SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ KẾT HỢP ĐƯỜNG DÂY
5.1- Giới thiệu
Ngày nay, hệ thống đường dây truyền tải điện không chỉ có đường dây trên không mà còn có cả cáp ngầm. Do việc đô thị hóa ngày càng tăng, để đảm bảo về mặt mỹ quan cũng như bảo vệ hành lang an tòan lưới điện cao áp…, sử dụng hệ thống cáp ngầm truyền tải là thích hợp [33-38].
Hệ thống cáp ngầm là một trong những thành phần chính của một hệ thống điện hiện đại, nhất là trong các thành phố lớn vì nó có nhiều ưu điểm nổi bật so với hệ thống truyền tải điện trên không như: an toàn, hành lang chiếm diện tích đất ít, tạo vẽ mỹ quan cho thành phố… Bên cạnh những ưu điểm đó, thì các hệ thống cáp ngầm cũng có những hạn chế: Chi phí đầu tư lớn, thời gian thi công lâu, khả năng mang tải kém, một trong những nhược điểm lớn nhất của việc sử dụng cáp ngầm là khi xảy ra sự cố ngắn mạch thì rất khó khăn trong việc sửa chữa. Việc này, là do không xác định được vị trí ngắn mạch thuộc phân đoạn nào, nằm tại vị trí nào trên đường cáp ngầm. Đặc biệt, đối với đường dây trên không có kết hợp với cáp ngầm. Nếu giải quyết được bài toán xác định vị trí sự cố nhanh chóng chính xác, dễ dàng thì sẽ nâng cao được hiệu quả của việc sử dụng cáp ngầm trong thực tế.
5.2- Khảo sát đường dây cáp ngầm từ bài báo IEEE 5.2.1- Mô phỏng
Khảo sát đường dây cáp ngầm trong [10] có các thông số như Hình 5.1
Hình 5.1: Mô hình đường dây cáp ngầm bài báo IEEE
Mô phỏng bằng matlab-simulink
Hình 5.2: Mô phỏng đường dây cáp ngầm bài báo IEEE 5.2.2- Kết quả mô phỏng
5.2.2.1- Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A chạm đất, vị trí sự cố tính từ đầu nhận, cụ thể như sau:
Tại x = 8km
Hình 5.3: Điện áp đầu phát
Hình 5.4: Điện áp đầu nhận
Nhận xét:
Do ngắn mạch trên pha A nên điện áp tại đầu nhận của pha A dao động và giảm xuống sau khi ngắn mạch
Điện áp tại đầu phát bị dao động, sụt áp nhưng vẫn còn do tạo thành mạch kín với đất
Hình 5.5: Dòng điện đầu phát
Hình 5.6: Dòng điện đầu nhận
Nhận xét:
Do điện cảm trong cáp ngầm có giá trị không lớn nên thời gian quá độ của dòng điện đầu phát và nhận ngắn, dòng điện đầu nhận trên pha A dao động giảm.
Các sóng nhiễu quá độ dòng điện không rõ ràng hơn điện áp, khi có ngắn mạch xảy ra trên đường dây.
5.2.2.2- Các dạng sóng điện áp đầu phát khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau
Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A chạm đất, tại x= 6; 4; 2 và 1km, vị trí tính từ đầu nhận
Tại x = 6km
Hình 5.7: Điện áp đầu phát tại x= 6km
Tại x = 4km
Hình 5.8: Điện áp đầu phát tại x= 4km
Tại x = 2km
Hình 5.9: Điện áp đầu phát tại x= 2km
Tại x = 1km
Hình 5.10: Điện áp đầu phát tại x= 1km
Nhận xét:
Các dạng sóng thu được cho thấy gần như nhau
Tương tự như đường dây trên không, cũng có sự khác biệt về dao động trong quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau trong đường cáp ngầm, càng gần đầu phát sóng nhiễu quá độ càng rõ hơn.
5.2.2.3- Ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau Minh họa với ngắn mạch pha A, Rnm = 10
Bảng 5.1: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau
TT Vị trí ngắn mạch tính từ đầu nhận (km)
Vị trí ngắn mạch
tính toán (km) Sai số (%) Sai số bài báo [10] (%)
1 8 7.99504800 0.0619 0.192
2 5.8 5.77051280 0.5084 1.038
3 4 3.98918800 0.2703 1.12
4 2.5 2.49440250 0.2239 1.643
5 0.9 0.89761050 0.2655 1.325
6 0.5 0.49919000 0.1620 0.301
Nhận xét:
Từ bảng số liệu cho thấy sai số khỏang 0.5 %
Cho kết quả chính xác cao hơn bài báo đã tham khảo [10]
5.3- Đường dây trên không có kết hợp với cáp ngầm 110kV Tao Đàn- Trường Đua (dây nổi dài 1.802 km, cáp ngầm dài 4.614 km)
5.3.1- Mô phỏng
Hình 5.11: Mô hình đường dây 110 kV Tao Đàn-Trường Đua
Hình 5.12: Mô phỏng đường dây 110 kV Tao Đàn-Trường Đua 5.3.2- Kết quả mô phỏng
5.3.2.1- Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận Minh họa pha A chạm đất, vị trí sự cố tính từ đầu nhận
x = 4.614km (thuộc phần cáp ngầm)
Hình 5.13: Điện áp đầu phát
Hình 5.14: Điện áp đầu nhận
Hình 5.15: Dòng điện áp đầu phát
Hình 5.16: Dòng điện đầu nhận
Nhận xét:
Điện áp tại đầu phát dao động, sụt áp không đáng kể. Do vị trí ngắn mạch thuộc phần cáp ngầm, gần đầu nhận.
Điện áp tại đầu nhận dao động mạnh, sụt áp nặng tại pha A, pha B và pha C không bị ảnh hưởng nhiều.
Dòng điện có bị dao động nhưng không nhiều và không bị ngắt gián đoạn.
5.3.2.2- Các dạng sóng điện áp đầu phát và đần nhận tại các vị trí khác nhau
Minh họa cho chế độ ngắn mạch trên pha A, Rnm = 1 khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau vị trí ngắn mạch tính từ đầu nhận.
x = 2.307km (thuộc phần cáp ngầm)
Hình 5.17a: Điện áp đầu phát tại x= 2.307km
Hình 5.17b: Điện áp đầu nhận tại x= 2.307km
x = 4km (thuộc phần cáp ngầm)
Hình 5.18a: Điện áp đầu phát tại x= 4km
Hình 5.18b: Điện áp đầu nhận tại x= 4km
x = 5km (thuộc phần đường dây trên không)
Hình 5.19a: Điện áp đầu phát tại 5 km
Hình 5.19b: Điện áp đầu nhận tại x= 5km
x = 5.614km (thuộc phần đường dây trên không)
Hình 5.20a: Điện áp đầu phát tại x= 5.614km
Hình 5.20b: Điện áp đầu nhận tại x= 5.614km
Nhận xét:
Kết quả thu được cho thấy dạng sóng điện áp tương tự với đường dây trên không và đường dây cáp ngầm riêng lẻ đã khảo sát.
Biên độ của sóng điện áp tại đầu nhận dao động mạnh khi càng gần đọan cáp ngầm đầu nhận, và hiện tượng ngược lại của phần đường dây trên không, trong quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau trên đường cáp ngầm.
5.3.2.3- Ảnh hưởng của các ví trí ngắn mạch
Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A chạm đất, vị trí ngắn mạch tính từ điểm cuối đường cáp ngầm, Rnm = 1 bảng kết quả:
Bảng 5.2: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau
TT Vị trí ngắn mạch tới đầu
nhận (km) Vị trí ngắn mạch tính
toán (km) Sai số (%)
1 1.000 0.99557800 0.4422
2 2.307 2.29754130 0.4100
3 4.000 3.99588800 0.1028
4 4.614 4.60805717 0.1288
5 5.000 4.96061000 0.7878
6 5.614 5.58701912 0.4806
Nhận xét:
Tính toán được vị trí ngắn mạch đường dây truyền tải trên không có kết hợp với cáp ngầm, khá chính xác sai số khỏang 0.8%
5.3.2.4- Ảnh hưởng các loại ngắn mạch khác nhau
Bảng 5.3: dòng ngắn mạch theo tính toán của phần mềm Aspen Onliner 14.4 ĐƯỜNG DÂY + CÁP NGẦM TAO ĐÀN-TRƯỜNG ĐUA
Loại ngắn mạch Khoảng cách tính từ nguồn
N(1) N(2) N(3)
Dòng NM pha A
(A)
Dòng NM pha B
(A)
Dòng NM pha C
(A)
Dòng NM pha A
(A)
Dòng NM pha B
(A)
Dòng NM pha C
(A) DÂY NỔI 29850.2 29136.8 28311.6 23870.1 23870.1 23870.1
12.5% 29099.4 28554.8 27417.8 23293.8 23293.8 23293.8
25% 28409 28009.5 26600.7 22767.8 22767.8 22767.8 38% 27773.2 27499 25852.4 22287 22287 22287 50% 27187.1 27021.2 25166.2 21847.3 21847.3 21847.3 63% 26646.4 26574.4 24536.2 21445.1 21445.1 21445.1 75% 26147.1 26156.8 23957.2 21077.1 21077.1 21077.1 88% 25686 25766.9 23424.8 20740.8 20740.8 20740.8 CÁP NGẦM 25260.2 25403.2 22934.9 20433.6 20433.6 20433.6 50% 23225.2 23188 21061.2 19850.8 19850.8 19850.8 100% 21972.5 21890.1 20127.3 19380 19380 19380
Vị trí ngắn mạch tính từ điểm cuối đường cáp ngầm, Rnm = 1
Bảng 5.4: Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau
TT Vị trí ngắn mạch tới
đầu nhận (km) Loại ngắn
mạch Vị trí ngắn mạch tính
toán (km) Sai số (%)
1 1.000
N(1) 0.99557800 0.4422
N(2) 0.99557800 0.4422
N(3) 0.99557800 0.4422
2 2.307
N(1) 2.30462840 0.1028
N(2) 2.30462840 0.1028
N(3) 2.30462840 0.1028
3 4.614
N(1) 4.57765091 0.7878
N(2) 4.57765091 0.7878
N(3) 4.57765091 0.7878
4 5.000
N(1) 4.99169500 0.1661
N(2) 4.99169500 0.1661
N(3) 4.99169500 0.1661
5 5.614
N(1) 5.59042120 0.4200
N(2) 5.59042120 0.4200
N(3) 5.59042120 0.4200
Nhận xét: Kết quả tính toán cũng không phụ thuộc vào các loại ngắn mạch 5.4- Đường dây cáp ngầm 110kV Tao Đàn-Thị Nghè (dài 2.55 km) 5.4.1- Mô phỏng
Sử dụng Matlab Simulink 2016 mô phỏng cáp ngầm Tao Đàn-Thị Nghè như sau:
Hình 5.21: Mô phỏng đường dây 110 kV Tao Đàn-Thị Nghè
Hình 5.22: Thông số đường dây Tao Đàn-Thị Nghè
5.4.2- Kết quả mô phỏng
5.4.2.1- Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận Minh họa pha A chạm đất, vị trí sự cố tính từ đầu nhận
x = 1km
Hình 5.23: Điện áp đầu phát
Hình 5.24: Điện áp đầu nhận
Hình 5.25: Dòng điện áp đầu phát
Hình 5.26: Dòng điện đầu nhận
Nhận xét:
Điện áp tại đầu phát có sự dao động, tuy nhiên sụt áp không đáng kể khi có ngắn mạch xảy ra tại pha A.
Điện áp tại đầu nhận dao động, sụt áp xảy ra tại pha A; pha B và
pha C có dao động nhẹ.
Tại đầu phát, khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện tại pha A rất lớn trong giai đoạn quá độ và ổn định trong vài chu kỳ sau đó. Dòng điện tại pha B và pha C tăng.
Tại đầu nhận, khi ngắn mạch pha A, dòng điện ≈ 0, pha B và pha C có xảy ra dao động (tăng so với trước khi xảy ra ngắn mạch).
5.4.2.2- Các dạng sóng điện áp đầu phát và đần nhận tại các vị trí khác nhau
Minh họa cho chế độ ngắn mạch trên pha A, Rnm = 0.1 khi xảy ra ngắn mạch tại các vị trí khác nhau (vị trí ngắn mạch tính từ đầu nhận).
x = 1.5 km
Hình 5.27: Điện áp đầu phát
Hình 5.28: Điện áp đầu nhận
Hình 5.29: Dòng điện tại đầu phát
Hình 5.30: Dòng điện tại đầu nhận
x = 2.55 km
Hình 5.31: Điện áp đầu phát
Hình 5.32: Điện áp đầu nhận
Hình 5.33: Dòng điện đầu phát
Hình 5.34: Dòng điện đầu nhận
Nhận xét: Do đặc thù tại TP. HCM các đoạn cáp ngầm có chiều dài ngắn nên kết quả các dạng sóng điện áp và dòng điện thu được tại các vị trí khác nhau không có sự khác biệt nhiều.
5.4.2.3- Ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch
Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A chạm đất, vị trí ngắn mạch tính từ điểm cuối đường cáp ngầm, Rnm = 0,1Ω, đồng thời sử dụng phần mềm simulink mô phỏng relay khoảng cách tát động khi xảy ra sự cố để xác định vị trí; phần mềm Aspen Onliner để tính toán dòng ngắn mạch:
Hình 5.35: Mô phỏng có xét thêm tác động của relay bảo vệ
Bảng 5.5: Kết quả ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác nhau-cáp ngầm
TT Vị trí ngắn mạch tới đầu
nhận (km) Vị trí ngắn mạch tính
toán (km) Sai số (%)
1 1.000 0.98658 1.3422
2 1.500 1.48035 1.3100
3 2.550 2.52698 0.9028
Nhận xét:
Do chiều dài của đoạn cáp ngầm tương đối ngắn (chỉ có 2.55 km) nên kết quả tính toán có sai số trên 1%, trong thực tế có thể lớn hơn. Do đó, đối với các đoạn cáp ngầm có chiều dài ngắn, để đảm bảo xác định vị trí sự cố chính xác cần sử dụng mô hình phù hợp hơn.
5.4.2.4- Ảnh hưởng các loại ngắn mạch khác nhau
Vị trí ngắn mạch tính từ điểm cuối đường cáp ngầm, Rnm = 0.1Ω
x = 1 km
Ngắn mạch 3 pha đối xứng:
Hình 5.36: Điện áp tại đầu phát
Hình 5.37: Điện áp tại đầu nhận
Hình 5.38: Dòng điện tại đầu phát
Hình 5.39: Dòng điện tại đầu nhận
Bảng 5.6: Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác nhau-cáp ngầm
TT Vị trí ngắn mạch
tới đầu nhận (km) Loại ngắn
mạch Vị trí ngắn mạch tính
toán (km) Sai số (%)
1 1.000
N(1) 0.98658 1.3422
N(2) 0.98658 1.3422
N(3) 0.98658 1.3422
2 1.500
N(1) 1.48035 1.3100
N(2) 1.48035 1.3100
N(3) 1.48035 1.3100
3 2.550
N(1) 2.52698 0.9028
N(2) 2.52698 0.9028
N(3) 2.52698 0.9028
Nhận xét: Kết quả tính toán cũng không phụ thuộc vào các loại ngắn mạch, tuy nhiên, đối với các đường dây cáp ngầm ngắn sai số > 1%.