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
Tech4Life 2026: Đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm vào đời sống

Tech4Life 2026: Đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm vào đời sống

Với chủ đề “Công nghệ nâng tầm cuộc sống”, Tech4Life 2026 đặt trọng tâm vào khả năng biến công nghệ lõi, trí tuệ nhân tạo và dữ liệu thành động lực tăng năng suất, mở rộng không gian phát triển kinh tế và giải quyết những bài toán thực tiễn của TP. Hồ Chí Minh.
ACCA - VIFC Forum 2026 thúc đẩy phát triển nhân lực tài chính quốc tế

ACCA - VIFC Forum 2026 thúc đẩy phát triển nhân lực tài chính quốc tế

Trong tiến trình đưa Trung tâm tài chính quốc tế Việt Nam tại TP. Hồ Chí Minh (VIFC-HCMC) từng bước đi vào vận hành, việc xây dựng một hệ sinh thái tài chính đáp ứng các chuẩn mực quốc tế, có tính minh bạch cao. Đội ngũ nhân lực chuyên môn chất lượng cao tại VIFC-HCMC được xác định là một trong những nền tảng quan trọng để củng cố niềm tin thị trường và kết nối hiệu quả với dòng vốn quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 17/9: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index tăng gần 13 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 17/9: Dòng tiền lớn nhập cuộc, VN Index tăng gần 13 điểm

Bất chấp thông tin Fed tăng lãi suất, VN Index vẫn tăng 12,66 điểm và đóng cửa trên 1.820 điểm khi dòng tiền trở lại ngân hàng, chứng khoán và bán lẻ. Thanh khoản tăng hơn 20% giúp củng cố tín hiệu hồi phục, dù khối ngoại quay lại bán ròng.
SHOWCASE AC 2026 đưa câu chuyện buôn bán người lên sân khấu qua ngôn ngữ vũ đạo

SHOWCASE AC 2026 đưa câu chuyện buôn bán người lên sân khấu qua ngôn ngữ vũ đạo

Từ hình ảnh “mắt lưới” gắn với biển cả và làng chài, SHOWCASE AC 2026 khai thác câu chuyện về những nạn nhân của nạn buôn bán người và cưỡng bức lao động, qua đó gửi gắm thông điệp về tình thân, sự đồng cảm và khát vọng trở về.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/9/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

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 18/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
NATIF tài trợ tới 3 tỷ đồng cho nhiệm vụ ứng dụng AI

NATIF tài trợ tới 3 tỷ đồng cho nhiệm vụ ứng dụng AI

Quỹ Đổi mới công nghệ quốc gia (NATIF) thông báo tiếp nhận hồ sơ đề nghị tài trợ nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) năm 2026. Mức tài trợ từ ngân sách nhà nước tối đa 3 tỷ đồng/nhiệm vụ; thời gian thực hiện không quá 12 tháng.
Khi ransomware tìm đến nhà máy: vì sao hệ thống OT Việt Nam cần thêm lá chắn một chiều mang tên Data Diode

Khi ransomware tìm đến nhà máy: vì sao hệ thống OT Việt Nam cần thêm lá chắn một chiều mang tên Data Diode

Đầu năm 2024, hàng loạt tổ chức lớn tại Việt Nam trong các lĩnh vực tài chính, năng lượng và bưu chính liên tiếp hứng chịu các cuộc tấn công mã hoá dữ liệu (ransomware) gây gián đoạn dịch vụ trên diện rộng, thu hút sự chú ý của cả giới công nghệ lẫn báo chí trong nước.
AI mở rộng khả năng khám phá vật liệu, chẩn đoán thông minh

AI mở rộng khả năng khám phá vật liệu, chẩn đoán thông minh

Ngày 14/9, tại Hà Nội, Trung tâm Dữ liệu và Thông tin khoa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phối hợp với Trung tâm Đổi mới sáng tạo và Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học VinUni và Hội Vật lý Việt Nam tổ chức bài giảng đại chúng “AI với Vật lý”.
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/9: Tập trung tỷ trọng vào cổ phiếu giữ vững xu hướng tích cực

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/9: Tập trung tỷ trọng vào cổ phiếu giữ vững xu hướng tích cực

Sau phiên giao dịch giằng co quanh mốc 1.810 điểm, dòng tiền vẫn duy trì trạng thái thận trọng trước quyết định lãi suất của Fed. Trong bối cảnh thị trường phân hóa, nhà đầu tư được khuyến nghị tập trung vào những cổ phiếu đang giữ vững xu hướng giá tích cực.
BSR mở rộng hợp tác nguồn cung ethanol và nhiên liệu sinh học

BSR mở rộng hợp tác nguồn cung ethanol và nhiên liệu sinh học

Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đang thúc đẩy hợp tác với Công ty TNHH Đầu tư công nghệ sinh học SDIC (SDIC Biotech) nhằm tăng cường nguồn cung ethanol phục vụ sản xuất xăng E10, đồng thời tìm kiếm cơ hội hợp tác trong các lĩnh vực nhiên liệu sinh học và năng lượng xanh.