Giáo trình Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 7: Bảo vệ tần số cao và vô tuyến

 hợp (a) ngắn mạch ngoài. Dòng ở 
hai đầu đường dây trùng pha nhau (khi bỏ qua góc lệch pha của các sức điện động nguồn 
và các yếu tố khác). Các máy phát làm việc đồng bộ với nhau và phát tín hiệu tần số cao 
trùng pha nhau. Do vậy tín hiệu tổng hợp nhận được ở máy thu sẽ không liên tục và gây 
nên những xung dòng vuông góc ở đầu ra máy thu. Qua thiết bị san bằng 11SB dòng này 
được biến đổi thành dòng một chiều đưa vào cuộn dây rơle 10RG. Khi trị số dòng đủ lớn 
thì rơle 10RG tác động cắt đường dây qua rơle trung gian 12RG và rơle tín hiệu 13Th. 
Hình 7.12 : Tác động của bảo vệ theo sơ đồ hình 7.11 
khi ngắn mạch trong và ngoài vùng bảo vệ. 
Thực tế khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng ở hai phía của đường dây hư hỏng 
thường lệch pha nhau một góc đáng kể do sức điện động của các phần hệ thống điện lệch 
pha nhau, do góc tổng trở của các phần hệ thống điện không bằng nhau, do sai số của BI và 
tính chất của bộ lọc phức hợp 9LF. Vì vậy góc lệch pha giữa các dòng ở đầu ra bộ lọc 9LF 
có thể tăng lên khiến cho bảo vệ không tác động được khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ. 
Trị số góc lệch giới hạn được xác định theo điều kiện bảo vệ không được tác động khi 
ngắn mạch ngoài do những khác biệt trong sai số của BI, bộ lọc 9LF, tốc độ truyền sóng 
hữu hạn và góc lệch pha của dòng ở 2 đầu đường dây do dung dẫn. 
Khả năng tác động của bảo vệ ứng với những góc lệch pha ϕ khác nhau của các dòng 
điện ở đầu ra các bộ lọc 9LF được đặc trưng bởi đặc tính pha (hình 7.13), đó là quan hệ 
giữa dòng iR10 trong cuộn dây rơle 10RG với góc lệch pha ϕ. Vùng tác động và không tác 
động của bảo vệ được xác định bởi giao điểm của đường cong iR10 = f(ϕ) với đường thẳng 
 66
dòng khởi động iKĐR10 của rơle 10RG. Vùng không tác động của bảo vệ tính theo góc ϕ 
chiếm khoảng 40 - 50o. 
Hình 7.13 : Đặc tính pha của bảo vệ theo hình 7.11 
III.3.3. Ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ khi nguồn cung cấp từ 1 
phía: 
Khi bộ phận khởi động ở phía nhận điện không làm việc (ví dụ, dùng bộ phận khởi 
động theo dòng) thì máy phát tần số cao ở phía này không khởi động được. Do vậy ở phía 
nguồn, máy thu chỉ nhận được tín hiệu từ máy phát tại chỗ. Dòng trong máy thu có dạng 
giống như khi có nguồn cung cấp 2 phía (hình 7.12e" ), rơle 10RG phía nguồn tác động 
cắt đường dây qua 12RG. 
Bảo vệ cũng có thể cắt đúng đường dây bị hư hỏng có nguồn cung cấp 2 phía khi sự 
phân bố dòng lúc đầu không thuận lợi. 
III.3.4. Ngắn mạch khi có hư hỏng kênh tần số cao : 
 Bảo vệ chỉ tác động không đúng khi ngắn mạch ngoài đồng thời kênh tần số cao 
của bảo vệ bị hư hỏng. 
III.4. Lí do đặt 2 rơle ở bộ phận khởi động của bảo vệ: 
Cũng giống như bảo vệ có hướng có khóa tần số cao, việc đặt 2 rơle khởi động (ví 
dụ, 1RI và 2RI) có độ nhạy khác nhau nhằm để khóa chắc chắn bảo vệ khi ngắn mạch 
ngoài. Nếu sử dụng bộ phận khởi động chỉ có một rơle thì bảo vệ có thể tác động không 
đúng trong trường hợp ngắn mạch ngoài mà chỉ có một bộ phận khởi động ở một phía làm 
việc, lúc ấy hoạt động của bảo vệ giống như khi hư hỏng trên đường dây được bảo vệ có 
nguồn cung cấp từ một phía. 
 67
III.5. Bộ phận điều khiển: 
Phần tử chính của bộ phận điều khiển là bộ lọc các thành phần đối xứng dùng để biến 
đổi một hệ thống dòng ba pha thành dòng 1 pha. Khi ngắn mạch ngoài dòng ở đầu ra của 
bộ lọc về hai phía đường dây là như nhau. Do vậy việc tính chọn bộ lọc được thực hiện 
theo điều kiện đảm bảo tác động chắc chắn của bảo vệ khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ. 
Nếu chỉ thực hiện so sánh góc pha của dòng thứ tự thuận, thì bảo vệ có thể không tác động 
khi ngắn mạch không đối xứng trên đường dây có nguồn cung cấp 1 phía do phía nhận 
điện có thành phần thứ tự thuận của dòng phụ tải (trong trường hợp bộ phận khởi động và 
máy phát ở phía nhận điện làm việc). Nếu chỉ so sánh góc pha của dòng thứ tự nghịch và 
thứ tự không (các thành phần này luôn luôn hướng từ chỗ ngắn mạch về phía các điểm 
trung tính), thì bảo vệ không đảm bảo tác động với tất cả các dạng ngắn mạch (ví dụ, ngắn 
mạch ba pha đối xứng). Vì vậy thường sử dụng các loại bộ lọc phức hợp như (I1 + kI2) và 
(I1 + kIo). Hệ số k cần phải tính chọn thế nào để khi ngắn mạch không đối xứng trong vùng 
bảo vệ sẽ có quan hệ (kI2 > I1) và (kI0 > I1). 
III.6. Tính chọn trị số đặt và độ nhạy của bảo vệ: 
III.6.1. Dòng khởi động của rơle dòng 1RI : 
IKĐ1RI =
k
k n
Iat
tv I
lv max
1
.
Khi tính chọn IKĐ1RI không cần kể đến hệ số mở máy kmm, vì sau khi cắt ngắn mạch 
ngoài các động cơ tự mở máy có thể làm trì hoãn sự trở về của bộ phận khởi động nhưng 
không làm cho bảo vệ dọc tác động nhầm. 
III.6.2. Dòng khởi động của rơle dòng 2RI : 
Để ngăn ngừa khả năng tác động nhầm của bảo vệ khi ngắn mạch ngoài, dòng khởi 
động của rơle 2RI được chọn lớn hơn so với rơle 1RI : 
 IKĐ2RI = kat2. IKĐ1RI 
trong đó : kat2 ≈ 1,4 ÷ 1,5 
III.6.3. Dòng khởi động của bộ lọc - rơle dòng thứ tự nghịch LI2-3RI: 
Được chỉnh định khỏi dòng không cân bằng sơ cấp của bộ lọc (I'KCB) trong chế độ 
vận hành bình thường với phụ tải cực đại và (I"KCB) khi ngắn mạch ngoài ba pha với 
I(3)N.ng.max = nI.IKĐ1RI (vì khi có dòng I(3)Nng lớn hơn thì sẽ có tín hiệu khóa do tác động của 
các rơle 1RI ở hai đầu đường dây): 
IKĐLI2 - 3RI ≥ kk
at
tv
'
3 . I'KCB
và : IKĐLI2 - 3RI ≥ k"at3. I"KCB 
Để đảm bảo so sánh đúng góc pha dòng điện ở hai đầu đường dây, dạng đường bao 
tín hiệu tần số cao phải vuông góc. Muốn vậy điện áp ở đầu ra của bộ phận điều khiển 
không được nhỏ hơn trị số Uđk.min. Khi điện áp nhỏ hơn Uđk.min đường bao đó sẽ có dạng 
hình thang và bảo vệ sẽ không mất tính chọn lọc khi ngắn mạch ngoài, vì vậy vẫn đảm bảo 
xung khóa liên tục. Tuy nhiên khi hư hỏng trong vùng bảo vệ với điện áp như vậy bảo vệ 
có thể không tác động. Do đó, dòng khởi động của các rơle 1RI và 3RI nên phối hợp với 
điện áp này như thế nào đó để bảo vệ chỉ tác động khi tín hiệu tần số cao có dạng như yêu 
cầu. Đối với rơle 3RI dòng khởi động tính theo điều kiện này có thể là quyết định. 
 68
Đối với bộ lọc nối vào dòng I1 + kI2, điều kiện tính toán để phối hợp là ngắn mạch 2 
pha chạm đất có điện áp k1.⏐I1tt + kI2tt⏐ = Uđk.min ; áp này có thể nhỏ hơn n lần so với áp 
k1.k.I2tt. Trong trường hợp này cần thực hiện điều kiện : 
IKĐLI2 - 3RI > I2tt
Điện áp Uđk.min với giả thiết là I1 = 0 sẽ tương ứng với dòng thứ tự nghịch sơ cấp của 
bộ lọc là : I2đk.min. Do vậy cần chọn : 
IKĐLI2- 3RI > n. I2đk.min
III.6.4. Dòng khởi động của bộ lọc - rơle LI2-4RI : 
Phân tích giống như đối với rơle 2RI, dòng khởi động của bộ lọc - rơle LI2-4RI được 
chọn lớn hơn IKĐLI2- 3RI và lấy bằng : 
IKĐLI2- 4RI = kat4. IKĐLI2- 3RI
Trong đó : kat4 ≈ 2. 
III.6.5. Hệ số k của bộ lọc trong bộ phận điều khiển : 
Hệ số k xác định theo điều kiện: 
kI2 ≥ kat I1 
Trường hợp tính toán là ngắn mạch 2 pha chạm đất ở một đầu đường dây, khi ấy tỉ số 
I1 / I2 là lớn nhất. Do vậy : 
k k I
Iat
≥ .
( , )
( , )
1
11
2
11 
Thường k ≈ 6 ÷ 8 ; kat ≈ 1,8 ÷ 2 
Để đảm bảo cho bảo vệ làm việc đúng (không tác động) khi ngắn mạch ngoài, cần 
chọn hệ số k như nhau ở các nửa bộ hai phía đường dây. 
III.6.6. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ : 
Độ nhạy của bảo vệ được xác định chủ yếu theo độ nhạy của các rơle khởi động 2RI 
và 4RI dùng để điều khiển mạch cắt của máy cắt. 
Trong trường hợp nối rơle 4RI vào bộ lọc dòng thứ tự nghịch thì hệ số độ nhạy được 
tính toán với ngắn mạch một pha hoặc hai pha chạm đất ở một đầu đường dây tùy thuộc 
dạng hư hỏng nào có dòng nhỏ hơn. 
Hệ số độ nhạy khi ngắn mạch 3 pha cũng được tính toán với hư hỏng ở một đầu của 
đường dây được bảo vệ. 
Yêu cầu : Kn ≥ 1,5 ÷ 2 
IV. Đánh giá và lĩnh vực ứng dụng của bảo vệ tần số cao 
và vô tuyến: 
Ưu điểm của bảo vệ tần số cao là: về nguyên tắc bảo vệ có thể tác động chọn lọc 
trong mạng có hình dáng bất kỳ với một số nguồn cung cấp bất kỳ, tác động nhanh, đủ độ 
nhạy cần thiết và khá tin cậy mặc dù thực hiện tương đối phức tạp. 
Nhược điểm chủ yếu của bảo vệ tần số cao là phức tạp và giá thành cao. Do vậy bảo 
vệ tần số cao được sử dụng khi các bảo vệ khác đơn giản hơn không thỏa mãn các yêu cầu 
của bảo vệ rơle, nhất là khi yêu cầu phải tác động nhanh. 
Tất cả các loại bảo vệ dọc đều đảm bảo cắt nhanh, kể cả bảo vệ dòng so lệch có dây 
dẫn phụ. Chi phí ban đầu đối với bảo vệ có dây dẫn phụ chủ yếu là giá thành của cáp và 
công lắp đặt nó, do vậy tăng tỷ lệ thuận với chiều dài dây dẫn. Chi phí đối với bảo vệ tần 
số cao có thể coi là độc lập với chiều dài đường dây được bảo vệ (không tính đến việc phải 
 69
sử dụng các bộ phận khởi động phức tạp hơn và máy phát có công suất lớn hơn cho 
đường dây dài) 
Bảo vệ tần số cao có nhiều loại: bảo vệ có hướng, bảo vệ so lệch pha và bảo vệ có 
hướng có khóa tần số cao kết hợp với bảo vệ khoảng cách. Tất cả các phương án bảo vệ 
này đều có thể sử dụng trong thực tế, tuy nhiên mỗi phương án đều có đặc điểm sử dụng 
riêng. 
Bảo vệ so lệch pha thực tế không chịu ảnh hưởng của dao động trong hệ thống điện, 
đặc biệt là khi thực hiện tự động đóng lại không đồng bộ; nó cũng có thể làm việc tốt 
trong chế độ làm việc không toàn pha. Do vậy loại bảo vệ này được sử dụng phổ biến. Tuy 
nhiên cần phải đặt thêm bảo vệ dự trữ cho đường dây. Các bảo vệ dự trữ thường dùng loại 
đơn giản hơn, ví dụ như bảo vệ chỉ phản ứng với ngắn mạch không đối xứng. 
Bảo vệ có hướng có khóa tần số cao ít được sử dụng, ngoại trừ 1 số trường hợp đặc 
biệt, ví dụ để bảo vệ đường dây có nhánh rẽ vì lúc này sử dụng bảo vệ so lệch pha sẽ gặp 
nhiều khó khăn. 
Hiện nay kênh vô tuyến đã được sử dụng rông rãi. Kênh vô tuyến dùng cho bảo vệ, 
điều khiển xa và thông tin liên lạc sẽ khắc phục được khó khăn trong việc lựa chọn tần số 
truyền trên đường dây tải điện, loại trừ được những yêu cầu về xử lí tần số cao trên đường 
dây tải điện, đảm bảo chống nhiễu tốt hơn... Khi sử dụng kênh vô tuyến thì các bảo vệ dọc 
có thể thực hiện với tín hiệu cho phép mà trong một số trường hợp trở nên hợp lí hơn so 
với tín hiệu khóa.