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
Festival Thăng Long - Hà Nội: Đưa di sản vào dòng chảy sáng tạo

Festival Thăng Long - Hà Nội: Đưa di sản vào dòng chảy sáng tạo

Tối 11/9, tại Hoàng thành Thăng Long, Festival Thăng Long - Hà Nội lần thứ II, năm 2026 với chủ đề “Dòng chảy di sản - Heritage Flow” sẽ chính thức khai mạc. Tại nhiều không gian văn hóa, di sản tiêu biểu của Thủ đô, Festival kết nối các giá trị văn hóa truyền thống với nghệ thuật đương đại, công nghệ và sức sáng tạo, lan tỏa di sản đến người dân, du khách và bạn bè quốc tế.
Khi robot thông minh cần một “đôi tay” đủ linh hoạt

Khi robot thông minh cần một “đôi tay” đủ linh hoạt

Trí tuệ nhân tạo vật lý (Physical AI) đang mở ra một hướng phát triển mới cho robot công nghiệp, với khả năng cảm nhận, hành động và thích nghi trực tiếp trong môi trường thực tế. Thay vì phải lập trình chuyên biệt cho từng nhiệm vụ, robot có thể tận dụng các mô hình AI được đào tạo trên lượng dữ liệu lớn để xử lý nhiều tình huống biến đổi hơn.
iPhone Duo chính thức ra mắt: iPhone màn hình gập đầu tiên của Apple, giá cao nhất 104 triệu đồng

iPhone Duo chính thức ra mắt: iPhone màn hình gập đầu tiên của Apple, giá cao nhất 104 triệu đồng

Sau nhiều năm được đồn đoán, Apple chính thức bước vào cuộc đua smartphone màn hình gập với iPhone Duo. Mẫu máy gây chú ý với thiết kế mỏng nhất lịch sử iPhone, màn hình mở rộng 7,6 inch, chip A20 Pro và mức giá tại Việt Nam lên tới 104 triệu đồng cho bản 2TB.
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

VN-Index tiếp tục đi ngang trong trạng thái giằng co và phân hóa mạnh. Trong bối cảnh thanh khoản suy giảm, nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu còn duy trì được xu hướng tích lũy, đồng thời chủ động bán ra các mã suy yếu về giá.
HI-TECH VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ, mở rộng thị trường

HI-TECH VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ, mở rộng thị trường

Sáng 9/9, tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Đông Anh, Hà Nội, Chuỗi triển lãm quốc tế Công nghệ cao, UAV, AI, Robot và Kinh tế số Việt Nam - HI-TECH VIETNAM 2026 chính thức khai mạc trong khuôn khổ Tuần lễ Công nghiệp và Công nghệ Việt Nam 2026 (VIIF 2026).
CD Restop phát triển hệ sinh thái điểm dừng gắn với trạm sạc và năng lượng sạch

CD Restop phát triển hệ sinh thái điểm dừng gắn với trạm sạc và năng lượng sạch

CD Restop cùng SPT Group, DTH Holdings, Coro Energy và các đối tác ký bốn thỏa thuận, hướng đến phát triển mạng lưới điểm dừng chân kết hợp trạm sạc, năng lượng sạch, chuyển đổi số và tiện ích an sinh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Dần nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Dần nên thận trọng quyết định

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 11/9/2026 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 10/9: FPT và VHM đỡ chỉ số, dòng tiền tiếp tục thận trọng

Thị trường chứng khoán ngày 10/9: FPT và VHM đỡ chỉ số, dòng tiền tiếp tục thận trọng

VN Index lấy lại sắc xanh sau khi có lúc rơi sát 1.810 điểm, nhưng phía sau mức tăng hơn 2 điểm vẫn là một bảng điện tử nghiêng về sắc đỏ. FPT, VHM và nhóm bán lẻ giúp thị trường “thoát hiểm”, trong khi dòng tiền lớn vẫn chưa thực sự trở lại.
Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Nhắc đến các doanh nghiệp xây dựng, một trong những thách thức lớn nhất của nhóm ngành này chính là bài toán thu hồi công nợ. Tính đến ngày 30/06/2026, các khoản phải thu ngắn hạn, đặc biệt là phải thu ngắn hạn của khách hàng đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tài sản, tuy nhiên tốc độ tăng có xu hướng chậm lại.
Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple chính thức trình làng iPhone 18 Pro và 18 Pro Max với loạt nâng cấp đáng chú ý về camera, hiệu năng và pin. Đáng chú ý, màu Đỏ burgundy mới cùng hệ thống khẩu độ cơ học trên camera chính đang là những điểm khiến thế hệ iPhone Pro mới được quan tâm.