Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí sự cố của đường dây tải điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.54 MB, 65 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN SỸ HẢI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT
HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN
Thái Nguyên - Năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN SỸ HẢI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT
HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ: 8.52.02.01
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Đỗ Trung Hải
Thái Nguyên – Năm 2020
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Sỹ Hải
Đề tài luận văn: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định
vị trí sự cố của đường dây tải điện.
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện.
Mã số: : 8.52.02.01
Tác giả, Cán bộ hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với
các nội dung sau:
- Sửa lỗi câu chữ, thuật ngữ trong luận văn phù hợp với chuyên ngành.
- Bổ sung thêm danh mục các hình vẽ và bảng biểu theo quy định.
Thái Nguyên,ngày 26 tháng 10 năm 2020
Cán bộ hướng dẫn
Tác giả luận văn
TS. Đỗ Trung Hải
Nguyễn Sỹ Hải
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS.TS. Nguyễn Hữu Công
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân. Các nghiên cứu và
kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố công
bố trong bất kỳ một luận văn nào trước đây.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm 2020
Tác giả luận văn
Nguễn Sỹ Hải
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn của này, tơi đã nhận được nhiều ý kiến đóng
góp, động viên từ các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp và người thân trong gia đình.
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ long biết ơn tới TS. Đỗ Trung Hải đã tận tình hướng
dấn, ln hỗ trợ và khích lệ trong suốt thời gian làm luận văn để tơi có thể hồn thành
được luận văn của mình.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể các thầy cơ giáo đã tham gia giảng
dạy trong khóa học chuyên ngành Kỹ thuật điện đã cho tôi ý kiến quý báu trong suốt
q trình học tập.
Tơi xin gửi lời cảm ơn tới các Thầy giáo, Cô giáo của khoa Điện và Phòng Đào
tạo Nhà trường đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tơi hồn thành nội
dung luận văn.
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 8 năm 2020
HỌC VIÊN
Nguyễn Sỹ Hải
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... II
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................III
MỤC LỤC .................................................................................................................... IV
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... VII
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU .................................................................... VIII
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết ............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................1
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................1
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1
5. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................1
6. Nội dung luận văn ...................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN .............................................................................3
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................3
1.2 Một số phương pháp xác định vị trí sự cố.............................................................3
1.2.1 Phương pháp tính tốn dựa trên trở kháng (đo lường một phía) [9,10] ....... 3
1.2.1.1 Phương pháp điện kháng đơn ................................................................. 4
1.2.1.2 Phương pháp TAKAGI .......................................................................... 6
1.2.1.3 Phương pháp TAKAGI cải tiến .............................................................. 7
1.2.2 Phương pháp đo lường từ hai phía [11,12] ................................................... 8
1.2.3 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự
cố
.................................................................................................................. 9
1.2.4. Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ đầu
đường dây ............................................................................................................ 10
1.3 Kết luận chương 1 ...............................................................................................10
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY
TẢI ĐIỆN ......................................................................................................................11
2.1 Mơ hình đường dây truyền tải điện [2,4] ............................................................11
iv
2.2 Nguyên lý lan truyền sóng trên đường dây [4,6] ................................................13
2.2.1 Tổng trở sóng ZC ......................................................................................... 13
2.2.2 Hệ số truyền sóng ..................................................................................... 14
2.2.3 Vận tốc truyền sóng v ................................................................................. 14
2.3 Sóng điện từ trên đường dây tải điện khơng sự cố [3,4] ....................................15
2.3.1 Sóng lan truyền trên đường dây khơng có sự cố với tải cuối đường dây
thuần trở ............................................................................................................... 17
2.3.2 Sóng lan truyền trên đường dây khơng có sự cố với tải cuối đường dây dạng
(R nt L): ............................................................................................................... 17
2.3.3 Sóng lan truyền trên đường dây khơng có sự cố với tải cuối đường dây dạng
(R|| L): ................................................................................................................ 18
2.3.4 Sóng lan truyền trên đường dây khơng có sự cố với tải cuối đường dây dạng
(R ||C): ................................................................................................................ 19
2.3.5 Sóng lan truyền trên đường dây khơng có sự cố với tải cuối đường dây dạng
(R nt C): ............................................................................................................... 19
2.4 Sóng điện từ trên đường dây tải điện khi có điểm sự cố .....................................20
2.5 Kết luận chương 2 ...............................................................................................21
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ
TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN ...........................................22
3.1 Tín hiệu chirp [13,14] .........................................................................................22
3.2. Hàm tương quan [7] ...........................................................................................25
3.3 Sử dụng hàm tương quan để xác định vị trí sự cố [1] .........................................26
3.4 Kết luận chương 3 ...............................................................................................30
CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG ..................................31
4.1 Phần mềm Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện [8] ........................31
4.1.1 Thư viện Sources: gồm có các khối nguồn constant, khối Ramp và Step,
Khối Pulse Generator, Khối sine Wave như hình 4.1......................................... 31
4.1.2 Thư viện hiện thị Sinks bao gồm các khối Display, XY Graph, To File, To
Workspace, Scope như hình vẽ............................................................................ 32
4.1.3 Thư viện SimPowerSystems: Công cụ mô phỏng lưới điện ....................... 33
v
4.1.4 Thư viện nguồn: bao gồm các nguồn 1 chiều, xoay chiều 1 pha, 3 pha,
nguồn dòng, nguồn áp, nguồn có điều khiển và nguồn khơng có điều khiển như
hình vẽ ................................................................................................................ 34
4.1.5 Thư viện Elements ...................................................................................... 34
4.1.6 Thư viện các khối đo lường: ....................................................................... 38
4.2 Mơ phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài để xác định vận tốc truyền sóng.
...................................................................................................................................38
4.2.1 Mơ hình mơ phỏng ...................................................................................... 38
4.2.2 Kết quả mơ phỏng ....................................................................................... 41
4.3 Mơ phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài khơng phân nhánh khi đường dây
có sự cố: ....................................................................................................................42
4.3.1 Mơ hình mơ phỏng ...................................................................................... 42
4.3.2 Kết quả mô phỏng một số loại sự cố khác nhau: ........................................ 43
4.3.2.1 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ....................................................... 43
4.3.2.2 Sự cố một pha chạm đất ....................................................................... 45
4.3.2.3 Sự cố ngắn mạch hai pha ...................................................................... 45
4.4 Kết luận chương 4 ...............................................................................................46
KẾT LUẬN ...................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................48
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN SĨNG ..............50
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ....................................52
vi
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ý nghĩa
Ký hiệu
Đơn vị
R0
Điện trở trên một đơn vị chiều dài đường dây
/km
L0
Điện cảm trên một đơn vị chiều dài đường dây
H/km
H0
Điện dung trên một đơn vị chiều dài đường dây
F/km
G0
Điện dẫn trên một đơn vị chiều dài đường dây
S/km
Vref
Sóng tín hiệu điện áp phản hồi
V
Vinc
Sóng tín hiệu điện áp một chiều có biên độ Vinc (sóng tới)
V
V
Vận tốc truyền sóng trên đường dây truyền tải điện
I
Dòng điện
A
l
Chiều dài đường dây
km
Chiều dài từ đầu đường dây đến điểm sự cố
km
Rf
Điện trở sự cố
IF
Dòng điến sự cố
A
ZL
Tổng trở của đường dây
hệ số khúc xạ
hệ số phản xạ
Lfault
vii
Km/s
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện
kháng đơn ........................................................................................................................5
Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn ...........6
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp ...........................8
Hình 1.4: Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố ................................................................8
Hình 1.5: Sự lan truyền và phản xạ của sóng dịng điện trên đường dây ......................10
Hình 2. 1: Mơ hình đường dây truyền tải hình PI một pha ...........................................11
Hình 2.2: Mơ hình một phân đoạn đường dây truyền tải hình PI ba pha ......................12
Hình 2.3: Mơ hình Petersen tương đương để giải bài tốn truyền sóng ........................16
Hình 2.4: Mơ hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần trở ...........................17
Hình 2.5: Mơ hình Petersen tương đương của mạch có tải R nối tiếp L .......................17
Hình 2.6: Mơ hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần R song song L .........18
Hình 2.7: Mơ hình Petersen tương đương của mạch R song song C ............................19
Hình 2.8: Mơ hình Petersen tương đương của mạch R nối tiếp C ................................19
Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quan phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây
truyền tải điện. ...............................................................................................................22
Hình 3.2 tín hiệu chirp ..................................................................................................25
Hình 3.3: Tín hiệu đầu đường dây đo được khi khơng có sự cố ...................................27
Hình 3.4: Đồ thị hàm tương quan giữa tín đầu tới và tín hiệu phản hồi đo được khi
khơng có sự cố ...............................................................................................................27
Hình 3.5: Lưu đồ thuật tốn xác định thời điểm sóng phản hồi ....................................30
Hình 4.1 Thư viện các khối nguồn ................................................................................31
Hình 4.2 Thư viện các khối hiển thị ..............................................................................33
Hình 4.3 Thư viện cơng cụ mơ phỏng SimPowerSystems ............................................33
Hình 4.4 Thư viện các khối nguồn trong SimPowerSystems ........................................34
Hình 4.5 Thư viện Elements trong SimPowerSystems .................................................35
Hình 4.6 Block cài đặt thơng số cho đường dây thơng số dải .......................................36
Hình 4.7 Block cài đặt thơng số cho máy cắt 3 pha .....................................................36
Hình 4.8 Block cài đặt thông số cho cổng kết nối ........................................................37
viii
Hình 4.9 Thư viện các khối đo lường ...........................................................................38
Hình 4.10 Mơ hình các khối đo lường..........................................................................39
Hình 4.11 Mơ hình khối phát xung tín hiệu hình chirp vào đầu đường dây ................39
Hình 4.11 Mơ hình thơng số tín hiệu chirp ..................................................................40
Hình 4.12 Mơ hình thơng số tín hiệu chirp ..................................................................40
Hình 4.13: Mơ hình mơ phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ
trên đường dây 3 pha với nguồn phát xung chirp ..........................................................40
Hình 4.14: Tín hiệu đầu đường dây đo được khi khơng có sự cố .................................41
Hình 4.15: Đồ thị hệ số tương quan giữa tín hiệu tới và tín hiệu phản xạ đo được khi
khơng có sự cố ...............................................................................................................41
Hình 4.16: Sơ đồ khối mơ phỏng các dạng ngắn mạch .................................................42
Hình 4.17: Sơ đồ mơ phỏng đường dây sự cố ...............................................................42
Hình 4.18: Tín hiệu đầu đường dây do được khi có sự cố ngắn mạch 3 pha chạm đất tại
40km ..............................................................................................................................43
Hình 4.19: Tín hiệu phóng to đầu đường dây do được khi có sự cố ngắn mạch 3 pha
chạm đất tại 40km..........................................................................................................44
Hình 4.20: Đồ thị hệ số tương quan giữa tín tới và tín hiệu phản xạ đo được khi khơng
có sự cố 3 pha chạm đất tại 40km .................................................................................44
ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4. 1: Bảng kết quả xác định vị trí sự cố 3 pha chạm đất áp dụng phương pháp
hàm tương quan .............................................................................................................45
Bảng 4.2: Bảng kết quả xác định vị trí sự cố 1 pha chạm đất áp dụng phương pháp hàm
tương quan .....................................................................................................................45
Bảng 4.3: Bảng kết quả xác định vị trí sự cố ngắn mạch 2 pha áp dụng phương pháp
hàm tương quan .............................................................................................................45
x
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết
Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xảy
ra sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp
điện, chất lượng điện năng và gây thiệt hại lớn về kinh tế.
Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đường dây truyền tải điện có thể do sét
đánh, cách điện bị già hóa, cây cối đổ vào đường dây,…. Do đường dây có chiều dài
lớn đi trên địa hình phức tạp dẫn tới khi sự cố xẩy ra q trình tìm kiếm để xác định vị
trí sự cố mất rất nhiều thời gian, dẫn tới thời gian xử lý sự cố lâu ảnh hưởng tới quá
trình liên tục cung cấp điện.
Để góp phần rút ngắn thời gian phát hiện vị trí sự cố, đề tài “Nghiên cứu ứng
dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện” là cần
thiết.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tìm hiểu q trình sóng lan truyền trên đường dây truyền tải điện,
dựa trên phân tích sóng phản hồi từ vị trí sự cố về đầu đường dây để định vị sự cố trên
đường dây truyền tải điện.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đưa ra được những kiến thức, những bước cơ bản để ứng dụng phương pháp lý
thuyết hàm tương quan để xác định sự cố trên đường dây truyền tải điện.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phát hiện vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 110 Kv không phân nhánh.
Ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để phân tích sóng phản hồi và xác định vị
trí sự cố.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp xác định điểm sự cố của lưới điện bằng mơ hình tốn.
Xây dựng mơ hình mơ phỏng để kiểm tra, đánh giá các kết quả nghiên cứu lý
thuyết.
1
6. Nội dung luận văn
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền
tải điện.
Chương 2: Nghiên cứu q trình truyền sóng trên đường dây truyền tải điện.
Chương 3: Ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí sự cố trên
đường dây truyền tải điện.
Chương 4: Các kết quả tính tốn và mô phỏng
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
1.1. Đặt vấn đề
Các đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện
đến các trung tâm phụ tải. Những đường dây này trong quá trình truyền tải điện năng
có thể xảy ra sự cố do thiên tai, thiết bị bị sự cố, sự cố điều khiển, sự cố do vận hành...
Các dạng sự cố này đều phải được phát hiện, cô lập và sửa chữa. Việc khôi phục
lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố chỉ có thể được tiến hành
nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước lượng được gần đúng vị trí sự
cố.
Thời gian sự cố kéo dài dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế, gây mất ổn định
trong hệ thống điện... Như vậy việc nhanh chóng phát hiện, định vị, cơ lập và khắc
phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ làm việc tin cậy của hệ
thống điện.
Thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thường của các đường dây bị sự
cố bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố. Tính tốn ước lượng chính xác vị trí sự cố
giúp giảm thiểu thời gian khắc phục sự cố.
Hiện nay một số đường dây truyền tải điện được trang bị bảo vệ khoảng cách.
Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách báo
vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể từ vài km đến hàng chục km). Do đó để
định vị sự cố trên đường dây truyền tải chính xác hơn một số phương pháp phát hiện
sự cố được quan tâm nghiên cứu và phát triển.
1.2 Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
1.2.1 Phương pháp tính tốn dựa trên trở kháng (đo lường một phía) [9,10]
Trong phương pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ
thuộc rất nhiều vào điện trở sự cố và khơng hiệu quả trong trường hợp có điện trở sự
cố rất cao. Phương pháp tổng trở yêu cầu trở kháng ngắn mạch phải gần bằng 0 để có
thể thu được kết quả ước lượng vị trí sự cố được chính xác.
3
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
tao file d? li?u xu?t ra màn h́ nh
t=ScopeData7.time;
y=ScopeData7.signals.values;
%plot(ScopeData7.time,ScopeData7.signals.values)
grid on;
xlabel('Time(s)')
print -dtiff -r300 khongsuco
Coeff = zeros(1,length(x1)-length(mau)+1);
for i=1:(length(x1)-length(mau)+1)
tmp=x1(i:(i+length(mau)-1));
tmp_coeff=corrcoef(mau,tmp);
Coeff(i) = tmp_coeff(1,2);
end;
figure(2)
plot(Coeff); grid on
% xac dinh gia tri thoi diem t1
y1=Coeff;
n=length(y1);
mauy1=y1(1:1000);
% figure(3)
%plot(mauy1)
maxy1=max(mauy1);
for i=1:1:1000
if y1(i)==maxy1
t1=i;
end
end
% xac dinh gia tri thoi diem t2
y2=Coeff;
52
n=length(y2);
y2=y2(1000:n);
%figure(4)
%plot(y2)
maxy2=max(y2);
for i=1000:1:n
if y1(i)==maxy2
t2=i;
end
end
%-----------------detat=(t2-t1)*1000/10000; % ns
Lfault=detat*v0/2*10^(-6)
53
