110/15KV Thủ Đức Bắc.
+ Chương II : Hệ thống rơle bảo vệ của trạm biến áp 110/15KV Thủ Đức Bắc.

Chương 2 : Nguyên lý hoạt động của các loại rơle bảo vệ
trong trạm biến áp 8
Phần 2 : KHẢO SÁT THỰC TẾ HỆ THỐNG RƠLE
BẢO VỆ TRONG TRẠM 110/15KV THỦ ĐỨC BẮC
Chương 1 : Giới thiệu trạm Thủ Đức Bắc 27
Chương 2 : Giới thiệu thiết bò nhất thứ
I. Máy biến áp lực 28
II. Máy cắt 29
III. Cầu dao cách ly 31
IV. Máy biến dòng điện 32
V. Máy biến điện áp 32
Chương 3 : Khảo sát hệ thống rơle bảo vệ trạm biến điện
110/15KV Thủ Đức Bắc
I. Sơ đồ nhất thứ 33
II. Sơ đồ hệ thống rơle bảo vệ nhất thứ
A. Sơ đồ và kết lưới hệ thống 33
B. Phân tích sơ đồ 35
III. Khảo sát rơle bảo vệ đường dây
1. Bảo vệ đường dây phía 110KV 40
2. Bảo vệ đường dây phía 15KV 52
IV. Khảo sát rơle bảo vệ máy biến thế
1. Rơle tác động có dòng điện 55
2. Rơle tác động không có dòng điện 82
V. Các rơle bảo vệ khác
1. Rơle sa thải phụ tải 86
2. Rơle khóa trung gian 90
Phần 3 : KẾT LUẬN 92
Tài liệu tham khảo 93
Phụ lục 94
**


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT :

DẪN NHẬP
I. ĐẶT VẤN ĐỀ :
Ngày nay, hầu như hoạt động của con người trong mọi lónh vực đều không
thể tách khỏi nguồn năng lượng điện . Ở nước ta, điện năng hầu hết được sản
xuất ở những nhà máy nhiệt điện , thủy điện có công suất lớn như : Thủy
điện Hòa Bình , thủy điện Đa Nhim , thủy điện Trò An , nhiệt điện Phú Mỹ ,
nhiệt điện Phả Lại
Các nhà máy thủy điện thì được xây dựng ở những vùng có vò trí đòa lý
thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy thủy điện , còn các nhà máy nhiệt điện
thì được xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu, nhưng hộ tiêu thụ thì không
chỉ là những hộ ở xung quanh nhà máy.Vấn đề đặt ra là làm sao truyền tải
được điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ một cách liên tục,
an toàn và kinh tế nhất.
Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết, tăng cường
độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo an toàn cho thiết bò và
sự làm việc ổn đònh trong toàn hệ thống cần phải sử dụng một cách rộng rãi
và có hiệu lực những phương tiện bảo vệ , thông tin , đo lường, điều khiển và
điều chỉnh tự động trong hệ thống. Trong số các phương tiện này rơle và thiết bò
bảo vệ bằng rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng.
Cùng với sự phát triển kỹ thuật điện nói chung và các hệ thống điện
lực nói riêng, kỹ thuật bảo vệ rơle trong mấy mươi năm gần đây đã có những
biến đổi và tiến bộ rất to lớn. Những thành tựu của kỹ thuật bảo vệ rơle hiện
đại cho phép chế tạo những loại bảo vệ phức tạp với những đặc tính kỹ thuật
khá hoàn hảo nhằm nâng cao độ nhạy của các bảo vệ và tránh không cho các
bảo vệ làm việc nhầm lẫn khi có những đột biến của phụ tải, khi có hư hỏng
trong mạch điện áp hoặc khi có dao động điện , nhằm hoàn thiện các phương
pháp dự phòng trong các hệ thống khi có hư hỏng trong các sơ đồ bảo vệ và sơ

IV. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU :
Các bước tiến hành nghiên cứu:
- Chọn đề tài .
- Chính xác hoá đề tài.
- Soạn đề cương .
- Thu thập tài liệu.
- Xử lý tài liệu.
- Viết công trình nghiên cứu.
* Đối tượng nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống rơle bảo vệ của trạm THỦ
ĐỨC BẮC .
* Phương pháp nghiên cứu :
Sử dụng phương pháp quan sát và tham khảo tài liệu là chính.
* Kế hoạch nghiên cứu:
Đề tài được thực hiện trong thời gian 6 tuần .
Kế hoạch nghiên cứu của nhóm như sau :
- Tuần 1 và 2 : Soạn đề cương , thu thập tài liệu và đi thực tế tại
trạm .
- Tuần 3 đến 5: Viết công trình nghiên cứu .
- Tuần 6 : Hoàn chỉnh và nộp đề tài.
**
PHẦN 1
TỔNG QUÁT VỀ
RƠLE BẢO VỆ
CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM VỀ RƠLE
1. Khái niệm về rơle bảo vệ:
Đối với các trạm biến điện áp cao thế, cũng như trong quá trình vận hành
hệ thống điện nói chung; có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bò,đường dây

* Tính chọn lọc :
Là khả năng phân biệt các phần tử hư hỏng và bảo vệ bằng cách
chỉ cắt (cô lập) các phần tử đó.
Tính chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất của bảo vệ rơle để đảm bảo cung
cấp điện an toàn liên tục. Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc, sự cố có thể
lan rộng.
Cần phân biệt hai khái niệm cắt chọn lọc :
+ Chọn lọc tương đối : Theo nguyên tắc tác động của mình,bảo vệ có thể làm
việc
như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận .
+ Chọn lọc tuyệt đối : Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính
phần tử được bảo vệ .
* Tác động nhanh :
Yêu cầu này chỉ cần đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch.
Bảo vệ phải tác động nhanh để kòp thời cô lập các phần tử hư hỏng
thuộc phạm vi bảo vệ nhằm :
- Đảm bảo tính ổn đònh của hệ thống.
- Giảm tác hại của dòng điện ngắn mạch đối với thiết bò.
- Giảm ảnh hưởng của điện áp thấp (khi ngắn mạch) lên các phụ tải.
Bảo vệ tác động nhanh phải có thời gian tác động nhỏ hơn 0,1giây.
* Độ nhạy :

Bảo vệ cần tác động không chỉ với các trường hợp ngắn mạch trực tiếp mà cả khi
ngắn mạch qua điện trở trung gian. Ngoài ra bảo vệ phải tác động khi ngắn mạch xảy ra
trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu, tức là một số nguồn được cắt ra nên dòng
ngắn mạch nhỏ.
Độ nhạy được đánh giá bằng hệ số nhạy :
I
Nmin
: dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất.

A
1
B
1
A
2
B
2
MC
2
MC
3
Hình 1: Cắt chọn lọc các phần tử bò hư hỏng trong mạng.
3. Các chỉ danh của rơle đang sử dụng trong hệ thống điện :
- 21,44 : Rơle khoảng cách.
- 25 : Rơle đồng bộ.
- 26 : Rơle nhiệt độ.
- 27 : Rơle điện áp thấp.
- 32 : Rơle đònh hướng công suất.
- 33 : Rơle mức dầu.
- 49 : Rơle quá tải.
- 50,51 : Rơle quá dòng tức thì, đònh thì.
- 55 : Rơle hệ số công suất.
- 59 : Rơle quá áp.
- 62 : Rơle thời gian.
- 63 : Rơle áp suất.
- 64 : Rơle chạm đất.
- 67 : Rơle quá dòng có hướng.
- 79 : Rơle tự đóng lại (máy cắt điện).
- 81 : Rơle tần số.

. Đoạn ống liên thông không được có góc, phần cong của ống có
bán kính càng lớn càng tốt.
Rơle hơi
Ống dầu
Van
Đồng hồ chỉ
mức dầu
Bồn dầu phụ
Sứ
Hình 2
: Vò trí lắp rơle hơi và rơle mức dầu tại máy biến áp.
Thân MBA
Rơle hơi hai phao có cấu tạo gồm :
- Một phao trên (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ có thể tự nâng hạ theo mức
dầu, trong phao có chứa một tiếp điểm thủy ngân được nối ra hộp nối dây tại
mặt trên rơle. Khi sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra tập trung ở phía trên, đẩy
phao 1 về vò trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân. Tiếp điểm này được
nối vào mạch điện báo hiệu sự cố của máy biến áp (96-1).
- Một phao dưới (phao 2) có cấu tạo tượng tự như phao 1 và được liên kết
với một cánh chặn. Cánh chặn là một tấm kim loại mỏng được treo tại vò trí phía
lỗ mặt bích của rơle hơi phía nối vào thùng chính máy biến áp. Do được treo để
bề mặt tấm kim loại thẳng góc với hướng dòng chảy của dầu nên cánh chặn
tác động theo lưu lượng của dòng chảy của dầu. Cánh chặn có thể điều chỉnh
theo ba trò số lưu lượng dầu là 65, 100 và 150 cm/giây (rơle thường được nhà chế
tạo đặt sẵn trò số 100cm/giây). Khi máy biến áp vận hành bình thường, dầu
chuyển động do giãn nở theo nhiệt độ không đủ để tác động cánh chặn. Khi có
sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi sinh ra phụt mạnh từ thùng chính
qua rơle hơi đến thùng giãn nở. Lưu lượng dầu lớn hơn trò số đã điều chỉnh sẵn
sẽ đẩy cho cánh chặn quay, làm cho phao 2 chìmï xuống, đóng tiếp điểm thủy
ngân, cắt máy cắt (96-2).

kế. Khi nhiệt độ
cao hơn trò số đặt cấp 1, rơle sẽ đóng tiếp điểm cấp 1 để báo hiệu sự cố “Nhiệt
độ dầu cao” của máy biến áp. Khi nhiệt độ tiếp tục cao hơn trò số đặt cấp 2, rơle
sẽ đóng thêm tiếp điểm cấp 2 để tự động cắt máy cắt, cắt điện máy biến áp,
đồng thời cũng có mạch điện báo hiệu sự cố “cắt do nhiệt độ dầu cao”.
b-Rơle nhiệt độ cuộn dây (26 W) :
Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm bốn bộ tiếp điểm (mỗi bộ có một tiếp điểm
thường mở, một tiếp điểm đóng với cực chung) lắp bên trong một nhiệt kế có
kim chỉ thò. Nhiệt kế gồm có: có cấu chỉ thò quay để ghi số đo, một bộ phận
cảm biến nhiệt, một ống mao dẫn nối bộ phận cảm biến nhiệt với cơ cấu chỉ
thò. Bên trong ống mao dẫn là chất lỏng được nén lại. Sự co giãn của chất lỏng
trong ống mao dẫn thay đổi theo nhiệt độ mà bộ cảm biến nhận được, tác động
cơ cấu chỉ thò và bốn bộ tiếp điểm. Tác động lên cơ cấu chỉ thò và các tiếp
điểm, còn có một điện trở nung. Cuộn dây thứ cấp của một máy biến dòng
điện đặt tại chân sứ máy biến áp được nối với điện trở nung. Nối song song
với điện trở nung là một biến trở để hiệu chỉnh. Tác dụng của điện trở nung
(tùy theo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) và tác dụng của bộ cảm biến
nhiệt lên cơ cấu đo cùng các bộ tiếp điểm sẽ tương ứng với nhiệt độ điểm
nóng: nhiệt độ của cuộn dây.
Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trò số tác động cho bốn bộ tiếp điểm.
Tùy theo thiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể được nối vào các mạch:
báo hiệu sự cố “nhiệt độ cuộn dây cao”, mạch tự động mở máy cắt để cô lập
máy biến áp, mạch tự động khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến
áp.
3. RƠLE MỨC DẦU (R.33) :
Rơle mức dầu gồm hai bộ tiếp điểm lắp bên trong thiết bò chỉ thò mức dầu.
Đối với máy biến áp có bộ đổi nấc điện áp có tải, thùng giãn nở dầu được
chia làm hai ngăn. Ngăn có thể tích chiếm phần lớn thùng giãn nở, được nối
ống liên dầu thông qua rơle hơi đến thùng chính máy biến áp (để có thể tích
giãn nở dầu cho máy biến áp). Ngăn có thể tích chiếm phần nhỏ hơn nhiều

1- Vỏ máy
2- Vòng đệm
3- Phao
4- Nam châm vónh cửu
5- Nam châm vónh cửu
6- Kim chỉ thò
7- Mặt chỉ thò
8- Thanh quay
9- Trục quay
1
2
4
9
3
5
7
6
8
Hình 7: Cấu tạo của thiết bò chỉ thò mức dầu.
Khi mức dầu nâng hạ thì phao (3) nâng hạ theo. Chuyển động nâng hạ của
phao được chuyển thành chuyển động quay của trục (9) nhờ thanh quay (8). Khi quay,
từ trường do nam châm (4) sẽ điều khiển cho nam châm (5) quay sao cho hai cực
khác tên (N và S) của hai nam châm đối diện nhau (hai cực cùng tên có lực đẩy,
hai cực cùng tên có lực hút nhau). Do vậy kim chỉ thò quay theo nam châm (5), ghi
được mức dầu trên mặt chỉ thò.
Bộ phận chỉ thò cũng tác động đóng mở các tiếp điểm rơle mức dầu để
đưa tín hiệu vào mạch báo động hoặc mạch cắt tùy theo từng thiết kế.
4. RƠLE QUÁ DÒNG TỨC THÌ (50) :
Rơle quá dòng tức thì là rơle tác động khi dòng điện qua rơle vượt quá trò số
đònh trước và tác động cắt máy cắt ngay lập tức, không có thời gian trì hoãn.

K
at
= 1,2 - 1,3 : hệ số an toàn tính đến sai số trong khi tính toán dòng
ngắn mạch và sai số rơle.
I
kđ
: dòng điện khởi động của rơle.
Vùng tác động được xác đònh bằng công thức:
X
CN%
=
100
X
(
X
I
X )
l kđ
H
H
−

Trong đó: X
CN
- Vùng tác động của bảo vệ, tính bằng phần trăm của toàn
bộ đường dây được bảo vệ (%).
X
l
: trở kháng của đường dây được bảo vệ (%).
X

các sự cố nặng trong khi vẫn duy trì thời gian cần thiết đối với các biến động
nhỏ.
Nguyên tắc chỉnh đònh rơle quá dòng đònh thì :
Chỉnh đònh rơle quá dòng đònh thời là thiết đặt các giá trò sau:
1- Dòng điện khởi động của rơle I
kđ
: được xác đònh từ dòng điện làm việc
cực đại, thường là dòng phụ tải trong chế độ cực đại:
I
kđ
> I
lvmax
và phải thỏa: I
kđ
= K
kđ
. K
tc
. K
sđ
. I
lvmax
/ K
tv
. K
BI
Trong đó:
. I
lvmax
là dòng điện làm việc cực đại.

NMmin
/ I
kđ

thông thường độ nhạy phải đạt trong khoảng 1,2÷1,5.
Trong đó:
. I
NMmin
là dòng điện ngắn mạch bé nhất ở khu vực cuối của lưới
điện được bảo vệ.
6. RƠLE KÉM ÁP (27) :
Rơle kém áp là rơle tác động khi điện áùp đặt vào rơle thấp hơn giá trò
đònh trước.
Về nguyên lý, rơle kém áp cấu tạo gồm cuộn dây có lõi thép tác động lên
phần động mang tiếp điểm. Khi điện áp cuộn dây đủ lớn, phần động bò hút
vào phần tónh và đóng tiếp điểm. Khi điện áp đặt vào cuộn dây hạ thấp dưới
một mức đònh trước, cuộn dây không hút và tiếp điểm nhả ra. Đây là trạng
thái tác động của rơle.
Như vậy, khác với các loại rơle quá ngưỡng, trạng thái bình thường của
rơle kém áp là trạng thái luôn có điện áp. Trạng thái tác động là trạng thái
điện áp giảm thấp hoặc không có điện.
Thông thường rơle kém áp được thiết kế với thời gian trì hoãn : Rơle thực
tế gồm một phần tử kém áp kết hợp với một phần tử tạo thời gian. Khi điện
áp đặt vào rơle giảm dưới ngưỡng đònh trước, phần tử kém áp sẽ tác động,
cấp nguồn cho phần tử thời gian. Sau thời gian đặt trước, tiếp điểm thời gian sẽ
đóng và đi cắt máy cắt hoặc báo tín hiệu.
Rơle kém áp có thể thiết kế để làm việc với điện áp xoay chiều hoặc một
chiều.
: hệ số tin cậy.
K
U
: hệ số của máy biến điện áp
K
tv:
hệ số trở về của rơle.
Độ nhạy của bảo vệ :
K
nhậy
= U
lv
. K
U
/ U
NMmax
Trong đó: U
NMmax
là trò số lớn nhất có thể có của điện áp dư ở vò trí đặt
bảo vệ khi ngắn mạch ở khu vực cuối cùng được bảo vệ.
7. RƠLE SO LỆCH DỌC DÒNG ĐIỆN (R.87) :
7.1 Nguyên tắc bảo vệ :
Rơle so lệch dọc là rơle làm việc dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện
trên các nhánh của một đối tượng.
Theo đònh luật Kirchoff, tổng véctơ của tất cả các dòng điện đi vào và ra
một đối tượng bảo vệ bằng không trong điều kiện làm việc bình thường.
Vùng bảo vệ của rơle so lệch dọc dòng điện là phạm vò giới hạn bởi các
biến dòng đặt trên các nhánh của đối tượng được bảo vệ.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ, tổng dòng điện đi qua rơle sẽ khác
không và rơle sẽ tác động. Khi sự cố bên ngoài vùng bảo vệ, tổng dòng điện

= K
at
. I
kcbttmax
.
Trong đó: - I
kđ
: dòng điện khởi động của rơle.
- K
at
> 1 : hệ số an toàn, nhằm tránh tác động sai do các sai số
của rơle và mạch.
- I
kcbttmax
: dòng điện không cân bằng tính toán cực đại.
8. RƠLE SO LỆCH NGANG DÒNG ĐIỆN (85) :
8.1 Nguyên tắc bảo vệ :
Rơle so lệch ngang dòng điện là rơle tác động dựa trên sự so sánh trực tiếp
dòng điện chạy trên các nhánh song song.
R
I
R
I
2
I
1
Hình 11
: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch ngang dòng điện.
Bảo vệ được dùng cho đường dây có các nhánh vận hành song song hoặc
máy phát với stator cuộn dây kép.

đònh đường dây bò hư hỏng.
Về nguyên lý, rơle so lệch ngang dòng điện tác động khi có dòng điện sai
lệch đi qua rơle I
R
≠ 0. Tuy nhiên thực tế do sự không đồng nhất của các biến
dòng cũng như do điện trở các nhánh không hoàn toàn bằng nhau nên khi làm
việc bình thường dòng điện đi qua rơle vẫn có một giá trò nhất đònh. Dòng điện
này gọi là dòng không cân bằng I
kcb
.
Trong trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ, hoặc trong các tình trạng
quá độ, dòng điện không cân bằng I
kcb
có thể có giá trò lớn.
Để tránh bảo vệ tác động sai, dòng điện khởi động của bảo vệ phải
chọn sao cho:
I
kđ
= K
at
. I
kcbttmax
.
Trong đó: - I
kđ
: dòng điện khởi động của rơle.
- K
at
>1: hệ số an toàn, nhằm tránh tác động sai do các sai số của
rơle và mạch.

Vùng bảo vệ của rơle tổng trở là đoạn đường dây có tổng trở không lớn
hơn trò số tổng trở đặt của rơle.
Rơle tác động khi:
Z ≤ Zđ
Trong đó: - Z : Tổng trở đoạn đường dây từ điểm sự cố đến chỗ đặt rơle.
- Zđ: Giá trò đặt của rơle.
9.2. Yêu cầu đối với sơ đồ nối bộ phận khoảng cách :
Để bảo vệ khoảng cách làm việc đúng , các bộ phận khoảng cách cần
phải khởi động một cách rõ ràng khi tổng trở từ chỗ nối bảo vệ đến điểm
ngắn mạch Z
N
> Z
D
( Z
Đ
– tổng trở dặt của bộ phận khoảng cách ) và không khởi
động trong trường hợp Z
N
> Z
D
không phụ thuộc vào giá trò của dòng và áp đưa
đến đầu cực của Rơle. Đối với các bộ phận bảo vệ khoảng cách nối vào một
áp và một dòng , điều kiện này sẽ được thực hiện khi đảm bảo tổng trở Z
R
ở
đầu cực Rơle tỉ lệ với khoảng cách đến chỗ ngắn mạch.
9.3 Các sơ đồ đấu dây thông dụng rơle tổng trở :
* Sơ đồ điện áp dây và hiệu số dòng điện pha:
C
B