Phân tích và đánh giá đặc tính làm việc bảo vệ so lệch dọc đường dây của rơle kỹ thuật số

 được rơle xác định bởi biểu 
thức [3]: ||
**
RLDIFF III (1) 
Ở điều kiện lý tưởng khi đường dây làm việc 
bình thường, hoặc sự cố ngoài vùng bảo vệ, IDIFF = 0. 
Còn khi có sự cố trong vùng bảo vệ IDIFF ≠ 0. Tuy 
nhiên, thực tế vận hành do CT có từ hóa nên có thể 
xảy ra trường hợp IDIFF ≠ 0 trong các điều kiện sự cố 
ngoài vùng bảo vệ gây bão hòa CT. Do đó, các hãng 
sản xuất đã sử dụng thêm thành phần dòng điện hãm 
(IBIAS) làm cơ sở để phân biệt giữa các dòng sự cố và 
sai số đo lường của các CT. IBIAS được tính theo công 
thức của hãng sản xuất: 
Siemens [3]: ||||
**
RLBIAS III (2) 
Schneider [4]: |)||(|5.0
**
RLBIAS III (3) 
Abb [6]: |)||,max(|
**
RLBIAS III (4) 
GE [8]: 2_
*
_
*
2 2|||| PIII ADARADALBIAS (5) 
Đối với rơle hãng GE, công thức (5) tính giá trị 
dòng hãm sử dụng thuật toán dòng điện tại chỗ thích 
nghi (IL_ADA), dòng điện từ xa thích nghi (IR_ADA). Ví 
dụ đối với dòng điện tại chỗ IL kiểm tra điều kiện [8]: 
 2
*
2
_
**
||)1(2|||| LADALL ISIBPI 
 2222
*
2
_
**
)1(2)|(|)2(2|||| BPSBPISIBPI LADALL 
Trong đó: BP là điểm gãy của đặc tính làm việc, 
S1 là độ dốc 1, S2 là độ dốc 2, và P là giá trị dòng 
điện tác động. 
a. Siemens 7SD522 b. Schneider P543 
c. Abb RED670 d. GE L90 
Hình 2. Đặc tính làm việc của rơle so lệch hãm 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
16 
Loại thứ hai làm việc dựa trên tỷ số dòng điện 
từ xa và dòng điện tại chỗ (IR/IL) tạo nên đặc tính 
vòng tròn khuyết của SEL cho ở hình 3 [10]. 
Hình 3. Đặc tính vòng tròn khuyết 
Nhận xét: Cả hai loại thuật toán có điểm chung là cài 
đặt độ dốc lớn hay bán kính 87LR lớn thì vùng hãm 
lớn. Tuy nhiên đặc tính vòng tròn khuyết không sử 
dụng độ lớn sai số dòng điện CT mà sử dụng góc sai 
số CT để làm cơ sở chọn giá trị 87LANG cho đặc 
tính. Đặc tính làm việc với 1 độ dốc xử lý giá trị độ 
lệch dòng điện ΔIDIFF tỷ lệ thuận với dòng hãm khi 
xảy ra sai số CT, bão hoà CT, dòng điện dung, và độ 
lệch đồng bộ tín hiệu dòng điện. Do đó, khi dòng điện 
sự cố nhỏ, CT làm việc tuyến tính và tín hiệu sai số 
ΔIDIFF tuyến tính đúng với dòng hãm. Nhưng khi 
dòng sự cố lớn, ΔIDIFF tăng phi tuyến với dòng hãm 
và làm tăng IDIFF. Điều này cho thấy việc áp dụng đặc 
tính sử dụng 2 độ dốc và điểm gãy sẽ làm tăng độ tin 
cậy của rơle khi dòng hãm lớn do CT bão hoà và cho 
phép làm việc nhạy hơn đối với dòng sự cố nhỏ. 
3. Tính chọn thông số chỉnh định rơle 
Để giải thích rõ về thông số của các đặc tính nêu 
trên, bài báo thực hiện tính chọn giá trị chỉnh định 
rơle, áp dụng cho đường dây 220kV Buôn Kuôp – 
Buôn Tua Srah, tần số f = 50 Hz, có chiều dài đường 
dây L = 46,12 km dựa trên thông số đường dây cụ thể 
như sau: 
Tổng trở thứ tự không: 00 40,73 81, 2LZ   
Tổng trở thứ tự thuận: 01 11,81 79LZ   
Điện dung thứ tự thuận: C1 = 0,016μF/km 
Dòng điện dung thứ tự thuận [3]: 
1 1
1
2
3
LL
C
U
I f C L
CTR
 (6) 
6
1
1
220000 1
2 50 0,016 10 46,12
2003
0,1474
C
C
I
I A
Giả sử ta có các thông số khác liên quan đến sai 
số thiết bị bao gồm: 
Dòng điện mang tải lớn nhất: ILVMAX = 200A 
Dòng sự cố lớn nhất: IF_MAX = 4000A 
Tỷ số biến dòng: CTR = 200/1A 
Sai số CT lúc làm việc bình thường: eCTn = 3% 
Sai số CT khi sự cố: eCTs = 15% 
Sai số rơle bảo vệ: eRL = 2% 
Sai số góc của dạng sóng dòng điện gây ra bởi 
thời gian trễ kênh truyền Δt = 0,2ms [4]: 
0 0
0360 0,2 s 360 3, 6
20 s 20 s
SYNC
t m
m m
  
Do đó, độ lệch dòng 
0
0
3,6 2
0,0623
360
SYNCI A
Từ các thông số trên, ta có thể sử dụng để tính 
toán, chỉnh định cho bảo vệ rơle: 
Siemens 7SD522 [3]: 
Dòng so lệch cấp 1: IDIFF> ≥ 2,5×IC = 2,5×0,1474 = 
0,3685IN (lớn hơn giá trị tối thiểu 0.2IN) nên ta chọn 
IDIFF> = 0,37IN. Với IN là dòng điện định mức. 
Dòng so lệch cấp 2: IDIFF>> ≥ 1,2ILoad_Max/CTR = 1,2IN 
Khi hệ thống làm việc bình thường ILV = 1IN: 
Độ lệch dòng hãm: 
ΔIBIAS = IDIFF> + eCT_L×|IL| + eCT_R×|IR| + ΔISYNC 
ΔIBIAS = 0,3685 + 3%×1 + 3%×1 + 0,0623 = 0,4908A 
Độ lệch dòng so lệch: ΔIDIFF = IC + ΔISYNC = 0,2079A 
Khi hệ thống có sự cố ngoài vùng với IF = 20IN: 
Độ lệch dòng hãm: ΔIBIAS = 0,3685 + 15%×20 + 
15%×20 + 0,0623 = 1,6308A 
Độ lệch dòng so lệch: ΔIDIFF = IDIFF> + 0,25×ΔIBIAS 
ΔIDIFF = 0,3685 + 0,25×1,6308 = 0,7762A 
Do vậy, nhà sản xuất đã đưa ra độ dốc đặc tính 
Slope = 0,45 dùng để đảm bảo rơle làm việc ổn định 
với sai số CT, cho nên ta có điểm gãy IBIAS_CAL = 
IDIFF>/Slope = 0,37/0,45 = 0,822. Rơle 7SD522 tác 
động nếu thoả mãn điều kiện: 
 IBIAS ≤ IBIAS_CAL và IDIFF > IDIFF> (7) 
 IBIAS > IBIAS_CAL và IDIFF > (IBIAS - IBIAS_CAL)×Slope 
+ IDIFF> (8) 
 IDIFF > IDIFF>> (9) 
Schneider P543 [4, 5]: 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
17 
Dòng so lệch cấp 1: 
IS1 = 2,5×IC = 2,5×0,1474 = 0,3685 IN (lớn hơn 
giá trị tối thiểu 0.2IN) nên ta chọn IS1 = 0,37 IN. 
Theo đề nghị của nhà sản xuất, ta chọn mặc định 
thông số chỉnh định: Độ dốc 1: k1 = 30%, Độ dốc 2: 
k2 = 150%, Dòng hãm: Is2 = 2A. 
P543 tác động nếu thoả mãn điều kiện: 
 IBIAS ≤ IS2 và |IDIFF| > k1×|IBIAS| + IS1 (10) 
 IBIAS >IS2 và |IDIFF| >k2×|IBIAS| - (k2 - k1)×IS2 + IS1 (11) 
ABB RED670 [6, 7]: 
Dòng so lệch cấp 1: 
IdMin ≥ 2,5×IC = 2,5×0,1474 = 0,3685IN (lớn hơn giá 
trị tối thiểu 0.2IN) nên ta chọn Idmin = 0,37IN. 
Dòng điện IdMinHigh = 1IN dùng thay thế cho IdMin 
khi đóng điện. 
Dòng so lệch cấp 2: 
IdUnre = 1,2IF_MAX = 1,2× 20IN = 24IN 
Theo đề nghị của nhà chế tạo ta chọn giá trị mặc 
định cho thông số chỉnh định: Endsection1 = 1.25IN, 
Endsection2 = 3IN, SlopeSection2 = 40%, SlopeSection3 
= 80%. 
Xác định sự cố trong và ngoài vùng sử dụng 
thành phần thứ tự nghịch: 
Góc đặc tính NegSeqROA = 600 
Dòng TTN tối thiểu IminNegSeq = 0,04IN còn khi 
IBIAS > 1,5IN thì ngưỡng đặt là IminNegSeq + 0,1IBIAS. 
Rơle RED670 tác động nếu thoả mãn điều kiện: 
 IBIAS ≤ EndSection1 và IDIFF > Idmin (12) 
 EndSection1 ≤ IBIAS ≤ EndSection2 và IDIFF > [Idmin + 
{SlopeSection2/100×(IBIAS - EndSection1)}] (13) 
 IBIAS ≥ EndSection2 và IDIFF > [Idmin + {Slope 
Section2/100×(Endsection2 - EndSection1)} + { 
SlopeSection3/100×(IBIAS - EndSection2)}] (14) 
GE L90 [8, 9]: 
Dòng điện khởi động: 
IPickup ≥ 2,5×IC = 2,5×0,1474 = 0,3685IN (lớn hơn 
giá trị tối thiểu 0.2IN) nên ta chọn IPickup = 0,37 IN. 
Theo đề nghị của nhà sản xuất giá trị mặc định 
đặt đặc tính: Độ dốc 1: S1 = 30%. Độ dốc 2: S2 = 
60%. Điểm gãy: BP = 1,5. 87L Curent diff Gnd 
Pickup = 0,37 IN. 87L Curent diff Gnd Restraint = 
25%. 87L Curent diff Gnd Delay = 0,1s 
L90 tác động nếu thoả điều kiện: 
 (IDIFF/IBIAS)2 > 1 (15) 
SEL311L [10, 11]: 
Dòng so lệch pha: 87LPP = 1,2×(ILvmax + IC)/ 
CTR = 1,2×(1 + 0,1474) = 1,377 (lớn hơn giá trị tối 
thiểu 1IN) nên ta chọn IDIFF> = 1,377IN. 
Dòng so lệch TTN: 87L2P = 0,1A đối với CT có 
cổng dòng 1A, và 0,5A đối với cổng dòng 5A. 
Dòng so lệch TTK: 87LGP = 5%ILV_MAX = 0,05 
×200/CTR = 0,05 (nhỏ hơn giá trị bé nhất 0,5A) nên 
ta chọn 87LGP = 0,5. 
Theo đề nghị của nhà sản xuất giá trị mặc định 
đặt cho đặc tính vòng tròn khuyết: Bán kính đặc tính 
87LR = 6, Góc đặc tính 87LANG = 1950. 
Rơle tác động nếu tỷ lệ vectơ IR/IL nằm ngoài 
vùng hãm và dòng so lệch vượt quá ngưỡng: 
 IDIFF > LGP và (|IR/IL| > 87LR) (16) 
 IDIFF > LGP và (|IR/IL| <1/87LR) (17) 
 IDIFF > LGP và góc (IR/IL) nằm trong vùng cắt 
(277,50 ÷ 82,50) (18) 
Nhận xét: Cả hai loại thuật toán thực hiện tính 
toán đối với trường hợp sự cố 3 pha, lúc mang tải 
bình thường dựa trên các dòng điện từng pha A, B, C 
riêng biệt. Đối với sự cố 1 pha, hai pha, và 2 pha 
chạm đất thì hãng Schneider vẫn sử dụng dòng điện 
từng pha, GE và Siemens sử dụng thành phần dòng 
điện TTK, ABB sử dụng thành phần dòng điện TTN, 
SEL sử dụng cả hai. 
Hình 4. Modun rơle Schneider P543 
4. Mô phỏng sự cố bằng Matlab/Simulink 
Bài báo sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để 
mô phỏng hệ thống đường dây truyền tải 220kV có 
hai nguồn cung cấp (Buôn Kuốp 280MW), Buôn Tua 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
18 
Srah (86MW) thể hiện trên hình 5. Chi tiết thiết kế 
mô hình F87L của từng hãng sản xuất gồm có khối 
Fourier dùng để lấy dòng điện 50Hz của các pha A, 
B, C ở tại chỗ và từ xa, kết hợp với các giá trị chỉnh 
định rơle tính toán chi tiết ở mục 3 làm đầu vào cho 
khối Sfunction nhằm đưa ra quyết định xuất lệnh cắt 
(Trip = 1) hay không cắt (Trip = 0). Ví dụ xem mô 
hình rơle Schneider P543 được trình bày ở hình 4. 
Tiến hành đánh giá quỹ đạo điểm làm việc đối 
với các sự cố ngoài vùng bảo vệ tại F2 và trong vùng 
bảo vệ tại F1 đến F87L. Đồng thời có xem đến ảnh 
hưởng của sự bão hòa CT. 
Hình 5. Mô hình đường dây 220kV 
Hình 6. Quỹ đạo điểm làm việc của rơle khi mang tải bình thường 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
19 
Hình 7. Quỹ đạo điểm làm việc của rơle khi sự cố trong vùng bảo vệ 
Hình 8. Quỹ đạo điểm làm việc của rơle khi sự cố ngoài vùng bảo vệ
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
20 
Trường hợp 1: mô phỏng đường dây mang tải 
bình thường với dòng điện gấp 2 lần dòng định mức, 
|IL| = |IR| = 400A, sai số CT ≈ 0%, IDIFF = 0,16A. Kết 
quả là quỹ đạo điểm làm việc nằm trong vùng hãm 
của đặc tính nên tất cả 5 rơle không xuất lệnh cắt Trip 
= 0 (xem hình 6). 
Trường hợp 2: mô phỏng sự cố AB nằm trong 
vùng bảo vệ tại F1 ở thời điểm t = 0,1s, |IL| = 1,44kA, 
|IR| = 1kA, sai số CT ≈ 0,4%, dòng điện so lệch tăng 
lớn nhất IDIFF = 11A (vượt ngưỡng đặt). Do đó, quỹ 
đạo điểm làm việc đi từ vùng hãm vào vùng cắt của 
đặc tính, sau đó sự cố được phát hiện và các rơle xuất 
lệnh cắt Trip = 1 tại thời điểm gần giống nhau. Cụ thể 
là 7SD522 (1,1136s), P543 (1,1125s), RED670 
(1,1116s), L90 (1,1128s), SEL311L (1,111s). Xem 
hình 7. 
Trường hợp 3: mô phỏng sự cố AG nằm ngoài 
vùng bảo vệ tại F2 ở thời điểm t = 0,1s, |IL| = |IR| = 
4,5kA, CT_Remote bị bão hoà với sai số lớn nhất là 
66% và làm cho dòng điện so lệch tăng IDIFF = 10A 
(vượt ngưỡng đặt) từ thời điểm 0,126 ÷ 0,15s, sau đó 
giảm dần về 0. Đồng thời, quỹ đạo dịch chuyển điểm 
làm việc của các rơle có xu hướng đi nhanh lên phía 
trên, sau đó di chuyển nhanh theo hướng xuống. Tuy 
nhiên, điểm làm việc vẫn nằm trong vùng hãm nên 
các rơle không xuất lệnh cắt Trip = 0. Xem hình 8. 
Bảng 1. Kết quả kiểm tra điểm gãy đặc tính 
Giá trị thử [A] 7SD522 P543 RED670 L90 SEL311L 
Điểm gãy 7SD 
0
0
180225,0
0596,0
 
 
R
L
I
I
1 0 0 0 0 
Điểm gãy Is2 
0
0
180485,2
0515,1
 
 
R
L
I
I
 0 1 1 0 0 
Điểm gãy 
Endsection1 
0
0
18088,0
0245,1
 
 
R
L
I
I
0 0 1 0 0 
Điểm gãy 
Endsection2 
0
0
18093,1
03
 
 
R
L
I
I
0 0 1 0 0 
Điểm gãy BP 
0
0
18063,0
05,1
 
 
R
L
I
I
 0 1 1 1 0 
Góc đặc tính 
87LANG 
0
0
835,1
05,1
 
 
R
L
I
I
1 1 1 1 0 
Giả sử CT hai đầu đường dây bị bão hoà không 
giống nhau khi xảy ra sự cố pha AG nằm ngoài vùng 
bảo vệ, ví dụ chúng ta xét các điểm làm việc nằm ở 
điểm gãy của đặc tính 7SD522 trên hình 2a có IL = 
0,596∠00A, IR = 0,225∠1800A. Đối với hãng Siemens 
7SD522, ta sử dụng công thức (1) và (2) tính được 
IDIFF = 0,371, IBIAS = 0,821. Sau đó kiểm tra rơle tác 
động cắt do thỏa mãn theo điều kiện (7) là IBIAS ≤ 
0,822 và IDIFF > 0,37. 
Đối với hãng Schneider P543, ta sử dụng công 
thức (1) và (3) tính được IDIFF = 0,371, IBIAS = 0,4105. 
Sau đó kiểm tra rơle không tác động cắt do chưa thỏa 
mãn theo điều kiện (10) là IBIAS ≤ 2 và IDIFF > 
30%×0,4105 + 0,37 = 0,49315. Tương tự thực hiện 
tính toán cho rơle RED670, L90 và SEL311L theo 
công thức (4), (5) và kiểm tra các điều kiện tác động 
đã được trình bày chi tiết trong mục 3 đối với các 
trường hợp khác. Kết quả thu được cho ở bảng 1. 
Nhận xét: Trong các hầu hết các trường hợp sự 
cố ngoài vùng làm CT bão hòa và dòng điện IL, IR khác 
nhau nhiều thì chỉ có SEL311L là không tác động 
(Trip = 0), còn lại các rơle khác như 7SD522, P543, 
RED670 và L90 sẽ tác động (Trip =1) nếu điểm làm 
việc nằm ở vùng cắt của đặc tính hãm. Kết quả là 
RED670 nhạy nhất với 5 trường hợp cắt. Vì vậy, để 
khắc phục nguy cơ mất chọn lọc của các RLBV, các 
hãng sản xuất có thể kết hợp sử dụng tính năng hãm 
sóng hài hoặc khóa sóng hài khi thành phần sóng hài 
bậc cao đo lường lớn hơn giá trị chỉnh định để khóa 
chức năng F87L. 
5. Kết luận 
Bài báo trình bày việc phân tích, đánh giá đặc 
tính F87L của hãng Siemens, Schneider, Abb, GE, và 
SEL dùng cho đường dây truyền tải điện. Các kết quả 
tính toán, xem xét đường đi quỹ đạo điểm làm việc 
đối với các trường hợp ngắn mạch trong vùng và 
ngoàì vùng bảo vệ sẽ mang lại cho các cán bộ quản lý 
vận hành, nhà nghiên cứu, và thiết kế hệ thống điện 
Việt Nam sự hiểu biết tốt hơn về những đặc điểm của 
rơle kỹ thuật số thế hệ mới đã và đang được ứng 
dụng. Cụ thể: 
- Nắm bắt được những vấn đề chính nhằm chỉnh 
định đúng đắn thông số cho RLBV. 
- Có thể tự xây dựng mô hình rơle bảo vệ dễ dàng 
xây dựng, cho phép thực hiện mô phỏng các 
trường hợp sự cố xảy ra trên đường dây đã chọn 
và kiểm tra độ nhạy, đánh giá được khả năng 
đáp ứng của rơle. 
- Biết cách kiểm tra, sàng lọc điểm làm việc trên 
độ dốc đặc tính hãm nhằm tìm ra những sai sót 
tiềm ẩn và chứng minh RLBV hoạt động chính 
xác và phù hợp với mục đích sử dụng trước khi 
đưa thiết bị vào vận hành trên lưới điện. 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 137 (2019) 014-021 
21 
Tài liệu tham khảo 
[1] Lê Kim Hùng, Bảo vệ các phần tử chính trong hệ 
thống điện, NXB Đà Nẵng (2004). 
[2] Bruce Mackie, Craig Palmer, Summary Paper for 
C37.243 IEEE Guide for Application of Digital Line 
Current Differential Relays Using Digital 
Communication, 2017 70th Annual Conference for 
Protective Relay Engineers (CPRE), 3-6 April 2017. 
[3] Siemens, Line Differential Protection with Distance 
Protection 7SD5, 2016. 
[4] Schneider, P543/P545 Single Breaker Current 
Differential with Distance - Technical Manual, 2016. 
[5] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Phiếu 
chỉnh định rơle P543 đường dây 271 Bắc Kạn – 273 
Cao Bằng (E16.2) ACSR400-70.9km, số phiếu A1-
10-2015/E26.5/220. 
[6] ABB, Line differential protection RED670 2.0 IEC - 
Application manual, July 2016. 
[7] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Phiếu 
chỉnh định rơle RED670 đường dây 272 Bắc Kạn – 
275 Thái Nguyên (E6.2) ACSR2x330-84.6km, số 
phiếu A1-12-2015/E26.5/220. 
[8] GE, L90 Line Differential Relay UR Series 
Instruction Manual, 2014. 
[9] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Phiếu 
chỉnh định rơle L90 đường dây 177 Bắc Giang – 172 
Quang Châu (E7.18) AC300-18km, số phiếu A1-03-
2017/E7.6/220. 
[10] SEL, SEL-311L Relay Protection, and Automation 
System - Instruction Manual, 2017. 
[11] Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Phiếu 
chỉnh định rơle SEL311L đường dây 272 Bã Chè – 
276 T500 Nho Quan (T500NQ) ACC367-62.8km, số 
phiếu A1-15-2018/E9.2/220.