BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM TRẦN VĂN DŨNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành Kỹ thuật điện Mã số ngành 60520202 TP HỒ CHÍ MINH[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
TRẦN VĂN DŨNG
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM LƯỚI
ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
-
TRẦN VĂN DŨNG
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CÁP NGẦM
LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 2 năm 2015
Trang 3CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT Họ và tên Chức danh Hội đồng
1 PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch
2 PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Phản biện 1
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
PGS.TS Nguyễn Thanh Phương
Trang 4TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP HCM, ngày … tháng… năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN VĂN DŨNG Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1983 Nơi sinh: Bến Tre
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1341830052
I- Tên đề tài:
Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Luận văn “Xác định vị trí sự cố cáp ngầm lưới điện truyền tải” có nội dung
chủ yếu:
Tầm quan trọng của luận văn
Phân loại và sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải
Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán vị trí sự cố và giá trị điện trở
tại điểm sự cố
Dùng phần mềm Matlab 2015 mô phỏng cho phương pháp đề xuất
Kết quả nghiên cứu của luận văn
III- Ngày giao nhiệm vụ: 26/5/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/11/2015
V- Cán bộ hướng dẫn:PGS TS TRƯƠNG VIỆT ANH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
PGS.TS Trương Việt Anh PGS.TS Nguyen Thanh Phuong
Trang 5LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016
TRẦN VĂN DŨNG
Trang 6LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Trương Việt Anh,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện luận văn
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường
Đại Học Công Nghệ TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất
nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này
Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên
tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này
Trần Văn Dũng
Trang 7TÓM TẮT
Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lưới truyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn Thời gian xác định vị trí ngắn mạch càng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bình thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện Vấn đề này đặt biệt hữu ích đối với các vùng có địa hình khó khăn hay các đường dây ngầm mà lưới điện truyền tải
đi qua khi hầu như không thể quang sát được bằng mắt thường
Để thực hiện nhiệm vụ xác định vị tr sự cố ngắn mạch trên lưới cáp ngầm truyền tải , nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đã có nhiều thiết bị xây ựng ựa trên các nghiên cứu này được chế tạo để xác định vị tr ngắn mạch cáp ngầm Thống
kê các nghiên cứu đã được thực hiện từ trước đến nay trong lĩnh vực phát hiện vị tr ngắn mạch được phân thành ba phương pháp ch nh đó là phương pháp bơm xung phản xạ vào đoạn cáp bị sự cố ngắn mạch th o các nghiên cứu trong và , phương pháp t nh toán vị tr ngắn mạch th o nghiên cứu trong , phương pháp ùng phân t ch sóng ng điện và điện áp tần số cao th o các nghiên cứu trong Các nghiên cứu trong và ch được thực hiện bằng các máy phát xung chuyên ụng có tần số cao và ch xác định được vị tr ngắn mạch sau khi đã cô lập lưới điện Điều này làm tăng thời gian mất điện, giảm chất lượng cung cấp điện và phải đầu tư khá lớn cho máy tạo xung công suất lớn, tần số cao và yêu cầu thiết bị
đo lường chất lượng tốt với tần số đo lớn rất mắc tiền Phương pháp được đề xuất trong 3 sử dụng phương pháp giải lặp nên sai số tính toán khá cao Các nghiên cứu trong - yêu cầu phải có các thiết bị đo tần số cao với độ phân giải lớn nên thiết
bị phải được thiết kế với yêu cầu kỹ thuật khắc kh làm tăng giá thành thiết bị
ua phân t ch về các giải thuật xác định vị tr ngắn mạch đã được thực thi, với
t nh chất thuần trở của điện trở hồ quang được kh ng định trong , luận văn đề xuất một phương pháp xác định vị tr ngắn mạch ựa trên phương pháp t ng trở kết hợp với đặc t nh thuần trở của điện trở ngắn mạch
Trang 8ABSTRACT
Fault location is very important in power network with the long distance of transmission lines Fault location time effect repair time of transmission power cables Reducing of fault location time mean increasing power quality of power grid Especially, full of obstacles and difficult of access topography area or underground cables, fault location approach is more useful when the sisual checking are impossible
There are some researchs on fault location matter in power cables were done recently There are three approach groups in this field The first is reflection wave,
w r known as tim omain r fl ctom try (TDR) for current and voltage source, the approach were representation in [1] and [2] The sencond is impedance-base approach, the approach used the characteristic of impedance in the power grid for calculation current and voltage in the power network for find short circuit point, this way was represented in [3] The last approach is wavelet analysis, this way base on traveling wave of transent stage of network when fault occur, was represented in [4-7] There are some limited conditions in the first and the third approachs when apply to power network for fault location The first approach was practise when fault section is isolation from power grid and they need the special device which can make high voltage pulses and sensitive sensors for receiving reflection wave This disadvantage increasing fault location time and the device cost is too high Impedance-base approach in [3] have less cost than the first approach but the accuracy is low The third approach no need special pulse maker as the first approach but they need the high accuracy, high frequency measurement equipment which is high cost
Base on the analyses of those fault location approachs as above, this thesis propose the new fault location approach base on impedance and arc resistor characteristic was proposed in [9] This appraoch no need the sensitive measurement equipment and more accuracy than impedance-base others
Trang 9MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
CHƯƠNG TỔNG QUAN 1
Đặt vấn đề 1
1.2 Nhiệm vụ của luận văn 2
1.3 Phạm vi nghiên cứu 3
Phương pháp nghiên cứu 3
5 Điểm mới của luận văn 3
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài 4
1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan 4
Phương pháp xung phản xạ 5
Phương pháp t ng trở 6
Phương pháp phân t ch sóng truyền 6
Hướng nghiên cứu của luận văn 7
CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
Hệ thống điện và các thành phần cơ bản của hệ thống điện 8
Hệ thống sản xuất điện năng 9
Hệ thống truyền tải điện năng 10
Hệ thống tiêu thụ điện năng 12
2.2 Cáp ngầm điện lực 12
2.2.1 So sánh giữa cáp ngầm điện lực và đường dây trên không 13
Ưu điểm của cáp ngầm điện lực 13
Nhược điểm của cáp ngầm điện lực 14
2.2.1.3 Xu thế phát triển của cáp ngầm điện lực hiên nay 15
Trang 102.2.2 Cấu tạo cáp ngầm điện lực 15
2.2.2.1 Nguyên tắc chung về thiết kế cáp ngầm điện lực 16
2.2.2.2 Vật liệu dẫn điện 16
2.2.2.3 Vật liệu cách điện 17
2.2.2.4 Vỏ bọc dây cáp ngầm điện lực (Sheaths) 20
5Màn ngăn sợi cáp ngầm điện lực (screening) 20
2.2.2.6 Vỏ thép bảo vệ 21
Ngắn mạch trong cáp ngầm điện lực 21
2.3.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm 21
Ngắn mạch một pha chạm đất 22
Ngắn mạch hai pha chạm đất 24
2.3.4 Ngắn mạch ba pha chạm đất 25
2.4 Nhận dạng các dạng ngắn dạng cáp ngầm điện lực 27
5 Hồ quang điện 27
5 Hiện tượng hồ quang điện 27
5 hái niệm chung 27
5 uá trình phát sinh hồ quang 28
2.5.1.3 Quá trình ập tắt hồ quang 29
5 Điện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch 30
CHƯƠNG : PHƯƠNG TRÌNH TINH TOÁN 32
3 T ng trở đường ây điện 32
3.1.3 T ng trở phụ tải ba pha 34
3.2 T nh toán điện trở ngắn mạch khi biết vị trí ngắn mạch 35
3.3 Phương pháp xác định vị trí ngắn mạch cáp ngầm được đề xuất 36
3.4 Lưu đồ và giải thuật t nh toán mô phỏng 37
Lưu đồ t nh toán cho chương trình ch nh 37
Lưu đồ chương trình con t nh toán vị tr và điện trở sự cố 39
CHƯƠNG : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 42
Mô hình hóa các khối trong lưới điện phân phối được mô phỏng 42
Trang 11hối nguồn phát điện 42
hối đường ây truyền tải 45
hối phụ tải 47
hối sự cố ngắn mạch 49
5 hối thu nhận và xử l t n hiệu 50
6 Mô hình lưới điện truyền tải được mô phỏng 51
4.1 ết nối các khối trong mạch mô phỏng 52
ết quả mô phỏng khi ự báo đúng phụ tải trên lưới điện truyền tải 53
Sự cố ngắn mạch pha a chạm đất 53
Sự cố ngắn mạch pha b chạm đất 55
Sự cố ngắn mạch pha c chạm đất 57
Sự cố ngắn mạch hai pha a b chạm đất 59
5 Sự cố ngắn mạch hai pha a c chạm đất 62
6 Sự cố ngắn mạch hai pha b c chạm đất 64
Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 66
Nhận xét 68
5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn 69
5 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn 70
TÀI LIỆ THAM HẢO 71
PHỤ LỤC 1
Trang 12DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình Mô hình minh họa cho hệ thống điện 9
Hình Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island tại bang Pennsylvania 9
Hình Thủy điện đak mi 10
Hình Đường dây 500KV bắc nam 11
Hình 5 L nấu thép bằng điện 12
Hình 6 Mặt cắt ngang một số cáp ngầm cách điện giấy tẩm dầu 18
Hình Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cáchđiện XLPE 19
Hình Cấu tạo cáp ngầm điện lực ùng cách điện EPR 20
Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 23
Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất 24
Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 25
Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất 25
Hình Dạng sóng ng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha 26
Hình Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha 26
Hình 5 ảng nhận biết loại sự cố ngắn mạch 27
Hình 3 1 Mô hình đường ây có t ng trở tương h 32
Hình Đường dây truyền tải có sự cố ngắn mạch chạm đất 35
Hình Lưu đồ chương trình t nh toán sự cố ngắn mạch 38
Hình Lưu đồ tính toán vị trí sự cố cho các chương trình con 41
Hình Mô hình nguồn điện áp cấp cho đường ây truyền tải 43
Hình Giao iện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha 43
Hình Mô hình đường ây truyền tải 45
Hình Giao iện xây ựng các thông số cho đường dây ba pha 46
Hình 5 Mô hình khối phụ tải 47
Hình 6 Giao iện xây ựng các thông số cho khối phụ tải 48
Hình Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố 50
Trang 13Hình Sơ đồ kết nối khối điều chế t n hiệu 51
Hình Sơ đồ đơn tuyến lưới điện cáp ngầm truyền tải cơ bản 52
Hình Sơ đồ mạch mô phỏng lưới điện gặp sự cố ngắn mạch 53
Hình ết quả mô phỏng ngắn mạch pha a chạm đất 55
Hình ết quả mô phỏng ngắn mạch pha b chạm đất 57
Hình ết quả mô phỏng ngắn mạch pha c chạm đất 59
Hình ết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha a b chạm đất 61
Hình 5 ết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha a c chạm đất 63
Hình 6 ết quả mô phỏng ngắn mạch hai pha b c chạm đất 65
Hình ết quả mô phỏng ngắn mạch ba pha chạm đất 67
Trang 14CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Trong tình hình phát triển hệ thống điện của việt nam hiện nay, việc ngầm hóa
hệ thống điện là yêu cầu cấp thiết khi cáp ngầm điện có những ưu điểm rất lớn mà các đường dây trên không không thể có được hay việc thi công lưới điện tại những nơi có địa hình khó khăn không thể ùng các đường ây trên không như lưới điện vượt biển, băng sông Việc ngầm hóa hệ thống điện năng đối với lưới điện truyền tải trong môi trường đô thị là một yêu cầu tất yếu khi chi phí xây dựng và giải phóng mặt bằng quá cao và việc đảm bảo toàn cho việc vận hành đường dây cao áp trên không cũng như của ân cư đông đúc bên ưới là rất khó khăn và tốn kém Hiện nay, việc ngầm hóa lưới điện truyền tải đang iễn ra nhanh chóng và ngày càng mở rộng Cùng với việc dùng cáp ngầm thay thế cho dây dẫn điện trên không đã nảy sinh yêu cầu đảm bảo yếu tố vận hành an toàn và hiệu quả đường dây cáp ngầm Không giống đường ây trên không, đường dây cáp ngầm khi bị sự cố thường rất khó để phát hiện vị trí sự cố o chúng được đặt ngầm trong đất hay ưới đáy biển nên không thể phát hiện bằng mắt thường
Do đó, yêu cầu cấp thiết được đặt ra đối với đường dây cáp ngầm là phải có một giải pháp hiệu quả để xác định nhanh vị trí ngắn mạch để có nhanh chóng tiến hành sửa chữa đoạn cáp bị ngắn mạch Trong quá trình vận hành, đường dây phân phối điện có thể gặp những sự cố ngắn mạch do sự rạn nứt cách điện sau một thời gian vận hành gây lão hóa cách điện, cũng có thể do trong quá trình xây dựng, cách điện bị rạn nứt mà không phát hiện ra, theo thời gian bị nước ngấm vào gây nên sự
cố Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ một phần tử nào trên đường ây, rơ l bảo vệ sẽ tác động tách toàn bộ các thiết bị và đường ây sau rơ l ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của nhánh bị sự cố lên các thành phần khác trên hệ thống điện Việc nhanh chóng xác định vị trí sự cố ngắn mạch rất quang trọng trong lưới truyền tải đặc trưng chiều dài truyền tải lớn Thời gian xác định vị trí ngắn mạch càng nhanh thì công tác chuẩn bị khắc phục sự cố để khôi phục hoạt động bình thường trên lưới càng nhanh chóng và thuận tiện