Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

MỤC LỤC
Chương mục

Trang

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1 SỰ CẦN THIẾT NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ĐỊNH VỊ SỰ CỐ .... 3
1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện
3
1.2 Tổng quan các phương pháp định vị sự cố áp dụng trong lưới truyền tải điện
4
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị sự cố trên lưới truyền tải điện
5
1.3.1
Ảnh hưởng của hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không đối với các sự cố
pha – đất ......................................................................................................................... 6
1.3.2
Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song .............................................. 7
1.3.3
Ảnh hưởng của cấu hình cột điện và việc đảo pha không đầy đủ.................... 8
1.3.4
Ảnh hưởng của việc có nhiều hơn một chủng loại dây trên cùng một tuyến
đường dây ...................................................................................................................... 8
1.3.5
Ảnh hưởng của điện trở quá độ tại điểm sự cố ................................................ 9

1.3.6
Ảnh hưởng của sai số đo lường ..................................................................... 11
CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM DIGSI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ ...... 13
2.1 Giới thiệu về phần mềm DISGI
13
2.2 Giới thiệu chức năng định vị sự cố trong phần mềm DISGI
17
2.2.1
Giới thiệu về SIGRA trong phần mềm DISGI............................................... 17
2.2.2
Các thông số cần thiết khi tính toán định vị sự cố ......................................... 20
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH CÁC THUẬT TOÁN SỬ DỤNG TRONG CHỨC NĂNG
ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA PHẦN MỀM DIGSI ...................................................................... 27
3.1 Nguyên lý định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây
sử dụng trong phần mềm DIGSI
27
3.2 Khái niệm góc đồng bộ
28
3.3 Phân tích phương pháp định vị sự cố trong phần mềm SIGRA
31
3.3.1
Cơ sở toán học của phương pháp định vị sự cố dựa theo phân bố độ lớn điện
áp từ hai phía................................................................................................................ 31
3.3.2
Lựa chọn loại dòng điện và điện áp trong tính toán định vị sự cố ................. 34
CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG PHẦN MỀM DIGSI ĐỂ TÍNH TOÁN VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY DỰA TRÊN CÁC BẢN GHI SỰ CỐ THỰC TẾ ...................................... 36
4.1 Giới thiệu chung
36
i

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI
4.2 Qui trình và kết quả tính toán áp dụng đối với đường dây 500kV Nho Quan –
Thường Tín (sự cố ngày 18 tháng 5 năm 2015)
36
4.2.1
Báo cáo mô tả sự cố ....................................................................................... 36
4.2.2
Qui trình tính toán chi tiết .............................................................................. 37
4.2.3
Nhận xét kết quả ............................................................................................ 47
4.3 Qui trình và kết quả tính toán áp dụng đối với đường dây 500kV Thường Tín –
Quảng Ninh (sự cố ngày 03 tháng 03 năm 2015)
49
4.3.1
Báo cáo mô tả sự cố ....................................................................................... 49
4.3.2
Qui trình tính toán chi tiết .............................................................................. 50
4.3.3
Nhận xét kết quả ............................................................................................ 62
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................ 64
5.1 Kết luận
64
5.2 Phương hướng nghiên cứu trong tương lai
65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 66
PHỤ LỤC I – Sự cố đường dây Nho Quan – Thường Tín .................................................... 1
Báo cáo sự cố ngày 18/5/2015 trên đường dây Nho Quan – Thường Tín (trích)
1

Phiếu chỉnh định rơle đầu đường dây phía Nho Quan
2
Phiếu chỉnh định rơle đầu đường dây phía Thường Tín
2
Kết quả định vị sự cố do rơle đầu Nho Quan chỉ báo (10.6km)
3
Kết quả định vị sự cố do rơle đầu Thường Tín chỉ báo (68.7km)
5
Vị trí cột điện trên thực địa
5
PHỤ LỤC II – Sự cố đường dây Thường Tín – Quảng Ninh................................................ 7
Báo cáo sự cố ngày 03/03/2015 trên đường dây Thường Tín – Quảng Ninh (trích)
9
Phiếu chỉnh định rơle đầu đường dây phía Thường Tín
10
Phiếu chỉnh định rơle đầu đường dây phía Quảng Ninh
10
Kết quả định vị sự cố do rơle đầu Thường Tín báo (14.2km)
11
Kết quả định vị sự cố do rơle đầu Quảng Ninh báo (148,1km)
12
Vị trí cột điện trên thực địa
13

ii


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao
chép của ai. 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. Nội dung luận văn có tham khảo và sử
dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các
trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả

Vũ Sơn Hà

iii


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1 Ảnh hưởng của tương hỗ giữa các đường dây song song .......................................... 7
Hình 2 Một số cấu hình treo dây trên cột điện lưới truyền tải ............................................... 8
Hình 3 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp và sơ đồ thay thế ....................... 10
Hình 4 Cấp chính xác của BI theo tiêu chuẩn IEC 60044-2 ................................................ 12
Hình 5 Tổng quan về DIGSI ................................................................................................ 13
Hình 6 Sử dụng DIGSI quản lý một dự án .......................................................................... 14
Hình 7 Cây thư mục trong phần mềm DIGSI khi truy cập rơle Siemens ............................ 14
Hình 8 Cài đặt cấu hình rơle bảo vệ sử dụng DIGSI ........................................................... 15
Hình 9 Thay đổi chức năng logic trong role sử dụng DIGSI............................................... 15
Hình 10 Hiển thị sơ đồ một sợi của đối tượng được điều khiển .......................................... 16
Hình 11 Tạo lập sơ đồ một sợi của ngăn lộ ......................................................................... 16
Hình 12 Truy cập bản ghi sự cố bằng chức năng SIGRA trong phần mềm DIGSI............. 18
Hình 13 Giao diện chính của SIGRA .................................................................................. 18
Hình 14 Quan sát các tín hiệu sử dụng SIGRA ................................................................... 19
Hình 15 Đồng bộ thời gian các bản ghi sự cố ...................................................................... 20

Hình 16 Giao diện đồng bộ tín hiệu trong SIGRA .............................................................. 23
Hình 17 Cài đặt cấu hình của lưới điện dùng SIGRA ......................................................... 23
Hình 18 Qui ước về cấu hình các tín hiệu đo trong SIGRA ................................................ 24
Hình 19 Giao diện thông số đường dây trong SIGRA......................................................... 25
Hình 20 Lựa chọn định dạng số liệu trong SIGRA ............................................................. 25
Hình 21 Hiển thị kết quả tính toán vị trí sự cố trong SIGRA .............................................. 26
Hình 22 Đường dây với các rơle bảo vệ được đồng bộ bởi đồng hồ GPS .......................... 27
Hình 23 Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp ................................. 28
Hình 24 Đường dây truyền tải với rơle bảo vệ hai đầu có đồng hồ thời gian...................... 29
Hình 25 Trường hợp tín hiệu đo lường không được đồng bộ .............................................. 29
Hình 26 Phân bố điện áp tính từ hai phía tới trên đường dây bị sự cố ................................ 32
Hình 27 Sơ đồ đường dây hai nguồn bị sự cố...................................................................... 32
Hình 28 Sơ đồ thay thế hình π sử dụng thông số rải của đường dây bị sự cố ..................... 33
Hình 29 Hồ sơ quản lý tuyến đường dây 500kV Nho Quan- Thường Tín .......................... 37
Hình 30 Nhập các bản ghi sự cố trong phần mềm SIGRA .................................................. 38
Hình 31 Khai báo tham số biến dòng điện, điện áp trạm Nho Quan ................................... 39
Hình 32 Thông số đường dây Nho Quan – Thường Tín...................................................... 40
Hình 33 Lựa chọn định dạng số liệu đầu vào thông số đường dây...................................... 41
Hình 34 Khai báo tham số biến dòng điện, điện áp trạm Thường Tín ................................ 43
Hình 35 Kiểm tra các thông số đã nhập vào phần mềm SIGRA ......................................... 44
Hình 36 Kết quả định vị điểm sự cố .................................................................................... 46
Hình 37 Kết quả định vị điểm sự cố tính từ đầu đường dây Nho Quan (chi tiết) ................ 46
Hình 38 Kết quả định vị điểm sự cố từ phía Thường Tín .................................................... 47
Hình 39 Kết quả định vị điểm sự cố tính từ đầu Thường Tín (chi tiết) ............................... 47
Hình 40 Báo cáo sự cố của Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia về sự cố ngày 3/3/2015
............................................................................................................................................. 49
Hình 41 Hồ sơ quản lý tuyến đường dây 500kV Thường Tín- Quảng Ninh ....................... 50

iv

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI
Hình 42 Kết quả định vị điểm sự cố đối với đường dây 500kV Thường Tín – Quảng Ninh
............................................................................................................................................. 60
Hình 43 Kết quả định vị sự cố tính từ đầu trạm Thường Tín .............................................. 61
Hình 44 Kết quả định vị điểm sự cố tính từ đầu Quảng Ninh ............................................. 61
Hình 45 Kết quả định vị sự cố tính toán từ đầu Quảng Ninh (chi tiết) ................................ 62

v


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Kết quả tính toán vị trí sự cố đường dây Nho Quan - Thường Tín dùng SIGRA .. 47
Bảng 2 Kết quả định vị sự cố đường dây Nho Quan - Thường Tín theo rơle báo.............. 48
Bảng 3 Kết quả định vị sự cố đường dây Thường Tín – Quảng Ninh theo tính toán bằng
SIGRA ................................................................................................................................. 62
Bảng 4 Kết quả định vị sự cố đường dây Thường Tín – Quảng Ninh theo rơle báo ........... 63

vi


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

MỞ ĐẦU
Trong hệ thống lưới điện truyền tải, sự cố có thể xuất hiện tại bất cứ thời
điểm nào, tại bất cứ nơi nào, nguyên nhân sự cố rất đa dạng và không thể đoán biết
trước. Tất cả các sự cố cần phải được loại trừ càng nhanh càng tốt để giảm thiểu
mức độ thiệt hại cho thiết bị cũng như đảm bảo duy trì làm việc sự ổn định của hệ

thống điện. Bên cạnh đó, việc xác định chính xác vị trí sự cố đóng vai trò rất quan
trọng do nhiều lý do:
-

Giảm chi phí và nhân công cho việc sửa chữa, thay thế thiết bị hư hỏng.

-

Nhanh chóng khôi phục sự làm việc bình thường của hệ thống sau sự cố.

-

Giảm thời gian ngừng cung cấp điện trong các trường hợp sự cố duy trì.

Các rơle bảo vệ khoảng cách ngoài chức năng là bảo vệ chính khi đường dây có
sự cố còn cho phép định vị được vị trí điểm sự cố, tuy nhiên vị trí sự cố do các rơle
khoảng cách chỉ báo hầu hết đều không chính xác và do đó làm mất nhiều thời gian
tìm kiếm vị trí sự cố thực. Phương pháp định vị sự cố sử dụng trong các rơle bảo vệ
khoảng cách chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như điện trở hồ quang tại điểm sự cố,
thông số của đường dây không chính xác, ảnh hưởng hỗ cảm của các đường dây
song song, điện trở suất của đất không đồng nhất dọc tuyến...
Do việc định vị sự cố không cần thiết phải thực hiện tức thời nên hoàn toàn có
thể sử dụng các công cụ phân tích sau sự cố để tìm vị trí sự cố được chính xác hơn.
Hiện nay, các công ty truyền tải điện tại Việt Nam đang sử dụng phổ biến rơle của
hãng Siemens và kèm theo là phần mềm DIGSI để truy cập rơle. Phần mềm này có
một chức năng rất hữu dụng là định vị sự cố dựa theo bản ghi từ hai đầu đường dây.
Tuy nhiên, hầu hết các tài liệu hướng dẫn sử dụng DIGSI hiện có đều giới thiệu rất
ít về chức năng định vị sự cố này và do đó các kỹ sư rơle, kỹ thuật viên của trạm
chưa thể nắm bắt được nguyên lý cũng như cách sử dụng hiệu quả.
Nội dung luận văn tập trung nghiên cứu phân tích các nguyên lý được sử dụng

để định vị sự cố trong phần mềm DIGSI, qui trình tiến hành để xử lý số liệu và sử
dụng chương trình. Các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ được áp dụng kiểm
1


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

nghiệm với các bản ghi sự cố thực và đường dây thực để minh chứng tính ưu việt
của phương pháp định vị sự cố bằng DIGSI.
Về bố cục, luận văn gồm các phần như sau đây:
Chương 1: Sự cần thiết của việc nâng cao độ chính xác định vị sự cố trên lưới
điện truyền tải.
Chương 2: Giới thiệu phần mềm DIGSI và các ứng dụng trong hệ thống rơle bảo
vệ.
Chương 3: Phân tích các thuật toán được sử dụng trong chức năng định vị sự cố
của phần mềm DIGSI.
Chương 4: Áp dụng phần mềm DIGSI để tính toán định vị sự cố dựa trên các
bản ghi sự cố thu được và đường dây thực tế.
Chương 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tương lai.

2


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

CHƯƠNG 1 SỰ CẦN THIẾT NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA
ĐỊNH VỊ SỰ CỐ VÀ TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện
Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện mang một ý

nghĩa rất quan trọng trong quản lý vận hành. Định vị sự cố giúp phát hiện nhanh
hơn điểm sự cố, kể cả với sự cố thoáng qua và sự cố duy trì.
 Sự cố thoáng qua có thể không gây thiệt hại nghiêm trọng, có thể được khắc
phục thông qua tự động đóng lại. Tuy nhiên xác định sớm và nhanh chóng
điểm bị hư hỏng sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố tiếp theo có thể xảy ra.
 Với những sự cố vĩnh cửu, việc không tìm ra chính xác điểm sự cố để khắc
phục nó mang lại rất nhiều điều phức tạp, hao tốn nhân lực, tốn kém tài
chính, và quan trọng nhất là ngừng cung cấp điện một thời gian dài, có thể
gây mất điện trong một khu vực rộng.
Các vấn đề về nâng cao độ chính xác trong định vị sự cố đã được nghiên cứu
trong nhiều năm và hầu hết tập trung vào nghiên cứu áp dụng đối với lưới truyền
tải. Lưới truyền tải được quan tâm vì mức độ ảnh hưởng của nó tới hệ thống lớn
hơn, các trang thiết bị bảo vệ và điều khiển hiện đại hơn, đồng thời thời gian đòi hỏi
để tìm kiếm sự cố cũng kéo dài hơn so với lưới phân phối.
Các vị trí sự cố thường được phát hiện dựa trên việc tuần tra dọc tuyến đường dây,
tuy nhiên đây là công việc tốn nhiều nhân công và thời gian, đặc biệt đối với các
đường dây đi qua địa hình đồi núi, thung lũng. Qui trình này đòi hỏi người công
nhân phải đến từng vị trí cột, quan sát bằng mắt các bát sứ khi đường dây vẫn đang
có điện, khi phát hiện được vị trí sự cố sẽ tiến hành chụp ảnh để báo cáo.
Có thể thấy rằng việc định vị chính xác điểm sự cố sẽ giúp giảm thời gian tuần tra
dọc tuyến và đồng thời giảm thiểu các nguy hiểm mà người công nhân có thể gặp
phải khi làm việc với đường dây đang có điện. Do đó cần có giải pháp nâng cao độ
chính xác định vị sự cố.
3


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

1.2 Tổng quan các phương pháp định vị sự cố áp dụng trong lưới truyền tải
điện

Hiện tại các phương pháp định vị sự cố đã được áp dụng đối với đường dây
truyền tải điện, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp
dụng nhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, có thể phân
loại sơ lược các phương pháp này như sau [1, 2]:
-

Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía của đường dây.
o Được tích hợp trong các rơle bảo vệ khoảng cách [3].
o Khi sự cố xảy ra, rơle bảo vệ khoảng cách sẽ tính toán tổng trở sự cố
và xác định vị trí sự cố dựa theo điện kháng sự cố đo được kết hợp với
điện kháng đơn vị của một km đường dây (đã biết).
Khoảng cách đến điểm sự cố được xác định dựa theo công thức:
Lsc (km) 

xdo
 L(km)
x1km

Trong đó
-

xđo & x1km là điện kháng đo được và điện kháng của một đơn vị
chiều dài đường dây.

-

L & Lsc: tổng chiều dài đường dây và khoảng cách đến điểm sự
cố (tính theo km)

o Phương thức định vị sự cố tích hợp trong các rơle bảo vệ khoảng cách

có độ chính xác không cao, sai số có thể lên tới 5km hoặc cao hơn.
o Sai số của rơle bảo vệ khoảng do nhiều yếu tố gây ra: điện trở hồ
quang tại điểm sự cố, mức tải của đường dây trước sự cố, ảnh hưởng
của nguồn trung gian bơm vào đường dây, sai số của thông số đường
dây….
-

Định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường dây
o Thường được sử dụng trong các rơle bảo vệ so lệch hiện đại

4


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

o Các rơle bảo vệ so lệch có ưu điểm là tín hiệu đo đã được đồng bộ, do
đó kết quả định vị thường có độ chính xác cao hơn.
o Tuy nhiên rơle bảo vệ so lệch dọc chỉ có thể sử dụng đối với các
đường dây đã được trang bị hệ thống cáp quang truyền tin.
o Chức năng định vị sự cố chỉ được tích hợp trong các rơle đời mới, các
rơle thế hệ cũ chưa có chức năng này.
-

Định vị sự cố dựa trên hiện tượng sóng lan truyền:
o Dựa theo sóng lan truyền từ điểm sự cố tới hai đầu đường dây
o Dựa theo thời điểm sóng lan truyền từ điểm sự cố tới một đầu đường
dây
o Phương pháp định vị dựa theo sóng lan truyền từ hai đầu đường dây
có độ chính xác cao hơn, tuy nhiên chi phí về mặt thiết bị sẽ rất cao.
o Phương pháp định vị sự cố theo nguyên lý sóng lan truyền có độ

chính xác cao nhất hiện nay. Sai số định vị sự cố có thể chỉ bằng
khoảng cách của một khoảng cột.
o Do chi phí cao nên hiện nay giải pháp này mới được lắp đặt rất hạn
chế trên lưới truyền tải điện miền Bắc.
Trên lưới điện truyền tải hiện có một số đường cáp, với các đường cáp này
phương pháp định vị sự cố thường dựa theo việc bơm các tín hiệu sóng siêu
âm và ghi nhận tín hiệu phản hồi. Dựa trên thời gian từ khi phát tín hiệu đến
khi có tín hiệu phản hồi sẽ tính được khoảng cách đến điểm sự cố. Về cơ sở
lý thuyết thì phương pháp này tương tự với phương pháp sử dụng sóng lan
truyền áp dụng cho đường dây trên không. Điểm khác biệt là với cáp điện thì
người kiểm tra sẽ chủ động phát tín hiệu và ghi nhận tín hiệu phản hồi, với
các đường cáp thì tín hiệu lan truyền không phải do phát vào đường dây mà
do sự đột biến dòng điện, điện áp khi sự cố sinh ra.

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị sự cố trên lưới truyền tải
điện
5


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác định vị sự cố có thể kể tới như
sau [3, 4]:
+ Ảnh hưởng của hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không với sự cố một
pha – đất.
+ Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song
+ Ảnh hưởng do việc đảo pha không đầy đủ
+ Ảnh hưởng của việc có nhiều hơn một chủng loại dây trên cùng một tuyến
đường dây
+ Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố

+ Ảnh hưởng do sai số của thiết bị đo lường như BU & BI.
1.3.1 Ảnh hưởng của hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không đối với các
sự cố pha – đất
Có thể thấy phần lớn các sự cố trên lưới truyền tải là sự cố một pha –đất. Điều
này có thể giải thích do khoảng cách pha - pha lớn nên khó có sự cố pha – pha, các
thiết bị trên lưới truyền tải, đặc biệt là lưới 500kV thường là thiết bị một pha, do đó
nếu có sự cố thì cũng thường là sự cố một pha.
Với các rơle bảo vệ khoảng cách, tổng trở sự cố được tính toán như sau:
+ Với sự cố pha – pha: ví dụ sự cố giữa pha A và B
Z su co 

VA  VB
I A  IB

+ Với sự cố pha – đất: ví dụ sự cố giữa pha A và đất
Z su co 

Z  Z1L
VA
trong đó K 0  0 L
Z1L
I A  1  K0 

K0 là hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không được cài đặt trong rơle. Giá trị K0
này ảnh hưởng nhiều đến kết quả định vị sự cố vì không thể biết chính xác, kể cả trong
trường hợp các công ty truyền tải có tiến hành đo tổng trở thứ tự không trước khi đóng
điện đường dây. Việc đo tổng trở thứ tự không chỉ đảm bảo đưa ra số liệu về tổng trở TTK
của toàn đường dây, tuy nhiên tổng trở này phân bố không đều dọc tuyến đường do sự

6

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

không đồng nhất của đất. Do đó tùy vị trí sự cố mà tổng trở này có thể không tỷ lệ tuyến
tính với khoảng cách sự cố.

1.3.2 Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song
Khi sự cố ngắn mạch chạm đất xảy ra trên đường dây nhiều mạch như mạch
kép, hai đường dây vận hành song song, do tác động của thành phần hỗ cảm thứ tự
không của các đường dây, bảo vệ khoảng cách có thể đo sai giá trị của tổng trở sự
cố. Đối với đường dây có đảo pha đầy đủ thì ảnh hưởng này sẽ là đáng kể trong
trường hợp sự cố một pha chạm đất.

Hình 1 Ảnh hưởng của tương hỗ giữa các đường dây song song

Với ví dụ minh họa trên có thể thấy điện áp thứ tự không mà rơle đo được là V 01
được tính theo:
V01 = Z01I01 + Z0MI02
Trong đó:
-

V01: điện áp TTK của bảo vệ trên đường dây bị sự cố.

-

Z01: tổng trở TTK của đường dây bị sự cố.

-

Z0M: tổng trở tương hỗ TTK giữa hai đường dây.

-

I01, I02: dòng điện TTK chạy trên đường dây bị sự cố và đường dây lân
cận.

Giá trị điện áp hỗ cảm TTK làm điện áp đo được của rơle trên đường dây sự cố bị sai lệch
dẫn tới kết quả tính toán tổng trở sẽ không chính xác. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra giá
trị điện áp đo được có thể sai tới 35% đối với đường dây mạch kép 400kV.
Với các rơle khoảng cách, có thể thực hiện bù ảnh hưởng của thành phần hỗ cảm này bằng
cách lấy dòng điện TTK của đường dây không sự cố đưa vào rơle của đường dây sự cố,
7


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

rơle sẽ tự động tính toán loại trừ ảnh hưởng của hỗ cảm này. Tuy nhiên với đường dây chỉ
song song một phần thì giải pháp bù này sẽ không có hiệu quả rõ rệt.

1.3.3 Ảnh hưởng của cấu hình cột điện và việc đảo pha không đầy đủ
Cấu hình treo dây trên cột điện và đảo pha có thể gây sai số tới tổng trở đo
được lên tới 10%. Với đường dây siêu cao áp 500kV thì việc đảo pha được tiến
hành đầy đủ, do đó ảnh hưởng của cấu hình treo dây và đảo pha tới tổng trở đo
được nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên với các đường dây ngắn thì việc đảo
pha thường ít được áp dụng do vấn đề chi phí.

Hình 2 Một số cấu hình treo dây trên cột điện lưới truyền tải

1.3.4 Ảnh hưởng của việc có nhiều hơn một chủng loại dây trên cùng một

tuyến đường dây
Việc có nhiều chủng loại dây trên một tuyến đường dây thường gặp với lưới
điện phân phối, chủng loại dây của các đường trục chính có thể khác với chủng loại
dây ở các nhánh rẽ. Với lưới điện truyền tải điều này ít xảy ra, tuy nhiên vẫn còn
tồn tại một số đường dây gồm 2 loại dây hỗn hợp. Tuy nhiên giá trị tổng trở cài đặt
trong rơle khoảng cách chỉ cho phép áp dụng đối với đường dây đồng nhất, do đó vị
trí sự cố tính được sẽ bị sai lệch do tổng trở đơn vị của 1km đường dây không chính
xác.
Hiện nay trên thị trường vẫn chưa có thiết bị định vị sự cố nào có xét tới kiểu
đường dây nhiều chủng loại như vậy.

8


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

1.3.5 Ảnh hưởng của điện trở quá độ tại điểm sự cố
Các sự cố thường kèm theo hồ quang điện. Hồ quang điện có thể hình thành
trên chuỗi sứ hoặc bắc cầu giữa các pha và do đó điện trở hồ quang này cũng sẽ
được tính vào tổng trở sự cố mà rơle đo được.
Điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài của hồ quang và dòng điện theo
công thức sau:
Rhồ quang =
Trong đó:

8750 .Larc
I 1f .4

Rhồ quang: điện trở hồ quang ()
Larc

: chiều dài hồ quang (m) trong trường hợp không có gió

If

: độ lớn dòng sự cố (A)

Chiều dài hồ quang ban đầu bằng khoảng cách từ dây dẫn đến cột hoặc giữa
hai dây dẫn, nhưng nó sẽ tăng và kéo dài do gió thổi ngang qua do sự đối lưu và
truyền sóng điện từ. Trong trường hợp dây dẫn bị đứt và rơi xuống đất thì điện trở
tại điểm tiếp xúc chạm đất phụ thuộc vào loại đất, độ ẩm của đất…Khi sự cố các
pha với nhau điện trở sự cố thường nhỏ và không vượt quá vài ohm (). Tuy nhiên
điện trở sự cố lớn hơn nhiều đối với sự cố liên quan đến đất vì điện trở nối đất của
cột có thể tới 10 [] thậm chí cao hơn. Trường hợp đặc biệt điện trở sự cố còn lớn
hơn khi sự cố dây dẫn chạm vào cây cối hoặc đứt dây và rơi xuống vùng đất khô
cứng và điện trở sự cố có thể có giá trị từ vài ohm đến hàng trăm ohm.
Xét ảnh hưởng của điện trở sự cố và dòng tải trên đường dây đến tổng trở đo
được
Xét trường hợp sự cố pha - đất trên đường dây có hai nguồn cấp như Hình 3:
A

UA

UB
IA

VF

IB

d

1-d

9

B


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

ZL
UA

IA

IB
dZL

IF

UB

(1-d)ZL
ZB

ZA
RF

A

B

Hình 3 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp và sơ đồ thay thế

Mạch vòng sự cố nhìn từ phía thanh góp trạm A có thể được mô tả bằng
công thức sau đây.
UA – dZLIA - RFIF = 0

[1.1]

Trong đó:
d: khoảng cách từ thanh góp A đến điểm sự cố F (d=0÷1)
ZL: tổng trở của đường dây AB
UA; IA: là điện áp và dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A
IF: dòng điện tổng chạy qua điểm sự cố, thỏa mãn quan hệ
IF = I A + I B
Ta có ZA =

[1.2]

UA
thay vào [1.1] ta được:
IA

ZA =

UA
I
= dZL + RF F

IA
IA

[1.3]

trong đó: ZA là tổng trở đo được bởi rơle đầu phía trạm A.
Thay thế IF = IA + IB vào phương trình [1.3] ta có

10


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

 I 
Z A  dZ L  RF 1  B 
 IA 

[1.4]



Do các giá trị dòng điện đều là đại lượng số phức nên thành phần RF 1 




toán được cũng có thể là số phức. Để đơn giản giả thiết Z F  RF 1 


-

IB 
 tính
IA 

IB 

IA 

 IB 
 sẽ là số
 IA 

Nếu dòng điện IA và IB trùng pha nhau hoàn toàn: thì giá trị 

thực và ZF tính được sẽ chỉ gồm thành phần điện trở (thuần trở). Thành phần
điện trở trong tổng trở đo được sẽ bị sai khác với điện trở của phần đường
dây bị sự cố, tuy nhiên thành phần điện kháng không bị ảnh hưởng. Rơle tính
toán khoảng cách sự cố dựa theo điện kháng đo được nên sẽ không bị ảnh
hưởng đến độ chính xác.
-

 IB 
 thể hiện như một
 IA 

Nếu dòng điện IA và IB lệch pha nhau: thì thành phần 

số phức  giá trị ZF đo được sẽ là một tổng trở. Tổng trở ZF bao gồm thành
phần điện trở và điện kháng hoặc thành phần điện trở và điện dung (tùy theo

dòng IB là sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với IA trong công thức [1.4]).
Do vậy, thành phần ZF sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện kháng của tổng trở ZA
mà rơle đo được trong công thức [1.4], kết quả là khoảng cách tính toán được
sẽ bị sai khác so với thực tế.
1.3.6 Ảnh hưởng của sai số đo lường
Các biến áp đo lường như BU và BI luôn có sai số nhất định. Do rơle sử
dụng các tín hiệu dòng điện và điện áp từ BI & BU cấp tới nên tổng trở tính toán
được cũng có sự sai lệch nhất định. Rất khó để xác định chính xác mức độ sai lệch
này do giá trị sai số của BU & BI là đại lượng ngẫu nhiên. Ngoài ra, với lưới truyền
tải điện thường sử dụng các BU kiểu tụ phân áp, loại BU này có thể chịu quá độ kéo

11


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

dài hơn trong tín hiệu đầu ra với trường hợp sự cố, do các bảo vệ thường yêu cầu
cắt nhanh trước khi hết các quá độ dẫn tới vị trí sự cố tính được cũng bị sai.

Hình 4 Cấp chính xác của BI theo tiêu chuẩn IEC 60044-2

12


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM DIGSI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG
RƠLE BẢO VỆ
2.1 Giới thiệu về phần mềm DISGI
Phần mềm DIGSI là thương hiệu đã được đăng ký bản quyền của hãng

Siemens AG [5], là phần mềm quan trọng và linh hoạt trong việc quản lý, cấu hình
thiết bị, cài đặt tín hiệu đầu vào, đầu ra, cấu hình logic chức năng, vẽ hiển thị sơ đồ
nhất thứ của ngăn lộ trong trạm biến áp cho các rơ le bảo vệ, đo lường điều khiển
của hãng Siemens.

Hình 5 Tổng quan về DIGSI

Các chức năng chính của phần mềm DIGSI bao gồm:
+ Quản lý dự án, cấu hình phân phối điện
+ Sử dụng phần mềm DIGSI để thiết lập các thông số, thông tin và xem các
dữ liệu trên màn hình hiển thị.
+ Sửa đổi các thiết lập chỉnh định của chức năng bảo vệ trong rơ le
Siemens. Với phần mềm này, chúng ta có thể giao tiếp với rơ le và nhìn
rõ bên trong rơ le có những tính năng gì, phần mềm có thể làm việc
“online” với rơ le hoặc “offline”

13


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Hình 6 Sử dụng DIGSI quản lý một dự án

Phần mềm cho phép truy cập và cấu hình cho tất cả mọi chức năng của rơle.
Có thể thấy trên danh sách có bốn biểu tượng tương ứng với Thiết lập thông số,
truyền tin, đo lường, bản ghi dạng sóng; khi vào tiếp mục Thiết lập thông số ta có:

Hình 7 Cây thư mục trong phần mềm DIGSI khi truy cập rơle Siemens

14

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Có thể thiết lập 4 nhóm chỉnh định và chuyển đổi qua lại giữa các nhóm chỉnh định
bằng cách kích hoạt các đầu vào nhị phân “binary input” hoặc là nhấn một phím
chức năng (chức năng của phím này được gán bởi một hàm logic).
Với Hệ thống dữ liệu 1 ta có thể đặt giá trị nhất thứ và giá trị nhị thứ cho các biến
dòng điện và biến điện áp.
+ Cài đặt chức năng đầu vào, đầu ra trong rơ le, phần mềm DIGSI sử dụng một
ma trận cấu trúc rõ ràng. Trên phần mềm ta vào Masking I/O để mở ma trận
thiết bị, ta thấy làm việc với các cột và các hàng

Hình 8 Cài đặt cấu hình rơle bảo vệ sử dụng DIGSI

+ Tạo chức năng Logic, nhờ phương pháp CFC, ta có thể tạo ra các chức năng
một cách nhanh chóng, dễ dàng theo định hướng đồ họa. Mỗi biểu đồ CFC
chứa ít nhất một chức năng logic liên kết nối các giá trị đầu vào với nhau và
từ các mối liên kết tạo ra một kết quả

Hình 9 Thay đổi chức năng logic trong role sử dụng DIGSI
15


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

+ Phần mềm DIGSI cho phép chỉnh sửa các biểu tượng hiển thị trên màn LCD
của rơle, ví dụ các sơ đồ một sợi gồm máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, biến
dòng điện, biến điện áp, sơ đồ một sợi của ngăn lộ trên màn hình rơle. Người
sử dụng có thể dùng thư viện sẵn có hoặc tạo mới các biểu tượng cần thiết.

Hình 10 Hiển thị sơ đồ một sợi của đối tượng được điều khiển

Sử dụng các nút của thanh công cụ chuẩn để làm nổi bật sơ đồ một sợi, để
hiển thị hoặc thiết lập các yếu tố tương ứng với lưới điện

Hình 11 Tạo lập sơ đồ một sợi của ngăn lộ

+ Phân tích bản ghi sự cố: phần mềm DIGSI có trang bị module SIGRA phục
vụ cho việc phân tích các bản ghi sự cố. Đây là công cụ chuyên nghiệp với
nhiều tính năng hữu dụng phục vụ phân tích offline các tín hiệu thu được,

16


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

phản ứng của các phần tử trong rơle, thời điểm khởi động, tác động của các
phần tử…
2.2 Giới thiệu chức năng định vị sự cố thuộc module SIGRA trong phần
mềm DISGI
2.2.1 Giới thiệu về SIGRA trong phần mềm DISGI
SIGRA là một ứng dụng thuộc phần mềm DIGSI hỗ trợ cho việc phân tích sự
cố [6]. Phần mềm hiển thị thông tin dưới dạng đồ họa và cho phép thực hiện một số
tính toán khác nhau với số liệu đã ghi được như tính tổng trở, giá trị hiệu dụng…
tạo điều kiện thuận lợi hơn trong quá trình phân tích sự cố.
Đồng thời phần mềm cho phép hiển thị các tín hiệu đo được dưới nhiều kiểu phân
tích khác nhau như (tín hiệu hiển thị có thể là của phía sơ cấp hoặc thứ cấp tùy
chọn):
+ Hiển thị tín hiệu theo thời gian

+ Hiển thị theo kiểu vecto ba pha
+ Hiển thị trên các đặc tính làm việc
+ Hiển thị thành phần sóng hài
+ Phục vụ phân tích sự cố
+ Hiển thị thông số dưới dạng bảng

17


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Hình 12 Truy cập bản ghi sự cố bằng chức năng SIGRA trong phần mềm DIGSI

SIGRA cho phép sử dụng đồng thời hai thanh trượt để hiển thị giá trị tại các thời
điểm khác nhau, cho phép so sánh mức độ thay đổi của tín hiệu theo thời gian giữa
hai thanh trượt và nhiều ứng dụng khác.

Hình 13 Giao diện chính của SIGRA

18


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Là một công cụ chuyên nghiệp, SIGRA có rất nhiều chi tiết để phục vụ, tối đa hóa
các tín hiệu thời gian, hiển thị giá trị tức thời trong bảng, sử dụng các nút “Up” và
“Down” để di chuyển một tên được lựa chọn trong danh sách. Có thể thay đổi thứ
tự các cột được hiển thị. Trong khu vực mà hình đồ họa, ta có thể thấy một số
đường cong và những tín hiệu tương tự hay nhị phân. Số lượng sơ đồ được thiết lập
theo mặc định và có chứa một sự kết hợp phù hợp tín hiệu. Ta có thể thêm hoặc loại

bỏ các tín hiệu đo lường trong sơ đồ. Cũng có thể xóa toàn bộ sơ đồ hoặc bổ sung
thêm mới. Chọn tín hiệu Assign từ menu ta được ma trận cho phép gán tín hiệu, các
sơ đồ có sẵn được sắp xếp theo chiều ngang, nó được gán cho các kiểu sơ đồ tương
ứng. Trong dọc hướng, các tín hiệu sẵn được liệt kê. Nó bao gồm các loại tín hiệu
khác nhau

Hình 14 Quan sát các tín hiệu sử dụng SIGRA

SIGRA có thể mở đồng thời nhiều bản ghi, cho phép so sánh các tín hiệu từ nhiều
bản ghi với nhau theo cùng trục thời gian, và quan trọng hơn cả cho phép đồng bộ
các bản ghi này trên cơ sở cùng mốc thời gian.
Tín hiệu của các bản ghi được đánh số từ K1 đến Kn. Ví dụ, chọn tín hiệu điện áp
K1: UL1E và K2: UL1E_1, trong bản ghi mới được thêm vào ta có thể nhìn thấy
19