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)

vcca2026
Tin bài khác
Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Không khí của một thành phố không chỉ nằm trong các bản quan trắc. Nó nằm trong lồng ngực người đi làm buổi sớm, sau tiếng ho của người già khi chiều muộn, trong khoảng lặng hiếm hoi giữa hai làn xe. Từ những chi tiết nhỏ ấy, xanh hóa giao thông rời khỏi diễn đàn chính sách để trở thành một nhu cầu sống, một phép thử phát triển và một câu hỏi về tương lai công nghiệp Việt Nam.
Từ xiếc đến hòa nhạc: Nhiều chương trình nghệ thuật đặc biệt tri ân Ngày Thương binh - Liệt sĩ 27/7

Từ xiếc đến hòa nhạc: Nhiều chương trình nghệ thuật đặc biệt tri ân Ngày Thương binh - Liệt sĩ 27/7

Nhân kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ (27/7/1947 - 27/7/2026), nhiều chương trình nghệ thuật đặc biệt được tổ chức trên khắp cả nước nhằm tưởng nhớ, tri ân các Anh hùng liệt sĩ, thương binh, bệnh binh và người có công với cách mạng.
Phát triển nguồn nhân lực bán dẫn giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Singapore

Phát triển nguồn nhân lực bán dẫn giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Singapore

Ngày 23/7, Đại học Bách khoa Hà Nội và Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Singapore (Singapore Semiconductor Industry Association - SSIA) đã ký kết Biên bản ghi nhớ về phát triển nguồn nhân lực và thúc đẩy hợp tác giữa nhà trường với doanh nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/7/2026: Tuổi Mùi tài vận khởi sắc, tuổi Thân nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/7/2026: Tuổi Mùi tài vận khởi sắc, tuổi Thân nên tránh nóng vội

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 25/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 24/7: Tin thuế quan từ Mỹ khiến dòng tiền “nguội lạnh”, VN Index lại chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 24/7: Tin thuế quan từ Mỹ khiến dòng tiền “nguội lạnh”, VN Index lại chìm trong sắc đỏ

Sau phiên hồi phục kỹ thuật, VN Index quay đầu giảm hơn 13 điểm trong bối cảnh dòng tiền suy yếu và tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng trước thông tin Mỹ công bố chính sách thuế quan mới. Thanh khoản rơi xuống mức thấp cho thấy thị trường vẫn đang chờ thêm tín hiệu xác nhận xu hướng.
Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" kết nối doanh nghiệp với xu hướng AI, nhà máy xanh và Net Zero

Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" kết nối doanh nghiệp với xu hướng AI, nhà máy xanh và Net Zero

Nhằm tạo diễn đàn trao đổi giữa cơ quan quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp và các tổ chức khoa học - công nghệ về những xu hướng mới trong lĩnh vực sản xuất thông minh, Hội Tự động hóa Việt Nam sẽ tổ chức Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" vào ngày 6/8/2026 tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Hà Nội.
Dữ liệu và tự động hóa: “Hạ tầng mềm” cho động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Dữ liệu và tự động hóa: “Hạ tầng mềm” cho động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Trong bối cảnh TP. Hồ Chí Minh đặt mục tiêu tăng trưởng GRDP hai con số trong giai đoạn mới, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đang được xác định là những động lực tăng trưởng mới. Đáng chú ý, tại buổi họp báo về tình hình kinh tế - xã hội ngày 23/7, thông tin từ nhiều sở, ngành cho thấy một điểm chung: từ quản lý hạ tầng, xúc tiến đầu tư, kiểm soát chất lượng hàng hóa đến phát triển du lịch đều đang dựa ngày càng nhiều vào dữ liệu, tiêu chuẩn số và các nền tảng quản trị thông minh.
Liên hiệp Hội Việt Nam tri ân Người có công tại Côn Đảo

Liên hiệp Hội Việt Nam tri ân Người có công tại Côn Đảo

Nhân ngày Thương binh - Liệt sĩ 27/7, đoàn công tác của Liên hiệp Hội Việt Nam đã dâng hương, trao tặng nhiều phần quà tri ân Người có công tại Đặc khu Côn Đảo.
Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Trong bối cảnh các nhà sản xuất xe điện liên tục tìm kiếm giải pháp nâng cao độ an toàn cho bộ pin mà vẫn tối ưu chi phí và quy trình lắp ráp, Tập đoàn Parker Hannifin vừa giới thiệu CoolTherm SF-1000 - vật liệu bọt silicon dạng lỏng được phát triển nhằm hạn chế hiện tượng lan truyền quá nhiệt trong các bộ pin lithium-ion.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu: Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ (27/7/1947- 27/7/2026).
song-gia-tri