1
SỬ DỤNG RƠLE SỐ TRONG
BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN
NỘI DUNG
I. CẤU TRÚC RƠLE SỐ VÀ ƯU ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ 2
1. Cấu trúc cơ bản của rơle số 2
2. Ưu điểm của RƠLE số 4
II. CHUYỂN ĐỒI TƯƠNG TỰ-SỐ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẦU VÀO VÀ LỌC
TÍN HIỆU SỐ 6
1. Vài khái niệm cơ bản 6
2. Lọc và chuyển đổi (A/D) tín hiệu vào 7
III. BIỂU DIỄN CÁC ĐẦU VÀO BẰNG CÁC THÀNH PHẦN TRỰC GIAO
10
IV. PHÉP ĐO CÔNG SUẤT 13
1. Theo tương quan dòng và áp 13
2. Theo các thành phần dòng và áp trực giao 14
V. PHÉP ĐO TỔNG TRỞ 14
1. Sử dụng phép đo P và Q 15
2. Sử dụng các thành phần trực giao của dòng và áp 15
3. Phép đo Z dựa trên mô hình đường dây tuyến tính 16
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo Z 16
eBook for You
2
I. CẤU TRÚC RƠLE SỐ VÀ ƯU ĐIỂM CỦA RƠLE SỐ
1. Cấu trúc cơ bản của rơle số
* Đo lường và biến đổi trị số tín hiệu vào
- Mạch dòng điện I: dòng thứ cấp I
T
= 0,1; 1; 5 A
- Rơle số tiêu thụ ít năng lượng (vào khoảng 0,1VA/chức năng)
- Khi dòng I

T
nhỏ thì hiệu quả sử dụng rơle tốt hơn
T Zd TB
Z = 2 + Z
∑
(Tổn thao) (Thiết bị)
Z
d
=0,1om; *I
T
= 5A;
S
tổn hao
= I
2
T
.2Z
d
= 5
2
.2. 0,1= 5VA
S
dđBI
= 20VA;

= (20-5)/20*100=7
*I
T
= 1A; S
tổn hao

= I
2
T
.2Z
d
=1.2.0,1=0,2VA
S
dđBI
= 20VA;

= (20-0,2)/20*100
≈
1
eBook for You
3
* Nếu I
T
= 0,1A thì S
tổn hao
≈
0
 Sử dụng các BI công suất bé sử dụng BI kiểu mới (quang điện, faraday)
Tương tự BU: S
ddBU
vào cỡ vài trăm VA
U
T
= 100-110V
BU có công suất bé -> sử dụng BU kiểu tụ phân cấp (110kV trở lên)
* Rơle hợp bộ:

- Nhiều mạch I vào tuỳ theo loại RƠLE sử dụng(RƠLE bảo vệ SLTG vào
khoảng 10, thường mạch BVSL hay BVQD pha, thứ tự :2-5,6)
- Mạch U: Đấu 3 pha (ABC0)
Đấu 3U
0
(Nối cuộn tam giác hở)
- Mạch vào đấu vào dòng, áp pha lọc I
2,
I
0,
U
2,
U
0
được thực hiện trong RƠLE
(đấu nối đơn giản hơn trong RƠLE cơ)
(1) Làm chức năng giảm trị số dòng I và áp U thích ứng với các phần tử trong
rơle (I giảm mA, U giảm chuc V)
(2) Chuẩn bị các tín hiệu vào :
a) Khâu lọc tương tự, lọc các nhiễu, hài bậc cao trong tín hiệu vào.
b) Khuếch đại: làm tăng biên độ của các tín hiệu hữu ích
c) Chuyển đổi tương tự số: biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số->
xử lý tiếp theo.
(3) Khối trung tâm của RƠLES:
a) Giao diện nối tiếp: Kết nối với máy tính; hệ thống điều khiển, các
RƠLE và tbị tự động khác.
b) Khối xử lý: gồm các bộ vi sử lý 16bít hoặc 32bít làm nhiệm vụ sử lý
các tín hiệu số (lọc số, tính toán đại lượng vào) thực hiện các quan hệ
logic (theo đặc tính rơle), đưa ra các quy định(cảnh báo, báo động cắt
MC, khoá BV, liên động, ) ->Khâu quan trọng nhất của RƠLE ->phân

biệt chủng loại và tính năng của RƠLE
eBook for You
4
RƠLE hợp bộ đa chức năng: có thể dùng nhiều

P khác nhau
+

P thực hiện chức năng ĐK hoạt động chung của RƠLE
+

P thực hiện chức năng của các BV chính
+

P thực hiện chức năng của các BV dự phòng
(4) Khối Vào-Ra:
- Liên hệ với mạch điều khiển (tín hiệu sô)
- Mạch cảnh báo(nhiều tiếp điểm)
2. Ưu điểm của RƠLE số
* Nguyên lý sử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu số có nhiều ưu việt
- Tốc độ sử lý nhanh -> đảm bảo tính tác động nhanh. Hiện nay thời gian tác
động của RƠLE vào khoảng ½ chu kỳ (khoảng 10ms). Tương lai ¼ chu kỳ
- Độ chính xác cao: Sai số chủ yếu do khâu đo (chỉnh) các giá trị đầu vào.Sai số
bé -> hệ số an toàn, dự phòng có thể được thấp -> độ nhạy của bảo vệ cao
- Đặc tính của BV rất đa dạng, đáp ứng những yếu cầu khác nhau của mục đích
BV -> chất lượng của BV tốt hơn.
Ví dụ:
eBook for You
5
- Điều chỉnh chính xác, phạm vi điều chỉnh rộng

- Đa chức năng (kết hợp nhiều chức năng trong 1 bộ RƠLE)
* Chức năng BV đường dây: BV chính + nhiều loại BV dự phòng
* Chức năng đo lường: I, U, P, Q, cos

, f,
* Chức năng tự động hoá: tự đóng lại, hoà đồng bộ, tự cắt tải, sa thải phụ tải
theo tần số,
* Lưu trữ các số liệu (vận hành bình thường, sự cố)Fault Recorder-FR
FR +phầm mềm phân tích sự cố->đánh giá và phân tích sự cố
* Định vị sự cố (Fault locator _FL) -> làm dễ dàng quá trình tìm kiếm và xử lý
sự cố (sai sô 2-3%)
* Chức năng tự kiểm tra và báo lỗi (cả phần cứng và phần mềm)
-> vượt trội so với các thế hệ trước
- Cấu trúc theo modul: dễ kiểm tra, thử nghiệm, thay thế và sửa chữa
eBook for You
6
Các RƠLE chỉ # biệt ở modul 3 (

P,

C)
- Kết nối đơn giản (kết nối quang)
- Kích thước được chuẩn hoá, lắp ráp thay thế rất thuận lợi.
- RƠLE hợp bộ -> chức năng bảo vệ
->chức năng điều khiển
->Hệ thống BV và điều khiển bằng máy tính.
II. CHUYỂN ĐỒI TƯƠNG TỰ-SỐ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẦU VÀO VÀ
LỌC TÍN HIỆU SỐ
1. Vài khái niệm cơ bản
Tín hiệu V(t) chứa:

- Tần số cơ bản: biên đô V1, tần số ω
1
- Hài bặc cao (k): biên độ Vk, tần số kω
1
- Thành phần DC: trị số ban đầu V0, hằng số Ta
t/Ta
1 1 1 0
p
k 1 k
k 2
V(t) V cos( t ) V .e
V cos(k t )
−
=
= ω − α +
+ ω −α
∑
Ví dụ dòng ngắn mạch
eBook for You
7
2. Lọc và chuyển đổi (A/D) tín hiệu vào.
NHẬN XÉT: Chu kỳ lấy mẫu T
i
càng ngắn thì số mẫu càng fản ánh đúng tín
hiệu tương tự ban đầu -> độ chính xác phép biến đổi A/D càng cao.
Mâu thuẩn: Chu kỳ lấy mẫu nhỏ: chính xác cao -> thời gian xử lý tăng -> ảnh
hưởng tới yêu cầu tác động nhanh của RƠLE.
Đẩm bảo yêu cầu chính xác, tần số lấy mẫu f
i
>= 4f

p
Kiểm tra: sử dụng các quy tắc quen thuộc
Định luật trong KTĐ: Kirhoff I
+ Các thành phần đối xứng
Utgiác hở = 3U
0
= Ua+Ub+Uc
+ Quan hệ logic
eBook for You
8
A B=
-> phủ định (NO)
- Kiểm tra lỗi trong tín hiệu số:
Sử dụng bít chẵn lẻ.
Xư lý tín hiệu: Lọc tính hiệu số
- Cho qua 1 dải tần số nào đó
- Chắn 1 dải tần số
- Cho qua tần số cao
- Cho qua tần số thấp
eBook for You
9
Đáp ứng của bộ lọc
- Bộ lọc với đáp ứng xung vô hạn (hồi quy)
∑ ∑
= =
−−−=
p
k
r
k

kk
knybknxany
0 1
)()()(
y(n)-tín hiệu đầu ra thứ n
x(n)-tín hiều đầu vào thứ n
a
k
,b
k
- các hệ số.
-Bộ lọc với đáp ứng xung hữu hạn (bất hồi quy)
∑
=
−=
p
k
k
knxany
0
)()(
-> Cửa sổ (khung) số liệu: Xác định các hệ số a
k
eBook for You
10
Tw= (p+1)T
i
Các loại cửa sổ số liệu thường dùng:
III. BIỂU DIỄN CÁC ĐẦU VÀO BẰNG CÁC THÀNH PHẦN TRỰC
GIAO

* Phương pháp thành phần trực giao
Biên độ vào x(t) =X
1
cos (ω
1
t -

)
X
1
- biên độ tín hiệu
eBook for You
11
ω
1
-tần số góc

-góc lệch pha ban đầu
Thành phần trực giao:
a 1 1
x X cos( t )= ω − α
thành phần thực
)
2
cos(
11


−−= tXx
r

thành phần ảo
x
a,
x
r
lệch pha II/2 (thẳng góc -> trực giao)
Vídụ: Sử dụng pp thành phần trực giao để lọc các tp đối xứng
Bộ lọc TPĐX kiểu tương tự
Nhược điểm:
- rất tốn kém
- đặc tính không lý tưởng (chứa các thành phần # ở đầu ra)
- quán tính (điện) lớn
eBook for You
12
-> thiết bị số lọc TPĐX bằng pp trực giao.
eBook for You
13
IV. PHÉP ĐO CÔNG SUẤT
1. Theo tương quan dòng và áp
i
(t)
=
i(t)=I
1
cos(ω
1
t - α
1
+ϕ)
U

(t)
= U
1
cos(ω
1
t - α
1
)
i(t).U(t)= ½.U
1.
I
1.
[cosϕ + cos(2ω
1
t-2α
1
+ϕ)]
Lấy phân tích ta được:
1
t
1 1
1
t T /2
1 2
P= .U .I . cos = U( ).i( ).d
2 T
−
τ τ τ
∫
Công suất phản kháng:

1 1
1 1
t t
1 1
1 1
t T /2 t T /2
1
Q= .U .I .sin =
2
2 2
. U( ).i( ).d . U( ).i( ).d
T T
− −
τ τ− τ τ = τ− τ τ τ
∫ ∫
Trong đ ó
4/
11
T=

Dạng số (phân tích theo Euler rời rạc)
∑
−
=
−−=
12/
0
)().(
2
m

k
kniknU
m
P
∑∑
−
=
−
=
−−−−=−−−−=
12/
0
12/
0
)().4/(
2
)4/().(
2
m
k
m
k
knimknU
m
mkniknU
m
Q
i(t)
U(t)
RƠLE

eBook for You
14
2. Theo các thành phần dòng và áp trực giao
U(t) : U
a
(t)=U
1
cos(ω
1
t - α
1
)
U
r
(t)=U
1
sin(ω
1
t - α
1
)
i(t) : i
a
(t)=I
1
cos(ω
1
t - α
1
+ϕ)

i
r
(t)=I
1
sin(ω
1
t - α
1
+ϕ)
P = 0,5U
1
.I
1
.cosϕ=0,5[u
a
(t).i
a
(t)+u
r
(t).i
r
(t) ]
Q = -0,5U
1
.I
1
.sinϕ=0,5[u
r
(t).i
a

(t)- u
a
(t).i
r
(t) ]
Dạng số:
[ ][ ] [ ][ ]
2 2
1 i 1 i
i(n) i(n 1) U(n) U(n 1) i(n) i(n 1) U(n) U(n 1)
P 0,5 0,5
.T .T
4.cos ( ) 4.sin ( )
2 2
+ − − − − − − −
= +
ω ω
[ ][ ] [ ][ ]
2
1 i
1 i
i(n) i(n 1) U(n) U(n 1) i(n) i(n 1) U(n) U(n 1)
Q 0,5 0,5
.T
2.sin( .T)
2.sin ( )
2
+ − − − − − − −
= −
ω

ω
Dạng đơn giản:
P=0,5[i(n).U(n)+i(n-m/4)U(n-m/4)]
Q=0,5[i(n).U(n-m/4)- i(n-m/4)U(n)]
V. PHÉP ĐO TỔNG TRỞ
Sử dụng trong BV khoảng cách Z<
eBook for You
15
Chọn ngưỡng khởi động:
Z
N
< Z
kd
< Z
bình thường
Z <: t.động Z< : ko tác động
(NM trên đd)
1. Sử dụng phép đo P và Q
Z
N
= R
N
+jX
N
; R
N
=2P/
2
1
I

;X
N
=2Q/
2
1
I
P,Q là công suất tác dụng và công suất phản kháng tiêu tốn trên mạch vòng ngắn
mạch
2. Sử dụng các thành phần trực giao của dòng và áp
R
N
=U
1
.cosφ/I
1
: φ-góc lệch pha giữa dòng và áp cơ sở
X
N
=U
1.
sin(-φ)/I
1
eBook for You
16
Tính quá điện dẫn tác dụng và phản kháng:
1
22
cos
U
I

XR
R
G
s
NN
N
N

=
+
=
1
1
22
)sin(
U
I
XR
X
B
NN
N
N

−
=
+
=
3. Phép đo Z dựa trên mô hình đường dây tuyến tính
Phương trình vi phân của đường dây

U(t)=R
N
.i(t) + L
N
.di(t)/dt = R
N
.i(t) +L
N
.i’(t)
Xác định quan hệ U,I cho các thời điểm khác nhau
t
1
: U
1
=R
N
.i
1
+ L
N
.i
1
’ -> R
N
= (U
1
i
2
’- U
2

i
1
’)/ (i
1
i
2
’- i
2
i
1
’)
t
2
: U
2
=R
N
.i
2
+ L
N
.i
2
’ ->L
N
=(U
2
i
1
- U

1
i
2
)/ (i
1
i
2
’- i
2
i
1
’)
Thường chọn khoảng cách (t
1
-t
2
)=Δt=T
i
2
1 i
i(n) i(n 1)
t2: i
.T
2.cos
2
+ −
→ =
ω
;
2

.
cos.2
)1()(
1
2
i
T
nUnU
U

−+
=
;
2
.
sin.2
)1()(
1
2
'
i
T
nini
i

−+
=
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phép đo Z
*Sai số của máy biến đổi đo lường BI,BU
-Máy biến dòng điện BI

n
I
=I
S
/I
T
bình thường n
I
=const
Khi NM: I
S
tăng -> bão hoà n
I
#const
-Máy biến điện áp BU
n
u
=U
S
/U
T
bình thường n
u
=const
Khi sự cố u
I
#const
BI,BU làm việc với sai số lớn thì n
I
#const, u

I
#const
Z
R
=U
R
/I
R
=(U/n
U
)/(I/n
I
)=(U/I)/(n
U/
n
I
)=Z/n
Z
n
U/
n
I
=n
Z
tỷ số biến của tổng trở
eBook for You
17
Khi n
u
#const, n

I
#const thì n
Z
#const  không phản ánh trung thành Z (tổng trở
phía thứ cấp)
->Khống chế bằng cách kiểm tra sai số BI,BU
*Ảnh hưởng của điện trở quá độ chỗ sự cố R
F
-Điện trở quá độ R
F
bao gồm:
+Điện trở hồ quang R
hq
chỗ NM (R
hq
tỷ lệ nghịch với I
N
xác định bằng thực
nghiệm, có tính thuần trở)
+Điện trở đất R
d
(NM chạm đất, có tính tác dụng,được quy định tuỳ theo U
dm
R
F
=R
d
+R
hq
R

F
làm tăng tổng trở của mạch vòng ngắn mạch; nhưng không gây mất chọn lọc.
Z
N’
=Z
N
+R
F
=(R
N
+R
F
)+jX
N
Thường R
F
làm thay đổi vùng tác động của rơle khoảng cách(từ vùng 1 sang
vùng 2->làm tăng thời gian làm việc của Z< từ
I
t
=0 đến
II
t
=
t∆
=0,3s)
Tính ảnh hưởng của R
F
: phương pháp xếp chồng
eBook for You

18
a.Mạch đẳng trị
b.Chế độ bình thường
c.Chế độ sự cố
eBook for You
19
-Ảnh hưởng của của dao động công suất
),(
2
*
1
*
EE=

góc truyền tải
Bình thường
db

==
21
->

=const ->P(

)=const ->U,I=const
Dao động công suất(không đồng bộ)
db

##
21

->

=var ->P(

)=var ->U,I=var
eBook for You
20
->

=180 trên đường dây U
T
=0
T-tâm dao động (tâm điện)
Với dòng điện I:
L
ZZZ
EE
Z
E
I
++
−
=
∑
∆
=
21
21
Giả thiết |E
1

|=|E
2
|=E ->
2
sinE2

=∆E
2
sin
2

∑
=
Z
E
I
Khi

=180
0
->
(3)
max
N
2E
I I
Z
∑
= >
trên đường dây

Z=U/I biến thiên theo chu kỳ +0, +II/2, +3II/2, 2II

=180 ->Z=U/I giảm mạnh -> Z< phản ứng như khi có ngắn mạch-> cắt
không chọn lọc đường dây -> phải khoá Z< không cho làm việc khi có dao động
điện
NM (dz/dt)
NM
=
∞
cho phép Z< tác động
Dao động (dz/dt)
DĐ
=0 khoá Z< ko cho tác động
eBook for You
21
NM t1=t2:
t∆
=t1-t2=0
Dao động t’
2
> t’
1 :
t∆
=t’
2
– t’
1
>0
 khoá Z<
Có thể sử dụng dR/dt thay cho dZ/dt để khoá Z<

eBook for You