Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 1
Lơì nói đầu
Tình hình hệ thống năng lượng Việt Nam hiện nay có rất nhiều thay đổi so với
trước kia. Chúng ta đang đứng trước kỉ nguyên đổi mới và hiện đại hóa đất nước. Nhu
cầu năng lượng tăng cao mà đặc biệt trong đó có điện năng – một mặt hàng năng
lượng rẻ tiền và tối quan trong đối với nền công nghiệp và dịch vụ của nước ta. Đứng
trước yêu cầu đó thì việc làm sao để đảm bảo cho hệ thống điện vận hành ổn định và
tin cậy là rất quan trọng.
Vì vậy đồ án bảo vệ rơ le được thực hiện nhằm mục đích rèn luyện kĩ năng cho sinh
viên chúng em về cách thức thiết kết bảo vệ một lưới điện trong thức tế và đồng thời
cũng là một bước đệm cho những sinh viên sắp ra trường như chúng em hiểu biết sâu
sắc hơn về công việc mình có thể sẽ làm trong tương lai.
Đồ án dù đã được làm rất kĩ càng nhưng chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót. Em rất
mong được sự chỉ bảo và đòng góp quý báu của các thầy cô trong khoa HTĐ và các
bạn trong sinh viên để việc thiết kế bảo vệ trong tương lai được hoàn chỉnh hơn
Trong quá trình thực hiện đồ án bảo vệ rơ le, em đã nhận được sự chỉ bảo và hướng
dẫn quý báu của thầy Nguyễn Sĩ Chương. Thông qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy!

Sinh viên:

Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 3
MỤC LỤC

LƠÌ NÓI ĐầU 1
PHẦN A: LÝ THUYẾT 5
CHƯƠNG 1: NHIệM Vụ VÀ CÁC YÊU CầU CƠ BảN CủA BảO Vệ RƠ LE. 5
1. Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơ le 5

3.3.1. Dòng ngắn mạch 3 pha N
(3)
tại điểm N2 29
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 4
3.3.2. Dòng ngắn mạch tại các vị trí khác. 31
CHƯƠNG 4: 33
CÀI ĐặT CÁC THÔNG Số CHO BảO Vệ MBA VÀ ĐƯờNG DÂY 33
4.1. Thông số cài đặt cho bảo vệ MBA. 33
4.2. Thông số cho bảo vệ đường dây. 34
4.2.1. Thông số cho bảo vệ dòng điện cực đại có định hướng công suất. 34
4.2.1.1. Cài đặt thông số dòng khởi động. 34
4.2.2. Thông số cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh. Error! Bookmark not defined.
4.2.2.1. Thông số cài đặt của bảo vệ dòng cắt nhanh trên đường dây L1.
Error! Bookmark not defined.
4.3. Các vị trí cần đặt rơ le công suất Error! Bookmark not defined. Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4


a) Độ tin cậy:
Là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng , chắc chắn. Để nâng
cao độ tin cậy nên sử dụng các rơ le và hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 6
chắc chắn đã qua thử thách thực tế cũng như tang cường mức bảo vệ dự
phòng trong hệ thống điện
b) Tính chọn lọc
Là khả năng phát hiện và loại trừ đúng phần tử sự cố ra khỏi hệ
thống.Cấu hình hệ thống càng phức tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc càng
khó khan.
Người ta phân ra làm 2 loại bảo vệ:
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.
c) Tác động nhanh.
Bảo vệ phải đảm bảo tác động loại trừ sự cố càng nhanh càng tốt.Tuy
nhiên để đảm bảo tính chọn lọc thì tính tác động nhanh bị giảm xuống.Đặc
tính tác động nhanh của bảo vệ còn phụ thuộc vào thời gian làm việc của
máy cắt.Máy cắt càng hiện đại thì thời gian tác động càng nhanh.
d) Độ nhạy.
Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhân” sự cố của rơ le. Độ nhạy
được thể hiện thông qua hệ số nhạy
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page 8
Chương 2:
Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của MBA và đường dây
và các loại bảo vệ
2.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường
của MBA và đường dây.
2.1.1. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của
MBA.
Đối với máy biến áp ta có dạng hư hỏng bên trong và bên ngoài.
a) Hư hỏng bên trong MBA:
- Chạm chập giữa các vòng dây

Ta có bảng sau:
Bảng 2.1.Các loại bảo vệ thường dùng cho MBA.
Loại hư hỏng Loại bảo vệ
Ngăn mạch 1 pha hoặc
nhiều
pha trạm đất
So lệch có hãm.
Khoảng cách.
Quá dòng có thời gian.
Quá dòng thứ tự không.
Chạm chập các vòng dây
thùng dầu thủng hoặc bị
dò dầu
Rơ le khí
Quá tải
Bảo vệ quá dòng
Hình ảnh nhiệt
Quá bão hòa mạch từ Chống quá bão hòa

2.1.2. Các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường của
đường dây.
a) Ngắn mạch.
Các dạng ngắn mạch gồm 4 dạng như kể ở trên. Trong đó ngắn mạch 3 pha
có xác xuất xảy ra ít nhất, ngắn mạch 1 pha với xác xuất xảy ra nhiều nhất.Việc
tính dòng điện ngắn mạch và điện áp ngắn mạch là cần thiết để cung cấp các
thông số đầu vào cho bảo vệ rơ le. Trong đó dòng điện ngắn mạch 3 pha
thường có trị số lớn nhất và dòng điện ngắn mạch 2 pha với nhau thời có trị số
nhỏ nhất. trị số của dòng điện ngắn mạch còn phụ thuộc vào chế độ phụ tải và
cấu hình đường dây.
b) Chạm đất trong mạng có trung điểm không nối đất hoặc nối qua cuộn

và cuộn dây dòng điện cảm ứng lớn đốt nóng rô tô và sta tô của máy điện quay.
Trong thực tế còn có những trường hợp vừa đứt dây vừa chạm đất là sự cố
phức tạp rất nguy hiểm cho đường dây.
d) Quá tải
Hiện tượng quá tải đối với các đường dây thường xuất hiện do đường dây
kép bị đứt dây gây tăng tải lên gấp đôi đối với đường dây còn lại. Nếu nhiệt độ
phát nóng quá mức cho phép thì đường dây có thể sẽ bị hỏng.
Một trong những nguyên nhân gây quá tải khác là phụ tải điện hoạt động
không đồng đều.Trên đồ thị phụ tải có hiện tượng phụ tải đỉnh ở những giờ cao
điểm trong ngày cộng thêm vào đó là việc lượng phụ tải điện tăng nhanh hơn
so với nhu cầu dự đoán trong thiết kế đường dây tải điện.
Cần chú ý phân biệt quá tải và ngắn mạch trong thiết bị thu nhận tín hiệu của
bảo vệ rơ le để rơ le tác động đúng.
e) Quá điện áp
Đây là hiện tượng điện áp đường dây tăng cao do đóng dòng điện không tải
hoặc do phụ tải ở phía cuối nguồn giảm thấp. quá điện áp có thể làm hỏng cách
điện trên đường dây. Từ đó nó có thể gây ra các hiện tượng ngắn mạch trong
mạng điện.
2.2. Các loại bảo vệ cho MBA và đường dây của mạng điện
đang thiết kế.
2.2.1. Bảo vệ cho máy biến áp.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
11
I I I
  Khi làm việc bình thường cũng như khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ
thì
. .
LV H
I I

nên bảo vệ sẽ không tác động.
 Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ
. .
LV H
I I

nên bảo vệ sẽ tác động.
 Trong trường hợp đồ án này thì bảo vệ máy biến áp chỉ có một nguồn
cung cấp nên khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì
. . .
1
LV H T
I I I
 
. Nên để bảo
vệ tác động được thì dòng làm việc phải chọn lớn hơn dòng hãm:
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Do sai số của BI cùng với sự không đồng nhất của 2 BI mà lúc
bình thường cũng như khi ngắn mạch ngoài luôn tồn tại dòng ∆I
S

≠ 0, dòng điện này gọi là dòng không cân bằng. Do đó dòng khởi
động cho BI sẽ được chọn theo công thức sau:
max
kd at kcbtt
I k I 
Trong đó:
kd
I
- là dòng điện khởi động
at
k
- là hệ số an toàn.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
13
max
kcbtt
I - là dòng không cân bằng tính toán max.
Với:

so lệch có cuộn hãm.
b) Bảo vệ rơ le khí.
 Nhiệm vụ:
Rơ le khí thường được dùng để bảo vệ bên trong các cuộn dây ngâm
trong dầu của máy biến áp.
 Nguyên lý hoạt động.
Rơ le khí được cấu tạo từ 2 quả phao đặt nổi trên dầu và có
gắn tiếp điểm thủy ngân.
Rơ le khí được đặt ở giữa thùng dầu chính và thùng dầu phụ
của MBA. Rơ le khí thường hoạt động ở 2 chế độ:
 Chế độ báo tín hiệu:
Khi bình dầu bị nóng lên (do quá tải), thì lượng khí
thoát ra trong thùng MBA chính sẽ đi lên rơ le khí đẩy quả
phao thứ nhất xuống làm tiếp điểm đóng và sẽ đi báo tín
hiệu để người vận hành biết và giải trừ khí ra ngoài.
 Chế độ đi cắt máy cắt:
Khi có chạm chập giữa các vòng dây trong rơ le khí thì
dòng dầu trong rơ le với một áp xuất lớn do hiện tượng
chạm chập gây nên sẽ phụt mạnh lên rơ le khí đẩy quả
phao thứ 2 xuống, đồng thời tiếp điểm đóng lại và đưa tín
hiệu đi cắt máy cắt.
 Vùng tác động:
Rơ le khí tác động với các sự cố xảy ra bên trong thùng máy
biến áp.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page

. Do đó dòng
điện vào rơ le sẽ là:
0
3
R KCB
i
I
I I
n
 
, trong đó n
i
là tỷ số biến của máy biến dòng.
Do đó dòng điện khởi động của rơ le sẽ được tính theo công thức
sau:
kd at KCBStt
I k I 

Trong đo
KCBStt
I
được tính toán đối với trường hợp ngắn mạch ngoài
không chạm đất và cho dòng lớn nhất.
2.2.1.2. Bảo vệ dự phòng.
I
0
>
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4
Dòng khởi động của rơ le sẽ được tính theo công thức:
max
at mm sd
kd lv
tv i
k k k
I I
k n
 
 


Trong đó:
at
k
- Hệ số an toàn.
mm
k
- Hệ số mở máy.
sd
k
- Hệ số sơ đồ.
max
lv
I - Dòng làm việc cực đại.
tv
k
- Hệ số trở về
i
n

16
Do trường hợp này ta chọn bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc
nên thời gian tác động của bảo vệ nhanh hay chậm phụ thuộc vào dòng điện
ngắn mạch. Việc đặt thời gian cho bảo vệ có sự phối hợp với các bảo vệ lân
cận.
2.2.1.3. Bảo vệ chống quá tải.
Trong MBA thường xảy ra hiện tượng quá tải, khi đó dầu trong máy biến
áp cũng nóng lên cao. Để bảo vệ MBA trong trường hợp này ta sử dụng bảo
vệ quá dòng với rơ le quá dòng I≥ và bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ. Cả 2
loại bảo vệ này tác động đi báo tín hiệu cho người vận hành biết và khởi
động hệ thống làm mát
 Bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ:
Bảo vệ này sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để chống quá tải và
tăng nhiệt độ. Khi nhiệt độ trong máy biến áp tăng qua mức thì tùy
theo mức tăng nhiệt độ mà sẽ có nhiều cấp tác động khác nhau: Cảnh
bảo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của
không khí hoặc dầu, giảm tải MBA. Nếu các cấp tác độ này không
mang lại hiệu quả mà nhiệt độ MBA vẫn vượt quá giới hạn cho phép
và quá thời gian quy định thì MBA sẽ được cắt ra khỏi hệ thông,
2.2.2. Bảo vệ cho đường dây.
Vì đây là đường dây trung áp với cấp điện áp U=22kV mạch vòng nên ta
sử dụng bảo vệ dòng điện cực đại có đặt bộ phận định hướng công suất, bảo
vệ cắt nhanh để nâng cao độ nhạy của bảo vệ đồng thời làm bảo vệ dự
phòng cho bảo vệ dòng điện cực đại. Do phía hạ trạm biến áp của đường
dây 22kV có nối đất trực tiếp nên dòng chạm đất trong trường hợp này biến
thành dòng ngắn mạch và có trị số lớn. Do đó ta không cần thiết phải sử
dụng bảo vệ dòng thứ tự không cho mạng điện này. Chúng ta cũng không

Dòng điện khởi động của bảo vệ giống như trường hợp của MBA
Để cài đặt thời gian cho bảo vệ ta phải dựa vào thông số cài đặt của bảo vệ
lân cận và lấy cấp chọn lọc ∆t = 0,3 s. Đồng thời vì là bảo vệ quá dòng có đặc
tính thời gian phụ thuộc nên ta cần chú ý tời đường cong với độ dốc chuẩn.
Thời gian tác động thực tế của bảo vệ được xác định theo công thức:
0,02
0,14
1 1
td d d
n
k
t t t
m m
 
 

Trong đó:
d
t
- Là thời gian đặt
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
18

Dòng điện khởi động của bảo vệ cắt nhanh được tính theo công thức
sau:
max
kd at Nng
I k I
 

Trong đó:
at
k
- Hệ số an toàn.
max
Nng
I - Dòng ngắn mạch ngoài cực đại.
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page
19
Do có hệ số an toàn và cũng như để đảm bảo tính chọn lọc nên vùng tác
động động của bảo vệ không bao chùm toàn bộ đường dây. Nó thường chiếm
từ 70÷80% đường dây khi phụ tải cực đại- đoạn
max
CN
L

→U
cb_110
=115kV; U
cb_22
=22kV
a) Điện kháng của hệ thống.
 Khi phụ tải cực đại
max
d
100
0,7 0,007( )
10000
cb
HT HTdm
HT m
S
X X pu
S
  
;
Điện kháng thứ tự không:
0
1,2 1,2 0,007 0,0084( )
HT HTdm
X X pu
   
 Khi phụ tải cực tiểu
min
1,8 1,8 0,007 0,0126( )
HT HTdm

c) Điện kháng của đường dây.
Số thứ tự sinh viên: 42
Chiều dài của các lộ đường dây:
L
1
=25km; L
2
= L
2
+ stt×1= 20 + 2 = 22 km; L
3
= L
3
+ stt×1= 18 + 2 =
20 km.
Điện kháng:
1max 1 0 1
2 2
100
25 0,38 1,962
22
cb
L L
cb
S
X L X pu
U
      

2max 2 0 2
Page
21
mạch như hình vẽ :Hình 3.1. Sơ đồ các điểm cần tính ngắn mạch của mạng điện.

Định hướng mạch vòng theo 2 chiều:
 Chiều thuận : Theo chiều từ máy cắt 3MC÷5MC÷7MC
 Chiều nghịch : Theo chiều từ máy cắt 8MC÷6MC÷4MC
Ta có điện kháng đến các điểm ngắn mạch theo từng chiều cho trong
bảng:
Bảng 3.1.Điện kháng của đường dây đến các điểm ngăn mạch theo
chiều thuận.
Điểm ngắn
mạch
Điện kháng thứ
tự thuận; pu
Điện kháng thứ
tự không; pu
N1 0 0
N2 0,4905 1,4715
N3 0,9810 2,943
N4 1,4720 4,416
N5 1,9620 5,886 Page
22
Điểm ngắn
mạch
Điện kháng thứ
tự thuận; pu
Điện kháng thứ
tự không; pu
N1 0 0
N12 0,393 1,179
N11 0,785 2,355
N10 1,178 3,534
N9 1,57 4,71
N8 2,002 6,006
N7 2,434 7,302
N6 2,865 8,595
N5 3,297 9,891
N4 3,788 11,364
N3 4,278 12,834
N2 4,769 14,307

3.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch
3.2.1. Tính ngắn mạch tại điểm N1.

Page
23
Ta có:
Điện kháng thứ tự thuận:
1
1 0,007 0,328 0,335
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự nghịch:
2
1 0,007 0,328 0,335
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự không:
0
1 0,0084 0,328 0,336
X Xht Xb pu

    


Điện kháng thứ tự nghịch:
2
1 0,0126 0,328 0,341
X Xht Xb pu

    

Điện kháng thứ tự không:
0
1 0,0084 0,328 0,336
X Xht Xb pu

    

Dòng ngắn mạch 2 pha ở đơn vị có tên là:
 
2
(2)
1 2
1 100
3 6,665
0,341 0,341
3 3 22
cb
Nmim
cb
SE
I m kA
X X
U

3.2.2. Tính toán dòng điện ngăn mạch tại cái điểm khác nhau trên đường dây
3.2.2.1. Khi hệ thống max:
Với trường hợp này ta chỉ đi tính dòng ngắn mạch 3 pha N
3
vì dòng ngắn mạch 3
pha là lớn nhất.
 Đối với điểm N2:
Dựa vào bảng tính toán điện kháng 3.1 và bảng 3.2. Ta sẽ có sơ đồ thứ tự thuận
nghịch không như sau:
Sơ đồ tính ngắn mạch 3 pha như sau:

Hình 3.6. Sơ đồ thay thế tính ngắn mạch 3 pha N
(3)
tại điểm N2.
X1 và X2 lần lượt là điện kháng ngắn mạch tại điểm N2 theo chiều thuận và chiều
nghịch
Điện kháng tổng hợp sẽ là:
1 2
1 1
1 2
0,4905 4,769
0,007 0,328 0,78
0,4905 4,769
ht B
X X
X X X pu
X X

X1
0,4905
X2
4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT
Xht
0,007
Xb1
0,328
X1
0,4905
X2
4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT
Đồ án môn học Bảo vệ rơ le trong HTĐ Nguyễn Đình Lý – Đ5H4

Page

X X
  
 

 Đối với các điểm khác
Tính tương tự cho các điểm ngắn mạch khác trên đường dây ta được bảng sau:
Bảng 3.3.Dòng ngắn mạch 3 pha tại các điểm khác nhau trên đường dây.
Điểm
ngắn
mạch
X1;
Pu
X2;
pu
1
X

;
pu
(3)
Ni
I
;kA

(3)
Nit
I
; kA
(3)
Nin

4,769
N2
I
N2t
I
N2n
HT