Chơng I
Giới thiệu chung về rơle.
I.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơle:
Trong quá trình vận hành hệ thống điện (HTĐ) có thể xuất hiện các tình trạng
sự cố và các chế độ làm việc không bình thờng của các phần tử. Phần lớn các sự cố
kèm theo hiện tợng dòng điện tăng cao, điện áp giảm thấp.
Các thiết bị có dòng điện lớn chạy qua đều bị đốt nóng có thể vợt quá mức cho
phép dẫn đến h hỏng. Khi điện áp giảm quá thấp các hộ tiêu thụ điện không thể làm
việc bình thờng nên tính ổn định của hệ thống giảm, nếu tình trạng kéo dài có thể
xuất hiện thêm sự cố.
Muốn quy trì sự hoạt động bình thờng của HTĐ khi xuất hiện sự cố, cần phát
hiện nhanh chóng chỗ sự cố và tách nó ra khỏi hệ thống. Thiết bị bảo vệ rơle là thiết
bị tự động thực hiện tốt nhiệm vụ nói trên.
Đối với hệ thống mà chúng ta đang thiết kế bảo vệ rơle thì:
- ở chế độ phụ tải cực đại nhà máy thuỷ điện A vận hành 3 tổ máy
3x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 2 tổ máy 2x50MW.
- ở chế độ phụ tải cực tiểu nhà máy thuỷ điện A vận hành 2 tổ máy
2x32MW, nhà máy nhiệt điện B vận hành 1 tổ máy 1x50MW.
I.2. Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:
I.2.1. Tính chọn lọc:
Khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố. Yêu
cầu này là điều kiện để đảm bảo 1 cách chắc chắn việc cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ.
I.2.2. Tác động nhanh:
Khi xảy ra sự cố thiết bị bảo vệ tác động càng nhanh càng tốt để hạn chế mức
độ phá hoại, giảm thời gian cắt điện ở các hộ tiêu thụ điện và có khả năng giữ sự
làm việc ổn định cho hệ thống điện.
I.2.3. Độ nhạy:
Để phát hiện những h hỏng và tình trạng làm việc không bình thờng của mạng
điện, bảo vệ cần có độ nhạy cần thiết để phát hiện sự cố kịp thời. Độ nhạy của bảo
vệ đặt trng bởi hệ số độ nhạy K

TB-50-2 62,5 50 10,5 0,8 3,437 0,13
5
0,3 0,84
II.1.1.2. Máy biến áp nối bộ với máy phát nhiệt điện P = 50 MW.
Bảng II.2
S
đm
(MVA) U
C
(KV) U
H
(KV)
P
0
(KW) P
N
(KW)
U
N
(%) I
0
(%)
63 121 10,5 70 245 10,5 0,65
II.1.2. Các h hỏng và tình trạng làm việc không thể bình thờng của máy phát và máy
biến áp:
II.1.2.1. Máy phát điện:
II.1.2.1.1. Các sự cố trong máy phát điện:
- Ngắn mạch giữa các pha trong cuộn dây Stato.
- Ngắn mạch một pha chạm đất cuộn dây Stato.
- Chạm chập giữa các vòng dây trong cùng một pha.

II.1.3.2. Bảo vệ riêng cho máy phát:
- Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây Stato.
- Bảo vệ mạch kích từ chống chạm đất 1 điểm cuộn kích từ.
II.1.3.3. Bảo vệ riêng cho máy biến áp:
- Bảo vệ thứ tự không chống ngắn mạch 1 pha phía điện áp cao.
- Bảo vệ rơle hơi chống h hỏng bên trong máy biến áp.
II.2. Tính toán các bảo vệ đặt chung cho cả bảo vệ:
II.2.1. Bảo vệ so lệch:
II.2.1.1. Đặc điểm sơ đồ bảo vệ:
Bảo vệ so lệch đặt chung cho bộ máy phát - máy biến áp có tác dụng loại trừ
các sự cố sau:
- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp.
- Ngắn mạch 1 pha hoặc nhiều pha trong cuộn dây Stato máy phát điện cần
phải đợc cắt nhanh ở tất cả các phía và bảo vệ so lệch dọc đảm bảo cắt
nhanh các phần tử trong vùng bảo vệ.
Để tăng độ nhạy của bảo vệ ta dùng loại rơle có máy biến dòng bảo hoà trung
gian và sơ đồ bảo vệ so lệch 3 pha.
Tổ nối dây máy biến dòng phía cao áp (110KV) là , phía hạ áp là Y. Ta sử
dụng sơ đồ nối dây nh vậy để bù lại sự chênh lệch pha giữa dòng sơ cấp phía cao áp
và dòng thứ cấp phía hạ áp của máy biến áp động lực nối theo tổ nối dây Y
0
/
-11
.
II.2.1.2. Xác định dòng sơ cấp ở các phía của bảo vệ rơle tơng ứng với công suất của
biến áp, chọn máy biến dòng cho bảo vệ và xác định dòng thứ cấp tơng ứng trong
các nhánh bảo vệ và xác định tổ nối dây BI:
Các loại biến dòng có tổ nối dây có dòng sơ cấp chọn theo
3
.U

MF nhiệt điện MBA tơng ứng
công suất định mức của nó
121.3
63000
=
300,604 A
5,10.3
63000
=
3464,102 A
2 Hệ số biến đổi BI 600/5 4000/5
3 Tổ nối dây của BI

Y
4
Dòng điện thứ cấp trong các
nhánh của bảo vệ ứng với công
suất định mức
1
.3
n
I
S
=
5/600
604,300.3
= 4,34
A
5/4000
102,3464

. I
Nngmax
Với : f
Imax
: Sai số lớn nhất cho phép của BI, f
Imax
= 10%.
K
đn
: Hệ số đồng nhất của các BI, K
đn
= (0,5 ữ 1).
K
kck
: Hệ số ảnh hởng của thành phần không chu kỳ trong dòng
điện ngắn mạch, K
kck
= 1.
Dòng ngắn mạch 3 pha tại điểm N
1
:
I
)3(
1N
=
B
F
B
F
X

773,134
Ftd
E
I
Nngmax
: Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất.
Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.1 ta có: I
Nngmax
= 3999 A.
* I
"
kcbtt
= U. I

Nngmax
: Thành phần không cân bằng do việc điều
chỉnh điện áp ở phía cao áp.
Với : U : Sai số tơng đối do việc điều chỉnh điện áp ở phía cao áp
của máy biến áp, do máy biến áp có mức điều chỉnh (2x2,5)% nên U = 5% = 0,05.
I

Nngmax
: Thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch chạy qua phía
điều chỉnh điện áp. Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.1 ta có: I

Nngmax
= 1279 A
Vậy I
kcbtt
= I

I
kđ
> K
hc
.I
đmBA
.
Trong đó:
I
đmBA
: Dòng điện định mức tơng ứng với công suất định mức của máy
biến áp ở phía điện áp 110 KV.
I
đmBA
=
121.3
63000
= 300,604 A.
K
hc
: Hệ số hiệu chỉnh chọn trong khoảng (1ữ1,3). Khi tính toán bảo
vệ với máy biến dòng bảo hoà trung gian. Lấy K
hc
= 1,3.
I
kđ
> K
hc
.I
đmBA

).
Trang 110
57,28
B
F
X
N
Hình II.2
1352 A 243 A
38,160
1
X
619,134
B
F
E
113,135
A
F
E
57,28
B
F
X
N
Hình II.3
4,24
B
BA
X

) = 2,763 KA =
2763 A
Tra theo phụ lục tính ngắn mạch II.1.2 ta có: I
)2(
1N
= 2763 A.
Dòng qua rơle: I
R
=
5,10
110
1
)2(
1
.
.3
cb
cbN
U
U
n
I
=
5/4000.3
2763
.
5,10
115
= 21,829 A.
- Khi ngắn mạch 1 pha chạm đất phía 110KV khi máy cắt ở phía này cắt ra,

=
5,10
110
1
)1(
2
.
.3
cb
cbN
U
U
n
I

5/4000.3
1786
.
5,10
115
= 14,117 A.
Sơ bộ xác định dòng khởi động của rơle tính đổi về phía thứ cấp của máy biến
dòng đặt ở máy phát.
Dòng qua khởi động rơle: I
kđR
=
I
kd
n
I

= 2,53 > 2.
Trang 111
+ Khi ngắn mạch 1 pha chạm đất phía 110KV(N
2
).
K
)2( N
n
=
kdR
R
I
I
=
255,8
117,14
= 1,72 < 2.
Qua tính toán ta thấy độ nhạy của bảo vệ phía 10,5KV có K
n
> 2 nên tiếp tục
tính toán bảo vệ rơle loại PHT-562 vì hệ số độ nhạy khi ngắn mạch 2 pha ở phía
điện áp máy phát lớn hơn giá trị tối thiểu. Để tăng độ nhạy của bảo vệ rơle khi ngắn
mạch 1 pha chạm đất phía 110KV khi đóng thử máy biến áp thì có thể không tính
đến thành phần dòng điện không cân bằng I
"
kcbtt
(Do điều chỉnh đầu phân áp gây
nên) với điều kiện thay đổi đầu phân áp chỉ thực hiện khi cắt MBA và khi thay đổi
các đại lợng đặt của rơle PHT-562. Sau đây ta tiến hành tính toán cho đầu phân áp
của máy biến áp thờng đang vận hành của nhà máy B là +2,5%.

Nh vậy dòng điện khởi động sơ cấp của bảo vệ tính toán theo trờng hợp này đ-
ợc chọn làm điều kiện tính toán: I
kđ
= 519,87 A.
II.2.1.7. Xác định số vòng dây của cuộn dây máy biến dòng bảo hoà trung gian:
Xác định dòng thứ cấp của máy biến dòng đặt ở phía 110KV tơng đơng với
công suất định mức của máy biến áp đợc bảo vệ:
I
T
=
I
dm
n
I.3
=
5/600.025,1
604,300.3
= 4,23 A.
Dòng điện thứ cấp trong mạch bảo vệ phía 10KV tơng ứng với công suất định
mức của máy biến áp là:
I
T
= I
CBT
=
I
dm
nU
S
3

Số vòng dây từ phía khác đợc xác định từ điều kiện cân bằng các sức từ động
trong máy biến dòng bảo hoà trung gian khi máy biến áp đợc bảo vệ làm việc bình
thờng và khi có ngắn mạch ngoài theo biểu thức: W
Itt
= W
cb
.
IT
cbT
I
I
Trong đó:
W
Itt
: Số vòng dây tính toán phía không cơ bản của cuộn dây máy biến
dòng bảo hoà trung gian.
W
cb
: Số vòng của cuộn dây máy biến dòng bảo hoà trung gian ở phía
cơ bản sau khi đã lấy tròn, tơng ứng với số vòng thực tế có đợc của máy biến dòng
bảo hoà trung gian.
I
cbT
, I
IT
: Dòng điện thứ cấp cơ bản và không cơ bản với công suất
định mức.
* Số liệu tính toán cụ thể ở bảng sau:
Bảng II.4
Tên các đại lợng tính toán Ký hiệu và tính toán

kdRcb
kdR
I
F
295,7
60
= 8,22 vòng.
Số vòng dây ở phía cơ bản sơ
bộ chấp nhận
W
cb
7 vòng.
Dòng khởi động của rơle phía
cơ bản
I
kđR
=
cb
kdR
W
F
7
60
= 8,57 A.
Số vòng dây tính toán của
cuộn dây máy biến dòng bảo
hoà trung gian phía 110KV
W
Itt
= W

Nngmax
165,7
7165,7

.1279 = 29,45 A.
Dòng điện không cân bằng sơ
cấp tính toán có kể đến thành
I
kcbtt
= I
'
kcbtt
+ I
"'
kcbtt
399,9 + 29,45 = 429,35 A.
Trang 113
57,28
B
F
X
N
Hình II.5
2342 A
619,134
B
F
E
phần I
"'

= 8,03
A
Số vòng dây của các cuộn dây
của máy biến dòng bảo hoà
cuối cùng đợc chấp nhận
Phía 10,5KV : W
cb
7 vòng
Phía 110KV : W
110
7 vòng
II.2.1.8. Tính toán độ nhạy của bảo vệ:
- Những trờng hợp ngắn mạch tính toán để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ đợc
tính toán trong phụ lục II.
- Độ nhạy sẽ tính cho trờng hợp máy biến áp làm việc ở đầu phân áp +2,5%
II.2.1.8.1. Dòng trong máy biến dòng bảo hoà trung gian khi ngắn mạch 2 pha phía
điện áp máy phát:
- Dòng thứ cấp phía điện áp máy phát:
I
Rcb
=
5,10
)2(
I
NF
n
I
.
5,10
110

= I
)2(
NF
= 2342 A.
I
Rcb
=
5,10
)2(
I
NF
n
I
.
5,10
110
cb
cb
U
U
=
5/4000
025,1.2342
.
5,10
115
= 32,865 A.
- Dòng thứ cấp phía điện áp 110KV:
I
R(110)

110KV trong trờng hợp máy cắt ở phía này đã cắt:
Theo phụ lục tính toán ngắn mạch II.1.3 tơng tự nh II.2.1.5: I
)1(
2N
= 1786 A.
Dòng điện chạy qua rơle phía cơ bản lúc này là:
Trang 114
I
Rcb
=
5,10
)1(
2
.3
I
N
n
I
.
5,10
110
cb
cb
U
U
=
5/4000.3
025,1.1786
.
5,10

- Làm nhiệm vụ dự trữ cho bảo vệ so lệch dọc.
Trang 115