Bài giảng Hệ thống rơle bảo vệ nhà máy điện & trạm biến áp - Nguyễn Xuân Tùng

10/6/2013 Giảng viên: TS. Nguyễn Xuân Tùng
HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ
Bộ môn Hệ thống điện
Đại học Bách khoa Hà Nội
tunghtd@gmail.com
NHÀ MÁY ĐIỆN & TRẠM BIẾN ÁP
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Phần 01: Tổng quan rơle kỹ thuật số của hãng ABB
 Phần 02: Các nguyên lý bảo vệ cơ bản
 Phần 03: Rơle kỹ thuật số RET 521
 Phần 04: Rơle kỹ thuật số REG 216
 Phần 05: Rơle kỹ thuật số REL 561
 Phần 06: Rơle kỹ thuật số REB 670
 Phần 07: Tính toán thông số chỉnh định
2
Nội dung
Tổng quan rơle kỹ thuật số 
của hãng ABB
Phần 01
3
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Làm việc tin cậy, giao diện & truy cập thuận 
tiện
 Tích hợp: bảo vệ, điều khiển & đo lường
 Chuẩn truyền thông: IEC 61850; IEC 60870-
5-103; DNP 3, MODBUS và PROFIBUS.
 Phát triển từ những năm 1900
1905: Rơle thương mại đầu tiên
 Phần mềm CAP hỗ trợ
Quản l{
Cài đặt
Phân tích sự cố
4
Đặc điểm
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Rơle điện cơ: lịch sử hơn 100 năm
 Rơle tĩnh (bán dẫn): từ những năm 1960
 Rơle với bộ vi xử l{: 1980
Bộ vi xử l{ thực hiện thuật toán
Lọc tín hiệu: loại tương tự 
 Rơle hoàn toàn kỹ thuật số: 1986
RELZ 100 (bảo vệ khoảng cách)
5
Quá trình phát triển
REG 100
RELZ 100
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Hợp bộ bảo vệ họ 500 (500 series)
 Giới thiệu từ năm 1994
 Ghép nối của các modun riêng lẻ
Modun đầu vào
Modun chuyển đổi tín hiệu A/D
Modun vi xử l{; modun nguồn dc/dc
Modun truyền tin (ví dụ cho các bảo vệ so lệch)... 
 Modun riêng lẻ:
Tăng độ tin cậy nói chung
Linh hoạt trong cấu hình 
Giảm chi phí đầu tư
6
Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Các hợp bộ tiêu biểu họ 500
 REL 501, 511, 521: hợp bộ khoảng cách cho lưới trung áp & 
truyền tải (511, 521)
 REL 531: bảo vệ khoảng cách tác động
nhanh
 REL 551 & 561 (1994): so lệch dọc
Truyền tin kỹ thuật số
 RET 521 (1998): thời gian tác động tối đa chỉ 21ms
Máy biến áp công suất lớn
Máy biến áp tự ngẫu 1 hoặc 3 pha
Tổ máy phát – máy biến áp nối bộ
Các bộ OLTC...
7
Quá trình phát triển
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Giai đoạn hiện tại
 Phát triển sang thế hệ 670
 Kế thừa thuật toán từ họ 316 & 500
 Tốc độ xử l{ cải thiện đáng kể
 Tuân theo chuẩn kết nối IEC61850
 Đồng bộ thời gian theo tín hiệu GPS
 Giao diện thân thiện:
Hiển thị sơ đồ một sợi
Dễ dàng truy cập
8
Quá trình phát triển
Biến dòng điện và biến điện áp 
phục vụ mục đích bảo vệ rơle
Phần 02
9
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Tên gọi chung: BI, CT, TI
 Nhiệm vụ:
Biến đổi tỷ lệ dòng điện sơ cấp thứ cấp (5A hoặc 1 A)
Cách ly mạch sơ cấp và thứ cấp
Tạo sự phối hợp dòng điện giữa các pha
10
Máy biến dòng điện1.1
BI cao áp BI hạ áp Sơ đồ nguyên l{
Isơ cấp*wsơ cấp = Ithứ cấp*wthứ cấp
Nguyên l{ hoạt động
CT: Current Transformer (tiếng Anh)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Sơ đồ thay thế
 Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa
 Điện áp xuất hiện phía thứ cấp
Vthứ cấp=Ithứ cấp*(Zcuộn thứ cấp+Zdây dẫn phụ + Zthiết bị nối vào)
 Tải tăng Vthứ cấp tăng tăng dòng từ hoá Ie tăng sai số của 
BI
11
Máy biến dòng điện
Vthứ cấp
1.1
Zcuộn thứ cấp
BI lý tưởng
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Đặc tính từ hóa của BI
 Quan hệ giữa dòng điện từ hóa cần thiết (Ie) để sinh ra một điện 
áp hở mạch V
 Điểm gập VK:
Là một điểm trên đường cong từ hóa
Từ đó: để tăng điện áp lên thêm 10% cần tăng dòng từ hóa 50%
12
Máy biến dòng điện1.1
Điện áp điểm gập VK
(Knee-point)
Vùng làm việc tuyến tính
Vùng bão hòa
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Đặc tính từ hóa của BI
 Thí nghiệm xác định đặc tính từ hóa
13
Máy biến dòng điện1.1
Bộ tạo dòng
BI
Bảng kết quả
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Qui ước cực tính
Cần thiết với : bảo vệ làm việc dựa theo 
hướng dòng điện.
Cực tính cùng tên được đánh dấu : hình 
sao, chấm tròn, chấm vuông...
 Trên bản vẽ: cực tính cùng tên vẽ cạnh 
nhau.
 Xác định nhanh cực tính BI:
Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp qua 
rơle không đổi chiều
14
Máy biến dòng điện1.1
Rơle
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Qui ước cực tính
15
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Hiện tượng hở mạch thứ cấp BI
 Gây quá điện áp nguy hiểm
16
Máy biến dòng điện1.1
BI lý tưởng
Hở mạch
o Hở mạch thứ cấp: toàn bộ dòng sơ cấp làm nhiệm vụ từ hóa lõi từ
o Lõi từ bị bão hòa
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Hiện tượng hở mạch BI
 Dạng sóng điện áp đầu ra của BI khi hở mạch
17
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Hiện tượng hở mạch BI
 Cơ cấu nối tắt mạch dòng khi tháo thiết bị nhị thứ
18
Rơle, 
đồng hồ 
đo...
Rơle, 
đồng hồ 
đo...
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Tải danh định & Cấp chính xác
 Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác 
nhau.
 Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuz 
thuộc vào loại tải.
 Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):
Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.
Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện
Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC 
Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.
19
Thông số của máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
So sánh BI dùng cho đo lường – bảo vệ rơle
20
Thông số của máy biến dòng điện1.1
Hạng mục so sánh BI dùng cho đo lường BI dùng cho bảo vệ rơle
Phạm vi hoạt động chính 
xác
(0,05÷1,2)x Iđịnh mức 
(Đo dòng tải bình thường hoặc 
quá tải cho phép)
tới (10-20-30)x Iđịnh mức 
(Đảm bảo đo được dòng sự cố)
Lõi từ Bão hòa nhanh để bảo vệ 
các dụng cụ đo khi sự cố, 
dòng điệntăng cao
Điện áp bão hòa cao hơn 
(VK)
(khó bị bão hòa)
Độ chính xác Độ chính xác cao
 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC
 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với 
chuẩn IEEE
Độ chính các thấp hơn
 5P hoặc 10P theo chuẩn IEC
Thiết bị nối tới kW, KVar, A, kWh, 
kVArh
Rơle, bộ ghi sự cố
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
BI cho bảo vệ rơle
 Công suất định mức
 Cấp chính xác
 Có thêm thông số ALF: hệ số giới 
hạn dòng điện theo độ chính xác
21
Ví dụ thông số của máy biến dòng điện1.1
5P20 30VA
Cấp chính xác 5P
P: dùng cho mục 
đích bảo vệ rơle
(Protection) Hệ số giới hạn dòng: 20
Tại 20 lần dòng định mức, BI vẫn 
đảm bảo sai số theo tiêu chuẩn
Công suất định mức 30VA
BI cho đo lường
 Công suất định mức
 Cấp chính xác
30VA Cấp chính xác 0,5
Cấp chính xác 0,5
Công suất định mức 30VA
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Dùng cho mục đích đặc biệt
Bảo vệ so lệch thanh góp
 Có rất nhiều BI
 Các BI phải có cùng đặc tính làm việc để giảm dòng không cân bằng
 Biến dòng cấp X: thông số được cho chi tiết hơn
Dòng định mức
Tỷ số biến
Điện áp điểm gập VK
Dòng điện kích từ ứng với điện áp điểm gập
Điện trở lớn nhất cho phép phía mạch nhị thứ
22
Máy biến dòng điện cấp X1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Tìm hiểu thông số của BI
Với mục đích bảo vệ rơle
23
Máy biến dòng điện1.1
5P20 30VA
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Thực tế, mỗi BI có thể có:
1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - Mục đích đo lường
2 tới 4 cuộn thứ cấp - Ứng dụng bảo vệ rơle.
24
Máy biến dòng điện1.1
Cuộn sơ cấp
Các cuộn thứ cấp
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Thiết kế BI phổ biến
 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất 
(Dead tank type), dây thứ cấp chạy uốn theo hình chữ U
 Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live 
tank type), dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.
 Loại hỗn hợp
25
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
BI loại thùng chứa bên dưới (Dead tank)
Trọng tâm thấp, ổn định về mặt cơ khí
Có thể chế tạo với lõi từ loại to mà không 
gây quá tải về mặt cơ khí đối với sứ cách 
điện
Dây sơ cấp có chiều dài lớn nên gây phát 
nóng nhiều hơn hạn chế về dòng ổn 
định nhiệt (lớn nhất 63kA/1 giây)
26
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
BI loại thùng chứa bên trên (Live tank)
Dây dẫn sơ cấp ngắn, giảm phát nhiệt
Có dòng định mức và dòng ổn định nhiệt 
cao hơn
Trọng tâm cao hơn, kém ổn định về mặt cơ 
khí so với loại thùng chứa dưới (dead tank)
Khi chế tạo với lõi từ lớn có thể gây tải 
trọng lớn về mặt cơ khí đối với sứ cách 
điện.
Khó làm mát các cuộn thứ cấp 
 Loại hỗn hợp
27
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Nguyên lý: 
Dùng 3 BI riêng biệt
 Do sử dụng 3 BI riêng biệt nên sẽ có sai số giữa các BI
 Ở chế độ bình thường, phía sơ cấp là đối xứng: luôn có dòng điện chạy qua 
rơle do sai số của BI
 Chỉ sử dụng đo dòng chạm đất lớn dùng ở mạng điện có dòng chạm đất lớn: 
mạng điện trung tính nối đất trực tiếp
28
Bộ lọc dòng điệnthứ tự không (I0)1.1
Ia
Ib
Ic
Role
Ia Ib Ic 3I0+ + =
Role
3I0
Vẽ rút gọn
Ia+Ib+Ic=3I0
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Dùng BI thứ tự không (Flux Summation CT hoặc Core Balance CT)
 Biến dòng có một lõi từ hình xuyến
 Cuộn dây được phân bố đều trên lõ
 Dây dẫn sơ cấp chạy xuyên qua lõi từ (đường kính trong 10÷25 cm)
29
1.1
Đấu sai Đấu đúng
Bộ lọc dòng điệnthứ tự không (I0)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
BI thứ tự không
 Đấu đúng: dây nối đất vỏ cáp chạy xuyên qua lõi từ
30
Máy biến dòng điện1.1
Rơle
Vỏ kim loại của cáp
BI0
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
BI thứ tự không
 Ngược lại - đấu sai: dây nối đất vỏ cáp không chạy xuyên qua lõi 
từ
 Dòng điện chạy qua vỏ cáp có thể triệt tiêu dòng điện sự cố 
(hoàn toàn hoặc một phần): rơle có thể không nhận được thông 
tin sự cố.
31
Máy biến dòng điện1.1
Rơle
Vỏ kim loại của cáp
BI0
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Đấu nối BI để lọc thành phần TTK
Ứng dụng của BI thứ tự không
 Do chỉ sử dụng một lõi từ sai số đo lường rất nhỏ
 Sử dụng cho các mạng điện có dòng chạm đất nhỏ (mạng điện có trung tính 
cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang)
 Do cả 3 pha chạy qua lõi từ đường kính lõi từ lớn kích thước BI lớn 
thích hợp để trang bị với đường cáp hoặc đầu cực máy phát điện
32
Máy biến dòng điện1.1
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao (Aptomat chống giật)
33
Ứng dụng thực tế của BI thứ tự không1.1
Nút bấm thử nghiệm
Điện trở mạch thử nghiệm
Cuộn dây mạch thử nghiệm
Tải
(VD:Bình nóng lạnh)
Sự cố chạm vỏ
(chạm đất)
Cuộn lấy tín hiệu dòng 
chạm đất (dòng so lệch)
Cuộn hút củ ... R: bộ điều khiển kích từ (điều chỉnh điện áp)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Hệ thống kích từ có thể chia ra 3 loại:
Hệ thống kích từ một chiều (DC)
Hệ thống kích từ xoay chiều (AC) – Không vành trượt.
Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp
324
Các loại hệ thống kích từ
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
1. Hệ thống kích từ một chiều (DC):
325
Các loại hệ thống kích từ
 Hệ thống kích từ một chiều: hiện tại vẫn còn tồn tại, thường dùng cho các máy phát 
có công suất <100MVA.
 Hệ thống gồm 02 máy phát một chiều quay cùng trục với máy phát chính:
 Máy phát kích từ chính (ME): cấp điện áp kích từ cho máy phát chính
 Máy phát kích từ phụ (AE): cấp kích từ cho máy phát kích từ chính ME
 Máy kích từ phụ được kích từ bằng dòng điện qua bộ điều khiển kích từ AVR
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
1. Hệ thống kích từ một chiều (DC):
326
Các loại hệ thống kích từ
 Công suất của nguồn cấp cho kích từ máy phát phụ và thiết bị chỉnh lưu có điều khiển 
rất nhỏ (hệ thống hai máy phát một chiều có thể cung cấp khả năng khuyếch đại công 
suất tới tỷ số 600/1)
 Nhược điểm:
 Thời gian đáp ứng chậm
 Do vẫn dùng chổi than-vành góp nên thường xuyên phải thay thế.
 Vẫn sử dụng hệ thống vành trượt đưa công suất kích từ vào máy phát chính.
 Hệ thống này đang dần dần bị thay thế bởi các hệ thống kích từ thế hệ sau
Vành góp
Vành trượt (slip ring)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
2. Hệ thống kích từ xoay chiều (AC) – Không vành trượt:
327
Các loại hệ thống kích từ
 Không cần hệ thống vành trượt, vành góp
 Thời gian đáp ứng của quá trình điều chỉnh nhanh hơn
 Công suất của hệ thống nguồn kích từ nhỏ (1/20 (30))
 Hệ thống vẫn được sử dụng trong công nghiệp vì không yêu cầu một nguồn kích từ 
riêng biệt quá lớn
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp:
328
Các loại hệ thống kích từ
 Nguồn cấp cho hệ thống kích từ có thể lấy từ đầu cực máy phát hoặc từ hệ thống tự 
dùng
 Cần có biến kích từ để biến đổi điện áp cho phù hợp
 Một giải pháp khác: lấy công suất cấp cho kích từ từ hệ thống biến dòng điện và biến 
điện áp – Với giải pháp nà : điệ áp cấp cho kích từ ít bị ảnh hưởng bởi ngắn mạch 
gần hoặc sụt giảm điện áp đầu cực. 
Máy
phát
MBA kích từ
Từ hệ thống
tự dùng
Từ đầu cực
máy phát
Vành trượt
Máy
phát
Biến điện áp
(BU)
Biến dòng điện
(BI)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
3. Hệ thống kích từ dùng chỉnh lưu trực tiếp:
329
Các loại hệ thống kích từ
 Để giảm tổn thất trong bộ hệ thống kích từ: dùng hai bộ chỉnh lưu có điều khiển
 Một bộ dùng trong chế độ bình thường (chế độ xác lập)
 Một bộ dùng trong chế độ cần cung cấp kích từ cưỡng bức (cường hành kích thích)
 Thời gian đáp ứng điều khiển nhanh.
 Trong chế độ diệt từ: bộ chỉnh lưu có thể điều khiển trở thành bộ nghịch lưu tiêu thụ 
năng lượng thừ trong cuộn roto. 
Cường hành
kích thích
Kích từ ở 
chế độ bình
thường
MBA kích từ
Tới cuộn kích
từ máy phát
chính
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
330
Các chế độ vận hành của bộ điều khiển kích từ
 Bộ kích từ cho phép điều khiển máy phát với các chế độ vận hành
khác nhau
Chế độ duy trì điện áp đầu cực (AVR):
 Điện áp được duy trì không đổi
 Dùng khi máy phát làm nhiệm vụ giữ điện áp
nút hoa tiêu
 Hoặc khi máy phát vận hành độc lập
Chế độ duy trì hệ số công suất (PF):
 Điều khiển lượng Q phát ra tỷ lệ với lượng P 
đang phát duy trì cosϕ
 Có thể dùng khi máy phát nối lưới
Chế độ duy trì lượng công suất phản
kháng (VAR) :
 Lượng công suất phản kháng của máy phát
được duy trì không đổi
 Có thể dùng khi máy phát nối lưới
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Sơ đồ khối của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp máy phát
331
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Khâu đo lường: đo tần số, dòng điện, điện áp, tốc độ quay
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Bộ phận bù tải: được sử dụng khi cần điều khiển giữ không đổi điện
áp tại nút phụ tải phía xa.
 Điện áp rơi trên tổng trở từ máy phát đến tải:
Với: Vc: điện áp cần bù
Vg: điện áp đầu cực máy phát
Rc & Xc: tổng trở từ máy phát đến tải
 Khi không cần bù tải: đặt Rc=0; Xc=0 khi đó sẽ giữ điện áp tại đầu
cực máy phát
332
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Bộ so sánh
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Bộ giới hạn dòng kích từ: giới hạn dòng kích từ cực đại và cực tiểu
Cuộn kích từ bị giới hạn về mặt phát nóng do đó phải giới hạn dòng kích từ
cực đại
Với các hệ thống hiện đại: sử dụng hệ thống giới hạn dòng kích từ cực đại
nhiều bậc: dòng kích từ lớn nhất cho phép tùy thuộc vào khoảng thời gian tồn
tại.
Hệ thống giới hạn dòng kích từ là cần thiết để ngăn ngừa quá tải khi máy phát
làm việc với hệ thống: tránh trường hợp thiếu công suất phản kháng lớn và
máy phát sẽ cố điều chỉnh để bù lại sự thiếu hụt này.
333
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Bộ giới hạn dòng kích từ: giới hạn dòng kích từ cực đại và cực tiểu
Giới hạn dòng kích từ cực tiểu: cần thiết phải giữ một ngưỡng tối thiểu của
dòng kích từ để tránh trường hợp máy phát dễ bị mất đồng bộ
 Bộ nâng cao ổn định (PSS): có tác dụng điều khiển để tắt nhanh các
dao động điện trong hệ thống
Tín hiệu đầu vào của bộ PSS có thể là tốc độ roto, tần số dòng điện phát ra và
công suất tác dụng thực phát.
Bộ PSS đưa thêm tín hiệu điều khiển vào mạch điều chỉnh điện áp.
334
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Sơ đồ khối chi tiết khác
335
Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp MFĐ (AVR)
Follow up Unit: Đảm bảo sự chuyển đổi mềm giữa chế độ tự động/chỉnh tay
Với các hệ thống kích từ kép (hai nhánh kích từ riêng): một nhánh được điều chỉnh chủ động, 
nhánh còn lại điều chỉnh phụ thuộc theo (follow up)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Mạch điện áp đầu vào bộ ĐK kích từ có vai trò rất quan trọng
Mất tín hiệu điện áp Bộ điều khiển có thể nhầm lẫn và tăng tối đa dòng
kích từ
Giải pháp: dùng 2 BU đầu vào và có rơle kiểm tra điện áp (60)
 Rơle kiểm tra điện áp (60): phát hiện đứt cầu chì và chuyển bộ điều khiển sang chế độ
manual hoặc chuyển sang lấy tín hiệu từ BU còn tốt.
 Thông thường 1 BU dùng cho mạch điều khiển kích từ
 BU còn lại dùng cho mạch bảo vệ, đo lường
 Để tranh đột biến khi chuyển chế độ: nên trang bị chức năng Automatic Tracking để chế
độ manual có thể bám sát thông số của chế độ tự đông trước khi mất điện áp.
336
Mạch điện áp đầu vào
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Mạch điện áp đầu vào bộ ĐK kích từ có vai trò rất quan trọng
Trường hợp chỉ có 1 BU đầu vào
 Dùng rơle điện áp thấp để phát hiện mất điện áp đầu vào chuyển sang chế độ manual 
(rơle này sẽ tạm khóa khi máy phát khởi động)
 Chỉnh định thấp hơn giá trị thường gặp ở vận hành bình thường
 Có thể kết hợp với rơle quá điện áp thứ tự nghịch (47) để phát hiện mất cân bằng điện
áp (đứt cầu chí 1 pha mạch áp)
337
Mạch điện áp đầu vào
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Mạch điện áp đầu vào bộ ĐK kích từ có vai trò rất quan trọng
Trường hợp chỉ có 1 BU đầu vào
 Giải pháp khác: sử dụng rơle giám sát hiện tượng đứt cầu chì (60FL – Fuse Loss)
 Rơle tác động chuyển chế độ vận hành sang manual khi:
 Điện áp thứ tự nghịch vượt quá ngưỡng (chì báo đứt cầu chì) 
 Dòng điện đo được trong ngưỡng bình thường khẳng định sự kiện đứt cầu chì
338
Mạch điện áp đầu vào
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Hệ thống kích từ của nhà máy thủy điện Hòa Bình
339
Ví dụ về hệ thống kích từ
Hòa đồng bộ các nguồn điện
Phần 9
 Automatic Synchronization 
 Chức năng kiểm tra đồng bộ (25)
340
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Là thao tác cần thiết để đưa máy phát điện vào làm việc cùng với hệ 
thống – hoặc để kết nối giữa hai hệ thống.
 Yêu cầu: dòng điện cân bằng trong lúc hòa đồng bộ phải nhỏ nhất, 
giảm thiểu sụt áp và dao động công suất
341
Hòa đồng bộ trong hệ thống điện
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Sơ đồ hòa đồng bộ
Trình tự thao tác
 Máy phát được kích từ - quay tới tốc độ 
đồng bộ
 Kiểm tra các điều kiện hòa
 Cùng thứ tự pha
 Điện áp bằng nhau: 
 Tốc độ góc (tần số) bằng nhau:
 Góc lệch tương đối giữa vecto điện áp hai phía bằng 
không: 
 Khi các điều kiện hòa đảm bảo: đóng máy cắt hòa 
342
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
H F
U U 
H F db
0,
H F
U U 
Góc lệch
H
F
H
U
F
U
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Dòng điện cân bằng xuất hiện tại thời điểm hòa
343
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
cb
IHX dX
H
E
F
E Sơ đồ thay thế
 Độ lớn dòng điện cân bằng Icb:
H F
cb
H d
E E
I
X X
 
Để đơn giản, giả thiết độ lớn EF=EH=E và căn cứ theo đồ thị vecto:
2
2
sin
H F
cb
H d H d H d
E E E E
I
X X X X X X
 
H
E
F
E
E E
E
2
Độ lớn dòng điện Icb phụ thuộc vào góc lệch giữa 
hai vecto điện áp ( )
2
sin
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Dòng cân bằng nhỏ nhất:
Vậy thời điểm thuận lợi nhất để đóng máy cắt hòa đồng bộ là khi góc lệch: 
344
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
0 0 02 0 0 0 360 720
2 2
min
min sin sin ; ; ...
cb
H d
E
I
X X
0 0 00 360 720; ; ...
 Dòng cân bằng lớn nhất:
Thường hệ thống có công suất vô cùng lớn so với máy phát: có thể coi XH=0; khi đó
Vậy thời điểm bất lợi nhất: khi góc lệch iữa vecto điện áp hai phía là 1800
và dòng Icbmax có thể gấp 2 lần dòng ngắn mạch 3 pha đầu cực máy phát
02 2 1 180
2 2
max
max sin sin
cb
H d H d
E E
I
X X X X
3 02 2 180( )
maxcb N daucucMF
d
E
I I
X
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Vai trò của điện áp phách US (điện áp trượt) trong quá trình hòa
 Với giả thiết EH=EF=E
 Điện áp phách biến thiên với hai tần số khác nhau:
345
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
( ) ( ) ( ) sin( ) sin( )
S H F H H F F
u t u t u t E t E t
2 2
2 2 2 2
( ) cos sin cos sin SH F H F H F
S
u t E t t E t t
Với: định nghĩa là tốc độ trượtS H F
-400 
-300 
-200 
-100 
0 
100 
200 
300 
400 
y
 RMSuS(t)
(t)
2
cos H F t
2
sin S t
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Giá trị điện áp phách quan sát được là đường bao biên độ
 Vì là tốc độ trượt nên đại lượng chính là góc lệch tương đối 
giữa hai vecto điện áp theo thời gian.
 Chu kz của điện áp phách thay đổi do trong quá trình hòa luôn có những 
thao tác điều chỉnh sao cho tốc độ góc của máy phát gần nhất với phía hệ 
thống
 Thời điểm thuận lợi để hòa: khi Us=0
346
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
uS(t)
(t)
2 2
2 2
sin sinS
S
U E t E
S ( )S t
Us=0: Thời điểm thuận 
lợi ( )0360
Us=0: Thời điểm thuận 
lợi ( )0720
Us=0: Thời điểm 
thuận lợi ( )00
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Do việc đóng máy cắt cần một khoảng thời gian tđóng MC: xung đóng phải 
gửi trước thời điểm thuận lợi một khoảng thời gian vượt trước
tvượt trước = tđóng MC
 Thời gian vượt trước có thể qui đổi tính theo góc vượt trước (độ) nếu tốc độ 
trượt cho phép khi hòa đòng bộ đã biết:
347
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác
uS(t)
(t)
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
Thuận lợiGửi xung đóng
tđóng MC
vt scp vt scp dongMC
t t
Góc 
vượt 
trước
Tốc độ 
trượt cho 
phép
Thời gian vượt trước (chính là 
thời gian đóng MC)
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
Nguyễn Xuân Tùng – Bộ môn Hệ thống điện ĐHBK HN
 Mô hình điều khiển quá trình hòa (thiết bị cũ)
348
Phương pháp hòa đồng bộ chính xác