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
Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa, bộ nguồn đóng vai trò duy trì hoạt động ổn định cho PLC, cảm biến, thiết bị điều khiển và các thành phần điện tử. Vậy đâu là bộ nguồn đáng tin cậy cho hệ thống tự động hóa nhà máy của bạn?
EU thúc đẩy đánh giá rủi ro, nâng cao an ninh mạng công nghiệp

EU thúc đẩy đánh giá rủi ro, nâng cao an ninh mạng công nghiệp

Khả năng phục hồi mạng của Liên minh châu Âu (EU CRA) sẽ chính thức có hiệu lực từ ngày 11/12/2027, đặt ra những yêu cầu mới về an ninh mạng đối với các sản phẩm có yếu tố kỹ thuật số được đưa ra thị trường EU. Theo Michael Medoff, Giám đốc chứng nhận của exida LLC., đánh giá rủi ro là bước đi quan trọng hàng đầu giúp các nhà sản xuất xây dựng lộ trình tuân thủ quy định này.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/11: Hạn chế bán tháo

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/11: Hạn chế bán tháo

Sau phiên giảm mạnh hơn 30 điểm, VN-Index được kỳ vọng có nhịp hồi phục trở lại, hướng tới vùng kháng cự 1.750 điểm. Trong bối cảnh áp lực bán vẫn lớn nhưng đà giảm có dấu hiệu thu hẹp về cuối phiên, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế bán tháo, đồng thời tận dụng nhịp hồi để cơ cấu danh mục và hạ tỷ trọng cổ phiếu vi phạm ngưỡng rủi ro.
SACOMBANK bổ nhiệm lãnh đạo mới phụ trách điều hành

SACOMBANK bổ nhiệm lãnh đạo mới phụ trách điều hành

SACOMBANK bổ nhiệm bà Nguyễn Thị Kiều Anh, Phó Tổng Giám đốc, giữ chức Quyền Tổng Giám đốc từ ngày 2/11/2026, thay ông Loic Faussier. Động thái nhân sự diễn ra trong bối cảnh ngân hàng đẩy nhanh tiến độ hoàn thành Đề án tái cơ cấu.
Thị trường chứng khoán ngày 02/11: Các nhóm ngành đồng loạt suy yếu, VN Index rơi về vùng 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 02/11: Các nhóm ngành đồng loạt suy yếu, VN Index rơi về vùng 1.700 điểm

Áp lực bán tháo gia tăng khiến VN Index có thời điểm đánh mất mốc 1.700 điểm trong phiên. Có tới 281 cổ phiếu giảm giá, đặc biệt nhiều mã ngân hàng, chứng khoán giảm sâu. Dù lực cầu bắt đáy nhập cuộc cuối phiên cũng chỉ giúp chỉ số thu hẹp một phần đà lao dốc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 03/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Hợi cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 03/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Hợi 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 03/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
DigiKey mở rộng khả năng tiếp cận linh kiện cho doanh nghiệp sản xuất Việt Nam

DigiKey mở rộng khả năng tiếp cận linh kiện cho doanh nghiệp sản xuất Việt Nam

Với danh mục hơn 17,7 triệu linh kiện từ 3.000 nhà sản xuất, DigiKey hướng đến hỗ trợ kỹ sư và doanh nghiệp trong nước rút ngắn thời gian tìm nguồn cung, phát triển sản phẩm và duy trì hoạt động sản xuất.
MTTS đưa thiết bị y tế sơ sinh Việt Nam ra thị trường toàn cầu

MTTS đưa thiết bị y tế sơ sinh Việt Nam ra thị trường toàn cầu

Từ năm 2004, Công ty TNHH Chuyển giao công nghệ và Dịch vụ Y Tế (MTTS) lựa chọn hướng phát triển các giải pháp y tế chuyên biệt dành cho trẻ sơ sinh, nhóm bệnh nhân cần được chăm sóc đặc biệt và có nguy cơ cao trước những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.
Suzuki XL7 2026 sắp ra mắt: Tinh giản công nghệ điện tử để tối ưu chi phí

Suzuki XL7 2026 sắp ra mắt: Tinh giản công nghệ điện tử để tối ưu chi phí

Mẫu MPV Suzuki XL7 2026 sắp ra mắt tại Việt Nam sẽ tiếp tục duy trì nền tảng truyền động mild-hybrid, đi kèm chiến lược tinh giản cấu hình điện tử nhằm tối ưu hóa giá bán.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/11: Tiếp tục dao động giằng co trong biên độ hẹp

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/11: Tiếp tục dao động giằng co trong biên độ hẹp

Sau phiên giảm gần 14 điểm vào cuối tháng 10, VN-Index đang kiểm định vùng hỗ trợ quanh 1.740 điểm. Các chỉ báo kỹ thuật cho thấy thị trường thiếu động lực bứt phá, do đó chỉ số nhiều khả năng tiếp tục dao động giằng co trong biên độ hẹp trước khi xác lập xu hướng mới.
master