Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

LỜI MỞ ĐẦU
************
Do nhu cầu về điện ngày càng tăng, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, phụ tải
tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra sự cố như chạm chập, ngắn
mạch cũng tăng theo.Muốn hệ thống điện vận hành an toàn và tin cậy thì không thể thiếu
các thiết bị bảo vệ để giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể xảy ra.
Là một sinh viên chuyên ngành hệ thống điện không thể không nghiên cứu, tìm hiểu
bộ môn “ Bảo vệ rơle trong hệ thống điện”. Môn học đã mang lại cho sinh viên những
kiến thức cơ bản nhất của bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác động, cách
thực hiện các bảo vệ thường gặp cũng như các chế độ hư hỏng và làm việc không bình
thường điển hình nhất của hệ thống điện và các loại bảo vệ chính đặt cho nó. Đồ án “Bảo
vệ rơle” giúp sinh viên hệ thống lại toàn bộ kiến thức được học. Những kiến thức này se
là nền tảng cho quá trình tiếp cận thực tế sau này.
Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế, vì vậy trong quá trình thực hiện đồ án chắc
hẳn không tránh được những sai sót. Em rất mong nhận được sự nhận xét, góp ý của các
thầy cô để bản đồ án và kiến thức bản thân em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 4 năm 2016
Sinh viên: Trần Văn Phương

Trần Văn Phương-D9LTH1

1


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

ngắn mạch dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử từ nguồn đến điểm ngắn
mạch có thể gây tác dụng nhiệt và cơ nguy hiểm cho phần tử mà nó chạy qua. Hồ quang
tại chỗ sự cố nếu tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn. Ngắn mạch cũng làm
điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận giảm thấp, ảnh hưởng tới sự làm việc
bình thường của hộ tiêu thụ điện. Trường hợp nguy hiểm nhất có thể dẫn đến mất ổn định
và tan rã hệ thống.
Ngoài ngắn mạch thì hệ thống điện còn có tình trạng làm việc không bình thường,
phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, khi đó dòng điện tải tăng làm tăng nhiệt độ của các
phần tử dẫn điện gây già cỗi cách điện làm giảm tuổi thọ thiết bị đôi khi bị phá hỏng dẫn
đến các sự cố nguy hiểm như ngắn mạch.
Do đó, nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ rơle(BVRL) là phát hiện và nhanh chóng
loại trừ phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế tới mức thấp nhất
tác hại của nó. Ngoài ra BVRL còn ghi nhận và phát hiện các tình trạng làm việc không
bình thường của các phần tử trong HTĐ, tùy vào mức độ có thể báo tín hiệu hoặc cắt máy
cắt.
1.2. Các yêu cầu đối với bảo vệ rơle.
Để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo vệ phải thỏa
mạn những yêu cầu cơ bản sau:
1.2.1. Tính chọn lọc.
Là tính năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ.
Phân loại:
+ Chọn lọc tuyệt đối: Các bảo vệ làm nhiệm vụ chính cho các phần tử bảo vệ.
+ Chọn lọc tương đối: Các bảo vệ ngoài làm nhiệm vụ bảo vệ chính còn làm nhiệm
vụ dự phòng cho các phần tử lân cận. Để thực hiện được nhiệm vụ này thì thời
gian của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau.
1.2.2. Độ tin cậy.
Là tính năng đảm bảo cho các thiết bị làm việc đúng và chắc chắn.
Phân loại:

Trần Văn Phương-D9LTH1

chiếm khoảng 1 ÷ 2% tổng giá trị công trình do đó giá cả về tiền không quyết
định đến việc lựa chọn chủng loại rơle bảo vệ bởi hệ thống này đảm bảo bốn
yêu cầu về kĩ thuật.
- Đối với lưới phân phối do phần tử nhiều ,hơn nữa yêu cầu của hệ thống bảo vệ
thường không cao bằng các thiết bị bảo vệ cao áp và siêu cao áp do đó khi thiết
kế ta phải cân nhắc các chi phí kinh tế sao cho vừa đảm bảo các yêu cầu kĩ
thuật và có chi phí nhỏ nhất.

Trần Văn Phương-D9LTH1

4


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ ĐÃ HỌC
1. Bảo vệ quá dòng điện.
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. Quá dòng điện có thể xảy ra khi ngắn mạch hoặc do
quá tải.
+ Bảo vệ quá dòng điện là bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ
vượt quá một giá trị định trước (tức là giá trị cài đặt).
+ Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia 2 loại:
 Bảo vệ dòng điện cực đại: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm
việc theo nguyên tắc từng cấp.

Trần Văn Phương-D9LTH1


cắt ngắn mạch của bảo vệ ở gần nguồn, còn nhược điểm là thời gian cắt ngắn
mạch của bảo vệ tăng lớn khi I N ≈ Ikđ, đôi khi phối hợp thời gian làm việc của bảo
vệ là tương đối phức tạp.
- Dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại:
Theo nguyên tắc tác động của bảo vệ I max phải chọn lớn hơn dòng phụ tải cực đại
qua chỗ đặt bảo vệ. Trong thực tế dòng điện khởi động của bảo vệ còn phụ thuộc vào
nhiều điều kiện khác.
I kd =

Dòng khởi động của bảo vệ:

k at .k mm
.I lvmax
k tv

Trong đó: kat - hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch
ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kat = 1,1 ÷ 1,2).

Trần Văn Phương-D9LTH1

6


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

kmm : hệ số tự mở máy của các động cơ, có trị số phụ thuộc vào loại động cơ, vị trí
giữa chỗ đặt bảo vệ với các động cơ, sơ đồ mạng điện (kmm = 2 ÷ 3).
ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, để đảm bảo sự làm việc ổn định

1.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch
càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy hiểm càng cao

Trần Văn Phương-D9LTH1

7


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này
người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50).
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn
lọc dòng điện khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi có
ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối cùng bảo vệ của phần tử được bảo vệ), bảo
vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé.
Bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kỳ với
một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với
công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn
toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của bảo vệ này.
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được
chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực
tiếp) đi qua chỗ đặt Rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ.
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp thì giá trị dòng điện khởi động
của bảo vệ cắt nhanh đặt tại thanh góp A là:
I kd = k at .I N ngmax


min
I kd

I

Nng.max

L
CN
min

L

CN
L
max

b)

2. Bảo vệ so lệch.
Nguyên lý: Bảo vệ so lệch dựa trên nguyên tắc so sánh các dòng điện giữa hai đầu
của một phần tử (đối tượng được bảo vệ) và vì vậy cũng được hiểu như hệ thống cân
bằng dòng điện.

Trần Văn Phương-D9LTH1

9


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

.

.

.

.

.

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N2), do I1 ≠ I 2 , vì vậy I R = I1 − I 2 ≠ 0 và khi
IR>Ikđ thì rơ le se tác động.
* Nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm.
Trong thực tế để nâng cao độ nhậy của bảo vệ và ngăn chặn tác động nhầm do ảnh
hưởng của dòng không cân bằng do sai số của BI khi có ngắn mạch ngoài người ta sử
dụng nguyên lý có hãm của bảo vệ.
.

.

.

.

.

Dòng điện so lệch: I SL = ∆ I = I1 − I 2 = I LV

Trần Văn Phương-D9LTH1



IT2

IH =IT1 +IT2
ISL =IT1 - IT2

RL

3. Bảo vệ bằng rơ le khí
Những hư hỏng bên trong thùng dầu máy biến áp có cuộn dây ngâm trong dầu đều
làm cho dầu bốc hơi và chuyển động.
Người ta lợi dụng sự bốc hơi này vào mục đích bảo vệ bằng việc đặt trên các ống
nối từ bình dãn dầu (bình dầu phụ) tới thùng máy biến áp rơ le khí (buchholz). Rơ le này
se tác động khi tốc độ dầu đi từ thùng dầu chính máy biến áp lên bình dầu phụ vượt quá
mức cho phép. Để rơ le làm việc được dễ dàng người ta tạo một góc nghiêng nhất định ở
mặt trên ở thùng dầu máy biến áp so với mặt phẳng ngang một góc từ 20 đến 70

Trần Văn Phương-D9LTH1

11


Bình dầu phụ

Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

Thùng dầu MBA
Role


Sơ đồ dùng máy biến dòng đặt trên trung tính của máy biến áp và một rơ le quá
dòng với dòng điện khởi động được tính. Ikđ=k0 × Idđ
Trong đó: k0= 0,2 ÷ 0,4(thường lấy k0 =0,3).
Idđ- dòng điện danh định của máy biến dòng từ đó lấy I0 (hoặc dòng điện danh định
của máy biến dòng đặt ở trung tính của máy biến áp).
Chọn thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng TTKtheo đặc tính thời gian độc lập.
5. Bảo vệ chống quá tải cho máy biến áp
Quá tải làm tăng nhiệt độ của MBA, nếu nhiệt độ tăng quá mức cho phép se làm
giảm tuổi thọ của MBA. Đối với MBA CS bé có thể sử dụng loại bảo vệ quá dòng thông
thường để làm bảo vệ chống quá tải.
Đối với MBA công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện
bảo vệ chống quá tải.
Bảo vệ loại này làm tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến
áp tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có các cấp tác động khác nhau: cảnh báo, khởi động
các mức làm mát bằng cách tăng tốc độ tuần hoàn của không khí, dầu máy biến áp hoặc
giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động trễ không có hiệu quả, nhiệt độ vẫn tăng quá
mức cho phép, thời gian quá tải kéo dài thì máy biến áp se được cắt khỏi hệ thống.
Các rơ le số hiện đại ngày nay, có thể sử dụng những phương pháp phản ánh chính
xác hơn hiện tượng quá tải của máy biến áp như giám sát nhiệt độ các điểm quan trọng,
kiểm tra nhiệt độ già hoá….

Trần Văn Phương-D9LTH1

13


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

đặt các bảo vệ cho 1 máy biến áp như sau:
1.2. Các loại bảo vệ đặt cho MBA:
• Bảo vệ chính: dùng bảo vệ so lệch (∆I) để bảo vệ cho các sự cố trên cuộn dây,
dùng bảo vệ rơ le khí (RK) để bảo vệ phần dầu. Hai bảo vệ này se chống lại tất cả
các sự cố bên trong MBA.
• Bảo vệ dự phòng: dùng bảo vệ quá dòng có thời gian( I >,t). Bảo vệ dự phòng
cho bảo vệ chính và chống lại các sự cố bên ngoài MBA.
• Bảo vệ chống chạm đất: dùng bảo vệ quá dòng TTK( I0>).
• Bảo vệ chống quá tải và nhiệt độ dầu tăng cao: dùng bảo vệ quá tải dòng điện và
rơ le hình ảnh nhiệt (.

Trần Văn Phương-D9LTH1

14


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

1.3.

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

Sơ đồ phương thức bảo vệ cho MBA

2. Phương thức bảo vệ cho đường dây L1,L2.
3.1. Các dạng sự cố thường gặp trên đường dây.
- Ngắn mạch (nhiều pha chạm đất hay NM 1 pha )
- Chạm đất 1 pha
- Quá điện áp (khí quyển hoặc thao tác)
- Đứt dây và quá tải


IO >,t

16


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

B.Phần tính toán
CHƯƠNG I: CHỌN CÁC BI PHỤC VỤ BẢO VỆ

L1

L2
P2

HT

MBA

P1

Để chọn các BI ta chọn theo điều kiện dòng điện làm việc lớn nhất. Dòng điện sơ cấp
danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn. Dòng thứ cấp lấy 1A.
Tỉ số biến đổi của BI được tính như sau:
nBI =
trong đó: IT : dòng điện thứ cấp qua BI, IT = 1A
IS : dòng điện sơ cấp qua BI

18


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

Ngắn mạch là hiện tượng các pha chập nhau, pha chập đất (hay chập dây trung tính).
Trong thiết kế bảo vệ rơle, việc tính toán ngắn mạch nhằm xác định các trị số dòng điện
ngắn mạch lớn nhất đi qua đối tượng được bảo vệ để lắp đặt và chỉnh định các thông số
của bảo vệ, trị số dòng ngắn mạch nhỏ nhất để kiểm tra độ nhạy của chúng.
Dòng điện ngắn mạch phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, cấu hình của hệ thống, vị trí
điểm ngắn mạch và dạng ngắn mạch .
•

Dòng ngắn mạch cực đại qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợphệ

S N max
thống điện có công suất ngắn mạch cực đại
và trạm có 2 máy biến áp làm việc song
song. Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ an toàn của bảo vệ so lệch và tính toán các
thông số cài đặt cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh dự phòng và chỉnh định rơ le. Tính các
dạng ngắn mạch N(3), N(1,1), N(1)
•
Dòng ngắn mạch cực tiểu qua vị trí đặt bảo vệ được xác định cho trường hợphệ

S N min
thống điện có công suất ngắn mạch cực tiểu
và trạm có 1 máy biến áp làm việc.
Trường hợp này, ta dùng để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ.Tính các dạng ngắn mạch N (2),

N9
P2

HT

P1

MBA

22kV

Sơ đồ thay thế

XHT

XL1
4

XB

XL1
4

XL1
4

XL1
4

XL2


Trần Văn Phương-D9LTH1

20

P1 N6

N7

N8

N9


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

Icb1==0,201kA
Cấp điện áp 22 kV có Ucb1 = Utb2= 23 kV
Icb2===1,004 kA
4.2.3.Tính điện kháng của các phần tử:
- Hệ thống : SNmax = 1890MVA ; SNmin =1650MVA ; X0HT = 1,1. X1HT
+Giá trị điện kháng thứ tự thuận.
Scb

Chế độ cực đại:X1maxHT =

S N max


21


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan

TÍNH DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH

4.3.Chế độ làm việc max
Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành phần
đối xứng. Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tự
thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không. Hai máy biến áp làm việc
song song.
Dạng ngắn mạch cần tính toán: N(3), N(1,1); N(1)
Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công
I1( nN) =

thức:

1
X1Σ + X (∆n )

(vì E∑=1) với

X (∆n )

là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n

=> Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức :


∑

3
3. 1 −

0

(X 2 ∑ + X 0 ∑ ) 2

1

Dòng điện ngắn mạch TTK trong ngắn mạch N(1) :Ia0=Ia1

Trần Văn Phương-D9LTH1

X 2 ∑ .X 0 ∑

22


Đồ án môn học: Bảo vệ Rơ le

GVHD:ThS.Nguyễn Thị Thanh Loan
X2∑
X 2 ∑ +X 0 ∑

Dòng điện ngắn mạch TTK trong ngắn mạch N(1,1) : Ia0=-Ia1.
Dòng điện ngắn mạch TTK tại điểm ngắn mạch là:I0=3.Ia0
4.3.1.Điểm ngắn mạch N1.

=3..=3.2,435. =7,334 (kA)
• Ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1):
Ta có:

X 2 ∑ .X 0 ∑
X 2 ∑ +X 0 ∑

=
==0,069
=1,5
Sơ đồ dạng phức hợp như sau:

Với : Xtđ = X1Σ + X∆ =0,1362+0,069=0,2052
=====4,882
Dòng ngắn mạch siêu quá độ trong hệ đơn vị có tên là:

==1,5.4,882.=7,353(kA)
Dòng điện thứ tự không trong hệ đơn vị có tên là:

=3...

X2∑
X 2 ∑ +X 0 ∑
=3.4,882..
=7,297 (kA)

Khi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng đi qua BI

Trần Văn Phương-D9LTH1