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
Từ thí điểm AI đến sản xuất: Khi chi phí điện toán đám mây trở thành bài toán khó của nhà máy

Từ thí điểm AI đến sản xuất: Khi chi phí điện toán đám mây trở thành bài toán khó của nhà máy

Việc đưa AI từ dự án thử nghiệm vào dây chuyền sản xuất không chỉ làm thay đổi quy mô vận hành mà còn khiến bài toán chi phí điện toán đám mây trở nên phức tạp hơn. Khi nhiều nhà máy và ứng dụng cùng sử dụng GPU, lưu trữ, mạng, giám sát và các dịch vụ dùng chung, doanh nghiệp khó xác định chính xác khoản chi nào phục vụ cho từng trường hợp sử dụng.
Công nghệ đổi pin tự động và cơ khí gập thông minh trên xe máy điện

Công nghệ đổi pin tự động và cơ khí gập thông minh trên xe máy điện

Trong bối cảnh hạ tầng giao thông đô thị ngày càng chật hẹp, các nhà sản xuất xe máy điện đang liên tục ứng dụng những giải pháp cơ khí và công nghệ lưu trữ năng lượng mới.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/8: Nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/8: Nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền

VN-Index tiếp tục duy trì đà hồi phục trong phiên 27/8, tiến sát vùng kháng cự 1.830-1.840 điểm. Lực đỡ chủ yếu đến từ nhóm cổ phiếu họ Vingroup và ngân hàng, trong khi áp lực điều chỉnh vẫn xuất hiện tại một số nhóm như chứng khoán và năng lượng. Trong bối cảnh này, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền và chủ động loại bỏ những mã có dấu hiệu suy yếu.
Công nghiệp hỗ trợ mở rộng dư địa cho thị trường CNC và tự động hóa

Công nghiệp hỗ trợ mở rộng dư địa cho thị trường CNC và tự động hóa

Sự phục hồi và tăng trưởng của công nghiệp chế biến, chế tạo đang mở ra nhu cầu lớn về máy công cụ CNC, robot và các giải pháp tự động hóa, đồng thời tạo động lực mới cho ngành công nghiệp hỗ trợ Việt Nam.
Thị trường chứng khoán ngày 27/8: VN Index tăng hơn 10 điểm nhưng sắc đỏ lấn át bảng điện tử

Thị trường chứng khoán ngày 27/8: VN Index tăng hơn 10 điểm nhưng sắc đỏ lấn át bảng điện tử

VN Index tiếp tục đà tăng và đóng cửa tại 1.831,56 điểm, song thị trường phân hóa mạnh với số mã giảm áp đảo. VIC trở thành trụ đỡ nổi bật khi đóng góp gần 10 điểm cho chỉ số, trong khi dòng tiền bắt đầu tỏ ra dè dặt ở vùng giá cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/8/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/8/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Thìn 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 28/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Giải bài toán trạm sạc: Lộ diện ô tô mini Nano S05 với công nghệ pin tháo rời

Giải bài toán trạm sạc: Lộ diện ô tô mini Nano S05 với công nghệ pin tháo rời

Mẫu ô tô điện cỡ nhỏ Nano S05 vừa chính thức lộ diện tại khu vực nhà máy TMT Motors (Hưng Yên), hứa hẹn mang đến làn gió mới cho kỷ nguyên di chuyển xanh nội đô.
Từ sân khấu “Nhịp Sống Bình Yên” đến hành trình hiện đại hóa PCCC bằng công nghệ

Từ sân khấu “Nhịp Sống Bình Yên” đến hành trình hiện đại hóa PCCC bằng công nghệ

Không chỉ tái hiện hành trình 65 năm xây dựng, chiến đấu và trưởng thành của lực lượng Cảnh sát Phòng cháy, chữa cháy và Cứu nạn, cứu hộ (PCCC và CNCH), chương trình nghệ thuật “Nhịp Sống Bình Yên” còn đưa visual, công nghệ trình chiếu mapping, màn hình LED cùng các phương tiện nghệ thuật hiện đại vào câu chuyện về những người đi ngược chiều ngọn lửa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 27/8: Ưu tiên những mã đang có lợi nhuận

Nhận định phiên giao dịch ngày 27/8: Ưu tiên những mã đang có lợi nhuận

Phiên giao dịch ngày 26/8 duy trì đà tăng mạnh khi dòng tiền lan tỏa rộng, đặc biệt tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. VN-Index tăng gần 30 điểm, vượt mốc 1.800 điểm, qua đó củng cố tín hiệu tích cực cho xu hướng ngắn hạn.
Tăng cường niềm tin vào an ninh của linh kiện OT thương mại

Tăng cường niềm tin vào an ninh của linh kiện OT thương mại

Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) và Cơ quan An ninh Quốc gia Mỹ (NSA) đang phối hợp phát triển một chương trình chứng nhận mới nhằm nâng cao mức độ an toàn cho các thành phần công nghệ vận hành (OT) thương mại được sử dụng trong Hệ thống An ninh Quốc gia (NSS).