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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/9/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thìn nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/9/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thìn 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 14/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xây dựng Hòa Bình chuyển nhượng dự án cho FPT với giá gần 250 tỷ đồng

Xây dựng Hòa Bình chuyển nhượng dự án cho FPT với giá gần 250 tỷ đồng

Tập đoàn Xây dựng Hòa Bình đã chuyển nhượng dự án Trung tâm đổi mới sáng tạo Hòa Bình cho một công ty con của FPT với giá trị thương vụ đạt 246,5 tỷ đồng.
Việt Nam - Pháp mở rộng hợp tác công nghệ, năng lượng và hạ tầng chiến lược

Việt Nam - Pháp mở rộng hợp tác công nghệ, năng lượng và hạ tầng chiến lược

Việt Nam và Pháp thống nhất đẩy mạnh triển khai quan hệ Đối tác chiến lược toàn diện giai đoạn 2026-2028, trong đó khoa học - công nghệ, AI, bán dẫn, công nghệ lượng tử, năng lượng, giao thông thông minh và công nghệ vũ trụ được xác định là những lĩnh vực hợp tác trọng tâm.
Tiết giảm chi phí, Shinhan Life Việt Nam giảm lỗ trong nửa đầu năm 2026

Tiết giảm chi phí, Shinhan Life Việt Nam giảm lỗ trong nửa đầu năm 2026

Trong 6 tháng đầu năm 2026, Công ty TNHH Bảo hiểm Shinhan Life Việt Nam ghi nhận khoản lỗ sau thuế gần 52 tỷ đồng, giảm đáng kể so với mức lỗ hơn 101 tỷ đồng của cùng kỳ năm ngoái. Tính đến 30/6/2026, quy mô tài sản, nợ phải trả giảm so với đầu năm.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB vượt mốc 10.000 tỷ đồng nộp ngân sách

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB vượt mốc 10.000 tỷ đồng nộp ngân sách

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: HDBank - 94% giao dịch số, bán lẻ tăng trưởng mạnh; Sacombank liên tiếp thu giữ tài sản bảo đảm để xử lý nợ; MB vượt mốc 10.000 tỷ đồng nộp ngân sách, hướng tới vị thế dẫn đầu...
Robot hình người mở ra thị trường tăng trưởng mới cho cobot

Robot hình người mở ra thị trường tăng trưởng mới cho cobot

Sự phát triển nhanh chóng của robot hình người đang tạo thêm động lực cho thị trường robot cộng tác (cobot), đặc biệt là cánh tay robot và bộ truyền động. Theo nghiên cứu mới nhất của Interact Analysis, sản lượng robot hình người toàn cầu đã vượt 20.000 chiếc trong năm 2025 và dự kiến tăng hơn gấp ba lần trong năm 2026.
Sạc xe điện chuẩn kỹ thuật: Bảo vệ pin Lithium-ion khỏi nguy cơ cháy nổ

Sạc xe điện chuẩn kỹ thuật: Bảo vệ pin Lithium-ion khỏi nguy cơ cháy nổ

Pin lithium-ion là giải pháp công nghệ lưu trữ năng lượng cốt lõi trên xe máy điện hiện đại nhờ khả năng tích hợp dung lượng lớn trong một thiết bị nhỏ gọn.
Nhiều doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết công bố kết quả kinh doanh trái chiều

Nhiều doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết công bố kết quả kinh doanh trái chiều

Loạt doanh nghiệp bất động sản chưa niêm yết như Capitaland Tower, Bông Sen, Thành phố Aqua,... vừa công bố tình hình tài chính bán niên 2026 gửi Sở Giao dịch Chứng khoán Hà Nội (HNX), với kết quả kinh doanh trái chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Ngọ nên thận trọng tiền bạc

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 13/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
DIBAO ra mắt Vibe: Xe điện tích hợp công nghệ NFC và ứng dụng điều khiển

DIBAO ra mắt Vibe: Xe điện tích hợp công nghệ NFC và ứng dụng điều khiển

Thị trường xe điện dành cho giới trẻ đang bước vào giai đoạn cạnh tranh mới, khi tiêu chí lựa chọn phương tiện không còn dừng ở khả năng di chuyển mà còn ở thiết kế, sự tiện dụng và khả năng thể hiện phong cách cá nhân.