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
Tự động hóa CNC: Không cần tắt đèn vẫn tăng năng suất và tối ưu lợi nhuận

Tự động hóa CNC: Không cần tắt đèn vẫn tăng năng suất và tối ưu lợi nhuận

Tự động hóa CNC không nhất thiết phải hướng đến nhà máy vận hành hoàn toàn không cần con người. Ngay cả khi dây chuyền vẫn sáng đèn và công nhân làm việc trực tiếp, các giải pháp tự động hóa phù hợp vẫn có thể giúp doanh nghiệp tăng năng suất, giảm phế phẩm và khai thác hiệu quả hơn nguồn nhân lực tay nghề cao.
Việt Nam nhận Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ 2026 của GSMA

Việt Nam nhận Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ 2026 của GSMA

Việt Nam được Hiệp hội Thông tin di động toàn cầu (GSMA) trao Giải thưởng Lãnh đạo Chính phủ năm 2026, ghi nhận những nỗ lực trong xây dựng chính sách, phát triển hạ tầng viễn thông và thúc đẩy chuyển đổi số. Giải thưởng đồng thời mở ra kỳ vọng Việt Nam tham gia sâu hơn vào quá trình phát triển và định hình hệ sinh thái số toàn cầu.
Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Tuần lễ Số Quốc tế Việt Nam 2026 (VIDW 2026) khai mạc ngày 28/10 tại Quảng Ninh, quy tụ hơn 500 đại biểu đến từ gần 30 quốc gia.
‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

Hội thảo "Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026" vừa chính thức khai mạc tại Đại học Bách khoa Hà Nội với chủ đề “Thúc đẩy tương lai bền vững và có khả năng chống chịu thông qua hợp tác quốc tế, giáo dục và nghiên cứu liên ngành về khoa học sự sống”.
MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm bà Trần Thị Minh Thúy làm Tổng Giám đốc kiêm người đại diện theo pháp luật, thay ông Nguyễn Trường Sơn. Trước đó, bà Thúy từng đảm nhiệm các vị trí quản lý cấp cao tại Virex, T&T Homes và Vinhomes.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc 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 29/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 28/10: VN-Index đảo chiều nhờ lực kéo từ nhóm ngân hàng

Thị trường chứng khoán ngày 28/10: VN-Index đảo chiều nhờ lực kéo từ nhóm ngân hàng

VN-Index kết thúc phiên 28/10 trong sắc xanh sau phần lớn thời gian giao dịch dưới tham chiếu, nhờ sự hỗ trợ của VCB, VIC và một số cổ phiếu ngân hàng. Dù chỉ số phục hồi gần 5 điểm, số mã giảm vẫn nhiều hơn số mã tăng, cho thấy tâm lý thận trọng vẫn bao trùm thị trường.
Đoàn Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự NEPCON ASIA và Robotech 2026 tại Trung Quốc

Đoàn Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự NEPCON ASIA và Robotech 2026 tại Trung Quốc

Đoàn đại biểu Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự hai triển lãm công nghệ NEPCON ASIA 2026 và Robotech 2026 diễn ra từ 27-29/10 tại Thâm Quyến, Trung Quốc, nhằm cập nhật xu hướng sản xuất thông minh, khảo sát công nghệ và thúc đẩy hợp tác quốc tế.
AEF 2026: Từ hợp tác quốc tế đến những động lực tăng trưởng mới

AEF 2026: Từ hợp tác quốc tế đến những động lực tăng trưởng mới

Ngày 27/10/2026, Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026 bước vào ngày làm việc với 16 phiên chuyên đề, tập trung thảo luận những động lực tăng trưởng mới, tái cấu trúc chuỗi giá trị toàn cầu, công nghệ đột phá, logistics xanh, kinh tế tuần hoàn, kinh tế số và khả năng huy động các nguồn lực tài chính quốc tế.
Xử lý nước công nghiệp: Tối ưu từng công đoạn

Xử lý nước công nghiệp: Tối ưu từng công đoạn

Điện năng tiêu thụ tăng, màng lọc suy giảm hiệu suất và chi phí bảo trì phát sinh là những vấn đề khiến doanh nghiệp phải nhìn lại hệ thống xử lý nước công nghiệp. Tối ưu không chỉ là thay thiết bị bằng công nghệ mới, mà còn phải xác định tổn thất xuất hiện ở đâu và liệu việc nâng cấp có mang lại hiệu quả tương xứng.
master