MỞ ĐẦU 1.1 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 Định vị sự cố trên đường dây truyền tải HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 2 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 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 HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 3 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 sửa 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.2 Mục tiêu Trong ngành điện, việc xác định vị trí sự cố đã được nghiên cứu từ lâu và có ý nghĩa rất quan trọng trong vận hành, điều khiển hệ thống điện.
Mục tiêu chính là xác định nhanh và chính xác vị trí, phần tử bị sự cố trong hệ thống điện ngày càng phức tạp, có nhiều nhánh rẽ để khắc phục đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng. Để giải quyết vấn đề trên thì phương pháp biến đổi wavelet là một trong những phương án phù hợp và có độ chính xác cao.3 Phạm vi luận văn Mục đích nghiên cứu của luận văn này là áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải hình T. Phương pháp này sẽ được áp dụng trên mô hình đường dây truyền tải trên bài báo IEEE và áp dụng vào đường dây 110kV Mỹ Tho – Tân Hương – Long An thực tế.4 Đối tượng nghiên cứu Áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để xác định chính xác vị trí sự cố để tiến hành khắc phục. Sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK để mô phỏng và thu kết quả.
Định vị sự cố trên đường dây truyền tải HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 4 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SƯ CỐ 2.1 Giới thiệu các phương pháp xác định sự cố đường dây Theo em tìm hiểu, nhìn chung, các phương pháp định vị sự cố được chia làm 2 nhóm cơ bản, định vị sự cố bằng sóng lan truyền và đo lường điện trở. Hình 5: Mô hình hai phương pháp tiêu biểu dùng để định vị sự cố Các phương pháp kinh điển: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp sóng lan truyền. Các phương pháp mới dựa vào thuật toán xửlý 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.2 Phương pháp tính toán dựa trên đo lường tổng trở: 2.1 Phương pháp điện kháng đơn: Các giá trị điện áp, dòng điện đo lường được ở đầu đường dây sẽ được sử dụng để tính toán trở kháng của đường dây đến vị trí điểm sự cố lsuco và được biểu diễn theo phương trình (2.
Khi trở kháng của đường dây trên một đơn vị chiều dài được xác định, khoảng cách sự cố có thể được tính toán như (2.1) Trong đó: UA: điện áp đầu nguồn A. ZL: Tổng trở đường dây trên một đơn vị chiều dài. Định vị sự cố trên đường dây truyền tải HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 5 IA: Dòng điện từ đầu nguồn A Lsuco: Khoảng cách đến vị trí sự cố từ đầu nguồn A Uf: Điện áp tại điểm sự cố.1) có thể được viết lại như sau U A lsuco Z L I A R f I f (2.2) Trong đó: Rf: Điện trở của sự cố (điện trở của hồ quang điện và các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác). If: Dòng điện sự cố.
Hình 6: Mô hình đường dây Như vậy, khoảng cách sự cố được suy ra như công thức (2.3) UA Rf I lsuco A (2.3) ZL I ZL A If 2.2 Phương pháp Takagi: Phương pháp Takagi cần cả tín hiệu trước và sau khi xuất hiện sự cố. Phương pháp này cũng nâng cao được độ chính xác hơn so với phương pháp điện khác đơn, giảm bớt ảnh hưởng của điện trở sự cố và ảnh hướng của dòng tải. Hình 7: Sơ đồ sự cố trên hệ thống điện theo phương pháp Takagi Định vị sự cố trên đường dây truyền tải HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 6 Trong đó, I”A (*. liên hiệp phức) là dòng điện xếp chồng, chênh lệch giữa dòng điện trước và sau sự cố, công thức (2.2) được viết lại: U A I "A* lsuco Z L I "A* R f I f I "A* (2.4) Khoảng cách đến vị trí sự cố được tính như sau: Im(U A I "A* ) lsuco (2.5) Im( Z L I A I "A* ) Trong đó: Im: Là thành phần ảo 2.3 Phương pháp Takagi cải tiến Phương pháp Takagi cải tiến còn được gọi là phương pháp dòng điện thứ tự không.
Phương pháp này không yêu cầu dòng điện trước sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất.1) được viết lại như sau: ( I A'' I 0 A )( Z A Z L Z B ) 3 U A lsuco Z L I A R f (2.1) (1 lsuco ) Z L Z B 2 Bằng cách sử dụng dòng điện thứ tự không, khoảng cách sự cố được viết lại theo phương trình (2.2) như sau: Im(U A (3I 0 A )* e j ) lsuco (2.2) Im( Z 0 L I A (3I 0 A )* e j ) Trong đó I0A: Dòng điện thứ tự không đầu nguồn A I*0A: Liên hiệp phức của dòng điện thứ tự không Z0L: Tổng trở thứ tự thuận của đường dây β: là góc lệch pha giữa dòng điện thứ tự không I0A và dòng sự cố If : Z0 A Z 0 L Z0 B arg (2.4 Kết luận về phương pháp điện kháng đơn: Phương pháp này có ưu điểm nổi bật là đơn giản, dễ lắp đặt, không cần phải đồng bộ giữa các thiết bị,…tuy nhiên có nhược điểm là dễ bị ảnh hưởng lớn bởi các nguồn nhiễu như sự bất đối xứng của đường dây (trong một số trường hợp không có hoán vị đường dây), ảnh hưởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các đường dây. Nhược điểm của phương pháp Takagi là ta cần phải biết chính xác các thông số của dòng đện pha sự cố ngay trước thời điểm xuất hiện sự cố. Còn trong phương pháp Takagi Định vị sự cố trên đường dây truyền tải HVTH: Nguyễn Sỹ Hảo Trang 7 cải tiến, ta lại cần phải xác định được góc pha của dòng điện thứ tự không. Đây là một nhược điểm gây ra sự sai số lớn của phương pháp này.5 Phương pháp dùng mạng Nơron nhân tạo Các mạng Nơron trong thời gian gần đây đã được đưa vào sử dụng cho việc định vị sự cố [8] và có ý nghĩa quan trọng từ khi Sobajic và Pao sử dụng các mạng Nơron để dự báo thời gian hoàn tất thao tác của Relay [9].
Mạng Nơron bắt đầu được sử dụng rộng rãi nói chung từ cuối những năm tám mươi và những năm chín mươi của TK XX. Có rất nhiều những mô hình và thuật toán mạng Nơron đã được đề xuất và ứng dụng nhưng phổ biến nhất là các mạng truyền thẳng nhiều lớp với các khối xử lý trung tâm là khối Nơron perceptron, mà đại diện là mô hình mạng MLP (Multi Layer Perceptron). Tóm tắt lại, nhìn chung thì các giải pháp trên đã được nghiên cứu và phát triển khác biệt khá lớn với nhau về ý tưởng, thuật toán, mô hình của đối tượng cũng như về độ chính xác và khả năng áp dụng của các kết quả. Trong đó phải kể đến tính tổng quát của các giải pháp khá thấp, thường chỉ được giới hạn trong một nhóm đối tượng hẹp (ví dụ giới hạn về cấp điện áp, độ phức tạp của mạng điện, về các đối tượng nguồn/tải của hệ thống, về tính tuyến tính/phi tuyến/ bão hòa của các phần tử, …) cho nên rất khó áp dụng được giải pháp của hệ thống này sang hệ thống khác, hoặc thậm chí cùng trong hệ thống nhưng với các phần từ khác nhau.3 Định vị sự cố bằng sóng lan truyền Trong tất cả những hiện tượng quá độ xảy ra trong hệ thống điện, đặc trưng nhất là sóng lan truyền bởi thời gian diễn ra ngắn nhất (từ vài micro giây đến mili giây).
Hiện tượng sóng này liên quan đến sự lan truyền của sóng điện từ, sinh ra bới: Sự cố trên đường dây truyền tải, phóng điện trong khí quyển hoặc khi chuyển chế độ hoạt động trên lưới. Khi có một sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tảu, sóng điện từ sẽ chạy theo đường dây hướng ngược lại về 2 đầu đường dây.