BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƢƠNG TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TSKH. Trần Hoài Linh
2. TS. Phạm Hồng Thịnh
Mở đầu
- ii -
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ các thầy
giáo, cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TSKH Trần Hoài Linh, TS. Phạm Hồng Thịnh
và Hội đồng Khoa học của Bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện - Trƣờng Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Hệ thống điện - Viện
Điện - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội và các đồng nghiệp ở Trung tâm Thí nghiệm,
Khoa Điện - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và gia đình đã có những
ý kiến đóng góp quí báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành
luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo và bồi dƣỡng sau đại học - Trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Bách
khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn Xƣởng thí nghiệm Công ty Truyền tải điện 1,
Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia - Tập đoàn ĐLVN đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất
về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án
TRƢƠNG TUẤN ANH

2.2. Mạng nơron MLP và ứng dụng ƣớc lƣợng vị trí sự cố 20
2.2.1. Mạng nơron MLP hoạt động độc lập ƣớc lƣợng vị trí sự cố [12,64,69,79,93] . 20
2.2.2. Mạng nơron MLP phối hợp song song với một thuật toán tổng trở (thuật toán
mô phỏng trên máy tính hoặc thuật toán tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế) 20
2.3. Phần mềm ATP/EMTP và ứng dụng để tạo mẫu số liệu 22
2.4. Hợp bộ thí nghiệm CMC-356 thử nghiệm kết quả tác động của rơle khoảng cách
thực tế 23
2.5. Mạng nơron MLP và ứng dụng để xác định dạng sự cố và ƣớc lƣợng điện trở sự cố
24
Mở đầu
- iv -
Chƣơng 3: CÁC CÔNG CỤ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
25
3.1. Phần mềm mô phỏng ATP/EMTP 25
3.2. Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha CMC 356 - OMICRON 27
3.3. Wavelet và ứng dụng trong phân tích tín hiệu 30
3.3.1. Phân tích phổ của tín hiệu sử dụng biến đổi Fourrier 30
3.3.2. Phân tích phổ bằng wavelet (sóng nhỏ) 33
3.3.3. Thuật toán phân tích tín hiệu bằng wavelet [96] 40
3.4. Mạng nơron nhân tạo và ứng dụng xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây tải điện 42
3.4.1. Mô hình nơron nhân tạo của McCulloch - Pitts [12,69] 42
3.4.1.1. Cơ sở toán học của mô hình 42
3.4.1.2. Nơron với hàm truyền đạt tansig 44
3.4.1.3. Các quá trình học và kiểm tra của nơron 45
3.4.1.4. Thuật toán học có hƣớng dẫn của nơron 47
3.4.2. Cấu trúc mạng MLP [12,69] 50
3.4.3. Quá trình học của mạng MLP [11,12] 53
3.4.3.1. Một số đặc điểm chung của quá trình học 53
3.4.3.2. Thuật toán bƣớc giảm cực đại cho mạng MLP 55
3.4.3.3. Thuật toán Levenberg – Marquardt 56

Hòa 109
Phụ lục 3. Thông số cài đặt trong mô hình ATP/EMTP 111

Mở đầu
- vi -
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Việt
AG0
Ngắn mạch 1 pha
AB0
Ngắn mạch 2 pha
ABG
Ngắn mạch 2 pha chạm đất
ABC
Ngắn mạch 3 pha
AD
Bộ chuyển đổi tƣơng tự/ số
BU
Máy biến điện áp


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Thiết bị Nippon xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây 220 kV Thái Nguyên - Hà
Giang 13
Bảng 3.1. Khả năng mô phỏng của ATP/EMTP 26
Bảng 3.2. Một số phần tử sử dụng trong luận án 27
Bảng 4.1. Kết quả chạy mô phỏng ứng với tần số khác nhau 72
Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm với một số dạng Wavelet khác nhau 73
Bảng 4.3: Số lƣợng đặc tính tƣơng ứng với các ngƣỡng cắt 78
Bảng 4.4: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách thực tế (7SA522) và dùng mạng
nơron MLP để giảm các sai số của rơle khoảng cách thực tế 7SA522 91
Bảng 4.5: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách ảo và dùng mạng nơron MLP để
giảm các sai số của rơle khoảng cách ảo 91
Bảng 4.6: Tổng hợp các kết quả dùng mạng nơron MLP ƣớc lƣợng trực tiếp vị trí sự cố . 92
Bảng 4.7: So sánh các kết quả sử dụng rơle khoảng cách (Rơle ảo và rơle thực tế) dùng
mạng MLP để giảm các sai số về vị trí sự cố 92
Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố 92
Bảng PL1.1. Thông số cột đƣờng dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa 108 Mở đầu
- viii -


Hình 3.12: Kết quả phân tích tín hiệu tuần hoàn theo họ wavelet Daubechies bậc 4 (trên
cùng bên trái: tín hiệu gốc, các cửa sổ còn lại: các thành phần tách ra đƣợc) 36
Hình 3.13: Kết quả phân tích tín hiệu bất định bằng họ wavelet Daubechies 4 (phía trên
bên trái: tín hiệu gốc, các hình còn lại: các thành phần tách ra đƣợc từ tín hiệu ban đầu) 37
Hình 3.14: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin() không có nhiễu 38
Hình 3.15: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 1% về biên độ tại thời điểm t=60
theo 4 bậc wavelet Haar 39
Hình 3.16: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 2% về tần số tại thời điểm t=60
40
Hình 3.17: Mô hình nơron chi tiết (trái) và biểu diễn đơn giản hóa (phải) 43
Hình 3.18: Mô hình nơron với phân cực bias là đầu vào x
0
: chi tiết (trái) và rút gọn (phải)
44
Hình 3.19: Hàm truyền đạt tansig với các hệ số dốc a khác nhau 45
Hình 3.20: Hệ xây dựng mô hình xấp xỉ một đối tƣợng cho trƣớc (phối hợp sử dụng sai số
đầu ra
e y d
) 46
Hình 3.21: Mô hình mạng MLP với 1 lớp ẩn (a) và hai lớp ẩn (b) 51
Hình 3.22: Cấu trúc mạng MLP với một lớp vào, một lớp ẩn và một lớp ra 52
Hình 3.23: Đặc tính miêu tả sự phụ thuộc trung bình của E_học và E_kiểmtra vào độ phức
tạp của mô hình 59
Hình 3.24: Ba vùng với chất lƣợng học và kiểm tra khác nhau 60
Hình 3.25: Ví dụ minh họa chất lƣợng tái tạo hàm số dựa trên một số điểm mẫu cho trƣớc
61
Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch đƣờng dây Yên Bái - Khánh Hòa trong ATP/EMTP
62
Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 1 pha (AG0), R
sc

bậc 3 69
Hình 4.13: Kết quả phân tích thành phần d
1
của 3 điện áp pha theo các wavelet Daubechies
bậc 3 70
Hình 4.14: Kết quả phân tích thành phần d
1
của dòng pha A theo các wavelet Daubechies
bậc 3 với các tần số lấy mẫu tín hiệu khác nhau từ 100Hz tới 1MHz 71
Hình 4.15: Ví dụ về thành phần d
1
của một tín hiệu và hình ảnh phóng to thể hiện các chi
tiết trong tín hiệu 72
Hình 4.16: Phân bố các sai số xác định thời điểm xuất hiện sự cố từ thành phần d
1
của 6 tín
hiệu đầu đƣờng dây 74
Hình 4.17: Minh họa về việc trích 20 mẫu giá trị tức thời xung quanh thời điểm xuất hiện
sự cố để làm đặc tính tính toán 75
Hình 4.18: Ví dụ về phổ Fourier của một tín hiệu và các dải tần số đƣợc sử dụng để tính
toán đặc tính 76
Hình 4.19: 3 ví dụ về các giá trị của hệ số tƣơng quan: a) Hệ số tƣơng quan dƣơng cao, b)
Hệ số tƣơng quan âm cao, c) Hệ số tƣơng quan thấp. 77
Hình 4.20: Biểu đồ 144 giá trị tức thời các hệ số tƣơng quan giữa các đặc tính với tín hiệu
đầu ra 78
Hình 4.21: Kết quả tối ƣu hóa giảm sai số hàm mục tiêu trong quá trình học của mạng
nơron đƣợc lựa chọn trong đề tài 80
Hình 4.22: Kết quả sử dụng mạng MLP học trực tiếp cho tập hợp 1424 mẫu vị trí sự cố: (a)
- Các giá trị vị trí sự cố gốc (km), (b) - Các giá trị vị trí sự cố ƣớc lƣợng (km), (c) - Sai số
(km) 81

dạng sự cố, (b) - Các giá trị ƣớc lƣợng dạng sự cố, (c) - Sai lệch giữa giá trị gốc và giá trị
ƣớc lƣợng 93
Hình 4.34: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu dạng sự cố: (a) - Các giá trị dạng
sự cố gốc, (b) - Các giá trị dạng sự cố ƣớc lƣợng, (c) - Sai số 94
Hình 4.35: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu điện trở sự cố: (a) - Các giá trị điện
trở sự cố gốc (Ω), (b) - Các giá trị điện trở sự cố ƣớc lƣợng (Ω), (c) - Sai số (Ω) 95
Hình 4.36: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu điện trở sự cố: (a) - Các giá trị
điện trở sự cố gốc (Ω), (b) - Các giá trị điện trở sự cố ƣớc lƣợng (Ω), (c) - Sai số (Ω) 96
Hình PL2.1: Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động 109
Hình PL3.1: Nhập thông số cho nguồn điện trong ATP/EMTP 111
Mở đầu
- xii -
Hình PL3.2: Nhập thông số cho điện cảm nguồn điện trong ATP/EMTP 112
Hình PL3.3: Thiết lập thiết bị đo dòng và áp 3 pha trong ATP/EMTP 113
Hình PL3.4: Thiết lập thông số thiết bị chuyển mạch trong ATP/EMTP 114
Hình PL3.5: Thiết lập thông số cho mô hình đƣờng dây LCC trong ATP/EMTP 115
Hình PL3.6: Thiết lập dữ liệu đƣờng dây LCC trong ATP/EMTP 115
Hình PL3.7: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
max
trong ATP/EMTP 116
Hình PL3.8: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
50%
trong ATP/EMTP 117
Hình PL3.9: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
30%
trong ATP/EMTP 117
Hình PL3.10: Thiết lập dữ liệu cho mô hình điện trở sự cố trong ATP/EMTP 118

Mở đầu
- 1 -

nhau, vì vậy sự cố có thể xảy ra vì bất cứ lý do gì cũng phải mất từ vài phút đến vài giờ để
khắc phục sự cố, dẫn đến việc tìm kiếm và xử lý sự cố còn gặp rất nhiều khó khăn.
Bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải đã và đang đƣợc quan tâm
nghiên cứu một cách rộng rãi. Trong các mô hình thí nghiệm, đƣờng dây truyền tải đƣợc
mô hình hóa dƣới dạng đƣờng dây dài với các thông số đặc trƣng cho quá trình truyền
sóng. Tuy nhiên hiện nay các kết quả vẫn còn có nhiều hạn chế. Việc phát triển của các
thiết bị đo mới cũng nhƣ các thuật toán xử lý tín hiệu mới ứng dụng trí tuệ nhân tạo có khả
năng tiếp tục cải thiện đƣợc các kết quả phân tích. Việc xây dựng thành công một giải pháp
phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải sẽ có ý nghĩa thực tế tốt,
nếu đƣa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế - kỹ thuật, do
Mở đầu
- 2 -
tăng cƣờng đƣợc độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình tìm kiếm và khắc phục sự cố
đƣợc nhanh hơn, nâng cao hiệu quả trong vận hành và ổn định hệ thống điện.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là nghiên cứu và phát triển một phƣơng pháp mới sử dụng
mạng nơron nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) độc lập hoặc phối hợp với thuật toán
tổng trở (tính toán trên máy tính hoặc cài trong các rơle khoảng cách thực tế) để cho phép
ƣớc lƣợng vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện đƣợc chính xác hơn. Đồng thời các
mạng nơron MLP cũng đƣợc sử dụng để ƣớc lƣợng giá trị của điện trở sự cố và xác định
dạng sự cố với độ chính xác cao.
Phƣơng pháp đƣợc đề xuất trong luận án chỉ sử dụng các số liệu đầu vào là các tín
hiệu dòng điện và điện áp tức thời đo đƣợc ở đầu đƣờng dây truyền tải có nguồn cung cấp
từ một phía và đƣợc thực hiện tuần tự qua ba bƣớc sau: Trƣớc tiên, phƣơng pháp sẽ phân
tích trực tuyến các tín hiệu dòng điện và điện áp đo ở đầu đƣờng dây để phát hiện các thời
điểm xảy ra những thay đổi đột ngột trong tín hiệu (còn gọi là thời điểm xuất hiện sự cố)
do các sự cố trên đƣờng dây sinh ra. Ở bƣớc thứ hai, với thời điểm xuất hiện sự cố đã đƣợc
xác định, chƣơng trình tiến hành phân tích trong một cửa sổ nhỏ (40ms trƣớc và 20ms sau
thời điểm xuất hiện sự cố tƣơng ứng ba chu kỳ) của các tín hiệu để tính toán các giá trị đặc
trƣng (hay còn gọi là các đặc tính) bao gồm các đặc trƣng từ giá trị tức thời và các đặc

sai số nhỏ hơn so với những phƣơng pháp trƣớc đây, giúp cho quá trình tìm kiếm và khắc
phục sự cố nhanh, nâng cao hiệu quả trong vận hành hệ thống điện và giảm thiệt hại về
kinh tế.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu và đƣa ra phƣơng pháp mới
xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Một số công cụ và phần mềm mô
phỏng sử dụng trong luận án:
 Các phần mềm sử dụng trong luận án: ATP/EMTP, Matlab 7.1, DIGSI 4.82, Test
Universe V2.30 - Omicron, EView.
 Các thiết bị sử dụng trong luận án: Rơle khoảng cách 7SA522, hợp bộ thí nghiệm
CMC-356 của Omicron.
Phạm vi nghiên cứu:
 Ứng dụng phần mềm ATP/EMTP mô phỏng một số dạng sự cố ngắn mạch trên
đƣờng dây truyền tải điện để tạo dữ liệu mẫu cho quá trình nghiên cứu.
 Lập trình các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ mạnh nhƣ
Wavelet, mạng nơron, để xây dựng mô hình xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố
và dạng sự cố trên đƣờng dây truyền tải.
 Nghiên cứu về lý thuyết và các mô hình tính toán xử lý tín hiệu ứng dụng mạng
nơron nhân tạo trong bài toán xác định vị trí điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải.
 Tìm hiểu và ứng dụng thiết bị mô phỏng CMC-356 của OMICRON để xác định
tác động thực tế của rơle khoảng cách nhằm kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
Đề xuất phƣơng pháp mới sử dụng song song một rơle khoảng cách và một mạng
nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện áp dụng mô hình ngƣợc
dựa trên các tín hiệu dòng điện và điện áp đo đƣợc ở đầu đƣờng dây với sai số nhỏ hơn so
với các phƣơng pháp đang sử dụng hiện nay. Luận án cũng xây dựng đồng thời hai mạng
nơron MLP khác để xác định dạng của sự cố và điện trở sự cố.
Mở đầu
- 4 -

khoảng cách thực tế sẽ đƣợc sử dụng để tạo mẫu học một mạng nơron MLP mới
để bù sai số cho rơle khoảng cách thực tế.
 Đã mô phỏng và tạo đƣợc bộ mẫu gồm 2136 trƣờng hợp sự cố cho 4 dạng sự cố
cơ bản là ngắn mạch 1 pha, hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch ba pha với
các thông số sự cố thay đổi nhƣ: điện trở sự cố (từ 0 đến 5Ω), tải (từ 30% đến
100% định mức), thời điểm xuất hiện sự cố (thay đổi trong toàn bộ một chu kỳ),
vị trí sự cố (23 vị trí cách đều 5 km trên đƣờng dây 118,5 km).

Mở đầu
- 5 -
6. Bố cục của luận án
Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án, tóm tắt về nội dung nghiên cứu,
những đóng góp của luận án và bố cục của luận án.
Chƣơng 1. Tổng quan về các phƣơng pháp nghiên cứu xác định vị trí sự cố trên
đƣờng dây tải điện
Trong chƣơng này sẽ trình bày tóm tắt một số phƣơng pháp nghiên cứu tính toán xác
định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện và áp dụng trong điều kiện thực tế hiện nay.
Chƣơng 2. Các giải pháp đề xuất trong luận án
Trên cơ sở phân tích ƣu nhƣợc điểm c ủa các nghiên cứu trƣớc đây, luận án đề xuất
mô hình mới cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện 3 pha.
Chƣơng 3. Các công cụ tính toán mô phỏng sử dụng trong luận án
 Giới thiệu phần mềm mô phỏng ATP/EMTP ứng dụng để mô phỏng các trƣờng
hợp ngắn mạch trên đƣờng dây nhƣ: ngắn mạch một pha, 2 pha, 2 pha chạm đất
và ngắn mạch 3 pha.
 Giới thiệu hợp bộ thí nghiệm và phần mềm Test Universe điều khiển hợp bộ thí
nghiệm CMC-356 của Omicron để kiểm nghiệm kết quả hoạt động của rơle
khoảng cách thực tế (7SA522).
 Giới thiệu mô hình mạng nơron MLP và Wavelet áp dụng trong luận án để tính
toán các thông số sự cố.
Chƣơng 4. Các kết quả mô phỏng và tính toán

các đƣờng dây tải điện liên kết giữa các vùng miền trong cả nƣớc và các đƣờng dây xuyên
quốc gia nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của các phụ tải đã dẫn đến một sự gia
tăng lớn về số lƣợng các đƣờng dây truyền tải cũng nhƣ tổng chiều dài của chúng. Các
đƣờng dây truyền tải đƣợc sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện đến các trung
tâm phụ tải. Những đƣờng dây này trong quá trình truyền tải điện năng thƣờng gặp các
dạng sự cố do những nguyên nhân khác nhau nhƣ: sét đánh, ngắn mạch, thiết bị bị sự cố,
sự cố điều khiển, sự cố do con ngƣời, quá tải và lão hóa
Khi mạng điện càng phức tạp thì những hƣ hỏng xuất hiện sẽ càng nhiều hơn, do đó
việc trang bị các loại bảo vệ trên đƣờng dây cũng cần đƣợc tăng cƣờng. Các dạng sự cố
này đều phải đƣợc phát hiện, cô lập và sửa chữa trƣớc khi đƣa trở lại làm việc. Việc khôi
phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự cố chỉ có thể đƣợc tiến hành
nhanh nhất nếu biết đƣợc chính xác vị trí sự cố hoặc ƣớc lƣợng đƣợc vị trí sự cố với độ
chính xác hợp lý.
Thời gian khắc phục sự cố càng kéo dài càng không có lợi, gây nên mất điện đến các
hộ tiêu thụ và có thể dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế đặc biệt là đối với các ngành công
nghiệp sản xuất, gây mất ổn định trong hệ thống điện Nhƣ vậy việc nhanh chóng phát
hiện, định vị, cô 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 [1,2,3,4,5,10].
Khi có một sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện, điện áp tại điểm sự cố đột
ngột giảm đến một giá trị thấp, dòng điện tại điểm sự cố đột ngột tăng lên rất lớn. Sự thay
đổi đột ngột này tạo ra một xung điện từ tần số cao đƣợc gọi là sóng lan truyền. Những
sóng này truyền đi từ vị trí sự cố lan truyền ra cả hai hƣớng với tốc độ cao. Để tìm đƣợc vị
trí sự cố, từ các tín hiệu dòng điện và điện áp đo đƣợc ở đầu đƣờng dây đã đƣợc lọc và
phân tích bằng cách sử dụng các công cụ xử lý tín hiệu khác nhau. Từ các giá trị đo lƣờng
đƣợc có thể xác định tổng trở sự cố, pha xảy ra sự cố, thời gian trễ của tín hiệu sóng đến
để xác định vị trí sự cố. Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm
giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa chữa giúp xác định chính
xác hơn vị trí sự cố, khôi phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự cố
đặc biệt là các đƣờng dây truyền tải điện áp cao ở các khu vực có địa hình khó khăn.
Mặt khác, thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thƣờng của các đƣờng dây

ngắn mạch phải gần bằng 0 để có thể thu đƣợc kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố đƣợc chính
xác. Phƣơng pháp đo tổng trở ở cả hai đầu đƣờng dây [36,38,52,65,73,81,89] có độ chính
xác cao hơn vì ít phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch hơn. Nhƣng nhìn chung phƣơng pháp
tổng trở sẽ không hiệu quả đối với các trƣờng hợp sự cố thoáng qua.
Phƣơng pháp trở kháng đƣợc dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách kỹ thuật
số đƣợc đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đƣờng dây. Ngoài trở kháng, khi xảy ra
sự cố rơle còn tính toán và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi của rơle nhƣ: dạng sự
cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dòng điện xung quanh thời điểm
sự cố Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế còn gặp nhiều sai số do
những nguyên nhân khác nhau nhƣ: ảnh hƣởng của điện trở quá độ đến đến sự làm việc
của bộ phận khoảng cách, ảnh hƣởng của trạm trung gian, ảnh hƣởng của tổ nối dây máy
biến áp, ảnh hƣởng của sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), sai số
của rơle do thành phần tự do gây ra khi tính toán các giá trị hiệu dụng, độ không lý tƣởng
của các bộ lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 9 -
tính toán cài đặt và chỉnh định rơle cũng nhƣ do việc đã loại bỏ các thành phần tín hiệu
biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thông tin trong tín hiệu , từ đó dẫn đến việc xác
định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chƣa đƣợc chính xác.
a) Phƣơng pháp điện kháng đơn [77, 92]
Các giá trị điện áp, dòng điện đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây sẽ đƣợc sử dụng để tính
toán trở kháng của đƣờng dây đến vị trí điểm sự cố

l
sù cè
và đƣợc biểu diễn theo phƣơng
trình (1.1). Khi trở kháng của đƣờng dây trên mỗi đơn vị chiều dài đã đƣợc xác định, khoảng
cách sự cố có thể đƣợc tính toán theo các phƣơng trình (1.2) và (1.3).

A L A f

là dòng điện sự cố và R
f
là điện trở sự cố đƣợc minh họa trong hình 1.1.

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn
Từ công thức (1.2) khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định
theo biểu thức (1.3):

Nguồn A

~

~

Nguồn
B

Z
A

Z
B

l
suco
.Z

I
A


l
Z
I
Z
I








sù cè

(1.3)
b) Phƣơng pháp TAKAGI [77, 80,92]
Phƣơng pháp Takagi cần cả các tín hiệu trƣớc khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất
hiện sự cố. Phƣơng pháp này cũng nâng cao đƣợc độ chính xác hơn so với phƣơng pháp
điện kháng đơn nhƣ giảm bớt ảnh hƣởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hƣởng của
dòng tải. Sơ đồ minh họa nhƣ hình 1.2.

Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn
Điện trở sự cố đƣợc tính toán theo biểu thức (1.4):

tanh
tanh
A C A suco
f
j

: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.
 Z
C
: Tổng trở đặc tính.
 : Hệ số lan truyền.
 I”
A
: Dòng điện xếp chồng, là sự chênh lệch giữa dòng điện sự cố và dòng điện
trƣớc sự cố.
Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định theo biểu thức (1.5):

Nguồn A

~

~

Nguồn
B

Z
A

Z
B

l
suco
.Z


A

l
suco

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 11 -

*

*
Im( )
Im( )
AA
L A A
UI
l
Z I I





sù cè

(1.5)
trong đó:

LC
ZZ

sù cè

(1.7)
trong đó:
 I
R
: Dòng điện thứ tự không,
*
R
I 
liên hợp phức của ảnh dòng điện thứ tự không.
 : Góc dòng điện thứ tự không.
 Z
1L
: Tổng trở thứ tự thuận của đƣờng dây.
 U
A
: Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A.
 I
A
: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.


l
sù cè
: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A.
Phƣơng pháp điện kháng đơn có ƣu điểm nổi bật là đơn giản, dễ lắp đặt, không cần
phải đồng bộ giữa các thiết bị, tuy nhiên có nhƣợc điểm là dễ bị ảnh hƣởng lớn bởi các
nguồn nhiễu nhƣ sự bất đối xứng của đƣờng dây (ví dụ do không hoán vị dây dẫn), ảnh
hƣởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các đƣờng dây,