BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH CHÍ THANH

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 5 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH CHÍ THANH

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI

Chuyên ngành:

Kỹ thuật điện - 60520202



II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính quy

Thời gian đào tạo từ 8/2005 đến 08/2007

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện khí Hóa- Cung Cấp điện
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 05/2013 đến 05/2015
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên luận văn:
“Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải”.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 19 tháng 4 năm 2015, Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trương Việt Anh
3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường Cao Đẳng Cộng đồng Kiên giang

Giáo viên

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

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

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trƣơng Việt Anh,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển
luận văn này.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh,
Cô TS. Nguyễn Thị Misa người đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện
luận văn.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô
giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa
Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi
trong toàn khóa học.
Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, các anh chị học viên cùng
khóa cao học 2013 – 2015 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua
những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện 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 tôi hoàn thành khóa học này.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

iii

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh



HVTH: Huỳnh Chí Thanh

iv

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

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

ABSTRACT
Operation of power systems need continuation of the supply source as well
as the most important request. However, we can't eliminate completely interruption
out of power network due to there are some system faultys as well as short circuit,
open circuit, affection of strom, falling of tree on transmission line. Hence, there is
the request about determine faulty location, it is very useful information for
isolating the faulty branch and continuance provision the remain branchs. Reducing
of faulty location time will increase operation time of power supply, increase the
power quality.
There are some approach to determine the faulty location. Almost of ways
only determine the faulty location after isolation of power system by the protection
devices. They create a pulse or a group of pulses into the transmission line, it mean
that they need the special device and need alot of cost for buying those devices.
The thesis will propose a new approach for determine faulty location base-on
impedance of transmission line and impedance of load systems. This way no need
extra device, only voltage and current of substation, which were measured at
protection devices, were used for locate the faulty. So, proposed approach will be
more cheapper and faster the previous ways.

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài: ................................................................................... 4
1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan: .................................................................... 4
1.7.1 Phương pháp xung phản xạ TDR (Time Domain Reflection): ................................. 5
1.7.2 Phương pháp xung dòng ICM (Impulse Current Method) ....................................... 7

1.8 Hướng nghiên cứu của luận văn: ......................................................................... 9
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 10
2.1 Hệ thống điện và các thành phần cơ bản của hệ thống điện: .............................. 10
2.1.1 Hệ thống sản xuất điện năng: .............................................................................. 11
2.1.2 Hệ thống truyền tải điện năng: ............................................................................. 13
2.1.3 Hệ thống tiêu thụ điện năng: ............................................................................... 14

2.2 Ngắn mạch trong hệ thống điện: ........................................................................ 14
2.2.1 Các dạng ngắn mạch trong lưới điện truyền tải: .................................................... 16
2.2.1.1 Ngắn mạch một pha chạm đất: ......................................................................... 16

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

vi

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 Ngắn mạch hai pha chạm đất: ........................................................................... 18
2.2.1.3 Ngắn mạch hai pha chạm nhau: ........................................................................ 19
2.2.1.4 Ngắn mạch ba pha: .......................................................................................... 20

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

vii

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

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

2.5.2 Hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch của lưới điện truyền tải: .................... 45
2.5.3 Phương trình điện trở hồ quang trong sự cố ngắn mạch: ................................ 46
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG ....................................................... 48
3.1 Mô hình hóa các khối trong mô ph ng ngắn mạch lưới truyền tải 110KV: ...... 48
3.1.1 Khối nguồn phát điện: ..................................................................................... 48
3.1.2 Khối đường dây truyền tải: ............................................................................. 51
3.1.3 Khối phụ tải: .................................................................................................... 53
3.1.4 Khối sự cố ngắn mạch: .................................................................................... 54
3.1.5 Khối thu nhận và xử lí tín hiệu: ...................................................................... 55
3.2 Lưu đồ và giải thuật tính toán mô ph ng: .......................................................... 56
3.2.1 Lưu đồ tính toán cho chương trình chính: ....................................................... 56
3.2.2 Lưu đồ chung cho các chương trình con tính toán vị trí và điện trở sự cố: .... 58
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................. 62
4.1 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất: ................................. 62
4.1.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i: ............................................ 62
4.1.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .............................................. 67
4.2 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất .................................... 72
4.2.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 72
4.2.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 77

PHỤ LỤC ............................................................................................................... 121
1. Chương trình chính: ........................................................................................... 121
2. Chương trình xác định loại sự cố: ...................................................................... 123
3. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch một pha
chạm đất: ................................................................................................................ 124
4. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch hai pha
chạm đất: ................................................................................................................ 125
5. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch ba pha
chạm đất: ................................................................................................................ 126
6. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch hai pha
chạm nhau: ............................................................................................................. 127
7. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch ba pha
chạm nhau: ............................................................................................................. 128

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

MỤC LỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ x
Hình 1.1 Dạng xung của phương pháp TDR đối với các dạng sự cố khác nhau .................. 5
Hình 1.2 Đồ thị TDR chẩn đoán pha bị sự cố và pha tốt. ................................................. 6
Hình 1.3 Sơ đồ kết nối ICM ........................................................................................... 8
Hình 1.4 Kết quả chẩn đoán từ phương pháp ICM ........................................................... 8



Luận văn thạc sỹ

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

Hình 3.5 Mô hình khối phụ tải ...................................................................................... 53
Hình 3.6 Giao diện xây dựng các thông số cho khối phụ tải ........................................... 53
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố ........................................................................... 55
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối khối điều chế tín hiệu ................................................................ 56
Hình 3.9 Sơ đồ kết nối của mạch mô hình hóa mô ph ng ............................................... 57
Hình 3.10 Lưu đồ chương trình tính toán sự cố ngắn mạch............................................. 58
Hình 3.11 Lưu đồ tính toán vị trí và điện trở sự cố cho các chương trình con .................. 61

Hình 4.1 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
một pha chạm đất ...................................................................................................... 66
Hình 4.2 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
một pha chạm đất ...................................................................................................... 72
Hình 4.3 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm đất ........................................................................................................ 77
Hình 4.4 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm đất ........................................................................................................ 82
Hình 4.5 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm đất ......................................................................................................... 87
Hình 4.6 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm đất ......................................................................................................... 93
Hình 4.7 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm nhau ..................................................................................................... 98
Hình 4.8 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm nhau ................................................................................................... 103

triển mới: 3.178 km đường dây 500 kV, 9.592 km đường dây 220 kV, 12.659 km
đường dây 110kV.
Trong quá trình vận hành, đường dây truyền tải điện có thể gặp những sự cố
như sét đánh, ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, sự cố từ các thiết bị, hoạt động sai của
thiết bị hay sự cố từ phía người sử dụng, tình trạng quá tải và sự lão hóa của thiết
bị... Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên đường dây, bảo vệ rơle sẽ tác
động tách phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của phần
tử sự cố với các phần tử liền kề không bị sự cố. Như vậy quá trình nhận dạng, phát
hiện, cách ly và xác định chính xác vị trí sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi,
giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện,
giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu
thụ.
iện nay, để đáp ứng với nhu cầu năng lượng điện ngày càng lớn khi đất
nước tiến hành công nghiệp hóa và hiện đại hóa thì lưới điện truyền tải đã phát triển
không ngừng về số lượng cũng như được nâng cấp về chất lượng và khả năng
truyền tải. Song song với nhu cầu phải đáp ứng đủ về số lượng điện năng thì yêu

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

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

cầu về chất lượng điện năng cũng được đặt ra ngày càng cao khi các thiết bị điện
hoạt động liên tục suốt ngày đêm.


- Kết quả nghiên cứu của luận văn.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

2

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

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

1.3 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các thông số chính trên một lưới điện truyền tải.
- Nghiên cứu phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch đã được đề xuất.
- Nghiên cứu tính toán các thông số và ảnh hưởng của các thông số lên d ng
điện, 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
dạng sự cố khi có sự cố xảy ra.
- Đề xuất giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch.
- Đưa ra mô hình mô phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị trí
sự cố đã đề ra.
- p dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các mô hình lưới điện truyền tải hiện hành. ác thông số đường
truyền tải trên lưới điện và ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của hệ thống
điện.

1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài
Từ yêu cầu cấp thiết từ thực tế, giải thuật được đề xuất trong luận văn khi áp
dụng vào thực tế vận hành sẽ góp phần giảm thiểu thời gian mất điện khi có sự cố
xảy ra. Đồng thời, với ưu điểm là không sử dụng thêm các thiết bị chuyên dụng từ
bên ngoài nên sẽ giảm được rất nhiều chi phí mua sắm trang thiết bị cũng như chi
phí vận hành cho các thiết bị chuyên dụng đi k m này. Điều này góp phần giảm
đáng kể chi phí cho lưới điện trong quá trình xây dựng cũng như vận hành hoạt
động hệ thống lưới điện truyền tải.
hính vì vậy, đề tài “Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới điện
truyền tải. được thực hiện nh m mục đích góp thêm một giải pháp hữu ích 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 mô phỏng cho một lưới điện truyền tải
với các thông số lưới thực tế.
-

ng dụng rộng rãi trong các trạm truyền tải trong hệ thống điện nh m xác

định nhanh các sự cố và vị trí của chúng trên lưới.
-

iúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nh m nâng cao độ ổn định

và vận hành tốt lưới điện.
- Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.
-

iúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế hệ

thống điện hiệu quả hơn b ng các phần mềm mô phỏng hệ thống.

hồi về ta có thể xác định được vị trí sự cố trên lưới. hương pháp này gần giống
nguyên lí hoạt động của rada chủ động.
Để đảm bảo độ chính xác cho việc xác định vị trí sự cố, phương pháp yêu
cầu gắn thêm một đường dây chạy song song làm tham chiếu cho đường dây truyền
dẫn. ình 1.1 và 1.2 minh họa cho phương pháp T

.

Hình 1.1 Dạng xung của phương pháp TDR đối với các dạng sự cố khác nhau

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

5

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 1.2 Đồ thị TDR chẩn đoán pha bị sự cố và pha tốt
Đây là phương pháp được ứng dụng lâu đời nhất trong các phương pháp xác
định vị trí sự cố. Tuy nhiên, ngày nay phương pháp này đã không c n được sử dụng
nhiều vì những ưu nhược điểm mà phương pháp này đang có.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

6



đó chính là

ethod). hương pháp này đề

xuất phương án đưa một xung d ng điện vào lưới điện truyền dẫn thay vì một xung
áp như phương pháp T

.

Xung d ng điện có bản chất là d ng các hạt chuyển dời có hướng nên rất ít
bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Ngoài ra, d ng điện phát đi sẽ ít bị suy hao
trên đường truyền dẫn vì phát đi bao nhiêu thì thu lại bấy nhiêu, ch khác nhau về
dạng sóng do cấu trúc lưới điện và sự cố lưới gây ra.
Nguyên tắc cơ bản dựa vào máy phát xung cao thế để tạo ra phóng điện tại
điểm sự cố. Quá trình xẽ gây ra một sóng d ng điện quá độ chạy từ điểm sự cố đến
máy phát xung, việc lặp lại khoảng xung dựa vào khoảng cách của sự cố.

o xung

quá độ có biên độ lớn nên mức độ chính xác của phương pháp này là khá cao.

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

7

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

o ít bị tác động bởi các điều kiện khách quan nên độ chính xác của

phương pháp

là rất cao.

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, phương pháp

c n có một số nhược

điểm sau:
- o phải phát xung d ng vào lưới điện truyền tải nên phải có thiết bị chuyên
dụng để làm việc.
-

o giá thành thiết bị khá cao, do đ i hỏi công nghệ tiên tiến nên không thể

trang bị đại trà cho hệ thống điện lớn, nhiều trạm chuyển mạch.
- ũng như phương pháp T

, phương pháp xung d ng cũng ch có thể làm

việc khi lưới điện không hoạt động. hưa có cải tiến thích hợp để thiết bị có thể làm
việc trực tiếp trên lưới điện đang hoạt động.
1. Hƣớng nghiên cứu của luận văn
- Đề xuất một phương pháp xác định vị trí sự cố mới dựa trên tổng trở hệ
thống lưới điện truyền tải.
- Xây dựng một giải thuật xác định vị trí sự cố dựa trên các thông số d ng
điện và điện áp đo được trên tại điểm đầu lưới điện truyền tải.
- Xây dựng giải pháp xác định vị trí sự cố có thể hoạt động khi lưới điện

10

GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh


Luận văn thạc sỹ

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

n
2

t

n s n u t

Hình 2.2 Nhà máy

HVTH: Huỳnh Chí Thanh

n mn

o

t

n

n