Lời nói đầu
Trong nền kinh tế hiện đại ngày nay năng lượng điện năng là nguồn năng lượng vô
cùng quan trọng, việc xây dựng các nhà máy điện và hệ thống truyền tải đang trở
thành gánh nặng của Quốc gia. Trong các phụ tải điện còn có những phụ tải quan trọng
không thể mất điện trong thời gian dài, các thiết bị điện đắt tiền có thể bị hư hỏng nếu
xảy ra sự cố và không được loại bỏ ngay phần tử bị sự cố. Để thực hiện nhiệm vụ loại
bỏ một cách nhanh nhất phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệt hống cần có hệ thống bảo vệ
rơle làm việc an toàn.
Là một sinh viên chuyên nghành hệ thống điện không thể không nghiên cứu, tìm hiểu
bộ bôn “Bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện”. Môn học đã mang lại cho sinh
viên những kiến thức cơ bản nhất của kĩ thuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các
nguyên tắc tác động, cách thực hiện các bảo vệ thường gặp cũng như các chế dộ hư
hỏng và làm việc không bình thường điển hình nhất của hệ thống điện và các loại bảo
vệ chính đặt cho nó.
Bài tập lớn “Bảo vệ rơle và tự động hóa hệ thống điện” giúp sinh viên hệ thống lại
toàn bộ kiến thức đã học và tiếp cận với một số loại rơle trong thực tế. Những kiến
thức này sẽ là nền tảng cho quá trình tiếp cận thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là
sự tận tình của thầy Trần Quang Khánh đã giúp em hoàn thành bài tập lớn này. Do
thời gian làm bài không nhiều, kiến thức còn hạn chế nên bài làm của em không thể
tránh những thiếu sót, vậy em kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô
cho bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tài Tuấn

BÀI TẬP LỚN MÔN


BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN


0
7

l0
75

F0
300

Chỉ số thứ nhất
Dữ liệu đường dây
l1
F1
l2
F2
56 240 62 300

l3
43

F3
240

Chỉ số thứ hai
Công suất mba, MVA
SnB1 SnB2 SnB3 Sk.HT
v
10

10



II.

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

1. Tóm lược về tính toán ngắn mạch

Các biểu thức tính toán điện trở được thực hiện trong hệ đơn vị có tên
được thực hiện ở dưới:
TT
1

Các phần tử

Hệ đơn vị có tên
X HT

Hệ thống

2
U CB
=
S k .HT

2
∆PK .U CB
RBA =
2
SnBA

=

1102
= 6,54 Ω
1850


- Điện trở của các đoạn dây: Tra phụ lục 18.pl giáo trình Cung cấp điện - TS.Trần
Quang Khánh. Đoạn AB sử dụng dây ACO-240 có r0 = 0,12 và x0 = 0,4 (Ω/km)
RAB = l0. r0= 75.0,12 = 9Ω
XAB = l0. x0 = 75. 0,4 = 30Ω
Tính toán tương tự cho các đoạn BC, BD, BE ghi trong bảng 1.1

Đoạn

Loại dây
dẫn

AB
BC
BD
BE

ACO
ACO
ACO
ACO

r0(Ω/km
F(mm2) )

6,72
10,044
5,16

30
22,4
25,606
17,2

- Điện trở ngắn mạch tại thanh cái B:

Z k .B =

R

2
AB

+(X

+X

HT

AB

) 2 = 92+(6,54+30) 2 =37,632Ω

- Dòng ngắn mạch tại thanh cái B:


- Điện trở ngắn mạch tại thanh cái D:
Z k .C = ( RAB + RBD ) 2 + ( X HT +

X

AB

+

X

BD

) 2 = (9 + 10,044) 2 + (6,54 + 30 + 25,606) 2 = 65Ω


- Dòng ngắn mạch tại thanh cái D:
(3)

I k .D =

U
110.103
=
= 0,977kA
3.Z k .D
3.65
k

k

k

k

BA

BA

∆ P (kW)

U (%)

R (Ω )

X (Ω )

TPДH 25000/110

120

10,5

1,643

10,375

2

TPДH 10000/110


AB

+X

BC

+ X BA1 ) 2

= (9 + 6, 72 + 1, 643) 2 + (6,54 + 30 + 22, 4 + 10,375) 2 = 71, 46Ω
- Dòng ngắn mạch tại
1

K :

U
37.103
I k .K 1 = 3.Z = 3.71, 46 = 0, 299kA
k . K1
(3)

2

3

Tính toán tương tự với các điểm K , K ghi trong bảng 1.3


k

k


0,332

Tổng hợp các kết quả tính toán ở trên ghi trong bảng 1.4

k

(3)

Điểm ngắn mạch

I (kA)

B

1,534

C

0,947

D

0,977

K

1

0,299

Căn cứ vào dòng làm việc trên đoạn dây IBC = 52,486 (A) ta chọn máy biến dòng BI có
dòng định mức In1BI = 100A và dòng định mức phía thứ cấp In2BI = 5A, máy biến dòng
mắc theo sơ đồ sao thiếu có hệ số sơ đồ ksđ = 1, dự định chọn rơle số có hệ số trở về ktv
= 0,98; chế độ mở máy nhẹ với kmm =1,6.
- Hệ số biến dòng

ni =
- Dòng khởi động của bảo vệ 1 là:

I1nBI 100
=
= 20
I 2 nBI
5


I

kđ

= k tc .kmm .I lv.M =

k

tv

1,3
.1, 6.52, 486 = 111,399( A)
0,98



=

20.7
= 140( A)
1

=I
- Độ nhạy của bảo vệ: k
I

k min

nh

=

kdI >

I k(2)

I

=

0,87.I k(3)

I

kdI >

n1BI

- Dòng sơ cấp của máy biến dòng : I

i

= 250(A), hệ số biến dòng n = 50.

kd.R2

- Dòng khởi động rơle : I

= 8,021 (A).

dR2

- Dòng đặt của rơle : I

= 8,5 (A).
kdI>

- Dòng khởi động thực tế: I

= 425 (A).


nh2

- Độ nhạy của bảo vệ : k



Bảo vệ 2

52,486

188,95

83,978

216,188

100

250

150

300

20

50

30

20

5,57

8,021


Dòng làm việc, A

I
n1BI

Dòng sơ cấp BI, A

I
i

Hệ số biến dòng

n

Dòng khởi động của

kdR

I
rơle, A
dR

Dòng đặt của rơle, A
Dòng khởi động của

I
kdI>

I


cuộn cắt, A
Thời gian tác động

* Chú ý:Bảo vệ 2 tức là bảo vệ đặt tại A dùng chung cho cả hai nhánh.

II.

BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH CHO ĐƯỜNG DÂY
Công suất ngắn mạch trên thanh cái A của hệ thống là Sk.HT = 1850 (MVA), hệ số

tin cậy ktc = 1,3; hệ số mở máy trung bình kmm = 1,6; thời gian tác động của bảo vệ
nhanh nhất là t1= 0,03 (s), phân cấp thời gian cho các bảo vệ tiếp theo là ∆t= 0,5 (s).
khoảng cách trung bình giữa các dây dẫn là a=5m.Tốc độ gió lớn nhất của môi trường
xung quanh là ν = 35 (m/s).
- Vùng 1 của bảo vệ A:
Điện trở khởi động vùng I của bảo vệ A:


+) Xác định điện trở quá độ đoạn dây AB:
*) Vùng 1: RqdAB =

28700.( a + v.tk ) 28700.(5 + 35*0, 05)
=
= 7,5748(Ω)
1,4
I kB
1407, 47

+) Điện trở khởi động của vùng I của bảo vệ A khi xét đến điện trở quá độ:

1100

Tổng trở khởi động của rơle:
= 1,897 (Ω)
Ta chọn tổng trở đặt của rơle là

(Ω)

Tổng trở thực tế của bảo vệ khoảng cách sẽ là :

Z KD. KCI . A = Z D. R. A .

nu
1100
= 2.
= 27,5(Ω)
ni
80

Độ nhạy của bảo vệ khoảng cách vùng I :

k nh =

Z AB
Z KD.KC.A

=

39,1695
= 1, 4243

80
= 16, 4221.
= 1,1943(Ω)
nu
1100

X KD.RII . A = X KD.I.A .

ni
80
= 46,312.
= 3,3681(Ω)
nu
1100

Tổng trở khởi động của rơle:
= 3,5736 (Ω)
Ta chọn tổng trở đặt của rơle là

(Ω)

*) Vùng 3 của bảo vệ A:
Trong số các tổng trở đến sau các máy biến áp (Ki) giá trị điện trở của nhánh dây
A-K3 vì vậy điện trở khởi động của vùng 3 được xác định:


= 0,7.(9,5+ 0,7.(9,35+0,5.16,5592+0,8.7,26)

= 0,7.(38+ 0,7.(22,33+0,8.126,842)


SnBA1
10000
=
= 262, 43( A)
3.U n1
3.22
Dựa vào dòng điện định mức ta chọn các máy biến dòng bão hoà nhanh
(A), và dòng định mức thứ cấp là

là :

(A), vậy tỷ số biến dòng sẽ


ni1 =

100
300
= 20 ni 2 =
= 60
5
5

Dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh được chọn từ 1 trong 2 điều kiện
+) Lớn hơn dòng ngắn mạch ngoài,

(A)

=1,3.79,3= 103,9
+) Lớn hơn dòng đột biến từ hoá máy biến áp :

1

Tỷ lệ vùng tác động cắt nhanh

m% =



100  E
100  22.103
−
X
=
.
− 6,1111÷ = 36, 784% > 30%

HT ÷
X BA  I kdCN

 79,3045  3.360
Vậy bảo vệ đảm bảo yêu cầu cần thiết

2. BẢO VỆ SO LỆCH CHO MÁY BIẾN ÁP


Tính toán bảo vệ so lệch cho BA1: biến áp loại TPДH 25000/110, điện áp định mức
dc

110/22 kV, máy có bộ phận điều chỉnh điện áp với ∆U = 10%; Tổ nối máy biến áp là
(3)


Dựa vào dòng định mức trên chọn máy biến dòng loại bão hòa nhanh có dòng định
nI

nII

mức phía sơ cấp lần lượt là I = 100 (A);I

n2

= 200 (A); dòng định mức thứ cấp là I =

5(A).

- Hệ số biến dòng là:

ni1 =

100
200
= 40
= 20; ni 2 =
5
5

Chọn sơ đồ nối dây máy biến dòng: vì sơ đồ nối dây của máy biến áp là Y/∆ nên ta
chọn sơ đồ nối các máy biến dòng của máy biến dòng phía sơ cấp nối theo hình tam
giác (∆), còn phía sơ cấp nối heo sơ đồ sao đủ (Y), như vậy hệ số sơ đồ phía thứ cấp là
sd2



- Sai số do sự chênh lệch dòng điện phía thứ cấp:

I 2 I − I 2 II
4,546 − 4,504
=
= 0,00923
I2I
4,546

s2i =

a

Các máy biến dòng bão hòa nhanh nên k = 1; các máy biến dòng khác nhau nên
cl

i

k = 1; sai số máy biến dòng s = 0,1. Như vậy dòng không cân bằng có giá trị là:
Ikcb.M = (ka .kcl.si + ∆Udc + s2i). IkMax.ng = (1.1.0,1+0,1+0,00923). 299 = 62,562(A)
- Dòng khởi động của rơle

I kdR =

ksd 2
1
.ktc .I kcb.M = .1,3.62,562 = 1,36( A)
ni 2
60

Với số vòng dây cuộn cân bằng ω = 20. Chọn số vòng dây san bằng dòng điện thứ
cấp:
I

 4,546 
ω = ωn .  2 II − 1÷ = 20. 
− 1÷ = 0,19vòng
I
4,504


 2I

c

Chọn số vòng dây mắc thêm vào phía sơ cấp ω = 1 vòng.