Mô phỏng xác định vị trí sự cố trên đường dây cáp ngầm trung áp

Số hóa công nghiệp
18/01/2023 10:53
Các phương pháp xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây cáp ngầm trung áp phổ biến hiện nay có kết quả khá chính xác nhưng mức đầu tư cao nên không phổ biến trên lưới điện trung áp. Bài báo trình bày các thuật toán áp dụng phương pháp tổng trở và mô phỏng trên Matlab Simulink để tính toán nhằm mục đích khai thác các thiết bị hiện đã đầu tư trong lưới phục vụ cho việc xác định vị trí sự cố trên đường dây cáp ngầm trung áp.
aa
Tóm tắt

Hiện nay, việc ngầm hóa lưới điện trung áp đang diễn ra nhanh chóng và ngày càng mở rộng. Cùng với việc dùng cáp ngầm thay thế cho dây dẫn điện trên không đã nảy sinh yêu cầu đảm bảo yếu tố vận hành an toàn và hiệu quả đối với đường dây cáp ngầm. Không giống đường dây trên không, đường dây cáp ngầm khi bị sự cố thường rất khó để phát hiện vị trí sự cố bằng mắt thường. Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch là rất quan trọng trong lưới phân phối để khôi phục hoạt động bình thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện.

Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây cáp ngầm trung áp, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện. Thống kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị trí sự cố được phân thành ba phương pháp chính đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố sau khi đã được cô lập bằng các máy phát xung có tần số cao và các thiết bị đo chuyên dụng đo xung phản hồi đi và về. Phương pháp truyền sóng đo thời gian lan truyền của sóng lấy kết quả từ sự xuất hiện sự cố trên đường dây. Các phương pháp này có kết quả khá chính xác nhưng mức đầu tư cao nên không phổ biến trên lưới điện trung áp. Bài báo trình bày các thuật toán áp dụng phương pháp tổng trở và mô phỏng trên Matlab Simulink để tính toán nhằm mục đích khai thác các thiết bị hiện đã đầu tư trong lưới phục vụ cho việc xác định vị trí sự cố trên đường dây cáp ngầm trung áp.

Thiết bị xác định sự cố trong lưới điện trung áp

Ngoài rơle (của các hãng ABB, Schneider, Siemens, SEL,… thường dùng với các chức năng F50/51; F50/51N; F79… không có chức năng định vị sự cố) để bảo vệ và ghi sự cố các xuất tuyến phía 22kV. Các thiết bị xác định vùng sự cố thường được sử dụng trên lưới trung áp là:

  • Chỉ thị sự cố (Fault Indicator: FI)
  • Recloser và thiết bị tự động phân đoạn sự cố
  • Thiết bị chuyên dụng dò tìm sự cố
  • Thiết bị dò tìm sự cố

Các phương pháp dò tìm sự cố:

  • Phương pháp xung phản xạ TDR (Time Domain Reflectometry)
  • Phương pháp đa xung SIM/MIM (Secondary Impulse/Multiple Impulse Method)
  • Phương pháp xung dòng ICM (Impulse Current Method)
  • Phương pháp phân hủy
  • Công nghệ đốt cháyMô phỏng thực nghiệm

    Để xây dựng chương trình tính toán vị trí dự cố trên đường dây trên không cũng như cáp ngầm, công cụ phần mềm Matlab Simulink đã được sử dụng để chuyển hóa sơ đồ giải thuật ở hình 1 sang sơ đồ mô phỏng ở hình 2.

    mo phong xac dinh vi tri su co tren duong day cap ngam trung ap
    1. Sơ đồ giải thuật xác định vị trí sự cố

    mo phong xac dinh vi tri su co tren duong day cap ngam trung ap
    2. Sơ đồ mô phỏng vị trí sự cố

    Phương pháp tổng trở theo các thuật toán: Đơn giản, Tagaki, Tagaki cải tiến, Saha, Wisziewski có sự gia tăng sai số đáng kể khi thay đổi giá trị điện trở ngắn mạch, vị trí ngắn mạch,… Tuy nhiên, sự gia tăng sai số là một đặc tính chung của các phương pháp xác định vị trí sự cố dựa trên phương pháp tổng trở. Do đó, với giải thuật tính toán đơn giản, chỉ cần nhập các thông số như dòng điện, điện áp, góc kệch pha theo thời gian (lấy ở bảng tin sự cố trong rơle) và thông số đường dây xem xét là cho ra kết quả ngay sau khi xuất hiện sự cố. Nên phương pháp này nên áp dụng đối với đường dây trên không.

    Qua quá trình mô phỏng để kiểm tra tính chính xác của giải thuật được đề xuất, kết quả thu được trong các mô phỏng cho thấy rằng phương pháp xác định vị trí sự cố trên cáp ngầm trung thế dựa trên phương pháp Personal đem lại kết quả rất tốt.

    Xác định vị trí sự cố theo giả đinh

    Tiến hành mô phỏng vị trí sự cố theo giả định: Sự cố xảy ra trong đoạn cáp ngầm trung áp dưới biến loại: RG7H1OJFJ 22kV 3x240mm2 . Điện trở 1 chiều lớn nhất tại 20oc là 0,0754 Ω/km. Tổng chiều dài: 15,48 km

    Xem xét ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch với các giá trị:

    – Vị trí sự số m= 10 km tính từ đầu TBA 110kV

    – Giá trị điện trở ngắn mạch Rf = 1 Ω; 5 Ω; 10 Ω; 25Ω; 50Ω; 100Ω

    Tiến hành mô phỏng vị trí sự cố theo giả định: Sự cố xảy ra trong đoạn cáp ngầm trung áp dưới biến loại: RG7H1OJFJ 22kV 3x240mm2 . Điện trở 1 chiều lớn nhất tại 20oc là 0,0754 Ω/km. Tổng chiều dài: 15,48 km

    Xem xét ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch với các giá trị:

    – Vị trí sự số m= 10 km tính từ đầu TBA 110kV

    – Giá trị điện trở ngắn mạch Rf = 1 Ω; 5 Ω; 10 Ω; 25Ω; 50Ω; 100Ω

    Kết luận

    Với kết quả đạt được trong quá trình mô phỏng cho thấy: Phương pháp Personal rất ít phụ thuộc vào giá trị điện trở ngắn mạch và vị trí ngắn mạch. Phương pháp cho kết quả rất chính xác. Nên nếu áp dụng vào thực tế sẽ đem lại hiệu quả rất cao.


    Tài liệu tham khảo

    [1] R. Benato, I. Balanuye, F. Köksal, N. Ozan, and E. Özdemirci, “A 4 GW AC submarine Turkish power grid reinforcement under the Dardanelles Strait”, in Proc. of IEEE 2017 AEIT International Annual Conference, Cagliari, Italy, pp. 1–6, 2017. DOI: 10.23919/AEIT.2017.8240507.
    [2] A. D. Tziouvaras, “Protection of high-voltage AC cables”, in Proc. Of 59th Annual Conf. for Protective Relay Engineers, TX, USA, pp. 48–61, 2006. DOI: 10.1109/CPRE.2006.1638691.
    [3] B. Yunus, “Trend adjusted lifetime monitoring of underground power cable”, Electric Power Systems Research, vol. 143, pp. 189–196, 2017. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.10.045.
    [4] L. Bessissa, L. Boukezzi, and D. Mahi, “Influence of fuzzy parameters on the modeling quality of XLPE insulation properties under thermal aging”, Fuzzy Information and Engineering, vol. 8, no. 1, pp. 101–112, 2016. DOI: 10.1016/j.fiae.2016.03.006.
    [5] C. L. Bak and F. F. Silva, “High voltage AC underground cable systems for power transmission – A review of the Danish experience, part 1”, Electric Power Systems Research, vol. 140, pp. 984–994, 2016. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.05.034.
    [6] C. L. Bak and F. F. Silva, “High voltage AC underground cable systems for power transmission – A review of the Danish experience: part 2”, Electric Power Systems Research, vol. 140, pp. 995–1004, 2016. DOI: 10.1016/j.epsr.2016.05.035.
    [7] W. Moutassem and G. J. Anders, “Calculation of the eddy current and hysteresis losses in sheathed cables inside a steel pipe”, IEEE Trans. Power Delivery, vol. 25, pp. 2054–2063, 2010. DOI: 10.1109/TPWRD.2010.2049509.
    [8] B. Akbal, “Neural-network-based current forecasting on high-voltage underground cables”, Electronics World, vol. 122, no. 1959, pp. 30– 34, 2016.

    Ngô Đăng Lưu (ĐHQG TPHCM)
    Nguyễn Đình Long (Trường ĐH Đồng Nai)
    Nguyễn Hùng (Trường Đại học Công nghệ TPHCM)
    Nguyễn Đức Thắng (Trường ĐH Khoa học tự nhiên TPHCM)
    Nguyễn Thị Nguyệt Ánh (Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM)

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Sáng 5/9, tại tỉnh Lào Cai, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng dự và phát biểu tại lễ khai giảng năm học 2026-2027 và khánh thành các trường phổ thông nội trú liên cấp tại các xã biên giới đất liền.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Nhân dịp khai giảng năm học 2026-2027, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã gửi thư tới ngành giáo dục. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Sáng 5/9, Trường THCS Trần Duy Hưng, phường Yên Hòa, Hà Nội tổ chức lễ khai giảng năm học 2026-2027 trong không khí trang trọng, phấn khởi. Đồng chí Trần Đức Thắng, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Thành ủy Hà Nội dự và chung vui cùng thầy, trò nhà trường.
TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

Sau 8 tháng năm 2026, kinh tế TP.Hồ Chí Minh tiếp tục duy trì đà tăng trưởng tích cực với nhiều chỉ tiêu đạt mức tăng khá. Công nghiệp, thương mại - dịch vụ, xuất nhập khẩu, thu hút đầu tư nước ngoài và hoạt động doanh nghiệp tiếp tục tạo nền tảng cho mục tiêu tăng trưởng GRDP từ 10% trở lên.
Tự động hóa mở hướng nâng cao hiệu quả cho ngành in - bao bì

Tự động hóa mở hướng nâng cao hiệu quả cho ngành in - bao bì

Diễn đàn “Tự động hóa trong ngành in ấn - bao bì” sẽ diễn ra ngày 18/9/2026 tại SECC, TP. Hồ Chí Minh, tập trung bàn về xu hướng tự động hóa, nhà máy bao bì thông minh, kiểm soát chất lượng, nhân lực và các giải pháp đầu tư phù hợp với doanh nghiệp trong bối cảnh chi phí, yêu cầu xuất khẩu và sản xuất xanh ngày càng gia tăng.
Robot hình người bắt đầu làm việc nhà thay con người

Robot hình người bắt đầu làm việc nhà thay con người

Hút bụi, lau sàn, vệ sinh bếp hay cọ rửa nhà vệ sinh, những công việc vốn gắn với căn bếp và đời sống gia đình đang dần được chuyển giao cho robot hình người. Tại San Francisco, Mỹ, một startup đã bắt đầu đưa những cỗ máy này vào nhà dân dưới hình thức dịch vụ, mở ra hình dung về một tương lai khi robot có thể trở thành “người giúp việc” trong mỗi gia đình.
Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 04/9: Cổ phiếu VIC “dẫn sóng”, VN Index tăng hơn 25 điểm

VN Index tăng hơn 25 điểm và vượt mốc 1.850 trong phiên cuối tuần, nhưng độ rộng thị trường vẫn nghiêng về bên giảm. Cổ phiếu VIC trở thành động lực chính của chỉ số, trong khi thanh khoản suy giảm cho thấy dòng tiền chưa thực sự lan tỏa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/9/2026: Tuổi Ngọ vận trình hanh thông, tuổi Thìn nên thận trọng tài chính

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 5/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Từ “cỗ máy ngốn điện” trở thành khách hàng linh hoạt của lưới điện

Câu chuyện trung tâm dữ liệu AI (Data Center AI) tiêu tốn điện năng không còn là câu chuyện mới. Vấn đề nằm ở chỗ hàng chục, thậm chí hàng trăm megawatt ấy xuất hiện vào lúc nào, tập trung ở đâu, linh hoạt đến đâu và có thể “đi cùng nhịp” với lưới điện hay không? Cùng TĐHNN thử đi tìm lời giải cho những câu hỏi này.
Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Bộ Chính trị đặt mục tiêu đến 2030 du lịch đóng góp 10 - 12% GDP, đón 45 - 50 triệu khách quốc tế

Nghị quyết 26-NQ/TW của Bộ Chính trị đặt mục tiêu đưa du lịch thực sự trở thành ngành kinh tế mũi nhọn trong kỷ nguyên mới, chuyển trọng tâm từ tăng trưởng dựa vào số lượng sang chất lượng, giá trị gia tăng và phát triển bền vững.