Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Phương pháp phát hiện và phân loại sự cố đề xuất. Chương 4: Khảo sát, thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu quả phương pháp đề xuất. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
3 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các sự cố thƣờng gặp trên đƣờng dây truyền tải: 2.1 Các định nghĩa cơ bản - Ngắn mạch: là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống điện do hiện tượng chạm chập giữa các pha không thuộc chế độ làm việc bình thường. Trong hệ thống có trung tính nối đất (hay 4 dây) chạm chập một pha hay nhiều pha với đất (hay với dây trung tính) cũng được gọi là ngắn mạch. Trong hệ thống có trung tính cách điện hay nối đất qua thiết bị bù, hiện tượng chạm chập một pha với đất được gọi là chạm đất. Dòng chạm đất chủ yếu là do điện dung các pha với đất.
- Ngắn mạch gián tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian, gồm điện trở do hồ quang điện và điện trở của các phần tử khác trên đường đi của dòng điện từ pha này đến pha khác hoặc từ pha đến đất. Điện trở hồ quang điện thay đổi theo thời gian, thường rất phức tạp và khó xác định chính xác. • Ngắn mạch trực tiếp: là ngắn mạch qua một điện trở trung gian rất bé, có thể bỏ qua (còn được gọi là ngắn mạch kim loại). • Ngắn mạch đối xứng: là dạng ngắn mạch vẫn duy trì được hệ thống dòng, áp ba pha ở tình trạng đối xứng.
• Ngắn mạch không đối xứng: là dạng ngắn mạch làm cho hệ thống dòng, áp ba pha mất đối xứng. • Sự cố phức tạp: là hiện tượng xuất hiện nhiều dạng ngắn mạch không đối xứng ngang, dọc trong hệ thống điện. Ví dụ: đứt dây kèm theo chạm đất, chạm đất hai pha tại hai điểm khác nhau trong hệ thống có trung tính cách đất.2 Các dạng ngắn mạch thƣờng gặp trên đƣờng dây truyền tải: Sự cố ngắn mạch có thể là tức thời hoặc vĩnh viễn, sự cố xảy ra do những lý do khác nhau như bão, tuyết, mưa, ngắn mạch bởi chim, động vật và các đối tượng bên ngoài khác,… Có nhiều loại sự cố khác nhau có thể ảnh hưởng đến 4 đường dây truyền tải, với các tỉ lệ như sau: ngắn mạch ba pha (ABC: 3%), ngắn mạch hai pha (A-B,B-C,A-C: 8-10%), ngắn mạch hai pha chạm đất (A-B-G,B-C- G,A-C-G: 10-17%), ngắn mạch một pha chạm đất ( AG,BG,CG: 70-80%).1: Ký hiệu và xác suất xảy ra ngắn mạch Dạng ngắn mạch Hình vẽ quy ƣớc Ký hiệu Tỉ lệ xảy ra (%) Ba pha A-B-C 3 Hai pha A-B; B-C; A-C 8 - 10 Hai pha chạm đất A-B-G; A-C-G; 10 -17 B-C-G Một pha chạm đất AG; BG;CG 70-80 2.3 Một số hình ảnh về sự cố đƣờng dây truyền tải: Sự cố xảy ra vào lúc 18h42 ngày 23/04/2017 trên đường dây 220kV Đăk Nông – Bình Long, sự cố ngắn mạch hai pha B và C khoảng trụ 188 - 189 do sét đánh trúng.1:Vết phóng điện của dây dẫn pha C (pha giữa) và dây dẫn pha B (pha trên cùng) khoảng trụ 188 – 189.2: Ảnh chụp gần vết phóng điện của dây dẫn pha C (pha giữa) khoảng trụ 188 - 189 6 Hình 2.3: Ảnh chụp vết phóng điện của dây chống sét khoảng trụ 188 – 189 (sau khi hạ dây chống sét xuống gần dây dẫn) 2.3 Các nghiên cứu liên quan 2.1 Những hệ thống bảo vệ lƣới điện: Một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống bảo vệ lưới điện là rơ le, rơ le là thiết bị ngắt các bộ ngắt mạch khi điện áp và tín hiệu dòng đầu vào tương ứng với các điều kiện sự cố được thiết kế cho hoạt động của rơle. Rơle nói chung có thể được phân loại thành các loại sau [10-14]: - Rơle định hướng: Các rơle này phản ứng với độ lệch góc pha giữa hai đầu vào rơle.
- Rơle so lệch: Các rơle này phản ứng với độ lớn của tổng đại số của hai hoặc nhiều đầu vào của nó - Rơle cường độ: Các rơle này đáp ứng với độ lớn của đại lượng đầu vào. - Rơle khoảng cách: Các rơle này đáp ứng tỷ lệ của hai tín hiệu pha đầu vào Trong số các rơle khác nhau được sử dụng để bảo vệ thì rơle khoảng cách đường dây truyền tải điện có liên quan nhất đến các bộ định vị sự cố. Thông thường, một cặp rơle khoảng cách này được sử dụng để bảo vệ hai đầu đường dây truyền tải [13].4: Các sơ đồ ứng dụng rơ le trong lưới truyền tải.2 Các kỹ thuật xác định vị trí sự cố: Quá trình xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải đã được nghiên cứu bởi một số tác giả [15-23]. Các kỹ thuật này có thể được phân loại thành các phương pháp dựa trên Trở kháng, phương pháp sóng truyền và phương pháp dựa trên Trí tuệ nhân tạo.1 Phƣơng pháp dựa trên trở kháng.
Trong phương pháp dựa trên Trở kháng, hoạt động của rơle khoảng cách phụ thuộc rất nhiều vào điện trở sự cố và không thành công trong trường hợp có điện trở sự cố cao [16]. Phương pháp dựa trên trở kháng có thể được phân loại thành phương pháp một đầu và phương pháp hai đầu tùy thuộc vào số lượng thiết bị đầu cuối dữ liệu điện áp và dòng điện được thu thập. Lý thuyết cơ bản của bộ định vị sự cố dựa trên trở kháng một đầu là tính toán vị trí của sự cố từ trở kháng được tính toán từ một đầu đường dây.2 Phƣơng pháp trở kháng một đầu đƣờng dây: Điện áp đo được và các giá trị dòng điện ở đầu đường dây được sử dụng để tính trở kháng của đường dây đến vị trí sự cố như trong phương trình (1). Khi 8 đã xác định trở kháng đường dây truyền tải trên mỗi đơn vị chiều dài, khoảng cách sự cố có thể được tính toán bởi các phương trình (2), (3) [24].IA + Vf (1) Trong đó: VA là điện áp tại cực A.
x là khoàng cách từ vị trí sự cố đến cực A IA là dòng điện chạy từ cực A. Vf là điện áp sự cố ZL là trở kháng đường dây.If (2) Trong đó: If là cường độ dòng điện sự cố và Rf là điện trở sự cố theo hình 2.5: Vị trí sự cố trên đường dây minh họa theo phương pháp trở kháng một đầu đường dây 2.3 Phƣơng pháp Tagaki: Phương pháp Takagi [25] là một kỹ thuật định vị dựa trên trở kháng một đầu đường dây đơn giản nhưng rất sáng tạo và được minh họa trong Hình 2. Phương pháp này đòi hỏi dữ liệu trước và sau sự cố nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của điện trở sự cố và giảm ảnh hưởng của trào lưu công suất.6: Sơ đồ mạch một pha minh họa phương pháp Takagi. Điện trở sự cố được tính bởi công thức: (4) Trong đó VA là điện áp tại cực A IA là dòng điện chạy từ đầu A y là hằng số lan truyền ZC là trở kháng đặc tính ZL là trở kháng đường dây IA” là dòng điện xếp chồng bởi sự chênh lệch giữa dòng điện trước và sau sự cố.
Khoảng cách x = là khoảng cách từ vị trí sự cố đến điểm A (5) Trong đó (6) 2.4 Phƣơng pháp Tagaki cải tiến: Phương pháp Takagi cải tiến cũng được gọi là phương pháp dòng không tuần tự, phương pháp này không yêu cầu dữ liệu trước sự cố vì nó sử dụng dòng thứ tự không thay vì dòng xếp chồng cho các sự cố chạm đất [26]. Vị trí của sự cố trong phương pháp này được cho bởi x trong phương trình (7). (7) x= Trong đó IR là dòng thứ tự không β là góc pha của dòng thứ tự không Vị trí sự cố x được tính bởi công thức (7) 10 VA là điện áp đo được tại cực A, IA là dòng điện chạy từ cực A và Z1L là tổng trở thứ tự thuận của đường dây 2.5 Phƣơng pháp sóng truyền Các phương pháp dựa trên sóng truyền [27-29] đã được sử dụng rộng rãi cho mục đích xác định vị trí sự cố và thường dựa trên mối tương quan giữa sóng tới và sóng truyền dọc theo đường truyền như trong Hình 2. Ý tưởng cơ bản là liên tiếp xác định sự cố được bắt đầu bởi sóng truyền tần số cao tại vị trí sự cố[5].7: Xác định vị trí sự cố sử dụng phương pháp sóng truyền Thời gian lan truyền của các thành phần tần số cao được sử dụng cho vị trí sự cố.7, một đường truyền tải với chiều dài “l”, mất một pha được xem xét với tốc độ sóng di chuyển là u, điện dung và độ tự cảm trên mỗi đơn vị chiều dài là C và L, trở kháng Zc.
Giả sử có sự cố ở vị trí có khoảng cách „x‟, tính từ cực A,điện áp và giá trị hiện tại được đưa ra bởi (8) và (9). (8) (9) e và I được đưa ra bới công thức (10) và (11) e (x,t) = (10) i (x,t) = (11) 11 Thời gian để sóng truyền từ vị trí sự cố đến gián đoạn τA và τB được xác định bằng công nghệ GPS. Khi điều này được thực hiện, có thể dễ dàng xác định vị trí sự cố (x) theo phương trình sau (12) (12) x= Trong đó c là tốc độ truyền sóng 299,79m/s 2.6 Phƣơng pháp dựa trên mạng nơron nhân tạo Mạng nơron đã được sử dụng cho xác định vị trí sự cố trong thời gian gần đây [30] và đã đạt được tầm quan trọng đáng kể kể từ khi Sobajic và Pao sử dụng mạng nơron để dự đoán thời gian bù trừ quan trọng [31]. Việc sử dụng rộng rãi các mạng nơron bắt đầu từ cuối những năm tám mươi và trong những năm đầu thập niên 90.
Việc sử dụng mạng nơron mang lại được hiệu quả cao hơn trong việc phát hiện, phân loại và xác định vị trí sự cố. Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và tài liệu phong phú đã được xuất bản trong lĩnh vực xác định vị trí sự cố bằng cách sử dụng mạng nơron. Phần lớn các nghiên cứu được đề cập ở đây đã sử dụng kỹ thuật mô phỏng các lớp ẩn. Ví dụ như tác giả Kulicke và Dalstein [32] đã sử dụng các mạng nơron để phát hiện các sự cố trên các đường dây truyền tải và cũng phân biệt giữa các sự cố sinh ra hồ quang điện và sự cố không sinh ra hồ quang điện.
Một kỹ thuật mới để phát hiện và xác định vị trí của các sự cố tốc độ cao sử dụng mạng nơron đã được đề xuất bởi tác giả Rikalo, Sobajic và Kezunovic [33].