Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới phân phối: luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trƣơng Việt Anh,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện
quyển luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện- Điện Tử
Trƣờng Đại Học Lạc Hồng, các cán bộ Khoa Sau Đại Học đã giúp đỡ
tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo
mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và ngƣời thân đã luôn ở
bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này.
Tác giả

Cao Minh Hiếu


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 chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp Biên Hòa, ngày … tháng …năm 2017
Tác giả

Cao Minh Hiếu


TÓM TẮT
Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quan trọng trong lƣới phân
phối với đặc trƣng nhiều đoạn dây dẫn nối tiếp nhau. Thời gian xác định vị trí ngắn
mạch càng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bình

thƣờng trên lƣới càng nhanh chóng và thuận tiện. Vấn đề này đặc biệt hữu ích đối với
các vùng có địa hình khó khăn hay các đƣờng dây ngầm mà lƣới điện phân phối đi qua
khi hầu nhƣ không thể quan sát đƣợc bằng mắt thƣờng.
ể thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên lƣới cáp ngầm phân
phối, nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây dựng dựa trên các
nghiên cứu này đƣợc chế tạo để xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm. Thống kê các
nghiên cứu đã đƣợc thực hiện từ trƣớc đến nay trong l nh vực phát hiện vị trí ngắn
mạch đƣợc phân thành ba phƣơng pháp chính đó là phƣơng pháp bơm xung phản xạ
vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch theo các nghiên cứu trong
tính toán vị trí ngắn mạch theo nghiên cứu trong

, phƣơng pháp

, phƣơng pháp dùng phân tích sóng

d ng điện và điện áp tần số cao theo các nghiên cứu trong
và

và

- . ác nghiên cứu trong

ch đƣợc thực hiện bằng các máy phát xung chuyên dụng có tần số cao và

ch xác định đƣợc vị trí ngắn mạch sau khi đã cô lập lƣới điện. iều này làm tăng thời
gian mất điện, giảm chất lƣợng cung cấp điện và phải đầu tƣ khá lớn cho máy tạo xung
công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị đo lƣờng chất lƣợng tốt với tần số đo lớn
rất mắc tiền. Phƣơng pháp đƣợc đề xuất trong

sử dụng phƣơng pháp giải lặp nên sai

số tính toán khá cao. ác nghiên cứu trong

yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số

-

cao với độ phân giải lớn nên thiết bị phải đƣợc thiết kế với yêu cầu k thuật khắt khe
làm tăng giá thành thiết bị.
Qua phân tích về các giải thuật xác định vị trí ngắn mạch đã đƣợc thực thi, với
tính chất thuần trở của điện trở hồ quang đƣợc kh ng định trong

, luận văn đề xuất

một phƣơng pháp xác định vị trí ngắn mạch dựa trên phƣơng pháp tổng trở kết hợp với
đặc tính thuần trở của điện trở ngắn mạch.


MỤC LỤC
LỜI AM OAN
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
MỤC LỤC CÁC HÌNH
PHẦN 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 1
1. ặt vấn đề ........................................................................................................................ 1
2. Nhiệm vụ của luận văn .................................................................................................... 2
3. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................................... 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................. 3
5. iểm mới của luận văn .................................................................................................... 3

6. Giá trị thực tiễn của đề tài ............................................................................................... 4
7. Nội dung luận văn ........................................................................................................... 4
PHẦN 2: NỘI DUNG ......................................................................................................... 5
HƢƠNG : TỔNG QUAN ............................................................................................... 5
1.1 Tính cần thiết ................................................................................................................. 5
1.2 Cáp ngầm điện lực ......................................................................................................... 6
1.2.1 Cấu tạo cáp ngầm điện lực ..................................................................................... 6
1.2.1.1 Dây dẫn điện ................................................................................................... 7
1.2.1.2 Chất cách điện ................................................................................................. 7
1.2.1.3 Màn bảo vệ...................................................................................................... 9
1.2.1.4 Vỏ cáp ............................................................................................................. 9
1.2.2 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đƣờng dây trên không.................................. 10
. . . Ƣu điểm của cáp ngầm điện lực ................................................................... 10
. . . Nhƣợc điểm của cáp ngầm điện lực ............................................................. 11
1.2.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiện nay ............................................... 12
. Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực ........................................................................... 12
1.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm ........................................................ 12
1.3.2 Các loại sự cố ngắn mạch cáp ngầm .................................................................... 14
1.3.2.1 Ngắn mạch một pha chạm đất ...................................................................... 14


1.3.2.2 Ngắn mạch hai pha chạm đất ........................................................................ 15
1.3.2.3 Ngắn mạch ba pha chạm đất ......................................................................... 16
1.4 Nhận dạng các dạng ngắn dạng cáp ngầm điện lực .................................................... 17
. Hồ quang điện .............................................................................................................. 18
1. . Hiện tƣợng hồ quang điện .................................................................................... 18
. . . Khái niệm chung ........................................................................................... 18
. . . Quá trình phát sinh hồ quang ........................................................................ 18
. . . Quá trình dập tắt hồ quang ............................................................................ 20
1. . Hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch cáp ngầm ................................................ 20

. .

iện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch ................................................... 21

1.6 Các nghiên cứu khoa học liên quan ............................................................................. 22
.6. Phƣơng pháp xung phản xạ .................................................................................. 22
.6. Phƣơng pháp tổng trở ........................................................................................... 24
.6. Phƣơng pháp phân tích sóng truyền ..................................................................... 25
. Hƣớng nghiên cứu của luận văn .................................................................................. 27
HƢƠNG : PHƢƠNG TRÌNH TOÁN .......................................................................... 28
. Phƣơng trình tổng trở các thành phần trong lƣới điện ................................................ 28
. . Tổng trở đƣờng dây điện ...................................................................................... 28
2.1.2 Tổng trở đƣờng dây cáp ngầm điện lực ............................................................... 29
2.1.3 Tổng trở phụ tải ba pha ........................................................................................ 30
. Tính toán d ng điện và điện áp trên lƣới điện phân phối. ........................................... 30
. . Tính toán d ng điện đổ vào một đoạn dây phân phối .......................................... 31
. . Tính toán điện áp tại nút phụ tải trên lƣới điện phân phối ................................... 32
2.3 Tính toán tổng trở ngắn mạch khi biết vị trí ngắn mạch ............................................. 33
. Phƣơng pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm đƣợc đề xuất ................................ 33
2.4.1 Các kết quả tính toán kiểm nghiệm ...................................................................... 33
2 .4.2 Các minh chứng khoa học liên quan ................................................................... 35
. .

ề xuất phƣơng pháp định vị trí sự cố ngắn mạch cáp ngầm dựa trên tổng trở

có xét đến điện trở ngắn mạch ........................................................................................... 35
. Lƣu đồ và giải thuật tính toán mô phỏng .................................................................... 36
. . Lƣu đồ tính toán cho chƣơng trình chính ................................................................. 37

. . Lƣu đồ chƣơng trình con tính toán vị trí và điện trở sự cố .................................. 38
2.6 Phƣơng pháp lọc nhiễu trong tín hiệu đo .................................................................... 40
2.6.1 Phép biến đổi Fourier ........................................................................................... 40
2.6.2 Phƣơng pháp bình phƣơng cực tiểu...................................................................... 41
2.6.3 Phƣơng pháp bình phƣơng cực tiểu Levenberg-Marquardt. ................................ 42
2.6.4 Ứng dụng LM trong nhận dạng thành phần tần số cơ bản ................................... 44
hƣơng : M HÌNH H A V M PH NG ................................................................. 46
3.1 Mô tả lƣới điện phân phối cần mô phỏng .................................................................... 46
. Mô hình hóa các khối trong lƣới điện phân phối đƣợc mô phỏng .............................. 48
. . Khối nguồn phát điện ........................................................................................... 48
. . Khối đƣờng dây .................................................................................................... 51
. . Khối phụ tải .......................................................................................................... 52
. . Khối sự cố ngắn mạch .......................................................................................... 54
. . Kết nối các khối trong mạch mô phỏng ............................................................... 55
3.3 Thiết kế giao diện chƣơng trình ƣớc lƣợng vị trí ngắn mạch cáp ngầm ..................... 56
3.3.1 Giao diện chƣơng trình tạo sự cố ngắn mạch....................................................... 56
3.3.2 Giao diện chƣơng trình ƣớc lƣợng vị trí ngắn mạch ............................................ 57
3.4 Mô phỏng định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm lƣới điện phân phối ........................... 58
3.4.1 Khi dự báo chính xác phụ tải trên lƣới điện phân phối ........................................ 58
. . . Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ............................................................. 58
. . . Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất .............................................................. 59
. . . Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ................................................................ 60
3.4.2 Khi dự báo phụ tải trên lƣới điện phân phối có sai số 10% ................................. 61
. . . Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ............................................................. 61
. . . Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất .............................................................. 62
. . . Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ................................................................ 63
3.4.3 Khi dự báo phụ tải trên lƣới điện phân phối có sai số 20% ................................. 64
. . . Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ............................................................. 64
. . . Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất .............................................................. 65
. . . Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ................................................................ 66

3.4.4 Khi dự báo phụ tải trên lƣới điện phân phối có sai số 30% ................................. 67


. . . Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ............................................................. 67
3.4.4. Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất .............................................................. 68
3.4.4. Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ................................................................ 69
. Nhận xét ....................................................................................................................... 70
hƣơng : KẾT LUẬN V HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 72
4.1 Các vấn đề đƣợc thực hiện trong luận văn .................................................................. 72
.

ề nghị và các hƣớng phát triển của luận văn. ........................................................... 72

T I LIỆU THAM KHẢO


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu .................................... 7
Hình 1. 2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cáchđiện XLPE ............................................... 8
Hình 1. 3 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện EPR ................................................. 9
Hình .

ạng sóng d ng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất .................... 14

Hình .

ạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ......................... 15

Hình . 6 ạng sóng d ng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất ...................... 16
Hình .

ạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất .......................... 16

Hình .

ạng sóng d ng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha ...................................... 17

Hình .

ạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha ........................................... 17

Hình 1. 10 Phƣơng thức bơm xung vào cáp ngầm. ........................................................... 23
Hình 1. 11 Dạng sóng xung tới và xung phản xạ .............................................................. 23
Hình 1. 12 Mạch tƣơng đƣơng ngắn mạch một pha chạm đất .......................................... 25
Hình 1. 13 Sự lan truyền sóng cao tần khi có ngắn mạch ................................................. 26
Hình 1. 14 Tín hiệu điện áp tại các bus trong miền thời gian ........................................... 26
Hình 1. 15 Phổ tín hiệu điện áp qua biến đổi wavelet liên tục .......................................... 26
Hình .

Mô hình đƣờng dây có tổng trở tƣơng h ......................................................... 28

Hình .

Lƣới điện phân phối với hai nút phụ tải ............................................................ 31

Hình .

Sơ đồ đƣờng dây có sự cố tại vị trí cách đầu nguồn 1 Km ............................... 34

Hình 2. 4 Phần ảo điện trở ngắn mạch theo các vị trí ngắn mạch giả định khi có sự cố

ngắn mạch tại vị trí 1 Km .................................................................................................. 34
Hình 2. 5 Phần ảo điện trở ngắn mạch theo các vị trí ngắn mạch giả định khi có sự cố
ngắn mạch tại vị trí 2, 3, 4, 5.5 Km ................................................................................... 35
Hình . 6 Lƣu đồ chƣơng trình tính toán sự cố ngắn mạch ............................................... 37
Hình .

Lƣu đồ tính toán vị trí sự cố cho các chƣơng trình con..................................... 39

Hình . Sơ đồ vận hành lƣới điện phân phối Quý ức (878-T19A). .............................. 47
Hình .

Sơ đồ đơn tuyến lƣới điện phân phối cáp ngầm 878-T19A. ............................. 48

Hình .

Mô hình nguồn điện áp cấp cho đƣờng dây truyền tải. ..................................... 49

Hình .

Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha. ................................. 50


Hình .

Mô hình đƣờng dây truyền tải ....................................................................... 51

Hình 3. 6. Giao diện xây dựng các thông số cho đƣờng dây ba pha ............................. 51
Hình 3. 7 Mô hình khối phụ tải ..................................................................................... 52
Hình 3. 8 Giao diện xây dựng các thông số cho khối phụ tải ....................................... 54
Hình .

Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố. ......................................................................... 55

Hình 3. 10 Mô hình hóa mô phỏng lƣới điện phân phối cáp ngầm. .............................. 56
Hình 3. 11 Giao diện chƣơng trình tạo sự cố ngắn mạch. ............................................. 57
Hình .

hƣơng trình tính toán vị trí sự cố ngắn mạch ............................................ 58


MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng .

ảng nhận biết loại sự cố ngắn mạch. .............................................................. 18

Bảng 3.1 Thông số phát tuyến Quý ức (878-T19A). ...................................................... 47
Bảng 3. 2 Thông số cáp ngầm 22 KV XLPE 3M240. ....................................................... 48
Bảng 3. 3 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. ............................................ 59
Bảng 3. 4 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. ............................................. 60
Bảng 3. 5 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. .............................................. 61
Bảng 3. 6 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. ............................................ 62
Bảng 3. 7 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. ............................................. 63
Bảng 3. 8 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. .............................................. 64
Bảng 3. 9 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. ............................................ 65
Bảng 3. 10 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. ........................................... 66
Bảng 3. 11 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. ............................................ 67
Bảng 3. 12 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. .......................................... 68
Bảng 3. 13 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. ........................................... 69
Bảng 3. 14 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. ............................................ 70

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Diễn giải

XLPE

Cross-linked poly ethylen

EPR

Ethylene propylene

DFT

Discrete Fourier Transform

FFT

Fast Fourier Transform

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transform

LM

Levenberg-Marquardt.

THD

Total Hamonic Distorsion

RMU

Ring Main Unit

CB

Circuit Breaker


1

PHẦN 1: GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề
Trong tình hình phát triển hệ thống điện của Việt Nam hiện nay, việc ngầm hóa
hệ thống điện là yêu cầu cấp thiết trong các thành phố. Việc ngầm hóa hệ thống phân
phối điện năng không ch nâng cao độ an toàn của đƣờng truyền dẫn điện mà còn phục
vụ yêu cầu cải trang đô thị vì các đƣờng dây điện trên không là yếu tố không nhỏ gây
mất m quan đô thị với dây điện mắc chằng chịt cùng với đó là hàng loạt các dây viễn
thông ăn theo.
Hiện nay, việc ngầm hóa đƣờng dây phân phối đô thị đang diễn ra nhanh chóng
và ngày càng mở rộng. Cùng với việc dùng cáp ngầm thay thế cho dây dẫn điện trên
không đã nảy sinh yêu cầu đảm bảo yếu tố vận hành an toàn và hiệu quả đƣờng dây
cáp ngầm. Không giống đƣờng dây trên không, đƣờng dây cáp ngầm khi bị sự cố
thƣờng rất khó để phát hiện vị trí sự cố do chúng đƣợc đặt ngầm trong đất nên không
thể phát hiện bằng mắt thƣờng. o đó, yêu cầu cấp thiết đƣợc đặt ra đối với đƣờng dây
cáp ngầm là phải có một giải pháp hiệu quả để xác định đoạn sự cố, vị trí sự cố, để

nhanh chóng cách ly đoạn sự cố ra và cấp điện lại cho các đoạn dây điện còn lại. Việc
cấp điện trở lại cho hệ thống là hoàn toàn khả thi do lƣới ngầm phân phối thƣờng đƣợc
thiết kế mạch v ng nhƣng lại vận hành theo hình tia.
Trong quá trình vận hành, đƣờng dây phân phối điện có thể gặp những sự cố
ngắn mạch do sự rạn nứt cách điện sau một thời gian vận hành gây lão hóa cách điện,
cũng có thể do trong quá trình xây dựng, cách điện bị rạn nứt mà không phát hiện ra,
theo thời gian bị nƣớc ngấm vào gây nên sự cố. Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử
nào trên đƣờng dây, rơ le bảo vệ sẽ tác động tách toàn bộ các thiết bị và đƣờng dây sau
rơ le ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hƣởng của nhánh bị sự cố lên các thành
phần khác trên hệ thống điện. Nhƣ vậy quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác
định chính xác đoạn dây sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp cho việc khôi
phục lại chế độ làm việc bình thƣờng của hệ thống điện, giảm thiểu thời gian mất
điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao đƣợc độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ
tiêu thụ.


2
ể thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên lƣới cáp ngầm phân
phối, nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây dựng dựa trên các
nghiên cứu này đƣợc chế tạo để xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm. Thống kê các
nghiên cứu đã đƣợc thực hiện từ trƣớc đến nay trong l nh vực phát hiện vị trí ngắn
mạch đƣợc phân thành ba phƣơng pháp chính đó là phƣơng pháp bơm xung phản xạ
vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch theo các nghiên cứu trong
tính toán vị trí ngắn mạch theo nghiên cứu trong

, phƣơng pháp

, phƣơng pháp dùng phân tích sóng

d ng điện và điện áp tần số cao theo các nghiên cứu trong

và

và

- . ác nghiên cứu trong

ch đƣợc thực hiện bằng các máy phát xung chuyên dụng có tần số cao và

ch xác định đƣợc vị trí ngắn mạch sau khi đã cô lập lƣới điện. iều này làm tăng thời
gian mất điện, giảm chất lƣợng cung cấp điện và phải đầu tƣ khá lớn cho máy tạo xung
công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị đo lƣờng chất lƣợng tốt với tần số đo lớn
rất mắc tiền. Phƣơng pháp đƣợc đề xuất trong

ch có thể xác định đƣợc vị trí ngắn

mạch sau khi đã định vị đƣợc đoạn ngắn mạch chứ không thể xác định đƣợc đoạn ngắn
mạch nên bị hạn chế trong lƣới điện phân phối.

ác nghiên cứu trong

-

yêu cầu

phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết bị phải đƣợc thiết kế
với yêu cầu k thuật khắc khe làm tăng giá thành thiết bị.
Qua phân tích về các giải thuật xác định vị trí ngắn mạch đã đƣợc thực thi, với
tính chất thuần trở của điện trở hồ quang đƣợc kh ng định trong

kết hợp với phân

tích d ng công suất trên lƣới phân phối, luận văn đề xuất một phƣơng pháp xác định vị
trí ngắn mạch dựa trên phƣơng pháp tổng trở kết hợp với đặc tính thuần trở của điện
trở ngắn mạch.
2. Nhiệm vụ của luận văn
Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lƣới phân phối” có nội dung chủ yếu:
- Tầm quan trọng của luận văn.
- Phân loại và sự ảnh hƣởng của các loại sự cố lên lƣới điện phân phối.
- Xây dựng phƣơng trình và giải thuật để tính toán vị trí sự cố và giá trị điện trở
tại điểm sự cố.
- Dùng phần mềm Matlab 7.0 mô phỏng cho phƣơng pháp đƣợc đề xuất.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn.


3
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các thông số chính trên một lƣới điện phân phối.
- Nghiên cứu phƣơng pháp tính toán vị trí ngắn mạch đã đƣợc đề xuất.
- Nghiên cứu tính toán các thông số và ảnh hƣởng của các thông số lên d ng điện
và điện áp ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra.
- Nghiên cứu về các loại sự cố trên lƣới điện phân phối và cách phân loại các loại
sự cố khi có sự cố xảy ra.
-

ề xuất giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch

-

ƣa ra mô hình mô phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị trí sự
cố đã đề ra.

- Áp dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các mô hình lƣới điện phân phối hiện hành.

ác thông số đƣờng

truyền tải trên lƣới điện và ảnh hƣởng của các thông số lên hoạt động của hệ
thống điện.
- Xây dựng giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho lƣới điện phân phối.
- Xây dựng mô hình mô phỏng cho giải thuật đề ra, từ đó tiến hành tính toán và
xác định các trƣờng hợp có thể xuất hiện khi ứng dụng vào thực tế.
- Phân tích các kết quả nhận đƣợc và các kiến nghị.
-

ánh giá tổng quát toàn bộ luận văn. ề nghị hƣớng phát triển của đề tài.

5. Điểm mới của luận văn
- Tìm ra cách xác định các thông số hệ thống cho một đƣờng dây cáp ngầm phân
phối.
-

ƣa ra giải thuật và chƣơng trình mới để xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố
cho mạch một cách nhanh chóng mà không cần thêm các thiết bị phức tạp nào
khác.

- Góp phần nâng cao chất lƣợng và hoạt động tin cậy hơn cho lƣới điện phân
phối.
- Giảm thiểu thời gian gián đoạn của hệ thống điện khi sự cố xảy ra cũng nhƣ

giảm thiểu chi phí vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắn mạch.


4
6. Giá trị thực tiễn của đề tài
Với mục đích xác định chính xác đoạn ngắn mạch và vị trí ngắn mạch trên lƣới
phân phối, khi đi vào thực tế hoạt động, thiết bị sẽ góp phần giảm thiểu thời gian mất
điện cho các đoạn không bị sự cố ngắn mạch c n lại trên lƣới và xác định nhanh vị trí
ngắn mạch trên đoạn bị sự cố ngắn mạch khi có sự cố xảy ra.

ồng thời, với ƣu điểm

là không sử dụng thêm các thiết bị chuyên dụng từ bên ngoài nên sẽ giảm đƣợc rất
nhiều chi phí mua sắm trang thiết bị, cũng nhƣ chi phí vận hành cho các thiết bị
chuyên dụng đi kèm này.

iều này góp phần giảm đáng kể chi phí cho lƣới điện trong

quá trình xây dựng cũng nhƣ vận hành hoạt động hệ thống lƣới điện phân phối.
hính vì vậy, đề tài “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lƣới phân phối” đƣợc thực
hiện nhằm mục đích góp thêm một giải pháp hữu ích để nâng cao chất lƣợng vận hành
cho lƣới điện truyền tải phân phối.
Từ công việc nghiên cứu của luận văn:
-

Nhận đƣợc kết quả từ một mô hình mô phỏng cho một lƣới điện phân phối với
các thông số lƣới thực tế.

- Ứng dụng rộng rãi trong các trạm phân phối trong hệ thống điện nhằm xác định
nhanh các sự cố và vị trí của chúng trên lƣới.

- Giúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nhằm nâng cao độ ổn định và
vận hành tốt lƣới điện.
- Giúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế hệ
thống điện hiệu quả hơn bằng các phần mềm mô phỏng hệ thống điện.
7. Nội dung luận văn
Phần 1: Giới thiệu.
Phần 2: Nội dung
hƣơng : Tổng quan.
hƣơng : Phƣơng trình toán và nguyên tắc định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm.
hƣơng : Mô hình hóa mô phỏng và kết quả mô phỏng.
hƣơng : Kết luận và hƣớng phát triển.


5

PHẦN 2: NỘI DUNG
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1 Tính cần thiết
Việc phát triển lƣới điện phân phối cáp ngầm là một yêu cầu tất yếu đối với các
đô thị ngày nay. Cáp ngầm có ƣu điểm là hầu nhƣ không chiếm không gian, không ảnh
hƣởng đến sinh hoạt hằng ngày của ngƣời dân, không có tác hại gây ra bởi d ng điện
truyền đi trong dây dẫn do dây cáp đƣợc chôn trong đất.

ể đảm bảo vẻ m quan cho

đô thị và an toàn cho ngƣời dân khỏi sự cố r điện trong mùa mƣa bão, cáp ngầm đƣợc
sử dụng để dần thay thế cho các đƣờng dây trên không trong các thành phố, đô thị và
các khu dân cƣ tập trung.
Khi có sự cố lƣới điện phân phối xảy ra, cáp ngầm sẽ có nhiều bất lợi hơn đƣờng
dây trên không là sẽ khó phát hiện đƣợc vị trí sự cố do đƣợc chôn ngầm trong đất hay

đi trong các ống dẫn. Ngoài ra, việc đấu nối cáp ngầm sẽ phức tạp và yêu cầu k thuật
và thiết bị chuyên dụng nên sẽ tốn rất nhiều thời gian khắc phục sự cố để tiếp tục cung
cấp điện cho khách hàng tiêu thụ điện. Nhằm giảm thiểu thời gian mất điện và nâng
cao chất lƣợng điện năng cho lƣới điện phân phối cần phải có một phƣơng pháp khả
thi để xác định nhanh vị trí sự cố ngắn mạch trong cáp ngầm. Nhanh chóng xác định vị
trí ngắn mạch này sẽ giúp nhanh chóng xác định đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch, cách ly
nhanh đoạn ngắn mạch và cung cấp điện cho các nhánh không bị sự cố còn lại trên
lƣới điện phân phối.
Lƣới điện phân phối có đặc điểm là có nhiều nhánh rẽ, nhiều nút phụ tải và các
phụ tải không cân bằng giữa các pha. o đó hầu nhƣ không thể áp dụng chính xác các
phƣơng pháp xác định vị trí ngắn mạch lƣới điện truyền tải vào lƣới điện phân phối.
Việc cách ly đoạn sự cố để xác định vị trí ngắn mạch là một việc làm mất nhiều thời
gian và lƣới điện phân phối sẽ bị mất điện khá lâu nên xu hƣớng chung trong việc xác
định vị trí ngắn mạch cáp ngầm lƣới điện phân phối là xác định online tức là xác định
nhanh vị trí ngắn mạch khi nó vừa xuất hiện. Có nhiều nghiên cứu đƣợc đƣa ra để xác
định vị trí sự cố ngắn mạch trên lƣới điện phân phối [3-7] trong thời gian gần đây.
Nhìn chung, có hai phƣơng pháp chính để xác định online vị trí sự cố ngắn mạch cáp


6
ngầm đƣợc sử dụng đó là phƣơng pháp tổng trở và phƣơng pháp sóng truyền. Phƣơng
pháp sóng truyền xác định vị trí ngắn mạch dựa trên tín hiệu quá độ tần số cao khi có
sự cố ngắn mạch xảy ra trên lƣới điện đang vận hành. Phƣơng pháp sóng truyền có ƣu
điểm là độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào giá trị phụ tải trên các nút phụ tải. Tuy
nhiên với yêu cầu phải có các bộ đo lƣờng với tốc độ chuyển đổi ADC tốc độ cao (từ
00 KHz đến vài MHz) để có thể thu đƣợc các tín hiệu một cách chính xác và cấu hình
bộ xử lí số liệu mạnh (tốc độ xử lí nhanh) để thực hiện các phép biến đổi đại số nên giá
thành thiết bị đắt nên chƣa thể áp dụng đại trà cho các trạm biến áp phân phối. Phƣơng
pháp tổng trở có ƣu điểm khi không yêu cầu thiết bị chuyên dụng đắt tiền nhƣ phƣơng
pháp sóng truyền nhƣng do sử dụng các giải thuật giải tích mạch điện qua các nút nên

thƣờng có sai số lớn.
ể nâng cao hiệu quả trong vấn đề xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm lƣới điện
phân phối, luận văn đề xuất phƣơng pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm lƣới
điện phân phối dựa trên phƣơng pháp tổng trở có xét đến tính chất thuần trở của điện
trở ngắn mạch. Với phƣơng pháp tổng trở sẽ giảm đƣợc chi phí đầu tƣ thiết bị trên lƣới
điện, với việc xét đến tính chất thuần trở của điện trở ngắn mạch sẽ giúp giảm sai số
trong việc tính toán vị trí ngắn mạch của các phƣơng pháp tổng trở nói chung.
1.2 Cáp ngầm điện lực
Cùng với sự phát triển của hệ thống điện để đáp ứng nhu cầu điện năng ngày
càng cao trong một xã hội hiện đại, các đƣờng dây cáp ngầm cũng đƣợc đầu tƣ ngày
càng nhiều khi yêu cầu về độ an toàn cho ngƣời, đƣờng dây, yêu cầu cấp điện liên tục
và chất lƣợng điện năng đảm bảo của hệ thống điện, hay tại các công trình không thể
dùng đƣờng dây trên không bởi lý do an toàn nhƣ các đƣờng dây vƣợt biển, vƣợt sông,
các đƣờng dây điện trong các thành phố đông dân cƣ.
1.2.1 Cấu tạo cáp ngầm điện lực
Trong lịch sử hình thành và phát triển của cáp ngầm điện lực, có nhiều cấu hình
cấu tạo cáp điện lực đã ra đời. Khi một sợi cáp đƣợc đƣa đặt dƣới đất, cách điện càng
phải tốt hơn nhiều so với đƣờng dây trên không.

ng điện trong tự nhiên có xu

hƣớng quay trở về đất và vì thế dây dẫn cần phải có cách điện tốt để giảm thiểu tổn
thất điện năng. hính điều này đã làm cho kết cấu của cáp ngầm điện lực phức tạp hơn
đƣờng dây trên không rất nhiều. Việc chế tạo cáp ngầm điện lực cũng đ i hỏi yêu cầu


7
công nghệ cao hơn nhiều việc chế tạo đƣờng dây trên không.

ây chính là yếu tố cơ

bản làm tăng chi phí sản xuất cáp ngầm điện lực. Nhìn chung cấu tạo cáp ngầm điện
lực bao gồm các thành phần cơ bản sau:
1.2.1.1 Dây dẫn điện
ồng vẫn là vật liệu làm dây dẫn điện chiếm ƣu thế nhất hiện nay. Dây dẫn đƣợc
làm với nhiều định dạng khác nhau nhƣ bện, dây đặc, rẽ quạt. Dây dẫn điện có hình
dạng nhƣ thế nào là phụ thuộc rất lớn vào giá thành cáp của nƣớc sản xuất tại thời
điểm đấu thầu. Nhôm cũng đƣợc dùng làm dây dẫn điện bởi đặc tính nhẹ hơn và dễ
thao tác hơn đối với các sợi cáp lớn. Thêm một điểm quan tâm nữa là khi nối cáp
nhôm phải đảm bảo rằng không có oxit nhôm trên bề mặt tiếp xúc, điều này không cần
thiết khi nối dây dẫn điện bằng đồng hay đồng thau.
1.2.1.2 Chất cách điện
Giấy cách điện
Giấy tẩm dầu, giấy cách điện cáp ngầm điện lực đƣợc áp dụng tại tất cả các cấp
điện áp hoạt động.

ây là chất cách điện đƣợc dùng đầu tiên cho cáp ngầm điện lực

khi công nghệ vật liệu chƣa phát triển. Trong vấn đề vận hành lƣới điện cáp ngầm giấy
tẩm dầu yêu cầu bảo trì bảo dƣỡng liên tục và yêu cầu k thuật cao trong vận hành nên
ngày nay chúng ít đƣợc dùng cho các công trình mới.
Cấu trúc của một sợi cáp ngầm dùng giấy tẩm dầu cách điện đƣợc giới thiệu
trong [29] có mô tả nhƣ trong hình 1.1

Hình 1. 1 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu cách điện bằng
XLPE


8
XLPE (Cross-linked poly ethylene) là loại cách điện thông dụng nhất trong việc

chế tạo cáp ngầm hiện nay. XLPE với lợi thế có cƣờng độ điện môi cao, sức bền cơ
học tốt và đặc tính không hút ẩm với khả năng ổn định nhiệt độ trên một dãy nhiệt độ
rộng. XLPE không có điểm nóng chảy rõ ràng và có thể duy trì độ đàn hồi ở nhiệt độ
cao do đó cho phép có khả năng mang d ng điện lớn hơn, có khả năng quá tải, khả
năng chịu đựng ngắn mạch khi so sánh với cáp ngầm điện lực cách điện bằng giấy tẩm
dầu.
Cáp ngầm điện lực XLPE có phần cách điện dày hơn so với cáp ngầm điện lực
giấy tẩm dầu. Kết quả là cáp XLPE thƣờng có đƣờng kính cáp lớn hơn và chiều dài
cáp thƣờng ngắn hơn một ít khi chứa trong cùng một cuộn cáp khi so sánh với cáp
ngầm khác.
- Cấu trúc của một sợi cáp ngầm dùng cách điện bằng XLPE đƣợc giới thiệu
trong [29] có mô tả nhƣ trong hình 1.2 với phần insulation đƣợc làm bằng chất XLPE.

Hình 1. 2 ấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cáchđiện XLPE
-

ách điện EPR:
Cáp ngầm cách điện dùng cao su ethylene propylene có cấu trúc giống nhƣ cáp

XLPE và cũng đƣợc sản xuất với quy trình tƣơng tự. Cả EPR và XLPE đều bền b và
có đặc tính chịu nhiệt tốt, tuy nhiên, EPR có khả năng co giãn tốt hơn trong một dãy
nhiệt độ rộng.

iều này làm cho cáp EPR có chất lƣợng cao hơn các loại cáp ngầm


9
điện lực khác hiện nay. Tuy nhiên, việc chế tạo cáp ngầm điện lực EPR với công nghệ
hiện tại có giá thành rất cao nên không thể triển khai sản xuất hàng loạt. Cáp ngầm
điện lực EPR ch đƣợc dùng cho công trình có tính chất quan trọng và yêu cầu cao về

tính an toàn vận hành và cấp điện. Cấu trúc của một sợi cáp ngầm dùng cách điện bằng
EPR đƣợc giới thiệu trong [30] có mô tả nhƣ trong hình 1.3

Hình 1. 3 ấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện EPR
1.2.1.3 Màn bảo vệ
Có hai loại màn bảo vệ khác nhau trong cáp ngầm điện lực. Màn bảo vệ cho từng
dây dẫn điện (Sheaths) và màn bảo vệ cho cả dây cáp điện (screening).
Trƣớc đây, chì và các hợp kim chì đƣợc dùng để chế tạo màn bảo vệ cáp ngầm
bởi sự dẻo dai và khả năng chống ẩm của hợp chất chì. Tuy nhiên, ngày nay màn bảo
vệ cáp đƣợc sản xuất từ vật liệu nhôm và các hợp kim nhôm bởi giá thành sản xuất rẻ
hơn trong khi vẫn đảm bảo tốt yêu cầu k thuật.
Màn bảo vệ có nhiệm vụ bảo vệ dây dẫn và cách điện bên trong chống lại các tác
động cơ học từ bên ngoài hay sự thâm nhập của hơi ẩm hay nƣớc thâm nhập vào sợi
cáp ngầm. Ngoài ra, các màn bảo vệ đƣợc nối đất qua hệ thống tiếp đất sẽ tạo thành
chiếc lồng Faraday có tác dụng bảo vệ dây dẫn khỏi các tác động nhiễu điện từ ở bên
ngoài và đồng thời giảm thiểu tác động của trƣờng điện từ do d ng điện chạy bên
trong dây dẫn ra môi trƣờng bên ngoài. ây là lý do chính khiến khoảng cách đảm bảo
an toàn của cáp ngầm nhỏ hơn nhiều so với đƣờng dây trên không có cùng cấp điện áp.
1.2.1.4 Vỏ cáp


10
Với mục đích bảo vệ cáp ngầm khỏi những hƣ hại cơ học do đào hay cuốc trúng
dây cáp ngầm, do sụt đất hoặc rung động quá mức chịu đựng, các cáp ngầm điện lực
đƣợc phủ một hoặc hai lớp thép mạ kẽm, lớp lƣới đan từ thép mạ kẽm, cuộn xoắn tròn
quanh cáp ngầm bằng thép mạ kẽm quanh sợi cáp ngầm. Giáp bọc bằng sợi thép mạ
kẽm đƣợc dùng nhiều nhất do cấu trúc rất linh hoạt mà nó mang lại, chúng dễ dàng
trong lắp đặt và hiệu quả hơn ở những nơi có khả năng bị kéo căng theo chiều dọc theo
thân cáp ngầm trong lúc hoạt động. Ngoài ra, tổng diện tích mặt cắt ngang của giáp sợi
thép có xu hƣớng lớn hơn khi so với tổng diện tích mặt cắt ngang của giáp bằng tấm

thép có bảo vệ cơ học tƣơng đƣơng và do đó giáp sợi thép sẽ cho ra mức tổng trở nhỏ
hơn khi giáp đƣợc nối đất.
1.2.2 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đƣờng dây trên không
Khi tiến hành xây dựng một đƣờng truyền điện năng mới, ngƣời ta sẽ có nhiều
yếu tố so sánh để đi đến quyết định sẽ lựa chọn đƣờng dây trên không hay là đƣờng
dây cáp ngầm. So sánh các đặc điểm của hai loại đƣờng dây mang điện này sẽ đƣa ra
cái nhìn tổng quan và cụ thể hơn khi lựa chọn loại đƣờng dây tùy theo yêu cầu thực tế
hiện tại cũng nhƣ trong các qui hoạch dài hạn sau này.
1.2.2.1 Ƣu điểm của cáp ngầm điện lực
ác đƣờng dây trên không với điện áp cao và đƣợc chống đỡ bởi các hàng cột
thƣờng đƣợc coi nhƣ là một hình ảnh khó chịu của các vùng quê. ác đƣờng dây điện
ngầm có thể đƣa điện qua các vùng đông dân cƣ hoặc các vùng mà giá đền bù cao
hoặc có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng hay các vùng yêu cầu tính thẩm m cao.
ác đƣờng điện ngầm dƣới đất hay dƣới nƣớc là lựa chọn ƣu việt khi phải băng qua
các con sông
Ít bị hƣ hại bởi các tác nhân thời tiết tiêu cực nhƣ mƣa bão, sét đánh, hay đóng
băng giảm thiểu vùng ảnh hƣởng của trƣờng điện từ gây ra bởi đƣờng dây điện xung
quanh dây dẫn điện. d ng điện trong dây dẫn tạo ra từ trƣờng xung quanh nó, tuy
nhiên, trong đƣờng dây cáp ngầm điện lực, với sự bao bọc xung quanh nó là các lớp
cách điện bằng kim loại nên đã hạn chế đi rất nhiều ảnh hƣởng của từ trƣờng đến các
vùng xung quanh dây dẫn.
Cáp ngầm có yêu cầu khoảng trống nhỏ hơn ch từ

đến 10 m ( tối đa 0 m đối

với đƣờng dây 400 KV) trong quá trình thi công lắp đặt so với đƣờng dây trên không


11
khi cần đến vùng rộng 0 đến 200 mét trong quá trình lắp đặt cũng nhƣ dùng làm hành

lang an toàn trong quá trình vận hành, bảo trì bảo dƣỡng đƣờng dây trong suốt quá
trình hoạt động
ƣờng dây cáp ngầm có ƣu điểm là không khống chế chiều cao trên không đối
với các tòa nhà hay vật thể bay ngang qua cũng nhƣ không ảnh hƣởng đến đời sống
của các loài động vật hoang dã nơi có đƣờng dây đi qua.
ác đƣờng dây điện ngầm có ƣu điểm là ít bị phá hoại, bị câu trộm điện, bị trộm
cắp đƣờng dây, bị phá hủy vì các lý do khác.
1.2.2.2 Nhƣợc điểm của cáp ngầm điện lực
Bên cạnh các ƣu điểm, cáp ngầm điện lực có những khuyết điểm khi so sánh với
đƣờng dây trên không. Cáp ngầm điện lực thì mắc hơn đƣờng dây trên không, giá
thành sản xuất đƣờng dây cáp ngầm so với đƣờng dây trên không thì đắt hơn đƣờng
dây trên không nhiều lần, giá thành đƣờng dây tính theo thời gian phục vụ của cáp
ngầm thì mắc hơn đƣờng dây trên không từ

đến 4 lần.

ặc biệt đối với các khu đo

thị, đƣờng cáp ngầm thƣờng đắt gấp 0 đến 14 lần khi so sánh với đƣờng dây trên
không.
Trong quá trình vận hành, đƣờng dây trên không có thể đƣợc sửa chữa điểm sự
cố trong vòng vài giờ thì đối với đƣờng dây cáp ngầm phải mất vài ngày đến cả tuần lễ
cho việc khắc phục sự cố trên đƣờng dây.

hính điều này nên đƣờng dây cáp ngầm

thƣờng phải thiết kế các tuyến đƣờng dây dự ph ng để đề phòng sự cố, đây cũng là
một trong những nguyên nhân làm tăng chi phí thiết kế và lắp đặt các đƣờng dây cáp
ngầm.
Cáp ngầm đƣợc lắp đặt dƣới l ng đất nên rất khó phát hiện, điều này dễ dẫn đến

tình trạng đào bới bất cẩn gây đứt cáp hay làm hƣ hại đƣờng dây cáp ngầm, làm cho hệ
thống bị ngừng hoạt động.
ƣờng dây trên không có thể dễ dàng nâng cấp khi thay đổi khoảng không hành
lang bảo vệ tuyến dây và các trụ mang điện để tăng công suất mang điện. Cáp ngầm
điện lực thì không thể nâng cấp mà muốn nâng cấp thì phải xây dựng lại hoặc thay thế
để nâng công suất điện. Do đó, các công ty truyền tải và phân phối điện thƣờng dự báo
phụ tải cho đƣờng dây ngầm trong tƣơng lai và lắp đặt các đƣờng cáp ngầm hiện tại có
công suất lớn hơn nhu cầu hiện tại trong khi vẫn đảm bảo yếu tố giá thành xây dựng.


12
Cáp ngầm điện lực thƣờng bị hƣ hại nặng hơn trong các vụ động đất, hầu nhƣ
toàn tuyến cáp sẽ bị hƣ hại trong loại thiên tai này trong khi đối với đƣờng dây trên
không thì ch bị hƣ hại một số đoạn hay bị hƣ hỏng trụ điện mà thôi.
1.2.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiện nay
Với những ƣu điểm và khuyết điểm đã đƣợc phân tích ở trên, việc sử dụng đƣờng
dây cáp ngầm điện lực không phải là một ƣu tiên hàng đầu, đặc biệt là khi xét đến yếu
tố kinh tế của dự án. Tuy nhiên, với tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, yêu cầu một hệ
thống cung cấp điện vừa hiệu quả vừa có tính m quan đô thị cao, đồng thời tránh sự
tác động bất lợi của cƣờng độ từ trƣờng sinh ra trên đƣờng dây đến những ngƣời sinh
sống xung quanh thì đƣờng dây cấp điện bằng cáp ngầm là sự lựa chọn duy nhất. Quan
trọng nhất là với giá đất cao và mật độ dân cƣ đông thì không thể dành khoảng không
cho hành lang bảo vệ an toàn đƣờng dây điện trên không. Các hệ thống điện, nƣớc,
điện thoại phải đƣợc ngầm hóa để tiết kiệm diện tích cho giao thông, các công trình
xây dựng phục vụ nhu cầu dân cƣ thành phố ngày càng đông đúc.
Ngoài ra, cáp ngầm ngày càng phát triển do ƣu điểm ít bị hƣ hại trong các điều
kiện thời tiết bất lợi đang ngày càng gia tăng trên thế giới hiện nay nhƣ giông bão, sét
đánh, cây đổ, mƣa lũ…
Với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu, giá thành sản xuất cáp ngầm điện lực ngày
càng rẻ đi, đồng thời giá thành vận hành cũng sẽ đƣợc giảm xuống khi các loại cáp

điện mới đƣợc phát minh ngày càng ít phải duy tu bảo dƣỡng thƣờng xuyên là yếu tố
quan trọng giúp thúc đẩy nhu cầu sử dụng cáp ngầm trong truyền tải điện trên thế giới
hiện nay.
1.3 Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực
1.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm
ây dẫn trong sợi cáp ngầm điện lực đƣợc bao bọc bởi nhiều lớp cách điện và
các lớp bảo vệ khác nhau xung quanh sợi cáp nên khả năng tác động cơ học gây đứt
cáp là thấp hơn nhiều so với các đƣờng dây trên không để trần hay ch có một lớp cách
điện bên ngoài. Hơn nữa, do đƣợc chôn ngầm dƣới đất hay đi ngầm dƣới đáy biển hay
đáy sông nên cáp ngầm điện lực thƣờng không bị tác động bởi các điều kiện thời tiết
bất lợi nhƣ gió bão, sét đánh, cây đổ vào đƣờng dây nhƣ các đƣờng dây trên không.
Tuy nhiên, không phải vì thế mà đƣờng dây cáp ngầm không bị sự cố ngắn mạch. ác


13
đƣờng dây cáp ngầm điện lực thƣờng hay đối mặt với các sự cố ngắn mạch trong quá
trình hoạt động. Khi có sự cố ngắn mạch xảy ra thì thời gian mất điện sẽ lâu hơn các
đƣờng dây trên không khi các sự cố cáp ngầm điện lực không thể đi kiểm tra bằng mắt
để xác định nhanh vị trí sự cố ngắn mạch và thời gian xử lí sự cố ngắn mạch cũng lâu
hơn các đƣờng dây trên không rất nhiều.
Nguyên nhân chủ yếu của ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực là do phóng điện
giữa các dây pha hay giữa dây pha với đất trong các sợi cáp ngầm.

iều này xảy ra là

do trong quá trình lắp đặt, các tác động cơ học đã làm rạn nứt cách điện trong các sợi
cáp ngầm mà không phát hiện ra, sau một thời gian nƣớc hay các chất dẫn điện khác đi
vào khe hở trong cách điện này làm giảm cách điện giữa các dây dẫn. Phóng điện hồ
quang sẽ xuất hiện làm hỏng cách điện và sự cố ngắn mạch giữa các dây pha với nhau
hay giữa dây pha với đất sẽ xuất hiện.

Ngoài sự cố rạn cách điện trong quá trình lắp đặt, cách điện trong cáp ngầm điện
lực cũng có thể bị hƣ sau một thời gian vận hành. Nguyên nhân đƣợc đƣa ra là sau một
thời gian vận hành, cách điện giữa các dây dẫn bị lão hóa theo thời gian. Tại các điểm
bị lão hóa này, sự rạn nứt cách điện sẽ xuất hiện dƣới sự tác động của lực điện từ giữa
các dây dẫn. Khi đó, sẽ có sự phóng điện giữa các dây dẫn với nhau do khoảng cách
giữa các dây dẫn trong cáp ngầm là rất nhỏ, điện môi không khí không thể cách điện
giữa các dây pha hay giữa giữa dây pha với đất.
Qua thực tế hoạt động của các đƣờng dây cáp ngầm, các khảo sát về sự cố cáp
ngầm đƣợc thực hiện cho thấy các sự cố cáp ngầm gồm có ngắn mạch một pha chạm
đất, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch ba pha chạm đất. ó thể giải thích điều
này một cách khoa học đó là do các sợi dây dẫn trong cáp ngầm thƣờng có một lớp
bọc bảo vệ bằng dây kim loại xung quanh shield ), lớp bảo vệ này sẽ đƣợc tiếp đất tại
các điểm đấu nối cáp ngầm. hính điều này đã dẫn đến việc nếu có sự phóng điện thì
đầu tiên sẽ là phóng điện giữa dây dẫn và đất thông qua lớp bọc bảo vệ này.

iều này

lí giải tại sao cáp ngầm điện lực ch bị các sự cố ngắn mạch chạm đất trong quá trình
hoạt động.


14
1.3.2 Các loại sự cố ngắn mạch cáp ngầm
1.3.2.1 Ngắn mạch một pha chạm đất
Trong hệ thống cáp ngầm, sự cố ngắn mạch một pha chạm đất xuất hiện khi có
sự hƣ hỏng cách điện xuất hiện giữa dây dẫn điện với vỏ bọc cách điện bên ngoài. Lúc
này, sự chênh lệch điện áp giữa dây mang điện dây pha) so với lớp bảo vệ bên ngoài
nối đất sẽ làm xuất hiện d ng hồ quang điện phóng từ dây pha ra lớp bảo vệ sinh ra
ngắn mạch chạm đất một pha. Khi xuất hiện ngắn mạch một pha chạm đất, tổng trở
đƣờng dây có sự cố ngắn mạch sẽ giảm đi rất nhanh do điện trở dây dẫn thƣờng rất

nhỏ so với điện trở của phụ tải, kết hợp với điện trở hồ quang trong cáp ngầm thƣờng
rất nhỏ do khoảng cách phóng điện giữa các dây dẫn trong cáp ngầm ch vài centimet
giá trị điện trở hồ quang gần bằng không trong trƣờng này).

o đó, d ng điện trong

pha có sự cố tăng vọt, giá trị d ng điện sự cố so với hai pha c n lại có thể cao hơn gấp
nhiều lần. Giá trị d ng sự cố cao hay thấp phụ thuộc vào vị trí sự cố và tổng trở của hệ
thống. Sự tăng d ng điện tại dây sự cố sẽ dẫn đến sự sụt điện áp tại đầu nguồn cung
cấp điện, biên độ điện áp tại pha sự cố sẽ thấp hơn biên độ điện áp của hai pha c n lại.
Hình dạng của dạng sóng d ng điện và điện áp khi có sự cố một pha chạm đất
trong quá trình mô phỏng ngắn mạch bằng phần mềm Matlab Simulink đƣợc minh họa
qua các hình bên dƣới.

Hình 1. 4 ạng sóng d ng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất