ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG QUỐC TRUNG

PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG VÀ CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA
RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. LÊ KIM HÙNG

Phản biện 1: PGS.TS. Đinh Thành Việt
Phản biện 2: TS. Vũ Phan Huấn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào
ngày 13 tháng 5 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

khôi phục sự cố.


2
Với yêu cầu đặt ra như trên nên cần có sự nghiên cứu sâu sắc
về rơle bảo vệ so lệch kỹ thuật số MBA. Đây cũng chính là lý do để
học viên chọn đề tài “Phân tích chức năng và các yếu tố ảnh hưởng
đến đặc tính làm việc của rơ le số bảo vệ so lệch MBA”.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp của các hãng ABB,
SEL, SIEMENS, AREVA, TOSHIBA… được sử dụng phổ biến trên
các lưới truyền tải cao áp có cấp điện áp từ 110kV đến 500kV thuộc
khu vực miền Trung và Tây Nguyên.
2.2. Phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống hóa về lý thuyết và các nghiên cứu, đánh giá chức
năng bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Phân tích các sự cố thường gặp trong máy biến áp.
- Mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Mô hình hóa các thành phần trong máy biến áp, các loại sự
cố của các phần tử trong máy biến áp và phân tích sự làm việc của
rơle bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Áp dụng, đánh giá các kết quả và đưa ra nhận xét.
3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
- Mục tiêu: Phân tích và mô phỏng yếu tố ảnh hưởng đến đặc
tính làm việc của chức năng bảo vệ so lệch máy biến áp.
- Nhiệm vụ chính:
+ Tìm hiểu các dạng sự cố thường xảy ra đối với MBA và hệ
thống bảo vệ đi kèm.
+ Nghiên cứu cấu hình và đặc tính làm việc rơle số bảo vệ so

TỔNG QUAN HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ MBA
1.1. MỞ ĐẦU
1.2. CÁC DẠNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP ĐỐI VỚI MBA
1.2.1. Sự cố bên trong MBA
1.2.2. Sự cố bên ngoài MBA
1.3. CÁC LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG CHO MBA
1.3.1. Bảo vệ nội bộ MBA
1.3.2. Bảo vệ điện chính trong MBA
1.3.3. Sơ đồ phương thức bảo vệ MBA.
1.3.4. Nguyên lý làm việc của chức năng so lệch MBA
1.4. TỔNG QUAN VỀ RƠLE SỐ BẢO VỆ SO LỆCH MBA
1.4.1. Các loại rơ le số bảo vệ MBA thường dùng
Hiện nay, hệ thống điện khu vực miền Trung thường sử dụng
rơ le số bảo vệ MBA của các hãng như 7UTx của hãng Siemens,
RET6x của hãng ABB, P63x của hãng Areva, Sel387, 487, 787 của
hãng Sel và GRT của hãng Toshiba, ngoài ra còn có một số rơ le
khác của các hãng GE và Trung Quốc. Đây là các rơ le số hiện đại
nhất của các hãng này với đầy đủ các chức năng được tích hợp. Ưu
điểm lớn nhất của các loại rơ le số này so với các loại rơ le truyền
thống trước đây là khả năng tích hợp được nhiều chức năng bảo vệ,
trao đổi và xử lý thông tin với khối lượng lớn, tốc độ xử lý cao, làm
tăng độ nhạy, độ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng được các
tính năng bảo vệ.
1.4.2. Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc của rơle số
1.4.3. Cài đặt, cấu hình đưa rơle vào vận hành


5
1.5. KẾT LUẬN
Qua các mục đã nêu ở trên, nhận thấy rằng để ứng dụng hiệu

vệ so lệch MBA. Việc xem xét ảnh hưởng của dòng từ hóa khi đóng
điện xung kích MBA tạo điều kiện lựa chọn thông số thích hợp để cài
đặt chỉnh định cho rơ le bảo vệ đồng thời phân tích sự cố trong rơ le
một cách chính xác.


7
2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ TI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM
VIỆC CỦA RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH MBA.
2.3.1. Sai số TI
Nhận xét: Đối với chức năng bảo vệ so lệch MBA, TI đóng
một vai trò rất quan trọng. Sai số trong TI các phía vào rơ le và ảnh
hưởng của hiện tượng bão hòa TI sẽ làm bảo vệ tác động sai. Vì vậy,
cần phải sử dụng các vật liệu sắt từ chất lượng tốt để cải thiện đặc
tính từ hóa TI, đồng thời ngoài công tác kiểm tra sai số TI trong mạch
đo đếm bảo vệ và kiểm tra mạch nhị thứ đảm bảo theo yêu cầu thiết
kế thì chúng ta cần phải chú ý đến sai số chúng làm việc ở tải thực tế,
yêu cầu công tác kiểm định và kiểm tra sai số TI định kỳ hằng năm
cần được chú trọng hơn và cần có những giải pháp để giảm thiểu sai
số hiệu quả hơn nữa. Muốn giảm sai số đầu ra TI nhỏ cần phải tăng
chi phí để chế tạo và sử dụng các giải pháp mới như trình bày trong
mục 2.3.2 dưới đây.
2.3.2. Ứng dụng TI công nghệ mới (MOCT–Magneto
Optical Current Transducer)
TI công nghệ mới (MOCT) không sử dụng lõi thép và làm việc
theo nguyên tắc quang – từ giúp hạn chế được những vấn đề liên
quan tới sai số biến dòng. Các TI này sử dụng các hiệu ứng của luật
Faraday để đưa ra các giá trị dòng chính xác cao mà không bị ảnh
hưởng của bão hòa biến dòng. Tín hiệu từ các TI này sẽ được gửi qua
bộ trộn tín hiệu (MU) cho phép chuyển đổi tín hiệu sang tín hiệu số


9
2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ TỰ KHÔNG ĐẾN ĐẶC
TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE SO LỆCH MBA
2.5.1. Dòng thứ tự không
2.5.2. Ảnh hưởng của dòng thứ tự không đến đặc tính bảo
vệ so lệch MBA
2.5.3. Nhận xét
Bảo vệ so lệch MBA sẽ hoạt động không đúng đối với các sự
cố chạm đất bên ngoài vùng bảo vệ trong trường hợp dòng thứ tự
không chỉ chảy trong 1 phía của máy biến áp. Trường hợp này xảy ra
khi dòng thứ tự không không được biến đổi đúng đến phía còn lại
như trong các máy biến áp có tổ đấu dây Yd hoặc Dy và cuộn tam
giác của máy biến áp được nối đất qua một máy biến áp đất được đặt
trong vùng bảo vệ của bảo vệ so lệch máy biến áp. Vì vậy, để đảm
bảo cho bảo vệ so lệch MBA làm việc đúng đối với các sự cố chạm
đất trong các trường hợp trên, yêu cầu phải khử dòng thứ tự không
trước khi đưa vào tính toán dòng so lệch của bảo vệ.
2.6. KẾT LUẬN
Với yêu cầu ngày càng phức tạp trong vận hành lưới điện hiện
nay đặc biệt với thiết bị truyền tải quan trọng như MBA thì khả năng
đảm bảo vận hành liên tục, hạn chế tối thiểu xác suất xảy ra sự cố
luôn được quan tâm. Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chức
năng bảo vệ so lệch MBA như ảnh hưởng của dòng từ hóa quá độ khi
đóng điện xung kích MBA, ảnh hưởng của sai số TI, ảnh hưởng của
bộ điều áp dưới tải, ảnh hưởng của dòng thứ tự không sẽ giúp hiểu
sâu hơn về chức năng bảo vệ so lệch và góp phần quan trọng trong
công tác phân tích sự cố trong MBA và hệ thống điện. Đồng thời làm
cơ sở cho những đánh giá về các giải pháp nhằm đảm bảo độ tin cậy
cho sự làm việc của rơ le ở chương tiếp theo.



11
ra do lỗi TI lớn hơn ngưỡng so lệch Idiff>.
3.3.2. Sử dụng đặc tính hãm
3.3.3. Giải pháp hạn chế bão hòa TI
+ Hãng sản xuất rơ le Siemens, Nari.
+ Hãng sản xuất rơ le Schneider
+ Hãng sản xuất rơ le ABB
+ Hãng sản xuất rơ le SEL
+ Hãng sản xuất rơ le Toshiba
Nhận xét: Qua phân tích các giải pháp mà các hãng sản xuất
rơ le đã đưa ra ở trên, ta thấy rằng hầu như các hãng đã tập trung phát
triển rất kỹ các giải pháp nhằm đảm bảo rơ le làm việc ổn định khi
xảy ra bão hòa TI.
3.4. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THỨ
TỰ KHÔNG TRONG DÒNG SO LỆCH MBA.
Việc thực hiện khử dòng thứ tự không được thực hiện qua ma
trận hệ số.
Bất lợi của phương pháp khử dòng thứ tự không trong trường
hợp này là bảo vệ trở nên ít nhạy hơn đối với các sự cố chạm đất bên
trong vùng bảo vệ. Vì vậy việc khử là thường được bỏ qua trong
trường hợp điểm Y không nối đất. Tuy nhiên mục đích của phương
pháp này là nhằm giảm ảnh hưởng của dòng thứ tự không đối với
chức năng bảo vệ so lệch MBA pha, còn đối với các sự cố chạm đất
bên trong vùng bảo vệ thì sẽ được bảo vệ so lệch chạm đất hạn chế
phát hiện và cô lập 1 cách chính xác.
3.5. GIẢI PHÁP HẠN CHẾ ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU ÁP
DƯỚI TẢI ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA RƠ LE BẢO VỆ
SO LỆCH MBA

4.2. TỔNG QUAN VỀ MATLAB - SIMULINK
4.2.1. Matlab
4.2.2. Simulink
4.3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG RƠ LE SỐ
BẢO VỆ SO LỆCH MBA VỚI CÔNG CỤ MÔ PHỎNG
SIMULINK/SIMPOWERSYSTEM.
4.3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng bảo vệ so lệch MBA
Mô hình mô phỏng được sử dụng trong luận văn là phần MBA
T2 của trạm biến áp 110 kV Phù Cát với các thiết bị điện chính như sau:
- MBA T2: điện áp 110 ± 9x1,78%/35/22 kV, công suất 25
MVA, điều chỉnh điện áp tự động dưới tải phía 110 kV, tổ đấu dây
YNdyn-11-12
- Máy cắt
- Biến dòng điện 110kV có tỉ số biến 200/1.
- Biến dòng điện 35kV có tỉ số biến 600/1.
- Biến dòng điện 22 kV có tỉ số biến 1000/1.
- Thanh cái 35kV.
- Thanh các 22kV.

Hình 4.1. Sơ đồ tổng thể mô phỏng rơle bảo vệ so lệch máy biến áp


14
Từ sơ đồ nguyên lý bảo vệ MBA T2 của trạm 110kV Phù Cát,
tác giả sử dụng các phần tử trong thư viện Simpowersystem và thư
viện simulink để xây dựng mô hình mô phỏng rơ le số bảo vệ so lệch
MBA. Trong đó các phần tử được sử dụng để thay thế trong mô hình
mô phỏng gồm có: máy phát điện đồng bộ, máy biến áp, máy cắt 3
pha, biến dòng điện 3 pha, tải 3 pha và một số thiết bị phụ khác.
Three-Phase Source (Khối máy phát điện)

là bảo vệ tác động, độ lớn của dòng điện pha sự cố có sự nhảy vọt ở
phía 110kV, 35kV và giảm ở phía 22kV, các dòng pha còn lại cũng
có sự thay đổi, dòng trong sự cố (phía 110kV và 35kV) lớn hơn rất
nhiều so với dòng trước sự cố (dòng tải bình thường), dòng so lệch 3
pha tăng lên gần bằng với dòng hãm, vị trí của điểm sự cố rơi vào
vùng trip của đặc tính bảo vệ so lệch.

Hình 4.2. Dòng đo lường ở TI 3 phía khi sự cố pha A
bên trong vùng bảo vệ
+ Sự cố pha - pha MBA:
Ta mô phỏng sự cố 3 pha bên trong MBA phía cuộn dây 22kV.


16
Dòng sự cố trong cả 3 pha đều bằng nhau và tạo nên đường đặc tính
sự cố trong vùng cắt của bảo vệ so lệch MBA, bảo vệ tác động.
- Sự cố ngoài vùng bảo vệ
+ Sự cố pha-đất
Ta mô phỏng sự cố chạm đất pha A tại thanh cái 110kV. Dòng
điện sự cố pha A tăng vọt trong phía 110kV và 35kV và giảm ở phía
22kV giống trường hợp chạm đất bên trong vùng bảo vệ, các dòng
pha còn lại phía 35kV, 22kV đều có sự thay đổi. Tuy nhiên bảo vệ
không tác động.
+ Sự cố pha - pha :
Ta xét sự cố ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 35kV ngoài vùng
bảo vệ của rơ le so lệch MBA. Dòng sự cố trong 3 pha 3 phía của
MBA lúc này đều tăng ở phía có nguồn 110kV, 35kV và giảm ở phía
tải 22kV như trường hợp ngắn mạch 3 pha trong vùng bảo vệ, tuy
nhiên bảo vệ không tác động.
Kết luận: Qua kết quả mô phỏng trong các trường hợp sự cố ở

thấy dòng so lệch và dòng hãm không thay đổi, bảo vệ không tác động.
Kết luận : Từ 3 trường hợp trên ta kết luận rằng, dòng thứ tự
không chỉ tác động lớn đến phía cuộn dây đấu Y0 ở phía nguồn cung
cấp đến (110kV), còn ở cuộn dây đấu Y0 phía tải (22kV) và phía ∆
(35kV) dòng thứ tự không tác động không đáng kể. Vì vậy trong quá


18
trình cài đặt rơ le bảo vệ so lệch MBA, người cấu hình nên chú ý cài
đặt bù dòng thứ không thích hợp.
4.3.3.3. Mô phỏng ảnh hưởng của tổ đấu dây MBA đến đặc
tính làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA
Tác giả mô phỏng ảnh hưởng của tổ đấu dây MBA trong ba
trường hợp không bù tổ đấu dây (k12 = 0, k13 = 0) trong khi MBA
vận hành bình thường.
Trường hợp 1: MBA vận hành bình thường, phía 110kV cấp
nguồn cho phía 22kV và 35kV, dòng so lệch có tăng nhưng vẫn còn
nhỏ so với dòng hãm, đặc tính sự cố di chuyển vào vùng hãm và bảo
vệ không tác động.
Trường hợp 2: Sự cố trên thanh cái 22kV và máy cắt 432 cắt
ra, lúc này MBA vận hành với phía 110kV cấp nguồn cho phía 35kV,
dòng so lệch trong trường hợp này tăng lên rất lớn so với dòng hãm,
đồng thời dòng sự cố di chuyển vào vùng trip và bảo vệ tác động
ngay lập tức từ khi đóng điện MBA.
Trường hợp 3: Giả sử khi MBA đang vận hành nhưng có sự
cố trên thanh cái 35kV làm MC 332 cắt ra, lúc này MBA vận hành
với sơ đồ YY12 nên góc lệch pha giữa phía 110kV và 22kV bằng
không, dòng so lệch bằng không và bảo vệ không tác động.
Kết luận: Qua 3 trường hợp mà ta đã mô phỏng như trên, ta
thấy rằng bảo vệ sẽ tác động nếu trong quá trình cài đặt ta không bù

4.3.3.5. Mô phỏng ảnh hưởng của dòng từ hóa khi đóng điện
xung kích MBA.
Ta mô phỏng đóng xung kích MBA bằng cách cho MC 132
đóng sau thời gian 0,01s, MC 332 và 432 mở như hình 4.25 và dòng
từ hóa MBA T2 ta đặt là 30IN. Đồng thời so sánh kết quả trong hai
trường hợp có hãm sóng hài (đặt HAI =1) và không có hãm sóng hài
(đặt HAI =0). Trong trường hợp này, dòng phía 110kV tăng cao và


20
dạng sóng dòng xung kích gần như là các xung nhọn trong trường
hợp đóng xung kích MBA vào thời điểm dòng từ hóa MBA lớn, dòng
so lệch lúc này bằng với dòng hãm và bảo vệ làm việc sai nếu không
có hãm sóng hài bậc 2.

Hình 4.4. Dạng sóng của dòng từ hóa phía 110kV khi đóng xung kích
MBA

Hình 4.5. Đặc tính sự cố trong trường hợp đóng xung kích MBA với
dòng từ hóa lớn


21
4.4. KẾT LUẬN
Trong chương này, dựa vào logic làm việc thực tế của rơ le và
sử dụng công cụ Matlab/Simulink tác giả đã xây dựng được mô hình
mô phỏng nguyên lý làm việc của rơ le bảo vệ so lệch máy biến áp,
các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle. Với việc mô
phỏng rơ le, mô phỏng sơ đồ bảo vệ máy biến áp và các dạng sự cố
trong máy biến áp từ đó ta có thể kiểm tra thông số cài đặt, phân tích

từng thời điểm dòng từ hóa lớn gây tác động rơ le, các nguyên nhân
gây nên sai số TI và bão hòa TI, các trường hợp phát sinh dòng thứ tự
không trong một phía của MBA dẫn đến bảo vệ tác động đồng thời
luận văn đã chứng minh được sự thay đổi nấc phân áp là có tác động
rõ rệt đến đặc tính làm việc rơ le. Hiệu quả thiết thực đem lại là
người vận hành có thể phân tích và đánh giá được các trường hợp bảo
vệ tác động và đưa ra hướng giải quyết kịp thời.
Ngoài ra luận văn đã phân tích và so sánh giữa các giải pháp
nhằm đảm bảo độ tin cậy làm việc rơ le bảo vệ so lệch MBA mà các
hãng sản xuất rơ le hiện nay đang áp dụng. Dựa trên tài liệu của các
hãng và so sánh giữa các giải pháp, luận văn đã tổng hợp và đánh
giá được các giải pháp tối ưu nhằm hạn chế các yếu tố ảnh hưởng
tác động đến đặc tính làm việc rơ le trong nhiều trường hợp khác


23
nhau, như việc sử dụng bộ hãm sóng hài, phân tích dạng sóng của
dòng so lệch trong các trường hợp phát hiện dòng từ hóa lớn, giải
pháp sử dụng các thành phần thứ tự để phát hiện sai số TI đồng thời
theo dõi sự thay đổi giữa dòng hãm và dòng so lệch trong các
trường hợp TI bão hòa, bù vị trí nấc phân áp thực tế và khử dòng
thứ tự không khi tính toán rơ le. Qua đó nhằm áp dụng thuận lợi
trong việc cài đặt rơ le và tạo điều kiện để lựa chọn rơ le phù hợp
cho hệ thống điện sau này.
Thông qua việc mô phỏng rơ le, mô phỏng sơ đồ bảo vệ
MBA và các dạng sự cố trong MBA bằng Matlab/Simulink, tác giả
có thể kiểm tra thông số cài đặt, phân tích và nghiên cứu sự làm
việc của rơ le với nhiều trường hợp gần với thực tế. Cách thức mô
phỏng nhanh chóng, linh hoạt tạo sự tiện lợi trong việc phối hợp và
mở rộng sơ đồ bảo vệ, tiện lợi trong việc thay đổi thông số cài đặt