Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

MỤC LỤC
Chương mục

Trang

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1 SỰ CẦN THIẾT NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA ĐỊNH VỊ SỰ CỐ .... 3
1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện
3
1.2 Tổng quan các phương pháp định vị sự cố áp dụng trong lưới truyền tải điện
4
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị sự cố trên lưới truyền tải điện
5
1.3.1
Ảnh hưởng của hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không đối với các sự cố
pha – đất ......................................................................................................................... 6
1.3.2
Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song .............................................. 7
1.3.3
Ảnh hưởng của cấu hình cột điện và việc đảo pha không đầy đủ.................... 8
1.3.4
Ảnh hưởng của việc có nhiều hơn một chủng loại dây trên cùng một tuyến
đường dây ...................................................................................................................... 8
1.3.5
Ảnh hưởng của điện trở quá độ tại điểm sự cố ................................................ 9



Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI
4.2 Qui trình và kết quả tính toán áp dụng đối với đường dây 500kV Nho Quan –
Thường Tín (sự cố ngày 18 tháng 5 năm 2015)
36
4.2.1
Báo cáo mô tả sự cố ....................................................................................... 36
4.2.2
Qui trình tính toán chi tiết .............................................................................. 37
4.2.3
Nhận xét kết quả ............................................................................................ 47
4.3 Qui trình và kết quả tính toán áp dụng đối với đường dây 500kV Thường Tín –
Quảng Ninh (sự cố ngày 03 tháng 03 năm 2015)
49
4.3.1
Báo cáo mô tả sự cố ....................................................................................... 49
4.3.2
Qui trình tính toán chi tiết .............................................................................. 50
4.3.3
Nhận xét kết quả ............................................................................................ 62
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................ 64
5.1 Kết luận
64
5.2 Phương hướng nghiên cứu trong tương lai
65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 66
PHỤ LỤC I – Sự cố đường dây Nho Quan – Thường Tín .................................................... 1
Báo cáo sự cố ngày 18/5/2015 trên đường dây Nho Quan – Thường Tín (trích)
1

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao
chép của ai. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nội dung luận văn có tham khảo và sử
dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các
trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Tác giả

Vũ Sơn Hà

iii


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1 Ảnh hưởng của tương hỗ giữa các đường dây song song .......................................... 7
Hình 2 Một số cấu hình treo dây trên cột điện lưới truyền tải ............................................... 8
Hình 3 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp và sơ đồ thay thế ....................... 10
Hình 4 Cấp chính xác của BI theo tiêu chuẩn IEC 60044-2 ................................................ 12
Hình 5 Tổng quan về DIGSI ................................................................................................ 13
Hình 6 Sử dụng DIGSI quản lý một dự án .......................................................................... 14
Hình 7 Cây thư mục trong phần mềm DIGSI khi truy cập rơle Siemens ............................ 14
Hình 8 Cài đặt cấu hình rơle bảo vệ sử dụng DIGSI ........................................................... 15
Hình 9 Thay đổi chức năng logic trong role sử dụng DIGSI............................................... 15
Hình 10 Hiển thị sơ đồ một sợi của đối tượng được điều khiển .......................................... 16
Hình 11 Tạo lập sơ đồ một sợi của ngăn lộ ......................................................................... 16
Hình 12 Truy cập bản ghi sự cố bằng chức năng SIGRA trong phần mềm DIGSI............. 18
Hình 13 Giao diện chính của SIGRA .................................................................................. 18
Hình 14 Quan sát các tín hiệu sử dụng SIGRA ................................................................... 19
Hình 15 Đồng bộ thời gian các bản ghi sự cố ...................................................................... 20


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI
Hình 42 Kết quả định vị điểm sự cố đối với đường dây 500kV Thường Tín – Quảng Ninh
............................................................................................................................................. 60
Hình 43 Kết quả định vị sự cố tính từ đầu trạm Thường Tín .............................................. 61
Hình 44 Kết quả định vị điểm sự cố tính từ đầu Quảng Ninh ............................................. 61
Hình 45 Kết quả định vị sự cố tính toán từ đầu Quảng Ninh (chi tiết) ................................ 62

v


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 Kết quả tính toán vị trí sự cố đường dây Nho Quan - Thường Tín dùng SIGRA .. 47
Bảng 2 Kết quả định vị sự cố đường dây Nho Quan - Thường Tín theo rơle báo.............. 48
Bảng 3 Kết quả định vị sự cố đường dây Thường Tín – Quảng Ninh theo tính toán bằng
SIGRA ................................................................................................................................. 62
Bảng 4 Kết quả định vị sự cố đường dây Thường Tín – Quảng Ninh theo rơle báo ........... 63

vi


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

MỞ ĐẦU
Trong hệ thống lưới điện truyền tải, sự cố có thể xuất hiện tại bất cứ thời
điểm nào, tại bất cứ nơi nào, nguyên nhân sự cố rất đa dạng và không thể đoán biết
trước. Tất cả các sự cố cần phải được loại trừ càng nhanh càng tốt để giảm thiểu
mức độ thiệt hại cho thiết bị cũng như đảm bảo duy trì làm việc sự ổn định của hệ

để định vị sự cố trong phần mềm DIGSI, qui trình tiến hành để xử lý số liệu và sử
dụng chương trình. Các kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ được áp dụng kiểm
1


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

nghiệm với các bản ghi sự cố thực và đường dây thực để minh chứng tính ưu việt
của phương pháp định vị sự cố bằng DIGSI.
Về bố cục, luận văn gồm các phần như sau đây:
Chương 1: Sự cần thiết của việc nâng cao độ chính xác định vị sự cố trên lưới
điện truyền tải.
Chương 2: Giới thiệu phần mềm DIGSI và các ứng dụng trong hệ thống rơle bảo
vệ.
Chương 3: Phân tích các thuật toán được sử dụng trong chức năng định vị sự cố
của phần mềm DIGSI.
Chương 4: Áp dụng phần mềm DIGSI để tính toán định vị sự cố dựa trên các
bản ghi sự cố thu được và đường dây thực tế.
Chương 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tương lai.

2


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

CHƯƠNG 1 SỰ CẦN THIẾT NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA
ĐỊNH VỊ SỰ CỐ VÀ TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện
Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện mang một ý

Hiện tại các phương pháp định vị sự cố đã được áp dụng đối với đường dây
truyền tải điện, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp
dụng nhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, có thể phân
loại sơ lược các phương pháp này như sau [1, 2]:
-

Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía của đường dây.
o Được tích hợp trong các rơle bảo vệ khoảng cách [3].
o Khi sự cố xảy ra, rơle bảo vệ khoảng cách sẽ tính toán tổng trở sự cố
và xác định vị trí sự cố dựa theo điện kháng sự cố đo được kết hợp với
điện kháng đơn vị của một km đường dây (đã biết).
Khoảng cách đến điểm sự cố được xác định dựa theo công thức:
Lsc (km) 

xdo
 L(km)
x1km

Trong đó
-

xđo & x1km là điện kháng đo được và điện kháng của một đơn vị
chiều dài đường dây.

-

L & Lsc: tổng chiều dài đường dây và khoảng cách đến điểm sự
cố (tính theo km)

o Phương thức định vị sự cố tích hợp trong các rơle bảo vệ khoảng cách

chính xác cao nhất hiện nay. Sai số định vị sự cố có thể chỉ bằng
khoảng cách của một khoảng cột.
o Do chi phí cao nên hiện nay giải pháp này mới được lắp đặt rất hạn
chế trên lưới truyền tải điện miền Bắc.
Trên lưới điện truyền tải hiện có một số đường cáp, với các đường cáp này
phương pháp định vị sự cố thường dựa theo việc bơm các tín hiệu sóng siêu
âm và ghi nhận tín hiệu phản hồi. Dựa trên thời gian từ khi phát tín hiệu đến
khi có tín hiệu phản hồi sẽ tính được khoảng cách đến điểm sự cố. Về cơ sở
lý thuyết thì phương pháp này tương tự với phương pháp sử dụng sóng lan
truyền áp dụng cho đường dây trên không. Điểm khác biệt là với cáp điện thì
người kiểm tra sẽ chủ động phát tín hiệu và ghi nhận tín hiệu phản hồi, với
các đường cáp thì tín hiệu lan truyền không phải do phát vào đường dây mà
do sự đột biến dòng điện, điện áp khi sự cố sinh ra.

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị sự cố trên lưới truyền tải
điện
5


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác định vị sự cố có thể kể tới như
sau [3, 4]:
+ Ảnh hưởng của hệ số bù thành phần tổng trở thứ tự không với sự cố một
pha – đất.
+ Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song
+ Ảnh hưởng do việc đảo pha không đầy đủ
+ Ảnh hưởng của việc có nhiều hơn một chủng loại dây trên cùng một tuyến
đường dây
+ Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố



Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

không đồng nhất của đất. Do đó tùy vị trí sự cố mà tổng trở này có thể không tỷ lệ tuyến
tính với khoảng cách sự cố.

1.3.2 Ảnh hưởng tương hỗ của đường dây song song
Khi sự cố ngắn mạch chạm đất xảy ra trên đường dây nhiều mạch như mạch
kép, hai đường dây vận hành song song, do tác động của thành phần hỗ cảm thứ tự
không của các đường dây, bảo vệ khoảng cách có thể đo sai giá trị của tổng trở sự
cố. Đối với đường dây có đảo pha đầy đủ thì ảnh hưởng này sẽ là đáng kể trong
trường hợp sự cố một pha chạm đất.

Hình 1 Ảnh hưởng của tương hỗ giữa các đường dây song song

Với ví dụ minh họa trên có thể thấy điện áp thứ tự không mà rơle đo được là V 01
được tính theo:
V01 = Z01I01 + Z0MI02
Trong đó:
-

V01: điện áp TTK của bảo vệ trên đường dây bị sự cố.

-

Z01: tổng trở TTK của đường dây bị sự cố.

-


tuyến đường dây
Việc có nhiều chủng loại dây trên một tuyến đường dây thường gặp với lưới
điện phân phối, chủng loại dây của các đường trục chính có thể khác với chủng loại
dây ở các nhánh rẽ. Với lưới điện truyền tải điều này ít xảy ra, tuy nhiên vẫn còn
tồn tại một số đường dây gồm 2 loại dây hỗn hợp. Tuy nhiên giá trị tổng trở cài đặt
trong rơle khoảng cách chỉ cho phép áp dụng đối với đường dây đồng nhất, do đó vị
trí sự cố tính được sẽ bị sai lệch do tổng trở đơn vị của 1km đường dây không chính
xác.
Hiện nay trên thị trường vẫn chưa có thiết bị định vị sự cố nào có xét tới kiểu
đường dây nhiều chủng loại như vậy.

8


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

1.3.5 Ảnh hưởng của điện trở quá độ tại điểm sự cố
Các sự cố thường kèm theo hồ quang điện. Hồ quang điện có thể hình thành
trên chuỗi sứ hoặc bắc cầu giữa các pha và do đó điện trở hồ quang này cũng sẽ
được tính vào tổng trở sự cố mà rơle đo được.
Điện trở hồ quang phụ thuộc vào độ dài của hồ quang và dòng điện theo
công thức sau:
Rhồ quang =
Trong đó:

8750 .Larc
I 1f .4

Rhồ quang: điện trở hồ quang ()
Larc

d

1-d

9

B


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

ZL
UA

IA

IB
dZL

IF

UB

(1-d)ZL
ZB

ZA
RF

A

IA
IA

[1.3]

trong đó: ZA là tổng trở đo được bởi rơle đầu phía trạm A.
Thay thế IF = IA + IB vào phương trình [1.3] ta có

10


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

 I 
Z A  dZ L  RF 1  B 
 IA 

[1.4]



Do các giá trị dòng điện đều là đại lượng số phức nên thành phần RF 1 




toán được cũng có thể là số phức. Để đơn giản giả thiết Z F  RF 1 


-

dòng IB là sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với IA trong công thức [1.4]).
Do vậy, thành phần ZF sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện kháng của tổng trở ZA
mà rơle đo được trong công thức [1.4], kết quả là khoảng cách tính toán được
sẽ bị sai khác so với thực tế.
1.3.6 Ảnh hưởng của sai số đo lường
Các biến áp đo lường như BU và BI luôn có sai số nhất định. Do rơle sử
dụng các tín hiệu dòng điện và điện áp từ BI & BU cấp tới nên tổng trở tính toán
được cũng có sự sai lệch nhất định. Rất khó để xác định chính xác mức độ sai lệch
này do giá trị sai số của BU & BI là đại lượng ngẫu nhiên. Ngoài ra, với lưới truyền
tải điện thường sử dụng các BU kiểu tụ phân áp, loại BU này có thể chịu quá độ kéo

11


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

dài hơn trong tín hiệu đầu ra với trường hợp sự cố, do các bảo vệ thường yêu cầu
cắt nhanh trước khi hết các quá độ dẫn tới vị trí sự cố tính được cũng bị sai.

Hình 4 Cấp chính xác của BI theo tiêu chuẩn IEC 60044-2

12


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM DIGSI VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG
RƠLE BẢO VỆ
2.1 Giới thiệu về phần mềm DISGI
Phần mềm DIGSI là thương hiệu đã được đăng ký bản quyền của hãng



Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Có thể thiết lập 4 nhóm chỉnh định và chuyển đổi qua lại giữa các nhóm chỉnh định
bằng cách kích hoạt các đầu vào nhị phân “binary input” hoặc là nhấn một phím
chức năng (chức năng của phím này được gán bởi một hàm logic).
Với Hệ thống dữ liệu 1 ta có thể đặt giá trị nhất thứ và giá trị nhị thứ cho các biến
dòng điện và biến điện áp.
+ Cài đặt chức năng đầu vào, đầu ra trong rơ le, phần mềm DIGSI sử dụng một
ma trận cấu trúc rõ ràng. Trên phần mềm ta vào Masking I/O để mở ma trận
thiết bị, ta thấy làm việc với các cột và các hàng

Hình 8 Cài đặt cấu hình rơle bảo vệ sử dụng DIGSI

+ Tạo chức năng Logic, nhờ phương pháp CFC, ta có thể tạo ra các chức năng
một cách nhanh chóng, dễ dàng theo định hướng đồ họa. Mỗi biểu đồ CFC
chứa ít nhất một chức năng logic liên kết nối các giá trị đầu vào với nhau và
từ các mối liên kết tạo ra một kết quả

Hình 9 Thay đổi chức năng logic trong role sử dụng DIGSI
15


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

+ Phần mềm DIGSI cho phép chỉnh sửa các biểu tượng hiển thị trên màn LCD
của rơle, ví dụ các sơ đồ một sợi gồm máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa, biến
dòng điện, biến điện áp, sơ đồ một sợi của ngăn lộ trên màn hình rơle. Người
sử dụng có thể dùng thư viện sẵn có hoặc tạo mới các biểu tượng cần thiết.

+ Hiển thị theo kiểu vecto ba pha
+ Hiển thị trên các đặc tính làm việc
+ Hiển thị thành phần sóng hài
+ Phục vụ phân tích sự cố
+ Hiển thị thông số dưới dạng bảng

17


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Hình 12 Truy cập bản ghi sự cố bằng chức năng SIGRA trong phần mềm DIGSI

SIGRA cho phép sử dụng đồng thời hai thanh trượt để hiển thị giá trị tại các thời
điểm khác nhau, cho phép so sánh mức độ thay đổi của tín hiệu theo thời gian giữa
hai thanh trượt và nhiều ứng dụng khác.

Hình 13 Giao diện chính của SIGRA

18


Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên phần mềm DIGSI

Là một công cụ chuyên nghiệp, SIGRA có rất nhiều chi tiết để phục vụ, tối đa hóa
các tín hiệu thời gian, hiển thị giá trị tức thời trong bảng, sử dụng các nút “Up” và
“Down” để di chuyển một tên được lựa chọn trong danh sách. Có thể thay đổi thứ
tự các cột được hiển thị. Trong khu vực mà hình đồ họa, ta có thể thấy một số
đường cong và những tín hiệu tương tự hay nhị phân. Số lượng sơ đồ được thiết lập
theo mặc định và có chứa một sự kết hợp phù hợp tín hiệu. Ta có thể thêm hoặc loại