..

TRẦN MINH DŨNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN

KỸ THUẬT ĐIỆN

MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
PHÉP ĐO TỔNG TRỞ CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
SỬ DỤNG PHẦN MỀM ASPEN ONELINER

TRẦN MINH DŨNG

2007-2009
Hà nội
2009

HÀ NỘI 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

MÔ PHỎNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
PHÉP ĐO TỔNG TRỞ CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH
SỬ DỤNG PHẦN MỀM ASPEN ONELINER

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ:

TRẦN MINH DŨNG

Người hướng dẫn khoa học: VS.GS.TSKH TRẦN ĐÌNH LONG

HÀ NỘI 2009


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn này được tác giả bắt đầu thực hiện từ khi chính thức được nhận
đề tài. Ngồi ra, trước khi đăng ký và nhận đề tài, tác giả đã có một số thời
gian thu thập tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau: sách, tạp chí, Internet, các tài
liệu kỹ thuật của các đơn vị trong và ngoài Tập đoàn Điện lực Việt nam.
Với những kết quả đạt được của luận văn, tác giả xin cam đoan đây là sản
phẩm do chính tác giả thực hiện và hồn thành.
Tác giả


i

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan

Mục lục

i

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

iv

Danh mục các bảng biểu

v

Danh mục các hình vẽ

vi

MỞ ĐẦU
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ TRÊN

1

HTĐ MIỀN BẮC
1.1 Giới thiệu về HTĐ miền Bắc

1

1.2 Các phương thức bảo vệ cơ bản và các loại rơle sử dụng

2


trên HTĐ miền Bắc
1.2.1 Các phương thức bảo vệ cơ bản

2

1.2.2 Các loại rơle sử dụng trên HTĐ miền Bắc

3

1.3 Quản lý vận hành và chỉnh định rơle bảo vệ trên HTĐ

3

Chương 2 - ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI RƠLE KHOẢNG CÁCH

6

ĐANG VẬN HÀNH TRÊN HTĐ MIỀN BẮC
2.1 Nguyên lý làm việc

6

2.2 Đặc tính làm việc

7

2.3 Cách thức tính tốn và chỉnh định rơle bảo vệ

9


2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ khoảng cách

13

2.4.1 Sai số của máy biến dòng và máy biến điện áp

13

2.4.2 Điện trở quá độ Rqđ tại chỗ ngắn mạch

14

2.4.3 Hệ số phân bố dòng điện

15

2.4.4 Ảnh hưởng của dao động điện

17

2.4.5 Ảnh hưởng của tụ bù dọc đường dây

20

2.5 Các phương thức truyền tín hiệu liên động trong bảo vệ

23


ii


khoảng cách
2.5.1 Sơ đồ truyền tín hiệu cho phép cắt

23

2.5.2 Sơ đồ truyền tín hiệu mở rộng vùng I

24

2.5.3 Sơ đồ so sánh hướng

25

2.6 Các loại rơle khoảng cách hiện đang sử dụng trên HTĐ

27

miền Bắc
2.6.1 Rơle khoảng cách của SIEMENS

28

2.6.2 Rơle khoảng cách của AREVA

41

2.6.3 Rơle khoảng cách của SEL

45


2.6.4 Rơle khoảng cách của ABB

47

Chương 3 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ BẰNG

49

PHẦN MỀM ASPEN ONELINER
3.1 Mục đích mơ phỏng hệ thống rơle bảo vệ

49

3.2 Giới thiệu chung về phần mềm ASPEN OneLiner

50

3.3 Phương pháp tính tốn ngắn mạch trong ASPEN OneLiner

51

3.4 Mô phỏng các phần tử HTĐ trong phần mềm ASPEN OneLiner 52
3.4.1 Nút (thanh cái)

52

3.4.2 Máy phát, tải và shunts

52


3.4.3 Đường dây truyền tải, tụ/kháng bù dọc

54

3.4.4 Máy biến áp

55

3.4.5 Hỗ cảm thứ tự không đường dây

59

3.5 Mơ phỏng tính tốn ngắn mạch trong ASPEN OneLiner

60

3.6 Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ ASPEN OneLiner

60

3.6.1 Các rơle q dịng và khoảng cách có sẵn trong

61

bộ phần mềm ASPEN OneLiner
3.6.2 Mơ phỏng các rơle q dịng và khoảng cách trong bộ

61


phần mềm ASPEN OneLiner
3.6.3 Sơ đồ khối q trình mơ phỏng rơle khoảng cách

64


iii

Chương 4 - ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ASPEN ONELINER ĐÁNH GIÁ

68

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÉP ĐO TỔNG TRỞ
TRONG RƠLE KHOẢNG CÁCH
4.1 Lựa chọn lưới điện cần mô phỏng

68

4.2 Mô phỏng các loại rơle khoảng cách

68

4.2.1 Rơle khoảng cách của SIEMENS

68

4.2.2 Rơle khoảng cách của ABB

69


4.2.3 Rơle khoảng cách của AREVA

70

4.2.4 Rơle khoảng cách của SEL

70

4.3 Mơ phỏng tính tốn điện trở hồ quang
4.3.1 Sơ đồ khối tính tốn điện trở hồ quang

71

4.3.2 Kết quả tính tốn điện trở hồ quang

73

4.3.3 Kết quả tính tốn tổng trở rơle đo được

75

4.3.4 Ảnh hưởng của điện trở sự cố đất đến tổng trở rơle

82

đo được
4.4 Tính tốn tổng trở rơle theo các phương án kết lưới của HTĐ
4.4.1 Các phương án kết lưới

82


4.4.2 Kết quả tính tốn

83

4.4.3 Nhận xét kết quả tính tốn

87

4.5 Kiểm tra sự làm việc chọn lọc của các bảo vệ khoảng cách

94

4.5.1 Sự cố trên đường dây Tràng Bạch – Hoành Bồ

94

4.5.2 Sự cố trên đường dây Hoành Bồ - Quảng Ninh, mạch 2

97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

99


iv


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ANSI

American National Standards

Viện tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ

Institute
EVN

Electricity of Vietnam

Tập đoàn điện lực Việt Nam

IEC

International Electrotechnical

Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế

Commission
IEEE

Institut of Electrical and

Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử

Electronics Engineers
HTĐ


Hệ thống điện

TBA

Trạm biến áp

MBA

Máy biến áp

MFĐ

Máy phát điện

NMĐ

Nhà máy điện

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

RLBV

Rơle bảo vệ



v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Tên bảng biểu

Trang

Bảng 1.1

Các loại rơle sử dụng trên HTĐ miền Bắc

3

Bảng 1.2

Thống kê rơle hư hỏng của các hãng rơle phổ biến

5

Bảng 1.3

Thống kê tỉ lệ rơle hư hỏng của các hãng rơle

5

Bảng 2.1


Khoảng cách tính tốn theo cấp điện áp

15

Bảng 2.2

Các loại rơle khoảng cách của các nhà sản xuất khác nhau

28

Bảng 2.3

Các giá trị dòng điện và điện áp sử dụng trong

33

xác định hướng
Bảng 4.1

Thông số các đường dây 220kV trong khu vực tính tốn

69

Bảng 4.2

Thơng số tổng trở đơn vị một số loại dây của

69

đường dây 220kV

Bảng 4.3

Các loại rơle khoảng cách trang bị cho các

70

đường dây 220kV
Bảng 4.4

Điện trở hồ quang với các dạng sự cố và các vị trí

75

sự cố khác nhau
Bảng 4.5

Tổng trở rơle đo tại đầu Tràng Bạch với các dạng

77

và vị trí sự cố
Bảng 4.6

Tổng trở rơle đo tại Tràng Bạch theo các mạch vòng

77

sự cố 2 pha đất (2LG)
Bảng 4.7


Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-pha, PA1

84

Bảng 4.8

Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-đất, PA1

85

Bảng 4.9

Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-pha, PA2

86

Bảng 4.10 Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-đất, PA2

86

Bảng 4.11 Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-pha, PA3

86

Bảng 4.12 Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch khi sự cố pha-đất, PA3

87


vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tên hình vẽ

Trang

Hình 2.1

Ngun lý đo lường tổng trở

7

Hình 2.2

Những đặc tính khởi động tổng trở thường gặp

9

Hình 2.3

Phối hợp tổng trở khởi động và thời gian giữa 3 vùng

10

tác động của bảo vệ khoảng cách
Hình 2.4

Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện KI đến đo lường


16

tổng trở trong rơle khoảng cách
Hình 2.5

Sự thay đổi của tổng trở đo được của rơle khi có

18

dao động điện
Hình 2.6

Phát hiện dao động điện

19

Hình 2.7

Điện kháng đo đầu đường dây phụ thuộc dung lượng bù

21

và vị trí

22

Hình 2.8

Bảo vệ khoảng cách trên đường dây có tụ bù dọc


22

Hình 2.9

Sơ đồ truyền tín hiệu cho phép cắt

24

Hình 2.10 Sơ đồ truyền tín hiệu mở rộng vùng I

25

Hình 2.11 Sơ đồ truyền tín hiệu khóa

26

Hình 2.12 Cấu trúc phần cứng của rơle kỹ thuật số 7SA522

29

Hình 2.13 Mạch vịng ngắn mạch pha-pha A-B

30

Hình 2.14 Mạch vịng ngắn mạch pha-đất C-O

30

Hình 2.15 Đặc tính đa giác


31

Hình 2.16 Xác định hướng với điện áp vng góc

32

Hình 2.17 Đặc tính hướng trong mặt phẳng R-X

34

Hình 2.18 Đặc tính MHO cơ bản

34

Hình 2.19 Đặc tính MHO phân cực

35

Hình 2.20 Đặc tính tác động đa giác của rơle 7SA511

37

Hình 2.21 Đặc tính tác động đa giác của rơle 7SA513

38


vii

Hình 2.22 Đặc tính tác động đa giác của rơle 7SA522 V4.2


39

Hình 2.23 Đặc tính đa giác của rơle P441, P442, P444

40

Hình 2.24 Đặc tính tổng trở của rơle P443, P445

42

Hình 2.25 Đặc tính đa giác của rơle EPAC3000

43

Hình 2.26 Đặc tính tổng trở của rơle P437

44

Hình 2.27 Đặc tính đa giác của rơle SEL321

46

Hình 2.28 Đặc tính đa giác của rơle REL100

47

Hình 2.29 Đặc tính đa giác của rơle REL511, REL521

48


Hình 3.1

Thành phần thứ tự thuận, nghịch, khơng của máy phát

53

Hình 3.2

Thành phần thứ tự thuận, nghịch, khơng của đường dây

54

Hình 3.3

Cấu hình cơ bản của MBA 2 cuộn dây

57

Hình 3.4

Cấu hình cơ bản của MBA 3 cuộn dây

59

Hình 3.5

Mơ phỏng sự cố trên thanh cái

60


Hình 3.6

Mơ phỏng sự cố trên đường dây

61

Hình 3.7

Lựa chọn tham số đặc tính q dịng trong ASPEN

63

OneLiner
Hình 3.8

Sơ đồ khối mơđun thể hiện các tham số rơle

64

Hình 3.9

Sơ đồ khối mơđun tính tốn mơ phỏng hoạt động của rơle

65

Hình 3.10 Sơ đồ khối mơđun vẽ đường đặc tính của rơle

66


Hình 3.11 Sơ đồ khối mơđun tính tốn thể hiện vectơ tổng trở

67

ngắn mạch
Hình 4.1

Sơ đồ kết dây 220kV khu vực Tràng Bạch-Hoành Bồ

71

-Quảng Ninh

72

Hình 4.2

Sơ đồ khối tính tốn mơ phỏng điện trở hồ quang

72

Hình 4.3

Quan hệ điện trở hồ quang theo vị trí sự cố và các dạng

76

sự cố
Hình 4.4


Tổng trở rơle theo từng mạch vòng đo lường với
sự cố 2 pha-đất

78


viii

Hình 4.5

Quan hệ tổng trở rơle đo theo vị trí sự cố và các dạng sự cố

79

Hình 4.6

Điện trở hồ quang theo vị trí sự cố, dạng sự cố và

80

điện trở đất
Hình 4.7

Điện trở hồ quang theo vị trí sự cố, dạng sự cố và

81

điện trở đất
Hình 4.8


Sơ đồ kết lưới phương án 2

83

Hình 4.9

Sơ đồ kết lưới phương án 3

84

Hình 4.10 Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch theo kết lưới

88

và vị trí sự cố pha-pha
Hình 4.11 Tổng trở đo tại đầu Tràng Bạch theo kết lưới

89

và vị trí sự cố pha-đất
Hình 4.12 Phân bố dịng điện khi sự cố pha-pha trên đường dây

90

Hồnh Bồ-Quảng Ninh (PA1)
Hình 4.13 Phân bố dịng điện khi sự cố pha-đất trên đường dây

92

Hồnh Bồ-Quảng Ninh (PA1)

Hình 4.14 Tác động của rơle khoảng cách khi sự cố pha-pha

95

tại 80% đường dây Tràng Bạch - Hồnh Bồ
Hình 4.15 Phân bố dịng điện khi sự cố pha-pha tại 80%

95

đường dây Tràng Bạch - Hồnh Bồ
Hình 4.16 Tác động của rơle khoảng cách khi sự cố pha-đất

96

tại 80% đường dây Tràng Bạch - Hồnh Bồ
Hình 4.17 Tác động của rơle khoảng cách khi sự cố pha-pha

96

tại 30% đường dây Hồnh Bồ - Quảng Ninh
Hình 4.18 Phân bố dịng điện khi sự cố pha-pha

97

tại 30% đường dây Hồnh Bồ - Quảng Ninh
Hình 4.19 Tác động của rơle khoảng cách khi sự cố pha-pha tại 30%
đường dây Hoành Bồ-Quảng Ninh (272 Quảng Ninh cắt)

98



MỞ ĐẦU
Trong lưới điện truyền tải của HTĐ Việt nam nói chung và HTĐ miền
Bắc nói riêng, bảo vệ khoảng cách đóng vai trị rất quan trọng trong việc đảm
bảo sự làm việc an toàn, tin cậy, nhanh, chọn lọc của hệ thống rơle bảo vệ.
Tất cả các đường dây truyền tải 220kV, 110kV hiện nay trên HTĐ miền Bắc
đều được trang bị ít nhất một bộ bảo vệ khoảng cách làm bảo vệ chính cho
đường dây. Những nghiên cứu về tính năng, nguyên lý hoạt động, cách thức
vận hành của bảo vệ khoảng cách đã được đề cập nhiều ở các tài liệu trong và
ngoài nước. Tuy nhiên, thực tế sử dụng rơle khoảng cách cho thấy còn nhiều
vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu trong đó có các yếu tố ảnh hưởng đến
phép đo tổng trở, sử dụng các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng các ảnh
hưởng này và kiểm tra tính chọn lọc của các rơle trong HTĐ.
Phần mềm ASPEN OneLiner sử dụng trong các đơn vị thuộc EVN với
các ứng dụng đồ họa cho phép người dùng mô phỏng một cách trực quan các
dạng sự cố từ đơn giản đến phức tạp, các đường đặc tính của rơle, theo dõi và
đánh giá sự tác động của các loại rơle khoảng cách khác nhau trên tồn HTĐ,
nhanh chóng phát hiện sự làm việc khơng chọn lọc của bảo vệ để có hiệu
chỉnh kịp thời, tránh sai sót có thể xảy ra trong q trình tính tốn.
Vì vậy, tác giả đã lựa chọn và nghiên cứu đề tài “Mô phỏng các yếu tố
ảnh hưởng đến phép đo tổng trở của bảo vệ khoảng cách sử dụng phần
mềm ASPEN OneLiner” nhằm đánh giá sự làm việc của rơle khoảng cách
hiện có trên HTĐ với các yếu tố ảnh hưởng như hiện tượng phân dòng, điện
trở hồ quang. Qua đó đề xuất và kiến nghị các giải pháp để nâng cao hơn nữa
sự vận hành tin cậy, chọn lọc cho hệ thống rơle bảo vệ trên HTĐ.
Luận văn được chia thành 4 chương với những nội dung chính như sau:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống rơle bảo vệ trên HTĐ miền Bắc.


- Chương 2: Đặc điểm của các loại rơle khoảng cách đang vận hành

trên HTĐ miền Bắc.
- Chương 3: Mô phỏng hệ thống rơle bảo vệ bằng phần mềm ASPEN
OneLiner.
- Chương 4: Ứng dụng phần mềm ASPEN OneLiner đánh giá các yếu tố
ảnh hưởng đến phép đo tổng trở trong rơle khoảng cách.
Qua luận văn này, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới VS.GS.
TSKH. Trần Đình Long đã hướng dẫn tận tình với những góp ý, nhận xét sâu
sắc để tác giả có thể hồn thành tốt đề tài nghiên cứu.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới những người bạn trong và
ngoài nước đã nhiệt tình cung cấp, trao đổi các tài liệu, sách báo mới nhất liên
quan đến đề tài nghiên cứu, cảm ơn các đồng nghiệp thuộc Trung tâm Điều
độ HTĐ miền Bắc-nơi tác giả đang công tác và gia đình đã ln động viên,
khuyến khích, tạo điều kiện cho tác giả có đủ thời gian n tĩnh để hồn thành
bản luận văn này.
Tác giả rất mong tiếp tục nhận được các ý kiến trao đổi để có thể hồn
thiện hơn các kết quả nghiên cứu.
Trân trọng ./.

Tác giả

.


1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ
TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC

1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC

Hệ thống điện (HTĐ) miền Bắc là một bộ phận cấu thành của HTĐ Quốc
gia, liên kết với các HTĐ miền Trung, miền Nam qua đường dây siêu cao áp
500kV. Ngoài hệ thống các nhà máy điện (NMĐ) (thuỷ điện, nhiệt điện,
điêzen..) trong miền, HTĐ miền Bắc được lấy nguồn từ đường dây 500kV tại
trạm biến áp (TBA) 500kV Hà Tĩnh, nguồn điện cấp từ Trung Quốc (phía
220kV từ TBA 220kV Lào Cai, Hà Giang, phía 110kV từ các TBA 110kV
Lào Cai, Hà Giang, Móng Cái). Tổng cơng suất các nguồn điện cấp cho phụ
tải miền Bắc khoảng 5600MW.
Lưới truyền tải 500kV, 220kV trải rộng khắp trên các vùng đồng bằng,
miền núi, trung du, miền biển, có kết cấu mạch vòng cho phép hỗ trợ từ nhiều
nguồn khác nhau, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Lưới điện 110kV vừa có
mạch vịng (kết nối các NMĐ cấp điện áp 110kV và phía 110kV của một số
TBA 220kV quan trọng), vừa có hình tia (cấp điện cho các phụ tải riêng biệt).
HTĐ miền Bắc hiện nay bao gồm 26 TBA 220kV (tổng công suất lắp đặt
khoảng 6700MVA) và 198 TBA 110kV (tổng công suất lắp đặt khoảng 9500
MVA).
Phụ tải bao gồm các hộ tiêu thụ công nghiệp (45.2%), sinh hoạt (44.5%),
kinh doanh, dịch vụ (5%), nông nghiệp (1.3%) và các ngành khác (4%). Công
suất phụ tải vào cao điểm khoảng 5300-5500 MW.
Như vậy, HTĐ miền Bắc khá đa dạng, trải trên diện rộng với địa hình
khác nhau và có các kết cấu nguồn, lưới điện phức tạp. Với đặc điểm đó, việc


2

xây dựng một hệ thống rơle bảo vệ đảm bảo độ tin cậy, chọn lọc, hiện đại
luôn là vấn đề được đặt ra và địi hỏi q trình nghiên cứu, kiểm tra, giám sát
liên tục để phát hiện sớm nhất những nguy cơ tiềm ẩn sự cố có thể xảy ra bất
cứ lúc nào trên HTĐ.
1.2 CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CƠ BẢN VÀ CÁC LOẠI RƠLE

SỬ DỤNG TRÊN HTĐ MIỀN BẮC
1.2.1 Các phương thức bảo vệ cơ bản
Trên lưới điện truyền tải hiện nay, các đối tượng bảo vệ chủ yếu là máy
biến áp (MBA), đường dây 220kV, 110kV và thanh cái. Trong phạm vi đồ ánnghiên cứu về bảo vệ khoảng cách- chúng ta chỉ xem xét các phương thức bảo
vệ cơ bản cho các đường dây trên HTĐ miền Bắc.
Hiện nay, các đường dây 220kV, 110kV được trang bị bảo vệ theo nhiều
phương thức khác nhau, bao gồm:
- Một bảo vệ khoảng cách và một bảo vệ q dịng có hướng (chủ yếu lưới
điện 110kV và một số đường dây 220kV trước đây).
- Hai bảo vệ khoảng cách làm việc song song.
- Hai bảo vệ khoảng cách và một bảo vệ q dịng có hướng.
- Một bảo vệ so lệch và một bảo vệ khoảng cách.
- Một bảo vệ so lệch, một bảo vệ khoảng cách và một bảo vệ q dịng có
hướng.
Các phương thức từ thứ hai trở đi chủ yếu sử dụng bảo vệ cho đường dây
220kV, trong đó phương thức sử dụng - một bảo vệ so lệch, một bảo vệ
khoảng cách và một bảo vệ q dịng có hướng- đang được sử dụng phổ biến
với các cơng trình mới đưa vào vận hành do tính tác động nhanh, khả năng
bảo vệ đa dạng, bảo vệ được đầy đủ các dạng sự cố và dự phòng cao cho
nhau.


3

Với các rơle kỹ thuật số, nhiều chức năng bảo vệ cùng được tích hợp
trong rơle, Tập đồn điện lực Việt nam (EVN) quy định cụ thể các sơ đồ
phương thức bảo vệ khác nhau cho đường dây truyền tải và phù hợp với kênh
truyền thông tin (xem [5] và phụ lục 1).
1.2.2 Các loại rơle sử dụng trên HTĐ miền Bắc
Việc thiết kế, chế tạo, ứng dụng của các loại rơle bảo vệ đã trải qua nhiều

giai đoạn phát triển khác nhau, từ các loại rơle cơ đến rơle tĩnh và ngày nay là
rơle kỹ thuật số. Với nhiều ưu điểm vượt trội, rơle kỹ thuật số đã được trang
bị để bảo vệ cho các thiết bị điện trên HTĐ Việt nam hiện nay, thay thế cho
các loại rơle cơ, rơle tĩnh trước kia, hoặc nếu còn tồn tại (rất ít), rơle cơ cũng
chỉ được sử dụng với mục đích dự phịng.
Hiện nay, hệ thống rơle bảo vệ trên HTĐ miền Bắc phần lớn sử dụng các
loại rơle do 4 nhà sản xuất chính: SIEMENS, ABB, AREVA, SEL. Ngồi ra
còn một số hãng rơle khác như Toshiba, Nari...
Bảng 1.1 Các loại rơle sử dụng trên HTĐ miền Bắc
Hãng

Loại rơle
Khoảng cách

Quá dòng

SIEMENS

7SA511, 513,
7SA522, 61x

7SJ511, 512, 600,
61/62

ABB

REL100, 511,
521, 531
PD551


AREVA

LFZR112
EPAC300
P44x, P43x

SEL

SEL321, 311C

So lệch

7UT512, 513, 613
7SS52, 7SS601
RET316, RET521
SPAJ140C, 141C
SPAD 346C,
SPAA341, 348
RADSB, REL 551,
SPAS348C, REF 54x
561
PQ721, 731
PS431, 441, 451
MCAG 34
LFCB102
KCGG140,142
KBCH120,130,140
KCEG140
P63x, P54x
P12x, P141

SEPAM1000
SEL351, SEL551

SEL387


4

Các TBA 220kV có thể được trang bị các loại rơle cùng loại hoặc khác
nhau do quá trình cải tạo, nâng cấp thiết bị. Tuy nhiên, có một số TBA sử
dụng đồng thời rơle của nhiều hãng đã gây khó khăn trong quá trình quản lý,
vận hành và tự động điều khiển trạm (xem thống kê chi tiết các loại rơle bảo
vệ tại các trạm 220kV trong phụ lục 2).
1.3 QUẢN LÝ VẬN HÀNH VÀ CHỈNH ĐỊNH RƠLE BẢO VỆ TRÊN
HTĐ
Các thiết bị rơle bảo vệ do các đơn vị truyền tải , phân phối quản lý, sở
hữu, thí nghiệm hiệu chỉnh. Các đơn vị điều độ tính tốn, ban hành phiếu trị
số chỉnh định rơle bảo vệ phù hợp với những thay đổi kết dây trên HTĐ. Trị
số chỉnh định rơle do cấp điều độ ban hành được thể hiện dưới dạng các phiếu
chỉnh định, lưu tại điều độ và các đơn vị quản lý.
Khi một đường dây hoặc TBA chuẩn bị đưa vào vận hành, cần tiến hành
tính toán trị số rơle bảo vệ của các thiết bị mới, đồng thời kiểm tra lại sự làm
việc của rơle bảo vệ tại các thiết bị liên quan. Điều này được thực hiện bằng
các phần mềm tính tốn: PSS/E, ASPEN.. Trong đó, ASPEN là phần mềm
chun dụng cho phép mơ phỏng đầy đủ các loại rơle trên HTĐ với các loại
sự cố và chế độ làm việc không đối xứng khác nhau.
Theo thống kê tình trạng làm việc của rơle bảo vệ với các hãng khác nhau
(xem bảng 1.2 và 1.3), tỉ lệ hư hỏng phải thay mới rơle của AREVA lớn nhất
(4.86%). Tỉ lệ hư hỏng rơle của AREVA trên tổng số rơle sử dụng cũng lớn
nhất (7.4%).

Các lỗi thường gặp của rơle như: hư hỏng khối nguồn, tác động sai hay
làm việc không ổn định tập trung chủ yếu vào nhóm rơle của AREVA; màn
hình mờ, hư hỏng bàn phím, hư hỏng modul nhị phân đầu vào, hư hỏng khối


5

đo lường, đèn block sáng đỏ thường gặp đối với rơle của SIEMENS; hư hỏng
nội bộ, hư hỏng tiếp điểm đầu ra thường gặp đối với rơle của ABB.
Bảng 1.2 Thống kê rơle hư hỏng của các hãng rơle phổ biến
Hãng

Tổng số
rơle sử
dụng

Số lượng
hư hỏng
thoáng qua

Số lượng
hư hỏng
sửa chữa
được

Số lượng
hư hỏng
phải thay
mới


Tổng số
hư hỏng

ABB

491

2

3

21

26

AREVA

1029

9

17

50

76

SEL

571


3

4

4

11

SIEMENS

1406

13

12

37

62

Tổng

3497

27

36

112


175

Bảng 1.3 Thống kê tỉ lệ rơle hư hỏng của các hãng rơle
Hãng

Tỉ lệ hư
Tỉ lệ hư hỏng Tỉ lệ hư hỏng Tỉ lệ hư hỏng (trên
hỏng thoáng
sửa chữa
phải thay
tổng số sử dụng
qua
được
mới
của từng hãng)

ABB

0.4%

0.61%

4.28%

5.3%

AREVA

0.87%


1.65%

4.86%

7.4%

SEL

0.53%

0.70%

0.70%

1.93%

SIEMENS

0.92%

0.85%

2.63%

4.41%

Tổng

0.77%


1.03%

3.20%

5.00%


6

CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI RƠLE KHOẢNG CÁCH
ĐANG VẬN HÀNH TRÊN HTĐ MIỀN BẮC

2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Các nghiên cứu về ứng dụng của bảo vệ quá dòng trong hệ thống lưới
điện truyền tải đã khẳng định rằng: trong nhiều trường hợp, ngay cả sử dụng
bảo vệ quá dòng có hướng, tính chọn lọc và độ nhạy của bảo vệ q dịng
cũng gặp rất nhiều khó khăn và nhiều khi khơng thể thực hiện được. Khi đó,
bảo vệ khoảng cách là một trong những giải pháp hữu hiệu được sử dụng để
bảo vệ hệ thống điện.
Bảo vệ khoảng cách làm việc dựa trên nguyên lý đo lường tổng trở thơng
qua tính tốn tỉ số giữa điện áp và dịng điện tại điểm đặt rơle. Có nhiều
phương pháp đo lường tổng trở khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu rơle định thiết
kế và nhà sản xuất.
Một cách đơn giản, xem xét một rơle đặt tại đầu A của đường dây tải điện
AB (hình 2.1,a).
Khi có sự cố 3 pha tại một điểm N trên đường dây AB cách đầu A một
khoảng l (km), điện áp đo tại rơle :
VR = l.ZLo.IR


(2.1)

trong đó: ZLo = tổng trở đơn vị của đường dây AB (Ohm/km).
Rơle sẽ tính tốn được tổng trở là tỉ số giữa giá trị điện áp và dòng điện đo
lường:
ZR = VR/IR = l.ZLo

(2.2)

Giá trị tổng trở đo được tỉ lệ với khoảng cách từ vị trí sự cố tới điểm đặt
rơle. Vì vậy, rơle đo lường tổng trở cịn được gọi là rơle khoảng cách.


7

Giả sử ls là vùng đường dây cần bảo vệ.
Rơle khoảng cách sẽ làm việc với các điểm sự cố có l ≤ ls

(2.3)

hay là :

(2.4)

ZR ≤ ZRs = ls .ZLo

Như vậy, bảo vệ khoảng cách có thể làm việc hồn tồn chọn lọc, khơng
phụ thuộc vào chế độ và cấu trúc của hệ thống điện (một hay nhiều máy phát
làm việc, tình trạng đóng cắt của các đường dây khác..).

l [km]
a)

(ZAN = RAN + jXAN)

A

B
N

HT
Z<

Rqđ
N’

b)

jX

c)

B
ZAB

B

XAB
ZAB
ZAN

φd
A

jX

Zkđ

ZAB
N’

Vùng khởi
động của bảo
vệ khoảng cách

Z’AN
φd

φ’N
RAB

R

A

Rqđ

Hình 2.1 Nguyên lý đo lường tổng trở
a) Sơ đồ lưới điện; b) Tổng trở khi sự cố;
c) Đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách.


2.2 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC

R


8

Trong rơle khoảng cách, tổng trở đo lường thường được biểu diễn dưới
dạng vectơ trên mặt phẳng phức, trục tung là trục điện kháng jX, trục hoành là
trục điện trở R (hình 2.1,b).
Tổng trở đường dây ZAB = RAB + jXAB là vectơ nghiêng so với trục hồnh
một góc phụ thuộc tương quan giữa điện kháng XAB và điện trở RAB, ta có:

⎛X ⎞
ϕ D = arc tan ⎜⎜ AB ⎟⎟
⎝ R AB ⎠

(2.5)

Khi ngắn mạch trực tiếp xảy ra tại điểm N trên đường dây, tổng trở đo
được tại điểm đặt bảo vệ (đầu A):
ZAN = RAN + jXAN

(2.6)

Trị số tổng trở giảm đột ngột nhưng độ nghiêng của vectơ tổng trở không
thay đổi.
Khi ngắn mạch qua điện trở quá độ Rqđ (thường là tổng điện trở hồ quang
Rhq phát sinh tại chỗ ngắn mạch và điện trở của mạch vòng đất Rđ):
Rqđ = Rhq + Rđ


(2.7)

và tổng trở đo được:
ZAN = RAN + jXAN + Rqđ

(2.8)

Tổng trở này có trị số lớn hơn nhưng góc nghiêng của vectơ tổng trở giảm
đi (hình 2.1,b).
Đối với bảo vệ khoảng cách làm việc không thời gian, để tránh tác động
nhầm khi có ngắn mạch ở đầu phần tử tiếp theo, tổng trở khởi động của bộ
phận khoảng cách phải chọn bé hơn tổng trở đường dây:
Zkđ = K.ZAB

(2.9)

Hệ số K thường chọn trong khoảng (0,8÷0,85) có xét đến sai số của máy
biến dòng điện, biến điện áp và một số ảnh hưởng gây sai số khác.
Dạng đặc tính tác động của chức năng tổng trở có xét đến điện trở quá độ
được biểu diễn trong hình 2.1,c.


9

Trong thực tế, đặc tính tác động của rơle khoảng cách được sử dụng trong
hệ thống điện rất đa dạng (hình 2.2) nhằm đáp ứng tốt hơn điều kiện vận hành
của hệ thống.
jX


a)

b)

jX

jX

c)

Zd

Zd

φd

Zd

φd

R

0

φd

R

0


R

0

f)

jX
Zd

d)

jX

e)

Zd

jX

Zd
φd

R

0
φd
0

φd


R

R

0

Hình 2.2 Những đặc tính khởi động tổng trở thường gặp
a) Tổng trở khơng hướng; b)Vịng trịn qua gốc (MHO); c)Vòng tròn
lệch tâm (offset MHO); d) Dạng thấu kính; e) và g) Đặc tính tứ giác
2.3 CÁCH THỨC TÍNH TỐN VÀ CHỈNH ĐỊNH RƠLE BẢO VỆ

Rơle khoảng cách dùng để bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều
vùng tác động và nhiều hướng tác động khác nhau ( hướng thuận, hướng


10

nghịch hoặc không hướng).
Thông thường, bảo vệ khoảng cách gồm 3 vùng khởi động, hướng thuận
(hướng từ thanh cái ra đường dây) (hình 2.3)

a)

A

B

C

ZAB


HT

ZBC
N1

D

ZCD
N2

ZA<

ZB<

ZC<

b)
t
tIIIA

tIA
A

tIIA

tIIB

tIB


tIC
C

B
ZIA=0,8ZAB

tIIIB

ZIB=0,8ZBC

tIIC

D
ZIC=0,8ZCD

ZIIA=0,8(ZAB+ZIB)
ZIIIA=0,8[ZAB+0,8(ZBC+ZIC)]

Hình 2.3 Phối hợp tổng trở khởi động và thời gian giữa
3 vùng tác động của bảo vệ khoảng cách a) Sơ đồ lưới điện
b) Phối hợp tổng trở và thời gian giữa các vùng
Vùng I : bao trùm khoảng 80-90% chiều dài đường dây được bảo vệ:

Z IA = k at .Z& AB

(2.10)


11


Trong đó, hệ số an tồn kat = 0,8 ÷ 0,9 có xét đến sai số của các mạch đo
lường (biến dòng điện, biến điện áp), của bản thân rơle và của việc xác định
thông số tổng trở, chiều dài của đường dây AB.
Thời gian tác động của bảo vệ vùng I: tI = 0 s.
Vùng II: bao trùm hết chiều dài đường dây được bảo vệ và dự phòng cho
bảo vệ vùng I của đường dây tiếp theo:

Z IIA = k at .( Z& AB + Z IB )

(2.11)

Trong đó, Z IB : tổng trở khởi động vùng I của bảo vệ đầu B đường dây
tiếp theo.
Hệ số an toàn kat được chọn tương tự như vùng I để đảm bảo phối hợp
chọn lọc giữa hai đường dây liền kề.
Thời gian tác động của bảo vệ vùng II: tII ≥ (0 + Δt) s.
Bậc thời gian Δt chọn theo điều kiện đảm bảo chọn lọc = (0,3 ÷ 0,5) s.
Δt = 0,5 đối với rơle điện cơ và Δt = 0,3 ÷ 0,35 đối với rơle số.
Nếu từ thanh cái cuối đường dây AB có nhiều đường dây ra, đường dây
có chiều dài ngắn nhất được chọn để phối hợp với tổng trở vùng II của đường
dây AB đang xét.
Đồng thời, Z IIA ít nhất phải bao trùm 120% chiều dài đường dây AB để
đảm bảo độ nhạy khi sự cố trên thanh góp cuối đường dây.
Vùng III: bao trùm hết chiều dài đường dây tiếp theo và dự phòng cho bảo
vệ vùng I của đường dây liền kề tiếp theo:

[

I
&

&
Z III
A = k at . Z AB + k at .( Z BC + Z C )

]

(2.12)

Trong đó, Z CI : tổng trở khởi động vùng I của bảo vệ đầu C đường dây
liền kề với đường dây tiếp theo.
Hệ số an toàn kat được chọn tương tự như vùng I để đảm bảo phối hợp
chọn lọc giữa hai đường dây liền kề.


12

Nếu từ thanh cái cuối đường dây AB có nhiều đường dây ra, đường dây
có chiều dài lớn nhất được chọn để phối hợp với tổng trở vùng III của đường
dây AB đang xét.
Ngoài ra, trong một số tài liệu [8], tổng trở khởi động vùng III cũng có thể
được tính theo tổng trở làm việc nhỏ nhất:
Z III
A =
trong đó:

Z& lv min
k tc .k mm .k tv

Z& lv min =


U lv min
3.I lv max

(2.13)
(2.14)

ktc = 1,2 – hệ số tin cậy; kmm = 1,3 – hệ số mở máy;
ktv = 1,05÷ 1,1 – hệ số trở về của phần tử khoảng cách.
Tuy nhiên, trong thực tế, việc tính tốn theo cách này không hợp lý, đặc
biệt với rơle số [6]. Đối với lưới truyền tải, góc tải thường nhỏ hơn 20o ÷ 30o
so với trục điện trở R trong khi góc tổng trở đường dây thường lớn hơn 60o và
các rơle được định hướng theo góc này hoặc theo trục điện kháng X chứ
khơng theo trục R. Ngồi ra, trong rơle số thường có thêm chức năng khóa
rơle trong vùng xâm lấn của tải (load encroachment), do đó các giá trị đặt của
rơle càng không phụ thuộc vào các chế độ tải.
Thời gian tác động của bảo vệ vùng III: tIII ≥ (tII + Δt) s.
Đặc điểm dự phòng cho nhau của các vùng bảo vệ khoảng cách của các
đường dây liền kề được thể hiện rất rõ trong hình 2.3,b.
Sau khi xác định các trị số tổng trở các vùng của bảo vệ khoảng cách, các
giá trị này thường được qui đổi về phía thứ cấp trước khi cài đặt vào rơle:

Z tc =

nI
.Zsc
nU

trong đó, nI = tỉ số biến dòng điện đầu vào rơle
nU = tỉ số biến điện áp đầu vào rơle


(2.15)