Luận văn Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện phân phối (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện phân phối (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TUẤN XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI ÐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 605250 S K C0 0 4 8 7 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TUẤN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 TP. Hồ Chí Minh, tháng 3năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN TUẤN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH TP. Hồ Chí Minh, tháng 3năm 2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Tuấn. Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 22/8/1976. Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh. Quê quán: TP. Hồ Chí Minh. Dân tộc: Kinh. Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 154 Tây Hòa, phường Phước Long A, Q 9, TP. Hồ Chí Minh. Điện thoại di động: 0903609810 Điện thoại nhà riêng: E-mail:vantuan22081976@gmail.com Fax: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 9/1996 đến 9/1999. Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật. Ngành học: Điện Khí Hóa Và Cung Cấp Điện. 2. Đại học: Hệ Đào Tạo: Tại Chức. Thời Gian Đào Tạo Từ 9/2003 Đến 9/2010. Nơi Học (Trường, Thành Phố): Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh. Ngành Học: Điện Công Nghiệp. Tên Đồ Án, Luận án Hoặc Môn Thi Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống Điện Cho Nhà Máy Gỗ Paoyun. Ngày & Nơi Bảo Vệ Đồ Án, Luận án Hoặc Thi Tốt Nghiệp: 10/2010 – Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Người Hướng Dẫn: ThS. Trương Phước Hòa III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2001 đến nay Công Ty Điện lực Thủ Đức Nhân viên Phòng Kinh Doanh i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 3 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Tuấn ii
6. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trương Việt Anh, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Nguyễn Văn Tuấn iii
7. TÓM TẮT Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quan trọng trong lưới phân phối với đặc trưng nhiều đoạn dây dẫn nối tiếp nhau. Thời gian xác định vị trí ngắn mạch càng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bình thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện. Vấn đề này đặt biệt hữu ích đối với các vùng có địa hình khó khăn hay các đường dây ngầm mà lưới điện phân phối đi qua khi hầu như không thể quang sát được bằng mắt thường. Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm phân phối, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây dựng dựa trên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm. Thống kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị trí ngắn mạch được phân thành ba phương pháp chính đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch theo các nghiên cứu trong [1] và [2], phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch theo nghiên cứu trong [3], phương pháp dùng phân tích sóng dòng điện và điện áp tần số cao theo các nghiên cứu trong [4-7]. Các nghiên cứu trong [1] và [2] chỉ được thực hiện bằng các máy phát xung chuyên dụng có tần số cao và chỉ xác định được vị trí ngắn mạch sau khi đã cô lập lưới điện. Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện và phải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền. Phương pháp được đề xuất trong 3 sử dụng phương pháp giải lặp nên sai số tính toán khá cao. Các nghiên cứu trong [4-7] yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc khe làm tăng giá thành thiết bị. Qua phân tích về các giải thuật xác định vị trí ngắn mạch đã được thực thi, với tính chất thuần trở của điện trở hồ quang được khẳng định trong [9], luận văn đề xuất một phương pháp xác định vị trí ngắn mạch dựa trên phương pháp tổng trở kết hợp với đặc tính thuần trở của điện trở ngắn mạch. iv
8. ABSTRACT Fault location is very important in power network with the long distance of transmission lines. Fault location time effect to repair time of transmission power cables. Reducing of fault location time mean increasing power quality of power grid. Especially, full of obstacles and difficult of access topography area or underground cables, fault location approach is more useful when the sisual checking are impossible. There are some researchs on fault location matter in power cables were done recently. There are three approach groups in this field. The first is reflection wave, were known as time domain reflectometry (TDR) for current and voltage source, the approach were representation in [1] and [2]. The sencond is impedance-base approach, the approach used the characteristic of impedance in the power grid for calculation current and voltage in the power network for find short circuit point, this way was represented in [3]. The last approach is wavelet analysis, this way base on traveling wave of transent stage of network when fault occur, was represented in [4-7]. There are some limited conditions in the first and the third approachs when apply to power network for fault location. The first approach was practise when fault section is isolation from power grid and they need the special device which can make high voltage pulses and sensitive sensors for receiving reflection wave. This disadvantage increasing fault location time and the device cost is too high. Impedance-base approach in [3] have less cost than the first approach but the accuracy is low. The third approach no need special pulse maker as the first approach but they need the high accuracy, high frequency measurement equipment which is high cost. Base on the analyses of those fault location approachs as above, this thesis propose the new fault location approach base on impedance and arc resistor characteristic was proposed in [9]. This appraoch no need the sensitive measurement equipment and more accuracy than impedance-base others. v
9. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi MỤC LỤC CÁC HÌNH x MỤC LỤC CÁC BẢNG xii PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1 I. Đặt vấn đề 1 II. Nhiệm vụ của luận văn 2 III. Phạm vi nghiên cứu 3 IV. Phương pháp nghiên cứu 3 V. Điểm mới của luận văn 3 VI. Giá trị thực tiễn của đề tài 4 VII. Nội dung luận văn 5 PHẦN 2: NỘI DUNG 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6 1.1 Tính cần thiết 6 1.2 Cáp ngầm điện lực 7 1.2.1 Cấu tạo cáp ngầm điện lực 8 1.2.1.1 Dây dẫn điện 8 1.2.1.2 Chất cách điện 9 1.2.1.3 Màn bảo vệ 11 1.2.1.4 Vỏ cáp 11 1.2.2 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đường dây trên không 12 vi
10. 1.2.2.1 Ưu điểm của cáp ngầm điện lực 12 1.2.2.2 Nhược điểm của cáp ngầm điện lực 13 1.2.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiện nay 14 1.3 Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực 14 1.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm 14 1.3.2 Các loại sự cố ngắn mạch cáp ngầm 16 1.3.2.1 Ngắn mạch một pha chạm đất 16 1.3.2.2 Ngắn mạch hai pha chạm đất 17 1.3.2.3 Ngắn mạch ba pha chạm đất 18 1.4 Nhận dạng các dạng ngắn mạch cáp ngầm điện lực 19 1.5 Hồ quang điện 20 1.5.1 Hiện tượng hồ quang điện 20 1.5.1.1 Khái niệm chung 20 1.5.1.2 Quá trình phát sinh hồ quang 21 1.5.1.3 Quá trình dập tắt hồ quang 22 1.5.2 Hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch cáp ngầm 23 1.5.3 Điện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch 23 1.6 Các nghiên cứu khoa học liên quan 24 1.6.1 Phương pháp xung phản xạ 25 1.6.2 Phương pháp tổng trở 26 1.6.3 Phương pháp phân tích sóng truyền 27 1.7 Hướng nghiên cứu của luận văn 29 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TRÌNH TOÁN 30 2.1 Phương trình tổng trở các thành phần trong lưới điện 30 2.1.1 Tổng trở đường dây điện 30 2.1.2 Tổng trở đường dây cáp ngầm điện lực 32 2.1.3 Tổng trở phụ tải ba pha 32 vii
11. 2.2 Tính toán dòng điện và điện áp trên lưới điện phân phối. 33 2.2.1 Tính toán dòng điện đổ vào một đoạn dây phân phối 34 2.2.2 Tính toán điện áp tại nút phụ tải trên lưới điện phân phối 35 2.3 Tính toán tổng trở ngắn mạch khi biết vị trí ngắn mạch 36 2.4 Phương pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm được đề xuất 36 2.4.1 Các kết quả tính toán kiểm nghiệm 36 2.4.2 Các minh chứng khoa học liên quan 39 2.4.3 Đề xuất phương pháp định vị trí sự cố ngắn mạch cáp ngầm dựa trên tổng trở có xét đến điện trở ngắn mạch 39 2.5 Lưu đồ và giải thuật tính toán mô phỏng 39 2.5.1 Lưu đồ tính toán cho chương trình chính 40 2.5.2 Lưu đồ chương trình con tính toán vị trí và điện trở sự cố 42 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 44 3.1 Mô tả lưới điện phân phối cần mô phỏng 44 3.2 Mô hình hóa các khối trong lưới điện phân phối được mô phỏng 48 3.2.1 Khối nguồn phát điện 48 3.2.2 Khối đường dây 51 3.2.3 Khối phụ tải 52 3.2.4 Khối sự cố ngắn mạch 54 3.2.5 Kết nối các khối trong mạch mô phỏng 55 3.3 Thiết kế giao diện chương trình ước lượng vị trí ngắn mạch cáp ngầm 55 3.3.1 Giao diện chương trình tạo sự cố ngắn mạch 56 3.3.2 Giao diện chương trình ước lượng vị trí ngắn mạch 57 3.4 Mô phỏng định vị trí sự cố ngắn mạch cáp ngầm lưới điện phân phối 58 3.4.1 Khi dự báo chính xác phụ tải trên lưới điện phân phối 58 3.4.1.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 58 3.4.1.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 59 viii
12. 3.4.1.3 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 60 3.4.2 Khi dự báo phụ tải trên lưới điện phân phối có sai số 10% 61 3.4.2.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 61 3.4.2.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 62 3.4.2.3 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 63 3.4.3 Khi dự báo phụ tải trên lưới điện phân phối có sai số 20% 64 3.4.3.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 64 3.4.3.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 65 3.4.3.3 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 66 3.4.4 Khi dự báo phụ tải trên lưới điện phân phối có sai số 30% 66 3.4.4.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 67 3.4.3.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 68 3.4.3.3 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 69 3.5 Nhận xét 69 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 4.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn 71 4.2 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 ix
13. MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu. 9 Hình 1.2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện XLPE. 10 Hình 1.3 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện EPR. 10 Hình 1.4 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất. 16 Hình 1.5 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất. 17 Hình 1.6 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất. 18 Hình 1.7 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất. 18 Hình 1.8 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha. 19 Hình 1.9 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha. 19 Hình 2.1 Mô hình đường dây có tổng trở tương hỗ. 30 Hình 2.2 Lưới điện phân phối với hai nút phụ tải. 34 Hình 2.3 Sơ đồ đường dây có sự cố tại vị trí cách đầu nguồn 1 km. 37 Hình 2.4 Phần ảo điện trở ngắn mạch theo các vị trí ngắn mạch giả định khi có sự cố ngắn mạch tại vị trí 1 km. 37 Hình 2.5 Phần ảo điện trở ngắn mạch theo các vị trí ngắn mạch giả định khi có sự cố ngắn mạch tại vị trí 2, 3, 4, 5.5 km. 38 Hình 2.6 Lưu đồ chương trình tính toán sự cố ngắn mạch. 41 Hình 2.7 Lưu đồ tính toán vị trí sự cố cho các chương trình con. 43 Hình 3.1 Sơ đồ vận hành lưới điện phân phối Quý Đức (878-T19A). 46 Hình 3. 2 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện phân phối cáp ngầm 878-T19A. 48 Hình 3. 3 Mô hình nguồn điện áp cấp cho đường dây truyền tải. 49 Hình 3. 4 Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha. 49 Hình 3. 5 Mô hình đường dây truyền tải. 51 x
14. Hình 3. 6 Giao diện xây dựng các thông số cho đường dây ba pha. 51 Hình 3. 7 Mô hình khối phụ tải. 52 Hình 3. 8 Giao diện xây dựng các thông số cho khối phụ tải. 53 Hình 3. 9 Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố. 54 Hình 3. 10 Mô hình hóa mô phỏng lưới điện phân phối cáp ngầm. 55 Hình 3. 11 Giao diện chương trình tạo sự cố ngắn mạch 57 Hình 3. 12 Chương trình tính toán vị trí sự cố ngắn mạch. 57 xi
15. MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1 Bảng nhận biết loại sự cố ngắn mạch. 20 Bảng 3.1 Thông số phát tuyến Quý Đức (878-T19A). 47 Bảng 3. 2 Thông số cáp ngầm 22 KV XLPE 3M240. 47 Bảng 3. 3 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. 58 Bảng 3. 4 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. 59 Bảng 3. 5 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. 60 Bảng 3. 6 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. 61 Bảng 3. 7 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. 62 Bảng 3. 8 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. 63 Bảng 3. 9 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. 64 Bảng 3. 10 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. 65 Bảng 3. 11 Kết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất. 66 Bảng 3. 12 Kết quả mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất. 67 Bảng 3. 13 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. 68 Bảng 3. 14 Kết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha chạm đất. 69 xii
16. PHẦN 1: GIỚI THIỆU I. Đặt vấn đề Trong tình hình phát triển hệ thống điện của Việt Nam hiện nay, việc ngầm hóa hệ thống điện là yêu cầu cấp thiết trong các thành phố. Việc ngầm hóa hệ thống phân phối điện năng không chỉ nâng cao độ an toàn của đường truyền dẫn điện mà còn phục vụ yêu cầu cải trang đô thị vì các đường dây điện trên không là yếu tố không nhỏ gây mất mỹ quang đô thị với dây điện mắc chằng chịt cùng với đó là hàng loạt các dây viễn thông ăn theo. Hiện nay, việc ngầm hóa đường dây phân phối đô thị đang diễn ra nhanh chóng và ngày càng mở rộng. Cùng với việc dùng cáp ngầm thay thế cho dây dẫn điện trên không đã nảy sinh yêu cầu đảm bảo yếu tố vận hành an toàn và hiệu quả đường dây cáp ngầm. Không giống đường dây trên không, đường dây cáp ngầm khi bị sự cố thường rất khó để phát hiện vị trí sự cố do chúng được đặt ngầm trong đất nên không thể phát hiện bằng mắt thường. Do đó, yêu cầu cấp thiết được đặt ra đối với đường dây cáp ngầm là phải có một giải pháp hiệu quả để xác định đoạn sự cố, vị trí sự cố, để nhanh chóng cách ly đoạn sự cố ra và cấp điện lại cho các đoạn dây điện còn lại. Việc cấp điện trở lại cho hệ thống là hoàn toàn khả thi do lưới ngầm phân phối thường được thiết kế mạch vòng nhưng lại vận hành theo hình tia. Trong quá trình vận hành, đường dây phân phối điện có thể gặp những sự cố ngắn mạch do sự rạn nứt cách điện sau một thời gian vận hành gây lão hóa cách điện, cũng có thể do trong quá trình xây dựng, cách điện bị rạn nứt mà không phát hiện ra, theo thời gian bị nước ngấm vào gây nên sự cố. Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên đường dây, rơ le bảo vệ sẽ tác động tách toàn bộ các thiết bị và đường dây sau rơ le ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của nhánh bị sự cố lên các thành phần khác trên hệ thống điện. Như vậy quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác định chính xác đoạn dây 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 thiểu thời 1
17. gian mất điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm phân phối, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây dựng dựa trên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm. Thống kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị trí ngắn mạch được phân thành ba phương pháp chính đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch theo các nghiên cứu trong [1] và [2], phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch theo nghiên cứu trong [3], phương pháp dùng phân tích sóng dòng điện và điện áp tần số cao theo các nghiên cứu trong [4-7]. Các nghiên cứu trong [1] và [2] chỉ được thực hiện bằng các máy phát xung chuyên dụng có tần số cao và chỉ xác định được vị trí ngắn mạch sau khi đã cô lập lưới điện. Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện và phải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền. Phương pháp được đề xuất trong 3 chỉ có thể xác định được vị trí ngắn mạch sau khi đã định vị được đoạn ngắn mạch chứ không thể xác định được đoạn ngắn mạch nên bị hạn chế trong lưới điện phân phối. Các nghiên cứu trong [4-7] yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc khe làm tăng giá thành thiết bị. Qua phân tích về các giải thuật xác định vị trí ngắn mạch đã được thực thi, với tính chất thuần trở của điện trở hồ quang được khẳng định trong [9] kết hợp với phân tích dòng công suất trên lưới phân phối, luận văn đề xuất một phương pháp xác định vị trí ngắn mạch dựa trên phương pháp tổng trở kết hợp với đặc tính thuần trở của điện trở ngắn mạch. II. Nhiệm vụ của luận văn Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới phân phối” có nội dung chủ yếu: Nêu được tầm quan trọng của luận văn. Từ đó nói được yêu cầu và tính cấp thiết của Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện phân phối. 2
18. Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán vị trí sự cố và giá trị điện trở tại điểm sự cố. Dùng phần mềm Matlab 7.0 mô phỏng cho phương pháp được đề xuất. Kết quả nghiên cứu của luận văn. III. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các thông số chính trên một lưới điện phân phối. - Nghiên cứu phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch đã được đề xuất. - Nghiên cứu tính toán các thông số và ảnh hưởng của các thông số lên dòng điện và điện áp ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra. - Nghiên cứu về các loại sự cố trên lưới điện phân phối và cách phân loại các loại sự cố khi có sự cố xảy ra. - Đề xuất giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch. - Đưa ra mô hình mô phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị trí sự cố đã đề ra. - Áp dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế. IV. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. - Nghiên cứu các mô hình lưới điện phân phối hiện hành. Các thông số đường truyền tải trên lưới điện và ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của hệ thống điện. - Xây dựng giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho lưới điện phân phối. - Xây dựng mô hình mô phỏng cho giải thuật đề ra, từ đó tiến hành tính toán và xác định các trường hợp có thể xuất hiện khi ứng dụng vào thực tế. - Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị. - Đánh giá tổng quát toàn bộ luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài. V. Điểm mới của luận văn - Tìm ra cách xác định các thông số hệ thống cho một đường dây cáp ngầm phân phối. 3
19. - Đưa ra giải thuật và chương trình mới để xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho mạch một cách nhanh chóng mà không cần thêm các thiết bị phức tạp nào khác. - Góp phần nâng cao chất lượng và hoạt động tin cậy hơn cho lưới điện phân phối. - Giảm thiểu thời gian gián đoạn của hệ thống điện khi sự cố xảy ra cũng như giảm thiểu chi phí vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắn mạch. VI. Giá trị thực tiễn của đề tài Với mục đích xác định chính xác đoạn ngắn mạch và vị trí ngắn mạch trên lưới phân phối, khi đi vào thực tế hoạt động, thiết bị sẽ góp phần giảm thiểu thời gian mất điện cho các đoạn không bị sự cố ngắn mạch còn lại trên lưới và xác định nhanh vị trí ngắn mạch trên đoạn bị sự cố ngắn mạch khi có sự cố xảy ra. Đồng thời, với ưu điểm là không sử dụng thêm các thiết bị chuyên dụng từ bên ngoài nên sẽ giảm được rất nhiều chi phí mua sắm trang thiết bị, cũng như chi phí vận hành cho các thiết bị chuyên dụng đi kèm này. Điều này góp phần giảm đáng kể chi phí cho lưới điện trong quá trình xây dựng cũng như vận hành hoạt động hệ thống lưới điện phân phối. Chính vì vậy, đề tài “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới phân phối” được thực hiện nhằm mục đích góp thêm một giải pháp hữu ích để nâng cao chất lượng vận hành cho lưới điện truyền tải phân phối. Từ công việc nghiên cứu của luận văn: - Nhận được kết quả từ một mô hình mô phỏng cho một lưới điện phân phối với các thông số lưới thực tế. - Ứng dụng rộng rãi trong các trạm phân phối trong hệ thống điện nhằm xác định nhanh các sự cố và vị trí của chúng trên lưới. - Giúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nhằm nâng cao độ ổn định và vận hành tốt lưới điện. - Giúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế hệ thống điện hiệu quả hơn bằng các phần mềm mô phỏng hệ thống điện. 4
20. VII. Nội dung luận văn Chương 0: Giới thiệu. Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Phương trình toán và nguyên tắc định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm. Chương 3: Mô hình hóa mô phỏng và kết quả mô phỏng. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển. 5
21. PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương này sẽ trình bày các lý thuyết liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của luận văn. Các nội dung trình bày chính bao gồm vai trò của đường dây phân phối cáp ngầm trong tình hình phát triển lưới điện hiện nay, các khái niệm về ngắn mạch, các loại ngắn mạch và tình hình nghiên cứu định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm hiện nay. 1.1 Tính cần thiết Việc phát triển lưới điện phân phối cáp ngầm là một yêu cầu tất yếu đối với các đô thị ngày nay. Cáp ngầm có ưu điểm là hầu như không chiếm không gian, không ảnh hưởng đến sinh hoạt hằng ngày của người dân, không có tác hại gây ra bởi dòng điện truyền đi trong dây dẫn do dây cáp được chôn trong đất. Để đảm bảo vẽ mỹ quang cho đô thị và an toàn cho người dân khỏi sự cố rò điện trong mùa mưa bão, cáp ngầm được sử dụng để dần thay thế cho các đường dây trên không trong các thành phố, đô thị và các khu dân cư tập trung. Khi có sự cố lưới điện phân phối xảy ra, cáp ngầm sẽ có nhiều bất lợi hơn đường dây trên không là sẽ khó phát hiện được vị trí sự cố do được chôn ngầm trong đất hay đi trong các ống dẫn. Ngoài ra, việc đấu nối cáp ngầm sẽ phức tạp và yêu cầu kỹ thuật và thiết bị chuyên dụng nên sẽ tốn rất nhiều thời gian khắc phục sự cố để tiếp tục cung cấp điện cho khách hàng tiêu thụ điện. Nhằm giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối cần phải có một phương pháp khả thi để xác định nhanh vị trí sự cố ngắn mạch trong cáp ngầm. Nhanh chóng xác định vị trí ngắn mạch này sẽ giúp nhanh chóng xác định đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch, cách ly nhanh đoạn ngắn mạch và cung cấp điện cho các nhánh không bị sự cố còn lại trên lưới điện phân phối. Lưới điện phân phối có đặc điểm là có nhiều nhánh rẽ, nhiều nút phụ tải và các phụ tải không cân bằng giữa các pha. Do đó hầu như không thể áp dụng chính xác các phương pháp xác định vị trí ngắn mạch lưới điện truyền tải vào lưới điện phân 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4