ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VÕ SỸ DANH

ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG CHẠY

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số : 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Văn Liêm
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ............................................................
2. ............................................................

3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

MSHV: 7140966

Võ Sỹ Danh

Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1989

Nơi sinh: Daklak

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số :


60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI:
ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SĨNG CHẠY
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Bài tốn định vị sự cố bằng sóng lan truyền.
- Ứng dụng biến đổi Clarke và biến đổi Wavelet để định vị sự cố.
- Khảo sát dùng Relay SEL 411L để định vị sự cố đường dây 500KV Cầu Bông –
Pleiku 2.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 13/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Nguyễn Văn Liêm

Tp. HCM, ngày 02 tháng 12 năm 2018.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin được gửi lời biết ơn đến thầy giáo - PGS.TS Nguyễn Văn Liêm.

Thầy đã tận tình chỉ dạy cho em những kiến thức vơ cùng q giá để em có thể nghiên
cứu, thực hiện đề tài luận văn này. Những lời góp ý, phê bình của Thầy đã giúp em nhận
ra khuyết điểm của mình trong quá trình thực hiện đề tài và từng bước khắc phục để có
được kết quả tốt nhất. Mặc dù rất bận rộn với những công việc quản lý của mình, nhưng
Thầy đã bớt chút thời gian giúp đỡ em trong quá trình thực hiện. Em xin gửi tới Thầy lời
chúc sức khỏe, chúc Thầy ngày càng đạt nhiều thành công trong sự nghiệp giảng dạy
cũng như nghiên cứu khoa học.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ trong trường Bách khoa Hồ Chí Minh,
cũng như khoa Điện – Điện tử, bộ môn Hệ Thống Điện. Thầy cơ đã tận tình chỉ dạy,
truyền đạt cho em những tri thức quý báu trong suốt quá trình theo học.
Và cuối cùng, em xin được gởi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn đã giúp đỡ,
sát cánh cùng em trong thời gian học vừa qua. Cảm ơn những lời động viên, những sự
tin tưởng, hy sinh và chăm sóc lớn lao từ phía gia đình và người thân vì đó là một động
lực to lớn giúp em vượt qua mọi khó khăn và vững bước đi suốt con đường học vấn này.
Dù vậy, trong quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong thầy cơ thơng cảm và chỉ bảo thêm cho em.
Em xin trân trọng cám ơn!
Học viên thực hiện
Võ Sỹ Danh


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Với mong muốn tối ưu hóa cho bài tốn định vị vị trí sự cố trên đường dây
truyền tải. Phương pháp sóng lan truyền - mơ phỏng trên Matlab Simulink kết hợp
khảo sát thực tế trên relay SEL 411L - được đề xuất để tìm lời giải cho bài tốn này:
Nội dung chính của luận văn sẽ được trình bài như sau:
- Chương 1: Giới thiệu chung: Giới thiệu tổng quát bài toán, mục tiêu của đề tài, tầm
quan trọng của việc tìm ra lời giải bài toán này và phạm vi nghiên cứu của luận văn.
- Chương 2: Tổng quan: Trình bài tổng quan bài tốn định vị vị trí sự cố và một số
phương pháp giải tiêu biểu trước đây.

- Chương 3: Bài toán định vị vị trí bằng sóng lan truyền: Mơ tả bài tốn, Tìm hiểu q
trình truyền sóng trên đường dây trải điện
- Chương 4: Phương pháp giải quyết bài toán: Biến Đổi Clarke kết hợp biến Đổi
Wavelet để giải quyết bài tốn. Mơ phỏng Matlab cho đường dây dài 500kV
- Chương 5: Tổng quan về Relay SEL411L và khảo sát thực tế các sự cố đã xảy ra trên
đường dây 500KV Cầu Bơng – Pleiku 2 (tính tốn trên SynchroWAVe® EVENT
2015)
- Chưong 6: Tổng kết và hướng nghiên cứu. Trình bài kết luận về kết quả thu được,
nhận xét kết quả thu được, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện

Võ Sỹ Danh


MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn Thạc Sĩ
Lời cảm ơn
Tóm tắc luận văn
Lời cam đoan
MỤC LỤC ................................................................................................................................... i

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................................... iv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG .............................................................................................. 1
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT. ............................................................................................ 1
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. ............................................................................................... 2
1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI. .............................................................................. 2
1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ............................................................................................... 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ........................................................................................................... 3
2.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ. ................................................................... 3
2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG. .................................................. 5
CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DÙNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG LAN TRUYỀN . 10
3.1 MƠ TẢ BÀI TỐN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SĨNG LAN TRUYỀN ........................ 10
3.2 Q TRÌNH TRUYỀN SỐNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .............................. 11
3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ ĐIỂM SỰ CỐ ......................................... 17
CHƯƠNG 4: GIẢI QUYẾT BÀI TỐN VÀ MƠ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 500KV TRÊN
MATLAB....................................................................................................................................... 21
4.1 GIẢI QUYẾT BÀI TỐN ĐỊNH VỊ VỊ TRÍ BẰNG SĨNG TRUYỀN ....................... 21
4.2 MƠ PHỎNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY 500KV..................................... 31
4.3 MÔ PHỎNG CHO CÁC ĐƯỜNG DÂY CÓ CHIỀU DÀI KHÁC NHAU.. ................ 57
CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG RELAY SEL 411L ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ........................... 58
5.1 TỔNG QUAN VỀ RELAY SEL .................................................................................... 58
5.2. KHẢO SÁT THỰC TẾ ĐƯỜNG DÂY 500KV CẦU BÔNG – PLEIKU 2 ................ 56
CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT ............................................................................................................. 73

HVTH: Võ Sỹ Danh

i


6.1 TỔNG KẾT ĐỀ TÀI....................................................................................................... 73

6.2 MỞ RỘNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 73
TÀI LIỆU THAM KHÁO ............................................................................................................. 74
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................................... 75

HVTH: Võ Sỹ Danh

ii


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

SEL:

Schweitzer Engineering Laboratories

EVN:

Vietnam Electricity

MLP:

Multi Layer Perceptron

GPS:

Global Positioning System

DWT:

Discrete Wavelet Transform


WTC:

Wavelet Transform Coefficients

Db:

Daubechies

TW:

Traveling Wave

TWFL:

Traveling Wave Fault Location

SE:

Single Ended

ME:

Multi-ended

CT:

Current Transformer

WMM:


Wavelet Modulus Maximum

AG:

One Line to Ground Fault

LL:

Line to Line Fault

LLG:

Double Line to Ground Fault

LLLG:

Three Line Fault

HVTH: Võ Sỹ Danh

iii


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Các phương pháp định vị vị trí
Hình 2.2: Tính tốn dựa trên trở kháng
Hình 2.3: Phương pháp Takagi
Hình 3.1: Sóng lan truyền từ điểm sự cố

Hình 3.2: Thơng số rải đường dây dài
Hình 3.3: Q trình truyền sóng giữa 2 mơi trường
Hình 3.4: Sơ đồ thay thế Petersen
Hình 3.5: Sự phản xạ nhiều lần của sóng
Hình 3.6: Phương pháp kiểu A
Hình 3.7: Phương pháp kiểu B
Hình 3.8: Phương pháp kiểu C
Hình 3.9: Phương pháp kiểu D
Hình 3.10: Phương pháp kiểu E
Hình 4.1 Mơ hình tính tốn
Hình 4.2: Q trình phân giải tín hiệu
Hình 4.3. Cấu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu
Hình 4.4: db4 Wavelet mẹ
Hình 4.5: Kết quả phân tích tín hiệu tuần hồn theo họ Wavelet Daubechies bậc 4
Hình 4.6: Sơ đồ giải thuật định vị vị trí
Hình 4.7: Cấu trúc hệ thống mơ phỏng
Hình 4.8: Dịng điện, điện áp khi AG ở 20 Km
Hình 4.9: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi AG ở 20 Km
Hình 4.10: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi AG ở 20 Km
Hình 4.11: Dịng điện, điện áp khi AG ở 70 Km
HVTH: Võ Sỹ Danh

iv


Hình 4.12: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi AG ở 70 Km
Hình 4.13: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi AG ở 70 Km
Hình 4.14: Dịng điện, điện áp khi LL ở 40 Km
Hình 4.15: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi LL ở 40 Km
Hình 4.16: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi LL ở 40 Km

Hình 4.17: Dịng điện, điện áp khi LL ở 60 Km
Hình 4.18: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi LL ở 60 Km
Hình 4.19: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi LL ở 60 Km
Hình 4.20: Dịng điện, điện áp khi LLG ở 15 Km
Hình 4.21: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi LLG ở 15 Km
Hình 4.22: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi LLG ở 15 Km
Hình 4.23: Dịng điện, điện áp khi LLG ở 90 Km
Hình 4.24: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi LLG ở 90 Km
Hình 4.25: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi LLG ở 90 Km
Hình 4.26: Dịng điện, điện áp khi LLLG ở 55 Km
Hình 4.27: Modun cực đại của tín hiệu điện áp khi LLLG ở 55 Km
Hình 4.28: Modun cực đại của tín hiệu dịng điện khi LLLG ở 55 Km
Hình 5.1: Sử dụng Relay SEL 411L để định vị sự cố
Hình 5.2: Sơ đồ lưới phương pháp kiểu
Hình 5.3: Khai báo thơng số đường dây
Hình 5.4: Đường dây đơn tuyến 500KV Cầu Bơng – Pleiku 2
Hình 5.5: TW ở trạm Cầu Bơng khi chạm đất pha B
Hình 5.6: Vết phóng tại vị trí 4504
Hình 5.7: TW ở trạm Cầu Bơng và PL2 khi chạm đất pha B
Hình 5.8: Vết phóng tại vị trí neo 608
Hình 5.9: TW ở trạm Cầu Bơng và PL2 khi chạm đất pha B
Hình 5.10: Vết phóng tại vị trí neo 5012
Hình 5.11: TW ở trạm Cầu Bông và PL2 khi chạm đất pha A
HVTH: Võ Sỹ Danh

v


Hình 5.12: Vết phóng tại vị trí neo 5008
Hình 5.13: TW ở trạm Cầu Bông và PL2 khi chạm đất pha A

Hình 5.14: Vết phóng tại vị trí Neo 3005

HVTH: Võ Sỹ Danh

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi AG của đường dây 100 Km
Bảng 4.2: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi LL của đường dây 100 Km
Bảng 4.3: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi LLG của đường dây 100 Km
Bảng 4.4: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi LLLG của đường dây 100 Km
Bảng 4.5: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi AG của đường dây 200 Km
Bảng 4.6: Kết quả định vị sự cố tại các điểm khi AG của đường dây 300 Km
Bảng 5.1: Tổng kết kết quả và tính sai số

HVTH: Võ Sỹ Danh

vii


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT.
Đường dây truyền tải là một trong những thành phần rất quan trọng của hệ thống
điện. Đảm bảo sự truyền tải năng lượng điện từ nhà máy tới các phụ tải. 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 lượng các đường dây truyền tải điện ở các cấp điện áp cũng như tổng
chiều dài của toàn hệ thống.
Theo thống kê của tập đoàn điện lực Việt Nam, lưới điện Việt Nam đã không ngừng

mở rộng, vươn 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 phát triển đất nước.
Số liệu thống kê [1]:
-

Tổng chiều dài đường 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: 3178 Km đường dây
500KV, 9592 Km đường dây 220KV, 12 659 Km đường dây 110KV.

Trong quá trình vận hành, đường dây truyền tải điện có thể gặp những sự cố như 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 người sử dụng, tình trạng quá tải và sự lão hóa của thiết bị… Khi xảy ra
sự cố tại bất kỳ một phần tử trên đường dây, bảo vệ Relay sẽ tác động tách phần tử bị
sự cố ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của phần tử sự cố với các phần tử
liền kề không bị sự cố. Như vậy quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly, và xác định
chính xác sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc
bình thường của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện cho các hộ tiêu thụ.

HVTH: Võ Sỹ Danh

1


1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.
- Tìm lời giải cho bài tốn định vị sự cố dùng sóng lan truyền ứng dụng biến đổi Clarke

kết hợp thuật toán Wavelet.
- Phân tích định vị sự cố thực tế đường dây 500KV Cầu Bơng – Pleiku 2, dùng phần
mềm SynchroWAVe® EVENT 2015 tính tốn các thơng số sự cố ghi nhận được bởi
Relay SEL 411L.
- Kết quả nghiên cứu giúp nhận dạng, phát hiện, cách ly, và xác định chính xác sự cố
càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp cho việc khơi phục lại chế độ làm việc bình thường của
hệ thống điện. Giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các
phụ tải.

1.3 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI.
- Đề xuất phương pháp định vị sự cố bằng sóng lan truyền. Sử dụng phương pháp biến
đổi Clarke kết hợp thuật toán Wavelet để xác định vị trí sự cố trên đường dây với sai số
nhỏ hơn so với các phương pháp đang sử dụng hiện nay.

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Bài toán định vị sự cố bằng sóng lan truyền.
- Ứng dụng biến đổi Clarke kết hợp thuật toán Wavelet để định vị sự cố.
- Phân tích kết quả trên Relay SEL 411L dùng để định vị sự cố đường dây 500KV Cầu
Bông – Pleiku 2.

HVTH: Võ Sỹ Danh

2


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ.
Ngày nay, có rất nhiều nhà máy điện mới được xây dựng, cũng như việc hình thành
các đường dây tải điện liên kết giữa các vùng miền trong cả nước và các đường 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 lượng các đường dây truyền tải cũng như tổng chiều dài của
chúng. Các đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn
điện đến các trung tâm phụ tải. Những đường dây này trong quá trình truyền tải điện
năng thường gặp các dạng sự cố do những nguyên nhân khác nhau như: Sét đánh, ngắn
mạch, thiết bị bị sự cố, sự cố điều khiển, sự cố do con người, quá tải và lão hóa...
Khi mạng điện càng phức tạp thì những hư hỏng xuất hiện sẽ càng nhiều hơn, do đó
việc trang bị các loại bảo vệ trên đường dây cũng cần được tăng cường. Các dạng sự cố
này đều phải được phát hiện, cô lập và sửa chữa trước khi đưa trở lại làm việc. Việc
khơi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố chỉ có thể được
tiến hành nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước lượng được vị trí sự
cố với độ chính xác hợp lý.
Thời gian khắc phục sự cố càng kéo dài càng khơng có lợi, gây nên mất điện cho các
phụ tải 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 [2], [3].
Tiết kiệm thời gian và cơng sức: Khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trên đường dây
truyền tải điện, tại thời điểm sự cố, điện áp đột ngột giảm đến một giá trị thấp, dòng
điện đột ngột tăng lên rất lớn. Sự thay đổi đột ngột này tạo ra một xung điện từ tần số
cao được gọi là sóng lan truyền. Những sóng này truyền đi từ vị trí sự cố lan truyền ra
cả hai hướng với tốc độ cao. Từ các tín hiệu đo lường được như: Dịng điện và điện áp
HVTH: Võ Sỹ Danh

3


đo được ở đầu đường dây ta 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 giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa
chữa, việc này cần phải xác định chính xác hơn nữa vị trí sự cố, khơi phục lại trạng thái

làm việc bình thường của đường dây bị sự cố. Đặc biệt là các đường 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 tốn ước lượng chính xác vị trí sự cố
giúp cho khâu xử lý sự cố được tiến hành nhanh nhất có thể.
Cải thiện độ tin cậy cung cấp điện: Việc bảo trì nhanh và hiệu quả dẫn đến cải
thiện độ liên tục cung cấp điện cho khách hàng. Do đó, điều này tăng cường hiệu quả
tổng thể của lưới điện.
Hỗ trợ cho việc bảo trì: Các sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải đa phần là
sự cố thoáng qua, khi hệ thống tự động đóng lại (F79 - Reclose) thì các sự cố này sẽ bị
loại bỏ, hệ thống hồn tồn khơng bị ảnh hưởng. Tuy nhiên việc phân tích những sự cố
này có thể giúp chúng ta xác định được những “yếu điểm” trên tổng thể đường dây
truyền tải. Điều này sẽ hỗ trợ cho việc bảo trì đường dây cũng như tránh những sự cố
có thể xảy ra lặp lại trong tương lai.
Yếu tố kinh tế: Tất cả những lợi ích đã đề cập ở trên có thể được xem xét ở khía
cạnh kinh tế. Việc tiết kiệm thời gian và cơng sức tìm kiếm nơi xảy ra sự cố làm tăng
độ tin cậy cung cấp điện, góp phần giảm chi phí và tăng lợi nhuận - đây là một khái
niệm thiết yếu trong thị trường cạnh tranh. Do đó tầm quan trọng của định vị sự cố
trong hệ thống điện là hiển nhiên.
Phân loại các phương pháp xác định vị trí sự cố [4]: 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.

HVTH: Võ Sỹ Danh

4


Các phương pháp định vị
Sự cố


Đo lường tổng trở

Sóng lan truyền

Sóng từ điểm sự cố

Sóng phát xung

Dữ liệu 1 đầu

Dữ liệu 2 đầu

Định vị 1 đầu
Định vị 2 đầu

Định vị 1 đầu
Định vị 2 đầu

Thông số gộp
Thông số phân bố

Thông số gộp
Thơng số phân bố

Hình 2.1: Các phương pháp định vị sự cố

2.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG.
2.2.1 Phương pháp tính tốn dựa trên trở kháng.
Phương pháp điện kháng đơn [5], [6]: Các giá trị điện áp, dòng điện đo lường

được ở đầu đường dây sẽ được sử dụng để tính tốn trở kháng của đường dây đến vị trí
điểm sự cố lsuco và được biểu diễn theo phương trình (2.1). Khi trở kháng của đường
dây trên một đơn vị chiều dài được xác định, khoảng cách sự cố có thể được tính tốn
theo phương trình (2.2), (2.3).

U A  lsuco .Z L .I A  U f
Trong đó:

(2.1)

UA : Điện áp đầu nguồn A.
ZL : Tổng trở của đường dây trên một đơn vị chiều dài.
IA : Dòng điện chạy từ đầu nguồn A.
lsuco : Khoảng cách đến vị trí sự cố từ đầu nguồn A.
Uf : Điện áp tại điểm sự cố.

HVTH: Võ Sỹ Danh

5


Cơng thức (2.1) có thể được viết lại

U A  lsuco .Z L .I A  R f I f
Trong đó:

(2.2)

Rf : Điện trở sự cố (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).
If : Dòng điện sự cố.

Hình 2.2: Tính tốn dựa trên trở kháng
Từ cơng thức (2.2) khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A được xác định
theo công thức (2.3).

lsuco

UA

I
 A
ZL



  Rf
I
ZL A
If

(2.3)

Phương pháp Takagi [5], [6], [7]: Phương pháp Takagi cần cả các tín hiệu trước
khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất hiện sự cố. Phương pháp này cũng nâng cao được
độ chính xác hơn so với phương pháp điện kháng đơn, giảm bớt ảnh hưởng của điện
trở sự cố và ảnh hưởng của dòng tải. Sơ đồ minh họa như hình 2.3:

HVTH: Võ Sỹ Danh


6


Hình 2.3: Phương pháp Takagi
Với 𝐼𝐴′′ là dịng 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 I A'' *  R f I f I A'' *

(2.4)

Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A được xác định theo cơng thức (2.5)

lsuco
Trong đó:

Im(U A .I A'' * )

Im  Z L .I A .I A'' * 

(2.5)

Im: Thành phần ảo.
*: Liên hợp phức.

Phương pháp Takagi cải tiến [5], [6], [7]: Phương pháp Takagi cải tiến này còn
gọi là phương pháp dịng điện thứ tự khơng. Phương pháp này khơng u cầu dịng
điện trước sự cố vì nó sử dụng dịng điện thứ tự khơng thay vì xếp chồng dịng điện của
sự cố chạm đất.

Cơng thức (2.2) được viết lại:

( I A''  I 0 A )( Z A  Z L  Z B ) 3
U A  lsuco .Z L .I A  R f .
(1  lsuco ) Z L  Z B
2

(2.6)

Bằng cách sử dụng dịng điện thứ tự khơng, vị trí sự cố trong phương pháp này được
tính tốn trong phương trình 2.7.
HVTH: Võ Sỹ Danh

7


lsuco
Trong đó:

Im(U A .(3.I 0 A )* .e  j  )

Im  Z 0 L .I A .(3.I 0 A )* .e  j  

(2.7)

𝐼0𝐴 : Dòng điện thứ tự không đầu nguồn A.
∗
𝐼0𝐴
: Liên hợp phức của dịng điện thứ tự khơng.


Z0L: Tổng trở thứ tự thuận của đường dây.
β là góc lệch pha giữa dịng dịng điện thứ tự khơng I0A và dịng sự cố If và được tính.

 Z0 A  Z0 L  Z0 B 

 (1  lsuco ) Z 0 L  Z 0 B 

  arg 

(2.8)

Phương pháp điện kháng đơn 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 (ví dụ do khơng hốn vị dây dẫn),
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 được các thơng số
của dòng điện pha sự cố ngay trước thời điểm xuất hiện sự cố. Các sai lệch trong các
thông số này sẽ tạo thành sai số lớn trong việc ước lượng vị trí sự cố. Cịn trong
phương pháp Takagi cải tiến ta khơng cần dùng giá trị của dịng điện trước sự cố nhưng
lại phải xác định được góc pha của dịng điện thứ tự khơng. Đây cũng là một nhược
điểm gây ra sai số lớn của phương pháp.

2.2.2 Phương pháp sử dụng 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 trong suốt thời gian những năm
chín mươi của thế kỷ XX. Có rất nhiều những mơ hình và thuật tốn mạng Nơron đã
được đề xuất và ứng dụng, nhưng phổ biến nhất là các mạng truyền thẳng nhiều lớp với


HVTH: Võ Sỹ Danh

8


các khối xử lý trung tâm là khối Nơron perceptron, mà đại diện điển hình là mạng MLP
(Multi Layer Perceptron).
Tóm tắt lại, nhìn chung các giải pháp đã được nghiên cứu và phát triển khác biệt
nhau khá lớn về ý tưởng, thuật tốn, mơ hình của đối tượng cũng như về độ chính xác
và khả năng áp dụng của các kết quả. Trong đó phải kể tới tính tổng qt của các giải
pháp khá thấp, có nghĩa là một giải pháp thường được giới hạn trong một nhóm đối
tượng hẹp (ví dụ các giới hạn về cấp điện áp sử dụng, về độ phức tạp của mạng điện,
về các đối tượng nguồn/tải trong hệ thống, về tính tuyến tính/phi tuyến/bão hịa của các
phần tử,...) cho nên rất khó áp dụng được giải pháp của hệ thống này sang hệ thống
khác, hoặc thậm chí trong cùng một hệ thống nhưng với các phần tử tải khác nhau.

HVTH: Võ Sỹ Danh

9


CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DÙNG PHƯƠNG
PHÁP SĨNG LAN TRUYỀN
3.1 MƠ TẢ BÀI TỐN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ BẰNG SÓNG LAN TRUYỀN [5].
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 bởi: 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 tải, sóng điện từ sẽ chạy
theo đường dây hướng ngược lại về 2 đầu đường dây.


Hình 3.1: Sóng lan truyền từ điểm sự cố
Một sóng điện từ có thể được chia thành sóng điện áp kết hợp với các hiện tượng xảy
ra trong điện trường, và sóng dịng điện kết hợp với từ trường. Tính năng quan trọng
nhất của sóng điện từ là sự chuyển động của điện áp và dòng điện với một tốc độ cao
dọc theo đường dây. Việc sử dụng các hiện tượng sóng trong việc xác định vị trí sự cố
địi hỏi phải xem xét nhiều vấn đề lý thuyết, chẳng hạn như:
- Vận tốc sóng lan truyền trong đường dây.
- Mơ hình dịng điện với các thơng số rải
- Suy hao sóng và biến dạng.
- Sóng tới và sóng phản xạ.
- Biến đổi diagonalizing.
- Biến đổi Wavelet.

HVTH: Võ Sỹ Danh

10


Độ chính xác của việc xác định vị trí sự cố bằng cách sử dụng sóng truyền phụ thuộc
vào vận tốc truyền sóng trong đường dây. Vận tốc này phụ thuộc vào các tham số của
đường dây, bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, ô nhiễm bề mặt dây
dẫn ... Vận tốc truyền sóng cũng phụ thuộc vào đường đi của sóng điện từ, do đó nó
được xác định riêng cho từng loại đường dây, cho loại sự cố chạm đất và sự cố không
chạm đất. Khi cài đặt thiết bị định vị sự cố, vận tốc truyền sóng được xác định từ việc
tạo ra các sóng lan truyền trên đường dây, bằng cách đóng cắt các tụ điện hoặc máy
cắt.
Định vị vị trí bằng sóng lan truyền chia làm 3 loại chính:
-


Mơ hình 1 đầu: Sử dụng sóng lan truyền tạm thời do điểm sự cố phát ra.

-

Mơ hình 2 đầu: Sử dụng sóng lan truyền tạm thời do điểm sự cố phát ra.

-

Mô hình 1 đầu: Sử dụng tín hiệu xung phát ra từ thiết bị sau sự cố.

3.2 Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN [10].
3.2.1. Các thông số truyền sóng.
Khi xét đường dây dài ở chế độ truyền sóng, sơ đồ thơng số rải mơ tả q trình
truyền sóng trên đường dây tải điện.

Hình 3.2: Thơng số rải đường dây dài

HVTH: Võ Sỹ Danh

11


Hệ phương trình vi phân biểu diễn quá trình truyền sóng trên đường dây:

i
 u

r
i


L
0
0

 x
t

 i  g u  C u
0
0

t
 x

(3.1)

Trong đó:
r0 : Điện trở đơn vị của mạch truyền sóng (theo đơn vị chiều dài).
g0 : Điện dẫn rị đơn vị của mạch truyền sóng (theo đơn vị chiều dài).
C0 : Điện dung đối với đất (theo đơn vị chiều dài).
L0 : Điện cảm đường dây (theo đơn vị chiều dài).
Nếu đường dây không tổn hao: (r0 = 0, g0 = 0)

  2u
i
 2u
 u
 L0
 L0C0 2


2

 x

t
x
t
 2

2
 i  C u
  i  L C  i
0
0 0


t
 x
t 2
 x 2

(3.2)

Nghiệm tổng quát của hệ phương trình trên dưới dạng sóng chạy như sau:

u  f1 ( x  vt )  f 2 ( x  vt )
i
Với

1

 f1 ( x  vt )  f 2 ( x  vt )
Z

(3.3)
(3.4)

f1 ( x  vt ) : là thành phần sóng tới.
f 2 ( x  vt ) : là thành phần sóng phản xạ.

Tổng trở sóng:

Z  L0 / C0

(3.5)

Vận tốc truyền sóng:

HVTH: Võ Sỹ Danh

12