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
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/10: Quản trị rủi ro, hạ tỷ trọng các nhóm ngành chịu áp lực bán mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/10: Quản trị rủi ro, hạ tỷ trọng các nhóm ngành chịu áp lực bán mạnh

VN-Index tiếp tục giảm mạnh trong phiên 1/10, nối dài chuỗi điều chỉnh sang phiên thứ tư liên tiếp. Trong bối cảnh áp lực bán gia tăng, đặc biệt tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quản trị rủi ro và hạ tỷ trọng ở các nhóm ngành chịu áp lực bán mạnh.
Thị trường chứng khoán ngày 01/10: Trạng thái tiêu cực kéo dài, VN Index thủng mốc 1.750 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 01/10: Trạng thái tiêu cực kéo dài, VN Index thủng mốc 1.750 điểm

VN Index tiếp tục giảm 19,32 điểm trong phiên đầu tháng 10 khi lực bán gia tăng ở nhóm vốn hóa lớn. VIC tiếp tục là lực cản chính của chỉ số, PNJ giảm sàn phiên thứ tư liên tiếp, trong khi thanh khoản vẫn ở mức thấp cho thấy lực cầu còn dè dặt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/10/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Thân nên thận trọng lời nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/10/2026: Tuổi Mão vận trình hanh thông, tuổi Thân nên thận trọng lời nói

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 2/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Khi chính mô hình AI trở thành điểm yếu bảo mật

Khi chính mô hình AI trở thành điểm yếu bảo mật

Khi doanh nghiệp ngày càng tự phát triển, tùy chỉnh và đưa AI vào các hoạt động chuyên biệt, mô hình AI không chỉ là công cụ hỗ trợ mà còn trở thành một phần quan trọng của hệ thống dữ liệu và vận hành.
NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF dự kiến tài trợ tối đa 3 tỷ đồng cho một nhiệm vụ đổi mới công nghệ ứng dụng AI

NATIF mở rộng cơ chế hỗ trợ đổi mới công nghệ ứng dụng AI, đồng thời kết nối doanh nghiệp Việt Nam - Nhật Bản qua chương trình đồng tài trợ NATIF - NEDO.
Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Năm 2026: AM Best tiếp tục xếp hạng năng lực tài chính của BIC ở mức B++

Tổ chức xếp hạng tín nhiệm tài chính hàng đầu thế giới AM Best vừa công bố xếp hạng tín nhiệm năm 2026 của Tổng Công ty Bảo hiểm BIDV (BIC).
BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

BIDV kết nối cơ hội kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan

Ngày 28/09/2026, tại TP. Hồ Chí Minh, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã phối hợp với Tổng Lãnh sự quán Thái Lan tại Thành phố Hồ Chí Minh tổ chức Hội thảo kinh doanh “Triển vọng kinh doanh và tài chính Việt Nam - Thái Lan: xu hướng kinh tế, đầu tư trực tiếp nước ngoài (FDI) và chiến lược quản lý rủi ro”.
EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

EU nâng chuẩn bao bì: Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu cần chuẩn bị gì cho cuộc chơi mới?

Các tiêu chuẩn mới về bao bì, tái chế và trách nhiệm môi trường đang từng bước định hình lại chuỗi cung ứng toàn cầu.
Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Dữ liệu cảm biến: “mỏ vàng” chưa được khai thác của nhà máy thông minh

Các nhà máy hiện đại đang tạo ra lượng dữ liệu cảm biến khổng lồ, nhưng phần lớn nguồn dữ liệu này chưa được chuyển hóa thành quyết định vận hành kịp thời. Khi hàng nghìn cảm biến liên tục ghi nhận nhiệt độ, áp suất, độ rung và chất lượng, bài toán quan trọng của sản xuất thông minh không còn là thu thập thêm dữ liệu, mà là xây dựng hạ tầng để phân tích và hành động theo thời gian thực.
Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Công nghiệp công nghệ số tăng trưởng hơn 32% sau 9 tháng

Tháng 9/2026, doanh thu lĩnh vực công nghiệp công nghệ số ước đạt 770.766 tỷ đồng, tăng 36% so với cùng kỳ năm 2025. Lũy kế 9 tháng, doanh thu lĩnh vực này ước đạt 5.387.142 tỷ đồng, tăng khoảng 32,1%.
master