xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không sử dụng phương pháp biến đổi wavelet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
WAVELET

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS. Đỗ Anh Tùng
ThS. Nguyễn Đăng Khoa

Phạm Văn Lợi (MSSV: 1111011)
Ngành: Kỹ thuật điện 1 – Khóa 37

Tháng 04/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2014 – 2015

1. Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Ngành: Kỹ thuật điện
Khoá: 37
2. Tên đề tài (LVTN): Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
3. Địa điểm thực hiện: Truyền tải điện Miền Tây 41 Đường 3 tháng 2 - Q.Ninh
Kiều – TP. Cần Thơ. Số ĐT 0710 222 0239
4. Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH) 1 và 2:
ThS. Đỗ Anh Tùng và ThS.Nguyễn Đăng Khoa
5. Mục tiêu của đề tài: Áp dụng phép biến đổi Wavelet kết hợp với giải thuật lọc
nhiễu để xác định tín hiệu và thời gian sóng truyền từ điểm ngắn mạch về hai
đầu cuối của đường dây và sau đó tính toán được khoảng cách vị trí xảy ra ngắn
mạch.
6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
Nội dung chính:
Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải
Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet
Chương III: Một số phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải
Chương IV: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không
220kV tiêu biểu
Chương V: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không

220kV thực tế
Chương VI: Kết luận và kiến nghị
Giới hạn đề tài: Có nhiều phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây
truyền tải nhưng với đề tài này chỉ áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet.
7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:
Xin số liệu thực tế từ Công Ty Truyền tải điện Miền Tây
8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài:
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Văn Lợi


Ý KIẾN CỦA NHDKH 1

ThS. Đỗ Anh Tùng
Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN

Ý KIẾN CỦA NHDKH 2

ThS. Nguyễn Đăng Khoa
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cán bộ hướng dẫn 1 và 2: ThS. Đỗ Anh Tùng và ThS. Nguyễn Đăng Khoa
1. Tên đề tài: Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
2. Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Lớp: Kỹ Thuật Điện 1– Khoá 37
3. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
- Các công việc đã đạt được:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Điểm đánh giá:

Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

ThS. Đỗ Anh Tùng

Cần Thơ, ngày ... tháng… năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

ThS. Nguyễn Đăng khoa


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện:
2. Tên đề tài: Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
3. Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Lớp: Kỹ Thuật Điện 1 – Khoá 37
4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

b. Nhận xét về bản vẽ:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
- Các công việc đã đạt được:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5. Điểm đánh giá:
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện:

2. Tên đề tài: Xác định vị trị sự cố trên đường dây trên không
Sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
3. Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Lớp: Kỹ Thuật Điện 1 – Khoá 37
4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
- Các công việc đã đạt được:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5. Điểm đánh giá:
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Đỗ
Anh Tùng và Thầy Nguyễn Đăng Khoa đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình
thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy trong Bộ môn Kỹ Thuật Điện, khoa Công
Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ đã tận tình truyền đạt kiến thức trong quá trình học
tập tại trường. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học, đó không chỉ là
nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em
bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.
Xin chân thành cảm ơn quý Công Ty Truyền Tải Điện Miền Tây đã cho phép
và tạo điều kiện thuận lợi để em thực tập.
Xin cảm ơn cha mẹ đã động viên trong suốt quá trình học tập và làm luận
văn, cảm ơn bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành tốt luận văn.
Tuy nhiên, kinh nghiệm, kiến thức thực tế còn hạn chế và thời gian thực hiện
đề tài có phần hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết. Thêm
nữa, vì Wavelet là một lĩnh vực còn mới nên rất mong quý thầy bỏ qua và góp ý để
bài luận văn của em được hoàn thiện hơn.
Cuối lời em kính chúc quý Thầy dồi dào sức khỏe và thành công trong sự
nghiệp cao quý. Đồng kính chúc các Cô, Chú, Anh, Chị trong Công Ty Truyền Tải
Điện Miền Tây luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc.
Cần Thơ, ngày tháng
năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Lợi


LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống đường dây truyền tải điện là phần tử đặc biệt quan trọng trong việc

truyền tải điện năng đi xa với công suất lớn. Nói cách khác, nó được xem là các
mạch máu của một hệ thống điện. Khi có sự cố xảy ra trên đường dây, rơle bảo vệ
cần xác định sự cố và gửi tín hiệu cắt đến các máy cắt tương ứng để bảo vệ an toàn
hệ thống. Như vậy, việc xác định được vị trí sự cố xảy ra trên đường dây là công
việc hết sức quan trọng vì nó sẽ rút ngắn đáng kể thời gian tìm kiếm và khắc phục
sự cố, tiết kiệm chi phí do sự gián đoạn cung cấp điện gây ra. Chính vì những lý do
trên, việc vận hành hệ thống đường dây truyền tải đảm bảo độ tin cậy cao, an toàn
và ổn định luôn là yêu cầu cấp thiết và là ưu tiên hàng đầu của các Công ty Truyền
tải Điện.
Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện, là một vấn đề quan trọng
và phức tạp trong vận hành hệ thống điện. Trong bài luận văn này, em nghiên cứu
việc áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet kết hợp lọc nhiễu cho việc xác định vị
trí sự cố trên đường dây truyền tải. Khi sự cố xảy ra các thành phần của sóng quá độ
truyền về hai đầu đường dây khảo sát được mô phỏng bởi phần mềm Matlab Simulink. Các tín hiệu sóng truyền này sẽ được phân tích thành các hệ số Wavelet
bằng việc sử dụng biến đổi Wavelet rời rạc, dựa trên thời gian sóng truyền đến lần
thứ nhất và lần thứ hai từ đó tính toán được vị trí sự cố. Phương pháp kiến nghị có
ưu điểm là xác định nhanh chóng và chính xác sóng truyền do sự cố gây ra. Nhằm
đánh giá khả năng áp dụng và tính hiệu quả của phương pháp này, em đã áp dụng
phương pháp kiến nghị trên so sánh kết quả với đường dây truyền tải tiêu biểu từ
bài báo IEEE [7] và ứng dụng khảo sát các vị trí sự cố trên đường dây thực tế
220kV Rạch Giá – Trà Nóc.
Nội dung của luận văn bao gồm 6 chương:
Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải
Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet
Chương III: Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
Chương IV: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không
220kV tiêu biểu
Chương V: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
220kV Rạch Giá – Trà Nóc
Chương VI: Kết luận và kiến nghị

Cần Thơ, ngày tháng
năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Lợi


Mục lục

MỤC LỤC
CHƯƠNG I .................................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ............................1
1.1. Tổng quát .......................................................................................................1
1.2. Các dạng sự cố ...............................................................................................1
1.3. Nguyên nhân và hậu quả ...............................................................................2
CHƯƠNG II ................................................................................................................6
GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET .....................................6
2.1. Sơ lược về biến đổi Wavelet..........................................................................6
2.1.1. Lịch sử Wavelet ......................................................................................6
2.1.2. Ưu điểm của phân tích Wavelet ..............................................................6
2.1.3. Thế nào là phân tích Wavelet .................................................................7
2.2. Cơ sở toán học ...............................................................................................7
2.3. Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) [11],[12] ...10
2.4. Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) [11] ..10
2.5. Biến đổi wavelet tĩnh (Stationary wavelet transform -SWT) [8] ................12
2.6. Vài nét ứng dụng trong hệ thống điện (HTĐ) .............................................13
2.6.1. Những ứng dụng chính của Wavelet trong HTĐ ..................................13
2.6.2. Ứng dụng trong bảo vệ hệ thống điện ..................................................13
CHƯƠNG III ............................................................................................................15
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ.........................................15

3.1. Phương pháp giải tích dựa vào phương trình Telegrapher ..........................15
3.1.1. Tổng quan phương pháp [7] .................................................................15
3.1.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................16
3.2. Phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng kết hợp biến đổi Wavelet để xác
định điểm sự cố ......................................................................................................16
3.2.1. Tổng quan phương pháp .......................................................................16
3.2.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................17
3.3. Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng ..................................................17
3.3.1. Tổng quan về phương pháp ..................................................................17
3.3.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................20
3.4. Áp dụng phương pháp biến đổi Wavelets ...................................................20
3.4.1. Phương pháp Wavelets trong việc xử lý tín hiệu số .............................21
3.4.2. Phương pháp [8] ...................................................................................21
CHƯƠNG IV ............................................................................................................24
KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN
KHÔNG 220KV TIÊU BIỂU ...................................................................................24
4.1. Giới thiệu .....................................................................................................24
4.2. Mô phỏng đường dây trên không từ bài báo IEEE ......................................24
4.3. Kết quả mô phỏng........................................................................................25
4.3.1. Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận ................25

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang i


Mục lục

4.3.2. Các dạng sóng điện áp đầu phát tại các vị trí khác nhau ......................27
4.3.3. Thực hiện biến đổi Wavelet ..................................................................31

4.3.4. Minh họa kết quả tính toán ...................................................................41
CHƯƠNG V..............................................................................................................45
KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN
KHÔNG 220kV RẠCH GIÁ – TRÀ NÓC ...............................................................45
5.1. Lý lịch đường dây ........................................................................................45
5.2. Các thông số vận hành .................................................................................47
5.3. Mô hình mô phỏng đường dây trên không 220kV Rạch Giá – Trà Nóc .....48
5.4. Kết quả mô phỏng........................................................................................49
5.4.1. Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận ................49
5.4.2. Điện áp đầu phát khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại các vị trí khác nhau .51
5.4.3. Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch ở các vị trí ngắn mạch khác nhau 55
5.4.4. Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau ....................................56
5.5. Khảo sát các sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Rạch Giá – Trà Nóc ......57
5.5.1. Sự cố trên đường dây 220kV Rạch Giá-Trà Nóc .................................57
5.5.2. Công tác ứng trực xử lý sự cố trong quản lý vận hành .........................57
5.5.3. Kết quả kiểm tra truy tìm sự cố đường dây 220kV Rạch Giá-Trà Nóc 59
5.5.4. Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố ...............62
5.6. Ứng dụng phương pháp biến đổi Wavelet tính toán vị trí sự cố .................64
5.6.1. Kết quả tính toán vị trí sự cố theo phương pháp biến đổi Wavelet ......64
5.6.2. So sánh khoảng cách vị trí sự cố: .........................................................64
5.6.3. So sánh khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch .........................65
CHƯƠNG VI ............................................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................66

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang ii


Mục lục bảng

MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 4.1. Kết quả ảnh hưởng của vị trí khác nhau ...................................................42
Bảng 4.2. Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác .....................................43
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của điện trở sự cố...................................................................44
Bảng 5.1. Thông số vận hành tại trạm 220kV Rạch Giá ..........................................48
Bảng 5.2. Số liệu vận hành trước lúc xảy ra sự cố ....................................................49
Bảng 5.3. Ảnh hưởng của loại ngắn mạch ở các vị trí ngắn mạch khác nhau ..........55
Bảng 5.4. Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau ........................................56
Bảng 5.5. Sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc...............................................57
Bảng 5.6. Khoảng cách hành lang an toàn ...............................................................59
Bảng 5.7. Khoảng cách hành lang an toàn ................................................................59
Bảng 5.8. Kết quả truy tìm sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc ....................60
Bảng 5.9. Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố ...................63
Bảng 5.10. Kết quả tính toán vị trí sự cố theo phương pháp biến đổi Wavelet ........64
Bảng 5.11. So sánh vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Rạch Giá – Trà Nóc
220kV ........................................................................................................................64
Bảng 5.12. So sánh khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch ...........................65

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang iii


Mục lục hình

MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các dạng ngắn mạch [1]..............................................................................2

Hình 1.2. Đứt dây chạm đất trên đường dây “PTC 4” ................................................4
Hình 1.3. Phóng điện trên chuỗi sứ “PTC 4” ..............................................................3
Hình 1.4. Đứt dây trên đường dây truyền tải “NPT 4” ...............................................3
Hình 1.5. Hiện trường xảy ra sự cố trên đường dây 500kV 22/5/2013, Di Linh - Tân
Định trong lúc đường dây này đang truyền tải công suất cao làm mất liên kết hệ
thống điện 500kV Bắc – Nam “ ..................................4
Hình 2.1. Miền phân tích [9, tr. 27] ...........................................................................7
Hình 2.2. Họ Wavelet Haar (db1) và họ Wavelet Meyer ...........................................9
Hình 2.3. Họ Wavelet Daubechies 2 (db2) và Daubechies 3 (db3) ............................9
Hình 2.4. Họ Wavelet Daubechies 4 (db4) và Wavelet Daubechies 5 (db5)..............9
Hình 2.5. Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp ...............10
Hình 2.6. Minh họa tín hiệu vào là dạng Sin chuẩn với nhiễu tần số cao [3] ...........11
Hình 2. 7. Phân ly bậc 2 ............................................................................................11
Hình 2.8. Minh họa cho phân ly bậc 3 ......................................................................12
Hình 2.9. Tỷ lệ ứng dụng về những lĩnh vực khác nhau trong HTĐ được xuất bản.
...................................................................................................................................13
Hình 3.1. Sơ đồ phương trình Telegrapher ..............................................................15
Hình 3.2. Sơ đồ mạch của thiết bị phát sóng ............................................................17
Hình 3.3. Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp
điện kháng đơn ..........................................................................................................18
Hình 3.4. Minh họa phương pháp Takagi trên mạch điện một pha hai nguồn .........19
Hình 3. 5. Sơ đồ giải thuật [8] ...................................................................................22
Hình 3.6. Minh họa về sơ đồ sóng truyền [8] ...........................................................23
Hình 4.1. Mô hình đường dây trên không bài báo IEEE ..........................................24
Hình 4.2. Mô phỏng đường dây trên không bài báo IEEE .......................................25
Hình 4.3. Điện áp tại đầu phát...................................................................................25
Hình 4.4. Điện áp tại đầu nhận ..................................................................................26
Hình 4.5. Dòng điện tại đầu phát ..............................................................................26
Hình 4.6. Dòng điện tại đầu nhận .............................................................................27
Hình 4. 7. Điện áp đầu phát tại x = 95km .................................................................28

Hình 4. 8. Điện áp đầu phát tại x = 85km ................................................................28
Hình 4. 9. Điện áp đầu phát tại x = 79.5km .............................................................29
Hình 4. 10. Điện áp đầu phát tại x = 59.5km ...........................................................29
Hình 4.11. Điện áp đầu phát tại x=34km .................................................................30
Hình 4.12.Điện áp đầu phát tại x = 17km .................................................................30
Hình 4.13. Điện áp đầu nhận x=4km ........................................................................31
Hình 4.14. Tín hiệu điện áp đầu phát pha A .............................................................32

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang iv


Mục lục hình

Hình 4.15. Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................32
Hình 4.16. Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................33
Hình 4.17. Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................33
Hình 4.18. Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................34
Hình 4.19. Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................34
Hình 4.20. Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................35
Hình 4.21. Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................35
Hình 4.22. Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................36
Hình 4.23. Ma trận tương quan bậc 1 n = 1 ..............................................................36
Hình 4.24. Ma trận tương quan bậc 2 n = 1 ..............................................................37
Hình 4.25. Ma trận tương quan bậc 3 n = 1 ..............................................................37
Hình 4.26. Ma trận tương quan bậc 1 n = 2 ..............................................................38
Hình 4.27. Ma trận tương quan bậc 2 n = 2 ..............................................................38
Hình 4.28. Ma trận tương quan bậc 3 n = 2 ..............................................................39
Hình 4.29. Ma trận tương quan bậc 1 n = 7 ..............................................................39

Hình 4.30. Ma trận tương quan bậc 2 n = 7 ..............................................................40
Hình 4.31. Ma trận tương quan bậc 3 n = 7 ..............................................................40
Hình 4.32. Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan sau cùng .................................41
Hình 5.1. Trụ một mạch ...........................................................................................46
Hình 5.2. Trụ hai mạch .............................................................................................47
Hình 5.3. Mô hình đường dây trên không 220kV Rạch Giá - Trà Nóc ....................48
Hình 5.4. Mô phỏng Matlab – Simulink đường dây trên không Rạch Giá – Trà Nóc
...................................................................................................................................49
Hình 5.5. Điện áp đầu phát........................................................................................49
Hình 5.6. Điện áp đầu nhận .......................................................................................50
Hình 5.7. Dòng điện đầu phát ...................................................................................50
Hình 5.8. Dòng điện đầu nhận ..................................................................................51
Hình 5.9. Điện áp đầu phát tại x = 67km ..................................................................52
Hình 5.10. Điện áp đầu phát tại x = 60km ................................................................52
Hình 5.11. Điện áp đầu phát tại x = 51km ................................................................53
Hình 5.12. Điện áp đầu phát x = 45km .....................................................................53
Hình 5.13. Điện áp đầu phát tại x = 39km ................................................................54
Hình 5.14. Điện áp đầu phát tại x = 25km ................................................................54
Hình 5.15. Điện áp đầu phát tại x = 5km ..................................................................55
Hình 5.16. Phóng điện trên chuỗi sứ - “PTC 4”........................................................61
Hình 5.17. Phóng điện trên sừng phóng điện “PTC 4” .............................................61
Hình 5.18. Xáng cạp nạo vét kênh Lung Ngang vi phạm khoảng cách an toàn gây
phóng điện điện “PTC 4” ..........................................................................................62

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang v


Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Nghĩa tiếng việt

N(3)

Ngắn mạch ba pha

N(2)

Ngắn mạch hai pha

N(1,1)

Ngắn mạch hai pha chạm đất

N(1)

Ngắn mạch một pha cham đất

STFT (Short-Time Fourier Transform)

Phân tích Fourier thời gian ngắn

SWT (Stationary wavelet transform)

Biến đổi wavelet tĩnh

DWT (Discrete Wavelet Transform)

Biến đổi wavelet rời rạc

MRA (Multi-Resolution Analysis)

Kỹ thuật phân tích đa phân giải

HTĐ

Hệ thống điện

BI

Máy biến dòng điện

BU

Máy biến điện áp

IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers)

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử

NPT

Công ty Truyền tải điện Quốc gia

EVN
RG
TN
UBND
HLAT
QLDA
HLATLĐCA
DCS
SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition)

Tập đoàn Điện lực Việt nam
Rạch Giá
Trà Nóc
Ủy ban nhân dân
Hành lang an toàn
Ban quản lý dự án
Hành lang an toàn lưới điện cao áp
Dây chống sét
Hệ thống điều khiển giám sát và thu
thập dữ liệu

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang vi


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
1.1.

Tổng quát

Đường dây truyền tải điện được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn
điện xa xôi tới các trung tâm phụ tải lớn. Sự tăng trưởng nhanh chóng của hệ thống
điện theo đà phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia, đã dẫn đến một sự gia tăng
số lượng các đường dây truyền tải, vận hành với nhiều cấp điện áp khác nhau và
tổng chiều dài của nó. Vì thế, sự cố xảy ra trên tuyến đường dây truyền tải là không
thể tránh khỏi. Ngắn mạch trên đường dây truyền tải chỉ hiện tượng các dây dẫn pha
chạm nhau, chạm đất với hệ thống điện có dây trung tính nối đất hoặc chạm dây
trung tính. Lúc ngắn mạch xảy ra tổng trở của hệ thống giảm đi, điện áp, dòng điện
sẽ thay đổi và mạch trải qua quá trình quá độ.
Ngắn mạch thường là ngắn mạch thoáng qua, là loại ngắn mạch có thể tự hết
và được loại trừ khi rơle tự đóng lại, tác động máy cắt đóng lại thì không xuất hiện
sự cố trở lại. Ngắn mạch lâu dài khác với ngắn mạch thoáng qua, là loại ngắn mạch
vẫn còn tồn tại sau khi rơle tự đóng lại tác động máy cắt đóng lại nhưng không
thành công.
Quá trình quá độ dòng ngắn mạch phụ thuộc vào thời điểm xảy ra ngắn
mạch, nguồn có thể cung cấp dòng ngắn mạch, tình trạng tải, vị trí điểm ngắn mạch,
thời gian ngắn mạch, cấu trúc hệ thống và đặc điểm của các phần tử trong hệ thống
điện.
Dòng điện tức thời chạy qua các phần tử trong hệ thống, ngay sau khi xảy ra
sự cố ngắn mạch thì không giống như sau đó vài chu kỳ trước khi máy cắt được mở
ở hai đầu đường dây sự cố. Và dòng điện cả hai thời điểm trên cũng khác rất nhiều
so với dòng điện ngắn mạch duy trì nếu ngắn mạch không được cô lập bởi máy cắt.
Thời gian cô lập ngắn mạch sẽ ảnh hưởng đến sức chịu đựng của trang thiết bị có
dòng điện ngắn mạch đi qua và tính ổn định của hệ thống [1],[2].

1.2.

Các dạng sự cố

Có các dạng sự cố sau (hình 1.1):
- Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N(3).
- Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N(2).
- Ngắn mạch một pha, tức một pha chập đất hoặc chập dây trung tính, ký hiệu N(1).
- Ngắn mạch hai pha xuống đất, tức hai pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiệu
N(1,1).

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 1


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

dạng ngắn mạch

hình vẽ quy ước

kí hiệu

xác suất xảy ra %

3 pha

N(3)

5

2 pha

N(2)

10

2 pha-đất

N(1,1)

20

1 pha

N(1)

65

Hình 1.1. Các dạng ngắn mạch [1]
Với hai dạng ngắn mạch cuối (hình 1.1) chỉ tồn tại trong mạng điện có trung
tính nối đất hoặc có dây trung tính. Trong các dạng ngắn mạch kể trên thì chỉ có
ngắn mạch ba pha là ngắn mạch đối xứng vì sau khi ngắn mạch sơ đồ và thông số
của mạng vẫn đối xứng. Các dạng ngắn mạch còn lại đều là ngắn mạch không đối
xứng.
Khả năng xảy ra ngắn mạch theo các dạng kể trên trong mạng điện thực tế
không giống nhau. Xác suất xảy ra lớn nhất đối với ngắn mạch một pha (65%), ít
nhất đối với ngắn mạch ba pha (5%). Ngắn mạch ba pha tuy xảy ra ít nhưng lại

được quan tâm nhiều nhất. Đó là vì ngắn mạch ba pha thường nặng nề nhất, ảnh
hưởng nhiều đến chế độ truyền tải[1].

1.3.

Nguyên nhân và hậu quả

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đường dây truyền tải, như kết quả của
sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây, với điện áp cao được gây ra do sét
giữa dây dẫn và cột gây ra sự ion hóa tạo một đường dẫn điện từ đất đến dây dẫn.
Xâm phạm hành lang an toàn đường dây do các hoạt động của con người như thả
diều, điều khiển các vật thể đến gần công trình lưới điện, đào đất gây lún sụt công
trình lưới điện hoặc do bão làm gẫy cây, đổ cột, dây dẫn chập nhau, quá tải và
đường dây quá cũ...
Một số hình ảnh sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải:

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 2


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Hình 1.2. Phóng điện trên chuỗi sứ -“PTC 4”

Hình 1.3. Đứt dây trên đường dây truyền tải - “PTC 4”

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 3

Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Hình 1.4. Đứt dây chạm đất trên đường dây -“PTC 4”

Hình 1.5. Hiện trường xảy ra sự cố trên đường dây 500kV 22/5/2013, Di Linh - Tân
Định trong lúc đường dây này đang truyền tải công suất cao làm mất liên kết hệ
thống điện 500kV Bắc – Nam “ />SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 4


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Ngắn mạch là một loại sự cố nguy hiểm vì khi ngắn mạch dòng điện đột ngột
tăng lên rất lớn, chạy trong các phần tử của đường dây truyền tải. Tác động của
dòng điện ngắn mạch gây ra hư hỏng các thiết bị, dây dẫn làm gián đoạn cung cấp
điện. Dẫn đến một hệ lụy là các bệnh viện, các khu vực ngoại giao, khu công
nghiệp, công sở, các hầm mỏ ngưng hoạt động, nhà máy, doanh nghiệp hoạt động
đình trệ, khiến cuộc sống người dân đảo lộn, gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc
dân, ảnh hưởng đến chính trị. Để giảm thiểu tối đa thiệt hại thì cần khắc phục sự cố
đưa hệ thống điện hoạt động lại bình thường. Phát hiện nhanh chóng vị trí sự cố là
then chốt của vấn đề, từ đó đề ra phương án sửa chữa rút ngắn thời gian mất điện.
Để xác định vị trí ngắn mạch trên đường dây truyền tải có thể chia làm hai
trường phái chính như sau:
 Phương pháp dựa trên việc đo trở kháng sau khi xảy ra ngắn mạch hay
còn gọi là thuật toán dựa trên pha. Phương pháp này chủ yếu dựa vào các tín hiệu
đo đạc được.
 Phương pháp dựa trên việc đo đạc sự truyền sóng. Phương pháp này

ngày càng được sử dụng để nghiên cứu và áp dụng nhiều hơn, do có nhiều ưu thế
như: không bị ảnh hưởng nhiều bởi sai số thiết bị đo, thuật toán dựa trên những kỹ
thuật tính toán hiện đại ngày càng mạnh mẽ và đáp ứng chính xác hơn, cùng với sự
phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ máy tính, vi xử lý...
Sau đây giới thiệu phương pháp biến đổi Wavelet để xử lý tín hiệu sóng
truyền thu được, một số phương pháp tiêu biểu để xác định vị trí điểm ngắn mạch
trên đường dây truyền tải. Sau đó đi vào mô phỏng và giới thiệu phương pháp xác
định vị trí điểm ngắn mạch của một đường dây trên không.

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 5


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET
2.1.

Sơ lược về biến đổi Wavelet

2.1.1. Lịch sử Wavelet
Từ góc độ lịch sử, phân tích Wavelet là một phương pháp mới, cho dù nền
tảng toán học của nó đã có từ những lí thuyết của Joseph Fourier vào thế kỷ 19.
Fourier đã đặt nền tảng với lí thuyết phân tích tần số mà ý nghĩa to lớn và quan
trọng đã được chứng minh.
Từ “Wavelet” lần đầu được sử dụng là vào năm 1909, trong một luận văn
của Alfred Haar. Còn khái niệm Wavelet được dùng cho các sách lý thuyết đưa ra

bởi Jean Morlet và nhóm nghiên cứu Marseille thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lý
thuyết Vật lý tại Pháp.
Phương pháp phân tích Wavelet đã được phát triển chủ yếu bởi Y.Meyer và
các đồng nghiệp của ông, những người đã phổ biến rộng rãi phương pháp này.
Thuật toán chính dựa vào các công trình trước đó của Stephane Mallat năm 1988.
Từ đây, việc nghiên cứu Wavelet trở nên mang tính quốc tế. Đặc biệt là những
nghiên cứu tại Mỹ, nơi có những nhà khoa học đi đầu về lĩnh vực này như Ingrid
Daubechies, Ronald Coifman, Victor Wickerhauser[9, tr.51].
2.1.2. Ưu điểm của phân tích Wavelet
Phân tích Wavelet đại diện cho sự tiến triển logic: kỹ thuật cửa sổ với miền
kích thước biến đổi. Đối với phân tích Fourier, khoảng thời gian khảo sát là toàn bộ
chiều dài tín hiệu. Đối với phân tích Fourier thời gian ngắn (Short - Time Fourier
Transform/STFT), chia tín hiệu thành nhiều khoảng thời gian xác định và các
khoảng thời gian này giống nhau. Trong phân tích Wavelet, kích thước của cửa sổ
này sẽ thay đổi tương ứng với mỗi tần số. Phân tích Wavelet cho phép sử dụng
khoảng thời gian dài khi ta cần thông tin tần số thấp chính xác hơn và miền ngắn
hơn đối với thông tin tần số cao. Ở đây cho thấy sự tương phản với cách nhìn tín
hiệu dựa theo thời gian, tần số, STFT.

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 6


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Hình 2.1. Miền phân tích [9, tr. 27]
Ta thấy rằng phân tích Wavelet không dùng một miền thời gian – tần số, mà
là miền thời gian – tỉ lệ.
Một trong những ưu điểm chính của phân tích Wavelet là khả năng thực hiện

phân tích cục bộ mà nhờ vậy có thể phân tích một vùng cục bộ trong cả tín hiệu lớn.
Phân tích Wavelet có khả năng thực hiện đặc tính của dữ liệu mà các kỹ thuật phân
tích khác không có, các điểm bập bềnh, các điểm gãy, các điểm gián đoạn với độ
dốc lớn… Hơn nữa, vì đạt được cách nhìn khác với dữ liệu so với các kỹ thuật cổ
điển, phân tích Wavelet có thể thực hiện nén hoặc khử nhiễu tín hiệu mà không có
suy giảm, thực vậy, chỉ với lịch sử ngắn ngủi trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, Wavelet
chứng tỏ rằng nó đã trở thành không thể thiếu trong bộ công cụ phân tích.
2.1.3. Thế nào là phân tích Wavelet
Năm 1975, Jean Morlet phát triển phương pháp đa phân giải. Trong đó, ông
sử dụng một xung dao động, được hiểu là một “Wavelet” (dịch theo từ gốc của nó
là một sóng nhỏ) cho phép thay đổi kích thước và so sánh với tín hiệu ở từng đoạn
riêng biệt. Kỹ thuật này bắt đầu với sóng nhỏ Wavelet chứa các dao động tần số
thấp, sóng nhỏ này được so sánh với tín hiệu phân tích để có một bức tranh toàn cục
của tín hiệu ở độ phân giải thô. Sau đó sóng nhỏ được nén lại để nâng cao dần tần
số dao động. Quá trình này gọi là làm thay đổi tỉ lệ (scale) phân tích, khi thực hiện
tiếp bước so sánh, tín hiệu sẽ được nghiên cứu chi tiết ở các độ phân giải cao hơn,
giúp phát hiện các thành phần biến thiên còn ẩn bên trong tín hiệu.
Wavelet là một dạng sóng có thời gian duy trì tới hạn với giá trị trung bình
bằng 0. So sánh Wavelet với sóng Sin (cơ sở của phân tích Fourier). Sóng sin không
có thời gian giới hạn, nó kéo từ âm vô cùng đến dương vô cùng. Và trong khi sóng
sin là trơn tru và có thể dự đoán, Wavelet lại bất thường và bất đối xứng.

2.2.

Cơ sở toán học

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 7

Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Biến đổi wavelet ra đời chẳng những khắc phục được những bất lợi của biến
đổi Fourier truyền thống mà nó còn có những ưu điểm mới lạ, hấp dẫn, thu hút
nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu, phát triển và triển khai ứng dụng,
mang lại hiệu quả thiết thực. Ưu điểm nổi bật của phân tích Wavelet là khả năng
phân tích cục bộ, tức phân tích một vùng nhỏ trong một tín hiệu lớn. Khả năng này
đã khắc phục nhược điểm của biến đổi Fourier và biến đổi Fourier thời gian ngắn.
Wavelet là hàm được tạo ra từ hàm  (x) - được gọi là Wavelet mẹ. Hàm
 (x) được định nghĩa cho biến thực x và có thể mang giá trị phức. Nói cách khác,
 là một ánh xạ từ R vào C, có chuẩn giới hạn L2,  được định nghĩa:



2



  ( x)

2

dx  K  

(2.1)



Vì hàm  (x) có thể có giá trị phức nên  (x ) được dùng thay cho  (x) 2 .

2

Bình phương của chuẩn L2,  , được gọi là năng lượng của hàm  . Giả sử   1
1
 , hàm
bằng cách chuẩn hóa hàm  thông qua việc nhân hàm  với hệ số
K
wavelet mẫu phải thỏa mãn điều kiện tương thích:
2





2
 |  ( x) |



dx

x

(2.2)



Trong đó:  là phép biến đổi Fourier của  . Từ điều kiện tương thích trên suy ra:


  ( x)dx  0

(2.3)



Hàm wavelet được tạo bằng cách dịch chuyển (translation) và co giãn
(dilation) hàm wavelet mẹ  (x) :
 ab ( x) 

1
a

 x b

, a  R ; b  R
 a 



(2.4)

a được gọi là hệ số co giãn; b là hệ số dịch chuyển.
1
Hệ số
được nhân vào để bảo toàn chuẩn L2, nghĩa là mỗi hàm  ab (x) đều
a
có chuẩn bằng 1 nếu như  có chuẩn bằng 1.
Đa số các lớp hàm đều có thể biểu diễn như một tổ hợp tuyến tính của các
hàm Wavelet mẹ. Nghĩa là các hàm được biểu diễn như sự kết hợp tuyến tính hữu

hạn các phép dịch chuyển và co giãn của một hàm wavelet mẹ.
Dưới đây là một số họ Wavelet thông dụng [3] :

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 8


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Hình 2.2. Wavelet Haar (db1) và Wavelet Meyer

Hình 2.3. Wavelet Daubechies 2 (db2) và Daubechies 3 (db3)

Hình 2.4. Wavelet Daubechies 4 (db4) và Wavelet Daubechies 5 (db5)

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 9


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

2.3.

Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) [11],[12]

DWT là biến đổi tuyến tính tác động trên vector 2n chiều (vector trong không
gian Euclide 2n chiều) vào một vector trong không gian tương tự. DWT là một biến
đổi trực giao. Biến đổi trực giao có thể xem như là phép quay trong không gian

vector, chúng không thay đổi độ dài.
Trong DWT một wavelet được dịch chuyển và mở rộng bởi những giá trị rời
rạc. Thông thường ta sử dụng hệ số theo lũy thừa của 2.
Một định nghĩa tổng quát của wavelet rời rạc:


j
2

 j ,k (t )  2  (2  j t  k ), j, k  Z
Biến đổi wavelet rời rạc:
DWT ( f )( j , k )   f (t ) j ,k (t )dt

(2.5)
(2.6)

Với điều kiện trực giao chuẩn, ta có biến đổi ngược :
f (t ) 

1
C

 DWT ( f )( j, k )

j , kZ

j ,k

(2.7)

(t )

Phương trình (7) cũng được gọi là phân tích wavelet của f(t).

2.4.

Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) [11]

Kỹ thuật phân tích đa phân giải là một trong những đặc điểm quan trọng nhất
của kỹ thuật biến đổi Wavelet rời rạc.
Phần lớn các tín hiệu thực tế, thành phần tần số thấp là thành phần thực sự
quan trọng và mang nét đặc trưng của tín hiệu. Còn thành phần tần số cao được hiểu
như là các sắc thái khác nhau của tín hiệu. Lấy giọng nói làm ví dụ, ta thấy khi lọc
bỏ thành phần tần số cao thì giọng nói có thể khác đi nhưng ta vẫn nghe và hiểu
được, nhưng khi lọc bỏ thành phần tần số thấp thì không nghe được gì cả.
Phân tích đa phân giải là có khả năng như hai bộ lọc, tạo nên hai thành phần:
xấp xỉ và chi tiết của tín hiệu vào. Thành phần xấp xỉ có hệ số tỷ lệ cao, tương ứng
với tần số thấp. Thành phần chi tiết có hệ số tỷ lệ thấp, tương ứng với tần số cao.

Hình 2.5. Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 10


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Hình 2.6. Minh họa tín hiệu vào là dạng Sin chuẩn với nhiễu tần số cao [3]

Quá trình trên gọi là phân ly bậc một, quá trình có thể lập đi lập lại để tạo
nên phân ly bậc n ( n > 1 ).
Approximation

u2

A2

u1
w2

0

Signal

D2

Detail
at level 1,2

H  

A1

D1

w1

4

2



Hình 2. 7. Phân ly bậc 2
Với n = 2: A2 là thành phần xấp xỉ bậc 2.
D1 và D2 là thành phần chi tiết bậc 1 và bậc 2 tương ứng

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 11