Nghiên cứu xây dựng thuật toán tự động chẩn đoán lỗi trong lưới điện phân phối

TR

Đ I H CăĐĨăN NG
NGăĐ I H C BÁCH KHOA

LểăVĔNăDANH

NGHIÊN C U XÂY D NG THU T TOÁN
T

Đ NG CH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

IăĐI N PHÂN PH I

LU NăVĔNăTH CăSĨăK THU T

ĐƠăNẵng ậ Nĕmă2018


TR

Đ I H CăĐĨăN NG
NGăĐ I H C BÁCH KHOA

LểăVĔNăDANH

NGHIÊN C U XÂY D NG THU T TOÁN
T

Đ NG CH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

Chuyên nghành
Mã số

IăĐI N PHÂN PH I

: K thu tăđiều khiển và Tự đ ng hóa
: 8520216

LU NăVĔNăTH CăSƾăK THU T

NG

IH
NG D N KHOA H C:
PGS.TS. Lê TiếnăDũng

ĐƠăNẵng ậ Nĕmă2018


L IăCAMăĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu tự b n thân tôi thực hiện.
Các số liệu và kết qu nêu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
H c viên

LêăVĕnăDanh


T

NGHIÊN C U XÂY D NG THU T TOÁN
Đ NG CH NăĐOỄNăL IăTRONGăL
IăĐI N PHÂN PH I

H căviên: LêăVĕnăDanh. Chuyên ngành: K ăthu tăđi uăkhi năvƠăT ăđ ngăhóa
Mưăs :ă8520216 Khóa: K34.ăTr

ngăĐ iăh c Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Trong quá trình v n hành hệ thốngăl iăđiện phân phối, sự xuất hiện các
lỗi (sự cố/hiệnăt ợng bấtăth ng) x y ra v i tần suấtăkháădàyăđặc b iăđặc thù của
l iăđiện phân phối v iăđ dự trữ cáchăđiện kém, khốiăl ợngăđ ng dây/thiết b
khá nhiềuăvàăđặc biệtălàăđ a hình phân bố phức t p. Có nhiều nguyên nhân d năđến
sự mất ổnăđ nh hệ thống: do sự cố h ăhỏng các thiết b phân phối,ăcácăph ơngătiện
giao thông xâm h iăcôngătrìnhăl iăđiện,ăđ ng v tătácăđ ng, cây cốiăngưăđổ vào
đ ng dây, yếu tố th i tiết (giông sét, tố lốc..), suy gi m các phần tử cáchăđiện
đ ng dây, phụ t iă khôngă đối xứng…Việcă xácă đ nh chính xác v trí và nguyên
nhân lỗiăđể lo i trừ/xử lý nhanh là yêu cầu l n trong qu n lý v n hànhăl iăđiện
hiện nay.
Từ những nhu cầu thực tiễn trên, tác gi đưă quyếtă đ nh ch nă đề tài nghiên cứu
"Nghiên cứu xây dựng thu t toán tự đ ng ch năđoánălỗiătrongăl iăđiện phân phối".
Đề tàiănàyăđ aăraăm tăđề xuất về gi i pháp ch năđoán,ăxácăđ nh lỗi trong hệ thống
điệnăđể đápăứng yêu cầu v n hành linh ho t và rút ngắn th i gian xử lý lỗi.
Từă khóaă ậ V nă hànhă hệă thốngă l
phỏng…

iă điệnă phână phối; v ă tríă sựă cốă l

iă điện;ă mô

RESEARCH TO BUILD THE FAULT LOCATION
ALGORITHM IN THE DISTRIBUTION SYSTEMS
Abstract ậ During operating distribution power systems, current
occurrences(fault/unexpected object) happen frequently due to the specific
characteristics of the system such as low level of….huge amount of cables/ devices
and especially complicated terrain.There are numerous reasons that lead to
instabilities: break-downsă ină the…violationă byă transportsă toă distribution power
system: animals, trees, weather factors (thunderstorms, cyclones,..),reduction of
elements…, asymmetric load. Therefore, finding for locations and causes of faults
is a crucial requirement in operating distribution system nowadays.
Owing to the mentioned pratical requirements,the author decides to choose the
subject of “research to build the fault location algorithm in the distribution
systems”. This subject gives a suggestion about solutions for locating faults in
power system in order to operate more flexibly and reduce the required amount of
time to fix them.
Key words ậ Distribution system operation, fault location, simulation…


M CăL C
M ăĐ Uầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ă 1
1. LụăDOăCH NăĐ ăTẨIầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ..ă 1
2. M CăĐệCHăNGHIểNăC Uầầầầầầầầầầầầầầầầầ...ă 1
3. Đ IăT
NG VÀ PH M VI NGHIÊN C Uầầầầầầầầầầầ 1
4. PH

NGăPHỄPăNGHIểNăC Uầầầầầầầầầầầầầầầầ 2

5. ụăNGHĨAăKHOAăH CăVẨăTH CăTI NăC AăĐ ăTÀIầầầầầầ. 2
6. C UăTRỎCăC AăĐ ăTẨIầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 2

CH

NGă1: TỔNG QUAN V CH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

IăĐI N PHÂN

PH Iầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 4
1.1 TÌNH HÌNH TH C TI Nầầầầầầầầầầầầầầầầầầ... 4
1.2 CỄCăTR
HẨNHăL

NGăH PăL I/S ăC ăPHỔăBI NăTRONGăTH CăT ăV Nă

IăĐI NăPHỂNăPH Iầầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 7

1.2.1 L i do suy gi măcáchăđi nầầầầầầầầầầầầầầầầầ.. 7
1.2.2 L i do vi ph m hành lang b o v anătoƠnăl

iăđi nầầầầầầầ. 7

1.2.3 L i do ti p xúc kém t i cácăđi măđ u n i ầầầầầầầầầầầ. 8
1.2.4 L i do hi năt
1.2.5

ng th i ti t c căđoanầầầầầầầầầầầầầ 8

L i doăđ ng v t, bò sát gây ngắn m chầầầầầầầầầầầầă9

1.2.6 L i do quá t iăđ

ng dây/tr m bi n áp phân ph i, thi công lắpăđặt

khôngăđ m b o k thu t,ăầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầă9
M TăS ăPH

1.3

NGăPHỄPăCH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

IăĐI Nă

PHỂNăPH Iầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầăă10
1.3.1
1.3.2

Ph
Ph

ng pháp gi i tích d aăvƠoăph ngătrìnhăTelegrapherầầầ.ăăă10
ngăphápăNOVOSEL ầầầầầầầầầầầầầầầầầăă12

1.3.3 Ph ngăphápăch năđoánălo i trừ l i h th ngăđi n ng d ng h chuyên
gia k t h p logic m ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầăă15
CH

NGă2:ăMỌăHÌNHăTOỄNăH C C A H TH NGăĐI NăBAăPHAăĐI N

HÌNHầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ăă26
2.1

MÔ T H TH NGầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ăă27

2.2

MỌăPH NGăH ăTH NGầầầầầầầầầầầầầầầầầầăă27

2.2.1 Tr ngătháiăh ăth ngăv năhƠnhăbìnhăth

ngầầầầầầầầầầầăă28


2.2.2 Tr

ngăh păl iăphaăCăch măđ t t iăL1ăvƠăL2ầầầầầầầầầầăă30

2.2.3.ăTr

ng h p ngắn m ch hai pha B, C l năl

2.2.4.ăTr

ng h p ngắn m ch hai pha ch m đ t l năl

t t i L1 và L2:ầ.ăăăă35

2.2.5.ăTr

ng h p ngắn m ch ba pha/ch măđ t l năl

t t i L1 và L2:ầ..ăăăă38

CH

t t i L1 và L2:ầầầ..ăăă32

NGă3: Đ XU T THU T TOÁN CH NăĐOỄNăL I ầầầầầầ..ăăă39

3.1.ăăCH NăĐOỄNăL IăTRểNăC ăS ăTHẨNHăPH NăĐ IăX NGầầ.ăăă39
3.2.ăăTHU TăTOỄNăCH NăĐOỄNăL Iăầầầầầầầầầầầầầầăă44
CH

NGă4: MÔ PH NG VÀ KI M NGHI Mầầầầầầầầầầầầăă49

4.1. MỌăPH NGăH ăTH NGăCỄCăVỊăTRệăăL IăC ăTH :ầầầầầ...ăă49
4.2. MÔ PH NG H TH NG V I THU TăTOỄNăĐ XU Tầầầầ..ăă53
K TăLU NăVẨăKI NăNGHỊầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầăă56


DANH M C CÁC B NG
Số hiệu
b ng
4.1
4.2
4.3

Tên b ng
B
v
B
v

B
v

ng 4.2: B ng giá tr kho ng cách lỗi và t lệ sai số đối chiếu
iăRfă=ă30Ω
ng 4.2: B ng giá tr kho ng cách lỗi và t lệ sai số đối chiếu
i Rf = 30Ω
ng 4.2: B ng giá tr kho ng cách lỗi và t lệ sai số đối chiếu
iăRfă=ă30Ω
DANH M C CÁC HÌNH VẼ VẨăĐ

Số hiệu
hình vẽ
1.1
1.2

Trang

nhăh

53
54
55

THỊ

Tên hình vẽ

Trang

ng của lỗi/sự cố đối v i hệ thốngăđiện phân phối

6
6

1.3

Chỉ số SAIFI, SAIDI t i Qu ng Ngãi, CPC, Nh t B n và các
n c
Suy gi măcáchăđiện chuỗi polymere và sứ FCO

1.4

Ph ơngătiệnăcơăgi i và cây trồng vi ph m kho ng cách gây sự cố

8

1.5

Phát nhiệt do tiếp xúc kém t i busin MBA và kẹp cáp ngầm

8

1.6

M aăbưoălàmăcâyăquẹtăvàoăl

iăđiện và giông sét

9

1.7

Đ ng v t, bò sát gây ngắn m ch pha-pha, pha-đất

9

1.8

Phát nhiệt, tổnăth ơngădâyăd n do quá t i, bu c cổ sứ sai k thu t

10

1.9

Sơăđồ ph ơngătrìnhăTelegrapher

10

1.10

Sơăđồ m ch của thiết b phát sóng

11

1.11

Sơăđồ của m t phần m ngăl

11

1.12

Sơăđồ minh h aăcácăđiều kiệnătr

1.13

Sơăđồ nhữngăthayăđổi do sự cố của hệ thống hình 1.11.

12

1.14

Ví dụ m t xuất tuyến phân phối.

16

1.15

Hàm thu c nh n thức v trí sự cố.

19

1.16

Hàm thu c củaă

20

i phân phối b sự cố

c khi sự cố của hệ thống

c tính kho ng cách sự cố khi ngắn m ch

7

12


1.17

Hàm thu c thông tin b phát hiện sự cố.

21

1.18

Hàm thu c của m t chốngăsétăvanătrongăm aăbưoăsấm sét.

21

1.19

Hàm thu c liên quanăđếnăđo năđ

22

2.1

Hệ thống phân phốiăđiển hình

26

2.2

Mô phỏng các phần tử hệ thống phân phối trên Matlab simulink

27

2.3

Đồ th điện áp ba pha Vabc

28

2.4

Đồ th dòngăđiện ba pha Iabc, I_L1abc và I_L2abc

29

2.5

Đồ th điện áp ba pha Vabc, VL1abc và VL2abc lỗi pha C

30

2.6

Đồ th dòngăđiện ba pha Iabc, IL1abc và IL2abc lỗi pha C

32

2.7

Đồ th điện áp ba pha Vabc, VL1abc và VL2abc lỗi hai pha B,C

34

2.8

Đồ th dòngăđiện ba pha Iabc, IL1abc và IL2abc lỗi hai pha B,C

36

2.9

Đồ th điện áp ba pha Vabc, VL1abc và VL2abc lỗi hai pha B,C
ch măđất

38

2.10

Đồ th dòngăđiện ba pha Iabc, IL1abc và IL2abc lỗi hai pha B,C
ch măđất

39

ng dây trên không trong rừng.

Đồ th điện áp ba pha Vabc, VL1abc và VL2abc lỗi ba pha ch m
đất
Đồ th dòngăđiện ba pha Iabc, IL1abc và IL2abc lỗi ba pha ch m
đất

40

3.1

Sơăđồălỗiăch măđấtăm tăphaătrongăhệăthốngăbaăphaăcânăbằng

43

3.2

Sơăđồăm chăđiệnăthayăthếălỗiăch măđấtăm tăpha

44

2.11
2.12

3.3

nhăh

ngăhaiăm chăsongăsong

42

45

4.1

Mô phỏng hệ thống phân phối trongătr
đất

4.2

Đồ th điệnăáp,ădòngăđiện ba pha Vabc, Iabc

50

4.3

Đồ th điệnăáp,ădòngăđiện lỗi ba pha Vsabc, Isabc t i v trí
d=3km

51

ng hợp lỗi m t pha ch m

49


4.4

Đồ th điệnăáp,ădòngăđiện lỗi ba pha Vsabc, Isabc t i v trí
d=15km

51

4.5

Đồ th điệnăáp,ădòngăđiện lỗi ba pha Vsabc, Isabc t i v trí
d=27km

52

4.6

Đồ th mô t đ sai lệch theo kho ngăcáchăvàăđiện tr lỗi

56


1
M

Đ U

1. LụăDOăCH NăĐ ăTẨI
Trong quá trình v n hành hệ thốngăđiện phân phối, sự xuất hiện các lỗi (sự cố/hiện
t ợng bấtăth ng) x y ra v i tần suất khá dàyăđặc b iăđặc thù củaăl iăđiện phân phối
v iăđ dự trữ cáchăđiện kém, khốiăl ợngăđ ng dây/thiết b khá nhiềuăvàăđặc biệtălàăđ a
hình phân bố phức t p. Có nhiều nguyên nhân d năđến sự mất ổnăđ nh hệ thống: do sự
cố h ăhỏng các thiết b phân phối,ăcácăph ơngătiện giao thông xâm h iăcôngătrìnhăl i
điện,ăđ ng v tătácăđ ng, cây cốiăngưăđổ vàoăđ ng dây, yếu tố th i tiết (giông sét, tố
lốc..), suy gi m các phần tử cáchăđiệnăđ ng dây, phụ t iăkhôngăđối xứng…

Việcăxácăđ nh chính xác v trí và nguyên nhân lỗiăđể lo i trừ/xử lý nhanh là yêu
cầu l n trong qu n lý v năhànhăl iăđiện hiện nay.
Từ những nhu cầu thực tiễn trên, tác gi đưăquyếtăđ nh ch năđề tài nghiên cứu
"Nghiên cứu xây dựng thu t toán tự đ ng ch năđoánălỗi trongăl iăđiện phân phối".ăĐề
tàiănàyăđ aăraăm tăđề xuất về gi i pháp ch năđoán,ăxácăđ nh lỗi trong hệ thốngăđiệnăđể
đápăứng yêu cầu v n hành linh ho t và rút ngắn th i gian xử lý lỗi.
2. M CăĐệCHăNGHIểNăC U
Trênăcơăs các vấnăđề đặt ra dựa trên hiểu biết về kinh nghiệm v năhành,ăđặc thù
đ a lý củaăđo năđ ng dây (vùng rừng núi, vùng có m tăđ giông sét cao, vùng phụ t i
trung tâm, khu công nghiệp...) và việc ch năđoánălỗiăl i phân phối dựa trên dữ liệu
khai thácăđ ợc từ b n tin dữ liệuărơăleăvàăhệ thống SCADA. Tuy nhiên, b n chất củaăcơă
s dữ liệu này là không chính xác, không chắc chắn hoặc/vàăkhôngăđầyăđủ.ăĐề xuất xây
dựng thu t toán ch năđoánălỗi trong hệ thốngăđiệnăcóăđ chính xác cao, phù hợp v i kết
cấu l iăđiệnăđ aăph ơngăđể gi i quyết vấnăđề nêu trên trong quá trình tìm lỗi trong
m ngăl i phân phối. Ph ơngăphápănàyălàăđ ợc thực hiệnănh ălàăsự hỗ trợ cho việc ch n
đoán,ăxử lý sự cố choăl i phân phối.
3. Đ IăT

NGăVẨăPH MăVIăNGHIểNăC U

L iăđiện phân phối v iăcácăđặc tính và thông số v n hành trong các tr ng hợp
v năhànhăbìnhăth ng và phát sinh lỗi. Phân tích tình hình thực tế t i Việt Nam về vấn
đề xácăđ nh và lo i trừ lỗiătrongăl

iăđiện phân phối.

Ph m vi nghiên cứuăđốiăt ợng thực hiện dựa vào mô phỏng trên Matlab Simulink,
không thực hiện v i thiết b thực tế.

2
4. PH
-

NGăPHỄPăNGHIểNăC U

Kh o sát thực tiễn vấnăđề t iăl

iăđiện phân phối tỉnh Qu ng Ngãi.

Nghiên cứu các công trình nghiên cứuăđưăđ ợc công bố trongăn c và trên
thế gi i về tự đ ng ch n đoánălỗiătrongăl iăđiện phân phối.
Ch n m tămôăhìnhăl i điện phân phốiăcơăb năđể làmăđốiăt ợng. Từ đóăxâyă
dựng mô hình toán h căchoătr ng hợp không có lỗiăvàăchoăcácătr ng hợp lỗi.
Mô phỏngăđốiăt ợngăl iăđiện phân phối trên Matlab-Simulink. Phân tích
đápăứng mô phỏngăchoăcácătr ng hợp lỗi, từ đóătìmăraăcác đặcăđiểm củaăđápăứng, thấy
đ ợc sự nhăh ngăđến ho tăđ ng củaăl iăđiện phân phối.
Nghiên cứuăđề xuất m t thu t toán tự đ ng ch năđoánălỗiăchoăl iăđiện phân
phối.ăCácăđiều kiện về thu th p tín hiệuăđoăl ngăvàăh ng ứng dụng phù hợp cho thực
tr ng các l iăđiện phân phối t i Việt Nam.
Nghiên cứu các kết qu thuăđ ợc bằng mô phỏng kiểm chứng trên MatlabSimulinkăđể từ đóărútăraăcácăkết lu n.
5. ụăNGHĨAăKHOAăH CăVẨăTH CăTI NăC AăĐ ăTẨI
- Ýănghƿaăkhoaăh c: Đề tài góp phần hoàn thiện lý thuyết về tự đ ng ch năđoán
lỗi trong hệ thốngăđiện, áp dụngăchoăcácăl iăđiện phân phối t i Việt Nam.
-

Ýănghƿaăthực tiễn:ăĐề tài xây dựng thu t toán ch năđoánălỗi trong hệ thống

điện có thể sử dụng trong thực tế v năhànhăl

i điện, hỗ trợ Điềuăđ viênăđ aăraăcácă

quyếtăđ nh xử lý lo i trừ lỗi và thông tin v trí lỗiăđến công nhân qu n lý v n hành giúp
việc tiếp c n và xử lý sự cố nhanhă hơn.ă Điều này gi m thiểu các chỉ số
SAIDI/SAIFI/MAIFI góp phầnăđ m b o chỉ tiêuăđ tin c y củaăl iăđiện.
6. C UăTRỎCăC AăĐ ăTẨI
-

Đề tàiăđ ợc tổ chức gồm cóăcácăch ơng,ăcácăphầnănh ăsau:ă

Tr c tiên, phần m đầu gi i thiệu về lý do ch năđề tài, mụcăđíchănghiênă
cứu,ăđốiăt ợng và ph m vi nghiên cứu củaăđề tài,ăph ơngăphápănghiênăcứuăvàăýănghƿaă
khoa h c và thực tiễn củaăđề tài.
tr

- Ch ơngă1ăgi i thiệu chung về tình hình thực tiễn, tính cấp thiết củaăđề tài, các
ng hợp lỗi x y ra trong thực tế vàăcácăph ơngăphápăch năđoánălỗiătrongăl iăđiện

phân phối.
- Ch ơngă2ămôăhìnhătoánăh c củaăl iăđiện phân phối gồm xây dựng mô hình
toán h c cho m tăl iăđiện phân phối cơăb n, mô hình toán h c củaăl iăđiện khi có sự


3
cố (lỗi), kết qu mô phỏngăđápăứng củaăl
cácăđápăứng lỗi và sự nhăh
-

ngăđếnăl

iăđiện v iăcácătr

ng hợp lỗi và phân tích

iăăđiện.

Ch ơngă3ăđề xuất thu t toán tự đ ng ch năđoánălỗi.

- Ch ơngă4ămôăphỏng kiểm chứng v iătr ng hợpăch a có lỗi,ătr ng hợp có
lỗi và thu t toán tự đ ngăđ aăraăthôngătinăvề lỗi. Phân tích các kết qu mô phỏng và kết
lu n,ăh

ng phát triển và kiến ngh .


4
CH

NGă1:

TỔNG QUAN V CH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

IăĐI N PHÂN PH I

1.1 TÌNHăHÌNHăTH CăTI N
l

Hiện nay, việc v n hành tin c yăl iăđiện phân phối là bài toán nan gi iăđối v i
iăđiện Qu ng Ngãi nói riêng và Việt Nam nói chung. Phần l n các vấnăđề phát sinh

lỗi và lo i trừ lỗi trong hệ thống phân phốiăch aăđ ợc kiểm soát và thực hiện có hiệu
qu .
V i 3.200km chiềuă dàiă l iă điện 22/35kV hiệnă nayă Côngă tyă Điện lực Qu ng
Ngãi qu nălýăcóăđến 2/3 khốiăl ợngă đ ngă dâyă điăquaăkhuăvựcăđồi núi và rừng cây
nguyên liệu giấy, việc qu n lý v n hành rất phức t p.ăBàiătoánătìmăđiểm lỗi trên hệ thống
phân phối hiệnănayăluônălàăđề tàiăgâyăkhóăkhĕnănhất. Có nhữngătr ng hợp lỗi ph i mất
rất nhiều th iăgianăđể phát hiện và tiếp c n xử lý.ăCácăđ ngădâyăđ căđ o cấpăđiện cho
khu vực miền núi tỉnh Qu ngăNgưiănh :ăBaăTơ,ăSơnăTây,ăTâyăTrà…ătr iădàiăhơnă40kmă
có những lúc ph i ngừng cung cấpăđiệnăđến 16 gi để gi i quyết vấn đề tìm kiếm, xử lý
sự cố. Việc ngừng cung cấpăđiện và chấtăl ợngăđiệnănĕngăkémăchoăm t khu vực r ng
l n nhăh
bàn.

ng rất nhiềuăđến ho t đ ng s n xuất kinh doanh, an ninh chính tr trênăđ a

Hiện nay, hệ thống SCADA/DMSăđưăđ aăvàoăho tăđ ng v i mục tiêu xây dựng
l iăđiện thông minh t iăđ aăph ơng.ăTuyănhiênăcácăthôngătinăghiănh n sự cố đầu nguồn
từ b n tin của các RC, các thiết b đoăxa không gi i quyếtăđ ợc vấnăđề nhanh chóng lo i
trừ sự cố b i các yếu tố bấtăđ nh trong hệ thống và các sai số luôn hiện hữuătrongăl
điện phân phối do tính phức t p, thiếuăđ ng b đặc thù củaăl iăđiện này.
Trong hầu hếtătr

i

ng hợp, sự cố điện biểu hiện tổnăth ơngăcơăh c và ph iăđ ợc

sửa chữaătr c khi cấpăđiện tr l i. Việc phục hồi có thể đ ợc gi i quyết nhanh nếu v
trí của do sự cố đ ợc biếtăđến hoặc có thể đ ợcă c tính v iăđ chính xác hợp lý.
Đ nh v sự cố đ ợcă

c tính cho c hai tình trang sự cố duy trì và thoáng qua.

Nói chung, sự cố thoáng qua gây thiệt h i nhỏ đóăkhôngăph i là dễ dàng có thể nhìn
thấyăđể tìm kiếm.ăĐ nh v sự cố giúpăxácăđ nh v trí sự cố để s m xử lýăngĕnăchặn tái
diễn và thiệt h i l n.
Ph ơngăphápă“cổ điển” củaăđ nh v sự cố là kiểm tra trựcăquan.ăCácăph ơngăphápă
(đ ợcăđề xuất trong hồ sơăhoặc thực hiện trong thực tế)ă c tính v trí của sự cố l i
điện bao gồm sử dụngăđiện áp và dòngăđiệnăđoăđ ợc
củaăđ ng dây.

m t hoặc c hai thiết b đầu cuối


5
Cácăph ơng pháp có thể đ ợc chia thành ba lo i:ăph ơngăphápănàyădựa trên sóng
truyền,ăph ơngăphápăsử dụng thành phần tần số cao củaădòngăđiệnăvàăđiệnăáp,ăph ơngă
pháp sử dụngăđiện áp và dòngăđiện tần số cơăb năđoăđ ợc t i thiết b đầu cuối của m t
đ ngădây.ăPh ơngăpháp tr kháng tr trên phổ biếnăhơnătrongăsố cácăcôngătyăđiện lực,
b i vì chúng dễ dàng thực hiện.ăCácăph ơngăphápătrongăthể lo i này có thể đ ợc chia
thành hai phân lo i:ăph ơng pháp sử dụngăcácăphépăđoătừ m t thiết b đầu cuối của
đ ngădâyăvàăph ơngăpháp sử dụngăcácăphépăđoăđ ợc thực hiện từ hai thiết b đầu cuối.
đ

Nhiềuăph ơngăphápăđưăđ ợc đề xuấtătr căđâyăchoăviệcă c tính v trí sự cố trên
ng dây phân phối t i hình tia. Nhữngăph ơngăphápănàyăkhiăđ ợc sử dụng cho các

đ

ng dây phân phối dễ b sai số b iătínhăđồng nhất củaăđ

ng dây, sự hiện diện của

nhánh rẽ và nhánh phụ t i.
Có thể phân lo i các lỗi/sự cố theo mứcăđ và nhăh
phân phối:

ng hiệnănayătrênăl

iăđiện

- S c ph n tử: là sự kiện m t hoặc nhiều trang thiết b trong hệ thốngăđiện
phân phốiădoătácăđ ng từ m t hoặc nhiều nguyên nhân d năđến ho tăđ ng không bình
th ng, gây ngừng cung cấpăđiện hoặc mất ổnăđ nh, mấtăanătoànăvàăkhôngăđ m b o chất
l ợngăđiệnănĕngăcủa hệ thốngăđiện.
- S c nghiêm tr ng: là sự cố gây mấtăđiện trên diện r ng hoặc gây cháy, nổ
làm tổn h iăđếnăng

i và tài s n.

- Ch đ s c kh n c p:Tần số,ăđiện áp hệ thốngăv ợt ra ngoài ph m vi cho
phép của chế đ v năhànhăbìnhăth ngănh ngănằm trong d i tần số,ăđiện áp cho phép
đối v iătr ng hợp x y ra sự cố m t phần tử trong hệ thống; mức mang t i của bất kỳ
thiết b điệnănàoătrongăl iăđiện truyền t i hoặc thiết b điệnăđấu nốiăvàoăl iăđiện truyền
t iăv ợt quá giá tr đ nh mứcănh ngăd
sự cố do quá t i

i 110% giá tr đ nh mức mà thiết b này khi b

- Ch đ s c c c kỳ kh n c p: Hệ thốngăđiện truyền t i VH

chế đ cực kỳ

kh n cấp khi tồn t i m tătrongăcácăđiều kiện sauăđây:

✓ Mức mang t i của bất kỳ thiết b nàoătrongăl iăđiện phân phối hoặc thiết b đấu
nối v iăl iăđiện phân phốitr ên 110% giá tr đ nh mức mà thiết b này khi b sự cố do
quá t i có thể d năđến tan rã từng phần hệ thốngăđiện.

✓ Khiăl iăđiện phân phối đangă chế đ v n hành kh n cấp, các biệnăphápăđ ợc
thực hiệnăđể đ aăhệ thống về tr ng thái v n hành ổnăđ nh không thực hiệnăđ ợc d n
t i hiệnăt ợng tan rã từng phần hệ thống,ătáchăđ o hoặc sụpăđổ điện áp hệ thống.


6

Lỗi

Hình 1.1 nh hưởng của lỗi/sự cố đối với hệ thống điện phân phối
Th i gian mấtăđiện kéo dài do việcăphânăđo n tìm sự cố d năđến chỉ số đ tin c y
cung cấpăđiện hiện nay thu c h ng thấp nhất khu vực và trên thế gi i,ăđặc biệt là chỉ số
SAIFI và SAIDI.

Số liệu năm 2017 - Qu ng Ngãi SAIFI: 551 (phút/kh); SAIDI: 14 (lần/kh)
- Bình quân CPC: 578 (phút/kh); SAIDI: 15 (lần/kh)
Hình 1.2 Chỉ số SAIFI, SAIDI t i Qu ng Ngãi, CPC, Nhật B n và các nước.


7
L

iăđiện phân phối sử dụng các phần tử b o vệ đ ợc phổ biến gồm cầu chì tự

rơiă(FCO)ăvàăcácămáyăcắt có kh nĕngătự đóngăl iă(RC)ăđ ợcăcàiăđặt các thông số b o
vệ đ nh s n sử dụngănh ăm t công cụ để lo i trừ điểm lỗi.
Việcăxácăđ nh chính xác v trí và nguyên nhân lỗiăth ng gặp rất nhiềuăkhóăkhĕn.ă
Nhữngă thôngă tină bană đầuă liênă quană đến sự cố thu th p từ b nă tină rơle,ă từ hệ thống
SCADAă th ng có sự sai lệch hoặcă khôngă đầyă đủ, những sự cố khó phát hiệnă nh ă
phóngăđiện do suy gi măcáchăđiện, các sự cố “thoángăqua”ădoăvaăquẹt…ăTừ đóăviệc lo i
trừ và xử lý nhanh lỗi là yêu cầu l n trong qu n lý v năhànhăl i điện.
Bên c nhăđó,ăcácătrungătâmăđiều khiển từ xa hệ thốngăl

iăđiệnăđể phục vụ công

tác qu n lý v năhànhă(SCADA)ănh ălàăm t gi iăphápăđể v năhànhăl iăđiện m t cách
thông minh. Tuy nhiên, thực tế v n hành hệ thống SCADA hiện hữu và các chứcănĕngă
b o vệ rơ-leăđangăkhaiăthácăsử dụng các công cụ giám sát, thu th p dữ liệuăvàăđiều khiển
thao tác từ xa. Ch aăkhaiăthácăchứcănĕngăyêuăcầu lo i trừ lỗi/sự cố l iăđiện m t cách
ch n l c và ch năđoánăv trí lỗi m t cách chính xác [10].
1.2 CỄCă TR
NGă H Pă L I/S ă C ă PHỔă BI Nă TRONGă TH Că T ă
V NăHẨNHăL
IăĐI NăPHỂNăPH I
1.2.1 L i do suy gi măcáchăđi n
Các phần tử cáchăđiện kém chấtăl ợng hoặc suy gi m theo th iăgianăvàăđiều kiện
v n hành d năđến tình tr ng rò hoặc trực tiếpăphóngăđiện gây lỗi.

Hình 1.3 Suy gi m cách điện chuỗi polymere và sứ FCO
1.2.2 L i do vi ph m hành lang b o v anătoƠnăl

iăđi n

Lỗi phổ biếnădoăl iăđiện phân phốiăđiătrongăkhuăvực trồng cây nguyên liệu giấy,
bênăđ ng giao thông b nhăh ng b iăcácăph ơngătiệnăcơăgi i,ăph ơngătiện thi


8
côngăcácăcơăs h tầng.

Hình 1.4 Phương tiện cơ giới và cây trồng vi ph m kho ng cách gây sự cố
1.2.3 L i do ti p xúc kém t iăcácăđi măđ u n i
Các v tríăđấu nối b lão hóa hoặc thực hiệnăkhôngăđúngăk thu t là nguyên
nhân chủ yếu d năđến lỗi từ lý do phát nóng do tiếp xúc kém. Trongăcácătr ng hợp
vày, việc phát hiện và lo i trừ th ng mất rất nhiều th i gian.

Hình 1.5 Phát nhiệt do tiếp xúc kém t i busin MBA và kẹp cáp ngầm
1.2.4 Lỗi do hiện tượng thời tiết cực đoan
Th i tiết cựcăđoană khu vực miềnătrungăth

ng xuyên gây sự cố l

i điện: m t


9
đ giôngăsétădàyăđặc các th iăđiểm từ thángă5ăđến tháng 8 và tố lốc,ăm aăbưoăvàoăth i
điểmăthángă9ăđến tháng 12.

Hình 1.6 Mưa bão làm cây quẹt vào lưới điện và giông sét
1.2.5 Lỗi do động vật, bò sát gây ngắn mạch
Bò sát và chim là nhân tố chiếm m t phần không nhỏ của nguyên nhân gây nên

sự cố thiết b vàăđ

ng dây.

Hình 1.7 Động vật, bò sát gây ngắn m ch pha-pha, pha-đất
1.2.6
Lỗi do quá tải đường dây/trạm biến áp phân phối, thi công lắp đặt
không đảm bảo kỹ thuật, …


10

Hình 1.8 Phát nhiệt, tổn thương dây dẫn do quá t i, buộc cổ sứ sai kỹ thuật
1.3. M TăS ăPH
PHỂNăPH I.
1.3.1 Ph

NGăPHỄPăCH NăĐOỄNăL IăTRONGăL

ngăphápăgi i tích d aăvƠoăph

IăĐI Nă

ngătrìnhăTelegrapher

Ph ơngăphápănàyă dựaăvàoăđặcătínhăđiệnăápăvàădòngăđiện là hàm theo kho ng
cách củaăđ
đ

ng dây và th i gian. Những thông số này có quan hệ v i thông số của

ngădâyădoăđóănênăg iălàăph ơngătrìnhăTelegrapher
∂v
∂x

+l

∂i

∂t

= −Ri ,

C

∂v
∂x

+

∂i

∂t

= −Gv

V iăR,ăl,ăG,ăCălàăđiênătr ,ăđiện c m,ăđiện d năvàăđiện dung củaăđ
m tăđơnăv chiều dài.

Hình 1.9. Sơ đồ phương trình Telegrapher

(1.1)
ng dây trên


11
Có thể gi iăph ơngătrìnhătrênăbằngăcácăđiều kiệnăbiênănh ăHìnhă2.1ăv i thay thế
=√ �+ � / �+ �

� , cách gi i là:

gi i là:

[

và � = √ � + � × � + �

cosh ��
��
]=[
sinh �� /
��

, �� = � và �� =

sinh �� �
][ ]
�
cosh ��

(1.2)

V iăđiều kiện biên củaăđầu gửi, �� = � và �� = � (L là tổng chiều dài), l i
cosh � � − �
��
[ ]=[
−sinh � � − � /
��

−

sinh � � − � �
][ ]
�
cosh � − �

(1.3)

V i việc ngắn m ch x y ra t iăđiểmăF,ăcáchăđầu nh năDăkm.ăĐ ng dây doăđóă
đ ợc chia thành hai phầnăđồng nhất. Phầnăđầu từ đầuăphátăđến F, SF v i chiều dài (LD) km. Phần thứ hai từ đầu nh năđến F, RF v i chiều dài D km. Hai phầnăđ ng dây
có thể coiănh ăhaiăđ ng dây hoàn chỉnh.ăNghƿaălàăđiện áp t i bất kỳ điểm nào trên
đ ngădâyăcũngălàăhàmăđiệnăápăvàădòngăđiện t i cuốiăđ ng dây trong tr ng thái bình
th ng.ă Hơnă nữa, t iă điểm ngắn m chă Fă điệnă ápă đ ợc diễn t qua hai t p dữ liệu
(V , I

và (V , I

làăt ơngăđ

ng.ăDoăđó,ătừ ph ơngătrìnhă(1.2)ăhoặcă(1.3),ăđiện áp t i

điểm ngắn m chăcáchăđầu cuối D km có thể diễn t nh ăsau:
�� = cosh(�

� +

�� = cosh(� � −

sinh(�
� -

�

sinh(� � −

(1.4)
�

V i �� làăđiện áp t iăđiểm F, gi iăph ơngătrìnhă(1.4)ăchoăkết qu kho ng cách D

nh ăsau:

D = tanh− (A / B)

(1.5)

γ

V i:

A = cosh(�� � +

B =�

sinh(�� � − � ,

+ sinh(�� � −

cosh �� �

(1.6)

Ph ơngăphápăsử dụng thiết b phát sóng kết hợp biếnăđổi wavelet:
Ph ơngăphápănàyăsử dụng thiết b phát sóng có cấu t oănh ăsau:ăTụ điện C tích
điện b i biến áp tự ng u.ăKhiăđiệnăápăđủ l n,ăphóngăđiện qua khe h G, tụ điện C phóng


12
điện vào cáp. Do tín hiệuăphóngăđiăđ ợc truyềnăđếnăđiểm ngắn m ch rồi ph n hồi tr
l i, nên điểm ngắn m ch sẽ xácăđ nhăđ ợc bằng th i gian truyềnăxungănày.ăPh ơngăphápă
này thích hợp v i việcăxácăđ nh nhữngătr ng hợp ngắn m chăcóăđiện tr ngắn m ch
cao.

Hình 1.10. Sơ đồ m ch của thiết bị phát sóng
V i:
T1: Biến áp tự ng u
T2: Biếnăápătĕngăáp
D: Chỉnhăl uăsiliconăcaoăáp
R:ăĐiện tr b o vệ
G: Khe h

L: Biến dòng tuyến tính
Sử dụng ph ơng pháp này về nguyên lý rấtă đơnăgi nănh ngăthực tế song thu
đ ợc có rất nhiều nhiễu. Sử dụngăph ơngăphápăbiếnăđổi Wavelet, đâyăchínhălàăđể
gi m thiểu chấtăl ợng nhiễu này. Việc áp dụng cụ thể dựa trên việc phân tích cấu trúc
sóng thành nhiều thành phần theo tần số và th i gian. Thông qua việc sử dụng b l c
để đ tăđ ợc kết qu mong muốn.
1.3.2 Ph

ngăphápăNOVOSEL

Cách tiếp c n này [17] là áp dụng cho bất kỳ lo i sự cố bao gồm các lo i sự cố:
m t pha ch măđất, pha-pha, 2 pha ch măđất, 3 pha.

Hình 1.11. Sơ đồ của một phần m ng lưới phân phối bị sự cố,
trong đó t i khai thác Ztap được gộp với trở kháng t i Zload.


13
Mặcădùăcùngăcĕnăcứ toán h c,ăph ơngăpháp thứ nhất sử dụng m t phép lặpăđơnă
gi nătrongăkhiăph ơngăphápăthứ hai sử dụng các tính toán phức t păhơnănh ngăkhôngă
yêu cầu lặp. M t thu n lợi quan tr ng củaăph ơngăphápăsử dụng trong nghiên cứu này
làă c tính v trí sự cố không b nhăh ngădoătácăđ ng l n nhau củaătràoăl uăt iăvàăđiện
tr sự cố và không yêu cầu bất kỳ cấu hình biến áp phân phốiăđặc biệt.
Ph ơngăphápăvàăhệ thống này tính toán tr kháng t i Zload và tr kháng nguồn
Zs.ăPh ơngăphápănàyăsử dụng mô hình m ngăl i phân phốiănh ăminhăh a trong hình
1.11.ăTrongăsơăđồ này, Zload đ ợc g p tất c các t i gồm tr kháng t i Zrload và Ztap
(hình 1.12).
Hình 1.12 và 1.13 làăcùngăphânătíchăsơăđồ m t sợi của hình 1.11. Hình 1.12 mô
t cácăđiều kiệnătr c sự cố đ ợc hiện diệnătr c khi sự cố x y ra. Hình 1.13 minh h a
m t hệ thống xếp chồng chỉ cóăđiệnăápăvàădòngăđiện khi sự xuất hiện sự cố.

Hình 1.12. Sơ đồ minh họa các điều kiện trước khi sự cố của hệ thống
Trong hình 1.12, Vps làăđiệnăápătr
nguồn cấpătr

c khi sự cố do nguồn cung cấp, Ips là dòng

c khi sự cố, và Vload làăđiện áp qua t iătr

c khi sự cố.

Trong hình 1.13,ă∆Is là sự biếnăđổi dòng khi sự cố và bằng Isf - Ips .ă∆Vs là sự
biếnăđổi áp khi sự cố và bằng Vsf - Vps. Hình 1.12 có vai trò chủ yếu trong việc tìm
hiểuăcácăph ơngăphápăvàăhệ thống của nghiên cứu này.

Hình 1.13. Sơ đồ những thay đổi do sự cố của hệ thống hình 1.11.


14
Cácăph ơng pháp này xácăđ nh v trí sự cố vàăđiện tr sự cố hoàn toàn dựa trên
giá tr biếtătr c và các giá tr đoăt i tr m biếnăáp.ăĐiệnăápăvàădòngăđiệnătr c và khi sự
cố đoăđ ợc t i các tr m biếnăápăđ ợc sử dụngăđể tính toán những tr kháng vì tr kháng
hệ thống bằngăđiện áp phứcăchiaădòngăđiện phức.
Từ hình 2.3, tr kháng Zload g p t i khai thác và t i ngoài v trí sự cố vào m t.
Nh ăđưăđề c p t i tr kháng Zrload và Ztap l năhơnănhiều so v i tr khángăđ
Zload tr khángăđ ợcătínhănh ăsau:
Zload =

Vps
I ps

− Z L1

ng dây.

(1.7)

TrongăđóăăVps và Ips đ ợcăđoăt i các tr m biến áp. Tr kháng Zload kết hợp tất
c các t i khai thác giữa tr m biến áp và t i phía sau sự cố.ăNh ăv y,ăph ơngăphápănàyă
cho phép bù t i trong hệ thống. Tr kháng t i Zload có thể đ ợc tính bằng cách sử dụng
giá tr thứ tự thu n tr c sự cố nh ăsau:
Zload = Zload1 =

Vps1
I ps1

− Z L1

(1.8)

TrongăđóăVps1 và Ips1 làăđiệnăápăvàădòngăđiện thứ tự thu n. B đ nh v sự cố
th ngăđ ợc cung cấp trong tr m biếnăápăvàălàăđiểm mà t iăđóăVsf, Isf, Vps và Ips đ ợc
đo.ăTr khángăđằng sau v trí sự cố đ ợc tính bằng cách sử dụngăđiệnăápăvàădòngăđiện
tr

c sự cố đ ợcăđoăt i tr m biếnăáp.ăNh ăv y, tr kháng sau v trí sự cố Zs là:
Zs = −

Vs
I s

(1.9)

Trongăđóă∆Vs = Vsf - Vps vàă∆Is = Isf - Ips . Giá tr điệnăápăvàădòngăđiện thứ tự
thu nătrongăph ơngătrìnhă(1.9)ănênăđ ợc sử dụng cho tất c các sự cố. Ngoài ra, giá tr
từ m ng thứ tự ngh ch có thể đ ợc sử dụng cho những sự cố không cân bằngăđể làm
gi m các vấnăđề đ nh yăđối v iătr ng hợp có sự khác biệt nhỏ giữa các giá tr thứ tự
thu nătr

c và trong khi sự cố.

căl ợng v trí sự cố bằng cách sử dụng các giá tr Zload và Zs theo các nguyên
tắc củaăph ơngăphápăđiện kháng,ănh ngăđ aăvàoăxemăxétăm chăt ơngăđ ơngătr c sự
cố của hình 1.11 và m chăt ơngăđ ơngăv i hệ thống xếp chồng của hình 1.12. B i vì
dòng t iătr c sự cố t ơngăđ ơngăv i dòng nguồnătr c sự cố ∆Is=Isf - Iload . Từ hình
1.2 sự cố gây ra sự thayăđổiătrongădòngăđiện nguồnălàă∆Is=ds.If trongăđóăds là hệ số
phân phối dòng. Hệ số phân phối mô t sự thayăđổi tổng hợpădòngăđiện nguồn từ dòng


15
sự cố If và dòng t iăđiểm sự cố vàădoăđóăsẽ đ aăvàoătínhătoánădòng t i trong m ng phân
phối.
Từ m chăt ơngăđ ơngăcủa hình 1.11, Zmeas đ ợcătínhănh ăsau:
V
Zmeas =  sf
I
 sf

I


 = mZ L1 + R f  f

I
 sf


vì rằng:
ds =

và ns đ ợc mô t là:
ns =

I sf
Is






I s
If

= ns   s

(1.10)

(1.11)

(1.12)

Vì v y, thay thế ds và ns vào tr kháng có nguồn gốc từ m chăt ơngăđ ơngăhìnhă
2.1 củaăph ơngătrìnhă(2.4),ătaăcóăđ ợc:
Zmeas =

I
Vsf
= mZL1 + Rf  f
I
I sf
 sf


 = mZL1 + Rf * 1 * 1

d s ns


(1.13)

Gi iăph ơngătrìnhă(2.7)ăchoămăđể xácăđ nh v trí sự cố.
Ph ơngă phápă nàyă đưă đ ợc thử nghiệm trên mô hình EMTP của m tă điển hình
m ng phân phối (Duke Power, 12,47 kV, ba pha, 4 dây) v i kho ngă200ătr

ng hợp sự

cố doăđ aăđiểm sự cố (trục chính và nhánh rẽ),ăđiện kháng sự cố vàăgócăbanăđầu sự cố
khác nhau. Kết qu ví dụ đ ợc hiển th d

iăđây,ătrongăđóămă[%]ăđ ợc tính toán v trí

sự cố
B ng 1.1. Kết qu thử nghiệmăph ơngăpháp Novosel

1.3.3 Ph

ngăphápăch năđoánălo i trừ l i h th ngăđi n ng d ng h chuyên

gia k t h p logic m .
1.3.3.1 Mô tả vấn đề


16
Đaăsố các sự cố xuất tuyến gây ra b iăđiều kiện th i tiếtă(nh ăm aăgió,ăsét,ălốc
xoáy, bão). M tăđặcăđiểm củaăl iăđiện phân phối,ăđặc biệt là các vùng nông thôn, là
các xuất tuyếnăth ng b sự cố và gây tốn nhiều th iăgianăvàăkhóăkhĕnăđể xácăđ nhăđ a
điểm sự cố.ăNh ăcácătr ng hợp: số l ợng l năcácăđ ng dây trên không, những cánh
rừng, kho ng cách dài, xuất tuyến v n hành tia và m ngătrungătínhăcáchăđất. Cuối cùng
nhữngăđiều này gây ngắn m ch và các hiệnăt ợng ch măđấtăkhácănhau.ăTrongătr ng
hợp của hình 3.1 - ví dụ về m t xuất tuyến của Phần Lan. Xuất tuyến chỉ đ ợc b o vệ
máy cắt t i tr m biến áp nguồn. Không có cầu chì hoặc sectionalisers tự đ ng khác d c
các xuất tuyến. Trong các khu vực nông thôn, xuất tuyến có thể bao gồm hàng chục km
củaăđ

ng dây [3].

Hình 1.14. Ví dụ một xuất tuyến phân phối.
Nhânăviênăđiều hành t iăcácătrungătâmăđiều khiển ch u trách nhiệmăđ nh v sự cố
và phục hồi m ng. Ho tă đ ng của h đ ợc dựaă trênă thôngă tinăthuă đ ợc từ hệ thống
SCADA,ăsơăđồ m ng và kinh nghiệm củaămìnhăđó là tầm quan tr ng sống còn. Các

nhânăviênăđiều hành có nh n thức về sự phụ thu c giữa các lo i sự cố,ăđ a điểm, th i
tiếtă khácă nhauă vàă điều kiệnă môiătr ng.ă Choă đếnă nayă cácă nhână viênă điều hành bình
th ng chỉ biết sự cố xuất tuyến nh năđ ợc từ SCADA. Quáătrìnhăđ nh v sự cố th ng
đ ợc thực hiện bằng cách sử dụngăcácăph ơngăphápăthử nghiệm, mà là dựa trên thao
tác dao cách ly và máy cắt của xuất tuyến sự cố.
Sự phát triển nhanh chóng tự đ ng hóa phân phốiătrongăvàiănĕmăquaăđưăc i thiện
đángăkể kh nĕngăđiềuăhànhătrongăđể ho tăđ ng trong tình huống sự cố. Dao cách ly
điều khiển từ xaăđưăđ yănhanhăquáătrìnhăđ nh v sự cố. Các b phát hiện sự cố đưăđ aă