Tài liệu Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải

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

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

TRẦN VĂN DŨNG

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI
ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015


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

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

TRẦN VĂN DŨNG

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM
LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 2 năm 2015

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH

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:
TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương

2

PGS.TS. Dương Hoài Nghĩa

Phản biện 1

3

TS. Võ Hoàng Duy

Phản biện 2

4

PGS.TS. Lê Minh Phương

5

TS. Đặng Xuân Kiên

Chủ tịch

Ủy viên
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 Luận văn

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương


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 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN VĂN DŨNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1983

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

MSHV: 1341830052

I- Tên đề tài:
Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải.
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” có nội dung
chủ yếu:
Tầm quan trọng của luận văn
Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải
Xây dựng phương trình và giải thuật để tính tốn vị trí sự cố và giá trị điện trở
tại điểm sự cố
Dùng phần mềm Matlab 2015 mô phỏng cho phương pháp đề xuất
Kết quả nghiên cứu của luận văn
III- Ngày giao nhiệm vụ: 26/5/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/11/2015
V- Cán bộ hướng dẫn:PGS. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. Trương Việt Anh

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. Nguyen Thanh Phuong


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016

TRẦN VĂN DŨNG


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trương Việt Anh,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện quyển
luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô trường Đại Học Công Nghệ
TP.HCM đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hồn thiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường
Đại Học Công Nghệ TP.HCM, các cán bộ phịng Đào Tạo đã giúp đỡ tơi rất
nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hồn thành quyển luận văn
này.
Tơi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi

điều kiện để tơi hồn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên
tôi và động viên tôi rất nhiều để tơi hồn thành khóa học này.
Trần Văn Dũng


iii

TĨM TẮT
Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lưới
truyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn. Thời gian xác định vị trí ngắn mạch
càng nhanh thì cơng tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khơi phục hoạt động bình
thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện. Vấn đề này đặt biệt hữu ích đối
với các vùng có địa hình khó khăn hay các đường dây ngầm mà lưới điện truyền tải
đi qua khi hầu như không thể quang sát được bằng mắt thường.
Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm
truyền tải , nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây ựng ựa
trên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị tr ngắn mạch cáp ngầm. Thống
kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị tr
ngắn mạch được phân thành ba phương pháp ch nh đó là phương pháp bơm xung
phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch th o các nghiên cứu trong
phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch th o nghiên cứu trong
ùng phân t ch sóng

và

, phương pháp

ng điện và điện áp tần số cao th o các nghiên cứu trong

. Các nghiên cứu trong

và

,

-

ch được thực hiện bằng các máy phát xung

chuyên ụng có tần số cao và ch xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã cô lập
lưới điện. Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện và
phải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị
đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền. Phương pháp được đề xuất
trong 3 sử dụng phương pháp giải lặp nên sai số tính tốn khá cao. Các nghiên cứu
trong

-

yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết

bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc kh làm tăng giá thành thiết bị.
ua phân t ch về các giải thuật xác định vị tr ngắn mạch đã được thực thi, với
t nh chất thuần trở của điện trở hồ quang được kh ng định trong

, luận văn đề

xuất một phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên phương pháp t ng trở kết
hợp với đặc t nh thuần trở của điện trở ngắn mạch.

iv

ABSTRACT
Fault location is very important in power network with the long distance of
transmission lines. Fault location time effect repair time of transmission power
cables. Reducing of fault location time mean increasing power quality of power
grid. Especially, full of obstacles and difficult of access topography area or
underground cables, fault location approach is more useful when the sisual checking
are impossible.
There are some researchs on fault location matter in power cables were done
recently. There are three approach groups in this field. The first is reflection wave,
w r known as tim

omain r fl ctom try (TDR) for current and voltage source, the

approach were representation in [1] and [2]. The sencond is impedance-base
approach, the approach used the characteristic of impedance in the power grid for
calculation current and voltage in the power network for find short circuit point, this
way was represented in [3]. The last approach is wavelet analysis, this way base on
traveling wave of transent stage of network when fault occur, was represented in [47]. There are some limited conditions in the first and the third approachs when
apply to power network for fault location. The first approach was practise when
fault section is isolation from power grid and they need the special device which
can make high voltage pulses and sensitive sensors for receiving reflection wave.
This disadvantage increasing fault location time and the device cost is too high.
Impedance-base approach in [3] have less cost than the first approach but the
accuracy is low. The third approach no need special pulse maker as the first
approach but they need the high accuracy, high frequency measurement equipment
which is high cost.
Base on the analyses of those fault location approachs as above, this thesis

propose the new fault location approach base on impedance and arc resistor
characteristic was proposed in [9]. This appraoch no need the sensitive
measurement equipment and more accuracy than impedance-base others.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii
CHƯƠNG TỔNG QUAN ........................................................................................1
. Đặt vấn đề .............................................................................................................1
1.2 Nhiệm vụ của luận văn ..........................................................................................2
1.3 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................3
. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3
.5 Điểm mới của luận văn .........................................................................................3
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài .....................................................................................4
1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan. .....................................................................4
. . Phương pháp xung phản xạ ............................................................................5
. . Phương pháp t ng trở .....................................................................................6
. . Phương pháp phân t ch sóng truyền ...............................................................6
. Hướng nghiên cứu của luận văn............................................................................7
CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................8
. Hệ thống điện và các thành phần cơ bản của hệ thống điện .................................8
. . Hệ thống sản xuất điện năng ..........................................................................9
. . Hệ thống truyền tải điện năng ......................................................................10

. . Hệ thống tiêu thụ điện năng .........................................................................12
2.2 Cáp ngầm điện lực ..............................................................................................12
2.2.1 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đường dây trên không .........................13
. . . Ưu điểm của cáp ngầm điện lực............................................................13
. . . Nhược điểm của cáp ngầm điện lực ......................................................14
2.2.1.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiên nay ................................15


vi

2.2.2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực ...........................................................................15
2.2.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cáp ngầm điện lực .................................16
2.2.2.2 Vật liệu dẫn điện ...................................................................................16
2.2.2.3 Vật liệu cách điện ..................................................................................17
2.2.2.4 Vỏ bọc dây cáp ngầm điện lực (Sheaths) ..............................................20
. . .5Màn ngăn sợi cáp ngầm điện lực (screening) ........................................20
2.2.2.6 Vỏ thép bảo vệ ......................................................................................21
. Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực...................................................................21
2.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm ................................................21
. . Ngắn mạch một pha chạm đất ......................................................................22
. . Ngắn mạch hai pha chạm đất .......................................................................24
2.3.4 Ngắn mạch ba pha chạm đất ........................................................................25
2.4 Nhận dạng các dạng ngắn dạng cáp ngầm điện lực ............................................27
.5 Hồ quang điện .....................................................................................................27
.5. Hiện tượng hồ quang điện ............................................................................27
.5. .

hái niệm chung ...................................................................................27

.5. .

uá trình phát sinh hồ quang ................................................................28

2.5.1.3 Quá trình ập tắt hồ quang ....................................................................29
.5. Điện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch ...........................................30
CHƯƠNG : PHƯƠNG TRÌNH TINH TỐN .......................................................32
3. . T ng trở đường ây điện ..............................................................................32
3.1.3 T ng trở phụ tải ba pha ................................................................................34
3.2 T nh toán điện trở ngắn mạch khi biết vị trí ngắn mạch .....................................35
3.3 Phương pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm được đề xuất ......................36
3.4 Lưu đồ và giải thuật t nh toán mơ phỏng ............................................................37
. . Lưu đồ t nh tốn cho chương trình ch nh .....................................................37
. . Lưu đồ chương trình con t nh toán vị tr và điện trở sự cố ..........................39
CHƯƠNG : MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG ....................................................42
. Mơ hình hóa các khối trong lưới điện phân phối được mô phỏng ......................42


vii

. .

hối nguồn phát điện ...................................................................................42

. .

hối đường ây truyền tải ...........................................................................45

. .

hối phụ tải ..................................................................................................47

. .

hối sự cố ngắn mạch ..................................................................................49

. .5 hối thu nhận và xử l t n hiệu.....................................................................50
. .6 Mơ hình lưới điện truyền tải được mô phỏng. .............................................51
4.1.
.

ết nối các khối trong mạch mô phỏng .......................................................52

ết quả mô phỏng khi ự báo đúng phụ tải trên lưới điện truyền tải. ................53
. . Sự cố ngắn mạch pha a chạm đất .................................................................53
. . Sự cố ngắn mạch pha b chạm đất .................................................................55
. . Sự cố ngắn mạch pha c chạm đất .................................................................57
. . Sự cố ngắn mạch hai pha a b chạm đất ........................................................59
. .5 Sự cố ngắn mạch hai pha a c chạm đất ........................................................62
. .6 Sự cố ngắn mạch hai pha b c chạm đất ........................................................64
. . Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất ...............................................................66

. Nhận xét ..............................................................................................................68
5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn ..........................................................69
5. Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. ...................................................70
TÀI LIỆ THAM HẢO .........................................................................................71
PHỤ LỤC ....................................................................................................................1


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình . Mơ hình minh họa cho hệ thống điện ..........................................................9
Hình . Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island tại bang Pennsylvania..............9
Hình . Thủy điện đak mi ...................................................................................10
Hình . Đường dây 500KV bắc nam......................................................................11
Hình . 5 L nấu thép bằng điện ...............................................................................12
Hình . 6 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu..........................18
Hình . Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cáchđiện XLPE .....................................19
Hình . Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cách điện EPR ......................................20
Hình . Dạng sóng

ng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ............23

Hình .

Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ..............24

Hình .

Dạng sóng

Hình .

Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất................25

Hình .

Dạng sóng

Hình .

Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha ................................26

ng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất ...........25
ng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha ............................26

Hình . 5 ảng nhận biết loại sự cố ngắn mạch .....................................................27
Hình 3. 1 Mơ hình đường ây có t ng trở tương h .................................................32
Hình . Đường dây truyền tải có sự cố ngắn mạch chạm đất ................................35
Hình . Lưu đồ chương trình t nh tốn sự cố ngắn mạch ......................................38
Hình . Lưu đồ tính tốn vị trí sự cố cho các chương trình con ............................41
Hình . Mơ hình nguồn điện áp cấp cho đường ây truyền tải ..............................43
Hình . Giao iện xác định các thơng số cho nguồn điện ba pha ..........................43
Hình . Mơ hình đường ây truyền tải ...................................................................45
Hình . Giao iện xây ựng các thơng số cho đường dây ba pha..........................46
Hình . 5 Mơ hình khối phụ tải .................................................................................47
Hình . 6 Giao iện xây ựng các thông số cho khối phụ tải ...................................48
Hình . Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố ......................................................................50


ix

Hình . Sơ đồ kết nối khối điều chế t n hiệu ..........................................................51
Hình . Sơ đồ đơn tuyến lưới điện cáp ngầm truyền tải cơ bản.............................52
Hình .

Sơ đồ mạch mơ phỏng lưới điện gặp sự cố ngắn mạch ..........................53

Hình .

ết quả mơ phỏng ngắn mạch pha a chạm đất .......................................55

Hình .

ết quả mô phỏng ngắn mạch pha b chạm đất .......................................57

Hình .

ết quả mơ phỏng ngắn mạch pha c chạm đất .......................................59

Hình .

ết quả mơ phỏng ngắn mạch hai pha a b chạm đất ..............................61

Hình . 5 ết quả mơ phỏng ngắn mạch hai pha a c chạm đất ...............................63
Hình . 6 ết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha b c chạm đất ..............................65
Hình .

ết quả mơ phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất .....................................67


1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 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 khi cáp ngầm điện có những ưu điểm rất lớn mà
các đường dây trên khơng khơng thể có được hay việc thi cơng lưới điện tại những
nơi có địa hình khó khăn không thể ùng các đường ây trên không như lưới điện
vượt biển, băng sơng. Việc ngầm hóa hệ thống điện năng đối với lưới điện truyền

tải trong môi trường đô thị là một yêu cầu tất yếu khi chi phí xây dựng và giải
phóng mặt bằng q cao và việc đảm bảo toàn cho việc vận hành đường dây cao áp
trên không cũng như của ân cư đông đúc bên ưới là rất khó khăn và tốn kém.
Hiện nay, việc ngầm hóa lưới điện truyền tải đang iễn 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 tồn và hiệu quả đường dây
cáp ngầm. Khơng giống đường ây trên không, đường dây cáp ngầm khi bị sự cố
thường rất khó để phát hiện vị trí sự cố o chúng được đặt ngầm trong đất hay ưới
đáy biển nên khơng thể phát hiện bằng mắt thường.
Do đó, yêu cầu cấp thiết được đặt ra đối với đường dây cáp ngầm là phải có
một giải pháp hiệu quả để xác định nhanh vị trí ngắn mạch để có nhanh chóng tiến
hành sửa chữa đoạn cáp bị ngắn mạch. Trong q trình vận hành, đường 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 q trình xây dựng, cách
điện bị rạn nứt mà không phát hiện ra, theo thời gian bị nước ngấm vào gây nên sự
cố. Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên đường ây, rơ l bảo vệ sẽ tác
động tách toàn bộ các thiết bị và đường ây sau rơ l ra khỏi hệ thống điện và loại
trừ sự ảnh hưởng của nhánh bị sự cố lên các thành phần khác trên hệ thống điện.
Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lưới
truyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn. Thời gian xác định vị trí ngắn mạch
càng nhanh thì cơng tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khơi phục hoạt động bình
thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện.


2

Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm
truyền tải , nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây ựng ựa
trên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị tr ngắn mạch cáp ngầm. Thống
kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị tr

ngắn mạch được phân thành ba phương pháp ch nh đó là phương pháp bơm xung
phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch th o các nghiên cứu trong
phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch th o nghiên cứu trong
ùng phân t ch sóng

và

, phương pháp

ng điện và điện áp tần số cao th o các nghiên cứu trong

. Các nghiên cứu trong

và

,

-

ch được thực hiện bằng các máy phát xung

chuyên ụng có tần số cao và ch xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã cô lập
lưới điện. Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện và
phải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị
đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền. Phương pháp được đề xuất
trong

ch có thể xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã định vị được đoạn ngắn

mạch chứ không thể xác định được đoạn ngắn mạch nên bị hạn chế trong lưới điện

phân phối. Các nghiên cứu trong

-

yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với

độ phân giải lớn nên thiết bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc kh làm
tăng giá thành thiết bị.
ua phân t ch về các giải thuật xác định vị tr ngắn mạch đã được thực thi, với
t nh chất thuần trở của điện trở hồ quang được kh ng định trong

, luận văn đề

xuất một phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên phương pháp t ng trở kết
hợp với đặc t nh thuần trở của điện trở ngắn mạch.

1.2 Nhiệm vụ của luận văn
Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” có nội dung
chủ yếu:
- Tầm quan trọng của luận văn.
- Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải
- Xây dựng phương trình và giải thuật để t nh toán vị tr sự cố và giá trị điện
trở tại điểm sự cố


3

- Dùng phần mềm Matlab 2015 mô phỏng cho phương pháp được đề xuất.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn.

1.3 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các thông số ch nh trên một lưới điện truyền tải.
- Nghiên cứu phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch đã được đề xuất.
- Nghiên cứu tính tốn các thơng số và ảnh hưởng của các thông số lên

ng

điện và điện áp ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra
- Nghiên cứu về các loại sự cố trên lưới điện truyền tải và cách phân loại các
loại sự cố khi có sự cố xảy ra.
- Đề xuất giải thuật xác định vị tr và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch
- Đưa ra mơ hình mơ phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị tr
sự cố đã đề ra
- Áp dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế

1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các mơ hình lưới điện truyền tải hiện hành. Các thông số trên
lưới điện và ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của hệ thống điện
- Xây ựng giải thuật xác định vị tr và điện trở sự cố cho lưới điện truyền tải.
- Xây dựng mơ hình mơ phỏng cho giải thuật đề ra, từ đó tiến hành t nh tốn
và xác định các trường hợp có thể xuất hiện khi ứng ụng vào thực tế.
- Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị.
- Đánh giá t ng quát toàn bộ luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài.

1.5 Điểm mới của luận văn
- Tìm ra cách xác định các thơng số hệ thống cho một đường ây truyền tải.
- Đưa ra giải thuật và chương trình mới để xác định vị tr sự cố và điện trở sự
cố cho mạch một cách nhanh chóng mà khơng cần thêm các thiết bị phức tạp
nào khác.

- Góp phần nâng cao chất lượng và hoạt động tin cậy hơn cho lưới điện truyền
tải.


4

- Giảm thiểu thời gian gián đoạn của hệ thống điện khi sự cố xảy ra cũng như
giảm thiểu chi ph vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắn mạch

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài
Với mục đ ch xác định ch nh xác đoạn ngắn mạch và vị tr ngắn mạch trên
lưới truyền tải, khi đi vào thực tế hoạt động, thiết bị sẽ góp phần giảm thiểu thời
gian mất điện do giảm đi khoảng thời gian rất lớn để xác định vị trí ngắn mạch khi
có sự cố xảy ra. Đồng thời, với ưu điểm là không sử ụng thêm các thiết bị chuyên
ụng từ bên ngoài nên sẽ giảm được rất nhiều chi ph mua sắm trang thiết bị cũng
như chi ph vận hành cho các thiết bị chuyên ụng đi kèm này. Điều này góp phần
giảm đáng kể chi ph cho lưới điện trong quá trình xây ựng cũng như vận hành
hoạt động hệ thống lưới điện truyền tải.
Ch nh vì vậy, đề tài “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” được
thực hiện nhằm mục đ ch góp thêm một giải pháp hữu ch để nâng cao chất lượng
vận hành cho lưới điện truyền tải.
Từ công việc nghiên cứu của luận văn:
-

Nhận được kết quả từ một mô hình mơ phỏng cho một lưới điện truyền tải
với các thông số lưới thực tế.

- Ứng dụng rộng rãi trong các trạm truyền tải trong hệ thống điện nhằm xác
định nhanh các sự cố và vị tr của chúng trên lưới
- Giúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nhằm nâng cao độ n định

và vận hành tốt lưới điện.
- Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.
- Giúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính tốn thiết kế hệ
thống điện hiệu quả hơn bằng các phần mềm mô phỏng hệ thống điện.

1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan.
Có nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây nhằm mục đ ch
xác định vị tr ngắn mạch một cách nhanh chóng và ch nh xác nhất có thể. Tuy
nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hướng nghiên cứu ùng xung

ng


5

điện bắn vào lưới điện có sự cố nhằm xác định vị tr ngắn mạch. Các phương pháp
được giới thiệu như bên ưới
1.7.1 Phương pháp xung phản xạ
Tại nơi giao nhau của hai mơi trường truyền khác nhau, sóng truyền đến sẽ
sinh ra một sóng phản xạ và truyền ngược trở lại môi trường ban đầu. Nguyên lý
này đã được ứng ụng trong phương pháp Tim Domain R l ction với môi trường
tới truyền là đầu một ây ẫn và môi trường tới là nơi gián đoạn của đường ây khi
ngắn mạch, nơi giao nhau của hai môi trương ch nh là điểm xuất hiện sự cố ngắn
mạch.
Để xác định vị tr sự cố, một xung áp được phát vào trong ây truyền ẫn, khi
gặp vị tr sự cố thì sẽ xuất hiện xung phản xạ hồi về. Dựa vào độ lớn và góc pha hồi
về ta có thể xác định được vị tr sự cố trên lưới. Phương pháp này gần giống nguyên
l hoạt động của ra a chủ động.
Phương pháp xung phản xạ xác định vị tr ngắn mạch lưới điện truyền tải được
trình bày cụ thể trong

xung điện áp và xung

và

. Xung phản xạ bao gồm hai ạng chủ yếu đó là

ng điện. Đặc điểm của các xung này là có tần số cao, biên

độ lớn nên để thu được các xung phản xạ từ điểm sự cố ngắn mạch trở về thì thiết bị
đo phải có chất lượng tốt với thời gian lấy mẫu phải đủ nhỏ vài H
lường lớn vài

và biên độ đo

V . Giá thành thiết bị đo lường thường rất cao để có thể đạt được

các yêu cầu kỹ thuật cao của phương pháp bơm xung

ng điện và điện áp để xác

định vị tr ngắn mạch. Ngoài ra, thiết bị xác định vị tr ngắn mạch bằng phương
pháp xung phản xạ yêu cầu lưới điện phải cách ly khỏi hệ thống khi hoạt động. Đây
là một điểm yếu cố hữu của các thiết bị loại này khi thời gian ùng để xác định vị tr
sự cố ngắn mạch bị kéo ài o phải mất một khoảng thời gian để đưa thiết bị đến
nơi có sự cố ngắn mạch để đo đạt.
Do cần một khoảng thời gian ài để có thể xác định được vị trí ngắn mạch
cũng như yêu cầu phải cách ly hoàn toàn đoạn dây truyền tải khỏi lưới điện truyền
tải trong q trình làm việc và chi phí thiết bị khá đắt nên phương pháp rất khó để
chế tạo các thiết bị quy mô lớn và áp dụng đại trà trên lưới điện phân phối.

6

1.7.2 Phương pháp t ng tr
Phương pháp t ng trở để xác định vị tr ngắn mạch là phương pháp ựa trên
việc t nh toán

ng điện và điện áp cùng với số liệu về t ng trở đường ây trong

quá trình vận hành lưới ngay trước sự cố ngắn mạch xảy ra để t nh toán vị tr ngắn
mạch. Nghiên cứu trong
th

của An ré D. ilom na và các cộng sự là một trong các

ụ về phương pháp t ng trở. Ưu điểm của phương pháp này ch nh là các thiết bị

đo ch cần đo

ng điện và điện áp tại tần số cơ bản của lưới điện 5 H hoặc

60Hz) nên yêu cầu về chất lượng đo lường không quá cao về tần số đo lường nên
giá thành thiết bị r hơn nhiều so với thiết bị đo lường trong phương pháp xung
phản xạ. Tuy nhiên, phương pháp này có một nhược điểm là phải ự báo được phụ
tải trên lưới điện truyền tải. Tuy nhiên, ngày nay với các thiết bị giám sát hệ thống
điện phương pháp ngày càng tiên tiến và hoạt động onlin trên lưới điện truyền tải
với khả năng cập nhật liên tục công suất tại các nút phụ tải thì vấn đề ự đốn phụ
tải trong xác định vị tr ngắn mạch là không c n quá quang trọng. Với ưu điểm của
mình, phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên t ng trở hệ thống luôn được
ưu tiên nghiên cứu

1.7. Phương pháp ph n t ch

ng tr

ền

Phương pháp xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới điện sử ụng phân t ch
sóng truyền được nghiên cứu trong các năm gần đây qua các nghiên cứu được công
bố trong

-7].

hi xuất hiện sự cố ngắn mạch tại một điểm nào đó trên hệ thống,

ưới tác động của sự thay đ i đột ngột t ng trở hệ thống khi xuất hiện ngắn mạch
đã làm xuất hiện các nhiễu hài cao tần lan truyền trên toàn bộ lưới điện. Với các
thiết bị chuyên ụng để đo các xung nhiễu cao tần này sau khi qua quá trình phân
t ch urrier cho các sóng thu được đã xác định được tần số và biên độ các sóng
nhiễu hài cao tần hay các sóng hồi tiếp về đầu đường ây từ điểm sự cố ngắn mạch.
M i vị tr ngắn mạch khác nhau thì tần số và biên độ sóng phản hồi về đầu nguồn là
khác nhau, ựa trên sự khác nhau này các thiết bị sẽ nhận ạng được loại sự cố cũng
như vị tr sự cố ngắn mạch.


7

Đây là một phương pháp được chú ý phát triển cùng với sự phát triển ngày
càng nhanh chóng của các kỹ thuật đo lường ch nh xác cao trong lĩnh vực điện tử.
Phương pháp này có độ ch nh xác rất cao với sự trợ giúp hữu hiệu của các thiết bị
đo tiên tiến, cùng với nó là các phép biến đ i toán học như biến đ i Clark, biến đ i

Furrier.
Tuy nhiên, nhìn chung các thiết bị này có giá thành c n quá cao o yêu cầu kỹ
thuật khắc kh khi phải đo lường tại các tần số nhiễu hài cao nên hầu như không thể
triển khai lắp đặt đại trà cho hệ thống lưới điện phân phối. Việc triển khai đo đạt giá
trị tức thời đối với

ng điện và điện áp tại tần số cao trong suốt quá trình hoạt động

của lưới điện là một việc làm rất tốn kém nếu phát triển và áp dụng đồng loạt tại các
trạm biến áp.

1. Hướng nghiên cứ của l ận văn
- Đề xuất một phương pháp xác định vị tr sự cố mới ựa trên t ng trở hệ
thống lưới điện truyền tải
- Xây ựng một giải thuật xác định vị tr sự cố ựa trên các thông số

ng điện

và điện áp đo được trên tại điểm đầu lưới điện truyền tải
- Xây ựng giải pháp xác định vị tr sự cố có thể hoạt động khi lưới điện đang
vận hành
- Xây ựng giải pháp xác định vị tr sự cố sao cho không phải ùng thêm các
thiết bị h trợ tạo xung
cần xác định

ng điện hay điện áp đưa vào hệ thống truyền ẫn


8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Hệ thống điện và các thành phần cơ ản của hệ thống điện
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản suất, truyền
tải và tiêu thụ năng lượng.
Các phần tử của hệ thống điện được chia làm hai nhóm:
- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đ i, truyền tải, phân phối và
sử ụng điện năng như máy phát, đường ây truyền tải điện và các thiết bị
ùng điện
- Các phần tử điều ch nh làm nhiệm vụ điều ch nh và biến đ i trạng thái hệ
thống điện như điều ch nh k ch từ máy phát đồng bộ, điều ch nh tần số, bảo
vệ rơl , máy cắt điện.
M i phần tử của hệ thống điện được đặc trưng bởi các thông số, các thông số
này được xác định về lượng bởi t nh chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa
chúng và nhiều sự giản ước t nh toán khác. V

ụ: t ng trở, t ng ẫn của đường ây,

hệ số biến, khuếch đại của bộ phận tự động điều ch nh k ch th ch. Các thông số của
các phần tử cũng được gọi là các thông số của hệ thống điện.
Nhiều thông số của hệ thống điện là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng
phụ thuộc vào

ng công suất, tần số như là t ng trở, t ng ẫn, độ từ hóa. Trong

phần lớn các bài tốn thực tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến
t nh. Nếu t nh đến sự biến đ i của các thơng số ta có hệ thống phi tuyến, đây là một
ạng phi tuyến của hệ thống điện, ạng phi tuyến này ch phải xét đến trong một số
t trường hợp như phải t nh đến sự bão h a của máy phát, máy biến áp trong các bài
toán n định.
Trong luận văn, với yêu cầu xác định địa điểm sự cố và điện trở sự cố nên sẽ

không đề cập đến các phần tử điều ch nh trong hệ thống điện mà ch đề cập đến các
phần tử tự lực trong hệ thống điện.


9

H nh 2. 1 M h nh
2.1.1 Hệ thống ản

inh họa cho hệ thống điện

ất điện năng

Hệ thống sản xuất điện năng là tập hợp tất cả các nhà máy phát điện có khả
năng phát cơng suất lên hệ thống điện để cung cấp cho nhu cầu của các thiết bị tiêu
thụ điện.

H nh 2. 2 Nhà

á điện hạt nh n Three Mile I land tại ang Penn lvania


10

Điện năng được sản xuất trong các nhà máy điện, căn cứ vào ạng năng lượng
sơ cấp ùng để sản xuất điện năng, các nhà máy điện được phân thành các nhà máy
nhiệt điện, thủy điện và điện nguyên tử. Nguồn năng lượng sơ cấp ùng trong các
nhà máy nhiệt điện là nhiên liệu hữu cơ than đá, ầu, kh , trong các nhà máy thủy
điện là sức nước, trong các nhà máy điện nguyên tử là năng lượng hạt nhân.

H nh 2. 3 Thủ điện đak

i4

Ngoài các nhà máy điện kể trên, c n có các nhà máy điện khác năng lượng sơ
cấp là mặt trời, gió, nhiệt, thủy triều… . Công suất của các nhà máy này không lớn.
Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị ch nh và phụ. Các thiết bị
ch nh bao gồm các nhà nhà máy điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các thiết bị
đóng cắt, các ao cách ly và các thiết bị tự ùng. Các thiết bị ch nh được ùng để
phân phối điện năng, đóng và cắt các mạch điện… Các thiết bị phụ được sử ụng để
thực hiện các chức năng đo lường, phát t n hiệu, bảo vệ, tự động…
2.1.2 Hệ thống tr

ền tải điện năng

Hệ thống truyền tải điện năng có nhiệm vụ truyền công suất được cung cấp từ
các nhà máy điện đến các khách hàng tiêu thụ điện. Hệ thống truyền tải điện năng
bao gồm các đường ây truyền tải và các trạm biến áp.


11

Để giảm t n thất trên đường truyền tải, lưới truyền tải thường được đưa lên
cấp điện áp cao. Ở Việt Nam hiện nay, lưới truyền tải thường có cấp điện áp là
110KV, 220KV, 500KV.
Hệ thống truyền tải có đặc trưng là một đường truyền ài
trăm

vài chục đến vài

m mới có một trạm rẽ nhánh. Đường truyền ẫn thường được xây ụng ở

những nơi cách xa khu ân cư để tránh nguy hiểm cho người ân.
hi đi đến các khu vực cần cấp điện sinh hoạt thì điện áp sẽ được hạ xuống
mức thấp hơn qua các máy biến áp hạ áp. Tại đây, sẽ có hệ thống phân phối điện từ
trạm ch nh đến các hộ tiêu thụ điện trực tiếp, hệ thống này được gọi là lưới điện
phân phối.
Như vậy hệ thống truyền tải điện năng được phân làm hai dạng khác nhau với
lưới điện truyền tải có điện áp cao ùng để truyền đi xa, công suất lớn và lưới điện
phân phối với điện áp thấp, công suất nhỏ cung cấp cho các khách hàng sử dụng
điện.

H nh 2. 4 Đường d

500KV ắc na


12

2.1. Hệ thống tiê thụ điện năng
Hệ thống tiêu thụ điện năng là tập hợp các thiết bị tiêu thụ điện nói chung.
Dựa vào chức năng nhiệm vụ mà các thiết bị này được phân thành nhiều nhóm khác
nhau:
Thiết bị điện ân ụng: là các thiết bị ùng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày
như TV, tủ lạnh, bếp điện…. Đây là các thiết bị có cơng suất nhỏ và thường ùng
điện một pha để sử ụng

H nh 2. 5 Lị nấ th p

ng điện

Thiết bị điện cơng nghiệp: được sử ụng trong các nhà máy, x nghiệp như các
động cơ máy xay lúa, động cơ chạy các ây chuyền sản xuất…. Đây là các động cơ
có cơng suất lớn vài chục đến vài trăm

và thường được cấp nguồn bằng các

nguồn điện ba pha.

2.2 Cáp ngầ

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 đường dây cáp ngầm cũng được đầu tư ngày
càng nhiều khi yêu cầu về độ an toàn cho người, đường dây, yêu cầu cấp điện liên
tục và chất lượng điện năng đảm bảo của hệ thống điện, hay tại các cơng trình
khơng thể dùng đường dây trên khơng bởi lý o an toàn như các đường ây vượt
biển, vượt sông, các đường ây điện trong các thành phố đông ân cư.