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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - 2014


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
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

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

- ii -


Mở đầu

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................................... 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................................... 3
5. Những đóng góp của luận án ......................................................................................... 4

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
3.4.4. Lựa chọn số nơron lớp ẩn để tránh mạng học quá khớp (overfitting) và mạng
học không đủ (underfitting) [11,12] ............................................................................ 56
Chƣơng 4: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN ............................................. 62
4.1. ATP/EMTP mô phỏng ngắn mạch trên đƣờng dây .................................................. 62
4.1.1. Mô hình đƣờng dây mô phỏng trong luận án .................................................... 62
4.1.2. Kịch bản mô phỏng trong ATP/EMTP .............................................................. 63
4.1.3. Một số dạng ngắn mạch đƣợc mô phỏng trong ATP/EMTP ............................. 65
4.1.3.1. Ngắn mạch 1 pha (AG0):............................................................................ 65

4.1.3.2. Ngắn mạch 2 pha (AB0):............................................................................ 65
4.1.3.3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG): ........................................................... 66
4.1.3.4. Ngắn mạch 3 pha (ABC): ........................................................................... 67
4.2. Kết quả xác định thời điểm xuất hiện sự cố ............................................................. 67
4.3. Kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố ................................... 74



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

BI

Máy biến dòng điện

Kỹ thuật số

- vi -


Mở đầu

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

- vii -


Mở đầu



Mở đầu
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


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
Hình 4.23: Kết quả kiểm tra sử dụng mạng MLP ƣớc lƣợng trực tiếp cho 712 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) ........................................................................................................................... 82

- x -


Mở đầu
Hình 4.24: Các tín hiệu dòng pha trong các mẫu: a) 531 (ngắn mạch 2 pha tại vị trí 80km),
b) 534 (ngắn mạch hai pha tại vị trí 110km), c) 1602 (ngắn mạch hai pha chạm đất tại
110km), d) 2136 (ngắn mạch một pha chạm đất tại 110km) ............................................... 83
Hình 4.25: Kết quả hoạt động của rơle khoảng cách ảo đƣợc sử dụng trong luận án ......... 84
Hình 4.26: Kết quả học chi tiết 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)....................... 85
Hình 4.27: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 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) .................. 86
Hình 4.28: Tổng hợp các sai số của rơle ảo (đƣờng liền đậm), lƣợng cộng vào do MLP tạo
ra (đƣờng liền nhạt) và của rơle ảo phối hợp với mạng nơron MLP (đƣờng chấm) cho sự cố
ngắn mạch 1 pha tại vị trí 40km cho các thời điểm xuất hiện sự cố khác nhau (ứng với giá
trị pha khác nhau của dòng iA)............................................................................................. 87

Hình PL3.8: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S50% trong ATP/EMTP ........................... 117
Hình PL3.9: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S30% trong ATP/EMTP ........................... 117
Hình PL3.10: Thiết lập dữ liệu cho mô hình điện trở sự cố trong ATP/EMTP ................ 118

- xii -


Mở đầu

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đƣờng dây truyền tải điện là một trong những khâu rất quan trọng trong việc đảm
bảo sự liên lạc giữa các nguồn điện và các hộ tiêu thụ điện. Tốc độ phát triển nhanh chóng
của hệ thống điện trong vài thập kỷ qua cũng đã dẫn đến một sự tăng nhanh về số lƣợn g
các đƣờng dây truyền tải ở các cấp điện áp cũng nhƣ tổng chiều dài của toàn hệ thống.
Theo thống kê của tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN - VietNam Electricity), lƣới điện Việt
Nam đã không ngừng mở rộng, vƣơn xa thể hiện quy mô phát triển, sự lớn mạnh của
ngành kinh tế mũi nhọn, đảm bảo cung cấp điện ngày càng tin cậy, hiệu quả hơn cho phá t
triển đất nƣớc. Số liệu thống kê ngày 18/08/2011: Tổng chiều dài đƣờng dây ở các cấp điện
áp của EVN tính đến hết năm 2008: 306.000 km. Trong giai đoạn 2006 - 2015, EVN dự
kiến phát triển mới: 3.178 km đƣờng dây 500 kV, 9.592 km đƣờng dây 220 kV, 12.659 km
đƣờng dây 110kV.
Trong quá trình vận hành, đƣờng dây truyền tải điện có thể gặp những sự cố nhƣ 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 ngƣời 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 đƣờng dây, bảo vệ rơle sẽ tác động tách phần tử bị sự cố ra
khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hƣởng của phần tử sự cố với các phần tử liền kề
không bị sự cố. Nhƣ 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
thƣờng của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao đƣợc độ tin cậy cung cấp

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
trƣng từ phổ tần số. Trong bƣớc cuối cùng, bƣớc thứ ba, các giá trị đặc trƣng này đƣợc xử
lý tiếp tục bằng một mô hình phi tuyến để đƣa ra đƣợc các ƣớc lƣợng chính xác về vị trí sự
cố, điện trở sự cố và dạng sự cố.
Để có thể phát hiện đƣợc thời điểm xuất hiện sự cố, luận án đề xuất sử dụng phép
phân tích tín hiệu theo các hàm cơ sở wavelet (sóng nhỏ) do phép phân tích này cho phép
phát hiện đƣợc các thay đổi đột ngột trong tín hiệu đang đƣợc lấy mẫu để xem xét. Để xây
dựng đƣợc mô hình phi tuyến ƣớc lƣợng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố luận án
sử dụng mạng nơron MLP do khả năng có thể xấp xỉ hàm phi tuyến bất kỳ với độ chính
xác cho trƣớc của mạng này. Đồng thời các thông số của mạng nơron MLP sẽ đƣợc điều
chỉnh thích nghi trên cơ sở bộ số liệu mẫu đƣợc tạo ra nhờ vào việc sử dụng phần mềm
ATP/EMTP (Alternative Transients Programme/ Electro-Magnetic Transients Program)
để mô phỏng quá trình quá độ trên đƣờng dây gây ra bởi một số sự cố ngắn mạch (ngắn
mạch 1 pha, 2 pha, 2 pha chạm đất và ngắn mạch 3 pha) khi thay đổi các thông số nhƣ:
điện trở sự cố, vị trí sự cố, phụ tải và thời điểm xuất hiện sự cố. Mạng nơron MLP đƣợc đề
xuất thử nghiệm theo hai dạng: dạng thứ nhất là hoạt động độc lập, xử lý trực tiếp các đặc
tính đầu vào từ 6 tín hiệu dòng – áp ba pha để đƣa ra vị trí sự cố, dạng thứ hai là hoạt động
phối hợp với một thuật toán tổng trở, đáp ứng đầu ra của nơron MLP và của thuật toán

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.

- 3 -


Mở đầu
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện có ứng dụng thực tế rất
rộng rãi. Phƣơng pháp mới của luận án sẽ góp phần bổ sung số lƣợng các giải pháp để tạo
điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế đƣợc dễ dàng hơn . Phƣơng pháp chỉ yêu cầu
sử dụng các tín hiệu dòng điện và điện áp đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây truyền tải điện,
nên các khâu đo lƣờng và thu thập số liệu cũng khá đơn giản, tính kinh tế cao.

5. Những đóng góp của luận án
Luận án có đóng góp sau:


Mở đầu

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
· Ứng dụng phần mềm mô phỏng ATP/EMTP để mô phỏng đƣờng dây 110 kV Yên
Bái - Khánh Hòa với các thay đổi về vị trí sự cố, điện trở sự cố, thời điểm xuất
hiện sự cố, công suất của phụ tải và dạng sự cố để tạo ra các bộ số liệu về dòng
điện và điện áp ở đầu đƣờng dây với định dạng file là *.MAT.
· Sử dụng phần mềm điều khiển Test Universe mô phỏng lại các bộ số liệu đƣợc tạo
ra từ phần mềm mô phỏng ATP/EMTP đƣa vào thiết bị phần cứng Omicron
CMC-356 và rơle khoảng cách 7SA522, kết quả thu đƣợc là cơ sở kiểm nghiệm

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

Trong phƣơng pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ thuộc
rất nhiều vào điện trở sự cố và không hiệu quả trong trƣờng hợp có điện trở sự cố rất cao
[34]. Phƣơng pháp dựa trên trở kháng có thể đƣợc phân thành các phƣơng pháp một đầu và
phƣơng pháp hai đầu phụ thuộc vào số lƣợng các thiết bị đầu cuối mà tại đó các dữ liệu
điện áp và dòng điện đƣợc thu thập. Tuy nhiên phƣơng pháp tổng trở yêu cầu trở kháng
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
- 8 -


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

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 lsù cè và đƣợc biểu diễn theo phƣơng


~
Nguồn A

~
lsuco.Z
Đo lƣờng
điện áp và
dòng điện

(l - lsuco).Z
If

Rf

Nguồn B

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):

- 9 -


Chng 1: Tng quan v cỏc phng phỏp xỏc nh v trớ s c trờn ng dõy ti in

lsự cố

ổUA ử

UA

nh v
s c

U A

(l - lsuco).Z
If

Ngun B

Rf U f

Hỡnh 1.2: Minh ha phng phỏp TAKAGI trờn mch in mt pha hai ngun

in tr s c c tớnh toỏn theo biu thc (1.4):

Rf =

U A - ZC ì I A ì tanh lsuco
ổ U ÂÂA
ử
tanh lsuco - I ÂÂA ữ ì ì
ỗ
ố ZC
ứ

j


c) Phƣơng pháp TAKAGI cải tiến [77,80,92]
Phƣơng pháp Takagi cải tiến này cũng còn đƣợc gọi là phƣơng pháp dòng điện thứ tự
không. Phƣơng pháp này không yêu cầu dữ liệu trƣớc sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự
không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất [32]. Vị trí sự cố trong phƣơng
pháp này đƣợc tính toán trong phƣơng trình (1.7):

lsù cè =

Im(U A × I R* × e - j )
Im( Z1L × I A × I R* × e - j )

(1.7)

trong đó:
· IR: Dòng điện thứ tự không, I R* - liên hợp phức của ảnh dòng điện thứ tự không.
· b: Góc dòng điện thứ tự không.
· Z1L: Tổng trở thứ tự thuận của đƣờng dây.
· UA: Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A.
· IA: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.
· lsù

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,...
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp Takagi là ta cần phải biết chính xác đƣợc các thông số