MỞ ĐẦU Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xảy ra sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hƣởng đến độ tin cậy cung cấp điện, chất lƣợng năng lƣợng và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện có thể do sét đánh, cách điện bị già hóa, cây cối đổ vào đƣờng dây,…. Do đƣờng dây có chiều dài lớn đi trên địa hình phức tạp dẫn tới khi sự cố xẩy ra quá trình tìm kiếm để xác định vị trí sự cố mất rất nhiều thời gian, dẫn tới thời gian xử lý sự cố lâu, ảnh hƣởng tới quá trình cung cấp điện liên tục. Do đó bài toán phát hiện dạng sự cố và vị trí của sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện là yêu cầu cấp thiết.
Trong thực tế hiện nay việc xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây tải điện dựa vào rơle tổng trở, tuy nhiên phƣơng pháp này có sai số lớn do chƣa tính đến giá trị điện cảm của sự cố gây ra. Trong các mô hình đƣợc thí nghiệm, chủ yếu đƣờng dây truyền tải điện đƣợc mô hình hóa dƣới dạng đƣờng dây dài với các thông số đặc trƣng cho quá trình truyền sóng. Vì vậy, nội dung của đề tài đề cập đến “Nghiên cứu phương pháp phân tích phổ bằng Wavelet của quá trình truyền sóng để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện” nhằm hỗ trợ quá trình định vị và khắc phục các sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện, qua đó giảm bớt những thiệt hại về kinh tế và nâng cao độ tin cậy và chất lƣợng năng lƣợng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Việc xây dựng thành công một giải pháp phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đƣa vào vận hành sẽ có khả năng đƣa lại hiệu quả cao về mặt kinh tế - kỹ thuật do tăng cƣờng đƣợc độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình khắc phục sự cố đƣợc nhanh hơn.
Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu tìm hiểu quá trình sóng lan truyền trên đƣờng dây truyền tải điện, dựa trên phân tích sóng phản hồi từ vị trí sự cố về đầu đƣờng dây để định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Nguyễn Văn Lâm, Lớp K16 KTĐ - ĐHKTCN 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2. Nhiệm vụ nghiên cứu: Đƣa ra đƣợc những kiến thức, những bƣớc cơ bản để ứng dụng phƣơng pháp phân tích sóng phản hồi để định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Lƣới điện truyền tải.
Quá trình truyền sóng trên đƣờng dây truyền tải điện. Ứng dụng wavelet để phân tích sóng phản hồi. Phƣơng pháp nghiên cứu: Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu là: Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu, phƣơng pháp thống kê thu thập dữ liệu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Phƣơng pháp phân tích sóng phản hồi trên đƣờng dây truyền tải điện tuy đã đƣợc nghiên cứu trên thế giới nhƣng còn khá mới mẻ ở Việt Nam.
Đề tài này hi vọng ứng dụng phƣơng pháp phân tích phổ bằng Wavelet để định vị điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện, giảm thời gian kiểm tra, nhanh chóng khôi phục cấp điện cho khách hàng. Sử dụng mô hình Matlab – Simulink để mô phỏng đƣờng dây tải điện khu vực Thành phố Thái Nguyên. Qua mô hình này sẽ mô phỏng sự cố và quá trình truyền sóng từ đó trình bày phƣơng pháp phân tích sóng thu đƣợc để định vị sự cố. Nội dụng đề tài Đề tài gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về các phƣơng pháp định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện.
Chƣơng 2: Nghiên cứu quá trình truyền sóng trên đƣờng dây truyền tải điện sử dụng Matlab-simulink. Chƣơng 3: Ứng dụng wavelet phân tích sóng phản hồi chủ động xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Chƣơng 4: Các kết quả tính toán và mô phỏng. Nguyễn Văn Lâm, Lớp K16 KTĐ - ĐHKTCN 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, có rất nhiều đƣờng dây truyền tải điện đƣợc xây dựng 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. Các dạng sự cố này đều phải được phát hiện, cô lập và sửa chữa trước khi đƣa trở lại làm việc. Việc khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đƣờng dây bị sự cố chỉ có thể được tiến hành nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước 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. Như 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. 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 thường của đường 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 thường của các đường dây bị sự cố cũng bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố.
Điều này có thể đạt được bằng cách tính toán ước lượng chính xác vị trí sự cố giúp cho khâu xử lý sự cố được tiến hành nhanh nhất có thể. Nguyễn Văn Lâm, Lớp K16 KTĐ - ĐHKTCN 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Khi có một sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, hệ thống bảo vệ sẽ gửi tín hiệu đến máy cắt, cắt điện cô lập điểm sự cố. Trong lƣới điện truyền tải đƣợc mức độ ảnh hƣởng của nó tới hệ thống lớn hơn, các trang thiết bị bảo vệ và điều khiển hiện đại hơn, đồng thời thời gian đòi hỏi để tìm kiếm sự cố cũng kéo dài hơn so với lƣới phân phối. Hiện nay một số đƣờng dây tải điện với cấp điện áp từ 110 kV trở lên đƣợc trang bị bảo vệ khoảng cách.
Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với một mức sai số tƣơng đối lớn (có thể từ vài km đến hàng chục km). Do đó các phƣơng pháp mới để định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải hiện vẫn đang là đề tài đƣợc quan tâm nghiên cứu và phát triển.2 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ Bài toán định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện là bài toán kinh điển do đó đã có nhiều công trình nghiên cứu trình bày nhiều phƣơng pháp khác nhau. Mỗi phƣơng pháp có những ƣu và nhƣợc điểm riêng. Những phƣơng pháp này có thể đƣợc phân loại theo nhiều nhóm, ví dụ nhƣ phƣơng pháp dựa trên trở kháng, phƣơng pháp dựa trên sóng lan truyền từ điểm sự cố, phƣơng pháp dựa trên sóng lan truyền từ đầu đƣờng dây, ngoài ra còn có một số phƣơng pháp mới nhƣ phƣơng pháp ứng dụng mạng trí tuệ nhân tạo.
Nhìn chung các phương pháp đều có những khả năng ứng dụng nhất định, tuy nhiên tất cả các phương pháp đều có những tồn tại nhất định, và đây cũng sẽ là khả năng để có thể tìm được một giải pháp tốt hơn cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện.1 Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng 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. 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 có độ chính Nguyễn Văn Lâm, Lớp K16 KTĐ - ĐHKTCN 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 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.