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
Phổ điểm thi tốt nghiệp THPT 2026 giảm so với năm trước

Phổ điểm thi tốt nghiệp THPT 2026 giảm so với năm trước

Sáng ngày 1/7, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã công bổ phổ điểm thi tốt nghiệp THPT năm 2026 của 12 môn thi. Theo đó, hàu hết giảm so với năm 2025.
Kinh tế số tăng mạnh sau hơn một năm thực hiện Nghị quyết số 57

Kinh tế số tăng mạnh sau hơn một năm thực hiện Nghị quyết số 57

Hội nghị toàn quốc sơ kết 1 năm 6 tháng triển khai thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia diễn ra vào chiều ngày 1/7. Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chủ trì Hội nghị.
Lộc Hoàng An Tech: kiến tạo tương lai xanh

Lộc Hoàng An Tech: kiến tạo tương lai xanh

Trong kỷ nguyên số hóa toàn cầu, khi ranh giới giữa thế giới thực và ảo dần mờ nhạt, Công ty Cổ phần Tập đoàn Công nghệ Lộc Hoàng An (Lộc Hoàng An Tech) do GS.TS. Đinh Văn Hiến - Chủ tịch Hội đồng quản trị và TS.Bùi Đức Hiếu - Phó chủ tịch, Tổng giám đốc điều hành đã dẫn dắt sự chuyển dịch sang một hệ sinh thái bền vững.
Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Trong bối cảnh robot và trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành nền tảng của sản xuất thông minh trên toàn cầu, việc xây dựng một hệ sinh thái robot hoàn chỉnh không còn là lựa chọn mà là yêu cầu tất yếu đối với các quốc gia muốn nâng cao năng lực cạnh tranh công nghiệp.
MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

Diễn ra từ ngày 1 - 4/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 22 về Cơ khí chính xác và Sản xuất chế tạo - MTA Vietnam 2026 đã mở ra cơ hội để doanh nghiệp trong và ngoài nước gặp gỡ, kết nối giao thương cùng các nhà đầu tư, khách hàng tiềm năng, giới thiệu sản phẩm, dịch vụ; gia tăng mức độ nhận diện thương hiệu, đồng thời cập nhật những đổi mới, sáng tạo tiên tiến trong ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo.
Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Phát biểu kết luận Hội nghị toàn quốc sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị và mô hình chính quyền ba cấp sáng ngày 1/7, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đánh giá việc sắp xếp tổ chức bộ máy thời gian qua đạt nhiều kết quả tích cực, tạo nền tảng để chuyển sang giai đoạn nâng cao chất lượng vận hành.
Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Không cần mở rộng nhà xưởng hay tuyển thêm hàng chục lao động, một doanh nghiệp cơ khí tại Mỹ đã tạo ra bước nhảy vọt về năng suất nhờ đầu tư đúng vào robot bốc xếp tích hợp máy CNC. Câu chuyện của Youngers and Sons Manufacturing cho thấy tự động hóa chỉ phát huy tối đa hiệu quả khi được triển khai trên nền tảng quy trình sản xuất đã được tối ưu hóa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Sau phiên giao dịch khởi sắc ngày 1/7, các công ty chứng khoán cho rằng dòng tiền đang có dấu hiệu cải thiện tích cực, tạo cơ sở để nhà đầu tư tiếp tục gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu đã có lợi nhuận và cân nhắc mở thêm vị thế mua mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

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 2/7/2026 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 1/7: Ngân hàng và chứng khoán trở lại dẫn dắt, VN Index khởi động tháng 7 trong sắc xanh

Thị trường chứng khoán ngày 1/7: Ngân hàng và chứng khoán trở lại dẫn dắt, VN Index khởi động tháng 7 trong sắc xanh

Dù nhóm Vin và Gelex gây áp lực về cuối phiên, VN Index vẫn giữ được đà tăng nhờ lực kéo từ ngân hàng, chứng khoán và dầu khí. Thanh khoản chưa bùng nổ, nhưng dòng tiền đã cho thấy tín hiệu quay lại rõ rệt hơn.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc