(Luận văn thạc sĩ hcmute) xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải bằng phương pháp không sử dụng thông số đường dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH NHÀN

XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ÐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔNG SỬ DỤNG THÔNG SỐ
ÐƯỜNG DÂY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202

S K C0 0 5 8 9 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH NHÀN

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHÔNG SỬ DỤNG THÔNG SỐ
ĐƢỜNG DÂY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH NHÀN

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP KHÔNG SỬ DỤNG THÔNG SỐ
ĐƢỜNG DÂY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƢƠNG VIỆT ANH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2018

Luan van


Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN THANH NHÀN
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1988
Nơi sinh: Sóc Trăng
Quê quán: Long Đức – Long Phú – Sóc Trăng
Dân tộc: Kinh
Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giáo viên, Khoa Điện Tử –
Trƣờng Cao Đẳng Nghề Cần Thơ
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 174C Tổ 8A, KV Bình Dƣơng A, P. Long Tuyền,
Q. Bình Thủy, Tp. Cần Thơ
Điện thoại cơ quan: 02923821327
Điện thoại nhà riêng: 0939774114
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

2. Đại học:
Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học: Thời gian đào tạo từ 12/2012 đến 03/2016
Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật điện – Điện tử
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:

Ngƣời hƣớng dẫn:
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ tháng 10/2016 đến tháng 4/2018
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ
Chí Minh
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Tên luận văn: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI BẰNG
PHƢƠNG PHÁP KHÔNG SỬ DỤNG THÔNG SỐ ĐƢỜNG DÂY

Ngày & nơi bảo vệ luận văn: ngày 28 tháng 4 năm 2018 tại Trƣờng Đại học Sƣ Phạm
Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. TRƢƠNG VIỆT ANH

2

Luan van


4. Tiến sĩ:
Hệ đào tạo:
Tại (trƣờng, viện, nƣớc):
Tên luận án:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Ngƣời hƣớng dẫn:
Ngày & nơi bảo vệ:

5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh văn B1

6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp:
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian
Tháng 3/2016
đến nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trƣờng Cao đẳng Nghề Cần Thơ

Giáo viên

IV. CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ:

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN hoặc ĐỊA PHƢƠNG
(Ký tên, đóng dấu)

Ngày 15 tháng 5 năm 2018
Ngƣời khai ký tên

NGUYỄN THANH NHÀN

3

Luan van

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 4 năm 2018

Nguyễn Thanh Nhàn

4

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu, qu
Thầy, Cô công tác tại khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Ch Minh, đ tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Đặc biệt em xin chân thành gửi đến Thầy PGS.TS. Trƣơng Việt Anh lời
cảm ơn sâu sắc. Trong thời gian thực hiện luận văn Thầy đ quan tâm theo d i, tận
tình hƣớng dẫn và động viên để em hoàn thành tốt luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên c ng lớp Kỹ thuật điện khóa
2016B đ nhiệt tình hỗ trợ, góp

động viên để em hoàn thành luận văn này.

ồ h Minh, tháng 4 năm 2018

Nguyễn Thanh Nhàn

5

Luan van


MỤC LỤC
TRANG TỰA
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................................... 2
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. 5
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... 8
Chƣơng 1 .................................................................................................................................. 11
TỔNG QUAN ........................................................................................................................... 11
1.1Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ...................................................................................... 11
1.2. Các kết quả nghiên cứu đ cơng bố ................................................................................... 12
1.2.1 Phƣơng pháp tính tốn dựa trên trở kháng....................................................................... 12
1.2.1.1 Phƣơng pháp điện kháng đơn ....................................................................................... 13
1.2.1.2 Phƣơng pháp TAKAGI ................................................................................................. 14
1.2.1.3 Phƣơng pháp TAKAGI cải tiến .................................................................................... 15
1.3 Mục đích của đề tài ............................................................................................................. 16
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 16
1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................................... 17
1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................................... 17
1.7 Điểm mới của luận văn ....................................................................................................... 17
Chƣơng 2 .................................................................................................................................. 18
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................................... 18
2.1. Các thành phần tƣơng đƣơng của hệ thống 3 pha .............................................................. 18
2.2 Các dạng sự cố trên đƣờng dây truyền tải .......................................................................... 20
2.2.1 Pha chạm đất .................................................................................................................... 21

2.2.2 Sự cố hai pha .................................................................................................................... 21
2.2.3 Hai pha chạm đất ............................................................................................................. 21
2.2.4 Sự cố ba pha ..................................................................................................................... 22
2.3 Sử dụng thành phần tƣơng ứng để phân tích sự cố ............................................................. 22
2.3.1 Thứ tự pha chạm đất ........................................................................................................ 23
2.3.2 Thứ tự mạng hai pha chạm đất ........................................................................................ 24

6

Luan van


2.3.3 Thứ tự mạng sự cố pha với pha ....................................................................................... 25
2.4 Phƣơng pháp xử l tín hiệu ................................................................................................. 26
2.4.1. Phép biến đổi Fourier (FT – Fourier Transform) ............................................................ 26
2.6 Khái quát về hệ thống GPS [15,16] .................................................................................... 33
2.6.1 Phần điều khiển (Control Segment) ................................................................................. 34
2.6.2 Phần không gian (Space Segment) .................................................................................. 34
2.6.2.2 Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................................................... 35
2.6.3 Phần sử dụng (User Segment).......................................................................................... 36
2.6.3.1 Các bộ phận của một thiết bị GPS trong phần sử dụng ................................................ 36
2.6.3.2 Những bộ phận chính của máy thu GPS ....................................................................... 37
2.7 Nguyên l hoạt động của hệ thống GPS ............................................................................. 38
Chƣơng 3 .................................................................................................................................. 41
THUẬT TỐN VÀ MƠ PHỎNG ............................................................................................ 41
3.1 Cơng nghệ đồng bộ đo lƣờng.............................................................................................. 41
3.2 Nội dung của thuật toán mới vị trí sự cố ............................................................................ 43
3.3 Mơ hình mơ phỏng sự cố và vị trí sự cố ............................................................................. 46
3.3.1 Mơ hình mơ phỏng ........................................................................................................... 46
3.3.2 Mơ phỏng ......................................................................................................................... 48

3.3.3 Kết quả ............................................................................................................................. 52
Chƣơng 4 .................................................................................................................................. 55
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................ 55
4.1 Kết luận ............................................................................................................................... 55
4.2 Hƣớng phát triển ................................................................................................................. 56
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 57
PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 59
1. Chƣơng trình tạo ngắn mạch ................................................................................................. 59
2. Chƣơng trình xác định vị trí sự cố ngắn mạch ...................................................................... 64

7

Luan van


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BU:

Máy biến điện áp

BI:

Máy biến dịng điện

GPS:

Hệ thống định vị tồn cầu (The Global Positioning System)

SMT:

Công nghệ đồng bộ đo lƣờng (Synchronized Measurement

Technology)
FFT:

Biến đổi nhanh chuỗi sóng mang (Fast Fourier Transform)

TWR:

Bộ thu sóng lan truyền (Travelling Wave Recorders)

L:

Cảm khám

C:

Dung kháng

RF:

Phần tần số vơ tuyến (Radio Frequency)

IED:

Đồng bộ hóa khác nhau các thiết bị điện tử thông minh (synchronising
different intelligent Electronic Devices)

SMUs:

Đồng bộ hoá đơn vị đo lƣờng (synchronized measurement units)

PMUs:

Các đơn vị đo lƣờng pha (phasor measurement units)

DC:

Các bộ tập trung dữ liệu (data concentrators)

8

Luan van


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1. Thứ tự thuận....................................................................................................................... 18
Hình 2.2. Thứ tự khơng............................................................................................................. 18
Hình 2.3. Thứ tự nghịch ............................................................................................................ 18
Hình 2.4. Một pha chạm với đất ............................................................................................... 21
Hình 2.5. Pha chạm pha ............................................................................................................ 21
Hình 2.6. Hai pha chạm đất ...................................................................................................... 22
Hình 2.7. Sự cố ba pha .............................................................................................................. 22
Hình 2.8. Phép biến đổi Fourier ................................................................................................ 27
Hình 2.9. Phép biến đổi Fourier của tín hiệu có chu kỳ ........................................................... 28
Hình 2.10. Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc ......................................................................... 29
Hình 2.11. Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn ...................................................................... 30
Hình 2.12. Các hàm Fourier cơ sở ............................................................................................ 33
Hình 3.1. Các thiết bị lấy mẫu đồng bộ ................................................................................... 42

Hình 3.2. Ba pha điển hình của đƣờng dây bị sự cố. ................................................................ 44
Hình 3.2a. Mạch điện thuận tƣơng đƣơng đƣờng dây sự cố từ hình 2. .................................... 44
Hình 3.2b. Mạch điện nghịch tƣơng đƣơng đƣờng dây sự cố từ hình 2. .................................. 45
Hình 3.3a. Mơ hình tín hiệu dịng áp tại hai đầu đƣờng dây sự cố ........................................... 46
Hình 3.3b. Mơ hình mơ phỏng sự cố trên phần mềm Matlab ................................................... 47
Hình 3.5. Đƣờng dẫn chứa file sau khi đổi thƣ mục chứa ........................................................ 49
Hình 3.6. Thƣ mục chứa file “TaoSuCo” ................................................................................. 50
Hình 3.7. Giao diện nhập dữ liệu sự cố .................................................................................... 50
Hình 3.8. Giao diện sau khi nhập dữ liệu giả định sự cố .......................................................... 51
Hình 3.9. Giao diện phần mềm “TinhToanNganMach.m” ..................................................... 51
Hình 3.10. Giao diện nhập dữ liệu sự cố ................................................................................. 52
Hình 3.11. Kết quả tính tốn của chƣơng trình định vị sự cố ................................................... 52

9

Luan van


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp kết quả trên một số tuyến thực tế ..................................................... 53

10

Luan van


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Điện năng đƣợc sản xuất tại các nhà máy điện đƣợc truyền tải và phân phối
đến các thiết bị tiêu thụ điện. Điện năng đƣợc tiêu thụ thông qua qua các đƣờng dây
truyền tải bởi hệ thống đƣờng dây truyền tải. Trong quá trình hoạt động bình
thƣờng, hệ thống điện là một hệ cân bằng và sẽ xảy ra tình huống mất cân bằng khi
có sự cố bất thƣờng xảy ra. Sự cố trong một hệ thống điện có thể đƣợc tạo ra bởi
các sự kiện tự nhiên nhƣ ng đổ cây, gió, b o, sét đánh,… làm hƣ hại đƣờng dây
truyền tải và đôi khi là sự cố phần cứng nhƣ máy biến thế và các thiết bị trong hệ
thống, một hệ thống điện có thể đƣợc phân tích bằng cách tính tốn điện áp và dịng
điện dƣới tình huống bình thƣờng và bất thƣờng. Một sự cố lớn mà có thể làm hỏng
thiết bị, nó có thể dẫn đến gián đoạn năng lƣợng điện. Hơn nữa, điện áp thay đổi mà
có thể ảnh hƣởng đến thiết bị khác. Điện áp dƣới mức tối thiểu có thể đơi khi gây ra
sự cố cho thiết bị. Đó là vấn đề quan trọng để nghiên cứu một hệ thống điện trong
điều kiện sự cố để cung cấp phƣơng án vận hành và bảo vệ hệ thống.
Mục đích của nghiên cứu này là để cung cấp tổng quan về phƣơng pháp tính
tốn xác định vị trí sự cố trên đƣờng truyền tải. Phƣơng pháp khác nhau dựa trên hai
nguyên tắc - l thuyết trở kháng và l thuyết làn sóng lan truyền đƣợc nêu ra trong
luận văn này. Sử dụng phƣơng pháp l thuyết đ đƣợc thực hiện trên một hệ thống
để kiểm tra tính tốn khoảng cách theo các loại sự cố khác nhau. Một phân tích
đƣợc thực hiện để so sánh các tính tốn các sai sót trong các phƣơng pháp thực hiện
để hiểu làm thế nào để tính tốn chính xác nhất vị trí sự cố trên đƣờng truyền tải.
Khi mạng điện càng phức tạp thì những hƣ hỏng xuất hiện sẽ càng nhiều
hơn, do đó việc trang bị các loại bảo vệ trên đƣờng dây cũng cần đƣợc tăng cƣờng.
Các dạng sự cố này đều phải đƣợc phát hiện, cô lập và sửa chữa trƣớc khi đƣa trở
lại làm việc. Việc khơi phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự
cố chỉ có thể đƣợc tiến hành nhanh nhất nếu biết đƣợc chính xác vị trí sự cố hoặc

11

Luan van

ƣớc lƣợng đƣợc vị trí sự cố với độ chính xác hợp lý. Thời gian khắc phục sự cố
càng kéo dài càng khơng có lợi, gây nên mất điện đến các hộ tiêu thụ và có thể dẫn
đến thiệt hại đáng kể về kinh tế đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp sản xuất,
gây mất ổn định trong hệ thống điện... Nhƣ vậy việc nhanh chóng phát hiện, định vị,
cô lập và khắc phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ làm
việc tin cậy của hệ thống. Khi có một sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện,
điện áp tại điểm sự cố đột ngột giảm đến một giá trị thấp, dòng điện tại điểm sự cố
đột ngột tăng lên rất lớn. Sự thay đổi đột ngột này tạo ra một xung điện từ tần số
cao đƣợc gọi là sóng lan truyền. Những sóng này truyền đi từ vị trí sự cố lan truyền
ra cả hai hƣớng với tốc độ cao. Để tìm đƣợc vị trí sự cố, từ các tín hiệu dịng điện và
điện áp đo đƣợc ở đầu đƣờng dây đ đƣợc lọc và phân tích bằng cách sử dụng các
cơng cụ xử lý tín hiệu khác nhau. Từ các giá trị đo lƣờng đƣợc có thể xác định tổng
trở sự cố, pha xảy ra sự cố, thời gian trễ của tín hiệu sóng đến để xác định vị trí sự
cố. Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm giảm thiểu
thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa chữa giúp xác định chính xác
hơn vị trí sự cố, khơi phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự
cố đặc biệt là các đƣờng dây truyền tải điện áp cao ở các khu vực có địa hình khó
khăn. Mặt khác, thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thƣờng của các
đƣờng dây bị sự cố cũng bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố. Điều này có thể
đạt đƣợc bằng cách tính tốn ƣớc lƣợng chính xác vị trí sự cố giúp cho khâu xử lý
sự cố đƣợc tiến hành nhanh nhất có thể [1].
1.2. Các kết quả nghiên cứu đã cơng bố
1.2.1 Phƣơng pháp tính tốn dựa trên trở kháng [2]
Phƣơng pháp trở kháng đƣợc dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách
kỹ thuật số đƣợc đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đƣờng dây. Ngoài trở
kháng, khi xảy ra sự cố rơle cịn tính tốn và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi
của rơle nhƣ: dạng sự cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và
dòng điện xung quanh thời điểm sự cố... Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng
cách trong thực tế còn gặp nhiều sai số do những nguyên nhân khác nhau nhƣ: ảnh

12

Luan van


hƣởng của điện trở quá độ đến đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách, ảnh
hƣởng của trạm trung gian, ảnh hƣởng của tổ nối dây máy biến áp, ảnh hƣởng của
sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), sai số của rơle do thành
phần tự do gây ra khi tính tốn các giá trị hiệu dụng, độ không l tƣởng của các bộ
lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc tính
tốn cài đặt và chỉnh định rơle cũng nhƣ do việc đ loại bỏ các thành phần tín hiệu
biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thơng tin trong tín hiệu..., từ đó dẫn đến
việc xác định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chƣa đƣợc chính xác.
1.2.1.1 Phƣơng pháp điện kháng đơn [3]
Các giá trị điện áp, dòng điện đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây sẽ đƣợc sử
dụng để tính tốn trở kháng của đƣờng dây đến vị trí điểm sự cố lsuco và đƣợc biểu
diễn theo phƣơng trình (1.1). Khi trở kháng của đƣờng dây trên mỗi đơn vị chiều
dài đ đƣợc xác định, khoảng cách sự cố có thể đƣợc tính tốn theo các phƣơng
trình (1.2) và (1.3)

U A  lsuco .Z L .I A  U f

(1.1)

Trong đó:
 U A : điện áp tại đầu nguồn A.


Z L : tổng trở của đƣờng dây



I A : dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A



lsuco : khoảng cách đến vị tr sự cố

 U f : điện áp sự cố
U A  lsuco .Z L .I A  R f .I f

(1.2)

Trong đó: I f là dòng điện sự cố R f là điện trở sự cố đƣợc minh họa trong hình 1.1
bên dƣới

13

Luan van


Hình 1.1. Sơ đồ minh họa sự cố sử dụng phƣơng pháp điện kháng đơn
Từ công thức (1.2) khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định
theo biểu thức (1.3):

lsuco

UA 



IA 



ZL

Rf

(1.3)

I 
Zl  A 
I 
 f 

1.2.1.2 Phƣơng pháp TAKAGI [4]
Phƣơng pháp Takagi cần cả các tín hiệu trƣớc khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất
hiện sự cố. Phƣơng pháp này cũng nâng cao đƣợc độ chính xác hơn so với phƣơng
pháp điện kháng đơn nhƣ giảm bớt ảnh hƣởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh
hƣởng của dịng tải. Sơ đồ minh họa nhƣ hình 1.2

Hình 1.2. Minh họa phƣơng pháp KATAGI trên mạch điện một pha hai nguồn
Điện trở sự cố đƣợc tính tốn theo biểu thức (1.4)

14

Luan van

Rf 

U A  ZC .I A .tanh  lsuco
 U '' A

tanh  lsuco  I '' A  . . j

 ZC


(1.4)

trong đó:


UA: Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A



Zl: Tổng trở của đƣờng dây



IA: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A



ZC: Tổng trở đặc tính



 : Hệ số lan truyền



I '' A : Dòng điện xếp chồng, là sự chênh lệch giữa dòng điện sự cố và

dịng điện trƣớc sự cố.
Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định theo biểu thức
(1.5):
lsuco 

I m (U A .I ''*A )
I m ( Z L .LA .I ''*A )

(1.5)

Trong đó:
Z L   .Z C

(1.6)

1.2.1.3 Phƣơng pháp TAKAGI cải tiến [5]
Phƣơng pháp Takagi cải tiến này cũng còn đƣợc gọi là phƣơng pháp dịng điện
thứ tự khơng. Phƣơng pháp này khơng u cầu dữ liệu trƣớc sự cố vì nó sử dụng
dịng điện thứ tự khơng thay vì xếp chồng dịng điện của sự cố chạm đất. Vị trí sự
cố trong phƣơng pháp này đƣợc tính tốn trong phƣơng trình (1.7):
lsuco 

I m (U A .I R* .e j )

I m ( Z1L .I A .I *R .e  j )

(1.7)

Trong đó:


I R : Dịng điện thứ tự khơng, I R* - liên hợp phức của ảnh dịng điện thứ tự

khơng


 : Góc dịng điện thứ tự khơng

15

Luan van




Z1L : Tổng trở thứ tự thuận của đƣờng dây



U A : Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A



I A : Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A



lsuco : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

Phƣơng pháp điện kháng đơn có ƣu điểm nổi bật là đơn giản, dễ lắp đặt, không
cần phải đồng bộ giữa các thiết bị, ... tuy nhiên có nhƣợc điểm là dễ bị ảnh hƣởng
lớn bởi các nguồn nhiễu nhƣ sự bất tƣơng ứng của đƣờng dây (ví dụ do khơng hốn
vị dây dẫn), ảnh hƣởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các
đƣờng dây, ...
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp Takagi là ta cần phải biết chính xác đƣợc các
thơng số của dịng điện pha sự cố ngay trƣớc thời điểm xuất hiện sự cố. Các sai lệch
trong các thông số này sẽ tạo thành sai số lớn trong việc ƣớc lƣợng vị trí sự cố. Cịn
trong phƣơng pháp Takagi cải tiến ta khơng cần d ng giá trị của dòng điện trƣớc sự
cố nhƣng lại phải xác định đƣợc góc pha của dịng điện thứ tự 0. Đây cũng là một
nguồn sai số lớn của phƣơng pháp.
1.3 Mục đ ch của đề tài
 Xây dựng đƣợc một phƣơng pháp mới trong việc xác định vị trí sự cố trên
đƣờng dây truyền tải mà không yêu cầu biết trƣớc thông số của đƣờng dây
và tổng trở ngắn mạch
 Xây dựng đƣợc phần mềm mô phỏng sự cố và tính tốn đƣợc vị trí sự cố có
độ chính xác cao
1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Luận văn tập trung nghiên cứu và đƣa ra phƣơng
pháp mới xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Một số công cụ và
phần mềm mô phỏng sử dụng trong luận văn
 Đƣờng dây truyền tải điện và các dạng sự cố trên đƣờng dây
 Tính tốn để xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải

16

Luan van


 Đồng bộ hóa dữ liệu dựa trên hệ thống GPS để đƣa ra giải thuật tính tốn xá
định vị trí sự cố
 Các phần mềm sử dụng trong luận văn: ATP - EMTP, Matlab 7.1, ….
Phạm vi nghiên cứu:


Trong phạm vi nghiên cứu này, luận văn chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng
công nghệ đồng bộ đo lƣờng (SMT) trên cơ sở hệ thống định vị toàn cầu
(GPS) để xác định vị trí sự cố nhanh nhất



Ứng dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng một số dạng ngắn mạch trên
đƣờng dây truyền tải điện để giả định sự cố quá trình nghiên cứu.



Nghiên cứu về l thuyết và các mơ hình tính tốn xử l tín hiệu trên hệ
thống GPS để xác định vị trí điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải.

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu
 Nghiên cứu phƣơng pháp xử lý tín hiệu của cơng nghệ đồng bộ hóa đo lƣờng
(SMT) và GPS để từ đó xác định vi trí sự cố
 Nghiên cứu phƣơng pháp biến đổi nhanh chuổi sóng mang (FFT)
 Dựa vào cơng nghệ đồng bộ hóa đo lƣờng để thu đƣợc kết quả từ hệ thống
GPS, từ đó xác định đƣợc vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải mà không

cần biết trƣớc thông số đƣờng dây [6,7,8,9].
1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Giả định sự cố trên đƣờng dây truyền tải
- Mô phỏng sự cố và phân tích sự cố trên phần mềm Matlab
1.7 Điểm mới của luận văn
Sử dụng một phƣơng pháp xác định vị trí sự cố mà khơng cần biết trƣớc
thông số của đƣờng dây

17

Luan van


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 . Các thành phần tƣơng đƣơng của hệ thống 3 pha [10]
Hệ thống điện luôn đƣợc phân tích bằng cách sử dụng một pha vì sự đơn
giản của nó. Hệ thống ba pha cân bằng điện đƣợc giải quyết bằng cách thay đổi tất
cả các kết nối tam giác bằng kết nối sao và giải quyết từng pha một. Hai pha còn lại
lệch nhau 1200. Để phân tích một hệ thống khơng cân bằng, hệ thống đƣợc chuyển
thành các thành phần tƣơng ứng cho phân tích mỗi pha.
Charles Legeyt Fortescue đ phát triển một l thuyết cho thấy rằng một hệ khơng
cân bằng có thể cũng đƣợc xác định bằng cách sử dụng các thành phần tƣơng
ứng. Ba thành phần tƣơng ứng là thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự khơng. Nó
đƣợc đại diện bởi "+", "-", và "0" hoặc "1", "2", và "0" theo thứ tự tƣơng ứng.
2.1.1. Thứ tự thuận: Nó bao gồm ba pha có c ng độ lớn và lệch nhau 120° theo
thứ tự pha ban đầu
2.1.2. Thứ tự khơng: Nó bao gồm ba pha có c ng độ lớn và dịch chuyển vị trí pha
0

2.1.3. Thứ tự nghịch: Nó bao gồm ba pha với với c ng độ lớn và lệch nhau 120°.
Thứ tự pha ngƣợc pha ban đầu

Hình 2.1. Thứ tự thuận

Hình 2.2. Thứ tự khơng Hình 2.3. Thứ tự nghịch

Chúng ta thiết lập t y 3 pha ia, ib, và ic. Nó có thể đƣợc trình bày trong điều kiện
của 9 thành phần nhƣ sau:
Ia= Ia0+Ia++Ia(2.1)
0
+
Ib=Ib +Ib +Ib

18

Luan van


Ic=Ic0+Ic++IcKhi Ia0, Ib0 và Ic0 đặt là thứ tự 0, Ia+, Ib+ và Ic+ đặt là thứ tự thuận, và Ia-, Ib-, và Ic-, Ibvà Ic- đặt là thứ tự nghịch
Thứ tự khơng có c ng độ lớn với pha thay thế và có tính chất sau:
Ia0 = Ib0 = Ic0
Một ma trận cân bằng đƣợc viết nhƣ sau
0


Ia   Ia   Ia   Ia 
I   I 0   I    I  
 b  b   b   b 
 I c   I c0   I c   I c 

     

Vector I gồm các thành phần Ia, Ib và Ic. Vì vậy, I0, I+, và I- lần lƣợt là thứ tự 0, thứ
tự thuận và thứ tự nghịch.
Vector (2.3) đƣợc ký hiệu là
I = I0 + I + + I Giờ để tìm 9 thành phần tƣơng ứng dùng   e

j 2
3

 11200 . Cộng số phức I bởi α

khơng làm thay đổi độ lớn nhƣng tang góc 1200. Điều đó có nghĩa quay I một góc
1200. Nhƣ vậy, chỉ có 3 của 9 thành phần tƣơng ứng có thể chọn độc lập. Ia0, Ia+
và Ia- nhƣ các biến độc lập và nhanh chóng trong điều kiện khác là các biến đứng
đầu. Áp dụng cho biểu thức (2.4) chúng ta có:
1 
1 
 Ia 
1
 I   I 0 1  I   2   I   
 b a   a   a  
 
 2 
 I c 
1
 

(2.4)

Khi đó,
  11200  0.5  j 0.866
 2  12400  0.5  j 0.866
Biểu thức (2.4) tƣơng đƣơng với:
0
 I a0 
1  Ia 
 I a  1 1
 I   1   2   I    A  I  
 a
 b 
 a 
I  
 I c  1  2    I a 
 
 a

Sau đó,

19

Luan van

(2.5)


 I a0 
 Ia 
1   Ia 
1 1

  1


 
2

 I a   1     I b   A  I b 
 I   3 1  2    I 
I 

 c 
 a
 c

(2.6)

Giờ, chúng ta có:
1
( Ia+Ib+Ic )
3
1
Ia+ = ( Ia+αIb+α2Ic )
3
1
Ia- = ( Ia+ α2Ib+ αIc )
3

Ia 0 =

(2.7)

(2.8)
(2.9)

Biểu thức (2.7), (2.8) và (2.9) trình bày thứ tự 0, thứ tự thuận và thứ tự nghịch
tƣơng ứng. Tƣơng tự, điện áp thứ tự 0, thứ tự thuận và thứ tự nghịch đƣợc trình bày
qua biểu thức (2.10, (2.11) và (2.12) tƣơng ứng:
Va 0 =

1
( Va+Vb+Vc )
3

(2.10)

Va + =

1
2
( Va+αVb+α Vc )
3

(2.11)

Va - =

1
2
( =Va+ α Vb+ αVc )
3

(2.12)

Biểu thức (2.10), (2.11) và (2.12) có thể viết trong dạng ma trận nhƣ:
Va0 
1  Va
1 1
  1

2
Va   1    Va
V   3 1  2   V

 a
 a 







(2.13)

2.2 Các dạng sự cố trên đƣờng dây truyền tải [10]
Có hai dạng sự cố có thể xảy ra trên bất kỳ đƣờng dây truyền tải nào; sự cố
cân bằng và sự cố khơng cân bằng hay cịn đƣợc gọi là sự cố tƣơng ứng và sự cố
không tƣơng ứng tƣơng ứng. Hầu hết sự cố xảy ra trên các hệ thống điện là sự cố
không cân bằng. Ngồi ra, những sự cố có thể phân loại là sự cố rẽ nhánh và sự cố
nối tiếp. Pha chạm đất là những loại sự cố mà xảy ra ở trở kháng đƣờng dây và
khơng liên quan đến trung tính hoặc đất, và cũng khơng có liên quan đến bất kỳ kết

nối giữa các pha. Trong loại sự cố đó là sự gia tăng của điện áp và tần số và giảm
dịng hiện tại ở các pha sự cố. Ví dụ: mở một hoặc hai hai đƣờng dây bằng CB. Sự

20

Luan van


cố mất cân bằng pha làm mất cân bằng giữa các pha hoặc giữa pha và đất. Nghiên
cứu này chỉ xem xét các sự cố rẻ mất cân bằng pha. Trong loại sự cố đó là tăng và
giảm tần số và điện áp trong sự cố pha. Sự cố mất cân bằng pha đƣợc phân thành
bốn loại:
2.2.1 Pha chạm đất
Trong sự cố này, một dây pha chạm với đất

Hình 2.4. Một pha chạm với đất
2.2.2 Sự cố hai pha
Trong dạng sự cố này, thiết lập kết nối giữa hai dây pha với nhau

Hình 2.5. Pha chạm pha
2.2.3 Hai pha chạm đất

21

Luan van


Hình 2.6. Hai pha chạm đất
2.2.4 Sự cố ba pha

Hình 2.7. Sự cố ba pha
2.3 Sử dụng thành phần tƣơng ứng để phân tích sự cố [11]
Sự cố hệ thống khơng chỉ có pha tƣơng ứng, vì vậy nó khơng thể đƣợc giải
quyết bằng cách phân tích một pha. Để tìm dịng điện sự cố và điện áp điện áp,
trƣớc tiên nó lần đƣợc chuyển thành các thành phần tƣơng ứng. Điều này có thể
đƣợc thực hiện bằng cách thay thế sự cố 3 pha bằng tổng của một chuỗi nguồn ba
thứ tự không, nguồn ba pha thứ tự thuận và nguồn ba pha thứ tự nghịch, một ba pha
tích cực tự nguồn và một nguồn nghịch thứ tự ba giai đoạn.

22

Luan van