THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ NỘI DUNG GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE

  • Tên giáo trình: Giáo trình Mô đun: Bảo vệ Rơ le
  • Mã mô đun: KTĐ19MĐ6
  • Nghề đào tạo: Vận hành nhà máy nhiệt điện / Điện công nghiệp
  • Trình độ đào tạo: Cao đẳng
  • Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Dầu khí – Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Ban hành kèm theo Quyết định số 195/QĐ-CĐDK ngày 25/03/2020)
  • Ban biên soạn: Nguyễn Lê Cương (Chủ biên), Lê Thị Thu Hường, Nguyễn Xuân Thịnh
  • Năm xuất bản: 2020 (Lưu hành nội bộ)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Bảo vệ Rơ le (mã số KTĐ19MĐ6) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề trình độ cao đẳng, thuộc chương trình đào tạo nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện và Điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng Dầu khí. Mô đun có thời lượng 75 giờ (tương đương 3 tín chỉ), gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 3 giờ kiểm tra. Trong chương trình khung, môn học này được bố trí học sau các môn học đại cương và các mô đun cơ sở chuyên ngành như Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11), Đo lường điện (KTĐ19MĐ14), Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15) và An toàn điện (KTĐ19MH1).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện:

  • Kiến thức: Trình bày được nguyên lý làm việc và các sơ đồ bảo vệ cho máy phát điện, máy biến áp, động cơ điện, đường dây tải điện và hệ thống thanh góp.
  • Kỹ năng: Tính toán và cài đặt được các thông số bảo vệ cho rơle; sử dụng thành thạo các thiết bị thử nghiệm chuyên dụng; kết nối, kiểm tra và thử nghiệm các loại rơle; truy xuất dữ liệu ghi nhận sự cố từ rơle số phục vụ công tác chẩn đoán sự cố; lắp đặt hoàn chỉnh rơle bảo vệ cho các đối tượng trong hệ thống điện.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành tác phong làm việc cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc và tuân thủ các quy chuẩn an toàn cho người và thiết bị trong môi trường công nghiệp.

Giáo trình được cấu trúc thành 7 bài học logic, kết hợp giữa việc xây dựng nền tảng lý thuyết nguyên lý và quy trình công nghệ thực hành đấu nối, chỉnh định trên thiết bị thực tế. Điểm đặc thù trong cấu trúc của giáo trình là sự ưu tiên về thời lượng thực hành (chiếm 77,3% tổng quỹ thời gian), gắn liền trực tiếp với các dòng rơle số và hợp bộ thử nghiệm đang được vận hành phổ biến trong ngành điện và dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

[Bài 1: Giới thiệu chung] ──> [Bài 2: Sơ đồ nguyên lý] ──> [Bài 3: Rơle số đa chức năng]
                                                                    │
┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┘
▼
[Bài 4: Hợp bộ rơle & Thí nghiệm]
│
├──> [Bài 5: Kết nối, cài đặt Rơle bảo vệ Quá dòng (50/51)]
├──> [Bài 6: Kết nối, cài đặt Rơle bảo vệ So lệch (87)]
└──> [Bài 7: Kết nối, cài đặt Rơle bảo vệ Khoảng cách (21)]

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình triển khai toàn bộ khối lượng kiến thức qua 7 bài học cụ thể:

  • Bài 1: Giới thiệu chung về hệ thống bảo vệ rơle (2 giờ LT): Giới thiệu chức năng, nhiệm vụ của bảo vệ rơle trong việc phát hiện và cô lập phần tử sự cố; phân tích 5 yêu cầu kỹ thuật cơ bản gồm: độ tin cậy ($Dependability$ và $Security$), tính chọn lọc (chọn lọc tuyệt đối và tương đối), tác động nhanh ($t \le 50\text{ ms}$), độ nhạy ($K_n$) và tính kinh tế. Trình bày cấu trúc hệ thống bảo vệ (bộ phận đo lường BI/BU, bộ phận phân tích logic, bộ phận thực hiện máy cắt, nguồn thao tác một chiều, kênh truyền tín hiệu) và bảng tra cứu mã số chức năng thiết bị theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C37.2 (50, 51, 67, 87, 21, 40, 64,...) và ký hiệu IEC.
  • Bài 2: Các sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle (10 giờ: 2 LT, 7 TH, 1 KT): Cung cấp cơ sở lý thuyết cho các chức năng bảo vệ:
    • Bảo vệ quá dòng điện: Quá dòng cắt nhanh (50), quá dòng có thời gian (51) với đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc (theo tiêu chuẩn IEC/IEEE), quá dòng có hướng (67) áp dụng cho lưới điện nhiều nguồn và đường dây song song.
    • Bảo vệ so lệch (87): Nguyên lý so lệch dòng điện cho stator máy phát điện (87G), máy biến áp (87T, 87TG), so lệch thanh cái (87B); phân tích nguyên nhân sinh ra dòng không cân bằng ($I_{KCB}$) và giải pháp sử dụng biến dòng bão hòa trung gian hoặc rơle so lệch có hãm.
  • Bài 3: Rơle số đa chức năng (9 giờ: 2 LT, 7 TH): Phân tích cấu trúc phần cứng của rơle số (bộ biến đổi tương tự - số ADC, vi xử lý, bộ nhớ, cổng truyền thông, đầu vào quang cách ly, tiếp điểm đầu ra); các chức năng đo lường, bảo vệ và giám sát tích hợp; giới thiệu thiết bị của các hãng Siemens, ABB, SEL, Mikro.
  • Bài 4: Hợp bộ rơle (10 giờ: 1 LT, 9 TH): Các quy định an toàn khi thử nghiệm rơle; cấu tạo và chức năng của hợp bộ thử nghiệm tự động Omicron CMC256; thiết bị đo điện trở cách điện Megger MIT520; thiết bị đo điện trở tiếp xúc Megger DRLO600; quy trình đấu nối và vận hành phát dòng/áp thử nghiệm.
  • Bài 5: Kết nối, cài đặt rơle bảo vệ quá dòng (18 giờ: 3 LT, 14 TH, 1 KT): Cấu tạo, sơ đồ chân và đấu nối rơle quá dòng Mikro MK233A; phương pháp tính toán, cài đặt giá trị dòng khởi động ($I_{kđ}$), thời gian trễ ($t$), đường đặc tính phụ thuộc; quy trình cấp dòng thử nghiệm kiểm tra ngưỡng tác động và thời gian tác động.
  • Bài 6: Kết nối, cài đặt rơle bảo vệ so lệch (12 giờ: 2 LT, 10 TH): Cấu tạo và sơ đồ đấu nối rơle so lệch máy biến áp KBCH 130 (dùng cho máy biến áp 3 cuộn dây); phương pháp cài đặt tỉ số biến dòng, dòng hãm, đặc tính hãm; đo điện trở cách điện cuộn dây và thực hành thử nghiệm so lệch ba pha.
  • Bài 7: Kết nối, cài đặt rơle bảo vệ khoảng cách (14 giờ: 2 LT, 11 TH, 1 KT): Cấu tạo phần cứng rơle khoảng cách MICOM P441 / P443; sơ đồ kết nối mạch áp, mạch dòng; phương pháp cài đặt tổng trở các vùng bảo vệ (Zone 1, Zone 2, Zone 3), đặc tính khởi động, hướng tác động; quy trình cấp dòng - áp thử nghiệm thời gian tác động theo các vùng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết kỹ thuật điện chuyên sâu:

  • Nguyên lý phối hợp bảo vệ: Xác định dòng làm việc cực đại ($I_{lvmax}$), hệ số mở máy động cơ ($K_m = 2 \div 5$), hệ số an toàn ($K_{at} = 1,2 \div 1,3$), hệ số trở về ($K_v = 0,85 \div 0,9$ với rơle cơ và $K_v \approx 1$ với rơle số).
  • Tính toán ngắn mạch và phân loại sự cố: Tính toán ngắn mạch 3 pha trực tiếp ở chế độ cực đại ($I_{Nng.max}$) và cực tiểu ($I_{Nmin}$); tính toán thành phần đối xứng (thứ tự thuận $I_1$, thứ tự nghịch $I_2$, thứ tự không $I_0$) phục vụ bảo vệ chạm đất và bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch (46).
  • Cơ chế đo lường và biến đổi tín hiệu: Quy tắc đấu nối đầu cực cùng tên của máy biến dòng (S1-S2, T1-T2) và máy biến điện áp; sơ đồ đấu nối hình sao đầy đủ, hình chữ V và bộ lọc dòng thứ tự không; cơ chế phân biệt ngắn mạch trong và ngoài vùng bảo vệ qua góc pha ($\varphi_1, \varphi_2$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc hiểu bản vẽ sơ đồ một sợi, sơ đồ nguyên lý nhị thứ và bản vẽ đấu nối 3 sợi/4 sợi; đấu nối chính xác mạch nhị thứ giữa BI, BU, rơle số và mạch điều khiển cắt của máy cắt (52).
  • Kỹ năng phân tích: Tính toán chỉnh định các cấp chọn lọc thời gian ($\Delta t = 0,3 \div 0,5\text{ s}$ đối với rơle cơ; $\Delta t = 0,2 \div 0,3\text{ s}$ đối với rơle số); phân tích đường cong đặc tính thời gian phụ thuộc theo tiêu chuẩn IEC; đánh giá phạm vi tác động của bảo vệ khoảng cách.
  • Kỹ năng thực hành nghề: Thao tác lập trình tham số trực tiếp trên bàn phím rơle và qua phần mềm máy tính; vận hành hợp bộ Omicron CMC256 để phát dòng/áp mô phỏng sự cố; đo điện trở cách điện cuộn dây bằng Megger MIT520; đo điện trở tiếp xúc bằng Megger DRLO600; kết xuất và phân tích bản ghi sự cố (event recorder/fault recorder) từ rơle số để chẩn đoán nguyên nhân sự cố.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp lý thuyết - thực hành, lấy việc thao tác kỹ thuật trên thiết bị làm trọng tâm:

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│             TIẾN TRÌNH DẠY HỌC TÍCH HỢP                │
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            │
       ┌────────────────────┴────────────────────┐
       ▼                                         ▼
┌─────────────────────────────┐   ┌─────────────────────────────┐
│    NGƯỜI DẠY (GIẢNG VIÊN)   │   │     NGƯỜI HỌC (HỌC VIÊN)    │
├─────────────────────────────┤   ├─────────────────────────────┤
│• Phương pháp dạy học nêu    │   │• Chuẩn bị lý thuyết & đọc   │
│  vấn đề, diễn giảng tích cực│   │  trước giáo trình           │
│• Phân chia nhóm/ca xưởng    │   │• Thực hiện theo phiếu hướng │
│• Thiết kế phiếu học tập và  │   │  dẫn thực hành              │
│  phiếu đánh giá thực hành   │   │• Thao tác đo kiểm độc lập   │
│• Giám sát quy trình an toàn │   │  và làm việc nhóm           │
└──────────────┬──────────────┘   └──────────────┬──────────────┘
               │                                 │
               └────────────────────┬────────────┘
                                    │
                                    ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│            ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC ĐẦU RA                    │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│• Đánh giá thường xuyên: Hỏi miệng / Vấn đáp lý thuyết  │
│• Kiểm tra định kỳ (3 bài): Tích hợp lý thuyết & xưởng  │
│• Thi kết thúc mô đun: Thực hành thao tác trên thiết bị │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên sử dụng phương pháp giảng dạy tích cực (diễn giảng giải thích nguyên lý, nêu vấn đề xử lý sự cố, vấn đáp kỹ thuật). Các buổi thực hành được tổ chức phân ca, chia nhóm làm việc tại Xưởng thực tập điện và Phòng thí nghiệm điện, kèm theo hệ thống phiếu hướng dẫn thực hành và phiếu học tập chuẩn hóa.
  • Mô hình thí nghiệm và bài tập: Thực hành trực tiếp trên các bộ mô hình chuyên dụng: bộ thí nghiệm bảo vệ quá dòng, bộ thí nghiệm bảo vệ chống dòng rò, bộ thí nghiệm bảo vệ so lệch, bộ thí nghiệm bảo vệ quá áp/thấp áp, bộ thí nghiệm bảo vệ có hướng. Hệ thống bài tập bao gồm: tính toán dòng khởi động rơle ($I_{KĐR}$), chọn tỷ số biến dòng ($n_I$), xác định bậc chọn lọc thời gian ($\Delta t$) và xử lý các tình huống ngắn mạch mô phỏng.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá:
    • Kiểm tra thường xuyên: Đánh giá qua hình thức hỏi miệng, vấn đáp trực tiếp trong các giờ học lý thuyết và thao tác xưởng.
    • Kiểm tra định kỳ (3 bài):
      • Bài số 1: Kiểm tra lý thuyết tổng quát (Nội dung Bài 1, 2).
      • Bài số 2: Kiểm tra thực hành kết hợp lý thuyết về rơle số, hợp bộ và rơle quá dòng (Nội dung Bài 3, 4, 5).
      • Bài số 3: Kiểm tra thực hành cài đặt và thử nghiệm rơle so lệch, rơle khoảng cách (Nội dung Bài 6, 7).
    • Thi kết thúc mô đun: Thực hiện bài thi thực hành độc lập trên thiết bị rơle và hợp bộ thử nghiệm, đánh giá theo thang điểm và bảng tiêu chí kỹ năng.
  • Hướng dẫn tự học: Người học phải nghiên cứu trước nội dung bài học trong giáo trình, chuẩn bị tài liệu kỹ thuật của các hãng sản xuất rơle, hoàn thành các phiếu bài tập tình huống trước khi vào xưởng và chấp hành các quy định an toàn điện.

Điểm nổi bật và cập nhật của giáo trình

  • Chuyển giao từ công nghệ điện cơ sang rơle số: Giáo trình phản ánh rõ nét sự chuyển đổi kỹ thuật từ các hệ thống bảo vệ sử dụng rơle điện cơ truyền thống sang rơle kỹ thuật số đa chức năng dựa trên công nghệ vi xử lý (các dòng Mikro MK233A, KBCH 130, MICOM P441/P443), đáp ứng yêu cầu vận hành của hệ thống điện hiện đại.
  • Chuẩn hóa định danh theo tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu xây dựng bảng đối chiếu chi tiết giữa hệ thống đánh số chức năng thiết bị theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C37.2 (từ mã 1 đến 96) và ký hiệu theo tiêu chuẩn IEC, giúp người học đọc hiểu thống nhất các sơ đồ mạch nhị thứ trong các dự án công nghiệp.
  • Gắn kết trực tiếp với trang thiết bị đo kiểm chuẩn công nghiệp: Nội dung giảng dạy không dừng lại ở lý thuyết trừu tượng mà hướng dẫn chi tiết quy trình sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại: hợp bộ thử nghiệm tự động Omicron CMC256, máy đo điện trở cách điện Megger MIT520, máy đo điện trở tiếp xúc DRLO600.
  • Nguồn tài liệu kỹ thuật có tính ứng dụng cao: Nội dung biên soạn được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa các tài liệu học thuật trong nước (giáo trình Bảo vệ Rơle trong hệ thống điện và Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện của TS. Lê Kim Hùng – NXB Đại học Đà Nẵng) và tài liệu hướng dẫn kỹ thuật chính hãng từ Siemens, ABB, SEL, Schneider Electric (MICOM), Mikro, Omicron, Megger.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Chương trình và đối tượng đào tạo:
    • Sinh viên trình độ cao đẳng nghề Vận hành nhà máy nhiệt điện và nghề Điện công nghiệp.
    • Học viên các khóa đào tạo nâng bậc, bồi dưỡng kỹ thuật vận hành trạm và nhà máy điện.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần cơ sở:
    • An toàn điện (KTĐ19MH1) và An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
    • Điện kỹ thuật cơ bản (KTĐ19MH11).
    • Đo lường điện (KTĐ19MĐ14) và Khí cụ điện (KTĐ19MĐ15).
    • Phần điện nhà máy điện và trạm biến áp (KTĐ19MĐ37).
  • Ứng dụng đối với giảng viên: Dùng làm khung tài liệu chuẩn để xây dựng giáo án tích hợp, phân bổ ca thực hành, thiết kế phiếu bài tập và xây dựng ngân hàng đề thi thực hành kết thúc mô đun.
  • Ứng dụng trong tự học và tham khảo: Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tại các nhà máy điện, trạm biến áp và các công trình dầu khí có thể sử dụng tài liệu để tra cứu phương pháp đấu dây nhị thứ, giải thuật cài đặt tham số bảo vệ và quy trình thí nghiệm định kỳ rơle.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên cao đẳng chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện và Điện công nghiệp; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên làm việc trong lĩnh vực bảo dưỡng, thí nghiệm và vận hành hệ thống điện tại các nhà máy, trạm biến áp.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học về Điện kỹ thuật cơ bản, Đo lường điện, Khí cụ điện, An toàn điện và Phần điện nhà máy điện - trạm biến áp để có đủ kiến thức về máy điện, sơ đồ nối điện và các kỹ năng đo kiểm cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình lý thuyết bảo vệ rơle thông thường là gì?

Khác với các giáo trình thuần lý thuyết, tài liệu này xây dựng theo mô đun đào tạo nghề với thời lượng thực hành chiếm 77,3% (58/75 giờ). Nội dung đi sâu vào quy trình công nghệ: sơ đồ đấu nối cụ thể, giao diện cài đặt tham số của từng dòng rơle thực tế (MK233A, KBCH 130, MICOM P441) và các bước thao tác phát dòng/áp trên hợp bộ thí nghiệm Omicron CMC256.

4. Làm thế nào để tự học và tiếp thu tốt nội dung giáo trình?

Người học cần nắm vững lý thuyết nguyên lý và bảng mã ANSI ở Bài 1, 2; kết hợp đọc kỹ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật (User Manual) của từng loại rơle; tuân thủ các bước trong phiếu thực hành và thực hiện đầy đủ quy trình an toàn điện trước khi thao tác cấp nguồn trên mô hình thí nghiệm.

5. Những tài liệu bổ trợ nào được sử dụng kèm theo giáo trình?

Giáo trình sử dụng kèm các tài liệu tham khảo chính:

  • TS. Lê Kim Hùng (2002), Bảo vệ Rơle trong hệ thống điện, NXB Đại học Đà Nẵng.
  • TS. Lê Kim Hùng (2004), Bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện, NXB Đại học Đà Nẵng.
  • Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật của các hãng sản xuất rơle: Siemens, ABB, SEL, Mikro.
  • Sổ tay vận hành thiết bị thí nghiệm của hãng Megger, Omicron.

Kết luận

Giáo trình mô đun Bảo vệ Rơ le (KTĐ19MĐ6) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn có cấu trúc chặt chẽ, kết hợp đồng bộ giữa lý thuyết tính toán bảo vệ hệ thống điện và kỹ năng thực hành nghề trên các thiết bị rơle số, hợp bộ thí nghiệm chuyên dụng.

Theo tiến trình đào tạo, sau khi hoàn thành mô đun này, người học sẽ có đầy đủ năng lực kỹ thuật để tiếp tục học tập các mô đun chuyên sâu tiếp theo như Vận hành lò hơi (KTĐ19MĐ60, KTĐ19MĐ61), Vận hành tua-bin hơi (KTĐ19MĐ62, KTĐ19MĐ63), Trang bị điện (KTĐ19MĐ57), trước khi bước vào giai đoạn Thực tập sản xuất (KTĐ19MĐ53) và thực hiện Khóa luận tốt nghiệp (KTĐ19MĐ19). Toàn bộ nội dung giáo trình là cơ sở tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập lưu hành nội bộ tại cơ sở đào tạo.