xác định vị trí sự cố trong mạng phân phối hình tia

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ THÙY TRANG

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
TRONG MẠNG PHÂN PHỐI HÌNH TIA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ THÙY TRANG

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
TRONG MẠNG PHÂN PHỐI HÌNH TIA

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: LÊ THỊ THÙY TRANG

Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 10 – 09 - 1985

Nơi sinh: Ô Môn

Quê quán: Ô Môn-Cần Thơ

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: KV Trường Trung, P.Trường Lạc, Q.Ô Môn,
TP. Cần Thơ
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại riêng: 0975516680

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính quy

Thời gian đào tạo từ 2004 đến 2009

Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện Công Nghiệp
2. Cao học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ2013 đến 2015

Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Tên Luận văn tốt nghiệp: Xác Định Vị Trí Sự Cố Trong Mạng Phân Phối
Hình Tia
Thời gian & nơi bảo vệ Luận văn: 19/04/2015, tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp. Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: PGS. TS. Quyền Quy Ánh
3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh trình độ B1
4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:
Kỹ Sƣ Điện-Điện Tử, cấp tạiĐại HọcBách Khoa Tp.Hồ Chí Minh

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
06/2010 đến
nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường Trung Cấp Nghề Thới Lai

Giáo viên dạy nghề Điện công
nghiệp
Ngày ….tháng….năm 2015

Ngƣời khai ký tên

Lê Thị Thùy Trang

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng….năm 2015..
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Lê Thị Thùy Trang

iii


LỜI CẢM ƠN

Trước hết, Tôi xin chân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS
QUYỀN HUY ÁNH, người đã đề ra phương hướng và hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm để tôi thực hiện hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quí Thầy, Cô Trường Đại học sư phạm
kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa đã trang bị cho tôi một khối lượng kiến thức
rất bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa điện đã tạo điều
kiện thuận lợi và hổ trợ cho tôi rất nhiều trong quà trình học tập cũng như trong thời
gian làm luận văn này.
Xin gởi lời cảm ơn đến lãnh đạo Trường trung cấp nghề Thới Lai và các
đồng nghiệp đã giúp đở tôi rất nhiều trong quá trình học tập và làm luận văn tốt
nghiệp.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến bạn bè và gia đình đã động viên,
giúp đỡ tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận
văn này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Người thực hiện

iv

năm 2015


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Xác định nhanh chóng và chính xác vị trí sự cố trong các hệ thống phân phối là
vấn đề luôn được quan tâm. Nó là một nhiệm vụ đầy thách thức do tính chất phức

tạp của nó như có nhiều phân nhánh rẽ, các đường dây không đối xứng, vận hành
không cân bằng, và thời gian tải khác nhau.
Đã có nhiều phương pháp xác định vị trí sự cố được đề xuất. Các phương pháp
này có nhược điểm là sai số lớn (khoảng 5%), hay cần nhiều thiết bị thu thập số liệu
đo.
Luận văn đề xuất sử dụng phương pháp phân tích sóng quá độ trong miền
phương thức sử dụng phép biến đổi Clark để xác định vị trí sự cố trong mạng phân
phối.Phương pháp này chỉ yêu cầu sử dụng một thiết bị ghi dạng sóng đặt tại trạm
biến áp.
Phân tích dạng sóng quá độ sau khi xuất hiện sự cố trong miền thời gian cho
phép phân loại sự cố (3 pha, 2 pha, 2 pha chạm nhau chạm đất, 1 pha chạm đất).
Phân tích dạng sóng quá độ trong miền phương thức thông qua phép biến đổi
Clark, cho phép xác định vị trí sự cố.
Hiệu quả của phương pháp đề xuất được kiểm chứng qua việc mô hình hóa mô
phỏng các dạng sự cố ở các vị trí khác nhau trong mạng phân phối điển hình: đường
dây phân phối trục chính không phân nhánh với sai số lớn nhất ≤ 1,68%, đường dây
phân phối trục nhánh có nhiều tải dọc đường dây với sai số lớn nhất ≤ 2%.
Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp đề xuất là chưa xác định vị trí ngắn
mạch hai pha chạm nhau với sai số cho phép trong đường dây phân phối trục nhánh
có nhiều tải dọc đường dây.

v


SUMMARY OF THESIS
Specify quickly and accurately the short circuit location in the distribution
system is the problem always was interested. It is a challenging task due to the
complex nature of it as there are many ramifications turn, asymmetrical lines,
unbalanced operation, and different loading time.
There have been many methods to locate the short circuit location are proposed.

The drawback of these methods are the large error (approximately 5%), or to
multiple devices to collect data to measure.
This thesis proposes using transient wave analysis method in the domain, based
on the Clark transformation to specify the short circuit location in distribution
networks. This method only requires the use of a waveform recording device
located at the substation.
Analysis of transient waveforms after the incident occurs in the time domain
allows sorting the short circuits (3-phase, 2-phase, 2-phase touching to ground,
phase to ground).
Analysis of domain waveform transition method, using the Clark transformation,
allowing specify the short circuit location.
The effectiveness of the proposed method is verified through the modeling and
simulation of the failure modes in different positions in the typical distribution
network: main axis distribution lines unbranched with the largest error ≤ 1 68%, the
distribution line along the axis of the branch lines are more loaded with the largest
error ≤ 2%.
However, the drawback of the method is not recommended to locate the twophase short circuit met with tolerance in line with many branches distributed axial
load along the line.

vi


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................v
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ......................................................................................1
1.1. Tính cần thiết của luận văn ...............................................................................1
1.2. Nhiệm vụ của luận văn .....................................................................................2

1.3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2
1.5. Điểm mới của đề tài.........................................................................................3
1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài ...............................................................................3
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ
CỐ TRÊN HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ....................................................................4
2.1 Giới thiệu hệ thống phân phối ..........................................................................4
2.2 Tổng quan các phương pháp xác định vị trí sự cố............................................4
2.2.1 Phương pháp xác định vị trí sự cố dựa vào tổng trở ..................................4
2.2.1.1. Phương pháp phương trình Tegrapher .................................................5
2.2.1.2.Phương pháp Takagi .............................................................................7
2.2.1.3. Phương pháp sử dụng thành phần thứ tự không với góc được hiệu
chỉnh (dựa trên phương pháp Takagi) ...............................................................8
2.2.1.4. Phương pháp pháp xếp chồng các thành phần [6] ..............................8
2.2.1.5. Phương pháp dựa trên mô hình đường dây tham số rãi .....................10
2.2.2. Phương pháp xung phản xạ TDR (Time Domain Reflection) .................12
2.2.3. Phương pháp xung dòng ICM (Impulse Current Method) ......................13

vii


CHƢƠNG 3:ÁP DỤNG THUẬT TOÁN PHÂN TÍCH DẠNG SÓNG TRONG
MIỀN PHƢƠNG THỨC ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐTRONG MẠNG
PHÂN PHỐI ...........................................................................................................15
3.1. Giới thiệu ........................................................................................................15
3.2. Phép biến đổi Clark ........................................................................................16
3.3. Thuật toán xác định vị trí sự cố đối xứng trong mạng phân phối ..................17
3.4. Thuật toán xác định vị trí sự cố bất đối xứng trong mạng phân phối ............23
3.4.1. Mô phỏng sự cố bất đối xứng nhiều pha .................................................26
3.4.2. Mô phỏng sự cố một pha chạm đất ..........................................................26

3.5. Ảnh hưởng của cảm kháng sự cố ...................................................................27
3.6. Kết luận ..........................................................................................................28
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
TRONG MẠNG PHÂN PHỐI ............................................................................... 29
4.1. Giới thiệu cftool trong phần mềm Matlab ......................................................29
4.1.1. Lý thuyết kỹ thuật hồi quy .......................................................................29
4.1.2. Giới thiệu công cụ Curve Fitting Tool trong Matlab ...............................29
4.2. Xây dựng mô hình và mô phỏng sự cố đối xứng trong mạng phân phối .......33
4.2.1. Đường dây phân phối trục chính một tải cuối đường dây .......................39
4.2.1.1. Mô hình ngắn mạch 3 pha trên đường dây phân phối trục chính một
tải cuối đường dây. ..........................................................................................39
4.2.1.2. Mô hình ngắn mạch 2 pha trên đường dây phân phối trục chính một
tải cuối đường dây. ..........................................................................................41
4.2.1.3. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất trên đường dây phân phối trục
chính một tải cuối đường dây. ........................................................................43
4.2.1.4. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây phân phối trục
chính một tải cuối đường dây. ........................................................................46
4.2.2. Đường dây phân phối trục nhánh nhiều tải dọc đường dây. ....................48

viii


4.2.2.1. Mô hình ngắn mạch 3 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ nhất. ................................................................................................48
4.2.2.2. Mô hình ngắn mạch 3 pha trên đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ hai. ..................................................................................................51
4.2.2.3. Mô hình ngắn mạch 3 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ ba. ...................................................................................................53
4.2.2.4. Mô hình ngắn mạch 2 pha trên đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ nhất .................................................................................................55

4.2.2.5. Mô hình ngắn mạch 2 pha trên đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ hai. ..................................................................................................57
4.2.2.6. Mô hình ngắn mạch 2 pha trên đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ
nhánh thứ ba ....................................................................................................59
4.2.2.7. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ nhất ............................................................................62
4.2.2.8. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ hai ..............................................................................64
4.2.2.9. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ ba ...............................................................................67
4.2.2.10. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ nhất ............................................................................69
4.2.2.11. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ hai ..............................................................................71
4.2.2.12. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ ba. ..............................................................................73
4.2.2.13. Mô hình ngắn mạch 3 pha trên đường dây phân phối trục chính có
phân nhánh ......................................................................................................75

ix


4.2.2.14. Mô hình ngắn mạch một pha chạm đất trên đường dây phân phối
trục chính có phân nhánh. ...............................................................................76
4.2.2.15. Mô hình ngắn mạch hai pha chạm đất trên đường dây phân phối trục
chính có phân nhánh. ......................................................................................76
4.2.3. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất trên đuờng dây phân phối trục chính
một tải cuối đường dây với trở khánh 5Ω. ........................................................77
4.3. Kết luận: .........................................................................................................78
CHƢƠNG 5 ............................................................................................................. 79

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................................... 79
5.1. Kết luận nội dung thực hiện trong luận văn. ..................................................79
5.2. Hướng phát triển của đề tài. ...........................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 81

x


MỤC LỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1. Sơ đồ phương trình Telegrapher .................................................................5
Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống đơn giản ............................................................................7
Hình 2.3. Sơ đồ xác định T .........................................................................................8
Hình 2.4. Sơ đồ ngắn mạch dựa trên xếp chồng các thành phần ................................9
Hình 2.5. Mô hình đường dây tham số rãi ................................................................10
Hình 3.1 Hệ thống phân phối hình tia .......................................................................15
Hình 3.3: Quan hệ giữa tần số thành phần chính của V1 khi xuất hiện sự cố 3 pha
đối xứngtại các vị trí khác nhau trên phát tuyến chính. ............................................19
Hình 3.4. Sóngphản xạ Rmi và sóng lan truyền Ri.....................................................20
Hình 3.5: Phổ tần số của tín hiệu áp trên không V1 tại trạm máy biến áp cho sự cố 3
pha tại các khoảng cách (a) 3.5 km, (b) 6.75 km, (c) 8 km, (d) 9.75 km, .................22
(e) 11 km và (f) 13.5 km từ trạm tương ứng. ............................................................22
Hình 3.6: Điện áp 3 pha khi xuất hiện sự cố 3 pha (a) và sự cố một pha trên phát
tuyến chính (b) ở khoảng cách 6 km. ........................................................................24
Hình 3.7: Phổ tần số của V1 và V0 trên phát tuyến chính ở khoảng cách 6 km ........24
Hình 4.1 Cửa sổ Workspace......................................................................................30
Hình 4.2. Bảng dữ liệu hai biến x, y .........................................................................30
Hình 4.3. Giao diện tạo Curve Fitting Tool ..............................................................31
Hình 4.4. Cửa sổ Data ...............................................................................................31
Hình 4.5. Cửa sổ hàm toán học trong Matlab ...........................................................32

Hình 4.6. Đồ thị y = f(x) ...........................................................................................32
Hình 4.7. Mô hình nguồn xoay chiều 3 pha. .............................................................33
Hình 4.8. Mô hình đường dây hình PI ......................................................................34
Hình 4.9. Mô hình tải 3 pha. .....................................................................................35

xi


Hình 4.10. Mô hình máy cắt ba pha ..........................................................................36
Hình 4.11. Mô hình hai máy cắt một pha ..................................................................36
Hình 4.12. Mô hình máy cắt một pha chạm đất và hai pha chạm nhau ....................37
Hình 4.13. Mô hình đo điện áp đầu nguồn tín hiệu VA, VB và VC............................37
Hình 4.14. Mô hình khối biến đổi Clacke .................................................................38
Hình 4.15. Mô hình khối Continuos .........................................................................38
Hình 4.16. Mô hình khối tạo sự cố ngắn mạch 3 pha ...............................................38
Hình 4.17. Mô hình ngắn mạch 3 pha trên đường dây phân phối trục chính ...........39
Hình 4.18. Kết quả điện áp khi sự cố ngắn mạch ba pha ..........................................39
Hình 4.19a . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................40
Hình 4.19b . Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................40
Hình 4.20. Mô hình ngắn mạch 2 pha trên đường dây phân phối trục chính ...........41
Hình 4.22a . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................42
Hình 4.22b . Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................42
Hình 4.23. Mô hình ngắn mạch 1 pha trên đường dây phân phối trục chính ...........43
Hình 4.24. Kết quả điện áp một pha khi ngắn mạch 1 pha chạm đất .......................44
Hình 4.25a . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................44
Hình 4.25b . Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................44
Hình 4.26. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất trên đường dây phân phối trục chính
...................................................................................................................................46
Hình 4.27. Kết quả điện áp khi ngắn mạch hai pha chạm đất ...................................46
Hình 4.28a . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................47

Hình 4.28b . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................47
Hình 4.29. Mô hình ngắn mạch 3 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ nhánh
thứ nhất ......................................................................................................................48
Hình 4.30a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................49
Hình 4.30b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................49
Hình 4.31. Mô hình ngắn mạch 3 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ nhánh
thứ hai ........................................................................................................................51

xii


Hình 4.32b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................52
Hình 4.33. Mô hình ngắn mạch 3 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ nhánh
thứ ba .........................................................................................................................53
Hình 4.34a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................54
Hình 4.34b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................54
Hình 4.36a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................56
Hình 4.36b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ...................................................56
Hình 4.37. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm nhau trên đường dây phân phối trên
tuyến dây rẽ nhánh thứ hai ........................................................................................57
Hình 4.38a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................58
Hình 4.38b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................58
Hình 4.39. Mô hình ngắn mạch 2 pha đường dây phân phối trên tuyến dây rẽ nhánh
thứ ba .........................................................................................................................59
Hình 4.40b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................60
Hình 4.41. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây
rẽ nhánh thứ nhất .......................................................................................................62
Hình 4.42a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................62
Hình 4.42b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................63
Hình 4.43. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây

rẽ nhánh thứ hai. ........................................................................................................64
Hình 4.44a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................65
Hình 4.44b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................65
Hình 4.45. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây
rẽ nhánh thứ ba ..........................................................................................................67
Hình 4.46a .Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................67
Hình 4.46b .Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................68
Hình 4.47. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây
rẽ nhánh thứ nhất .......................................................................................................69
Hình 4.48a . Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ...................................................70

xiii


Hình 4.48b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................70
Hình 4.49. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây
rẽ nhánh thứ hai .........................................................................................................71
Hình 4.50a. Kết quả phân tích phổ dưới dạng bar ....................................................72
Hình 4.50b. Kết quả phân tích phổ dưới dạng list ....................................................72
Hình 4.51. Mô hình ngắn mạch 2 pha chạm đất đường dây phân phối trên tuyến dây
rẽ nhánh thứ ba ..........................................................................................................73
Hình 4.52a. kết quả mô phỏng dưới dạng bar ...........................................................74
Hình 4.52b. Kết quả mô phỏng dưới dạng list ..........................................................74
Hình 4.53. Mô hình ngắn mạch 1 pha chạm đất với trở kháng 𝟓Ω đường dây phân
phối trục chính ...........................................................................................................77

xiv


MỤC LỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Xu hướng tăng của DF với sự gia tăng khoảng cách sự cố từ nhánh đến
trạm............................................................................................................................21
Bảng 3.2: Những kết của phần ước tính sự cố và vị trí sự cố cho nhiều pha. ...........27
Bảng 3.3: kết quả những phần ước tính sự cố và vị trí sự cố chạm đất (SLG). ........27
Bảng 3.4: Kết quả của vị trí sự cố khi trở kháng là 15 Ω .........................................28
Bảng 4.1. Kết quả tính toán vị trí của sự cố ngắn mạch 3 pha trên trục chính .........40
Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 3 pha trên trục chính. .........41
Bảng 4.3. Kết quả tính toán vị trí của sự cố ngắn mạch 2 pha trên trục chính .........42
Bảng 4.4. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố hai pha chạm nhau trên trục
chính. .........................................................................................................................43
Bảng 4.5. Kết quả tính toán vị trí của sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất trên trục
chính. .........................................................................................................................45
Bảng 4.6. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 1 pha chạm đất trên trục
chính. .........................................................................................................................45
Bảng 4.7. Kết quả tính toán vị trí của sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất trên trục
chính ..........................................................................................................................47
Bảng 4.8. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố hai pha chạm đất trên trục
chính. .........................................................................................................................48
Bảng 4.9. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 3 pha trên nhánh rẽ thứ
nhất. ...........................................................................................................................49
Bảng 4.10. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 3 pha nhánh rẽ thứ nhất ....50
Bảng 4.11. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 3 pha trên nhánh rẽ thứ
hai ..............................................................................................................................52
Bảng 4.12. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 3 pha nhánh rẽ thứ hai. .....53
Bảng 4.13. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 3 pha trên nhánh rẽ thứ
ba. ..............................................................................................................................54

xv

Bảng 4.14. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 3 pha nhánh rẽ thứ ba .......55
Bảng 4.15. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha trên nhánh rẽ thứ
nhất. ...........................................................................................................................56
Bảng 4.16. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố nhánh rẽ thứ nhất. ............57
Bảng 4.17. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha trên nhánh rẽ thứ
hai. .............................................................................................................................58
Bảng 4.18. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố nhánh rẽ thứ hai. ..............59
Bảng 4.19. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha trên nhánh rẽ thứ
ba. ..............................................................................................................................60
Bảng 4.20. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố trên nhánh rẽ thứ ba. ........61
Bảng 4.21. Giá trị vùng sự cố (DF) các nhánh của sự cố 2 pha chạm nhau. ............61
Bảng 4.22. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất trên
nhánh rẽ thứ nhất. ......................................................................................................63
Bảng 4.23. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 1 pha chạm đất nhánh rẽ thứ
nhất. ...........................................................................................................................64
Bảng 4.24. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất nhánh
rẽ thứ hai....................................................................................................................65
Bảng 4.25. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 1 pha chạm đất nhánh rẽ thứ
hai. .............................................................................................................................66
Bảng 4.28. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất nhánh
rẽ thứ nhất..................................................................................................................70
Bảng 4.29. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 2 pha chạm đất nhánh rẽ thứ
nhất. ...........................................................................................................................71
Bảng 4.30. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất nhánh
rẽ thứ hai....................................................................................................................72
Bảng 4.29. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 2 pha chạm đất nhánh rẽ thứ
hai. .............................................................................................................................73
Bảng 4.32. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất nhánh
rẽ thứ ba. ....................................................................................................................74

xvi


Bảng 4.33. Kết quả kiểm tra sai số xác định vị trí sự cố 2 pha chạm đất nhánh rẽ thứ
ba. ..............................................................................................................................75
Bảng 4.34. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 3 pha trên trục chính
có phân nhánh. ..........................................................................................................75
Bảng 4.35. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 1 pha chạm đất trên
trục chính có phân nhánh. .........................................................................................76
Bảng 4.36. Kết quả tính toán giá trị DF với sự cố ngắn mạch 2 pha chạm đất trên
trục chính có phân nhánh. .........................................................................................76
Bảng 4.37. Kết quả vị trí sự cố khi trở kháng là 5Ω. ................................................77

xvii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
-

TW (Transient Wase): sóng quá độ

-

SLG (single line ground): sự cố 1 pha chạm đất

-

DMCF (dominant main component frequency): biên độ phổ tần số thành
phần chính

-

DSC (dominant subordinate component): biên độ phổ tần số thành phần phụ

-

DF (dominant frequency): giá trị vùng sự cố

xviii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS. Quyền Huy Ánh

CHƢƠNG 1

GIỚI THIỆU
1.1. Tính cần thiết của luận văn
Hiện nay, với sự phát triển mạnh của khoa học công nghệnhu cầu sử dụng
năng lượng ngày càng tăng trong đó năng lượng điện đóng vai trò then chốt. Cho
nên, hệ thống điện ngày càng được phát triển mở rộng về nguồn cũng như mạng
lưới truyền tải, phân phối.
Các khái niệm, tiêu chuẩn về tính liên tục, độ tin cậy, ổn định trong hệ thống
có vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện hiện nay. Một trong những nguyên
nhân gây ra sự gián đoạn trong khâu cung cấp điện cũng như gây ra sự mất ổn định
trong hệ thống là sự cố ngắn mạch trên đường dây. Phát hiện nhanh chóng vị trí sự
cố để kịp thời khắc phục những sự cố này là rất quan trọng trong việc duy trì vận
hành hệ thống điện tin cậy.
Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, việc tìm kiếm vị trí sự cố trên đường dây phân

phối rất phức tạp, đặc biệt trong những khu đông dân cư hoặc trong những tuyến
cáp ngầm, địa hình khó tiếp cận, đường dây bị che khuất.
Phát hiện dấu vết sự cố là nguyên nhân gây ra sự cố trên thực tế là điều
không đơn giản. Có những sự cố có thể dễ dàng nhận biết được bằng mắt thường
như những sự cố đứt dây dẫn hoặc dây chống sét, nhưng cũng có những sự cố khó
nhận biết bằng mắt thường như phóng điện qua chuỗi sứ, do dấu vết nhỏ khó phát
hiện bằng mắt từ dưới đất đặt biệt vào ban đêm. Hoặc với những tuyến cáp ngầm thì
không thể thấy được vị trí ngắn mạch. Không phát hiện được dấu vết sự cố thì
không thể xác định vị trí cũng như nguyên nhân gây ra sự cố để có thể kịp thời đưa
ra kế hoạch sửa chữa khắc phục loại trừ nguyên gây ra sự cố.
Do đó, cần thiết phải tìm ra vị trí sự cố chính xác, nhanh chóng để đưa ra
phương án sửa chữa và khôi phục lại cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện,
tiết kiệm được thời gian tìm kiếm. Mục tiêu hướng đến của đề tài việc nghiên cứu
các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây phân phối.

HVTH: Lê Thị Thùy Trang

1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS. Quyền Huy Ánh

Hiện nay, các phương pháp xác định vị trí sự cố được phân thành các loại:
phương pháp dựa trên tổng trở, phương pháp sóng truyền....Tuy nhiên các phương
pháp này còn nhiều mặt hạn chế như độ chính xác chưa cao, tính kinh tế thấp.
Trên cơ sở trình bày và phân tích các khuyết điểm của các phương pháp xác
định vị trí sự cố được đề nghị, đề tài này sẽ đề xuất một phương pháp mới xác định
vị trí sự cố dựa trên cơ sở phương pháp truyền sóng (TW).

1.2. Nhiệm vụ của luận văn
- Đánh giá tổng quan các phương pháp xác định vị trí sự cố trước đây
- Nghiên cứu phương pháp phân tích dạng sóng sự cố trong miền phương
thức bằng cách sử dụng biến đổi Clark để xác định vị trí sự cố ứng với các dạng sự
cố khác nhau.
- Xây dựng mô hình đường dây phân phối một trục chính và một trục chính
có phân nhánh, tạo các dạng sự cố ở các vị trí sự cố khác nhau (3 pha, 2 pha chạm
nhau, 2 pha chạm nhau chạm đất, 1 pha chạm đất) trong môi trường Matlab.
- Phân tích dạng sóng điện áp sự cố trong miền phương thức của mạng phân
phối để xác định vị trí ngắn mạch. Xây dựng các đặc tuyếnquan hệ giữa tần số sóng
truyền với khoảng cách sự cố, làm cơ sở xác định khoảng cách sự cố khi biết tần số
sóng truyền.
- Đánh giá kết quả của phương pháp, độ chính xác, khả năng áp dụng vào
thực tế những vấn đề tồn tại chưa được khắc phục.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các loại sự cố trên lưới điện phân phối và các phương pháp xác
định vị trí sự có trước đây.
- Đề xuất phương pháp xác định vị sự cố trên cơ sở phân tích dạng sóng
truyền trong miền phương thức, xây dựng mô hìnhmạng phân phối điển hình và mô
phỏng các dạng sự cố ở các vị trí sự cố khác nhau để đánh giá hiệu quả của phương
pháp đề xuất.
1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phép biến đổi Clark.

HVTH: Lê Thị Thùy Trang

2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS. Quyền Huy Ánh

- Mô hình hóa mô phỏng
- Kỹ thuật hồi quy
1.5. Điểm mới của đề tài
Đề xuất phương pháp phân tích sóng trong miền phương thức để xác định vị
trí sự cố trong mạng phân phối có độ chính xác cao hơn các phương pháp trước đây,
đồng thời việc chỉ lấy tín hiệu điện áp đầu nguồn để phân tích cũng là ưu điểm của
phương pháp về mặt kinh tế.
1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài
- Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể phục vụ cho việc định vị chính xác các
loại sự cố trong mạng phân phối và nhanh chóng khôi phục cấp điện cho các phụ
tải.
- Sử dụng làm tài liệutham khảo cho các học viên cao học ngành kỹ thuật
điện, cho các viện nghiên cứu, các công ty điện lực trong công tác nhanh chóng xác
định chính xác vị trí sự cố trong mạng phân phối.

HVTH: Lê Thị Thùy Trang

3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS. TS. Quyền Huy Ánh

CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN HỆ
THỐNG PHÂN PHỐI

2.1 Giới thiệu hệ thống phân phối
Vị trí sự cố trong các hệ thống phân phối luôn luôn là quan trọng cho việc
mang lại độ tin cậy trong cung cấp điện. Nó là nhiệm vụ đầy thách thức do tính chất
phức tạp của hệ thống điện như có nhiều phân nhánh rẽ, các đường dây không đối
xứng, vận hành cao không cân bằng, và thời gian tải khác nhau. Ngoài ra, thông
thường trong hệ thống phân phối, các tín hiệu sự cố tạo ra được ghi nhận chỉ tại
trạm biến áp phát tuyến và vị trí của sự cố cần được tính toán dựa trên các dữ liệu
được ghi. Do những khó khăn và sự khác biệt được đề cập dẫn đến phương pháp
xác định vị trí sự cố cho đường dây truyền tải không thể được sử dụng trực tiếp cho
các hệ thống phân phối. Vì vậy, các phương pháp khác nhau đã được đề xuất cho vị
trí sự cố trong các hệ thống phân phối. Nói chung, các phương pháp xác định vị trí
sự cố có thể được chia thành hai loại chính: phương pháp phương pháp trở kháng
[1-7] và phương pháp sóng chạy [8-19].
2.2 Tổng quan các phƣơng pháp xác định vị trí sự cố
2.2.1 Phƣơng pháp xác định vị trí sự cố dựa vào tổng trở
Phương phápdựa trên việc đo trở kháng từ đầu relay đến vị trí sự cố sau khi
xảy ra ngắn mạch và kết hợp với các tín hiệu đo đạc được sử dụng tần số lưới điện
trong khoảng thời gian sau sự cố và tính toán các phương trình vi phân đường dây
nên kết quả phụ thuộc vào các yếu tố như điện trở ngắn mạch, tải của đường dây,
thông số nguồn [2]
Sau đây là một số phương pháp xác định vị trí sự cố dựa trên tổng trở:
-

Phương pháp phương trình Tegrapher

-

Phương pháp Takagi

-

Phương pháp sử dụng thành phần thứ tự không với góc được hiệu chỉnh

-

Phương pháp dựa trên đường dây tham số rãi

HVTH: Lê Thị Thùy Trang

4


Luận văn thạc sĩ

-

GVHD: PGS. TS. Quyền Huy Ánh

Phương pháp xếp chồng các thành phần (superimposed components)

2.2.1.1. Phƣơng pháp phƣơng trình Tegrapher
Phương pháp này dựa vào đặc tính điện áp và dòng điện là hàm theo khoảng
cách của đường cáp và thời gian. Những thông số này có quan hệ với thông số của
đường dây do đó gọi là phương trình Tegrapher.
v
i
 l   Ri
x
t

(2.1)

v i
  Gv
x t

(2.2)

C

Với R, l, G, C lần lược là điện trở, điện cảm, điện dẫn và điện dung của
đường dây trên một đơn vị chiều dài.

Hình 2.1. Sơ đồ phương trình Telegrapher
Có thể giải phương trình trên bằng các điều kiện biên như hình trên với việc
thay thế
Z C  ( R  jl )(G  jC )

(2.3)

  ( R  jl ) x(G  jC )

(2.4)

V0 = VR và I0 = IR

(2.5)

Cách giải thích:

ZC sinh(x) VR 
Vx   cosh(x)

 I  sinh(x) / ZC
cosh(x)   I R 
 x 

HVTH: Lê Thị Thùy Trang

5

(2.6)