Định vị sự cố trên đường dây dựa theo tín hiệu đo từ các rơle bảo vệ so lệch

Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây thể hiện có nhiều ưu việt hơn hẳn so với phương pháp định vị chỉ dựa theo tín hiệu một phía nguyên lý sử dụng tr

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của

ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

Nguyễn Văn Sỹ

MỞ ĐẦU

Các đường dây truyền tải thường có chiều dài lớn và có thể đi qua các vùng địa hình đồi núi tương đối phức tạp, điều này gây nhiều khó khăn cho công tác tìm kiếm sự cố Các sự cố đòi hỏi phải được cô lập càng nhanh càng tốt để đảm bảo sự

ổn định của hệ thống và hạn chế các tác hại của dòng ngắn mạch Do vậy, việc tính toán định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây có ý nghĩa rất lớn, rút giảm bớt đáng kể nhân công, thời gian tiếp cận sửa chữa Có rất nhiều phương pháp đã được

sử dụng để xác định điểm sự cố, tùy theo đối tượng là đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối hoặc các đường cáp Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây thể hiện có nhiều ưu việt hơn hẳn so với phương pháp định vị chỉ dựa theo tín hiệu một phía (nguyên lý sử dụng trong các rơle khoảng cách) Luận văn tập trung đi sâu nghiên cứu phương thức sử dụng các

số liệu đo được của rơle so lệch dọc đường dây để tính toán định vị sự cố Lý do sử dụng thông tin từ các rơle so lệch dọc là do hiện nay hầu hết các đường dây truyền tải đã được lắp đặt cáp quang và đảm bảo đủ băng thông cho bảo vệ so lệch, do đó loại bảo vệ này là rất phổ biến Mặt khác số liệu đo lường từ các rơle so lệch hai đầu

là đã tự được đồng bộ, do đó không cần thiết phải đồng bộ lại các tín hiệu này Tuy nhiên để định vị sự cố cần yêu cầu có thêm ít nhất một tín hiệu điện áp từ một phía

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 5 chương

 Chương 1: Giới thiệu chung về vai trò quan trọng của việc cần nâng cao độ chính xác trong định vị sự cố, đặc biệt đối với lưới điện truyền tải Mô tả sơ lược về ưu, nhược điểm của các các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải

 Chương 2: Giới thiệu nguyên lý định vị điểm sự dựa theo tín hiệu dòng điện

và điện áp đo lường được tại một phía (nguyên lý được áp dụng trong các rơle bảo vệ khoảng cách) Phân tích chi tiết các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp này để làm rõ sự cần thiết phải có phương pháp định vị sự cố theo tín hiệu từ hai phía

 Chương 3: Giới thiệu và phân tích nguyên lý định vị sự cố dựa theo tín hiệu

đo lường đồng bộ của rơle so lệch hai đầu đường dây kèm theo tín hiệu điện

áp từ một phía Các ưu, nhược điểm của phương pháp này

 Chương 4: Tính toán áp dụng đối với mô hình mô phỏng của một tuyến đường dây 220kV Phần mô hình đường dây và mô phỏng sự cố được thực hiện bằng phần mềm PSCAD, các tính toán xử lý tín hiệu sau đó được thực hiện bằng MATLAB

 Chương 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỞ ĐẦU 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 10

1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện 10

1.2 Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện 11

1.2.1 Phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía 11

1.2.2 Phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai phía 12

1.2.3 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền 14

1.2.4 Tổng kết và đề xuất hướng nghiên cứu 16

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ DỰA THEO TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG TỪ MỘT PHÍA 18

2.1 Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía 18

2.1.1 Nguyên lý làm việc 18

2.1.2 Các mạch vòng tính toán tổng trở 19

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của định vị sự cố theo phương pháp chỉ dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía 22

2.2.1 Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố 22

2.2.2 Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố 25

2.2.3 Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song 26

2.2.4 Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện 27

2.3 Tổng kết các ưu, nhược điểm của phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía 28

CHƯƠNG 3 ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA THEO TÍN HIỆU ĐO TỪ CÁC RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY 30

3.1 Nguyên lý tính toán định vị sự cố 30

3.2 Phương pháp định vị điểm sự cố dựa theo tín hiệu dòng điện của rơle so lệch và một

tín hiệu điện áp 32

3.2.1 Ưu điểm của bảo vệ so lệch và cơ chế tự đồng bộ giữa các rơle 32

3.2.2 Nguyên lý định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo đồng bộ của rơle bảo vệ so lệch dọc 33 3.2.3 Lựa chọn các thành phần dòng điện đưa vào tính toán 35

3.2.4 Cách xác định dòng điện tại điểm sự cố 38

3.2.5 Cách xác định điện áp và dòng điện sự cố tại đầu A 43

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG 47

4.1 Công cụ sử dụng và thuật toán định vị sự cố trên đường dây dựa theo tín hiệu đo từ các rơle bảo vệ so lệch 47

4.1.1 Công cụ sử dụng 47

4.1.2 Sơ đồ khối của thuật toán tính toán 50

4.1.3 Thông số của sơ đồ mô phỏng 52

4.1.4 Kịch bản mô phỏng 53

4.2 Kết quả mô phỏng và tính toán 54

4.2.1 Xét ảnh hưởng của điện trở sự cố đến tính chính xác của thuật toán 54

4.2.2 Xét ảnh hưởng của dòng tải trước sự cố trên đường dây đến tính chính xác thuật toán 62 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 69

5.1 Kết luận 69

5.2 Phương hướng nghiên cứu trong tương lai 70

PHỤ LỤC 72

Lập trình Matlab tính toán vị trí điểm sự cố cho đường dây hai đầu dựa vào tín hiệu của rơle bảo vệ so lệch 72

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng 20 Bảng 3-1 tổng kết ví dụ hệ số đối với ngắn mạch một pha (N(1) 36 Bảng 3-2 Thiết lập các hệ số tính toán dòng sự cố tổng có xét tới ưu tiên dùng thành phần dòng điện thứ tự nghịch 41 Bảng 3-3 Thiết lập các hệ số tính toán dòng sự cố tổng có xét tới ưu tiên dùng thành phần thứ tự thuận 41 Bảng 3-4 Thiết lập các hệ số tính toán dòng sự cố tổng có xét tới ưu tiên kết hợp cả thứ tự thuận và thứ tự nghịch 42 Bảng 3-5 Thiết lập các hệ số tính toán dòng sự cố tổng với việc có thể loại bỏ của thành phần thứ tự thuận 42 Bảng 3-6 Hệ số của các thành phần đối xứng điện áp và dòng điện cho các dạng sự cố khác nhau 45 Bảng 4-1 Thông số các phần tử sử dụng trong mô phỏng 52 Bảng 4-2 Thông số các dòng điện và điện áp 3 pha của hệ thống A và dòng điện 3 pha của

hệ thống B trong lúc sự cố 54 Bảng 4-3 Các thành phần TTT, TTN, TTK tính được của dòng điện và điện áp 3 pha của

hệ thống A và dòng điện 3 pha của hệ thống B trong lúc sự cố 55 Bảng 4-4 Thông số của dòng điện và điện áp 3 pha của hệ thống A và dòng điện tại điểm

sự cố IF 57 Bảng 4-5 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách và điện trở sự cố lúc sự cố A chạm đất 59 Bảng 4-6 Thông số điện khángsự cố của pha A trong lúc sự cố pha A chạm đất 60 Bảng 4-7 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách theo nguyên lý một đầu lúc sự cố A chạm đất 60 Bảng 4-8 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách các dạng sự cố 61 Bảng 4-9 Thông số các dòng điện và điện áp 3 pha của hệ thống A và dòng điện 3 pha của

hệ thống B trong lúc sự cố 62

Bảng 4-10 Thông số các thành phần TTT, TTN, TTK của dòng điện và điện áp 3 pha của

hệ thống A và dòng điện 3 pha của hệ thống B trong lúc sự cố 63 Bảng 4-11 Thông số của dòng điện và điện áp 3 pha của hệ thống A và dòng điện tại điểm

sự cố IF 64 Bảng 4-12 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách và điện trở sự cố lúc sự cố A chạm đất 66 Bảng 4-13 Thông số điện khángsự cố của pha A trong lúc sự cố pha A chạm đất 66 Bảng 4-14 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách theo nguyên lý một đầu lúc sự cố

A chạm đất 67 Bảng 4-15 Bảng tổng hợp sai số tính toán khoảng cách các dạng sự cố 67

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp 13

Hình 1-2 Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố 13

Hình 1-3 Sự lan truyền và phản xạ của sóng dòng điện trên đường dây 15

Hình 1-4 Cơ chế truyền tín hiệu của rơle bảo vệ so lệch đặt ở hai đầu đường dây 16

Hình 2-1 Minh họa nguyên lý của bảo vệ khoảng cách 18

Hình 2-2 Đặc tính tác động MhO và điểm làm việc của rơle trong các chế độ 19

Hình 2-3 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - pha 20

Hình 2-4 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất 21

Hình 2-5 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố 3 pha - đất 21

Hình 2-6 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp 24

Hình 2-7 Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được 25

Hình 2-8 Ảnh hưởng của tương hỗ giữa các đường dây song song 26

Hình 2-9 Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện 27

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp 30

Hình 3-2 Sơ đồ thay thế của đường dây hai nguồn cấp khi sự cố 30

Hình 3-3 Sơ đồ biểu diễn thời gian truyền tín hiệu giữa hai rơle 33

Hình 3-4 Định vị sự cố dựa vào thông số dòng hai đầu và điện áp tại đầu A của bảo vệ so lệch đường dây 33

Hình 3-5 Sơ đồ thay thế của đường dây có hai nguồn cấp 34

Hình 4-1 Giao diện chính của Matlab 49

Hình 4-2 Giao diện của của sổ soạn thảo các lệnh 50

Hình 4-3 Sơ đồ thuật toán tính toán trong Matlab 51

Hình 4-4 Sơ đồ mô phỏng trong PSCAD 52

Hình 4-5 Sơ đồ mô phỏng dạng sóng điện áp pha A tại thời điểm bắt đầu sự cố trong PSCAD 53

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị toàn cầu

DC (Direct Curent) Dòng điện một chiều

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Ý nghĩa của việc định vị chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện

Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây tải điện mang một ý nghĩa rất quan trọng trong quản lý vận hành Thực tế trong vận hành, đa số các đường dây truyền tải thường đi qua những khu vực ít dân cư hoặc đồi núi cao hiểm trở Định vị sự cố giúp phát hiện nhanh hơn điểm sự cố, kể cả với sự cố thoáng qua

và sự cố duy trì

- Sự cố thoáng qua có thể không gây thiệt hại nghiêm trọng, có thể được khắc phục thông qua tự động đóng lại Tuy nhiên xác định sớm và nhanh chóng điểm bị hư hỏng sẽ giúp ngăn ngừa các sự cố tiếp theo có thể xảy

ra

- Với những sự cố vĩnh cửu, việc không tìm ra chính xác điểm sự cố để khắc phục nó mang lại rất nhiều điều phức tạp, hao tốn nhân lực, tốn kém tài chính, và quan trọng nhất là ngừng cung cấp điện một thời gian dài, có thể gây mất điện trong một khu vực rộng

Các vấn đề về nâng cao độ chính xác trong định vị sự cố đã được nghiên cứu trong nhiều năm và hầu hết tập trung vào nghiên cứu áp dụng đối với lưới truyền tải Lưới truyền tải được quan tâm vì mức độ ảnh hưởng 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 lưới phân phối

Hiện nay các đường dây tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường được trang bị các bảo vệ chính là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ so lệch dọc đường dây [5, 6] 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 tương đối lớn (có thể tới hàng chục km) Điều này xảy ra do nguyên lý định vị sự cố được sử dụng trong rơle khoảng cách chỉ dựa vào tín hiệu đo lường tại chỗ, do đó chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố bên ngoài Các rơle so lệch dọc hiện đại đã được tích hợp thêm chức năng định vị điểm

sự cố và có khả năng làm việc với độ chính xác cao hơn, điều này là hoàn toàn thực

tế vì các rơle loại này thường có thể sử dụng nguyên lý định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây Tuy nhiên trở ngại lớn nhất là các tín hiệu đo lường được tại hai đầu đường dây thường không đầy đủ chỉ có dòng điện và một điện áp ở một đầu nào đó của đường dây, do đó không thể sử dụng ngay để tính toán Nhưng hầu hết trong các tài liệu rơle này đều không đề cập đến thuật toán và phương pháp xác định điểm sự cố

Xuất phát từ thực tế đó, cần có các nghiên cứu làm rõ ưu điểm và thuật toán được sử dụng trong việc định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường đồng bộ không đầy đủ từ hai đầu đường dây

Một điểm rất thuận lợi cho việc đề xuất thuật toán xác định điểm sự cố theo tín hiệu hai đầu là các rơle kỹ thuật số hiện nay đều có chức năng ghi và lưu trữ các bản ghi sự cố, hoặc thậm chí rất nhiều trạm đã được trang bị các bộ ghi sự cố chuyên dụng Đây chính là các cơ sở dữ liệu quan trọng phục vụ cho công tác xử lý tín hiệu sau sự cố, giúp không chỉ nâng cao độ chính xác định vị mà còn hỗ trợ các

kỹ sư trong công tác phân tích sự cố

1.2 Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

Có nhiều phương pháp định vị sự cố đã được đề xuất áp dụng đối với đường dây truyền tải điện [2, 4], mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp dụng nhất định tùy theo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây, sơ lược có thể thấy có các phương pháp định vị sau đây:

- Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía của đường dây

- Định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường dây

- Định vị sự cố dựa trên hiện tượng sóng lan truyền (travelling wave)

1.2.1 Phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía

Phương pháp này chính là thuật toán được sử dụng trong các rơle bảo vệ khoảng cách thông dụng (chức năng bảo vệ F21) [4] Rơle sẽ dựa trên giá trị dòng điện và điện áp để tính toán giá trị tổng trở đo được Nếu giá trị tổng trở này thuộc miền tác động thì rơle sẽ tác động và ngược lại Khoảng cách đến điểm sự cố được

xác định dựa theo tỷ số của điện kháng đo được và điện kháng của một đơn vị chiều dài đường dây:

1

( ) do sc

Ưu và nhược điểm của phương pháp này:

- Dễ dàng thực hiện do tín hiệu đo lường được thu thập tại chỗ, không yêu cầu truyền tín hiệu từ đầu đối diện

- Không cần phải đồng bộ về mặt thời gian giữa tín hiệu thu thập được của các rơle tại hai đầu

- Sai số trong phạm vi chấp nhận được đối với sự cố pha - pha (theo thực tế vận hành)

- Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

 Ảnh hưởng của hồ quang tại điểm sự cố

 Ảnh hưởng của tải trước sự cố trên đường dây

 Ảnh hưởng bởi hệ số phân bố dòng điện (do xuất hiện các nguồn khác cấp vào điểm sự cố hoặc dòng điện tại điểm sự cố khác với dòng điện

đo được tại vị trí đặt rơle)

 Ảnh hưởng của hỗ cảm do các đường dây chạy song song gây ra

 Tổng trở thứ tự không của đường dây thường không thể xác định được chính xác nên sẽ gây sai số đáng kể đối với các sự cố chạm đất (đây lại là loại sự cố thường xảy ra đối với lưới truyền tải và hệ thống điện nói chung)

1.2.2 Phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai phía

Phương pháp này sử dụng tín hiệu đo lường từ hai đầu của đường dây tải điện [2, 4] Yêu cầu quan trọng là các tín hiệu này phải được đồng bộ về mặt thời gian Với các trạm có trang bị hệ thống đồng hồ dựa theo tín hiệu GPS thì việc đồng

bộ về mặt thời gian đã được giải quyết, tuy nhiên với hiện trạng tại Việt Nam thì số lượng trạm được trang bị đồng hồ GPS chưa nhiều nên phương pháp này sẽ gặp nhiều trở ngại

Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu hai đầu:

Xét sự cố xảy ra tại điểm F, cách trạm A một khoảng là x (%) trên đường dây

Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp

Sơ đồ thay thế đơn giản (bỏ qua tổng dẫn) của đường dây trên trong trường hợp sự

Hình 1-2 Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố

Dòng điện và điện áp {I A & I B }, {U A & U B} đo tại hai trạm được đồng bộ về mặt thời gian

Điện áp UF tại điểm sự cố có thể tính theo:

trong đó ZD là tổng trở của toàn bộ đoạn đường dây AB

Trừ hai phương trình cho nhau:

Phương trình trên có thể áp dụng cho mọi trường hợp sự cố Tuy nhiên, tùy theo dạng sự cố mà lựa chọn tổ hợp dòng điện và điện áp thích hợp Ví dụ, với sự cố chạm đất một pha (N(1)) thì điện áp sử dụng là của pha A, tuy nhiên dòng điện đưa vào tính toán cần phải bù thành phần thứ tự không Trong thực tế, rất khó xác định đúng điện kháng thứ tự không của đường dây, do đó việc tính toán hệ số bù dòng thứ tự không sẽ không chính xác và có thể gây sai số cho phép định vị

Để tránh trường hợp này, nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng các thành phần dòng điện và điện áp thứ tự thuận hoặc nghịch (tính toán dựa trên thành phần thứ tự nghịch chỉ áp dụng được với các sự cố không đối xứng)

Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây có ưu điểm hơn so với chỉ dùng tín hiệu từ một đầu:

- Không bị ảnh hưởng của tổng trở nguồn

- Điện trở tại điểm sự cố không xuất hiện trong phương trình tính toán khoảng cách đến điểm sự cố, do đó không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả định vị sự cố

- Trong thực tế còn nhiều biến thể của phương pháp này, tùy theo tín hiệu đo lường có đầy đủ hay không đầy đủ, có cần thông tin của tổng trở đường dây hay không…

1.2.3 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền

Khi sự cố xảy ra tại một điểm trên đường dây tải điện, sẽ gây ra các đột biến

về dòng điện và điện áp [2, 4] Các sóng dòng, áp đột biến này sẽ lan truyền trên đường dây cả về hai phía với tốc độ lan truyền sóng xấp xỉ tốc độ ánh sáng

Khi sóng lan truyền đi tới một đầu đường dây sẽ gặp điều kiện biên thay đổi, do đó một phần của sóng này sẽ phản xạ trở lại và một phần tiếp tục lan truyền đi tiếp

Sơ đồ biểu diễn quá trình phản xạ, khúc xạ của các sóng lan truyền thể hiện trên Hình 1-3 Dựa theo chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu được tại hai đầu (∆t) hoàn toàn có thể xác định được vị trí điểm sự cố bằng phương trình:

* 2

l c t

x  

trong đó:

Ghi nhận tín hiệu tới đầu B lần 1

Δt

Hình 1-3 Sự lan truyền và phản xạ của sóng dòng điện trên đường dây

Ưu và nhược điểm của phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu sóng lan truyền như sau:

Ưu điểm của phương pháp này:

- Độ chính xác đạt được cao nhất tính tới giai đoạn hiện nay so với các phương pháp khác Một số bộ định vị sự cố sử dụng nguyên lý này đã được lắp đặt tại Việt Nam, các báo cáo cho thấy sau vài lần hiệu chỉnh thì sai số khoảng cách định vị chỉ trong phạm vi nhỏ hơn một khoảng cột (từ 200m đến 500m)

Nhược điểm của phương pháp này:

- Phải có các thiết bị ghi tín hiệu được đồng bộ thời gian với độ chính xác cao, chỉ một sự sai lệch rất nhỏ về thời gian có thể dẫn tới sai số lớn về khoảng cách tính được

- Thiết bị ghi tín hiệu sự cố phải có tần số lấy mẫu rất cao để có thể ghi nhận các tín hiệu xung phản xạ dẫn tới cần tốc độ xử lý cao và bộ nhớ phải có dung lượng lớn

- Phần mềm phải có khả năng đồng bộ hóa tín hiệu, lọc nhiễu và trích xuất tín hiệu mong muốn Đặc biệt với các sự cố gây ra do sét có thể gây các nhiễu điện từ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép lọc tín hiệu

- Các cảm biến đo dòng điện phải là loại được thiết kế để có khả năng hoạt động chính xác ở tần số cao

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn, giai đoạn hiệu chỉnh phải mời chuyên gia sang làm việc nhiều lần

1.2.4 Tổng kết và đề xuất hướng nghiên cứu

Các phương pháp định vị sự cố thông dụng đã được giới thiệu trong chương này, tất cả các phương pháp này đều thể hiện ưu điểm và nhược điểm riêng

Mô hình nghiên cứu đề xuất trong luận văn như thể hiện trong Hình 1-4

Hình 1-4 Cơ chế truyền tín hiệu của rơle bảo vệ so lệch đặt ở hai đầu đường dây

Trên cơ sở tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có và vẫn nâng cao được độ chính xác trong định vị sự cố, luận văn đề xuất đi nghiên cứu áp phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai phía Trở ngại lớn nhất đối với phương án này là việc đồng

bộ lại các tín hiệu đo lường từ hai phía khi các rơle không được trang bị đồng hồ GPS Do đó, phần nội dung nghiên cứu chính của luận văn trong các chương tiếp theo sẽ là dựa trên tín hiệu đo lường của các rơle bảo vệ so lệch dọc đường dây để định vị sự cố Phương pháp này có ưu điểm là tín hiệu của các rơle bảo vệ so lệch

dọc đã đường tự đồng bộ bởi bản thân rơle, do đó không cần thêm các đồng hồ GPS tại các trạm

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ DỰA THEO

TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG TỪ MỘT PHÍA

2.1 Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía

Hình 2-1 Minh họa nguyên lý của bảo vệ khoảng cách

Giá trị tổng trở đo được sẽ được sử dụng để xác định điểm làm việc của rơle trên mặt phẳng tổng trở, nếu điểm làm việc này thuộc vùng tác động (vùng I, vùng

II hoặc vùng III…) thì rơle sẽ khởi động các bộ đếm thời gian tương ứng [4] Trong chế độ vận hành bình thường điểm làm việc sẽ nằm bên ngoài các đặc tính tác động Hình 2-2

Hình 2-2 Đặc tính tác động MhO và điểm làm việc của rơle trong các chế độ

Dựa theo giá trị điện kháng đo được, rơle sẽ tính toán ra khoảng cách từ vị trí đặt điểm đo đến điểm sự cố theo công thức:

để tránh các nhiễu loạn ảnh hưởng đến độ chính các của định vị Giá trị khoảng cách tính toán được là kết quả trung bình của nhiều lần tính toán dựa theo số mẫu thu thập được

Lý do sử dụng điện kháng trong tính toán vị trí điểm sự cố là để tránh ảnh hưởng của hồ quang tại điểm sự cố Hồ quang có tính chất điện trở, nếu sử dụng giá trị tổng trở để tính khoảng cách thì giá trị tổng trở này bị ảnh hưởng bởi điện trở hồ quang và sẽ làm sai lệch vị trí sự cố tính toán được

2.1.2 Các mạch vòng tính toán tổng trở

Tổng trở được rơle tính toán dựa trên 6 mạch vòng cơ bản tương ứng với các sự cố pha - pha và pha - đất: A - B, B - C, C - A, A - E, B - E, C - E Với sự cố pha - pha hoặc pha - đất thì chỉ một trong các mạch vòng trên sẽ cho kết quả đo lường chính xác (tổng trở thấp nhất), các mạch vòng khác sẽ cho kết quả tính toán lớn hơn Với

sự cố khác có thể nhiều mạch vòng đo cùng cho ra kết quả chính xác

Bảng 2-1 Tổng kết về loại sự cố và các mạch vòng đo lường tương ứng

A-B hoặc B-C hoặc C-A hoặc A-E hoặc

B-E hoặc C-E

Sự cố 2 pha – đất

 Vòng lặp cho trường hợp sự cố pha – pha

Vòng lặp tính toán tổng trở cho trường hợp sự cố pha – pha được tính theo công thức:

2

1

f phaY

phaX

phaY phaX

pha pha

pha pha pha

pha

R Z I

I

U U

 Vòng lặp cho trường hợp sự cố pha – đất

Vòng lặp tính toán tổng trở cho trường hợp sự cố pha – đất được tính theo công thức

f N phaX

phaX E

N phaX

phaX E

pha

K

R Z I K I

U Z

Hình 2-4 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố pha - đất

Nhưng khác với các sự cố khác với trường hợp này phải bù hệ số KN

Hình 2-5 Sơ đồ thay thế vòng lặp tính toán tổng trở sự cố 3 pha - đất

Theo như sơ đồ thay thế ở trên thì công thức để tính tổng trở sự cố đối với trường hợp này có thể được viết như sau:

Z Z I

U

Z   1

0

0 0

3

1 3

f N N phaX

Z

Z I

Z I R I Z I

N N

phaX f N

N phaX

N f N N phaX E

pha

K I

I

R Z

I K I

I R I Z

Z I

Z Z

[2.8]

1

1 0

Z Z Z

- Ảnh huởng của điện trở tại điểm sự cố

- Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố

- Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ do các đường dây chạy song song gây

ra

- Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

2.2.1 Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố

Các sự cố, đặc biệt là sự cố một pha thường xảy ra do sứ đường dây bị phóng điện Hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điện trở hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất Một số trường hợp

sự cố thông qua vật trung gian thì chính giá trị điện trở của các vật trung gian này

f

arc I

L

Trong đó: R arc - điện trở hồ quang ()

L arc - Là chiều dài hồ quang (m) trong trường hợp không có gió

I f - Giá trị dòng sự cố (A)

Chiều dài hồ quang ban đầu bằng khoảng cách từ dây dẫn đến cột hoặc giữa hai dây dẫn, nhưng nó sẽ tăng và kéo dài do gió thổi ngang qua do sự đối lưu và truyền sóng điện từ Người ta đưa ra giả thuyết điện trở hồ quang phụ thuộc vào khoảng cách dây dẫn, vận tốc gió và thời gian theo công thức:

t arc : Thời gian hồ quang

Trong trường hợp dây dẫn bị đứt và rơi xuống đất thì điện trở tại điểm tiếp xúc chạm đất phụ thuộc vào loại đất, độ ẩm của đất và cấp điện áp của lưới điện Khi sự

cố các pha với nhau điện trở sự cố thường nhỏ và không vượt quá vài ohm () Tuy nhiên điện trở sự cố lớn hơn nhiều đối với sự cố liên quan đến đất vì điện trở nối đất của cột có thể tới 10  thậm chí cao hơn Trường hợp đặc biệt điện trở sự cố còn lớn hơn khi sự cố dây dẫn chạm vào cây cối hoặc đứt dây và rơi xuống vùng đất khô cứng Như vậy điện trở sự cố có giá trị từ vài ohm đến hàng trăm ohm

Xét ảnh hưởng của điện trở sự cố đến tổng trở đo được

Xét trường hợp sự cố pha - đất trên đường dây có hai nguồn cấp nhưHình 2-6

F

Hình 2-6 Sự cố chạm đất trên đường dây có hai nguồn cấp

Mạch vòng sự cố nhìn từ phía thanh góp trạm A có thể được mô tả bằng công thức sau đây

U A – dZ L I A - R F I F = 0 [2.12]

Trong đó:

d: khoảng cách từ thanh góp A đến điểm sự cố F (d=0÷1)

Z L : tổng trở của đường dây AB

U A ; I A: là điện áp và dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A

I F: dòng điện tổng chạy qua điểm sự cố, với quan hệ

Từ công thức [2.11] suy ra ZA =

A

A I

trong đó: Z A là tổng trở đo được bởi rơle đầu phía trạm A

Thay thế I F = I A + I B vào phương trình [2.14] ta có

 Nếu dòng điện I A và I B trùng pha nhau hoàn toàn: thì giá trị R F hoàn toàn thuần trở Thành phần điện trở trong tổng trở đo được sẽ bị sai khác với điện trở của phần đường dây bị sự cố, tuy nhiên thành phần điện kháng không bị ảnh hưởng , do đó khoảng cách đo được sẽ đúng với khoảng cách sự cố thực tế (vì phép xác định khoảng cách chỉ dựa theo thành phần điện kháng)

 Nếu dòng điện I A và I B lệch pha nhau: thì thành phần R F thể hiện như một tổng trở bao gồm thành phần điện trở và điện kháng hoặc thành phần điện trở và điện

dung (tùy theo dòng I B là sớm pha hơn hay chậm pha hơn so với I A trong công thức [2.15] Thành phần R F khi đó sẽ ảnh hưởng cả tới giá trị điện kháng trong tổng trở

mà rơle đo được, và do đó khoảng cách tính toán được sẽ bị sai khác so với thực tế Hình 2-7 thể hiện chi tiết quan hệ này

ZA

(c)

R*F

R*F

Hình 2-7 Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố đến tổng trở đo được

Trong đó: a Điện trở tại điểm sự cố thể hiện thuần trở

b Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện dung

c Điện trở tại điểm sự cố thể hiện như điện trở và điện kháng

2.2.2 Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố

Góc lệch pha giữa dòng điện giữa hai đầu đường dây khi xảy ra sự cố, một cách gần đúng có thể coi xấp xỉ bằng góc lệch pha của điện áp hai đầu đường dây trong chế độ vận hành bình thường Mặt khác, góc lệch pha của điện áp trong chế

độ bình thường lại phụ thuộc vào mức độ tải của đường dây, do đó có thể nói dòng điện tải trên đường dây có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của phép định vị sự cố Trong trường hợp đường dây chỉ có một nguồn cấp thì ảnh hưởng này là không cần

tính đến

2.2.3 Ảnh hưởng của điện kháng tương hỗ của các đường dây song song

Trong lưới truyền tải điện hầu hết các đường dây vận hành đều song song và

đi chung cột Các đường dây này có ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau, ảnh hưởng này

sẽ là đáng kể trong trường hợp sự cố một pha chạm đất, dòng điện thứ tự không (TTK) chạy trên đường dây lân cận sẽ cảm ứng một điện áp TTK lên đường dây bị

sự cố làm cho giá trị đo được của rơle tổng trở tại đường dây sự cố bị sai lệch

V 01 : điện áp TTK của bảo vệ trên đường dây bị sự cố

Z 01 : tổng trở TTK của đường dây bị sự cố

Z 0M : tổng trở tương hỗ TTK giữa hai đường dây

I 01 , I 02 : dòng điện TTK chạy trên đường dây bị sự cố và đường dây lân cận

Thông thường sự ảnh hưởng tổng trở tương hỗ của các thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch là rất ít chiếm khoảng từ 5% đến 7% và có thể bỏ qua Trong khi đó ảnh hưởng tổng trở thứ tự không lại có ảnh hưởng rất lớn và chiếm khoảng 50% đến 70% Ví dụ về giá trị của tổng trở TTK và tổng trở tương hỗ TTK của một đường dây có thể là [1]:

0127 , 1 1101 , 0

5323 , 0 06874 , 0

Để rơle có thể làm việc đúng cần bù lại sự thay đổi về điện kháng TTK do các đường dây lân cận gây ra Các rơle hiện nay thực hiện việc này bằng cách lấy dòng TTK từ đường dây lân cận đưa vào trong rơle và rơle sẽ có thuật toán để bù lại

thành phần hỗ cảm TTK này Tuy nhiên, việc này chỉ thực hiện được khi hai đường dây đi ra từ cùng một trạm biến áp, trong trường hợp hai đường dây thuộc hai trạm riêng biệt thì rất khó để thực hiện giải pháp này

Việc xác định chính xác thành phần tổng trở tương hỗ TTK còn gặp nhiều khó khăn

do có trường hợp các đường dây chỉ đi song song một phần hoặc đường dây song song đang cắt khỏi vận hành và nối đất hai đầu…

2.2.4 Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

Xét sự ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện đến tính chính xác của rơ le bảo vệ khoảng cách được minh họa dưới Hình 2-9 như sau:

Xét hai trường hợp tiêu biểu như trên Hình 2-9 ta thấy tổng trở của rơ le bảo

vệ khoảng cách đặt ở đầu A của đường dây AB đo được khi ngắn mạch xảy ra ở điểm N trên đường dây BD tiếp theo bằng (giả thiết tỷ số biến đổi của biến dòng điện và biến điện áp ki = ku = 1)

AB

BN i I

I

K  hệ số phân bố dòng điện

Khi hệ số phân bố dòng điện Ki ≠ 1, tổng trở ZR mà rơ le bảo vệ khoảng cách

đo được khác với tổng trở thực tế từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ ngắn mạch (Z AN Z AB Z BN

.



Đối với sơ đồ Hình 2-9 (a) một nguồn điện nối vào thanh cái B đã làm cho

IBN >IAB và hệ số Ki > 1 nghĩa là tổng rơ le đo được một giá trị lớn hơn tổng trở thực

tế ZAN

Đối với sơ đồ Hình 2-9 (b) sự xuất hiện của đường dây vận hành song song với đường dây bị sự cố làm rẽ mạch dòng điện từ nguồn điện đến chỗ ngắn mạch (IBN = IAB - IBD) nên hệ số phân bố dòng điện Ki < 1 nghĩa là rơ le sẽ đo được giá trị nhỏ hơn giá trị tổng trở thực tế ZAN

Với những lưới điện có cấu hình phức tạp hệ số phân bố dòng điện có thể thay đổi theo chế độ làm việc của lưới điện Khi điểm ngắn mạch càng nằm xa điểm đặt rơ le bảo vệ thì ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện càng lớn

2.3 Tổng kết các ưu, nhược điểm của phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường từ một phía

Ưu và nhược điểm của phương pháp này:

- Dễ dàng thực hiện do tín hiệu đo lường được thu thập tại chỗ, không yêu cầu truyền tín hiệu từ đầu đối diện

- Không cần phải đồng bộ về mặt thời gian giữa tín hiệu thu thập được của các rơle tại hai đầu

- Sai số trong phạm vi chấp nhận được đối với sự cố pha-pha (theo thực tế vận hành)

- Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

 Ảnh hưởng của hồ quang tại điểm sự cố

 Ảnh hưởng của tải trước sự cố trên đường dây

 Ảnh hưởng bởi hệ số phân bố dòng điện (do xuất hiện các nguồn khác cấp vào điểm sự cố hoặc dòng điện tại điểm sự cố khác với dòng điện

đo được tại vị trí đặt rơle)

 Ảnh hưởng của hỗ cảm do các đường dây chạy song song cùng cột hoặc lân cận gây ra

 Tổng trở thứ tự không của đường dây thường không thể xác định được chính xác nên sẽ gây sai số đáng kể đối với các sự cố chạm đất (đây lại là loại sự cố thường xảy ra đối với lưới truyền tải và hệ thống

điện nói chung)

Tổng kết:

Như vậy với phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu từ một phía thì độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và rất khó để xác định được chính xác để khắc phục các yếu tố đó, do đó độ chính xác của phương pháp cũng sẽ bị ảnh hưởng theo Từ các nhận định đó, cần có một phương pháp ít phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài mà khó có khả năng khắc phục và độ chính xác của định vị điểm sự cố được cải thiện và đáng tin cậy Để khắc phục hoàn toàn các nhược điểm mà phương pháp định vị điểm sự cố dựa theo thông tin từ một phía thì phương pháp định vị dựa theo tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây có khả năng khắc phục được một phần các nhược điểm trên

Chương tiếp theo sẽ trình bày chi tiết nguyên lý làm việc của phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây, áp dụng với tín hiệu thu thập được từ các rơle bảo vệ so lệch, đồng thời sẽ nêu ra các vấn đề cần giải quyết khi sử dụng phương pháp này

CHƯƠNG 3 ĐỊNH VỊ SỰ CỐ DỰA THEO TÍN HIỆU ĐO TỪ CÁC

RƠLE BẢO VỆ SO LỆCH ĐƯỜNG DÂY

3.1 Nguyên lý tính toán định vị sự cố

Nguyên lý định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây đã được trình bày sơ lược tại mục 1.2.2 Nguyên lý này dựa trên giả thiết là các tín hiệu từ hai đầu đường dây được đồng bộ về mặt thời gian

Với các trạm có trang bị hệ thống đồng hồ dựa theo tín hiệu GPS thì việc đồng bộ về mặt thời gian đã được giải quyết, tuy nhiên với hiện trạng tại Việt Nam thì số lượng trạm được trang bị đồng hồ GPS chưa nhiều nên phương pháp này sẽ gặp nhiều trở ngại

Nguyên lý định vị sự cố theo tín hiệu hai đầu:

Xét sự cố xảy ra tại điểm F, cách trạm A một khoảng là x (%) trên đường dây

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp

Sơ đồ thay thế đơn giản (bỏ qua tổng dẫn) của đường dây trên trong trường hợp sự cố như trên Hình 3.1

Hình 3-2 Sơ đồ thay thế của đường dây hai nguồn cấp khi sự cố

Dòng điện và điện áp {I A & I B }, {U A & U B} đo tại hai trạm được đồng bộ về mặt thời gian

Điện áp UF tại điểm sự cố có thể tính theo:

trong đó ZD là tổng trở của toàn bộ đoạn đường dây AB

Trừ hai phương trình cho nhau:

- Để tránh trường hợp này, nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng các thành phần dòng điện và điện áp thứ tự thuận hoặc nghịch (tính toán dựa trên thành phần thứ tự nghịch chỉ áp dụng được với các sự cố không đối xứng)

- Phương pháp định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây có ưu điểm hơn so với chỉ dùng tín hiệu từ một đầu:

- Không bị ảnh hưởng của tổng trở nguồn

- Điện trở tại điểm sự cố không xuất hiện trong phương trình tính toán khoảng cách đến điểm sự cố, do đó không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả định vị sự cố

- Trong thực tế còn nhiều biến thể của phương pháp này, tùy theo tín hiệu đo lường có đầy đủ hay không đầy đủ, có cần thông tin của tổng trở đường dây hay không… Trên đây là giới thiệu chung về phương pháp định vị theo tín hiệu hai đầu, phương pháp được giới thiệu này yêu cầu tín hiệu hai đầu phải

đồng bộ hoàn toàn và có đầy đủ các tín hiệu dòng điện, điện áp hai đầu Do việc đồng bộ tín hiệu bằng GPS có thể không khả thi đối với một số trạm nên mục tiếp theo sẽ trình bày nguyên lý định vị sử dụng tín hiệu đo lường từ các rơle bảo vệ so lệch Về nguyên tắc các tín hiệu dòng điện của hai rơle so lệch hai đầu đường dây đã được tự đồng bộ nên phương pháp này không cần yêu cầu các trạm phải lắp đồng hồ GPS

3.2 Phương pháp định vị điểm sự cố dựa theo tín hiệu dòng điện của rơle so lệch và một tín hiệu điện áp

3.2.1 Ưu điểm của bảo vệ so lệch và cơ chế tự đồng bộ giữa các rơle

Các rơle bảo vệ so lệch được sử dụng chủ yếu ở các đường dây truyền tải, thông tin về dòng điện ở hai đầu đường dây sẽ được đồng bộ với nhau và truyền qua kênh truyền tới đầu đối diện [3]

Bảo vệ so lệch đường dây có một số ưu điểm như sau:

- Có tính chọn lọc cao, có thể áp dụng cho đường dây bất kỳ trong lưới điện phức tạp (đường dây mạch vòng, đường dây có bù dọc, đường dây có rẽ nhánh )

- Thời gian tác động nhanh, độ nhạy cao

- Hoạt động ổn định kể cả với trường hợp có các sóng hài và thành phần DC lớn khi xảy ra sự cố Có khả năng bù ảnh hưởng của điện dung trên đường dây

Rơle thực hiện việc lấy mẫu dòng điện, sau đó truyền tín hiệu đo được tới đầu đối diện thông qua hệ thống kênh truyền tin Rơle đặt tại hai đầu đường dây bắt buộc phải được lấy mẫu đồng bộ Rơle tại các đầu sẽ tính toán dòng điện so lệch và dòng điện hãm dựa trên tín hiệu đo tại chỗ và tín hiệu nhận được từ đầu đối diện Thời gian trễ của đường truyền tin không gây ảnh hưởng đến độ chính xác của các tính toán do rơle có cơ chế tự đồng bộ thời gian riêng

Cơ chế tự đồng bộ hóa thời gian lấy mẫu:

Để thực hiện các tính toán dòng so lệch, cần phải đồng bộ hóa việc lấy mẫu tín hiệu dòng điện tại các rơle ở hai đầu đường dây Thông thường các rơle sử dụng

phương pháp gửi tín hiệu “ping-pong” để đồng bộ hóa thời gian lấy mẫu

Rơle tại đầu A sẽ gửi một tín hiệu nhất định tới đầu B Khi rơle tại đầu B nhận được tín hiệu này sẽ ngay lập tức gửi lại tín hiệu đó cho đầu A Rơle đầu A nhận được tín hiệu trả về sẽ xác định khoảng thời gian từ khi gửi tín hiệu đi tới khi nhận tín hiệu trả về, khoảng thời gian này bằng 2 lần thời gian độ trễ của đường truyền (cộng thêm một khoảng thời gian rất nhỏ để rơle B xử lý tín hiệu, khoảng thời gian này có thể bỏ qua) Khi đã biết thời gian trễ của đường truyền thì rơle hai đầu hoàn toàn có thể tự đồng bộ thời gian Như vậy thời gian được đồng bộ là thời gian của riêng hai rơle

Hình 3-3 Sơ đồ biểu diễn thời gian truyền tín hiệu giữa hai rơle

3.2.2 Nguyên lý định vị sự cố dựa theo tín hiệu đo đồng bộ của rơle bảo vệ so lệch dọc

Hình 3-4 Định vị sự cố dựa vào thông số dòng hai đầu và điện áp tại đầu A của bảo vệ so

- Tín hiệu dòng điện từ hai đầu đường dây (do rơle so lệch cung cấp)

- Tín hiệu điện áp từ một đầu đường dây (giả thiết đo được tại đầu A trong Hình 3.2

- Các tín hiệu này được đo đồng bộ do được cung cấp bởi các rơle so lệch

Sơ đồ thay thế của đường dây trong Hình 3.2như sau:

B

F

Hình 3-5 Sơ đồ thay thế của đường dây có hai nguồn cấp

Dựa theo sơ đồ thay thế Hình 3.2, có thể viết phương trình về điện áp cho pha sự cố như sau:

UA – dZLI A - RFIF = 0 [3.5]

Trong đó:

- d: Khoảng cách từ trạm A đến điểm sự cố F (d=0÷1)

- ZL: Tổng trở của đường dây AB

- UA; IA: Là điện áp và dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle phía trạm A

- IF: Dòng điện sự cố tổng chạy qua điểm sự cố

Trong công thức (3.5) đã biết được các giá trị điện áp UA, dòng điện IA Nếu xác đinh được cả thành phần dòng điện chạy qua điểm sự cố IF, thay các giá trị này vào công thức (3.5), sau đó biến đổi tách thành các phương trình đối với phần thực

và phần ảo thì hoàn toàn có thể loại bỏ thành phần RF và sau đó xác định được

khoảng cách tới điểm sự cố d như sau:

Sau khi tính được khoảng cách d thay vào công thức (3.5) ta sẽ xác định được giá trị RF

3.2.3 Lựa chọn các thành phần dòng điện đưa vào tính toán

Dựa theo phương pháp phân tích thành các thành phần đối xứng, có thể biểu diễn các tín hiệu dòng điện và điện áp theo các thành phần đối xứng TTT, TTN & TTK [3, 4] Ví dụ dòng điện pha sự cố có thể biểu diễn qua:

I A =a1 I1 + a2 I2 + a0 I0

Trong đó:

- I1, I2, I0: là các thành phần dòng điện thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không của IA

- a1, a2, a0 là các hệ số

Các hệ số {a1, a 2 , a 0} được lựa chọn tùy theo loại sự cố xảy ra và tùy theo thành phần đối xứng nào muốn được sử dụng Điều này có thể diễn giải thông qua ví dụ như sau:

Giả thiết xảy ra ngắn mạch một pha N(1): với ngắn mạch một pha – đất thì dòng điện của pha sự cố có thể biểu diễn như sau:

I A =a1 I1 + a2 I2 + a0 I0

Với ngắn mạch một pha thì ta có quan hệ I1=I 2 =I 0  có thể viết

I A =1*I1 + 1*I2 + 1*I0

Hay nói cách khác: a1=a2=a0=1 với ngắn mạch một pha N(1)

Tuy nhiên thông thường trong các tính toán thường tránh các thành phần dòng điện liên quan tới thành phần thứ tự không Lý do ở đây là tổng trở TTK thường khó xác định chính xác do bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: hỗ cảm của đường dây song song, điện trở suất của đất, cấu hình cột điện, số lượng dây chống sét

Để tránh việc sử dụng đến thành phần TTK thì có thể sắp xếp biểu diễn lại dòng điện sự cố như sau:

IA=1*I1 + 1*I2 + 1*I0  I A =3*I1 (ứng với a1=3; a2=0; a0=0)

hoặc IA=1*I1 + 1*I2 + 1*I0  IA=2*I1 + I2 (ứng với a1=2; a2=1; a0=0) hoặc IA=1*I1 + 1*I2 + 1*I0  IA=1,5*I1 + 1,5*I2 (ứng với a1=1,5; a2=1,5;

a0=0)

Nhƣ vậy các hệ số {a1, a2, a0} hoàn toàn có thể tính toán để phù hợp với việc thành phần đối xứng nào muốn đƣợc sử dụng trong các tính toán Tổng kết ví dụ với ngắn mạch một pha có thể nhƣ sau:

Bảng 3-1 tổng kết ví dụ hệ số đối với ngắn mạch một pha (N(1)

TTN

1,5 1,5 0

Ƣu tiên sử dụng cả thành phần TTT & thành phần