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
An ninh tích hợp nhiều lớp tăng cường khả năng phát hiện và ứng phó mối đe dọa

An ninh tích hợp nhiều lớp tăng cường khả năng phát hiện và ứng phó mối đe dọa

Trước sự gia tăng của các mối đe dọa an ninh, các tổ chức đang chuyển từ những hệ thống giám sát đơn lẻ sang mô hình an ninh tích hợp nhiều lớp. Tại Triển lãm & Hội nghị An ninh, Teledyne FLIR giới thiệu cách kết hợp hình ảnh nhiệt, camera quang học, radar, trí tuệ nhân tạo (AI) và phần mềm thông minh nhằm nâng cao khả năng phát hiện sớm, nhận thức tình huống và tốc độ phản ứng.
Cận cảnh khối động cơ và công nghệ pin giúp Honda Super-One lập kỷ lục chốt đơn

Cận cảnh khối động cơ và công nghệ pin giúp Honda Super-One lập kỷ lục chốt đơn

Theo dữ liệu từ chuyên trang Drive, mẫu ô tô điện đô thị Honda Super-One vừa tạo nên một hiện tượng hiếm thấy tại thị trường Australia khi toàn bộ lô xe phân bổ đợt đầu gồm 125 chiếc đã được khách hàng đặt cọc kín chỉ sau vài giờ mở bán.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/9: Nắm giữ cổ phiếu đang hút dòng tiền

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/9: Nắm giữ cổ phiếu đang hút dòng tiền

Sau kỳ nghỉ lễ, thị trường chứng khoán được kỳ vọng tiếp tục duy trì xu hướng hồi phục, trong bối cảnh VN-Index đã lấy lại đường MA20 tuần và dòng tiền đang tập trung tại một số nhóm cổ phiếu dẫn dắt. Nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu đang thu hút dòng tiền, đồng thời chủ động bán những mã có dấu hiệu suy yếu.
Hà Nội ngày Quốc khánh: Lăng Bác rực sắc áo dài, bạn trẻ rộn ràng bên Hồ Gươm

Hà Nội ngày Quốc khánh: Lăng Bác rực sắc áo dài, bạn trẻ rộn ràng bên Hồ Gươm

Ngày 1/9, không khí Quốc khánh hiện diện ở nhiều góc phố Hà Nội: những tà áo dài và lá cờ đỏ tại Lăng Bác, dòng người xếp hàng vào Hỏa Lò hay các nhóm bạn trẻ rộn ràng bên Hồ Gươm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/9/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/9/2026: Tuổi Tỵ tài lộc khởi sắc, tuổi Dậu cần 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 3/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
81 năm Quốc khánh: Từ nền độc lập đến năng lực tự chủ trong kỷ nguyên công nghệ

81 năm Quốc khánh: Từ nền độc lập đến năng lực tự chủ trong kỷ nguyên công nghệ

Sau 81 năm kể từ ngày 2/9/1945, Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới, trong đó sức mạnh quốc gia không chỉ được đo bằng quy mô kinh tế mà còn bằng năng lực làm chủ công nghệ, năng suất, hạ tầng năng lượng, chất lượng nhân lực và khả năng tham gia sâu vào chuỗi giá trị toàn cầu.
Chuyển đổi số tăng tốc: Từ xây dựng hệ thống sang đo hiệu quả vận hành

Chuyển đổi số tăng tốc: Từ xây dựng hệ thống sang đo hiệu quả vận hành

Sau hơn một năm tám tháng triển khai Nghị quyết số 57-NQ/TW, chuyển đổi số quốc gia đang chuyển trọng tâm từ xây dựng thể chế, hạ tầng và nền tảng sang khai thác dữ liệu, kết nối hệ thống và tạo ra hiệu quả có thể đo lường.
Quản trị cá nhân

Quản trị cá nhân

Ngày nay, hằng năm đến dịp đầu tháng 9, trái tim người Việt Nam lại vang lên những câu chữ bất hủ của Chủ tịch Hồ Chí Minh trong bản Tuyên ngôn Độc lập năm 1945: “Tất cả mọi người đều sinh ra có quyền bình đẳng. Tạo hóa cho họ những quyền không ai có thể xâm phạm được; trong những quyền ấy, có quyền được sống, quyền tự do và quyền mưu cầu hạnh phúc”. Tuyên ngôn này chính là Sợi chỉ đỏ xuyên suốt và là mục tiêu tối thượng của hệ thống vĩ mô và của một Nhà nước “Dân giàu, nước mạnh, dân chủ, công bằng, văn minh".
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/9/2026: Tuổi Thìn vận trình khởi sắc, tuổi Tý nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/9/2026: Tuổi Thìn vận trình khởi sắc, tuổi Tý 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 2/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đẩy mạnh phát triển công nghệ chiến lược, AI và hạ tầng số

Đẩy mạnh phát triển công nghệ chiến lược, AI và hạ tầng số

Bộ KH&CN đang tiếp tục triển khai đồng bộ các nhiệm vụ về hoàn thiện thể chế, phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia, tập trung vào công nghệ chiến lược, trí tuệ nhân tạo (AI), hạ tầng số và công nghiệp công nghệ số.