Đề cương Luận văn: Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

Phân tích các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện: trở kháng, sóng lan truyền, wavelet và ứng dụng trong luận văn kỹ thuật điện.

• Tác giả: Nguyễn Sỹ Hảo
• Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Ngọc Điều
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Định vị sự cố trên đường dây truyền tải
• Loại tài liệu: Đề cương luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ
• 1. I. Lí do chọn đề tài
• 1.1. Phạm vi đề cương
• 2. II. NỘI DUNG CHÍNH
• 2.1. Đề xuất các phương pháp xác định sự cố đường dây
• 2.2. Phương pháp tính toán dựa trên đo lường tổng trở
• 2.2.1. Phương pháp điện kháng đơn
• 2.2.2. Phương pháp Takagi
• 2.2.3. Phương pháp Takagi cải tiến
• 2.2.4. Kết luận về phương pháp điện kháng đơn
• 2.2.5. Phương pháp dùng mạng Nơron nhân tạo
• 2.3. Định vị sự cố bằng sóng lan truyền [10]
• 2.3.1. Các thông số đường dây truyền sóng
• 2.3.2. Truyền sóng giữa hai môi trường
• 2.3.3. Các phương pháp xác định vị trí sự cố
• 2.3.4. Thực tiễn áp dụng phương pháp định vị sự cố đường dây truyền tải điện
• 2.3.5. Giới thiệu công nghệ định vị sự cố của một số hãng trên thế giới
• 2.4. Phương pháp biến đổi Wavelet [4]
• 2.4.1. Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT)
• 2.4.2. Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA)
• 2.5. Phương pháp giải tích dựa vào phương trình Telegrapher
• 2.5.1. Tổng quan phương pháp
• 2.5.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp
• 3. III. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ
• 4. IV. ĐỀ RA MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG ÁN CHO BÀI LUẬN VĂN
• 4.1. Nhiệm vụ và nội dung luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của định vị sự cố hệ thống điện

Định vị sự cố hệ thống điện là quá trình xác định vị trí chính xác nơi xảy ra sự cố trên đường dây truyền tải điện. Trong hệ thống điện Việt Nam với các cấp điện áp 500 kV, 220 kV và 110 kV, việc xác định vị trí sự cố nhanh chóng có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Theo thống kê, sự cố đường dây chủ yếu do sét chiếm khoảng 60-80% tổng số vụ sự cố, cùng với các nguyên nhân khác như đứt dây dẫn, dây lèo dao động chạm vào cột điện và quá tải. Khối lượng đường dây truyền tải lớn và trải rộng khắp các vùng địa lý đã đặt ra những thách thức lớn trong quản lý an toàn. Công tác định vị sự cố chính xác giúp giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện, bảo vệ thiết bị, đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn và tin cậy.

1.1. Nguyên nhân và hậu quả của sự cố

Sự cố hệ thống điện xảy ra từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Sự cố do sét là nguyên nhân chính, đặc biệt ở kỳ mưa bão tập trung. Sét đánh trực tiếp vào dây chống sét với cường độ lớn vượt ngưỡng chịu đựng cách điện, gây phóng điện ngược chuỗi cách điện các pha. Ngoài ra, các đường dây vận hành quá lâu năm có hệ thống tiếp địa bị bào mòn, không đảm bảo điện trở nối đất. Các sự cố này gây gián đoạn cung cấp điện, tổn hại kinh tế cho các tỉnh, thành phố.

1.2. Tác động kinh tế và xã hội

Gián đoạn cung cấp điện ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển kinh tế các địa phương. Lưới điện 220 kV trải rộng 63 tỉnh, thành phố, do đó sự cố trên đường dây truyền tải gây tổn hại lớn. Định vị sự cố nhanh chóng cho phép các nhân viên kỹ thuật nhanh chóng tiếp cận vị trí sự cố, khắc phục kịp thời, đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện quốc gia.

II. Phương pháp kinh điển trong định vị sự cố

Các phương pháp kinh điển đã được áp dụng lâu dài trong công tác định vị sự cố đường dây truyền tải. Phương pháp dựa vào trở kháng (impedance method) là một trong những phương pháp cơ bản, sử dụng các thông số điện áp, dòng điện và đặc tính trở kháng của đường dây để tính toán vị trí sự cố. Phương pháp Takagi là cải tiến từ phương pháp điện kháng đơn, cho phép xác định vị trí sự cố chính xác hơn. Bên cạnh đó, phương pháp sóng lan truyền (traveling wave method) dựa trên nguyên tắc sóng điện từ lan truyền trên đường dây, phân tích thời gian và vị trí phản xạ sóng để xác định sự cố. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế nhất định, phụ thuộc vào điều kiện vận hành thực tế.

2.1. Phương pháp đo lường tổng trở

Phương pháp trở kháng đơn sử dụng các thông số điện áp và dòng điện tại nơi đặt relay bảo vệ để tính toán vị trí sự cố. Công thức cơ bản: L = Z₁/Z × L_total, trong đó Z là tổng trở tính từ nơi đặt relay đến điểm sự cố. Phương pháp Takagi cải tiến bằng cách xử lý thành phần 3 pha, cho độ chính xác cao hơn, đặc biệt trong trường hợp sự cố không đối xứng.

2.2. Phương pháp sóng lan truyền

Phương pháp sóng lan truyền dựa trên nguyên tắc sóng điện từ bị phản xạ khi gặp điểm sự cố. Bằng cách phân tích thời gian trễ giữa sóng phát và sóng phản xạ, có thể xác định vị trí sự cố: L = v × Δt/2, với v là vận tốc sóng lan truyền. Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng đòi hỏi thiết bị đo lường hiện đại và xử lý tín hiệu phức tạp.

III. Phương pháp hiện đại sử dụng xử lý tín hiệu số

Với sự phát triển của công nghệ thông tin và xử lý tín hiệu số, các phương pháp hiện đại trong định vị sự cố đã được phát triển mạnh mẽ. Biến đổi wavelet (wavelet transform) là một trong những phương pháp tiên tiến, cho phép phân tích tín hiệu tại nhiều tần số khác nhau, giúp phát hiện sự cố nhanh chóng và chính xác. Biến đổi S trong miền tần số (S-transform) là phương pháp khác, kết hợp ưu điểm của biến đổi Fourier và wavelet. Ngoài ra, mạng Nơron nhân tạo (artificial neural network) được ứng dụng để học từ các dữ liệu lịch sử, dự đoán và định vị sự cố với độ chính xác cao. Các phương pháp này đòi hỏi các thiết bị đo lường lắp đặt tại nhiều điểm trên đường dây và khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ.

3.1. Biến đổi Wavelet trong xác định sự cố

Biến đổi wavelet rời rạc (discrete wavelet transform - DWT) phân tích tín hiệu điện áp, dòng điện thành các thành phần tần số khác nhau. Sự cố gây ra sự thay đổi đột ngột trong tín hiệu, được phát hiện qua các hệ số wavelet. Wavelet Daubechies hoặc Symlet thường được sử dụng trong ứng dụng định vị sự cố, cung cấp độ phân giải tốt giữa miền thời gian và tần số.

3.2. Ứng dụng mạng Nơron nhân tạo

Mạng Nơron nhân tạo được huấn luyện từ các dữ liệu sự cố lịch sử để nhận dạng các mẫu sự cố. Mạng perceptron nhiều lớp (MLP) hoặc mạng RBF được sử dụng để ánh xạ các đặc trưng đầu vào (điện áp, dòng điện, tần số) đến vị trí sự cố. Phương pháp này có khả năng xử lý các sự cố phức tạp, không đối xứng với độ chính xác cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn và công nghệ trên thế giới

Nhiều công ty điện lực trên thế giới đã áp dụng công nghệ định vị sự cố hiện đại vào hệ thống điện của mình. Các nhà sản xuất lớn như SIEMENS, ABB, GE Power cung cấp các hệ thống relay bảo vệ hiện đại tích hợp các phương pháp định vị sự cố tiên tiến. Tại Việt Nam, Công ty Điện lực Việt Nam đang triển khai các dự án nâng cấp hệ thống đo lường và giám sát trên lưới truyền tải. Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) kết hợp với các phương pháp định vị sự cố cho phép giám sát liên tục, phát hiện và định vị sự cố tự động. Các thiết bị PMU (Phasor Measurement Unit) được lắp đặt tại các trạm điện để cung cấp dữ liệu đo lường chính xác, tần suất cao, hỗ trợ tối ưu cho công tác định vị sự cố và điều hành hệ thống điện.

4.1. Công nghệ relay bảo vệ hiện đại

Các relay bảo vệ thế hệ mới tích hợp thuật toán định vị sự cố phức tạp, cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây một cách tự động. Relay số SIPROTEC của SIEMENS hay REF630 của ABB đều cung cấp chức năng định vị sự cố chính xác, giúp giảm thời gian khắc phục sự cố.

4.2. Hệ thống giám sát và điều hành hiện đại

Hệ thống SCADA kết hợp PMU cung cấp dữ liệu thực thời với tần suất cao (30 mẫu/giây). Dữ liệu này được xử lý bằng các thuật toán xử lý tín hiệu để định vị sự cố chính xác. Các trung tâm điều hành có thể nhận được thông tin sự cố trong vòng milisecond, từ đó chỉ đạo kịp thời công tác khắc phục sự cố.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGUYỄN SỸ HẢO ĐỀ TÀI ĐỀ CƯƠNG: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8520201 ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TPHCM – Tháng 11 Năm 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGUYỄN SỸ HẢO ĐỀ TÀI ĐỀ CƯƠNG: ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI. Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TPHCM – Tháng 11 Năm 2021 Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô tại Trường Đại học Bách khoa Tp. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều đã dạy dỗ và tâm huyết truyền đạt những kiến thức quý giá cho em trong suốt thời gian học tập vừa qua. Trong thời gian làm đề cương, em đã trau dồi cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập nghiêm túc và hiệu quả.

Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức có giá trị sâu sắc, là hành trang để em vững bước sau này. Tuy nhiên, do khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều hạn hẹp, kiến thức chưa sâu rộng. Mặc dù bản thân đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn Đề cương luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong cô xem xét và góp ý để bài Luận văn của em được hoàn thiện và tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2021 Học viên Nguyễn Sỹ Hảo Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang ii Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 TÓM TẮT Hệ thống điện Việt Nam với các cấp điện áp 500 kV, 220 kV, 110kV (lưới truyền tải) và 35 kV, 22 kV (lưới phân phối) đã được đầu tư xây dựng đủ mạnh cho liên kết tỉnh, liên kết vùng và kể cả liên kết với các nước láng giềng.

Lưới điện 220 kV đã trải rộng đến toàn bộ 63 tỉnh, thành phố, đảm bảo truyền tải cung cấp điện cho phát triển kinh tế của các tỉnh, thành, các địa phương trong toàn quốc. Khối lượng đường dây truyền tải lớn và trải rộng khắp các vùng địa lý đã, đang đặt ra những khó khăn, thử thách trong quản lý, vận hành an toàn, tin cậy cho hệ thống điện quốc gia. Theo báo cáo tổng kết vận hành, có thể thống kê một số dạng sự cố trong vận hành lưới điện truyền tải thời gian vài năm vừa qua, bao gồm: Thứ nhất: Sự cố do sét: Sự cố trên đường dây chủ yếu có nguyên nhân do sét, chiếm khoảng 60 - 80% tổng số vụ sự cố trên đường dây. Nguyên nhân được xác định do sét đánh trực tiếp vào dây chống sét với cường độ lớn vượt ngưỡng chịu đựng của cách điện, gây phóng điện ngược chuỗi cách điện của các pha đường dây 500 kV và 220 kV, nhất là ở kỳ mưa bão, giông sét tập trung ở miền Bắc và miền Nam.

Ngoài ra, do một số đường dây đã vận hành quá lâu năm, các hệ thống tiếp địa bị bào mòn, đứt hoặc không đảm bảo điện trở nối đất gây cản trở thoát dòng sét; hệ thống tiếp địa và hệ thống thoát sét chưa được tăng cường. Thứ hai: Sự cố do đứt dây dẫn, hoặc dây chống sét, tụt lèo, đứt cách điện: Một trong các nguyên nhân là tồn tại do nhà thầu xây dựng trong quá trình thi công không xử lý các tổn thương dây, hoặc thi công không đúng quy trình, không thông báo cho tư vấn giám sát biết, hoặc công tác nghiệm thu không phát hiện. Thứ ba: Sự cố do dây lèo dao động chạm vào thân cột, vào xà; dây dẫn dao động chạm vào cây, vách núi, công trình ngoài hành lang. Thứ tư: Sự cố do quá tải dây dẫn.

Chính vì thế, có thể nói, sự cố xảy ra trên đường dây là không thể tránh khỏi, việc xác định vị trí sự cố chính xác, nhanh chóng có ý nghĩa rất quan trọng cho công tác khắc phục sự cố, giảm thiểu thời gian gián đoạn, đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy. Trong đề cương này, em nghiên cứu các phương pháp định vị sự cố đường dây. Trong đó có các phương pháp kinh điển: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp sóng Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang iii Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 lan truyền và phương pháp mới dựa vào thuật toán xử lý tín hiệu: phương pháp biến đổi sóng con (wavelet), phương pháp biến đổi S trong miền tần số…. Mỗi phương pháp trên đều có những tồn tại và ứng dụng nhất định, từ đó phân tích, đánh giá, chọn ra phương án phù hợp đề nghiên cứu sâu hơn, làm tiền đề cho bài luận văn sau này.

Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang iv Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ. Lí do chọn đề tài. Phạm vi đề cương. NỘI DUNG CHÍNH:.

Đề xuất các phương pháp xác định sự cố đường dây:. Phương pháp tính toán dựa trên đo lường tổng trở:.1 Phương pháp điện kháng đơn: .2 Phương pháp Takagi: .3 Phương pháp Takagi cải tiến: .4 Kết luận về phương pháp điện kháng đơn: .5 Phương pháp dùng mạng Nơron nhân tạo. Định vị sự cố bằng sóng lan truyền [10].1 Các thông số đường dây truyền sóng: .2 Truyền sóng giữa hai môi trường: .3 Các phương pháp xác định vị trí sự cố.4 Thực tiễn áp dụng phương pháp định vị sự cố đường dây truyền tải điện: .5 Giới thiệu công nghệ định vị sự cố của một số hãng trên thế giới. Phương pháp biến đổi Wavelet [4] .2 Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT).3 Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA).

Phương pháp giải tích dựa vào phương trình Telegrapher .1 Tổng quan phương pháp .2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ. 23 Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang v Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 IV. ĐỀ RA MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG ÁN CHO BÀI LUẬN VĂN 24 1.

Nhiệm vụ và nội dung luận văn. TÀI LIỆU THAM KHẢO. 25 Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang vi Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1. Sự cố cây xanh ngã vào đường dây trên địa bàn Quận 7.1 Hình 2: Sự cố đường dây do sét (nguồn EVN HCMC).2 Hình 3: Sự cố đường dây điện tại nước ngoài (nguồn: Báo nước ngoài).2 Hình 4: Xử lí sự cố do diều .3 Hình 5: Mô hình hai phương pháp tiêu biểu dùng để định vị sự cố.

Mô hình đường dây .5 Hình 7: Sơ đồ sự cố trên hệ thống điện theo phương pháp Takagi .5 Hình 8: Sóng lan truyền từ điểm sự cố.8 Hình 9: Thông số rải đường dây dài .8 Hình 10: Quá trình truyền sóng giữa hai môi trường.10 Hình 11: Sơ đồ thay thế Petersen .11 Hình 12: Sự phản xạ nhiều lần của sóng .12 Hình 13: Phương pháp kiểu A .12 Hình 14: Phương pháp kiểu B .13 Hình 15: Phương pháp kiểu C .13 Hình 16: Phương pháp kiểu D .14 Hình 17: Phương pháp kiểu E .14 Hình 18: Mô hình sử dụng bộ định vị sự cố SFL2000 .15 Hình 19 Kết quả sau thử nghiệm của Nippon trên đường dây 220 kV Thái Nguyên - Hà Giang (nguồn: Ban kỹ thuật Cty Truyền tải điện-NPT) .17 Hình 20: Hai bộ lọc tần số cao và tần số thấp của kỹ thuật MRA .20 Hình 21: Quá trình phân ly bậc 1 [13] .20 Hình 22: Quá trình phân ly bậc 2 [13] .20 Hình 23: Quá trình phân ly bậc 3 [13] .21 Hình 24: Sơ đồ phương trình Telegrapher .22 Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang vii Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 I. Lí do chọn đề tài Sự cố trên đường dây truyền tải gây ra gián đoạn cho khách hàng và có thể dẫn đến những thiệt hại đáng kể cho nền kinh tế, đặc biệt trong ngành sản xuất công nghiệp. Phát hiện nhanh chóng và chính xác vị trí sự cố là một trong những bước đầu tiên của việc xử lý sự cố trên đường dây, bảo đảm tính sẵn sàng cung cấp điện liên tục và độ tin cậy. Khi hệ thống đường dây truyền tải gặp sự cố, có một số trường hợp, việc tìm kiếm vị trí sự cố rất phức tạp do tuyến đường dây dài, địa hình tiếp cận khó khăn, đường giao thông không thuận lợi, nằm xa khu dân cư và phải tổ chức tìm kiếm ngay bất kể đêm ngày.

Phát hiện dấu vết sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố thực tế là điều không đơn giản, có những sự cố dễ dàng nhân thấy bằng mắt thường như hình 1: Hình 1. Sự cố cây xanh ngã vào đường dây trên địa bàn Quận 7. Đồng thời, cũng tồn tại một số sự cố mà dấu vết hiện trường rất khó phát hiện như phóng điện qua chuỗi sứ. Do dấu vết phóng điện nhỏ, không thể thấy bằng mắt thường khi quan sát từ phía dưới.

Muốn phát hiện sự cố này, đòi hỏi phải leo lên trụ để kiểm tra. Không phát hiện được dấu vết hiện trường thì không thể xác định được vị trí cũng như là nguyên nhân sự cố. Vì thế nếu không có những thông tin ban đầu như khoảng cách rơle báo (thường sẽ có sai số), người dân trình báo,…thì khó mà tập trung vào những Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang 1 Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 khu vực nghi ngờ để tìm ra vị trí và nguyên nhân gây ra sự cố để có phương án khắc phục kịp thời và loại bỏ nguyên nhân trong tương lai. Hình 2: Sự cố đường dây do sét (nguồn EVN HCMC) Hình 3: Sự cố đường dây điện tại nước ngoài (nguồn: Báo nước ngoài) Định vị sự cố trên đường dây truyền tải Trang 2 Đề cương Luận văn Thạc sĩ NGUYỄN SỸ HẢO - 1970416 Hình 4: Xử lí sự cố do diều Do đó, cần thiết phải tìm ra vị trí sự cố chính xác để nhanh chóng đưa ra phương án sữa chữa khắc phục tình trạng hư hỏng, khôi phục lại chế độ cung cấp điện bình thường, đồng thời, tiết kiệm thời gian và công sức.

Đó là mục tiêu chung hướng đến của các công ty điện. Nghiên cứu các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải là một điều cẩn thiết trong việc quản lý vận hành hệ thống điện.