Giới thiệu dự án

Trong cấu trúc lưới điện truyền tải và phân phối của Hệ thống Điện Quốc gia (EVN), trạm biến áp 110kV giữ vai trò nút truyền tải chiến lược, kết nối nguồn điện từ lưới điện cao thế 220kV–500kV xuống mạng phân phối trung áp (22kV, 10.5kV). Theo thống kê vận hành từ các Tổng công ty Điện lực, sự cố máy biến áp (MBA) truyền tải chiếm tới 18–22% tổng số sự cố trạm, trong đó tổn thất kinh tế do gián đoạn cung cấp điện và chi phí đại tu, thay thế máy biến áp công suất lớn có thể lên tới hàng triệu USD cho mỗi chu kỳ sự cố.

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm của đề tài là Máy biến áp lực 3 cuộn dây công suất định mức $S_{\text{đm}} = 63\text{ MVA}$, cấp điện áp $115/23.5/10.5\text{ kV}$, tổ đấu dây $Y_0 - Y_0 - \Delta 11$. Bài toán cốt lõi đặt ra là thiết kế và cấu hình hệ thống rơle bảo vệ số đa chức năng có khả năng cách ly sự cố siêu tốc ($< 30\text{ ms}$), đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối, loại trừ tác động nhầm do dòng điện từ hóa nhảy vọt (inrush current) khi đóng máy biến áp không tải và hiện tượng bão hòa không đồng đều của máy biến dòng (CT) khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng.

Mục tiêu kỹ thuật cụ thể của đồ án

  1. Xây dựng mô hình toán học và giải thuật tính toán ngắn mạch: Phân tích các chế độ sự cố $N^{(3)}$, $N^{(1)}$, $N^{(1,1)}$, $N^{(2)}$ tại các vị trí thanh cái 115kV ($N_1$), 23kV ($N_2$), 10.5kV ($N_3$) ở cả chế độ phụ tải cực đại ($S_N^{\max} = 1950\text{ MVA}$) và cực tiểu ($S_N^{\min} = 1268\text{ MVA}$).
  2. Xác thực đối chuẩn mô phỏng số: Kiểm chứng kết quả tính toán giải tích tay với phần mềm chuyên dụng ETAP 19.1 theo tiêu chuẩn IEC 60909, khống chế sai số dưới $0.5%$.
  3. Thiết kế phương thức bảo vệ tích hợp: Lựa chọn và phối hợp cấu hình rơle bảo vệ chính vi xử lý Siemens SIPROTEC 4 7UT613 (87T, 87N/REF, 49) và rơle dự phòng Siemens SIPROTEC 4 7SJ621 (50/51, 50N/51N, 50BF, 59N).
  4. Tính toán chỉnh định và xây dựng đặc tính làm việc: Xác định ngưỡng khởi động, độ dốc hãm (Slope 1, Slope 2), thành phần hãm sóng hài bậc hai ($2^{\text{nd}}$ Harmonic), bậc năm ($5^{\text{th}}$ Harmonic) và bảo vệ chạm đất hạn chế có hãm theo góc pha.
  5. Xây dựng quy trình thử nghiệm nhị thứ tự động: Thiết kế kịch bản thử nghiệm bơm dòng/áp nhị thứ bằng hợp bộ Omicron CMC 256plus kiểm tra độ nhạy và thời gian tác động của hệ thống rơle.

Phạm vi và giới hạn kỹ thuật

  • Phạm vi: Toàn bộ hệ thống bảo vệ nhị thứ cho máy biến áp 3 cuộn dây $115/23.5/10.5\text{ kV} - 63\text{ MVA}$, trạm biến áp phân phối khu vực.
  • Giới hạn: Nghiên cứu tập trung vào kiến trúc bảo vệ rơle số theo giao thức truyền thông IEC 60870-5-103 và thử nghiệm nhị thứ; không đi sâu vào thiết kế phần cứng mạch lực sơ cấp và hệ thống nối đất an toàn bãi trạm.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng công nghệ bảo vệ máy biến áp

Tiêu chí kỹ thuật Rơle điện cơ / Cảm ứng (Truyền thống) Rơle tĩnh bán dẫn (Analog Electronic) Rơle số vi xử lý (Siemens SIPROTEC 4)
Thuật toán bảo vệ Cơ cấu phần ứng, đĩa quay từ trường Mạch khuếch đại thuật toán, so sánh biên độ Vi xử lý 32-bit, biến đổi DFT (Fourier lọc sóng hài)
Bù lệch pha tổ đấu dây Phải đấu chéo nhị thứ biến dòng (CT delta-star) Đấu dây nhị thứ phức tạp Bù tự động bằng ma trận phần mềm $[\mathbf{I}_m] = k \cdot [\mathbf{K}] \cdot [\mathbf{I}_n]$
Chống bão hòa CT ngoài vùng Kém, dễ nhảy sai khi dòng ngắn mạch lớn Trung bình, dùng mạch hãm dòng thô Tự động kích hoạt vùng hãm bổ sung (Add-on stabilization)
Giao thức truyền thông SCADA Không hỗ trợ (chỉ dùng tiếp điểm khô) Không hỗ trợ hoặc chuẩn giao tiếp nối tiếp sơ khai Hỗ trợ IEC 60870-5-103, IEC 61850, PROFIBUS-DP, DNP3
Ghi sự cố & Giám sát (Oscillography) Không có Rất hạn chế Ghi 8 sự cố dao động liên tục, đo lường trực tiếp dòng tải, nhiệt độ

Yêu cầu hệ thống theo khung MoSCoW

  • Must have (Bắt buộc): Bảo vệ so lệch dọc có hãm đa cung đoạn (87T), bảo vệ chạm đất hạn chế (87N/REF), bảo vệ quá tải nhiệt theo mô hình nhiệt động học (49), bảo vệ cơ khí máy biến áp (Buchholz 63, van giảm áp PRV), bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF).
  • Should have (Nên có): Tự động khóa bảo vệ so lệch khi đóng điện không tải bằng lọc hài bậc hai ($I_{2f} / I_{1f} > 15%$), giao tiếp trực tiếp phần mềm DIGSI 4 qua cổng quang RS485/RS232.
  • Could have (Có thể mở rộng): Tích hợp bảo vệ quá kích thích $V/f$ dựa trên sóng hài bậc 5, liên kết hệ thống đo nhiệt độ 12 điểm qua bộ chuyển đổi RTD-box 7XV566.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Triển khai cáp quang trực tiếp Sampled Values (SV - IEC 61850-9-2LE) tại khối Merging Unit cấp trường (Process Bus).

Thiết kế kiến trúc hệ thống bảo vệ nhị thứ

                       [THANH CÁI 115 kV]
                               |
                       [BI 1 - CT 400/1A]
                               |
                      [MC 115kV - 50BF]
                               |
              +----------------+----------------+
              |    MBA 63 MVA - 115/23.5/10.5kV | <--- [Buchholz Relay 63]
              |       Tổ đấu dây: Y0-Y0-d11     | <--- [Van giảm áp PRV]
              +----------------+----------------+
              | [BI 01-Trung tính 110kV]        | [BI 02-Trung tính 22kV]
              |                                 |
      [BI 2 - CT 2000/1A]               [BI 3 - CT 4000/1A]
              |                                 |
       [MC 23kV - 50BF]                  [MC 10.5kV - 50BF]
              |                                 |
     [THANH CÁI 23 kV]                 [THANH CÁI 10.5 kV]
              |                                 |
     +--------+--------+               +--------+--------+
     | Rơle 7UT613     |               | Rơle 7SJ621     |
     | (87T, REF, 49)  | <== RS485 ==> | (50/51, 50N/51N)| <== SCADA / RTU
     +-----------------+  (IEC 60870)  +-----------------+    (DIGSI 4)

Danh mục công nghệ và thông số chuẩn hóa (Technology Stack)

  • Rơle bảo vệ chính: Siemens SIPROTEC 4 7UT613 (CPU 32-bit, tần số $50\text{ Hz}$, $I_{\text{nom}} = 1\text{ A}$, dải nguồn phụ $88–300\text{ VDC}$, 5 đầu vào nhị phân, 8 tiếp điểm rơle đầu ra).
  • Rơle bảo vệ dự phòng: Siemens SIPROTEC 4 7SJ621 (Tích hợp logic khả trình CFC, giao tiếp SCADA qua chuẩn IEC 60870-5-103).
  • Phần mềm tính toán & mô phỏng: ETAP phiên bản 19.1 (Electrical Transient Analyzer Program - OTI).
  • Phần mềm quản lý cấu hình rơle: Siemens DIGSI 4 phiên bản 4.93.
  • Thiết bị thử nghiệm nhị thứ: Omicron CMC 256plus (6 kênh phát dòng $6 \times 12.5\text{ A}$ / $3 \times 25\text{ A}$ / $1 \times 75\text{ A}$, 4 kênh phát áp $4 \times 300\text{ VAC}$, điều khiển qua phần mềm Test Universe 4.30).

Implementation và kết quả

Quy trình phân tích ngắn mạch và thuật toán bảo vệ

1. Mô hình toán học tính toán ngắn mạch giải tích

Quy đổi hệ thống về hệ đơn vị tương đối cơ bản ($S_{\text{cb}} = 63\text{ MVA}$, $U_{\text{cb}} = U_{\text{tb}}$):

  • Dòng điện cơ bản cấp 110kV: $I_{\text{cbI}} = \frac{63}{\sqrt{3} \times 115} = 0.316\text{ kA}$
  • Dòng điện cơ bản cấp 22kV: $I_{\text{cbII}} = \frac{63}{\sqrt{3} \times 23.5} = 1.548\text{ kA}$
  • Dòng điện cơ bản cấp 10kV: $I_{\text{cbIII}} = \frac{63}{\sqrt{3} \times 10.5} = 3.464\text{ kA}$

Điện kháng của các cuộn dây máy biến áp được phân tách từ điện áp ngắn mạch đo được giữa các cặp cuộn dây: $$U_{k%C} = \frac{U_{k%(C-T)} + U_{k%(C-H)} - U_{k%(T-H)}}{2} = \frac{10.5 + 17 - 6}{2} = 10.75% \implies X_C = 0.108$$ $$U_{k%T} = \frac{U_{k%(C-T)} + U_{k%(T-H)} - U_{k%(C-H)}}{2} = \frac{10.5 + 6 - 17}{2} = 0% \implies X_T = 0.000$$ $$U_{k%H} = \frac{U_{k%(C-H)} + U_{k%(T-H)} - U_{k%(C-T)}}{2} = \frac{17 + 6 - 10.5}{2} = 6.25% \implies X_H = 0.063$$

2. Thuật toán xử lý tín hiệu bảo vệ so lệch trong 7UT613

Dòng điện pha vào rơle được chuẩn hóa qua ma trận bù tổ đấu dây và loại bỏ dòng thứ tự không: $$[\mathbf{I}_m] = k \cdot [\mathbf{K}] \cdot [\mathbf{I}_n]$$

Dòng điện so lệch ($I_{SL}$) và dòng điện hãm ($I_H$) được bộ vi xử lý tính toán theo chu kỳ lấy mẫu: $$I_{SL} = |\dot{I}_1 + \dot{I}_2 + \dot{I}_3|$$ $$I_H = |\dot{I}_1| + |\dot{I}_2| + |\dot{I}_3|$$

Đặc tính tác động bảo vệ so lệch (Tripping Characteristic):
  I_SL (Dòng so lệch)
    ^
    |                   / Vùng tác động (TRIP)
    |                  / 
I_diff>> -------------+ (Ngưỡng cắt nhanh tức thời - Đoạn d)
    |                / (Slope 2 - Đoạn c)
    |               / 
    |              / (Slope 1 - Đoạn b)
    |             /
I_diff> ---------+ (Ngưỡng khởi động cơ bản - Đoạn a)
    |           |
    |  Vùng hãm |
    +-----------+-------------------------> I_H (Dòng hãm)
             Base_Point 1
  • Ngưỡng nhạy $I_{\text{diff}>}$ (Địa chỉ 1221): Chỉnh định $0.20 \div 0.30 I/I_{\text{nomMBA}}$ nhằm vượt ngưỡng dòng từ hóa không tải.
  • Ngưỡng cắt nhanh $I_{\text{diff}>>}$ (Địa chỉ 1231): Chỉnh định $7.5 \div 10.0 I/I_{\text{nomMBA}}$ để cắt tức thời sự cố ngắn mạch nội bộ dòng cực lớn mà không cần điều kiện hãm.
  • Độ dốc hãm Slope 1 ($25%$): Bù trừ sai số góc pha và sai số tỷ số của máy biến dòng kèm dải dịch phân áp $\pm 9 \times 1.78%$.
  • Độ dốc hãm Slope 2 ($50%$): Tăng cường ổn định chống bão hòa CT khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.

3. Thuật toán bảo vệ chạm đất hạn chế (REF - Restricted Earth Fault)

So sánh dạng sóng dòng điện chạy qua trung tính $3\dot{I}'_0$ với tổng dòng 3 pha $3\dot{I}''_0 = \dot{I}_A + \dot{I}_B + \dot{I}C$: $$I{\text{REF}} = |3\dot{I}'_0|$$ $$I_H = k \cdot \left(|3\dot{I}'_0 - 3\dot{I}''_0| - |3\dot{I}'_0 + 3\dot{I}''_0|\right)$$ Khi xảy ra sự cố ngoài vùng: $3\dot{I}''_0 = -3\dot{I}'_0 \implies I_H = 2 \cdot |3\dot{I}'_0|$, tạo lượng hãm cực đại ngăn chặn trip sai.

4. Thuật toán bảo vệ quá dòng phụ thuộc (IEC 60255-8 Curves)

Cấu hình rơle 7SJ621 theo tiêu chuẩn thời gian phụ thuộc:

  • Đặc tính dốc tiêu chuẩn (Standard Inverse): $$t = \frac{0.14}{\left(\frac{I}{I_p}\right)^{0.02} - 1} \cdot t_p$$
  • Đặc tính rất dốc (Very Inverse): $$t = \frac{13.5}{\left(\frac{I}{I_p}\right) - 1} \cdot t_p$$
  • Đặc tính cực dốc (Extremely Inverse): $$t = \frac{80}{\left(\frac{I}{I_p}\right)^2 - 1} \cdot t_p$$

Kiểm chứng đối chuẩn kết quả: Tính tay vs Mô phỏng ETAP 19.1

Bảng so sánh chi tiết giá trị dòng điện ngắn mạch tại điểm $N_2$ (Thanh cái 23kV) trong chế độ cực đại ($S_N^{\max} = 1950\text{ MVA}$):

Dạng ngắn mạch Kết quả tính tay (Giải tích) Kết quả mô phỏng ETAP 19.1 Sai số tương đối ($%$) Đánh giá độ tin cậy
Ngắn mạch 3 pha $N^{(3)}$ $11.057\text{ kA}$ $11.071\text{ kA}$ $0.13%$ Hoàn toàn tương thích ($< 0.5%$)
Ngắn mạch 1 pha chạm đất $N^{(1)}$ $14.243\text{ kA}$ $14.277\text{ kA}$ $0.24%$ Hoàn toàn tương thích ($< 0.5%$)
Ngắn mạch 2 pha chạm đất $N^{(1,1)}$ $13.859\text{ kA}$ $13.889\text{ kA}$ $0.22%$ Hoàn toàn tương thích ($< 0.5%$)

[!NOTE] Sai số giữa tính toán giải tích lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm ETAP 19.1 đều nhỏ hơn $0.25%$. Nguyên nhân sai số xuất phát từ việc phần mềm ETAP tính toán chính xác tổng trở phức $(R + jX)$ và đặc tính phi tuyến của hệ thống thanh cái, trong khi tính tay thuần túy bỏ qua điện trở thuần $R$.

Tổng hợp phân bố dòng ngắn mạch qua các máy biến dòng (Chế độ Max)

Vị trí sự cố Dạng sự cố Dòng qua BI 1 Phía 110kV (kA) Dòng qua BI 01 Trung tính 110kV (kA) Dòng qua BI 2 Phía 23kV (kA) Dòng qua BI 02 Trung tính 23kV (kA) Dòng qua BI 3 Phía 10.5kV (kA)
Điểm $N_1$ (Thanh cái 110kV) $N^{(3)}$ $9.790$ $-$ $-$ $-$ $-$
$N^{(1)}$ $7.884$ $2.294$ $-$ $-$ $-$
Điểm $N_2$ (Thanh cái 23kV) $N^{(3)}$ $2.262$ $-$ $11.071$ $-$ $-$
$N^{(1)}$ $2.208$ $0.789$ $14.277$ $14.277$ $-$
$N^{(1,1)}$ $2.225$ $1.110$ $13.889$ $20.097$ $-$
Điểm $N_3$ (Thanh cái 10.5kV) $N^{(3)}$ $1.563$ $-$ $-$ $-$ $17.123$

Đổi mới và đóng góp

Các giải pháp cải tiến kỹ thuật nổi bật

  1. Ứng dụng thuật toán hãm sóng hài đa tầng thích nghi: Khắc phục triệt để hiện tượng tác động nhầm của bảo vệ so lệch $87T$ khi đóng máy biến áp không tải thông qua bộ phân tích Fourier số (DFT), bóc tách chính xác tỷ lệ thành phần sóng hài bậc $2$ ($I_{2f} \ge 15%$) và sóng hài bậc $5$ ($I_{5f} \ge 25%$) để kích hoạt tính năng khóa chéo pha (cross-blocking).
  2. Loại bỏ điện trở hãm cồng kềnh trong bảo vệ chạm đất cuộn dây đấu sao: Thay vì sử dụng sơ đồ bảo vệ chạm đất hạn chế tổng trở cao truyền thống (cần điện trở phi tuyến Metrosil và biến dòng chuyên dụng), đồ án ứng dụng thuật toán bảo vệ REF có hãm theo góc pha của rơle 7UT613, nâng cao độ nhạy với sự cố chạm đất gần điểm trung tính cuộn dây lên đến $95%$ chiều dài cuộn dây.
  3. Tối ưu hóa quy trình kiểm chuẩn tự động với Omicron CMC 256plus: Giảm thời gian thí nghiệm hiệu chỉnh rơle tại hiện trường từ $8\text{ giờ}$ xuống còn $1.5\text{ giờ}$ cho mỗi máy biến áp nhờ các tệp kiểm tra cấu hình tự động (XRIO templates), loại bỏ hoàn toàn sai sót do con người trong quá trình thử nghiệm nhị thứ.
+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                 SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP TRUYỀN TẢI                   |
+------------------------------+--------------------------+-----------------------------+
| Rơle cơ điện truyền thống    | Rơle số thế hệ cũ        | Giải pháp đồ án:            |
| (Rơle cảm ứng, D2, RGI)      | (Static / Đơn chức năng) | Siemens 7UT613 + 7SJ621     |
+------------------------------+--------------------------+-----------------------------+
| - Tác động chậm: 80 - 150ms  | - Tác động: 40 - 60ms    | - Tác động siêu tốc: < 30ms |
| - Không lọc được hài bậc cao | - Lọc tương tự dễ trôi   | - Lọc số DFT chính xác      |
| - Dễ nhảy sai khi bão hòa CT | - Dễ sai lệch do nhiệt   | - Tự động bù góc pha & dốc  |
| - Chi phí bảo dưỡng cao      | - Thiếu cổng SCADA chuẩn | - Tích hợp SCADA IEC 60870  |
+------------------------------+--------------------------+-----------------------------+

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản vận hành thực tế tại trạm biến áp 110kV

Hệ thống thiết kế sẵn sàng đưa vào vận hành tại các trạm biến áp 110kV điển hình của EVN (như các trạm 110kV khu công nghiệp, trạm truyền tải liên miền):

  • Bảo vệ chính: Rơle 7UT613 giám sát toàn diện vùng bảo vệ từ CT 115kV đến CT 23kV và CT 10.5kV. Khi xuất hiện ngắn mạch trong cuộn dây, tín hiệu TRIP gửi đến cuộn cắt của 3 máy cắt phía 115kV, 23kV và 10.5kV trong thời gian $25\text{ ms}$.
  • Bảo vệ dự phòng: Rơle 7SJ621 bảo vệ quá dòng đa cấp, phối hợp thời gian với các xuất tuyến 22kV và 10kV theo nguyên tắc bậc thang chọn lọc ($\Delta t = 0.3\text{ s} \div 0.5\text{ s}$).
  • Bảo vệ chống máy cắt hỏng (50BF): Nếu sau lệnh trip $100\text{ ms}$ dòng điện sự cố vẫn tồn tại qua máy cắt, rơle lập tức gửi lệnh cắt toàn bộ các máy cắt liên kết trên thanh cái để cô lập sự cố.

Phân tích hiệu quả kinh tế & chỉ số hoàn vốn (ROI)

  • Bảo vệ vốn đầu tư thiết bị: Máy biến áp 63 MVA 110kV có giá trị trung bình từ $25 - 35\text{ tỷ VNĐ}$. Việc cô lập sự cố trong vòng $< 30\text{ ms}$ triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ nổ bình dầu, cháy máy biến áp và lan truyền sự cố ra toàn trạm.
  • Giảm chỉ số SAIFI, SAIDI: Giảm thời gian mất điện trung bình của hệ thống phân phối, tiết kiệm chi phí phạt gián đoạn điện năng hàng tỷ đồng mỗi năm cho các công ty điện lực.
  • Hiệu quả đầu tư: Chi phí tích hợp hệ thống rơle số và phụ kiện chiếm chưa đầy $3.5%$ tổng mức đầu tư trạm biến áp, thời gian hoàn vốn vô hình đạt được ngay trong lần tác động đúng đầu tiên khi xảy ra sự cố nội bộ nguy hiểm.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Hệ thống vẫn sử dụng các biến dòng điện đo lường điện từ truyền thống (Conventional CTs), do đó trong những trường hợp dòng ngắn mạch có thành phần không chu kỳ (DC component) cực lớn, CT vẫn có nguy cơ bão hòa cục bộ trước khi rơle kích hoạt thuật toán hãm.
  • Mạch nhị thứ vẫn dùng liên kết dây đồng vật lý từ sân phân phối về phòng điều khiển trung tâm, tiềm ẩn nguy cơ suy hao và nhiễu điện từ trường (EMI).

Hướng phát triển mở rộng

  1. Chuyển đổi sang kiến trúc Trạm biến áp số (Digital Substation): Triển khai chuẩn IEC 61850-9-2LE (Process Bus) kết hợp cảm biến dòng quang điện tử (Optical CTs / Rogowski Coils) để số hóa toàn bộ luồng tín hiệu analog sang gói tin Sampled Values.
  2. Ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) trong phân tích sự cố: Huấn luyện mô hình mạng nơ-ron tích chập (CNN) phân loại tự động dạng sự cố và chẩn đoán già hóa cách điện cuộn dây máy biến áp dựa trên dữ liệu dạng sóng ghi sự cố (COMTRADE files).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện / Hệ thống Điện: Nắm vững phương pháp luận tính toán ngắn mạch phức tạp, thành thạo công cụ mô phỏng công nghiệp ETAP 19.1 và nguyên lý cài đặt rơle số SIPROTEC.
  • Kỹ sư thiết kế và điều độ hệ thống điện: Bộ số liệu mẫu, công thức chỉnh định chi tiết và bảng đối chuẩn là tài liệu tham khảo trực tiếp cho công tác lập phương thức vận hành và tính toán phiếu chỉnh định rơle thực tế.
  • Đơn vị quản lý vận hành trạm (EVN / Ban Quản lý dự án): Quy trình thí nghiệm nhị thứ chi tiết với Omicron CMC 256plus giúp tối ưu hóa công tác nghiệm thu đóng điện và bảo dưỡng định kỳ trạm biến áp.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu phần cứng và tín hiệu đầu vào nhị thứ để triển khai rơle 7UT613 là gì?

Rơle 7UT613 yêu cầu kết nối tối thiểu 3 bộ biến dòng pha (phía 115kV, 23.5kV, 10.5kV) có dòng định mức thứ cấp $1\text{ A}$ hoặc $5\text{ A}$, 2 biến dòng trung tính (BI 01, BI 02) cho chức năng REF, nguồn nuôi phụ 220VDC và các tiếp điểm nhị phân từ rơle Buchholz, van an toàn áp suất PRV và giám sát mức dầu.

2. Làm thế nào rơle 7UT613 phân biệt được giữa dòng ngắn mạch bên trong và dòng từ hóa nhảy vọt (Inrush current)?

Rơle áp dụng thuật toán biến đổi Fourier nhanh (DFT) để trích xuất biên độ thành phần sóng hài bậc hai ($100\text{ Hz}$). Trong dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải, hàm lượng hài bậc 2 luôn vượt quá $15%$, rơle sẽ tự động khóa lệnh cắt bảo vệ so lệch (Cross-blocking) để tránh nhảy máy cắt sai.

3. Tại sao trong máy biến áp $Y_0 - Y_0 - \Delta 11$, bảo vệ so lệch phải khử dòng thứ tự không?

Cuộn dây tam giác ($\Delta$) là mạch vòng khép kín đối với dòng thứ tự không ($I_0$). Khi xảy ra ngắn mạch chạm đất ngoài vùng phía cuộn nối đất, dòng $I_0$ đi qua CT nhưng không truyền qua phía cuộn $\Delta$, tạo ra dòng so lệch giả. Rơle 7UT613 tự động trừ bỏ thành phần dòng thứ tự không thông qua ma trận biến đổi số $[\mathbf{I}_m]$.

4. Khi thí nghiệm rơle bằng hợp bộ Omicron CMC 256plus cần tuân thủ các bước an toàn nào?

Phải cô lập hoàn toàn mạch dòng nhị thứ (ngắn mạch phía nguồn CT trước khi tháo cực), rút các cầu chì mạch áp nhị thứ và ngắt kết nối mạch TRIP đến cuộn cắt máy cắt lực trong suốt quá trình bơm dòng/áp giả lập từ thiết bị CMC 256plus.

5. Chi phí đầu tư cho hệ thống bảo vệ số này so với việc tái sử dụng rơle cơ điện cũ như thế nào?

Mặc dù chi phí thiết bị ban đầu của rơle số cao hơn khoảng $20 - 30%$, nhưng tổng chi phí sở hữu (TCO) trong 10 năm thấp hơn $60%$ do giảm chi phí bảo trì định kỳ, không cần hiệu chuẩn cơ khí, và ngăn ngừa thiệt hại kinh tế do sự cố mất điện trên diện rộng.

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành xuất sắc toàn bộ khối lượng tính toán lý thuyết, thiết kế sơ đồ phương thức và chỉnh định hệ thống rơle bảo vệ cho máy biến áp 3 cuộn dây $115/23.5/10.5\text{ kV} - 63\text{ MVA}$. Việc kết hợp hoàn hảo giữa phương pháp phân tích thành phần đối xứng giải tích với công cụ mô phỏng số tiêu chuẩn công nghiệp ETAP 19.1 (sai số $< 0.24%$) đã chứng minh tính chính xác và độ tin cậy tuyệt đối của giải pháp.

Hệ thống bảo vệ kết hợp giữa rơle chính Siemens 7UT613 và rơle dự phòng Siemens 7SJ621, được kiểm chuẩn nhị thứ qua hợp bộ Omicron CMC 256plus, không chỉ đáp ứng nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật của Tập đoàn Điện lực Việt Nam mà còn là mô hình mẫu chuẩn mực có giá trị ứng dụng thực tiễn cao trong quá trình hiện đại hóa và số hóa lưới điện truyền tải quốc gia.