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
Sạc xe điện chuẩn kỹ thuật: Bảo vệ pin Lithium-ion khỏi nguy cơ cháy nổ

Sạc xe điện chuẩn kỹ thuật: Bảo vệ pin Lithium-ion khỏi nguy cơ cháy nổ

Pin lithium-ion là giải pháp công nghệ lưu trữ năng lượng cốt lõi trên xe máy điện hiện đại nhờ khả năng tích hợp dung lượng lớn trong một thiết bị nhỏ gọn.
Nhiều doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết công bố kết quả kinh doanh trái chiều

Nhiều doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết công bố kết quả kinh doanh trái chiều

Loạt doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết như Capitaland Tower, Bông Sen, Thành phố Aqua,... vừa công bố tình hình tài chính bán niên 2026 gửi Sở Giao dịch Chứng khoán Hà Nội (HNX), với kết quả kinh doanh trái chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ 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 13/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
DIBAO ra mắt Vibe: Xe điện tích hợp công nghệ NFC và ứng dụng điều khiển

DIBAO ra mắt Vibe: Xe điện tích hợp công nghệ NFC và ứng dụng điều khiển

Thị trường xe điện dành cho giới trẻ đang bước vào giai đoạn cạnh tranh mới, khi tiêu chí lựa chọn phương tiện không còn dừng ở khả năng di chuyển mà còn ở thiết kế, sự tiện dụng và khả năng thể hiện phong cách cá nhân.
Từ dữ liệu đến AI: Bài toán mới của nhà sản xuất

Từ dữ liệu đến AI: Bài toán mới của nhà sản xuất

Báo cáo chỉ số dữ liệu 2026 của Cloudera cho thấy các doanh nghiệp sản xuất đang đối mặt với nhiều rào cản trong quá trình mở rộng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI). Những khoảng trống về khả năng truy cập, quản trị và hiệu suất hạ tầng dữ liệu đang khiến không ít sáng kiến AI chưa tạo ra giá trị như kỳ vọng.
Đưa UAV và các giải pháp công nghệ, AI vào các bài toán thực tiễn về an ninh, an toàn và cứu hộ cứu nạn

Đưa UAV và các giải pháp công nghệ, AI vào các bài toán thực tiễn về an ninh, an toàn và cứu hộ cứu nạn

Từ các nền tảng UAV đến những giải pháp AI và công nghệ số, HTI Group mang tới Secutech+ Vietnam 2026 một hệ sinh thái công nghệ hướng tới các bài toán thực tiễn trong an ninh, an toàn, giám sát, phòng cháy chữa cháy và cứu hộ cứu nạn.
Ra mắt Hệ thống thông tin quốc gia về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

Ra mắt Hệ thống thông tin quốc gia về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

Ngày 11/9, Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức Lễ ra mắt Hệ thống thông tin quốc gia về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo. Cục Thông tin, Thống kê và Đánh giá khoa học là đơn vị được giao chủ trì xây dựng, vận hành hệ thống.
Thị trường chứng khoán ngày 11/9: Sắc đỏ phủ kín bảng điện tử, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 11/9: Sắc đỏ phủ kín bảng điện tử, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Mốc 1.800 điểm cuối cùng cũng không thể đứng vững khi hơn 280 cổ phiếu đồng loạt giảm giá. VN Index mất hơn 34 điểm với thanh khoản bất ngờ tăng mạnh và khối ngoại đẩy mạnh bán ròng, khép lại một tuần giao dịch đầy sức ép.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/9/2026: Tuổi Mão tài lộc khởi sắc, tuổi Tỵ nên tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/9/2026: Tuổi Mão tài lộc khởi sắc, tuổi Tỵ nên tránh chủ quan

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 12/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Festival Thăng Long - Hà Nội: Đưa di sản vào dòng chảy sáng tạo

Festival Thăng Long - Hà Nội: Đưa di sản vào dòng chảy sáng tạo

Tối 11/9, tại Hoàng thành Thăng Long, Festival Thăng Long - Hà Nội lần thứ II, năm 2026 với chủ đề “Dòng chảy di sản - Heritage Flow” sẽ chính thức khai mạc. Tại nhiều không gian văn hóa, di sản tiêu biểu của Thủ đô, Festival kết nối các giá trị văn hóa truyền thống với nghệ thuật đương đại, công nghệ và sức sáng tạo, lan tỏa di sản đến người dân, du khách và bạn bè quốc tế.