Định vị sự cố ngắn mạch trên lưới truyền tải dựa trên tổng trở có xét đến bù gốc đồng bộ

Định vị sự cố ngắn mạch trên lưới truyền tải dựa trên tổng trở có xét đến bù gốc đồng bộ Định vị sự cố ngắn mạch trên lưới truyền tải dựa trên tổng trở có xét đến bù gốc đồng bộ Định vị sự cố ngắn mạch trên lưới truyền tải dựa trên tổng trở có xét đến bù gốc đồng bộ Định vị sự cố ngắn mạch trên lưới truyền tải dựa trên tổng trở có xét đến bù gốc đồng bộ

MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN .ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi CÁC TỪ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC BẢNG xi DANH SÁCH CÁC HÌNH .xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.2 Tổng quan nghiên cứu khoa học liên quan 1.2.1 Phương pháp xung phản xạ 1.1.2 Phương pháp phân tích sóng truyền 1.1.3 Phương pháp tổng trở 1.3 Tính cần thiết đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ giới hạn luận văn 1.6 Phương pháp nghiên cứu 10 1.7 Giá trị thực tiễn đề tài 10 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Ngắn mạch hệ thống điện (HTĐ) 12 2.2 Các nguyên nhân gây ngắn mạch lưới điện truyền tải 12 2.3 Các loại cố ngắn mạch lưới điện truyền tải 12 2.3.1 Ngắn mạch pha chạm đất 13 vi 2.3.2 Ngắn mạch hai pha 14 2.3.3 Ngắn mạch hai pha chạm đất 16 2.3.4 Ngắn mạch ba pha chạm đất 18 2.4 Hồ quang điện 19 2.4.1 Hiện tượng hồ quang điện 19 2.4.1.1 Khái niệm chung 19 2.4.1.2 Quá trình phát sinh hồ quang 20 2.4.1.3 Quá trình dập tắt hồ quang 21 2.4.2 Hồ quang điện cố ngắn mạch đường dây tải điện 22 2.4.3 Điện trở hồ quang điện cố ngắn mạch 22 Chương PHƯƠNG TRÌNH TỐN 25 3.1 Các thành phần đối xứng 25 3.2 Định vị cố ngắn mạch dựa tổng trở 28 3.3 Phương pháp lọc nhiễu tín hiệu đo 31 3.3.1 Phép biến đổi Fourier 32 3.3.2 Phương pháp bình phương cực tiểu 33 3.3.3 Phương pháp bình phương cực tiểu Levenberg - Marquardt 34 3.3.4 Ứng dụng LM nhận dạng thành phần tần số 36 3.4 Lưu đồ chương trình định vị cố ngắn mạch 38 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 40 4.1 Mô hình hóa mơ đường dây truyền tải 40 4.1.1 Khối nguồn phát điện 40 4.1.2 Khối đường dây truyền tải 43 4.1.3 Khối phụ tải 45 4.1.4 Khối cố ngắn mạch 46 4.1.5 Khối thu nhận tín hiệu 47 4.1.6 Mơ hình lưới điện truyền tải mô 48 4.1.7 Kết nối khối mạch mô 50 4.2 Xây dựng giao diện chương trình tính tốn vị trí cố ngắn mạch 51 vii 4.2.1 Giao diện chương trình tạo cố ngắn mạch 51 4.2.2 Giao diện chương trình tính tốn cố ngắn mạch 53 4.3 Kết xử lí số liệu mơ 54 4.3.1 Dữ liệu thu thập sau có cố ngắn mạch 54 4.3.2 Kết lọc nhiễu hài dựa thuật toán đề xuất 57 4.3.3 Kết tính tốn tham số chương trình 59 4.4 Kết tính tốn vị trí cố ngắn mạch 60 4.4.1 Sự cố ngắn mạch pha chạm đất 61 4.4.1.1 Ngắn mạch pha A chạm đất 61 4.4.1.2 Ngắn mạch pha B chạm đất 62 4.4.1.3 Ngắn mạch pha C chạm đất 63 4.4.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 64 4.4.2.1 Ngắn mạch hai pha AB chạm đất 64 4.4.2.2 Ngắn mạch hai pha BC chạm đất 65 4.4.2.3 Ngắn mạch hai pha AC chạm đất 66 4.4.3 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm 67 4.4.3.1 Ngắn mạch hai pha AB chạm 68 4.4.3.2 Ngắn mạch hai pha BC chạm 69 4.4.3.3 Ngắn mạch hai pha AC chạm 70 4.4.4 Sự cố ngắn mạch ba pha 71 4.4.4.1 Ngắn mạch ba pha chạm 71 4.4.4.1 Ngắn mạch ba pha chạm đất 72 4.5 Nhận xét 73 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Kiến nghị hướng phát triển 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 80 viii Phụ lục 1: Phiếu chỉnh định relay khoảng cách Siemens 7SA611 đường dây 172 An Biên - Vĩnh Thuận 80 Phụ lục 2: Bảng setting relay khoảng cách Siemens 7SA611 đường dây 172 An Biên - Vĩnh Thuận 82 Phụ lục 3: Dữ liệu relay khoảng cách Siemens 7SA611 ghi nhận cố đường dây 172 An Biên - Vĩnh Thuận 95 Phụ lục 4: Tín hiệu dòng điện điện áp cố 96 Phụ lục 5: Điện áp đồng biểu đồ vị trí cố 97 ix CÁC TỪ VIẾT TẮT - DFT: Phép biến đổi Fourier rời rạc - EVN (VietNam Electricity): Tập đoàn Điện lực Việt Nam - HTĐ: Hệ thống điện - FFT: Thuật toán biến đổi Fourier nhanh - IDFT: Phép biến đổi Fourier rời rạc ngược - LM: Levenberg - Marquardt - MBA: Máy biến áp - MPĐ: Máy phát điện - THD: Tổng độ méo dạng sóng hài x DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 4.1: Bảng thơng số tính tốn qua chương trình định vị cố 60 Bảng 4.2: Kết định vị cố ngắn mạch pha A chạm đất 61 Bảng 4.3: Kết xác định độ lệch ngắn mạch pha A chạm đất 62 Bảng 4.4: Kết định vị cố ngắn mạch pha B chạm đất 62 Bảng 4.5: Kết xác định độ lệch ngắn mạch pha B chạm đất 63 Bảng 4.6: Kết định vị cố ngắn mạch pha C chạm đất 63 Bảng 4.7: Kết xác định độ lệch ngắn mạch pha C chạm đất 64 Bảng 4.8: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha AB chạm đất 65 Bảng 4.9: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha AB chạm đất 65 Bảng 4.10: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha BC chạm đất .66 Bảng 4.11: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha BC chạm đất 66 Bảng 4.12: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha AC chạm đất 67 Bảng 4.13: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha AC chạm đất 67 Bảng 4.14: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha AB chạm 68 Bảng 4.15: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha AB chạm 69 Bảng 4.16: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha BC chạm 69 Bảng 4.17: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha BC chạm 70 Bảng 4.18: Kết định vị cố ngắn mạch hai pha AC chạm 70 Bảng 4.19: Kết xác định độ lệch ngắn mạch hai pha AC chạm .71 Bảng 4.20: Kết định vị cố ngắn mạch ba pha chạm 72 Bảng 4.21: Kết xác định độ lệch ngắn mạch ba pha chạm 72 Bảng 4.22: Kết định vị cố ngắn mạch ba pha chạm đất 73 Bảng 4.23: Kết xác định độ lệch ngắn mạch ba pha chạm đất .73 xi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 1.1 Phương thức bơm xung vào cáp ngầm Hình 1.2 Dạng sóng xung tới xung phản xạ Hình 1.3 Sự lan truyền sóng cao tần có ngắn mạch Hình 1.4 Tín hiệu điện áp bus miền thời gian Hình 1.5 Phổ tín hiệu điện áp qua biến đổi wavelet liên tục Hình 1.6 Mạch tương đương ngắn mạch pha chạm đất .7 Hình 2.1 Ngắn mạch pha chạm đất 13 Hình 2.2 Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch pha chạm đất .14 Hình 2.3 Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch pha chạm đất 14 Hình Ngắn mạch hai pha chạm 15 Hình Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch hai pha .16 Hình Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch hai pha 16 Hình Ngắn mạch hai pha chạm đất 17 Hình Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch hai pha chạm 17 Hình Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch hai pha chạm đất 18 Hình 10 Ngắn mạch ba pha 18 Hình 11 Dạng sóng dịng điện có cố ngắn mạch ba pha 19 Hình 12 Dạng sóng điện áp có cố ngắn mạch ba pha 19 Hình Các thành phần đối xứng 26 Hình Sơ đồ cố đường dây truyền tải ba pha 28 Hình 3 Lưu đồ chương trình định vị cố ngắn mạch 38 Hình Mơ hình nguồn điện áp cấp cho đường dây truyền tải 41 Hình Giao diện xác định thông số cho nguồn điện ba pha 41 Hình Mơ hình đường dây truyền tải 43 Hình 4 Giao diện xây dựng thông số cho đường dây ba pha 44 Hình Mơ hình khối phụ tải 45 xii Hình Giao diện xây dựng thông số cho khối phụ tải 45 Hình Sơ đồ kết nối khối tạo cố .47 Hình Bộ đo cấu ghi nhận liệu đo lường 48 Hình Sơ đồ lưới điện 172 An Biên - 132 Vĩnh Thuận .49 Hình 10 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện truyền tải 50 Hình 11 Sơ đồ mạch mơ lưới điện gặp cố ngắn mạch 51 Hình 12 Giao diện chương trình tạo cố ngắn mạch .52 Hình 13 Giao diện chương trình tính tốn vị trí cố ngắn mạch 54 Hình 14 Giao diện nhập thông số mô 55 Hình 15 Dạng sóng dịng điện trước sau gặp cố đầu nút thứ 55 Hình 16 Dạng sóng điện áp trước sau gặp cố đầu nút thứ 56 Hình 17 Dạng sóng dịng điện trước sau gặp cố đầu nút thứ hai .56 Hình 18 Dạng sóng điện áp trước sau gặp cố đầu nút thứ hai 57 Hình 19 Kết thực chuyển đổi tín hiêu dịng điện sang dạng phức 58 Hình 20 Kết thực chuyển đổi tín hiêu điện áp sang dạng phức 59 Hình 21 Kết giao diện chương trình định vị cố ngắn mạch .60 xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu Đường dây truyền tải điện khâu quan trọng việc đảm bảo liên lạc nguồn điện hộ tiêu thụ điện Tốc độ phát triển nhanh chóng hệ thống điện vài thập kỷ qua dẫn đến tăng nhanh số lượng đường dây truyền tải cấp điện áp tổng chiều dài toàn hệ thống Theo thống kê Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN Vietnam Electricity), lưới điện Việt Nam không ngừng mở rộng, vươn xa thể quy mô phát triển, lớn mạnh ngành kinh tế mũi nhọn, đảm bảo cung cấp điện ngày tin cậy, hiệu cho phát triển đất nước Số liệu thống kê đến cuối năm 2015: Tổng chiều dài đường dây cấp điện áp 500 - 220 - 110 kV EVN quản lý vận hành gồm 41.100 km (tăng 1,5 lần so với năm 2010) Trong trình vận hành, đường dây truyền tải điện gặp cố sét đánh, ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, cố từ thiết bị, hoạt động sai thiết bị hay cố từ phía người sử dụng, tình trạng q tải lão hóa thiết bị Khi xảy cố phần tử đường dây, rơle bảo vệ tác động tách phần tử bị cố khỏi hệ thống điện loại trừ ảnh hưởng phần tử cố với phần tử liền kề không bị cố Như trình nhận dạng, phát hiện, cách ly xác định xác vị trí cố nhanh có lợi, giúp cho việc khơi phục lại chế độ làm việc bình thường hệ thống điện, giảm thiệt hại kinh tế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Để thực nhiệm vụ xác định vị trí cố ngắn mạch lưới truyền tải, nhiều nghiên cứu thực có nhiều thiết bị chế tạo dựa nghiên cứu để xác định vị trí ngắn mạch lưới điện truyền tải Thống kê nghiên cứu thực từ trước đến lĩnh vực phát vị trí ngắn mạch phân thành ba phương pháp phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn dây dẫn bị cố ngắn mạch theo nghiên cứu [1] [2], phương pháp dùng phân tích sóng dịng điện điện áp tần số cao theo nghiên cứu [3], [4], [5], [6] [7] [8] [9][10][11][12] phương pháp tính tốn vị trí ngắn mạch dựa tổng trở theo nghiên cứu [13][14][15][16][17][18][19][20] Các nghiên cứu phương pháp xung phản xạ [1] [2] thực bằng máy phát xung chuyên dụng có tần số cao xác định vị trí ngắn mạch sau cô lập lưới điện Điều làm tăng thời gian điện, giảm chất lượng điện phải đầu tư lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao yêu cầu thiết bị đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn mắc tiền Phương pháp xung phản xạ thích hợp định vị xác điểm cố sửa chữa đoạn cáp bị cố khơng thích hợp muốn định vị nhanh điểm ngắn mạch Các nghiên cứu theo phương pháp sóng truyền [3][4][5] với nguyên lý làm việc kiểm soát di chuyển thành phần hài bậc cao đường dây xuất trình độ hệ thống điện Để làm điều cảm biến đo lường phải có khả ghi nhận thành phần hài bậc cao thành phần sóng Điều làm gia tăng chi phí cho thiết bị đo lắp đặt toàn hệ thống truyền tải điện rào cản kinh tế Phương pháp tổng trở phát triển năm gần đạt nhiều thành tựu đáng kể Trong nghiên cứu [13][14][15], vị trí cố ngắn mạch xác định nhanh dựa việc đo đạc giá trị dòng điện điện áp đầu đường dây Việc đo nhiều điểm phát sinh tốn giải vấn đề khơng đồng mặt thời gian đo khác đầu nút phụ tải khác Đây nhân tố quan trọng giảm độ xác phương pháp tổng trở Có nhiều phương pháp cải thiện đồng đo lường bằng biện pháp sử dụng đồng bằng vệ tinh [21] dùng cáp quang [22] Các giải pháp làm tăng độ xác yêu cầu phải đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền Luận văn đề xuất phương pháp xác định góc bất đồng đo lường dựa thông số đường dây giá trị dòng điện điện áp đo hai đầu đường dây Phương pháp đề xuất xác định xác góc lệch có 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 Phụ lục 3: Dữ liệu relay khoảng cách Siemens 7SA611 ghi nhận cố đường dây 172 An Biên - Vĩnh Thuận 95 Phụ lục 4: Tín hiệu dòng điện điện áp cố 96 Phụ lục 5: Điện áp đồng biểu đồ vị trí cố 97 ... xác định vị trí cố ngắn mạch lưới truyền tải, nhiều nghiên cứu thực có nhiều thiết bị chế tạo dựa nghiên cứu để xác định vị trí ngắn mạch lưới điện truyền tải Thống kê nghiên cứu thực từ trước đến. .. xác định vị trí cố ngắn mạch lưới truyền tải, nhiều nghiên cứu thực có nhiều thiết bị chế tạo dựa nghiên cứu để xác định vị trí ngắn mạch lưới điện truyền tải Các nghiên cứu thực từ trước đến. .. thể phương trình tốn học liên quan đến lĩnh vực định vị cố ngắn mạch đường dây truyền tải dựa tổng trở Từ phương pháp định vị cố ngắn mạch đường dây truyền tải đề xuất, lưu đồ quy trình thực