Xây dựng giải pháp xử lý tín hiệu sóng lan truyền trên đường dây để định vị sự cố ngắn mạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN BÁ VĂN TRƯỜNG XÂY DỰNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU SĨNG LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ NGẮN MẠCH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TSKH TRẦN HOÀI LINH Hà Nội – Năm 2014 Mở đầu MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài 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 Khi xảy cố phần tử đường dây, bảo vệ rơle 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 Sự cố đường dây xảy thời điểm nào, vị trí nhiều lý gây nên Các cố địi hỏi phải lập nhanh tốt để đảm bảo ổn định hệ thống hạn chế tác hại dòng ngắn mạch, hồ quang điểm cố… Song song với q trình lập cố việc xác định xác vị trí điểm cố quan trọng, giúp giảm bớt nhân cơng cần thiết để tìm điểm cố đường dây trường hợp cố trì, giúp nhanh chóng thay thế, sửa chữa thiết bị bị hư hỏng nhanh chóng phục hồi cấp điện trở lại 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 Đề tài nghiên cứu định vị sóng lan truyền đường dây tải điện đề tài mang tính cấp thiết quan trọng với mong muốn áp dụng vào thực tế nhằm giúp người định vị xác điểm cố làm giảm thời gian tìm kiếm nhân cơng trực tiếp Lý chọn đề tài Có nhiều phương pháp sử dụng để xác định điểm cố, tùytheo đối tượng đường dây truyền tải hay xuất tuyến lưới phân phối đường cáp Đối với đường dây truyền tải, rơle bảo vệ khoảng cách công cụ vừa làm - - Mở đầu nhiệm vụ bảo vệ, phát cố vừa định vị vị trí điểm cố đường dây Tuy nhiên rơle khoảng cách có kết định vị điểm cố thường bị sai lệch bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Trong nhiều trường hợp sai số lên tới hàng chục km điều gây khó khăn cho cơng tác khắc phục sau cố Xuất phát từ thực tế với mong muốn tìm hiểu nghiên cứu để tìm giải pháp tốt cho nhiệm vụ phát cố đường dây, giúp đỡ quan tâm tận tình Thầy giáo PGS TSKH Trần Hoài Linh em chọn nhận Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ với đề tài “Xây dựng giải pháp xử lý tín hiệu sóng lan truyền đường dây để định vị cố ngắn mạch” Mục tiêu nghiên cứu Rơ-le khoảng cách với thuật toán dùng tổng trở đo đầu đường dây cho phép xác định khoảng cách từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến vị trí xảy cố tính tốn cách xác Các rơle khoảng cách cung cấp thông tin vùng xảy cố với độ xác định điểm xảy cố, sai số vị trí cố thay đổi tùy theo trường hợp cụ thể (ví dụ việc xác định vị trí cố từ rơle khoảng cách có độ xác thống kê khoảng từ đến 5%) Mặt khác, thực tế đường dây truyền tải thường tương đối dài phân bố địa hình địa lý khác nhau, cố xảy lý phải từ vài phút đến vài để khắc phục cố, dẫn đến việc tìm kiếm xử lý cố cịn gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên rơle khoảng cách hoạt động dựa tín hiệu đo lường đầu, kết định vị điểm cố thường bị sai lệch bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Trong nhiều trường hợp sai số lên tới hàng chục km điều gây khó khăn cho cơng tác khắc phục sau cố Có thể cải thiện độ xác rơ-le tổng trở dựa việc sử dụng phối hợp rơ-le hai đầu đường dây, nhiên ta cần có đồng cao mặt thời gian hai thiết bị đo Phương pháp dựa sở phát xung điện áp dòng điện tạo thời điểm cố phải dựa so sánh chênh lệch thời điểm sóng - - Mở đầu lan tới hai đầu đường dây Nếu hai đồng hồ hai thiết bị hai đầu lệch 1 s (đây sai số thường gặp đồng hồ GPS hay dùng đồng thời gian thiết bị hai đầu) sai số vị trí 150m Hiện phương pháp quan tâm phát triển giải pháp dựa việc phân tích sóng phản hồi ta chủ động phát xung điện áp vào đầu đường dây bị cố, hay gọi phương pháp TDR - Time Domain Reflectometry Ý tưởng phương pháp sử dụng mạch phát xung (điện áp/dòng điện) vào đầu đường dây bị cố Về lý thuyết ta phát xung đường dây đóng điện, nhiên người ta thường dùng phương pháp sau thiết bị bảo vệ tác động cắt nguồn điện đường dây Sau có xung phát vào đường dây, ta tiến hành ghi lại tín hiệu phản hồi Dựa việc phân tích tín hiệu phản hồi mà ta xác định vị trí số thông số đường dây, điểm cố tải cuối đường dây Phương pháp có nhiều lợi điểm so với phương pháp tổng trở hay phát xung cố sử dụng thiết bị đầu nên không cần phải đồng thời gian Thời gian sóng phản hồi dài gấp đôi (do cần lan truyền thuận trước phản hồi ngược trở lại) nên sai lệch tương đối thời gian nhỏ Từ thực tế đó, luận văn sâu vào nghiên cứu phương pháp định vị điểm cố dựa giải pháp TDR Luận văn đề xuất việc sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mơ tín hiệu sóng lan truyền đường dây, đồng thời sử dụng phương pháp wavelet để xác định thời điểm sóng phản hồi quay trở lại đến đầu đường dây Các tham số q trình q độ tín hiệu ước lượng phương pháp bình phương cực tiểu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài nghiên cứu giải pháp định vị cố từ sóng lan truyền đường dây tải điện phương pháp xây dựng mơ hình mơ Matlab từ đánh giá xác khả phát triển đề tài - - Mở đầu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng phần mềm Matlab mô số trường hợp cố ngắn mạch với thông số khác tải đường dây truyền tải điện để tạo liệu mẫu cho trình nghiên cứu Lập trình thuật tốn phân tích xử lý tín hiệu cơng cụ mạnh Wavelet, để xây dựng mơ hình xác định vị trí cố, điện trở cố thông sổ tải cuối đường dây truyền tải Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học Sử dụng mơ hình Matlab – Simulink để thử nghiệm phương pháp tương đối xác việc xác định cố đường dây tải điện 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Bài toán xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện có ứng dụng thực tế rộng rãi Phương pháp luận án góp phần bổ sung số lượng giải pháp để tạo điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế dễ dàng Phương pháp yêu cầu sử dụng tín hiệu dòng điện điện áp đo lường đầu đường dây truyền tải điện, nên khâu đo lường thu thập số liệu đơn giản, tính kinh tế cao - - Chương 1: Giới thiệu chung CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Trong chương trình bày nhiệm vụ định vị cố đường dây tải điện, ý nghĩa số phương pháp Đồng thời trình bày phương pháp xử lý tín hiệu sóng lan truyền để xác định vị trí thơng số cố tải 1.1 Ý nghĩa việc định vị xác điểm cố đường dây tải điện Việc xác định xác điểm cố đường dây tải điện mang ý nghĩa quan trọng quản lý vận hành Thực tế vận hành, đa số đường dây truyền tải thường qua khu vực dân cư đồi núi cao hiểm trở Định vị cố giúp phát nhanh điểm cố, kể với cố thoáng qua cố trì  Sự cố thống qua khơng gây thiệt hại nghiêm trọng, khắc phục thơng qua tự động đóng lại Tuy nhiên xác định sớm nhanh chóng điểm bị hư hỏng giúp ngăn ngừa cố xảy  Với cố vĩnh cửu, việc khơng tìm xác điểm cố để khắc phục mang lại nhiều điều phức tạp, hao tốn nhân lực, tốn tài chính, quan trọng ngừng cung cấp điện thời gian dài, gây điện khu vực rộng lớn  Việc xác định nhanh chóng, xác điểm cố giảm thiểu đượcthời gian, công sức giảm thiểu tối đa thiệt hại điện gây phụ tải quan trọng Các vấn đề nâng cao độ xác định vị cố nghiên cứu nhiều năm hầu hết tập trung vào nghiên cứu áp dụng lưới truyền tải Lưới truyền tải quan tâm mức độ ảnh hưởng tới hệ thống lớn hơn, trang thiết bị bảo vệ điều khiển đại hơn, đồng thời thời gian địi hỏi để tìm kiếm cố kéo dài so với lưới phân phối Hiện đường dây - - Chương 1: Giới thiệu chung tải điện với cấp điện áp từ 220 kV trở lên thường trang bị bảo vệ bảo vệ khoảng cách bảo vệ so lệch dọc đường dây Thực tế cho thấy chức định vị điểm cố rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với mức sai số tương đối lớn (có thể tới hàng chục km) Do phương pháp để định vị cố đường dây truyền tải đề tài quan tâm nghiên cứu phát triển 1.2 Tổng quan phương pháp định vị cố đường dây tải điện Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật ngày có nhiều phương pháp định vị cố đề xuất áp dụng đường dây truyền tải điện, phương pháp có ưu nhược điểm riêng có phạm vi áp dụng định tùy theo sở hạ tầng sẵn có trạm đuờng dây, sơ lược thấy có phương pháp định vị sau đây:  Định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía đường dây  Định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây  Định vị cố dựa tượng sóng lan truyền (travelling wave) 1.3 Phương pháp định vị cố dựa tín hiệu đo lường từ phía 1.3.1 Nguyên lý làm việc Các rơle bảo vệ khoảng cách sử dụng phổ biến hoạt động theo nguyên lý tổng trở thấp (Z