Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện sử dụng phương pháp biến đổi wavelet và áp dụng vào lưới công ty truyền tải điện 4 quản lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ MẠNH TRUNG

ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
WAVELET & ÁP DỤNG VÀO LƯỚI CÔNG TY
TRUYỀN TẢI ĐIỆN 4 QUẢN LÝ
LUẬN VĂN T HẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ MẠNH TRUNG

ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
WAVELET & ÁP DỤNG VÀO LƯỚI CÔNG TY
TRUYỀN TẢI ĐIỆN 4 QUẢN LÝ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện

Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2015


\CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HO ÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

TT
1

Chủ tịch

2

Phản biện 1

3

Phản biện 2

4

Ủy viên

5

Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 20..…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: . Ngô Mạnh Trung

Giới tính:: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 03/12/1969

Nơi sinh: Tp. HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 60520202

I- Tên đề tài:
Định vị sự cố trên đườn dây truyền tải điện sử dụng phương pháp biến đổi wavelet
& áp dụng vào truyền tải điện của Công Ty Truyền Tải Điện 4 quản lý.
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Chương 1: Tổng Quan
Chương 2: Giới Thiệu Về Phương Pháp Biến Đổi Wavelet
Chương 3: Một Số Phương Pháp Xác Định Vị Trí Sự Cố Trên Đường Dây Truyền
Tải
Chương 4: Xác Định Vị Trí Sự Cố Trên Đường Dây Truyền Tải Trên Khơng Thực
Tế
Chương 5: Xác Định Vị Trí Sự Cố Kết Hợp Đường Dây Trên không Với Cáp Ngầm
Chương 6: Kết Luận
III- Ngày giao nhiệm vụ: 31/07/2014
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/01/2015
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận v ăn này
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Mạnh Trung


ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Khoa Quản Lý Chuyên Nghành, Khoa Điện ,
Khoa sau đại học trường Đại Học Công Nghệ TPHCM trong thời gian qua đã hướng
dẫn trong quá trình học tập, nghiên cứu và đặc biệt cảm ơn Thầy TS. Võ Ngọc Điều,
người đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Thầy đã hướng
dẫn và chỉ ra những thiếu sót, bổ sung những kiến thức thực tế hữu ích giúp tơi hồn
thành quyển luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các bạn thân hữu, các đồng nghiệp trong cơ quan đã cung
cấp các số liệu phục vụ làm luận văn và những người thân trong gia đình đã động viên,
giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và thời gian thực hiện luận văn.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Ngô Mạnh Trung


iii

TÓM TẮT
Đường dây truyền tải điện bao gồm đường dây trên không và cáp ngầm được sử
dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện xa xôi tới các trung tâm phụ tải lớn. Sự
tăng trưởng nhanh chóng của hệ thống điện theo đà phát triển kinh tế xã hội của một
quốc gia, đã dẫn đến một sự gia tăng số lượng các đường dây truyền tải vận hành với
nhiều cấp điện áp khác nhau và tổng chiều dài của nó. Vì thế, sự cố xảy ra trên tuyến
đường dây truyền tải là khơng thể tránh khỏi. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố, như
kết quả của sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây, sương mù, cây đỗ, thiết bị
sự cố, xâm phạm hành lang an toàn đường dây do các hoạt động của con người, quá
tải…Việc xác định vị trí sự cố chính xác, nhanh chóng có ý nghĩa rất quan trọng cho
cơng tác sửa chữa, giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện, sớm khắc phục sự cố
& tái lập vận hành, giảm chi phí sửa chữa, đảm bảo hệ thống điện vận hành an tồn tin
cậy.
Trong luận văn này, tơi nghiên cứu việc áp dụng phép biến đổi Wavelet
cho việc xác định vị trí ngắn mạch trên đường dây truyền tải cao thế. Trong đó, các
sóng điện áp và dịng điện t rên đường dây được mô phỏng bằng Matlab simulink.
Từcác kết quả này, tôi sử dụng phép biến đổi Wavelet tĩnh kết hợp với giải thuật lọc
nhiễu để xác định tín hiệu và thời gian sóng truyền từ điểm ngắn mạch về hai đầu cuối
của đường dây và sau đó tính tốn được khoảng cách vị trí xảy ra ngắn mạch. Để đánh
giá khả năng ứng dụng của phương pháp đề nghị, tôi đã áp dụng phương pháp đề xuất
cho một đường dây trên khơng 220kV Rạch giá -Trà nóc và mơ hình thực tế đường
dây trên khơng cáp ngầm 220kV Nhà Bè-Tao Đàn tại Tp.HCM của Công Ty Truyền
Tải Điện 4. Kết quả cho thấy phương pháp đề xuất có độ chính xác rất cao và thích
hợp cho các mơ hình thực tế.

iv

ABSTRACT
Transmission systems consisting of an overhead line combined with an
underground power cable is an intricate part of a power system and is depended upon
for reliable transmission and distribution services. Overhead line faults may be
triggered by lightning strokes, falling trees, fog and salt spray on polluted insulators.
Ice and snow loading may also cause insulator strings to fail mechanically.
Underground cable faults may be series faults in which the cable being cut, without
breaking the electrical insulation or shunt faults in which a breaking the electrical
insulation occurs without the conductor itself been cut. Determination of the fault
location in electric power lines is vital for economic operation of power systems.
Accurate fault location will facilitate quicker repair, improve system availability and
performance, reduce operating costs, and save time and expense of crew searching in
bad weather and tough.
In this Thesis, I investigate the application of wavelet transform to the shortcircuit location on the high-voltage transmission lines. In which, the voltage and
current waves on lines are simulated by Matlab Simulink. From these results, we use
the stationary wavelet transform according to with the noise filter algorithm to
determine the signal and traveling wave time from the short-circuit point to two
terminals of lines, then to calculate the distance of short-circuit location. To evaluate
the applicability of the proposed method, I applied the proposed method to the
overhead line 220kV Tra Noc -Rạch Gia and the practical model of Nha Be – Tao Dan
220kV overhead lines-underground cables in Ho Chi Minh city of Power Transmission
Company No 4. The results have been shown that the proposed method has the higher
accuracy and is suitable for practical models.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
TÓM TẮT ................................................................................................................iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ................................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ x
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ................................ xi
TỒN BỘ NỘI DUNG LUẬN VĂN ....................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................1
1.1- Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1
1.2- Mục đích ......................................................................................................... 4
1.3- Hướng nghiên cứu của luận văn ...................................................................... 5
1.4- Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 7
1.5- Điểm mới của luận văn ................................................................................... 7
1.6- Giá trị thực tiễn của luận văn .......................................................................... 8
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET .............. 9
2.1- Giới thiệu ......................................................................................................... 9
2.2- Cơ sở toán học ................................................................................................ 9
2.3- Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) ................... 11
2.4- Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA)............ 11
2.5- Biến đổi wavelet tĩnh (Stationary wavelet transform -SWT) ....................... 14
2.6- Vài nét ứng dụng tro ng hệ thống điện ........................................................... 15
2.6.1- Những ứng dụng chính của wavelet..................................................... 15
2.6.2- Ứng dụng trong bảo vệ hệ thống điện ................................................. 16
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ.................. 17
TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ....................................................................
3.1- Giới thiệu ...................................................................................................... 17
3.2- Phương pháp giải tích dựa vào ph ương trình Telegrapher .......................... 18

3.2.1- Tổng quan phương pháp ...................................................................... 18


vi
3.2.2- Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp .............................. 20
3.3- Phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng kết hợp biến đổi wavelet .............. 20
3.3.1- Tổng quan phương pháp ...................................................................... 20
3.3.2- Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ............................... 21
3.4- Phương pháp biến đổi wavelet ...................................................................... 22
3.4.1- Giới thiệu phương pháp wavelet trong việc xử lý tín hiệu số ............. 22
3.4.2- Phương pháp ........................................................................................ 22
3.4.3- Sơ đồ giải thuật .................................................................................... 23
3.4.4- Giải thích giải thuật ............................................................................. 24
3.4.5- Ý nghĩa của giải thuật lọc nhiễu .......................................................... 25
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
TRÊN KHÔNG THỰC TẾ ..................................................................................... 26
4.1- Giới thiệu ....................................................................................................... 26
4.2- Khảo sát đường dây trên không từ bài báo IEEE2 ........................................ 27
4.2.1- Mô phỏng ............................................................................................. 27
4.2.2- Kết quả mô phỏng ................................................................................ 28
4.2.2.1- Các dạng sóng điện áp, dịng điện tại đầu phát và đầu nhận .... 28
4.2.2.2- So sánh kết quả điện áp đầu phát tại các vị trí khác nhau ...... 29
4.2.3- Thực hiện biến đổi Wavelet ................................................................. 33
4.2.4- Minh họa kết quả tính tốn .................................................................. 43
4.2.4.1- Xác định vị trí sự cố ................................................................. 43
4.2.4.2- Sai số phần trăm so với chiều dài đường dây ........................... 44
4.2.4.3- Ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau ...................... 44
4.2.4.4- Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau ........................ 45
4.3- Khảo sát đường dây 220kV Rạch Giá -Trà Nóc ............................................ 46
4.3.1- Lý lịch đường dây ................................................................................ 46

4.3.2- Mơ phỏng ............................................................................................. 49
4.3.3- Các thông số vận hành ......................................................................... 49
4.3.4- Kết quả mô phỏng ................................................................................ 50
4.3.4.1- Xem xét các dạng sóng điện áp, dịng điện tại đầu phát và đầu nhận 50
4.3.4.2- Điện áp đầu phát khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại các vị trí khác nhau.
........................................................................................................................ 53


vii
4.3.4.3- Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch và các vị trí ngắn mạch khác nhau
........................................................................................................................ 55
4.3.4.4- Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau ........................ 56
4.4- Khảo sát các sự cố đã xảy ra trên đường dây 220kV Rạch giá -Trà nóc ....... 56
4.4.1- Cơng tác ứng trực xử lý sự cố trong quản lý vận hành ........................ 56
4.4.2- Kết quả kiểm tra truy tìm sự cố đd 220kV Rạch giá -Trà nóc.............. 60
4.4.3- Chi phí thiệt hại khi sự cố đường dây truyền tải xảy ra ....................... 62
4.4.4- Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố ............... 64
4.4.5- Ứng dụng phương pháp biến đổi wavelet tính tóan vị trí sự cố........... 65
4.4.6- So sánh kết quả vị trí sự cố ngắn mạch ............................................... 66
4.4.7- So sánh kết quả khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch ............ 67
CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ KẾT HỢP ĐƯỜNG DÂY TRÊN

KHƠNG VỚI CÁP NGẦM ............................................................................69
5-1 Giới thiệu....................................................................................................... 69
5.2- Đường dây cáp ngầm từ bài báo IEEE .......................................................... 70
5.2.1- Mô phỏng ............................................................................................. 70
5.2.2- Kết quả mơ phỏng ................................................................................ 71
5.2.2.1- Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận ... 71
5.2.2.2- So sánh điện áp đầu phát khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác
nha ......................................................................................................... 73

5.2.2.3- Ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau ...................... 76
5.3- Đường dây trên khơng có kết hợp với cáp ngầm .....220kV Nhà Bè – Tao
Đàn ............................................................................................................................ 73
5.3.1- Lý lịch đường dây ................................................................................ 77
5.3.2- Mô phỏng ............................................................................................. 77
5.3.3- Các thông số vận hành ......................................................................... 78
5.3.4- Kết quả mô phỏng ................................................................................ 79
5.3.4.1- Các dạng sóng điện áp, dịng điện tại đầu phát và đầu nhận .... 79
5.3.4.2- So sánh kết quả điện áp tại đầu phát và đần nhận .................... 81
5.3.5- Các kết quả tính tốn ............................................................................ 85
5.3.5.1- Xác định vị trí sự cố ................................................................. 85


viii
5.3.5.2- Sai số phần trăm so với chiều dài đường dây .......................... 86
5.3.5.3- Ảnh hưởng của các ví trí ngắn mạch........................................ 87
5.3.5.4- Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau ........................ 88
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ....................................................................................... 89
6.1- Kết luận ......................................................................................................... 89
6.2- Hướng nghiên cứu mở rộng đề tài ................................................................ 90
6.3- Lời kết ........................................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 91


ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TW

: Traveling Waves

R21

: Rơle khoảng cách

DWT

: Discrete Wavelet Transform

MRA

: Multi-Resolution Analysis

SWT

: Stationary wavelet transform

EMTP

: Electromagnetic Transient Program

ATP

: Alternative Transients Program

SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition
MOV

: Metal Oxide Varistor

NĐ-CP

: Nghị định của chính phủ

PTC4

: Cơng ty Truyền Tải Điện 4


x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau ............................. 44
Bảng 4.2: Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau ............................... 45
Bảng 4.3: Thông số vận hành tại trạm 220kV Rạch giá .............................................. 50
Bảng 4.4: Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch và vị trí ngắn mạch khác nhau 55
Bảng 4.5: Kết quả ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau ............................... 56
Bảng 4.6: Khoảng cách hành lang an toàn.................................................................... 59
Bảng 4.7: Khoảng cách pha -đất .................................................................................... 59
Bảng 4.8: Thống kê sự cố đường dây 220kV Rạch giá -Trà nóc .................................. 60
Bảng 4.9: Kết quả kiểm tra truy tìm sự cố đường dây 220kV Rạch giá -Trà nóc ......... 61
Bảng 4.10: Thơng số vận hành đường dây 220kV Rạch giá-Trà nóc trước lúc sự cố . 64
Bảng 4.11: Kết quả tính tóan các vị trí sự cố ............................................................... 65
Bảng 4.12: So sánh kết quả vị trí ngắn mạch rơle báo với thực tế tìm được và tính
tốn................................................................................................................................ 66
Bảng 4.13: So sánh khoảng trụ đường dây tương ứng vị trí ngắn mạch rơle báo với
thực tế tìm được và tính tốn ........................................................................................ 67
Bảng 5.1: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau -cáp ngầm ............. 76
Bảng 5.2: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau ............................. 87
Bảng 5.3: Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau ................................ 88

xi

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Ngọn cây dầu dính vào dây dẫn pha C (phía trụ 62) .. đường dây 500kV Tân
Định - Di Linh (sự cố ngày 22/05/2013 -PTC4) ............................................................. 2
ìHình 1.2: Đứt dây dẫn pha A khoảng trụ 62-63 (phía trụ 63) đường dây 220kV Ơ mơn
-Thốt nốt (sự cố ngày 24/09/2010-PTC4) ...................................................................... 2
Hình 1.3: Chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện (phía trụ 219) .. đường dây 220kV
Cao lãnh-Thốt nốt (sự cố ngày 05/11/2011-PTC4) ....................................................... 3
Hình 1.4: Dấu vết chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện đường dây 220kV Cao
lãnh-Thốt nốt(sự cố ngày 05/11/2011-PTC4)................................................................. 3
Hình 1.5: Thay thế mới chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện ... đường dây 220kV
Cao lãnh-Thốt nốt(sự cố ngày 05/11/2011-PTC4) ........................................................ 4
Hình 2.1: Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp ................ 12
Hình 2.2: Phân ly bậc 2 ................................................................................................ 13
Hình 2.3: Minh họa cho phân ly bậc 3 ......................................................................... 13
Hình 2.4: Tỷ lệ các ứng dụng về những lĩnh vực khác nhau trong HTĐ được xuất bản 15
Hình 3.1: Sơ đồ phương trình Telegrapher ................................................................. 19
Hình 3.2: Sơ đồ mạch của thiết bị phát sóng ............................................................... 21
Hình 3.3.a: Sơ đồ mạch của thiết bị phát sóng ............................................................ 23
Hình 3.3.b: Minh họa về sơ đồ sóng truyền ................................................................. 24
Hình 4.1: Mơ hình đường dây trên khơng bài báo IEEE .............................................. 27
Hình 4.2: Mô phỏng đường dây trên không bài báo IEEE ........................................... 28
Hình 4.3: Điện áp tại đầu phát ..................................................................................... 28
Hình 4.4: Điện áp tại đầu nhận ..................................................................................... 29
Hình 4.5: Dịng điện tại đầu phát ................................................................................. 29
Hình 4.6: Dịng điện tại đầu nhận ................................................................................. 30
Hình 4.7: Điện áp đầu phát tại x = 95km ................................................................... 31

Hình 4.8: Điện áp đầu phát tại x = 85km .................................................................... 31
Hình 4.9: Điện áp đầu phát tại x = 79.5km ................................................................... 32
Hình 4.10: Điện áp đầu phát tại x = 59.5km ............................................................... 32
Hình 4.11: Điện áp đầu phát tại x = 34km .................................................................. 33
Hình 4.12: Tín hiệu điện áp đầu phát pha A ................................................................. 34


xii
Hình 4.13: Hệ số xấp xỉ bậc 1 ..................................................................................... 34
Hình 4.14: Hệ số chi tiết bậc 1 .................................................................................... 35
Hình 4.15: Hệ số xấp xỉ bậc 2 ..................................................................................... 35
Hình 4.16: Hệ số chi tiết bậc 2 .................................................................................... 36
Hình 4.17: Hệ số xấp xỉ bậc 3 ..................................................................................... 36
Hình 4.18: Hệ số chi ti ết bậc 3 .................................................................................... 37
Hình 4.19: Hệ số xấp xỉ bậc 4 ..................................................................................... 37
Hình 4.20: Hệ số chi tiết bậc 4 .................................................................................... 38
Hình 4.21: Ma trận tương quan bậc 1, n = 1 ................................................................. 38
Hình 4.22: Ma trận tương quan bậc 2, n = 1 ................................................................. 39
Hình 4.23: Ma trận tương quan bậc 3, n = 1 ................................................................. 39
Hình 4.24: Ma trận tương quan bậc 1, n = 2................................................................. 40
Hình 4.25: Ma trận tương quan bậc 2, n = 2 ................................................................. 40
Hình 4.26: Ma trận tương quan bậc 3, n = 2 ................................................................. 41
Hình 4.27: Ma trận tương quan bậc 1, n = 12 ............................................................... 41
Hình 4.28: Ma trận tương quan bậc 2, n = 12 ............................................................... 42
Hình 4.29: Ma trận tương quan bậc 3, n = 12 ............................................................... 42
Hình 4.30: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan sau cùng ..................................... 43
Hình 4.31: Cách bố trí dây dẫn và dây chống sét đường dây 220kV Rạch giá – Trà
nóc................................................................................................................................. 47
Hình 4.32: Cách bố trí dây tiếp đất đường dây 220kV Rạch giá – Trà nóc ................. 47
Hình 4.33: Mơ hình đường dây 220kV Rạch giá – Trà nóc ......................................... 49

Hình 4.34: Mơ phỏng đường dây 220kV Rạch giá – Trà nóc ...................................... 49
Hình 4.35: Điện áp đầu phát ......................................................................................... 51
Hình 4.36: Điện áp đầu nhận ........................................................................................ 51
Hình 4.37: Dịng điện đầu phát ..................................................................................... 52
Hình 4.38: Dịng điện đầu nhận ................................................................................... 52
Hình 4.39: Điện áp đầu phát tại x=59.5km ................................................................... 53
Hình 4.40: Điện áp đầu phát tại x= 35km..................................................................... 53
Hình 4.41: Điện áp đầu phát tại x= 17km ..................................................................... 54
Hình 4.42: Điện áp đầu phát tại x= 6.7km.................................................................... 54
Hình 4.43: Xáng cạp gây ra sự cố ngày 13/11/10 đường dây 220kV Rạch giá -Trà nóc


xiii
(PTC4) .......................................................................................................................... 63
Hình 4.44: Lập biên bản vi phạm có chứng kiến của chính quyền địa phương sự cố
ngày 13/11/10 đường dây 220kV Rạch giá-Trà nóc (PTC4)63 .......................................
Hình 5.1: Mơ hình đường dây cáp ngầm bài báo IEEE ................................................ 70
Hình 5.2: Mô phỏng đường dây cáp ngầm bài báo IEEE ............................................. 70
Hình 5.3: Điện áp đầu phát ........................................................................................... 71
Hình 5.4: Điện áp đầu n hận .......................................................................................... 71
Hình 5.5: Dịng điện đầu phát ...................................................................................... 72
Hình 5.6: Dịng điện đầu nhận ..................................................................................... 72
Hình 5.7: Điện áp đầu phát tại x= 6km ........................................................................ 73
Hình 5.8: Điện áp đầu phát tại x= 4km ........................................................................ 74
Hình 5.9: Điện áp đầu phát tại x= 2km ........................................................................ 74
Hình 5.10: Điện áp đầu phát tại x= 1km ...................................................................... 75
Hình 5.11: Mơ hình đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn.......................................... 77
Hình 5.12: Mơ phỏng đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn....................................... 78
Hình 5.13: Điện áp đầu phát ......................................................................................... 79
Hình 5.14: Điện áp đầu nhận ........................................................................................ 79

Hình 5.15: Dịng điện áp đầu phát ................................................................................ 80
Hình 5.16: Dịng điện đầu nhận .................................................................................... 80
Hình 5.17a: Điện áp đầu phát tại x= 2km ..................................................................... 81
Hình 5.17b: Điện áp đầu nhận tại x= 2km .................................................................... 82
Hình 5.18a: Điện áp đầu phát tại x= 4km ..................................................................... 82
Hình 5.18b: Điện áp đầu nhận tại x= 4km .................................................................... 83
Hình 5.19a: Điện áp đầu phát tại x= 7.266km .............................................................. 83
Hình 5.19b: Điện áp đầu nhận tại x= 7.266km ............................................................. 84
Hình 5.20a: Điện áp đầu phát tại x= 8.766km .............................................................. 84
Hình 5.20b: Điện áp đầu nhận tại x= 8.766km ............................................................. 85


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1- Lý do chọn đề tài
Sự cố trên đường dây truyền tải gây ra gián đoạn điện cho khách hàng và có
thể dẫn đến những thiệt hại đáng kể cho xã hội, đặc biệt là cho ngành sản xuất cơng
nghiệp. Phát hiện nhanh chóng vị trí sự cố và sửa chữa kịp thời những sự cố này là
rất quan trọng, trong việc duy trì vận hành hệ thống điện tin cậy. Tính sẵn sàng
cung cấp điện liên tục và tính tin cậy có tầm quan trọng ngày càng t ăng hiện nay, do
các chính sách mới về tự do hóa năng lượng và thị trường năng lượng cạnh tranh,
như một cách trực tiếp để giảm chi phí vận hành và gia tăng lợi nhuận.
Khi hệ thống đường dây truyền tải xảy ra sự cố, việc tìm kiếm vị trí sự cố rất
phức tạp do tuyến đường dây dài, địa hình tiếp cận khó khăn, phương tiện giao
thơng không thuận lợi, nằm xa cách khu vực dân cư và phải tổ chức tìm kiếm ngay
bất kể thời điểm nào trong ngày.
Phát hiện dấu vết sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố, thực tế là điều khô ng
đơn giản, có những sự cố hiện trường để lại dễ dàng nhìn thấy bằng mắt thường như
những sự cố đứt dây dẫn hay dây chống sét Hình 1.1, 1.2.

Có những sự cố mà dấu vết hiện trường rất khó phát hiện như phóng điện
qua chuỗi sứ Hình 1.3, 1.4. Do dấu vết phó ng điện nhỏ, khơng thể thấy bằng mắt
thường khi nhìn từ phía dưới mặt đất mà không leo lên trụ để kiểm tra, đặc biệt là
vào ban đêm. Không phát hiện được dấu vết hiện trường, thì khơng thể xác định
được vị trí cũng như ngun nhân gây ra sự cố. Vì thế, nếu khơng có những thông
tin ban đầu liên quan đến sự cố như khoảng cách rơle báo (thường là có sai lệch),
người dân xung quanh khu vực sự cố cho biết có tiếng nổ bất thường trên đường
dây điện… thì khó mà tập trung vào những khu vực nghi ngờ để tìm ra vị trí và
ngun nhân gây ra sự cố, để có kế hoạch sửa chữa khắc phục kịp thời và loại trừ
nguyên nhân gây ra sự cố một lần nữa.


2

Hình 1.1: Ngọn cây dầu dính vào dây dẫn Pha C cách trạm 500kV Tân Định 2,5 km
đường dây 500kV Tân Định (573, 574) - Di Linh (571, 572) (sự cố lúc 13g50, ngày
22 tháng 05 năm 2013-PTC4)

Hình 1.2: Đứt dây dẫn pha A khoảng trụ 62 -63 (phía trụ 63) đường dây 220kV Ơ
mơn-Thốt nốt (sự cố ngày 24/09/2010 -PTC4)


3

Hình 1.3: Chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện (phía trụ 219) đường dây
220kV Cao lãnh-Thốt nốt (sự cố ngày 05/11/2011 -PTC4)

Hình 1.4: Dấu vết chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện đường dây 220kV Cao
lãnh-Thốt nốt (sự cố ngày 05/11/2011 -PTC4)

4

Hình 1.5: Thay thế mới chuỗi sứ néo pha B trụ 218 bị phóng điện đường dây 220kV
Cao lãnh-Thốt nốt (sự cố ngày 05/11/2011-PTC4)
Do đó, cần thiết phải tìm ra vị trí sự cố chính xác để nhanh chóng đưa ra
phương án sửa chữa và khôi phục lại cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện,
tiết kiệm được thời gian và cơng sức tìm kiếm. Đó là mục tiêu hướng đến của các
Cơng ty Truyền tải điện nói chung. Nghiên cứu các phương pháp xác định vị trí sự
cố trên đường dây truyền tải là một điều cần thiết trong việc quản lý vận hành một
hệ thống điện.
1.2- Mục đích
Mục tiêu của luận văn là tìm r a giải pháp mô phỏng bằng Matlab-Simulink
đường dây truyền tải trên không và đường dây trên khơng có kết hợp với cáp ngầm,
nhằm mục đích khảo sát diễn biến q trình q độ xảy ra trên hệ thống đường dây
truyền tải khi xảy ra ngắn mạch. Nghiên cứu các phươ ng pháp xác định vị trí sự cố
đường dây trên khơng và mở rộng cho đường dây trên khơng có kết hợp với cáp
ngầm bằng cách sử dụng phương pháp biến đổi wavelet và kết hợp với lọc nhiễu.
1.3- Hướng nghiên cứu của luận văn
Vấn đề nghiên cứu sự cố trên đường d ây truyền tải là một phần quan trọng
của phân tích hệ thống điện. Trong hệ thống năng lượng điện, khi đường dây truyền


5

tải xảy ra sự cố, có rất nhiều các thành phần quá độ của các tần số khác nhau sẽ
được tạo ra. Rất nhiều thơng tin sự cố là có chứa trong các thành phần q độ. Vì
vậy, nó có thể được sử dụng để phân tích sự cố hoặc những bất thường của thiết bị
hoặc của hệ thống điện và phân tích nguyên nhân của sự cố hoặc các bất thường
khác [14]. Vấn đề quan trọng, là làm thế nào để sử dụng những tín hiệu q độ đó

để phát hiện hoặc để xác định vị trí sự cố.
Xác định vị trí sự cố và các phương pháp xác định vị trí sự cố đã được đề
xuất và thực hiện từ trước cho đến nay, có thể được phân loại như: Sử dụng phương
diện tần số lưới điện trong khoảng thời gian sau sự cố, sử dụng các phương trình vi
phân đường dây và đánh giá các tham số đường dây [8 -11]. Sử dụng sóng truyền
bao gồm hệ thống bảo vệ sóng truyền. Kỹ thuật sóng truyền được tìm thấy là chính
xác hơn các kỹ thuật kháng trở trong việc xác đinh vị trí sự cố của đường dây truyền
tải, cung cấp độ chính xác khá cao [12-17] và [20-32].
Nhiều nghiên cứu đã được đưa ra để xác định vị trí sự cố như ở trên. Tuy
nhiên, đối với đường dây truyền tải điện phía Nam, định vị sự cố chủ yếu dựa vào
các rơle bảo vệ khoảng cách đường dây (R21). Các rơle bảo vệ về cơ bản có thể
định vị được các sự cố khơng cân bằng, mà độ chính xác của vị trí sự cố có thể bị
ảnh hưởng bỡi điện trở sự cố ngắn mạch, trở kháng cực nguồn và ảnh hưởng của
các đường dây đi chung khác… Vẫn chưa có nhiều các nghiên cứu về xác định vị trí
sự cố trên đường dây truyền tải, dựa trên việc phân tích tín hiệu sóng truyền do sự
cố tạo ra và sử dụng phương pháp biến đổi wavelet để phân tích. Đây là phương
pháp số tiên tiến, xử lý tín hiệu kỹ thuật số mạnh mẽ hiện nay, dễ tiếp cận và áp
dụng.
Do đó, trong luận văn này thực hiện xác định vị trí sự cố trên đường dây
truyền tải sử dụng phương pháp biến đổi wavelet kết hợp với lọc nhiễu và mô
phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink.
Sau cùng đánh giá kết quả của phư ơng pháp, độ chính xác, khả năng áp dụng
vào thực tế, nêu giải pháp để giải quyết và tổng kết vấn đề.


6

Cụ thể luận văn có những nhiệm vụ sau:
 Giới thiệu về phương pháp biến đổi wavelet.
 Tìm hiểu và nghiên cứu một số phương pháp đã được sử dụng để xác

định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải.
 Mô phỏng khảo sát đường dây truyền tải trên không bằng Matlab Simulink, áp dụng phương pháp biến đổi wavelet và thuật tốn lọc
nhiễu để xác định vị trí sự cố.
 Mở rộng mô phỏng khảo sát đường dây truyền tải trên khơn g có kết
hợp với cáp ngầm bằng Matlab-Simulink.
 Một bảng số liệu tính tốn xác định vị trí sự cố với các điều kiện ngắn
mạch khác nhau, so sánh với số liệu đường dây truyền tải đang vận
hành. Đánh giá kết quả đạt được.
1.4- Phạm vi nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu phương pháp xác định vị trí ngắn mạch của đường dây
truyền tải trên khơng, cáp ngầm bằng việc sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng
và tính tốn.
Các bước tiến hành:
 Thu thập tài liệu, nghiên cứu các thông số liên quan đến đường dây
trên khơng, cáp ngầm và các mơ hình của đường dây trên khơng có kết
hợp với cáp ngầm.
 Mơ hình hố đường dây trên không, cáp ngầm tham khảo từ bài báo
trên IEEE và đang vận hành trong lưới điện bao gồm: Đường dây thực
tế 220kV Rạch giá-Trà nóc. Đường dây trên khơng có kết hợ p với cáp
ngầm 220kV Nhà bè – Tao đàn.
 Khảo sát các quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây
truyền tải với các điều kiện ngắn mạch khác nhau.
 Biến đổi wavelet các tín hiệu thu nhận được, kết hợp giải thuật lọc
nhiễu để sau cùng tính tốn vị tr í ngắn mạch. So sánh số liệu vị trí
ngắn mạch đã tính tốn được với bài báo đã tham khảo và đường dây


7

truyền tải đang vận hành. Đánh giá toàn bộ luận văn, đề nghị hướng

phát triển thêm cho đề tài.
1.5- Điểm mới của luận văn
 Biến đổi wavelet tĩnh tín hiệu điện áp thu được từ một đầu đường dây,
để có được hệ số phân tích cần thiết, hệ số xấp xỉ và hệ số chi tiết.
 Kết hợp giải thuật lọc nhiễu, dựa trên mối quan hệ tương quan giữa
các hệ số chi tiết để áp dụng cho việc xác định vị trí ngắn mạch.
 Xác định vị trí ngắn mạch đường dây trên không, kiểm tra so sánh với
số liệu bài báo đã tham khảo và đường dây vận hành thực tế, cho kết
quả như mong muốn.
 Xác định vị trí ngắn mạch đường dây trên khơng có kết hợp cáp
ngầm, trong cả hai mơi trường truyền sóng khác nhau.
1.6- Giá trị thực tiễn của luận văn
 Nghiên cứu việc sử dụng lý thuyết wavelet vào việc xác định vị trí
ngắn mạch, thể hiện tính hiện đại của phương pháp, thuận tiện cho
online.
 Khả năng áp dụng vào thực tế có độ chính xác cao, giúp giảm chi phí
giá thành vận hành như tìm kiếm sự cố nhanh, khắc phục và sửa chữa
kịp thời, giảm thiểu được thời gian mất điện…
 Mở ra một hướng mới về việc xác định vị trí ngắn mạch của đường
dây trên khơng và cáp ngầm, ứng dụng vào thực tế trong hệ thống điện
lớn hiện hành, có nhiều đường dây truyền tải. Giúp nâng cao khả năng
quản lý và vận hành hệ thống điện được tốt hơn.


8

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
WAVELET
2.1- Giới thiệu
Phân tích wavelet là một phương pháp mới cho dù nền tảng tốn học của nó

đã có từ những lí thuyết của Joseph Fourier vào thế kỷ XIX. Fourier đã đặt nền tảng
với lí thuyết phân tích tần số mà ý nghĩa to lớn và quan trọng đã được chứng minh.
Từ “Wavelet” lần đầu được sử dụng là vào năm 1909, trong một luận văn
của Alfred Haar. Còn khái niệm wavelet được dùng cho các sách lý thuyết đưa ra
bởi Jean Morlet và nhóm nghiên cứu Marseille thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lý
thuyết Vật lý tại Pháp.
Phương pháp phân tích wavelet đã được phát triển chủ yếu bởi Y.Meyer và
các đồng nghiệp của ông, những người đã phổ biến rộng rãi phương pháp này.
Thuật tốn chính dựa vào các cơng trình trước đó của Stephane Mallat năm 1988.
Từ đây, việc nghiên cứu wavelet trở nên mang tính quốc tế. Đặc biệt là những
nghiên cứu tại Mỹ, nơi có những nhà khoa học đi đầu về lĩnh vực này như Ingrid
Daubechies, Ronald Coifman, Victor Wickerhauser [18].
2.2- Cơ sở toán học
Biến đổi wavelet ra đời [18 -19] đã khắc phục được những bất lợi của biến
đổi Fourier truyền thống mà nó cịn có những ưu điểm mới lạ, hấp dẫn, thu hút
nhiều nhà kh oa học trên thế giới nghiên cứu, phát triển và triển khai ứng dụng,
mang lại hiệu quả thiết thực. Ưu điểm nổi bật của phân tích wavelet là khả năng
phân tích cục bộ, tức phân tích một vùng nhỏ trong một tín hiệu lớn. Khả năng này
đã khắc phục nhược điểm củ a biến đổi Fourier và biến đổi Fourier thời gian ngắn.
Wavelet là hàm được tạo ra từ hàm  (x) - được gọi là wavelet mẫu (cịn gọi
là wavelet giải tích). Hàm  (x) được định nghĩa cho biến thực x và có thể mang giá
trị phức. Nói cách khác,  là một ánh xạ từ R vào C, có chuẩn giới hạn L2, 
được định nghĩa: