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
NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

Doanh nghiệp vay vốn đầu tư ứng dụng, chuyển giao và đổi mới công nghệ được NATIF hỗ trợ 50% lãi suất vay, tối đa 6%/năm trong thời gian không quá 5 năm. Hạn cuối tiếp nhận hồ sơ đợt 2/2026 là ngày 16/11.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

VN-Index có phiên giảm điểm thứ tư liên tiếp, song đà giảm đã thu hẹp đáng kể so với phiên trước. Thị trường được kỳ vọng có nhịp hồi phục lên vùng kháng cự quanh 1.750 điểm, tạo cơ hội để nhà đầu tư cơ cấu danh mục và hạ tỷ trọng ở những cổ phiếu vi phạm ngưỡng quản trị rủi ro.
Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Tự động hóa đã trở thành nền tảng quen thuộc trong các nhà máy hiện đại, từ robot hàn, băng chuyền đến hệ thống cảm biến thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, bước tiến tiếp theo của ngành sản xuất không đơn thuần là bổ sung thêm máy móc, mà hướng tới xây dựng những hệ thống có khả năng nhận thức, phản hồi và phối hợp thông minh hơn.
Hà Nội kỷ niệm 950 năm Quốc Tử Giám

Hà Nội kỷ niệm 950 năm Quốc Tử Giám

Từ ngày 5 đến 15/11, Văn Miếu - Quốc Tử Giám tổ chức chuỗi hoạt động văn hóa, nghệ thuật và trải nghiệm đặc biệt nhân kỷ niệm 950 năm thành lập Quốc Tử Giám, với nhiều chương trình tương tác dành cho công chúng.
Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Dù nhóm thép và một số mã trụ diễn biến khá tích cực nhưng VN Index vẫn đánh mất ngưỡng tâm lý quan trọng 1.700 điểm với áp lực bán của VIC. Thanh khoản teo tóp, còn khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng phiên thứ 8 liên tiếp, đã khiến tâm lý nhà đầu tư rất thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 04/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Tý cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 04/11/2026: Tuổi Dần vận trình khởi sắc, tuổi Tý cần thận trọng

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 04/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh đẩy mạnh thu hút vốn đầu tư

Thành phố Hồ Chí Minh đẩy mạnh thu hút vốn đầu tư

Tính lũy kế đến nay, TP. Hồ Chí Minh có hơn 22.036 dự án còn hiệu lực với tổng vốn đăng ký đạt hơn 157,4 tỷ USD, tiếp tục giữ vững vị trí dẫn đầu cả nước và minh chứng rõ nét cho niềm tin ngày càng lớn của giới đầu tư quốc tế.
Trải nghiệm Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx vận hành trực tiếp tại VIMF x VIAF 2026 Bắc Ninh

Trải nghiệm Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx vận hành trực tiếp tại VIMF x VIAF 2026 Bắc Ninh

Triển lãm VIMF x VIAF 2026 diễn ra từ ngày 4 đến 6/11/2026 tại Trung tâm Văn hóa Kinh Bắc, Bắc Ninh. Tại gian hàng 729, Allied Solutions Global sẽ mang đến cơ hội trải nghiệm các giải pháp Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx.
Khám phá hệ thống điều khiển số lùi trên các dòng xe máy điện thế hệ mới

Khám phá hệ thống điều khiển số lùi trên các dòng xe máy điện thế hệ mới

Ứng dụng điều khiển điện tử, số lùi trên xe máy điện đang trở thành chuẩn công nghệ mới, tối ưu trải nghiệm tự động hóa cho người vận hành.
Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa, bộ nguồn đóng vai trò duy trì hoạt động ổn định cho PLC, cảm biến, thiết bị điều khiển và các thành phần điện tử. Vậy đâu là bộ nguồn đáng tin cậy cho hệ thống tự động hóa nhà máy của bạn?
master