Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải 220kV Nhà Bè - Tao Đàn bằng biến đổi Wavelet

Xác định vị trí lỗi của đường dây cao thế, đặc biệt là đường dây trên đầu kết hợp với cáp điện ngầm, là một vấn đề quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu ứng dụng biến đổi wavelet để xác định vị trí lỗi của đường dây cao thế kết hợp với cáp điện ngầm. Các thành phần của sóng thoáng qua tại một đầu cuối của đường bị lỗi được mô phỏng bởi MATLAB Simulink. Các thành phần này sẽ được phân tích thành các hệ số gần đúng và chi tiết bằng cách sử dụng phép biến đổi sóng con đứng yên kết hợp với kỹ thuật giảm nhiễu mức độ cao. Cách tiếp cận này đưa ra thời gian chính xác của sóng thoáng qua để truyền từ vị trí lỗi đến các đầu cuối của đường dây. Để đánh giá khả năng ứng dụng và hiệu quả của phương pháp mới này, chúng tôi đã áp dụng phương pháp này cho một đường truyền kết hợp với đường dây trên không và cáp ngầm trong tài liệu tham khảo và đường truyền thực tế 220kV Nhã Bè - Tao Đàn ở Việt Nam.

Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 3(10) - 2013 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 220kV NHÀ BÈ – TAO ĐÀN BẰNG BIẾN ĐỔI WAVELET Nguyễn Xuân Bình(1), Vũ Phan Tú(2) (1) Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện (2) Trường Đại học Bách khoa (VNU-HCM) TÓM TẮT Xác đònh vò trí cố đường dây truyền tải, đặc biệt đường dây kết hợp không cáp ngầm, vấn đề quan trọng vận hành hệ thống điện Trong báo này, nghiên cứu việc áp dụng biến đổi wavelet cho việc xác đònh vò trí cố đường dây truyền tải cao áp kết hợp không cáp ngầm Các thành phần sóng độ đầu đường dây bò cố mô phần mềm MATLAB Simulink Các sóng phân tích thành hệ số xấp xỉ chi tiết việc sử dụng phép biến đổi wavelet tónh kết hợp kó thuật khử nhiễu bậc cao, phương pháp có ưu điểm xác đònh xác thời gian sóng độ truyền từ điểm cố đầu đường dây Nhằm đánh giá khả áp dụng tính hiệu cách phương pháp này, áp dụng cho đường dây không kết hợp cáp ngầm [4] đường dây thực tế 220kV Nhà Bè – Tao Đàn thành phố Hồ Chí Minh (Việt Nam) Từ khóa: đường dây truyền tải, wavelet, vò trí cố * Giới thiệu toàn ổn đònh mong đợi ưu Hệ thống cáp ngầm thành phần hệ thống điện tiên hàng đầu Công ty Điện lực Truyền tải Điện Việc xác đònh vò trí ngắn đại, thể nhiều ưu điểm bật so với hệ thống truyền tải điện đường dây không như: độ tin cậy cao, an toàn, sử dụng trường hợp gặp khó khăn hướng tuyến, hành lang an toàn, tạo vẻ mó quan cho thành phố… Tuy nhiên, hệ thống cáp ngầm tồn khuyết điểm như: chi phí đầu tư lớn, thời gian thi công mạch đường dây truyền tải chia lâu, khả mang tải kém… Chính lí trên, việc vận hành hệ thống cáp ngầm đảm bảo độ tin cậy cao, an trở ngắn mạch, tải đường dây, thông số làm trường phái sau: Phương pháp tổng trở: đặt sở việc đo tổng trở từ đầu relay đến vò trí cố, với giả thiết tổng trở tỉ lệ với khoảng cách tới điểm xảy cố, cho việc xác đònh vò trí cố Phương pháp phụ thuộc vào việc đo tần số công nghiệp thành phần tác động đến tần số điện nguồn… Do đó, mức độ xác phương pháp có giới hạn –[1] 59 Journal of Thu Dau Mot University, No 3(10) – 2013 Phương pháp truyền sóng: kó thuật sóng truyền xác không phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch, phụ tải thông số nguồn trước cố Đến có nhiều nghiên cứu dựa sở phương pháp truyền sóng Zeng Xiangjun et al [2], vò trí cố tính thời gian sóng đến đầu đường dây, V Šiožinys [3] xác đònh vò trí cố dựa vào khác biệt thời gian sóng phản xạ khúk  cn ,m (5) Hình 1: Mô hình đường dây hỗn hợp m cn 1,k   h  m  2k  cn ,m treân không cáp ngầm (6) m Giả thiết cố pha A chạm đất, g(m) lọc cao, h(m) lọc vò trí x = 8km tính từ đầu nhận Để xác đònh thấp vò trí cố biến đổi wavelet khử nhiễu bậc cao Chúng tách tín hiệu điện Phương trình (5) (6) thuật áp pha A đầu phát hình toán đa phân giải biến đổi wavelet rời rạc truyền thống Trong phép biến đổi Tín hiệu độ có này, giải thuật giảm mẫu sử dụng để nhiều tín hiệu bất thường Tuy nhiên, đối thực phép biến đổi Nghóa hai mẫu với toán xác đònh vò trí ngắn mạch giữ lại trình biến đổi Do có thông tin độ tần số đó, toàn chiều dài hàm f(t) giảm đònh có ý nghóa, đó, xem nửa sau phép biến đổi Do vậy, tín hiệu không cần thiết biến đổi tónh cần phải sử dụng kó nhiễu Với thuật toán để lọc nhiễu này, thuật tăng số mẫu, nghóa khoảng cách tín hiệu phản hồi từ vò trí ngắn mạch mẫu tăng lên gấp đôi sau bước xác đònh Giải thuật dựa Tỷ lệ cn+1,k cho –[5] hệ số tương quan có phép cn 1, k   h  l  cn ,k  2n l bieán đổi Wavelet với nhiều cấp phân giải (7) 1500 l Pha A hệ số hàm wavelet rời rạc laø n 500 Dien ap (V) n 1,k   g  l  cn ,k  l 1000 (8) - 500 l l chiều dài hữu hạn - 1000 - 1500 Kết tính toán 0.01 0.02 0.03 thoi gian (s) 0.04 0.05 0.06 Hình 2: Sóng điện áp pha A đầu nhận 3.1 Khảo sát đoạn cáp ngầm [4] cố xảy x = 8km tính từ đầu nhận Trong xử lí phân tích wavelet, sóng Trong phần này, kiểm chứng khả ứng dụng tính hiệu phương pháp biến đổi wevelet kết hợp khử nhiễu bậc cao cho mô hình đường dây kết hợp không cáp ngầm hình [4] Ở khảo sát phần cố xảy số vò trí đoạn cáp ngầm Các kết tính toán điện áp độ pha A hình phân tích thành hai nhóm nhóm hệ số xấp xỉ nhóm hệ số chi tiết Chúng ta sử dụng hệ số xấp xỉ cho việc nhận biết việc xảy ngắn mạch, sử dụng hệ số chi tiết để xác đònh vò trí điểm ngắn mạch với giải thuật sau đây: 61 Journal of Thu Dau Mot University, No 3(10) – 2013 Lan lap thu # - Ma tran tuong quan bac # - Khi phaùt có tượng ngắn 20 15 mạch, thành phần sóng điện áp pha bò 10 cố tách (hình 2.) thực He so wavelet biến đổi wavelet tónh sử dụng hàm sóng Daubechies, bậc biến đổi bậc (db4) Theo -5 -10 -15 thuật toán biến đổi wavelet tónh kết hợp -20 với lọc nhiễu bậc cao [5], pha A, chúng -25 0.02 0.0201 0.0202 - Thành lập ma trận tương quan Correlation từ ma trận hệ số chi tieát D1, D2, 20 He so wavelet D3, D4 Keát tạo thành ma trận CorreVới PD1  D12 ,  Corr12 , n giá trò bậc lặp Ban đầu PCorr cho n=1, sau tính toán ma trận ma trận tương quan hình đến hình Lan lap thu # - Ma tran tuong quan bac # 20 15 10 He so wavelet 0.0201 0.0202 xtinhtoan  l  -5 0.0205 thoi gian(s) 0.0206 0.0207 0.0208 0.0209 0.0205 thoi gian (s) 0.0206 0.0207 0.0208 0.021 v(t p  t p1 ) (9) Trong đó, l chiều dài đường dây, v tương quan bậc vận tốc truyền sóng Lan lap thu # - Ma tran tuong quan bac # Sai số giá trò tính toán giá trò 10 thực tế tính công thức sau: He so wavelet 0.0204 0.021 Hình 3: Xử lí lọc nhiễu với ma traän Saiso%  -5 -15 0.0201 0.0202 0.0203 0.0204 0.0205 thoi gian (s) 0.0206 0.0207 0.0208 0.0209 xtinhtoan  xthucte l 100 (10) Việc lấy thông tin từ đầu cuối xử lí dễ dàng xác hơn, tránh sai số thiết bò đồng thông tin từ hai đầu phương pháp phương trình Telegrapher -10 -20 0.02 0.0203 Hình cho thấy kết tín hiệu cuối sau qua giai đoạn khử nhiễu bậc cao Từ xác đònh hai thời điểm xuất xung xung phản hồi lại lần thứ hai tP1 tP2, tương ứng (trong hình tP1=0.020080s tP2=0.020260) Như vậy, vò trí xảy cố đường dây tính công thức sau: trò tham số n Với n=7, 0.0204 0.0209 10 tương quan sau đònh thời gian sóng phản xạ, cần tăng giá 0.0203 0.021 Hình 6: Xử lí lọc nhiễu với ma trận Trong ví dụ [4], để đủ tín hiệu xác 0.0202 0.0209 15 0.02 trí ngắn mạch, giá trò n tăng thêm 0.0201 0.0208 tương quan, kết chưa đủ để xác đònh vò -10 0.02 0.0207 Ma tran tuong quan cuoi cung 25 laàn 0.0205 0.0206 thoi gian (s) tương quan bậc số chi tiết D1, D2, D3, D4 0.0204 Hình 5: Xử lí lọc nhiễu với ma trận ta có hệ số xấp xỉ A1, A2, A3, A4 hệ lation 0.0203 0.021 Hình 4: Xử lí lọc nhiễu với ma trận tương quan bậc 62 Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 3(10) - 2013 Baûng 1: So sánh kết tính toán liệu [4] TT Nhà Bè trạm biến áp 220kV Tao Đàn, bao gồm đoạn đường dây không nối tiếp Vị trí ngắn mạch tính từ đầu nhận (km) Vị trí ngắn mạch tính tốn (km) Sai số (%) Sai số báo [4] (%) 7.9792 0.208 0.192 đường dây không kết hợp cáp ngầm 5.8 5.7906 0.094 1.038 220kV Nhà Bè – Tao Đàn phương 4.0124 0.124 1.120 pháp Wavelet có lọc nhiễu bậc cao đường 2.5 2.5077 0.077 1.643 trình bày baûng 0.9 0.9119 0.119 1.325 0.5 0.4560 0.440 0.301 đoạn cáp ngầm, có cấu trúc hình Kết tính toán mô cố Bảng 2: Kết tính toán đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn Kết thu cho thấy phương pháp STT Vị trí ngắn mạch tới đầu nhận (km) Vị trí ngắn mạch tính tốn (km) Sai số (%) thấp Đặc biệt, cố xảy khoảng 1.000 0.9575 0.4422 tuyến cáp ngầm phương pháp đạt 2.000 2.0062 0.0645 độ xác cao so với [4] Khi cố 2.700 2.6901 0.1030 xảy đoạn phía đầu cáp ngầm sai 4.000 4.0124 0.1290 số thu cao mức trung bình lúc 5.000 4.9699 0.3132 5.700 5.6994 0.0062 7.266 7.254 0.1249 7.766 7.8433 0.8043 8.766 8.7271 0.4047 áp dụng báo có sai số sóng phản xạ nhanh nên phương pháp Wavelet xử lí không đạt độ xác cố khoảng tuyến cáp 3.2 Khảo sát đường dây thực tế 220kV Kết luận Nhà Bè - Tao Đàn Việc áp dụng biến đổi wavelet với lọc nhiễu bậc cao để xác đònh xác vò trí cố đường dây truyền tải kết hợp không cáp ngầm áp dụng cho đường dây giả đònh [4] đường dây 200kV thực tế Nhà Bè – Tao Đàn cho thấy phương pháp đề nghò có độ xác cao so sánh với phương pháp truyền sóng truyền thống Đây kết mong Hình 7: Sơ đồ đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn muốn, có ý nghóa để áp dụng vào thực tế giúp cho việc nâng cao công tác quản lí vận Đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn hành hệ thống đường dây truyền tải truyền tải công suất từ trạm biến áp 500kV * FAULT LOCATION IN THE 220kV NHA BE - TAO DAN TRANSMISSION LINE USING WAVELET TRANSFORM Nguyen Xuan Binh(1), Vu Phan Tu(2) (1) Powe Engineering Consulting Joint Stock Company I (2) University Of Technology (VNU-HCM) 63 Journal of Thu Dau Mot University, No 3(10) – 2013 ABSTRACT Fault location identification of high-voltage transmission line, especially an over-head line combined with an underground power cable, is an important issue in power system operation In this paper, we study the application of wavelet transform to locate the fault position of combined high-voltage transmission line with underground power cable The components of the transient wave at one terminal of the faulted line are simulated by MATLAB Simulink These components will be analyzed into approximation and detail coefficients by using stationary wavelet transformation combined with high-degree noise reduction technique This approach gives the exact time of transient wave for traveling from fault position to the terminals of the lines To evaluate the applicability and effectiveness of this new approach, we have applied this method for a transmission line that combined with overhead line and underground cable in reference and the actual transmission line 220kV Nha Be - Tao Dan in Vietnam TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Heng-xu Ha, Bao-hui Zhang, and Zhi-lai Lv, ‚A Novel Principle of Single-Ended Fault Location Technique for EHV Transmission Lines,‛ Transactions on Power Delivery, vol 18, no 4, pp.1147-1151, October 2003 [2] Zeng Xiangjun; Li, K.K.; Liu Zhengyi; Yin Xianggen, ‚Fault Location Using Traveling Wave for Power Networks‛, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol 4, Oct 2004 [3] V Šiožinys, ‚Transmission Line Fault Distance Measurement based on Time Difference between Travelling Wave Reflection and Refraction‛, Electronics and Electrical Engineering, No 2(98), 2010 [4] El Sayed Tag El Din, Mohamed Mamdouh Abdel Aziz, Doaa khalil Ibrahim, Mahmoud Gilany, ‚Fault Location Scheme for Combined Overhead Line With Underground Power Cable‛, Electric Power Systems Research 76 (2006) [5] C.K Jung, J.B Lee, X.H Wang, Y.H Song, ‚Wavelet Based Noise Cancellation Technique for Fault Location on Underground Power Cables,‛ Electric Power Systems Research 77, pp.13491362, 2007 [6] M.da Silva, D.V Coury, M Oleskovicz, Eˆ.C Segatto, ‚Combined solution for fault location in three terminal lines based on wavelet transforms,‛ IET Gener Transm Distrib., Vol 4, Iss 1, pp 94–103, 2010 [7] Zhengyou He, Ling Fu, Sheng Lin, and Zhiqian Bo, ‚Fault Detection and Classification in EHV Transmission Line Based on Wavelet Singular Entropy,‛ IEEE Transactions on Power Delivery, vol 25, no 4, pp.2156-2163, October 2010 [8] Jamal Moshtagh R K Aggarwal, ‚A New Approach to Ungrounded Fault Location in A Three-Phase Underground Distribution System Using Combined Neural Networks & Wavelet Analysis‛, IEEE CCECE/CCGEI, Ottawa, May 2006 [9] C.K Jung , K.H Kim, J.B Lee and Bernd Klöckl, ‚Wavelet and Neuro-Fuzzy Based Fault Location for Combined Transmission Systems‛, International Journal of Electrical Power and Energy Systems, Vol.29, January 2007 [10] Kurt J Ferreira, and Alexander E Emanuel, ‚A Noninvasive Technique forFault Detection and Location‛, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol 25, No 4, October 2010 [11] Mahmoud Gilany, Doaa khalil Ibrhim, and El Sayed Tag Eldin, ‚Travelling-Wave-Based Fault-Location Scheme for Multiend-Aged Underground Cable System‛, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol 22, No 1, January 2007 64 ... pháp Wavelet xử lí không đạt độ xác cố khoảng tuyến cáp 3.2 Khảo sát đường dây thực tế 220kV Kết luận Nhà Bè - Tao Đàn Việc áp dụng biến đổi wavelet với lọc nhiễu bậc cao để xác đònh xác vò trí cố. .. sóng truyền thống Đây kết mong Hình 7: Sơ đồ đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn muốn, có ý nghóa để áp dụng vào thực tế giúp cho việc nâng cao công tác quản lí vận Đường dây 220kV Nhà Bè – Tao Đàn. .. cố đường dây truyền tải kết hợp không cáp ngầm áp dụng cho đường dây giả đònh [4] đường dây 200kV thực tế Nhà Bè – Tao Đàn cho thấy phương pháp đề nghò có độ xác cao so sánh với phương pháp truyền