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
Nhận định phiên giao dịch ngày 19/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 19/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Sau phiên hồi phục ngày 18/8, VN-Index vẫn chưa cho thấy tín hiệu đủ mạnh để xác nhận một xu hướng tăng bền vững. Các chỉ báo kỹ thuật đang ở trạng thái trung tính, trong khi độ rộng thị trường và thanh khoản chưa tạo được sự đồng thuận. Nhà đầu tư ngắn hạn được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro.
Thị trường chứng khoán ngày 18/8: Nhóm dầu khí “gánh” chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 18/8: Nhóm dầu khí “gánh” chỉ số

VN Index tăng nhẹ nhờ sự bứt phá của dầu khí và một số cổ phiếu vốn hóa lớn. Tuy nhiên, độ rộng vẫn nghiêng về phía giảm, thanh khoản thấp và khối ngoại tiếp tục bán ròng cho thấy tâm lý thị trường chưa thực sự ổn định.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/8/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/8/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng

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 19/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
AI đưa ép đùn công nghiệp bước vào kỷ nguyên tự tối ưu hóa

AI đưa ép đùn công nghiệp bước vào kỷ nguyên tự tối ưu hóa

Trong nhiều năm, ép đùn liên tục vẫn được xem là một trong những công đoạn khó tự động hóa nhất của ngành sản xuất. Từ cao su EPDM, nhựa nhiệt dẻo, nhựa phản ứng đến sản xuất cáp quang, quá trình này luôn chịu tác động của hàng loạt biến số như đặc tính vật liệu, nhiệt độ, áp suất và tốc độ vận hành. Chỉ một thay đổi nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, khiến tỷ lệ phế phẩm tăng và hiệu suất dây chuyền suy giảm.
CHINT Electric đạt bước tiến mới với máy biến áp xoay chiều siêu cao áp 1.000 kV

CHINT Electric đạt bước tiến mới với máy biến áp xoay chiều siêu cao áp 1.000 kV

CHINT Electric vừa đạt một cột mốc mới trong lĩnh vực thiết bị truyền tải điện siêu cao áp (UHV), khi máy biến áp xoay chiều siêu cao áp 1.000 kV/1.000 MVA đầu tiên của doanh nghiệp vượt qua toàn bộ các thử nghiệm thường xuyên và thử nghiệm điển hình ngay trong lần thử đầu tiên.
Nhận định phiên giao dịch ngày 18/8: Hạ tỷ trọng các nhóm ngành đang suy yếu

Nhận định phiên giao dịch ngày 18/8: Hạ tỷ trọng các nhóm ngành đang suy yếu

Phiên giao dịch ngày 18/8 được dự báo tiếp tục phân hóa khi dòng tiền vẫn ở mức thấp, trong khi áp lực bán ròng từ khối ngoại chưa có dấu hiệu giảm. Nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quản trị rủi ro, chủ động hạ tỷ trọng tại các nhóm ngành đang suy yếu và tránh bắt đáy sớm.
Giải mã Ford Fathom: Công nghệ đúc nhôm nguyên khối và bài toán xe điện giá rẻ

Giải mã Ford Fathom: Công nghệ đúc nhôm nguyên khối và bài toán xe điện giá rẻ

Ford vừa chính thức công bố tên gọi Fathom cho mẫu xe bán tải điện cỡ trung hoàn toàn mới phát triển trên nền tảng Universal Electric Vehicle (UEV). Với giá khởi điểm từ 28.350 USD (khoảng 740 triệu đồng), Fathom trở thành một trong những mẫu bán tải thuần điện dễ tiếp cận nhất thị trường Mỹ, hiện thực hóa cam kết thương mại hóa xe điện dưới 30.000 USD nhờ sự đột phá trong công nghệ tự động hóa dây chuyền và tối ưu hóa vật liệu.
Thị trường chứng khoán ngày 17/8: Thanh khoản giảm mạnh, VN Index đi ngang trên vùng 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 17/8: Thanh khoản giảm mạnh, VN Index đi ngang trên vùng 1.700 điểm

Chỉ số VN Index giảm nhẹ và hình thành cây nến Doji trên vùng hỗ trợ 1.700 điểm. Thanh khoản sụt mạnh cùng khối ngoại bán ròng hơn 600 tỷ đồng cho thấy dòng tiền vẫn thận trọng, dù nhóm dầu khí, cao su và bất động sản xuất hiện một số điểm sáng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/8/2026: Tuổi Thìn, Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/8/2026: Tuổi Thìn, Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

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 18/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Khối dịch vụ sân bay bứt phá, các hãng bay gặp khó

Khối dịch vụ sân bay bứt phá, các hãng bay gặp khó

Trong quý II/2026, lợi nhuận doanh nghiệp ngành hàng không ghi nhận sự phân hóa rõ rệt khi nhóm dịch vụ cảng hàng không tăng trưởng tốt nhờ lượng khách phục hồi, còn các hãng bay chịu áp lực lớn từ chi phí vận hành.