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
TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

Kinh tế tầm thấp đang mở ra một không gian phát triển mới, nơi UAV, robot, xe tự hành và các nền tảng quản lý trên không có thể trở thành hạ tầng của nhiều ngành kinh tế.
Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Hơn 250 lãnh đạo doanh nghiệp công nghệ hai nước đã quy tụ tại Tokyo để tìm kiếm các mô hình hợp tác mới, trong đó AI, công nghệ chuyên sâu và hiện đại hóa hệ thống lõi được xác định là những lĩnh vực mở ra dư địa hợp tác lớn.
Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Từ ngày 1/10 đến 15/12/2026, học sinh tiểu học và THCS trên toàn quốc có thể tham gia cuộc thi “Chúng em làm phóng viên nhỏ năm 2026” do Vinamilk phối hợp cùng Báo Thiếu niên Tiền phong và Nhi đồng tổ chức. Thông qua các video ngắn về chủ đề môi trường, các em có cơ hội thể hiện sự sáng tạo, chia sẻ góc nhìn của mình và lan tỏa những hành động tích cực vì cộng đồng.
Thị trường chứng khoán ngày 2/10: PNJ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, VN Index vẫn lùi về dưới mốc 1.740 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 2/10: PNJ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, VN Index vẫn lùi về dưới mốc 1.740 điểm

VN Index tiếp tục trượt về vùng 1.730–1.740 điểm khi sắc đỏ phủ kín nhiều nhóm ngành. Khối ngoại bán ròng gần 3,4 nghìn tỷ đồng, riêng PNJ bị “xả” gần 1,3 nghìn tỷ nhưng bất ngờ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, tạo nên điểm nóng lớn nhất của phiên.
TPBank huy động hơn 9.000 tỷ đồng qua kênh trái phiếu với lãi suất gần 10%/năm

TPBank huy động hơn 9.000 tỷ đồng qua kênh trái phiếu với lãi suất gần 10%/năm

Từ tháng 6/2026 đến nay, TPBank đã hoàn tất phát hành tổng cộng 15 lô trái phiếu, huy động hơn 9.000 tỷ đồng với lãi suất lên đến 9,7%/năm có kỳ hạn từ 3 năm đến 10 năm.
Bảy mươi năm Bách khoa - Những hành trình trở về

Bảy mươi năm Bách khoa - Những hành trình trở về

Hướng tới kỷ niệm 70 năm thành lập Đại học Bách khoa Hà Nội (1956-2026), chương trình “Gặp gỡ doanh nhân, cựu sinh viên Bách khoa tiêu biểu 2026” diễn ra ngày 29/9 tại Tòa nhà Cựu sinh viên, trong khuôn khổ chuỗi sự kiện “Bách khoa Ngày trở về 2026”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may, tuổi Tý nên giữ vững sự bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may, tuổi Tý nên giữ vững sự bình tĩnh

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 3/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
BSR thử nghiệm xuất bán White Spirit, mở rộng danh mục sản phẩm

BSR thử nghiệm xuất bán White Spirit, mở rộng danh mục sản phẩm

Ngày 30/9, tại Trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) tổ chức xuất bán thử nghiệm 40.000 lít White Spirit (Dung môi trắng) cho Công ty TNHH Sơn Thế Hệ Mới. Đây là bước đi mới của BSR trong nghiên cứu, phát triển và thương mại hóa các sản phẩm hóa dầu, góp phần đa dạng hóa danh mục sản phẩm và nâng cao giá trị từ nguồn nguyên liệu đầu vào.
Gemini 4 và bài toán “vượt rào” AI: Vì sao mô hình càng mạnh càng đặt ra thách thức an ninh mạng?

Gemini 4 và bài toán “vượt rào” AI: Vì sao mô hình càng mạnh càng đặt ra thách thức an ninh mạng?

Ngày 30/9, Google công bố Gemini 4 Argon, mô hình đầu tiên thuộc thế hệ Gemini 4 và được hãng định vị cho các tác vụ phức tạp trong kỹ thuật phần mềm, công việc tri thức doanh nghiệp và phòng thủ an ninh mạng.
Đại học phải đáp ứng chuẩn mới về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

Đại học phải đáp ứng chuẩn mới về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo

Thông tư 83/2026/TT-BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo quy định Chuẩn cơ sở giáo dục đại học, trong đó khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo được xác định là một nhóm yêu cầu quan trọng, với các ngưỡng cụ thể về nguồn thu, sản phẩm nghiên cứu và công bố khoa học. Cùng với đó, yêu cầu về chất lượng đội ngũ giảng viên cũng được đặt ra rõ ràng và sẽ được quản lý ngày càng dựa trên dữ liệu.
master