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
Kỳ 10: Hành trình xanh và những câu hỏi còn để ngỏ

Kỳ 10: Hành trình xanh và những câu hỏi còn để ngỏ

Một hành trình xanh đáng tin không phải hành trình không có câu hỏi khó. Trái lại, nó đáng tin vì dám đi qua câu hỏi khó bằng dữ liệu, minh bạch và năng lực sửa sai. Sau những chiếc xe điện, trạm sạc, tài xế, nhà máy, viên pin và tham vọng đi ra thế giới, điều còn lại không phải lời khen. Điều còn lại là một niềm tin có điều kiện.
Đưa AI đến gần hơn với bài toán thực tế của nông nghiệp

Đưa AI đến gần hơn với bài toán thực tế của nông nghiệp

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong nông nghiệp đang chuyển dần từ câu chuyện công nghệ sang những bài toán cụ thể trên đồng ruộng: nhận diện sâu bệnh, quản lý vùng trồng, sử dụng vật tư hiệu quả, dự báo sản xuất, truy xuất nguồn gốc và hỗ trợ nông dân ra quyết định.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/10/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh phân tâm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/10/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh phân tâm

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 4/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
GS.TS.BS. Nguyễn Hữu Tú: Từ bác sĩ gây mê đến người đứng đầu Trường Đại học Y Hà Nội

GS.TS.BS. Nguyễn Hữu Tú: Từ bác sĩ gây mê đến người đứng đầu Trường Đại học Y Hà Nội

GS.TS.BS. Nguyễn Hữu Tú, Hiệu trưởng Trường Đại học Y Hà Nội, vừa được chỉ định giữ chức Bí thư Đảng ủy Trường Đại học Y Hà Nội khóa XXXII, nhiệm kỳ 2025-2030. Trước khi đảm nhiệm cương vị mới, ông đã có hơn 30 năm gắn bó với ngành Gây mê hồi sức, đồng thời trải qua nhiều vị trí trong giảng dạy, nghiên cứu và quản lý tại ngôi trường có lịch sử lâu đời của Việt Nam.
SHS sắp chi gần 450 tỷ đồng trả cổ tức tiền mặt tỷ lệ 5%, dự kiến phát hành gần 45 triệu cổ phiếu

SHS sắp chi gần 450 tỷ đồng trả cổ tức tiền mặt tỷ lệ 5%, dự kiến phát hành gần 45 triệu cổ phiếu

SHS sẽ chốt danh sách cổ đông ngày 9/10 để trả cổ tức năm 2025 bằng tiền với tỷ lệ 5%, tương ứng gần 450 tỷ đồng. Công ty đồng thời đang triển khai phương án phát hành gần 45 triệu cổ phiếu để tăng vốn từ nguồn vốn chủ sở hữu.
SCADA chạy tốt mỗi ngày nhưng dữ liệu biến mất sau vài tuần: Vì sao nhà máy cần thêm lớp Historian

SCADA chạy tốt mỗi ngày nhưng dữ liệu biến mất sau vài tuần: Vì sao nhà máy cần thêm lớp Historian

Khi một sự cố chất lượng xảy ra, việc đầu tiên đội kỹ thuật cần làm thường là tra lại dữ liệu vận hành (nhiệt độ, áp suất, tốc độ máy) tại đúng thời điểm xảy ra sự cố để tìm nguyên nhân.
Chọn ống dây dẫn định tuyến nào là tối ưu cho tủ điều khiển?

Chọn ống dây dẫn định tuyến nào là tối ưu cho tủ điều khiển?

Trong tủ điều khiển, rất nhiều dây phải đi từ PLC đến các module I/O; từ nguồn 24 VDC đến cảm biến, van, relay; từ thiết bị đóng cắt, biến tần/servo đến động cơ hay từ terminal đến thiết bị bên ngoài tủ.
TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

Kinh tế tầm thấp đang mở ra một không gian phát triển mới, nơi UAV, robot, xe tự hành và các nền tảng quản lý trên không có thể trở thành hạ tầng của nhiều ngành kinh tế.
Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Hơn 250 lãnh đạo doanh nghiệp công nghệ hai nước đã quy tụ tại Tokyo để tìm kiếm các mô hình hợp tác mới, trong đó AI, công nghệ chuyên sâu và hiện đại hóa hệ thống lõi được xác định là những lĩnh vực mở ra dư địa hợp tác lớn.
Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Từ ngày 1/10 đến 15/12/2026, học sinh tiểu học và THCS trên toàn quốc có thể tham gia cuộc thi “Chúng em làm phóng viên nhỏ năm 2026” do Vinamilk phối hợp cùng Báo Thiếu niên Tiền phong và Nhi đồng tổ chức. Thông qua các video ngắn về chủ đề môi trường, các em có cơ hội thể hiện sự sáng tạo, chia sẻ góc nhìn của mình và lan tỏa những hành động tích cực vì cộng đồng.
master