Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

M CL C
CH KH A H C ............................................................................................... i
CA
C
ị

A

......................................................................................................ii

.......................................................................................................... iii
.................................................................................................................. iv

ABSTRACT ............................................................................................................... v
C

C .................................................................................................................. vi

C

C C C HỊ H .............................................................................................. x

CHƯƠNG 1 TỔNG
1.1

UAN .................................................................................... 1


GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

2.2.1.2 gắn mạch hai pha chạm đất: ........................................................................... 18
2.2.1.3 gắn mạch hai pha chạm nhau: ........................................................................ 19
2.2.1.4 gắn mạch ba pha: .......................................................................................... 20
2.2.2 Cách xác định các dạng ngắn mạch trong lư i truy n t i: ..................................... 22

2.3

a tr n t ng trở c a hệ thống điện: ................................................................... 24

2.3.1 iện háng tương hỗ c a hệ thống truy n t i điện: ............................................... 25
2.3.2

a tr n t ng trở c a đư ng d y truy n t i điện: ................................................... 27

2.3.3

a tr n t ng trở c a ph t i ba pha: .................................................................... 28

2.4 i i thu t xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố trong lư i điện ph n phối: .... 28
2.4.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất: .................................................................... 29
2.4.1.1

y dựng các phương trình tính toán sự cố một pha chạm đất: ........................... 29

uang điện: .................................................................................. 43

2.5.1.1 Khái niệm chung: ............................................................................................ 43
2.5.1.2 Quá trình phát sinh h
2.5.1.3 Quá trình d p tắt h

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

uang: ........................................................................... 43
uang: .............................................................................. 45

vii

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

2.5.2 H

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

uang điện trong sự cố ngắn mạch c a lư i điện truy n t i: .................... 45

2.5.3 Phương trình điện trở h
CHƯƠNG
3.1

M



ph ng v i trư ng h p ngắn mạch hai pha chạm đất .................................... 72

4.2.1 ác định điện trở sự cố hi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 72
4.2.2 ác định vị trí sự cố hi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 77
4.3

ph ng v i trư ng h p ngắn mạch ba pha chạm đất ..................................... 83

4.3.1 ác định điện trở sự cố hi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 83
4.3.2 ác định vị trí sự cố hi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 88

4.4

ph ng v i trư ng h p ngắn mạch hai pha chạm nhau ................................. 93

4.4.1 ác định điện trở sự cố hi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 93
4.4.2 ác định vị trí sự cố hi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 98

4.5

ph ng v i trư ng h p ngắn mạch ba pha chạm nhau................................. 104

4.5.1 ác định điện trở sự cố hi vị trí sự cố thay đ i .................................................. 104

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

viii

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

ix

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

M C L C CÁC H NH ............................................................................................ x
Hình 1.1 Dạng xung c a phương pháp DR đối v i các dạng sự cố hác nhau .................. 5
Hình 1.2

thị DR chẩn đoán pha bị sự cố và pha tốt. ................................................. 6

Hình 1.3 Sơ đ

t nối C

........................................................................................... 8

Hình 1.4 K t u chẩn đoán t phương pháp C
Hình 2.1

........................................................... 8

hình minh h a cho hệ thống điện .............................................................. 12


hình ngu n điện áp cấp cho đư ng d y truy n t i ...................................... 48

Hình 3.2 iao diện xác định các th ng số cho ngu n điện ba pha ................................... 49
Hình 3.3

hình đư ng d y truy n t i ......................................................................... 51

Hình 3.4 iao diện x y dựng các th ng số cho đư ng d y ba pha ................................... 52

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

x

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Hình 3.5

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

hình hối ph t i ...................................................................................... 53

Hình 3.6 iao diện x y dựng các th ng số cho hối ph t i ........................................... 53
Hình 3.7 Sơ đ

t nối hối tạo sự cố ........................................................................... 55

Hình 3.8 Sơ đ

Hình 4.11 So sánh sai số tính toán gi a các loại sự cố ngắn mạch ......................... 115

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

xi

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

CHƯƠNG 1:

TỔNG

UAN

1.1 Đặt vấn đề
ư ng d y truy n t i điện là một trong nh ng h u rất uan tr ng trong
việc đ m b o sự li n lạc gi a các ngu n điện và các hộ ti u th điện. ốc độ phát
tri n nhanh ch ng c a hệ thống điện trong vài th p ỷ ua c ng đ dẫn đ n một sự
t ng nhanh v số lư ng các đư ng d y truy n t i ở các cấp điện áp c ng như t ng
chi u dài c a toàn hệ thống. heo thống
iet am Electricity), lư i điện
th hiện

iệt



.

rong uá trình v n hành, đư ng d y truy n t i điện c th g p nh ng sự cố
như sét đánh, ngắn mạch, đ t d y, chạm đất, sự cố t các thi t bị, hoạt động sai c a
thi t bị hay sự cố t phía ngư i s d ng, tình trạng uá t i và sự l o h a c a thi t
bị... Khi x y ra sự cố tại bất ỳ một ph n t nào tr n đư ng d y, b o vệ rơle s tác
động tách ph n t bị sự cố ra h i hệ thống điện và loại tr sự nh hưởng c a ph n
t sự cố v i các ph n t li n

h ng bị sự cố. hư v y uá trình nh n dạng, phát

hiện, cách ly và xác định chính xác vị trí sự cố càng nhanh s
giúp cho việc
gi m thiệt hại v

h i ph c lại ch

càng c

l i,

độ làm việc bình thư ng c a hệ thống điện,

inh t và n ng cao đư c độ tin c y cung cấp điện cho các hộ ti u

th .
Hiện nay, đ đáp ng v i nhu c u n ng lư ng điện ngày càng l n hi đất
nư c ti n hành c ng nghiệp h a và hiện đại h a thì lư i điện truy n t i đ phát tri n
h ng ng ng v số lư ng c ng như đư c n ng cấp v chất lư ng và h n ng

th i gian

mất điện c a hệ thống, n ng cao chất lư ng điện n ng cho lư i truy n t i.
thực hiện nhiệm v này, nhi u phương án và gi i pháp đư c đưa ra đ
xác định vị trí sự cố ngắn mạch. Các phương pháp đ đ ra ph n l n chỉ c th thực
hiện sau hi hệ thống đ g p sự cố và cách li đoạn sự cố ra h i lư i điện truy n t i
và s d ng các thi t bị chuy n d ng đ tạo xung d ng điện ph ng vào lư i điện đ
xác định vị trí sự cố.

i u này s làm mất th m nhi u th i gian và chi phí há l n

cho thi t bị.
u n v n t p trung x y dựng một gi i thu t

t nối lư i dựa tr n việc nh n

các giá trị điện áp và d ng điện trư c và sau sự cố t các thi t bị đo đ c s n trong
trạm đi u phối
1.2 Nhi

t h p v i các th ng số hệ thống đ bi t trư c.

v củ lu n văn

u nv n

y dựng thu t toán xác định vị trí sự cố tr n lư i truy n t i c nội

dung ch y u:
-

- ghi n c u các th ng số chính tr n một lư i điện truy n t i.
- ghi n c u phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch đ đư c đ xuất.
ghi n c u tính toán các th ng số và nh hưởng c a các th ng số l n d ng

-

điện, điện áp ngắn mạch hi c sự cố ngắn mạch x y ra.
- ghi n c u v các loại sự cố tr n lư i điện truy n t i và cách ph n loại các
dạng sự cố hi c sự cố x y ra.
xuất gi i thu t xác định vị trí và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch.

-

- ưa ra m hình m ph ng đ đánh giá

t u c a gi i thu t xác định vị trí

sự cố đ đ ra.
- p d ng
1.4 Ph

t u đ ti n đ n i m ch ng

t u tr n hệ thống thực t .

ng pháp nghiên cứu
- hu th p tài liệu li n uan đ n đ tài nghi n c u.
- ghi n c u các m hình lư i điện truy n t i hiện hành. Các th ng số đư ng

truy n t i tr n lư i điện và nh hưởng c a các th ng số l n hoạt động c a hệ thống

truy n t i.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

3

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

- i m thi u th i gian gián đoạn c a hệ thống điện hi sự cố x y ra c ng như
gi m thi u chi phí v n hành c a hệ thống hi g p sự cố ngắn mạch.
1. Giá trị thực ti n củ đề tài
y u c u cấp thi t t thực t , gi i thu t đư c đ xuất trong lu n v n hi áp
d ng vào thực t v n hành s g p ph n gi m thi u th i gian mất điện hi c sự cố
x y ra.

ng th i, v i ưu đi m là h ng s d ng th m các thi t bị chuy n d ng t

b n ngoài n n s gi m đư c rất nhi u chi phí mua sắm trang thi t bị c ng như chi
phí v n hành cho các thi t bị chuy n d ng đi
đáng

m này.

i u này g p ph n gi m



hệ

thống điện hiệu u hơn b ng các ph n m m m ph ng hệ thống.
1.7 Các nghiên cứu ho học liên qu n
C nhi u nghi n c u đư c thực hiện trong nh ng n m g n đ y nh m m c
đích xác định vị trí ngắn mạch một cách nhanh ch ng và chính xác nhất c th . uy
nhi n, các nghi n c u ch y u t p trung vào hư ng nghi n c u d ng xung d ng
điện bắn vào lư i điện c sự cố nh m xác định vị trí ngắn mạch. Các phương pháp
đư c gi i thiệu như b n dư i.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

4

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

1.7.1 Ph

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

ng pháp ung phản ạ TDR (Time Domain Reflection)

ại nơi giao nhau c a hai m i trư ng truy n hác nhau, s ng truy n đ n s
sinh ra một s ng ph n xạ và truy n ngư c trở lại m i trư ng ban đ u.

guy n l

định vị trí sự cố. uy nhi n, ngày nay phương pháp này đ

h ng c n đư c s d ng

nhi u vì nh ng ưu như c đi m mà phương pháp này đang c .

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

6

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

u đi m
y là một phương pháp dựa tr n nguy n v sự truy n s ng.

-

- iệc thực thi gi i pháp này há ti t iệm v chi phí lắp đ t và v n hành hi
chỉ y u c u một máy phát xung áp và một máy đo xung áp h i v .
- Phương pháp s cho

t u tốt đối v i các đư ng d y h ng c ho c c ít

mối nối và các đư ng d y ngắn.
h

ethod). Phương pháp này đ

xuất phương án đưa một xung d ng điện vào lư i điện truy n dẫn thay vì một xung
áp như phương pháp DR.
ung d ng điện c b n chất là d ng các hạt chuy n d i c hư ng n n rất ít
bị nh hưởng bởi m i trư ng b n ngoài. goài ra, d ng điện phát đi s ít bị suy hao
tr n đư ng truy n dẫn vì phát đi bao nhi u thì thu lại bấy nhi u, chỉ hác nhau v
dạng s ng do cấu trúc lư i điện và sự cố lư i g y ra.
guy n tắc cơ b n dựa vào máy phát xung cao th đ tạo ra ph ng điện tại
đi m sự cố. Quá trình x g y ra một s ng d ng điện uá độ chạy t đi m sự cố đ n
máy phát xung, việc l p lại ho ng xung dựa vào ho ng cách c a sự cố. Do xung
uá độ c bi n độ l n n n m c độ chính xác c a phương pháp này là há cao.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

7

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

Hình 1.3 và 1.4 b n dư i m t cho phương pháp C .

Hình 1.3 S đ kết nối I

Hình 1.4 Kết quả chẩn đoán từ ph


- Do ph i phát xung d ng vào lư i điện truy n t i n n ph i c thi t bị chuy n
d ng đ làm việc.
- Do giá thành thi t bị há cao, do đ i h i c ng nghệ ti n ti n n n h ng th
trang bị đại trà cho hệ thống điện l n, nhi u trạm chuy n mạch.
- C ng như phương pháp DR, phương pháp xung d ng c ng chỉ c th làm
việc hi lư i điện h ng hoạt động. Chưa c c i ti n thích h p đ thi t bị c th làm
việc trực ti p tr n lư i điện đang hoạt động.
1. H ớng nghiên cứu củ lu n văn
-

xuất một phương pháp xác định vị trí sự cố m i dựa tr n t ng trở hệ

thống lư i điện truy n t i.
-

y dựng một gi i thu t xác định vị trí sự cố dựa tr n các th ng số d ng

điện và điện áp đo đư c tr n tại đi m đ u lư i điện truy n t i.
-

y dựng gi i pháp xác định vị trí sự cố c th hoạt động hi lư i điện

đang v n hành.
-

y dựng gi i pháp xác định vị trí sự cố sao cho h ng ph i d ng th m các

thi t bị hỗ tr tạo xung d ng điện hay điện áp đưa vào hệ thống truy n dẫn c n xác
định.




Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

nh 2.1
2.1.1

h nh minh h a cho hệ thống điện

ệ thống sản uất điện n ng

Hình 2.2 Nhà máy điện hạt nh n Three

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

11

ile Islan tại bang Pennsylvania

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

nhân.



GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

2.1.3

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

ệ thống ti u th điện n ng

.

Hình 2.5

nấu th p b ng điện

K
2.2 Ng n

ch trong h th ng đi n

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

14

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh



HVTH: Huỳnh Chí Thanh

t pha chạ đ t

16

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải

:

Hình 2.7 ạng sóng

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

Hình 2.8 ạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

17

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ


19

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh