Hệ thống nhận dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện sử dụng mạng thần kinh nhân tạo áp dụng trong công ty truyền tải điện 4

VUI LÒNG LIÊN HỆ SỐ ZALO 0353764719 ĐỂ MUA TRỰC TIẾP TÀI LIỆU VỚI GIÁ ƯU ĐÃI , GIẢM GIÁ TỪ 20_60% TÙY TÀI LIỆU. Xin cám ơn VUI LÒNG LIÊN HỆ SỐ ZALO 0353764719 ĐỂ MUA TRỰC TIẾP TÀI LIỆU VỚI GIÁ ƯU ĐÃI , GIẢM GIÁ TỪ 20_60% TÙY TÀI LIỆU. Xin cám ơn

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN VĂN TÂM

HỆ THỐNG NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO ÁP DỤNG TRONG CÔNG TY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 4

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Mã chuyên ngành: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp và Công ty Truyền tải điện 4 tại TP Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Nguyễn Tấn Lũy

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 26 tháng 04 năm 2019

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 TS Mai Thăng Long - Chủ tịch Hội đồng

2 TS Phạm Công Thành - Phản biện 1

3 TS Nguyễn Ngọc Sơn - Phản biện 2

4 TS Nguyễn Trọng Tài - Ủy viên

5 TS Trần Minh Chính - Thư ký

CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1976 Nơi sinh : tỉnh Bình Định

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã chuyên ngành : 60520203

I TÊN ĐỀ TÀI:

Hệ thống nhận dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện sử dụng mạng thần kinh nhân tạo áp dụng trong Công ty Truyền tải điện 4

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Tìm hiểu những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước các phương pháp nhận dạng sự cố

- Thiết kế xây dựng giải thuật cho thuật toán nhận dạng dùng mạng nơ – ron để phát hiện sự cố, định vị vị trí xảy ra sự cố đối với cụm lưới điện 220kV thực tế đang vận hành với qui mô lưới điện khảo sát cấp nguồn từ 5 nguồn phát, 11 thanh cái và 12 đường dây ngắn và dài

- Ứng dụng phần mềm chuyên dụng EMTP để phân tích lưới và tạo mẫu huấn luyện cho mạng nơ – ron

- Xây dựng hệ thống kiểm chứng kết quả nhận dạng sự cố

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định số 2057/QĐ-ĐHCN ngày

02/10/2018 về việc giao đề tài và cử người hướng dẫn luận văn thạc sĩ của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/04/2019

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Tấn Lũy

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian và quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ với một sự thử thách lớn, đòi hỏi sự kiên trì và tập trung cao độ Tôi thực sự vinh hạnh với kết quả đạt được trong

đề tài nghiên cứu của mình Những kết quả đạt được không chỉ bởi nỗ lực cá nhân,

mà còn bởi sự hỗ trợ và giúp đỡ của các thầy hướng dẫn, nhà trường, bộ môn, đồng nghiệp và gia đình Tôi muốn bày tỏ tình cảm của mình đến với họ Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Tấn Lũy đã quan tâm hướng dẫn và giúp đỡ tôi tận tình, không quản khó khăn trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa Công nghệ Điện tử, phòng Quản lý Sau Đại học, Lãnh đạo Trường Đại học Công nghiệp, Lãnh đạo Công ty Truyền tải điện 4, Thạc sĩ Vũ Đức Quang thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển_Công ty

CP Tư vấn Xây dựng điện 2 đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Công nghệ Điện

tử – Trường Đại học Công nghiệp đã hỗ trợ về mặt tinh thần, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả những người bạn của tôi, những người luôn chia sẻ và cận kề tôi trong những lúc khó khăn Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đối với người thân, gia đình

đã luôn bên cạnh ủng hộ, giúp đỡ tôi suốt chặng đường học tập vừa qua

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hệ thống lưới điện truyền tải (HTĐ) đóng vai trò như là xương sống và rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia, nó là một trong những cơ sở hạ tầng liên quan đến an ninh quốc gia và mang tính quyết định quan trọng của nền kinh tế quốc dân Do sự phát triển kinh tế và các áp lực về cung cấp điện làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành nên HTĐ cần được vận hành ổn định, tin cậy Hiện nay, các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra, đặc biệt cần tránh tối đa sự cố tan rã lưới điện cao

áp, siêu cao áp Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới với những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này Việt Nam không loại trừ vấn đề này từ sự cố đường dây 500kV Di Linh – Tân Định vào ngày 22/5/2013 gây rã lưới toàn bộ lưới điện khu vực miền Nam Chính vì vậy, đề tài này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu nhận dạng loại sự cố và định vị điểm xảy ra sự cố chính xác nhất có thể trên đường dây truyền tải điện nhằm mục đích phát hiện, cách ly và xác định chính xác vị trí sự cố càng nhanh càng tốt, giúp cho việc khắc phục sự cố nhanh, khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải

Đề tài nghiên cứu và phát triển một phương pháp sử dụng mạng thần kinh nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) với giải thuật Levenberg-Marquardt (Trainlm) huấn luyện cho mạng thần kinh nhân tạo, kết hợp ứng dụng phần mềm chuyên dụng EMTP dựa trên các số liệu vận hành thực tế trên lưới điện truyền tải để mô phỏng

và tạo tập mẫu tin cậy để nhận dạng chính xác và gần với thực tế nhất

Việc nghiên cứu đề tài góp phần phát triển phương pháp nhận dạng mới và đặc biệt tính hiệu quả trong xác định vị trí sự cố trên lưới điện so với khả năng định vị sự cố của các rơ le truyền thống hiện nay Góp phần đảm bảo an toàn, tin cậy cho vận hành của lưới truyền tải điện quốc gia, đảm bảo truyền tải điện an toàn, ổn định cho các hoạt động kinh tế, chính trị, xã hội, an ninh, quốc phòng và thị trường điện Việt Nam

ABSTRACT

The transmission grid system acts as a backbone and is very important for the development of each country, it is one of the national security and infrastructure related important decision of the national economy Because the economic development and the pressure of power supply making the power system become more and more large in scale and complicated in design and operation calculations, the power system should be operated stably and reliably Currently, power systems are very "sensitive" to possible incidents, especially to avoid the disintegration of high-voltage and super-high-voltage power grids Some recent incidents of disbanding in the world with great consequences are vivid examples of this thesis Vietnam does not exclude this problem from the incident of 500kV Di Linh - Tan Dinh line on May 22, 2013, disrupting the entire grid of the southern region Therefore, this topic mainly focuses on identifying the type of incident and locating the point of incident occurrence as accurately as possible on the transmission line in order to detect, isolate and identify locate the incident as quickly as possible, help to solve the problem quickly, restore the normal working mode of the electrical system, reduce economic losses and improve the reliability of power supply for load

The research and development of a method of using artificial neural network MLP (MultiLayer Perceptron) with Levenberg-Marquardt algorithm (Trainlm) training for artificial neural networks, combining application of specialized EMTP software based on the actual operation data on the transmission grid to simulate and create a reliable sample set to accurately identify and close to reality

The research of this topic contributes to the development of new identification methods and especially the effectiveness in determining the location of incidents on the grid compared with the ability to locate incidents of the traditional relays Contributing to ensuring the safety and reliability of the operation of the national power transmission network, ensuring safe and stable transmission of electricity for economic, political, social, security, defense and urban activities Vietnamese electricity market

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiên cứu, số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được 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 được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo, các trang web và thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

Nguyễn Văn Tâm

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 4

1.2 Các nghiên cứu trước đây 4

1.2.1 Phương pháp mạng nơ - ron nhân tạo để bảo vệ khoảng cách cho đường dây truyền tải 4

1.2.2 Thuật toán mạng nơ - ron cải tiến cho việc phân loại sự cố trên đường dây truyền tải 5

1.2.3 Phương pháp Nơ - ron mờ (Fuzzy neural) để phân loại sự cố cho bảo vệ đường dây truyền tải 6

1.2.4 Áp dụng nhận dạng mẫu trong bảo vệ khoảng cách 7

1.2.5 Xác định vị trí sự cố trong hệ thống điện bằng phương pháp nhận dạng mẫu 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Hệ thống điện và khái niệm bảo vệ rơle 10

2.2 Các dạng sự cố thường gặp trong hệ thống lưới điện truyền tải, hạn chế của các rơle chỉ vị trí sự cố 14

2.2.1 Rơle truyền thống bảo vệ cho đường dây truyền tải 26

2.3 Các dạng rơle bảo vệ 28

2.3.1 Bảo vệ dòng điện cực đại (kí hiệu 51) 28

2.3.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh (kí hiệu 50) 29

2.3.3 Bảo vệ khoảng cách (kí hiệu 21) 29

2.3.4 Bảo vệ dòng có hướng (kí hiệu 67) 30

2.3.5 Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (kí hiệu 46) 30

2.3.6 Bảo vệ quá nhiệt (kí hiệu 49) 30

2.3.7 Bảo vệ tự động đóng trở lại (kí hiệu 79) 31

2.3.8 Bảo vệ tần số cao và vô tuyến (kí hiệu 85) 31

2.3.9 Bảo vệ so lệch dòng điện (kí hiệu 87) 31

2.4 Các khái niệm cơ bản về nhận dạng mẫu 32

2.4.1 Chức năng hệ thống nhận dạng mẫu 32

2.4.1.1 Phương pháp thống kê (Statistical approach) 33

2.4.1.2 Phương pháp tiếp cận cú pháp (Syntactic approach) 33

2.4.1.3 Phương pháp mẫu phù hợp (Template matching) 34

2.4.1.4 Phương pháp mạng nơ – ron 35

2.4.2 Mẫu huấn luyện và mẫu kiểm tra 36

2.4.2.1 Mẫu huấn luyện 36

2.4.2.2 Mẫu kiểm tra 37

2.4.3 Thông số đặc trưng của mẫu thuộc phạm vi nghiên cứu của đề tài 37

2.5 Mạng nơ - ron 38

2.5.1 Cấu tạo mạng nơ – ron đa lớp (Multilayer Perceptron) 38

2.5.2 Học tập không có giám sát 45

2.5.3 Học tập có giám sát 47

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 49

3.2 Phân tích và thiết kế mạng thần kinh nhân tạo 49

3.2.1 Thuật toán mạng nơ - ron 49

3.2.2 Thiết kế mạng nơ – ron 57

3.2.2.1 Giới thiệu hệ thống lưới điện truyền tải do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành 57

3.2.2.2 Phân tích nguồn và phụ tải để chạy chương trình mô phỏng EMTP 58

3.2.3 Tập dữ liệu huấn luyện và mục tiêu 63

3.2.4 Huấn luyện mạng bằng phần mềm Matlab 66

3.2.5 Giải pháp phần cứng đề xuất 67

CHƯƠNG 4 NHẬN DẠNG VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY 68

4.1 Kết quả huấn luyện 69

4.2 Nhận xét kết quả 69

4.3 Kiểm tra nhận dạng sự cố trên đường dây 75

4.4 Ứng dụng chương trình nhận dạng trên Matlab GUI (Graphical User Interface) để thao tác 92

4.5 Tóm tắt 97

4.5.1 Áp dụng kết quả nghiên cứu 97

4.5.1.1 Nhiệm vụ và kết quả đạt được 97

4.5.1.2 Hướng phát triển của luận văn 98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

1 Kết luận 99

2 Kiến nghị 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

PHỤ LỤC 1: Kết quả nhận dạng sự cố tại 10 vị trí khảo sát trên đường dây 220kV Cát Lái – Thủ Đức 103

PHỤ LỤC 2: Sơ lược về phần mềm EMTP và các kết quả chạy trào lưu công suất, mô phỏng ngắn mạch đường dây truyền tải điện 136

PHỤ LỤC 3: Đoạn chương trình lập trình trên ứng dụng GUI 145

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 156

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Một cụm hệ thống điện khu vực phía nam do Cty Truyền tải điện 4 quản lý

vận hành 11

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống rơle bảo vệ hiện hữu tại 1 trạm biến áp 220kV do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành 12

Hình 2.3 Sơ đồ 1 sợi cấu hình hệ thống rơle bảo vệ cơ bản của một đường dây 220kV hiện nay 13

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý xác định vị trí sự cố dựa vào tính toán tổng trở cho đường dây 1 nguồn cấp 15

Hình 2.5 Đặc tính tác động loại MhO của rơle F21 và điểm làm việc của rơle 16

Hình 2.6 Đường dây truyền tải với các thiết bị phát hiện sự cố, đo lường và điều khiển 26

Hình 2.7 Ví dụ các dấu hiệu mô tả theo phân tích cú pháp 34

Hình 2.8 Minh hoạ cho phương pháp nhận dạng mẫu phù hợp 34

Hình 2.9 Ví dụ cho mạng nơ–ron (mạng thần kinh truyền thẳng nhiều lớp) 35

Hình 2.10 Minh hoạ cho một nơ – ron 38

Hình 2.11 Mô hình của một nơ – ron 39

Hình 2.12 Hàm ngưỡng 40

Hình 2.13 Hàm tuyến tính 40

Hình 2.14 Hàm logistic (sigmoid) 41

Hình 2.15 (a) Cấu trúc mạng MLP bắt chước (b) cấu trúc của một hệ thống thần kinh đơn giản 42

Hình 2.16 Cấu trúc mạng nơ – ron nhiều lớp MLP 43

Hình 2.17 Giai đoạn khởi tạo của học tập không có giám sát 46

Hình 2.18 Giai đoạn ổn định của học tập không có giám sát 47

Hình 2.19 Học tập có giám sát 48

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán huấn luyện mạng đa lớp với phương pháp TRAINLM 52

Hình 3.2 Huấn luyện mạng nơ-ron bằng giải thuật Levenberg-Marquardt 53

Hình 3.4 Biểu đồ hồi qui sau khi huấn luyện mạng nơ – ron 55

Hình 3.5 Sơ đồ một cụm khu vực lưới điện 220kV thực tế do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành 57

Hình 3.6 Sơ đồ phân bố công suất giữa các nút điện áp 61

Hình 3.7 Thông số tải của đường dây 220kV Cát Lái – Thủ Đức sau khi chạy phân bố công suất 62

Hình 3.8 Sơ đồ phần cứng đề xuất cho rơle bảo vệ 67

Hình 4.1 Cấu trúc tổng quát mạng nơ - ron lựa chọn 71

Hình 4.2 Kết quả huấn luyện mạng nơ- ron với 23 nút ẩn 72

Hình 4.3 Biểu đồ hiệu suất đánh giá 73

Hình 4.4 Biểu đồ kết quả độ dốc 73

Hình 4.5 Biểu đồ sai số 74

Hình 4.6 Biểu đồ hồi qui 75

Hình 4.7 Đồ thị kết quả nhận dạng 8 dạng sự cố (50% tải) 86

Hình 4.8 Đồ thị kết quả nhận dạng 8 dạng sự cố (100% tải) 87

Hình 4.9 Đồ thị kết quả nhận dạng 8 dạng sự cố (120% tải) 88

Hình 4.10 Đồ thị sai số vị trí sự cố AN (50% tải) 89

Hình 4.11 Đồ thị sai số vị trí sự cố AN (100% tải) 90

Hình 4.12 Đồ thị sai số vị trí sự cố AN (120% tải) 91

Hình 4.13 Giao diện thao tác khởi động GUI 92

Hình 4.14 Giao diện thao tác các chế độ tay và tự động, hiển thị kết quả khi chạy chương trình kiểm chứng 93

Hình 4.15 Giao diện hiển thị kết quả khi chạy chế độ tay 94

Hình 4.16 Giao diện hiển thị kết quả khi chạy chế tự động 95

Hình 4.17 Sơ đồ tổng quát hệ thống @Station 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thống kê một số sự cố năm 2017, 2018 và sai lệch của chức năng xác định vị

trí sự cố trong rơle 18

Bảng 3.1 Trào lưu công suất và dòng điện trên các xuất tuyến 59

Bảng 3.2 Giá trị công suất đến và đi tại các nút từ các xuất tuyến thuộc phạm vi khu vực lưới điện nghiên cứu 60

Bảng 3.3 Cấu trúc tập dữ liệu input 65

Bảng 3.4 Cấu trúc tập dữ liệu target 65

Bảng 4.1 Các kết quả huấn luyện mạng nơ – ron 69

Bảng 4.2 Các trường hợp và vị trí sự cố kiểm chứng thuật toán nhận dạng 76

Bảng 4.3 Kết quả nhận dạng trường hợp sự cố AN (tải đường dây 50%) 80

Bảng 4.4 Kết quả nhận dạng trường hợp sự cố BN (tải đường dây 100%) 83

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ADC Analog-to-digital converter (bộ chuyển đổi tín hiệu (điện) tương tự

sang số)

ANN Artificial Neural Networks (mạng nơ - ron nhân tạo)

CB Circurt Break (máy cắt điện)

Cty TTĐ4 Công ty Truyền tải điện 4

CT Current transformer (biến dòng điện)

DC Direct Current (dòng điện một chiều)

EMTP Electromagnetic Transients Programme (chương trình quá độ điện từ)

F21 Rơle bảo vệ khoảng cách

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (viện kỹ sư điện và

điện tử)

MSE Mean-Square Error (sai số trung bình bình phương)

MLP Multilayer Perceptron (mạng nơ - ron truyền thẳng nhiều lớp)

VT Voltage transformer (biến điện áp)

TRAINLM Giải thuật Levenberg-Marquardt

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Quá trình vận hành lưới điện truyền tải nói chung và đường dây truyền tải điện nói riêng sẽ gặp các sự cố như: Sét đánh, ngắn mạch do yếu tố khách quan hoặc chủ quan, đứt dây (sự cố rất khó xảy ra), chạm đất, sự cố khi các thiết bị hư hỏng, hoạt động sai của thiết bị hoặc thao tác sai từ người vận hành, tình trạng quá tải và sự lão hóa của thiết bị Quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác định chính xác vị trí sự cố càng nhanh càng có lợi, giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện nhanh chóng, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được

độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải là điều hết sức cần thiết trong thời đại công nghiệp hiện đại không ngừng phát triển với đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao

Luận văn này nhằm giải quyết bài toán nhận dạng các dạng sự cố thường gặp trong

hệ thống truyền tải điện với khảo sát thực tế từ đường dây 220kV do Cty TTĐ4 đang quản lý vận hành Ngoài ra, luận văn giải quyết vấn đề về sai số định vị vị trí

sự cố trên lưới điện hiện nay với độ chính xác sau khi định vị sự cố rất khả quan

2 Mục tiêu nghiên cứu

Luận văn này đặt ra các mục tiêu nghiên cứu sau:

a Nghiên cứu các giải pháp bảo vệ đường dây bằng hệ thống bảo vệ rơle

b Nghiên cứu phương pháp nhận dạng sự cố bằng các thuật toán nhận dạng

c Đề xuất phương pháp nhận dạng sự cố đường dây, áp dụng trên số liệu vận hành, các thiết bị hiện hữu trên lưới điện của Cty TTĐ4 và đánh giá kết quả sau khi thực hiện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp nhận dạng sự cố trên tuyến đường dây truyền tải điện 220kV bằng các thuật toán nhận dạng trên một cụm đường dây truyền tải điện thực

tế hiện hữu do Cty TTĐ4 quản lý

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận được sử dụng trong quá trình thực hiện luận văn như sau:

a Tìm hiểu các bài báo về nhận dạng sự cố trong hệ thống điện từ trước đến nay ở trong nước và ngoài nước

b Đánh giá các phương pháp

c Đề xuất một phương pháp nhận dạng sự cố trên hệ thống điện

d Kiểm chứng trên một cụm lưới điện thực tế do Cty TTĐ4 quản lý, thu thập các thông số đường dây và các thông số vận hành thực tế lưới điện do Cty TTĐ4 quản

lý để kiểm tra kết quả, đánh giá độ tin cậy của phương pháp nhận dạng

e Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng phương pháp trong thực

tế Đề xuất hướng nghiên cứu phát triển đề tài nhằm đề xuất ứng dụng trong thực tế của lưới điện đang vận hành tại đơn vị đang công tác

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong quá trình thực hiện luận văn như sau:

a Phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến đề tài về nhận dạng mẫu, cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu được công bố trong

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kiểm tra thực tế khả năng ứng dụng của phương pháp nhận dạng dựa trên các thông

số đường dây và các thông số vận hành thực tế của một cụm lưới điện do Cty TTĐ4 quản lý Kiểm chứng, đánh giá độ tin cậy qua các phương pháp nhận dạng khác nhau dựa trên các kết quả đạt được, từ đó đề xuất khả năng áp dụng phương pháp tối ưu nhất vào thực tế của lưới điện đang vận hành tại đơn vị đang công tác Đề xuất hướng nghiên cứu phát triển đề tài nhằm đề xuất ứng dụng nghiên cứu rộng rãi cho lưới điện Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Trong hệ thống lưới điện truyền tải, trước đây và hiện nay công nghệ đang giải quyết các vấn đề này bằng cách sử dụng các loại rơle truyền thống như rơle bảo vệ quá dòng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quá áp – thấp áp, bảo vệ tần số, bảo vệ so lệch dọc… Tất cả những nguyên tắc bảo vệ này dựa trên sự so sánh giữa các phép

đo với kết quả tính toán cài đặt được xác định trước cho các rơle bảo vệ (thông thường kết quả được tính toán từ trị số thực nghiệm thông qua các thông số thiết bị được trang bị trên lưới truyền tải được biết trước) trong những điều kiện vận hành lúc bình thường và khi sự cố Do đó, nếu các trạng thái của hệ thống điện thực tế bị sai lệch so với dự đoán (các yếu tố sai lệch do trong quá trình vận hành, độ không chính xác của thiết bị, hoặc lưới điện dao động ), thì các phép đo và cài đặt được xác định cho rơle truyền thống sẽ có những hạn chế riêng trong việc phân loại các trạng thái sự cố, và việc sử dụng các rơle bảo vệ truyền thống có thể có một số trường hợp tác động không chính xác dẫn đến hư hỏng cho thiết bị và mất độ tin cậy, ổn định cho lưới điện Hơn nữa, việc vận hành và phối hợp giữa các rơle bảo

vệ trong một hệ thống sao cho chính xác là điều rất phức tạp, cũng như vận hành quá nhiều rơle sẽ làm giảm độ tin cậy, công tác quản lý và bảo dưỡng vận hành khó khăn Vì vậy cần có một nguyên tắc bảo vệ chính xác hơn, có tính chọn lọc và độ tin cậy cao hơn cho rơle, để rơle có khả năng phân loại chuẩn xác các sự cố dưới các trạng thái vận hành của hệ thống lúc bình thường và khi gặp sự cố

1.2 Các nghiên cứu trước đây

1.2.1 Phương pháp mạng nơ - ron nhân tạo để bảo vệ khoảng cách cho đường dây truyền tải

Rơle bảo vệ khoảng cách (F21) để bảo vệ cho 02 đầu đường dây truyền tải thường được thiết kế dựa trên cơ sở của những thiết lập cố định (các thiết lập của những trị

số theo tính toán thực nghiệm, từ đó đưa ra các giá trị cài đặt cho rơle) [1] Phạm vi bảo vệ của các rơle như vậy sẽ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi bởi các điều kiện mạng

điện (đặc biệt thành phần DC làm thay đổi dạng sóng dòng điện) Việc thực hiện nhận dạng mẫu cho chẩn đoán hệ thống điện có thể cung cấp một cải tiến đáng kể trong lĩnh vực bảo vệ Nghiên cứu này chứng minh cho việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo như một phương pháp phân loại mẫu cho hoạt động của rơle khoảng cách Chương trình sử dụng biên độ của điện áp và dòng điện ba pha như là các ngõ vào Hiệu quả được cải thiện với việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo làm cho rơle hoạt động chính xác hơn, khi phải đối mặt với các điều kiện sự cố khác nhau cũng như

sự thay đổi cấu trúc mạng điện

Việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo như một phương pháp phân loại mẫu để mô phỏng rơle khoảng cách đưa ra một kết quả rất đáng khích lệ Rơle sử dụng ANN có thể cung cấp một hoạt động nhanh và chính xác, giữ được phạm vi chính xác khi đối mặt với các điều kiện sự cố khác nhau trong hệ thống điện (ngay cả khi có sự hiện diện của thành phần DC làm dịch chuyển dạng sóng dòng điện), cũng như sự thay đổi của mạng điện Đây là một điểm cải tiến đáng kể so với các loại rơle thông thường Do đó việc sử dụng ANN có thể làm cho nó mở rộng phạm vi bảo vệ của vùng thứ nhất (rơle bảo vệ khoảng cách làm việc theo từng vùng khoảng cách), tăng cường bảo vệ hệ thống

Quá trình này có liên quan đến việc huấn luyện và kiểm tra các cấu hình mạng khác nhau cho đến khi đạt được kết quả mong muốn Công cụ này sẽ mở ra một chiều hướng mới trong nghiên cứu rơle, cho phép giải quyết một số vấn đề hạn chế liên quan đến bảo vệ khoảng cách trên đường dây truyền tải

1.2.2 Thuật toán mạng nơ - ron cải tiến cho việc phân loại sự cố trên đường dây truyền tải

Nghiên cứu này giới thiệu một khái niệm mới của trí thông minh nhân tạo dựa trên thuật toán để phân loại các sự cố trong mạng điện [2] Việc phân loại này xác định chính xác loại sự cố và vùng bị sự cố Thuật toán được dựa trên một dạng đặc biệt của mạng nơ - ron được phát triển để giải quyết một tập hợp lớn các dữ liệu ngõ vào Một cải tiến của thuật toán được đề xuất bằng cách thực hiện các bước khác

lọc tương tự, các giá trị cho cửa sổ dữ liệu và tần số lấy mẫu Ngoài ra, một kỹ thuật cải tiến cho việc phân loại các mẫu kiểm tra được thảo luận và những ưu điểm chính

so với việc sử dụng phân loại lân cận gần nhất trước đây đã được trình bày

Nghiên cứu này đưa ra các hướng dẫn có thể để cải thiện thuật toán mạng nơ - ron đang có cho việc phân loại các sự cố trên đường dây truyền tải Thuật toán này đã được sử dụng trước đó trong nỗ lực nhằm thay thế các rơle khoảng cách bằng các loại rơle mới mà không sử dụng các cài đặt truyền thống Thuật toán là một dạng đặc biệt của giải thuật phân cụm Nó dịch chuyển các mẫu ngõ vào trong mẫu ban đầu Cấu trúc của các cụm đại diện cho việc phân loại khác nhau của tập dữ liệu ngõ vào Thuật toán rất linh hoạt và dễ dàng cho phép thay đổi và nâng cấp

Điều kiện của các tín hiệu ngõ vào cũng như việc lựa chọn các giá trị cho bộ lọc tương tự, cửa sổ dữ liệu để lấy mẫu, và tần số lấy mẫu đóng vai trò quan trọng trong thuật toán trong suốt quá trình huấn luyện và kiểm tra Các khía cạnh khác nhau của yếu tố này được minh hoạ thông qua một số ví dụ Hơn nữa, việc phân loại các mẫu kiểm tra được phân tích thông qua việc so sánh của một phương pháp phân loại lân cận gần nhất K được sử dụng cho đến nay, và cách tiếp cận mờ của nó

Phương pháp đề xuất và những cải tiến của thuật toán mạng nơ - ron có thể phân loại tốt hơn loại sự cố và vùng bị sự cố Kết hợp giữa việc sử dụng mạng nơ - ron và

kỹ thuật mờ trong cùng một thuật toán dẫn đến suy luận phức tạp để cải thiện khả năng phân loại sự kiện cho việc nhận dạng một loạt các sự kiện có thể xảy ra trong mạng điện

1.2.3 Phương pháp Nơ - ron mờ (Fuzzy neural) để phân loại sự cố cho bảo vệ đường dây truyền tải

Nghiên cứu này giới thiệu một phương pháp mới để phát hiện và phân loại sự cố thời gian thực trong hệ thống truyền tải bằng việc sử dụng kỹ thuật nơ - ron mờ [3] Việc tích hợp kỹ thuật mạng nơ - ron nâng cao khả năng học tập của hệ thống logic

mờ Các thành phần đối xứng trong sự kết hợp với dòng điện ba pha được dùng để phát hiện loại sự cố, chẳng hạn như sự cố một pha chạm đất, hai pha chạm nhau, hai pha chạm đất và ba pha chạm đất, và sau đó xác định đường dây bị lỗi Các kết quả

mô phỏng trên máy tính được trình bày trong nghiên cứu này và chúng cho thấy phương pháp này có thể được sử dụng như một công cụ hiệu quả cho các rơle kỹ thuật số tốc độ cao

Phân loại trên đường dây truyền tải điện bằng kỹ thuật fuzzy-neuro đã đạt được trong thời gian thực Phương pháp này là một cách tiếp cận nhanh, chính xác và mạnh nhằm thực hiện chính xác trong các điều kiện khác nhau của hệ thống điện Điều này có nghĩa là mô hình fuzzy-neuro cần sự tinh chỉnh hơn nữa mới có thể áp dụng trong một hệ thống điện thực tế nhằm giám sát nhận dạng lỗi và tác động khi

hệ thống lưới điện gặp sự cố

1.2.4 Áp dụng nhận dạng mẫu trong bảo vệ khoảng cách

Nghiên cứu này cho thấy việc sử dụng các mạng nơ ron nhân tạo (ANNs) như một

sự phân loại mẫu cho hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách [4] Mạng nơ ron được thực hiện nên tạo ra kiến thức cho hoạt động của rơ le khi phải đối mặt với nhiều điều kiện vận hành khác nhau của mạng điện Phương pháp này sử dụng biên độ của dòng điện và điện áp ba pha (bao gồm thành phần thứ tự không) là ngõ vào Phần mềm Alternative Transient Program (ATP) được sử dụng để tạo ra mẫu trên các đường dây truyền tải trong điều kiện sự cố cho cả quá trình huấn luyện và kiểm tra Một sự cải tiến liên quan đến việc sử dụng ANNs cho các mục đích bảo vệ được tìm

ra

Sử dụng một mạng nơ-ron nhân tạo như một công cụ phân loại mẫu cho mô phỏng

rơ le khoảng cách được nghiên cứu Phần mở rộng vùng I của bảo vệ khoảng cách lên đến 96% chiều dài đường dây đã được thực hiện, tăng cường tin cậy cho hệ thống, và cải thiện hiệu suất của các rơ le thông thường được xét đến 97.3% của

1050 trường hợp thử nghiệm có kết quả đáp ứng như mong đợi cho rơ le khoảng cách ANN Tổng số sai số thu được ở mức 2.7% Từ tỉ lệ này cho thấy 2,6% các kết quả nhận dạng không chính xác rơi vào vùng chuyển tiếp (nằm trong tầm 94% đến 98% của chiều dài đường dây)

Lưu ý rằng, nghiên cứu này chỉ đưa vào dữ liệu tổng hợp đối với các sự cố chạm đất Để mở rộng đề xuất với các tình huống thực tế, phân loại các dạng sự cố tương

tự được trình bày trong nghiên cứu Neural Network Approach to Fault classification for High Speed Protective Relay tại tạp chí IEEE Transmission on Power Delivery, vol 10, 1995 [9], nên được sử dụng và các quá trình huấn luyện áp dụng cho các dạng sự cố khác nhau

Đối với vấn đề thời gian đáp ứng trong quá trình thực hiện của cấu trúc mạng điện, ước tính trong trường hợp này, rơle sẽ hoạt động trong ít hơn 11 ms sau khi phát hiện lỗi Tuy nhiên, điểm lưu ý rằng công cụ này mở ra một hướng mới trong vấn

đề nghiên cứu thời gian tác động của rơle, nó cho phép chúng ta giải quyết khá nhiều vấn đề liên quan đến bảo vệ khoảng cách đường dây

1.2.5 Xác định vị trí sự cố trong hệ thống điện bằng phương pháp nhận dạng mẫu

Hệ thống điện là một trong những hệ thống nhân tạo phức tạp nhất trên thế giới hiện nay, mà sự hoạt động an toàn, ổn định, kinh tế và đáng tin cậy của nó đóng vai trò rất quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội, thậm chí là trong ổn định xã hội [5] Các sự cố xảy ra trong hệ thống điện là hoàn toàn không thể tránh khỏi Trong nghiên cứu này, một phương pháp được hình thành nhằm giải quyết các vấn đề về

vị trí xảy ra sự cố trong hệ thống điện, dựa trên phép đo thời gian thực của các đơn

vị đo lường vecto Kỹ thuật phân loại mẫu được sử dụng chủ yếu và nguyên tắc phân biệt tuyến tính của lý thuyết nhận dạng mẫu để tìm kiếm các luật của đại lượng điện được đánh dấu thay đổi Các kết quả mô phỏng cho thấy những nghiên cứu tương ứng trên điện áp pha, điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, dòng điện pha, dòng điện thứ tự thuận, dòng điện thứ tự nghịch của các sự cố chạm đất một pha, và điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, dòng điện thứ tự thuận của các sự cố ngắn mạch ba pha, kỹ thuật phân loại mẫu và nguyên tắc phân biệt tuyến tính có thể xác định một cách nhanh chóng và chính xác các thành phần bị sự cố, và cuối cùng mục tiêu là cô lập tách điểm sự cố ra khỏi mạng điện Trong nghiên cứu

hệ thống điện, lý thuyết nhận dạng mẫu có triển vọng tốt trong các ứng dụng

Trong hệ thống điện, điều kiện tiên quyết của các thiết bị bảo vệ: chính xác, nhanh

và độ tin cậy cao, là đáp ứng của nó với các loại sự cố và vị trí bị sự cố có thể được phân loại một cách nhanh chóng và xác định chính xác Phân loại mẫu là nhiệm vụ quan trọng và rõ ràng trong rơle bảo vệ Trong đó, việc phân loại phụ thuộc vào tập hợp tính chất các điểm dữ liệu Một tập hợp các điểm dữ liệu như vậy thường được gọi là vecto đặc trưng Nhiệm vụ của phân loại mẫu có thể được xem như có hai giai đoạn chính: giai đoạn tách tính năng và giai đoạn phân loại Phân tích phân biệt tuyến tính được thiết kế để phân biệt giữa các nhóm có liên quan và không có liên quan dựa trên sự phân bố của các phần tử bên trong mỗi nhóm

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hệ thống điện và khái niệm bảo vệ rơle

Một hệ thống điện là một mạng lưới các thành phần như nguồn điện, phụ tải, đường dây truyền tải, máy biến áp, máy cắt, và các thiết bị khác được kết nối để cung cấp điện từ máy phát đến hệ thống truyền tải và phân phối Minh họa đơn giản cho một cụm hệ thống điện điển hình được trình bày ở hình 2.1

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử Phần lớn các sự cố thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng cao và điện áp giảm khá thấp Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng khi điện áp giảm thấp Các chế độ làm việc không bình thường cũng làm cho áp, dòng và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép và nếu để kéo dài tình trạng này có thể xuất hiện sự cố, làm rối loạn hoạt động bình thường của hệ thống điện nói chung và của phụ tải nói riêng Ngoài ra, chế độ làm việc không bình thường có nguy cơ xuất hiện sự cố và

sẽ làm giảm tuổi thọ máy móc, thiết bị, phần tử trên lưới điện

Đường dây truyền tải kết nối nguồn điện và phụ tải trong hệ thống, và cho phép năng lượng được truyền đi trên đó Việc mất mát một hay nhiều đường dây truyền tải thường nghiêm trọng đối với khả năng truyền tải điện, sự ổn định hệ thống, và tính bền vững của điện áp hay tần số của hệ thống được yêu cầu

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và phụ tải thì khi xuất hiện sự cố, các rơle bảo vệ sẽ phát hiện và tác động cắt các máy cắt ở hai đầu đường dây để cách ly phần tử bị sự cố ra khỏi các phần tử không bị sự cố, có như vậy các phần tử còn lại mới duy trì được hoạt động bình thường Chi tiết cấu hình rơle bảo vệ đơn

cử của các xuất tuyến và thiết bị tại trạm 500kV Tân Định được thể hiện ở hình 2.2 Hình 2.3 là chi tiết cấu hình rơle bảo vệ đơn cử cho một xuất tuyến đường dây 220kV theo qui định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống rơ le bảo vệ hiện hữu tại 1 trạm biến áp 220kV do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành

2.2 Các dạng sự cố thường gặp trong hệ thống lưới điện truyền tải, hạn chế của các rơle chỉ vị trí sự cố

Hệ thống lưới điện truyền tải là một hệ thống chủ yếu truyền tải điện năng diện rộng

và đi xa Trong vận hành đường dây truyền tải điện không thể tránh khỏi sự cố bởi các điều kiện xảy ra một cách ngẫu nhiên, và thường là nguyên nhân của thời tiết khắc nghiệt hay các điều kiện khác không thể tiên đoán được Các sự cố điển hình vẫn thường gặp như sau:

 Sự cố chạm pha với đất, pha với pha, hai pha với đất, ba pha chạm nhau; sự cố

do quá tải thiết bị, thiết bị lão hóa, dao động tần số Nguyên nhân chủ yếu do điều kiện như: Sét đánh đường dây truyền tải (đây là trường hợp thường gặp nhất), vật bay, cây đỗ ngã vào đường dây, thiên tai lũ lụt, sự cố chủ quan trong hoạt động thường ngày

Mục đích của rơle bảo vệ là để làm giảm thiểu ảnh hưởng các sự cố của hệ thống điện nhằm tránh ảnh hưởng đến vận hành ổn định tin cậy lưới điện và giảm thiểu phá hỏng thiết bị, sớm khôi phục và ổn định hệ thống lưới điện Mức độ phá hỏng thiết bị chủ yếu do sự cố tỉ lệ nghịch với thời gian nó chịu đựng, vì vậy bảo vệ được yêu cầu phải tác động càng nhanh càng tốt

Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, mặc dù các rơle bảo vệ nhận dạng sự cố khá chính xác nhưng khả năng định vị vị trí sự cố còn sai lệch khá lớn Hiện nay hệ thống lưới điện truyền tải Việt Nam đang định vị sự cố chủ yếu bằng tính năng xác định vị trí sự cố dựa trên tính toán tổng trở của đường dây từ rơle F21 Phương pháp này dựa trên tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp ở cuối đường dây, chủ yếu là phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ 1 phía đường dây và phương pháp định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường dây

Với đường dây 1 nguồn cấp đơn giản như hình 2.4, tổng trở tới điểm sự cố thường có tính chất điện trở, trên sơ đồ mô tả dạng thuần trở (RF) Đường dây bị tác động bởi một sự cố (F)- không biết khoảng cách sự cố tới trạm A Nếu bỏ qua dòng nạp trên đường dây, ta có IA = IF, tổng trở từ trạm A tới điểm sự cố được tính toán như sau:

d

X Z

A u

A i

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý xác định vị trí sự cố dựa vào tính toán tổng trở cho

đường dây 1 nguồn cấp

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:

Tuy nhiên, độ chính xác của phép đo trong rơle 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

Hình 2.5 Đặc tính tác động loại MhO của rơle F21 và điểm làm việc

của rơle

D Z

D Z

 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)

Bảng 2.1 liệt kê một số sự cố thực tế của các đường dây 220kV được lắp đặt các rơle bảo vệ có chức năng tính toán vị trí sự cố theo nguyên lý xác định tổng trở thông qua giá trị dòng điện và điện áp đo được, các kết quả định vị vị trí sự cố có sai lệch khá lớn Đây là trở ngại rất lớn trong công tác quản lý, vận hành đường dây truyền tải điện với đặc thù các đường dây cao áp, siêu cao áp xây dựng các địa điểm vùng đồi núi, hiểm trở, các địa hình sông nước…rất khó cho việc di chuyển con người, thiết bị đến vị trí công tác Việc định vị chính xác vị trí sự cố giúp phát hiện sớm, rút ngắn thời gian tìm kiếm nhằm khắc phục nhanh để khôi phục sớm đường dây truyền tải, đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy cho lưới điện

Bảng 2.1 Thống kê một số sự cố năm 2017, 2018 và sai lệch của chức năng xác định vị trí sự cố trong rơle

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

16h40, ngày 13/4/2017

Lúc 16h19 ngày 13/4/2017, xảy ra sự cố kéo dài đường dây 220kV Đăk Nông (271) – Bình Long (274):

- Tại trạm 220kV Bình Long: Bật MC 274

do các relay tác động như sau:

+ F.87L (Sel 311L) sáng các Led: Trip, B,

G, 87, IA = 370A, IB = 2976A, IC = 290A,

+ F.21 (Sel 421) sáng các Led: Trip, Ins, Z1,

B, G; IA = 376A, IB = 2997A, IC = 295A,

181 khoảng 10 m

- Chuỗi cách điện pha B trụ 181 gần với điểm sét đánh vào dây dẫn (10m) nên xung sét lan truyền đến chuỗi cách điện pha B trụ 181 xuất hiện quá điện

áp trên chuỗi cách điện gây phóng điện

từ vòng corona phía dây dẫn vào vòng corona phía xà trụ của pha B trụ 181 đường dây 220kV Đăk Nông (271) – Bình Long (274) (mạch 1) Do hệ thống nối đất của trụ 181 tốt nên vết phóng điện trên vòng corona phía dây dẫn lớn hơn so với vết phóng điện trên vòng corona phía xà trụ

- Nguyên nhân F79 máy cắt 274 đầu trạm Bình Long có khởi động nhưng bị lockout là do phiếu chỉnh định số 0150/ĐĐMN-PT ngày 21/01/2016 do A2 ban hành chưa phù hợp, cụ thể:

• Khi sự cố xảy ra, rơle SEL311L tác động cắt MC274 pha B, đồng thời gửi tín hiệu khởi động F79 đến rơle SEL421

• Khi máy cắt 274 pha B mở hoàn toàn, làm thỏa mãn điều kiện cắt 03 pha MC274 trong rơle SEL421 theo đúng phiếu chỉnh định số 150/ĐĐMN-PT A2

- Tại trạm 220kV Bình Long: rơle chỉ vị trí sự cố

+ F.21 (Sel 421) d=56.82km Tra bảng thống kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ 178 ÷ 179 Tuy nhiên thực tế sự cố xảy ra trụ

181 Sai lệch so với thực tế

543 m

- Tại trạm 500kV Đăk Nông bật rơle chỉ vị trí sự cố như sau:

+ R.21Z1 pha B, d: 76.21km Tra bảng thống kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ 189 ÷

190 Tuy nhiên thực tế sự cố xảy ra trụ 181 Sai lệch so

với thực tế 3,537 km

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

F79 bị khóa theo đúng phiếu chỉnh định số 150/ĐĐMN-PT A2 ban hành ngày 21/01/2016

18h42, ngày 23/4/2017

Lúc 18h42 ngày 23/4/2017, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây 220kV Đăk Nông (271) – Bình Long (274) :

- Tại trạm 220kV Bình Long: Bật MC 274

do các relay tác động như sau:

+ F.87L (Sel 311L) sáng các Led: Trip, B,

C, G, 87, IA = 256A, IB = 3744A, IC = 3422A, IG = 3069A

+ F.21 (Sel 421) sáng các Led: Trip, INST, Z1, B, C, G; IA = 258A, IB = 3748A, IC = 3425A, IG = 3098A, DIS=67.80km

+ F79 đóng lại thành công

- Tại trạm 500kV Đăk Nông bật MC 271:

+ R.87L pha B, C, R.21Z1 pha B, C IA = 251A, IB = 4462A, IC = 3945A, IG = 2547A, DIS=78.15km

+ F79 đóng lại thành công

Do có vật thể dạng dây bị gió lốc cuốn vướng vào dây chống sét với pha B, pha C tại khoảng trụ 188-189 (cách trụ

188 khoảng 30m) gây phóng điện Pha B-N và phóng điện pha C-N

- Tại trạm 220kV Bình Long, rơle chỉ vị trí sự cố như sau: F.21 (Sel 421) d=67.80km Tra bảng thống

kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ

tế trị trí sự cố xảy ra tại

khoảng trụ 188 ÷ 189 Sai lệch 2,075 km

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

18h40 ngày 25/4/2017

Lúc 18h40 ngày 25/4/2017, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây 220kV Tân Định (276) – Uyên Hưng (276):

- Tại trạm 500kV Tân Định: Bật MC 276 do các relay tác động như sau:

+ F.21 (SEL 311L) sáng các Led: Led Trip, Led C, Led G, Led Zone1, IA = 612A , IB = 1006A, IC = 36212A, IG = 37824A, 3I2

=32196A DIS=1.02km

+ F.21 (SEL 421) sáng các Led: Led Trip, Led C, Led G, Led 50, Led Zone1; IA = 642A, IB = 1015A, IC = 36245A, IG = 37902A, 3I2 =31275A DIS=1.4km

+ F79 (SEL 421) đóng lại thành công

- Tại trạm 220kV Uyên Hưng: Bật MC 276

do các relay tác động như sau:

+ F.87L (SEL 311L) sáng các Led: Trip, Time, C, G, Zone/level 1

IA = 6A, IB = 7A, IC = 8455A, IG = 8462A

N

- Tại trạm 500kV Tân Định:

+ F.21 (SEL 311L) DIS=1.02km

+ F.21 (SEL 421) DIS=1.4km

Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại trụ số 6 Thực tế sự cố tại trụ số 5

Sai lệch 225 m

- Tại trạm 220kV Uyên Hưng:

+ F.87L (SEL 311L) Location 10.73

+ F.21 (TOSHIBA GRZ100), FL result

=10.6km Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại trụ số 19 Thực tế sự cố

tại trụ số 5 Sai lệch 5085 m

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

21h25, ngày 5/5/2017

Lúc 21h25 ngày 05/5/2016, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây 220kV Đăk Nông (272) – Bình Long (273):

- Tại trạm 220kV Bình Long bật MC 273 do các relay tác động như sau:

+ F.79 đóng tốt

Nguyên nhân sự cố do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn số 1 pha C (dây dẫn phân pha 03 dây) trong khoảng trụ 254-

255 (dài 345 m), vị trí vết phóng điện tại dây dẫn cách trụ 254 khoảng 20 m

Xung sét từ vị trí sét cách trụ 254 khoảng 20m lan truyền gây phóng điện

từ vòng corona phía dây dẫn đến vòng corona phía xà trụ của pha C trụ 254 sau đó tản xuống hệ thống tiếp địa trụ

254 đường dây 220kV Đăk Nông (272) – Bình Long (273)

- Tại trạm 220kV Bình Long rơle chỉ vị trí sự cố như sau:

+ F21 (sel 421), Z1, Pha C,

N, d = 29.86km Tra bảng thống kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ 251 ÷ 252 Thực tế trị trí

sự cố xảy ra tại khoảng trụ

254 ÷ 255 Sai lệch 1,668

km

- Tại trạm 500kV Đăk Nông:

+ F21, Z1, Pha C, N, d = 118.09km Tra bảng thống

kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ

251 ÷ 252 Thực tế trị trí sự

cố xảy ra tại khoảng trụ 306

÷ 307 Sai lệch 16,381 km

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

23h53, ngày 17/5/2017

Lúc 23h53’, ngày 17/5/2017, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây 220kV NMĐ Cà Mau (272, 252) – Ô Môn 2 (273, 253):

- Tại trạm 220kV Ô Môn 2, bật máy cắt 273,

253 do các relay tác động như sau:

+ F21 (Micom P443): Z1, pha C, N, d=87.9km, IA: 450.8A, IB: 193.2A, IC=2.1kA.• F21 (7SD522): Z1, pha CN, d=85.7km, IA: 0.46kA, IB: 0.2kA, IC=2.13kA

+ F79 đóng lại thành công

- Tại NMĐ Cà Mau, bật MC 272, 252 do các relay tác động như sau:

+ F21 (7SA522): Z1, pha C, N, d=32km, IA:

440A, IB: 210A, IC=5.1kA

+ F79 đóng lại thành công

Nguyên nhân sự cố đường dây 220kV NMĐ Cà Mau (272, 252) – Ô Môn 2 (273, 253) do một số chim Vạc (Diệc)

về đêm khuya bay đậu vào trụ điện để ngủ (sau khi ăn mồi vào ban đêm) khi sải cánh bay làm rút ngắn khoảng cách cách điện sừng hồ quang pha C trụ 91 gây phóng điện qua hai đầu mỏ phóng

- Tại trạm 220kV Ô Môn 2, rơle chỉ vị trí sự cố như sau: + F21 (7SD522): Z1, pha

CN, d=85.7km Tra bảng thống kê chi tiết khoảng cách đường dây chỉ khoảng trụ 233 ÷ 234 Thực tế trị trí

sự cố xảy ra tại trụ 91 Sai lệch 11,507 km

- Tại NMĐ Cà Mau, rơle chỉ

03h48, ngày 16/6/2017

Lúc 03h32’, ngày 16/6/2017, xảy ra sự cố kéo dài đường dây 220kV Duyên Hải (273, 253) – Trà Vinh (275):

- Tại trạm 500kV Duyên Hải: Bật máy cắt

273, 253 do các rơle tác động:

+ F21 (Toshiba GRL100): Chức năng 21 vùng Z1 tác động IA=0.34kA, IB= 0.26kA, IC= 4.87kA, d: 28.6 km

+ F21 (Siemens 7SA632): Chức năng 21 vùng Z1 tác động, IA=0.330kA, IB=

0.229kA, IC= 4.93kA, d = 29.3 km

+ Lúc 03g48 : Đóng MC 273, 253 trạm Duyên Hải tốt

- Tại trạm 500kV Duyên Hải, rơle chỉ vị trí sự cố như sau:

+ F21 (Siemens 7SA632): Chức năng 21 vùng Z1 , d = 29.3 km Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại trụ số 85 Thực tế sự cố

tại trụ số 101 Sai lệch 16 khoảng trụ

- Tại trạm 220kV Trà Vinh rơle chỉ vị trí sự cố như sau: + F21(TOSHIBA GRZ100- 201) d= 7.71 km Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại khoảng trụ số

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

d= 7.71 km, IA = 0.34 kA, IB = 0.22 kA, IC

= 7.08 kA

+ F21(TOSHIBA GRL100-701D) Trip mode zone 1, Trip phase CB-C1, Fault phase C-N, d = 7.7 km IA = 0.34 kA, IB = 0.21

04h41, ngày 28/09/2017

Lúc 04h41 ngày 28/09/2016, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây Sông Mây (278)–

Uyên Hưng (274) :

- Tại trạm 500kV Sông Mây bật MC 278 do các rơle tác động như sau:

+ F87L(SEL 311L) pha B, C; IA= 444A,

+ F21(SEL 421) Z1 pha B, C; Ia= 486A, Ib=

10098A, Ic= 8569A; d= 16.95km, F79 đóng tốt

+ F.79 đóng lại thành công

- Tại trạm 220kV Uyên Hưng bật MC 274

do các rơle tác động như sau:

+ F87L(SEL 311L) pha B, C; Ia= 0.01kA, Ib= 16.4kA, Ic= 7.72kA

+ F21(GRZ100) Z1 pha B, C; Ia= 0.49kA, Ib= 15.38kA, Ic= 3.18kA + F.79 đóng lại thành công

Nguyên nhân sự cố đường dây 220kV Sông Mây (278) – Uyên Hưng (274) là

do sét đánh vào cột VT57 với cường độ sét Iset ≥ 124,5 kA nên khi sét đánh vào cột 57 đường dây gây quá điện áp trên chuỗi cách điện; giá trị này lớn hơn mức cách điện của khe hở phóng điện của chuỗi cách điện nên gây phóng điện pha B pha C cột VT57, cụ thể:

- Tại trạm 500kV Sông Mây rơle chỉ vị trí sự cố như sau: + F21(SEL 421) d= 16.95km, Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại khoảng trụ số 53 ÷ 54 Thực tế sự cố tại trụ số 57

Sai lệch 1643 m

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

02h12’, ngày 19/11/2017

Lúc 01h11’ ngày 19/11/2017, xảy ra sự cố đường dây 220kV Nhơn Trạch (253, 273) – Cát Lái (273):

- Tại trạm 220kV Cát Lái rơle chỉ vị trí sự cố như sau: F21Z1, d=1km; Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại khoảng trụ số 78

÷ 79 Thực tế sự cố tại

khoảng trụ số 79 ÷ 80 Sai lệch 1194 m

- Tại NMĐ Nhơn Trạch rơle chỉ vị trí sự cố như sau: F21Z2 , d= 22.74km; Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại cột cổng trong trạm Cát Lái Thực tế

sự cố tại khoảng trụ số 79 ÷

80 Sai lệch 588 m

TT Đường

dây Bắt đầu Kết thúc Diễn biến sự cố Nguyên nhân

Sai lệch vị trí sự cố do rơle chỉ không chính xác

17g50, 23/06/2018

Lúc 17h50 ngày 23/6/2018, xảy ra sự cố thoáng qua đường dây 220kV Vũng Tàu (273)– Tân Thành (272):

- Tại trạm 220kV Tân Thành bật MC 272 do các rơle tác động như sau:

+ F87L (SEL 311L), Z1 pha AG, d=0.8km, IA=21306A, IB=330A, IC=646A, IG=20380A

+ F21 (SEL 421), Z1, pha AG, d=0.83km, IA=20408A, IB=344A, IC=659A, IG=19464A

+ F.79 đóng lại thành công

- Tại trạm 220kV Vũng Tàu bật MC 273 do các rơle tác động như sau:

+ F87L: (SEL311L) sự cố pha A, dòng sự cố Isc=1228A

+ F21: (SEL 421) Pha AGT, d= 32.14 km, IA=1217A, IB=340A, IC=653A, IG=2150ª

- Tại trạm 220kV Tân Thành rơle chỉ vị trí sự cố như sau:

+ F21 (SEL 421), Z1, pha

AG, d=0.83km Tra bảng khoảng cách đường dây, vị trí sự cố tại khoảng trụ số 4

÷ 5 Thực tế sự cố tại trụ số

3 Sai lệch 331 m

- Tại trạm 220kV Vũng Tàu rơle chỉ vị trí sự cố như sau:

+F21: (SEL 421) d= 32.14

km Chỉ vượt quá chiều dài thực tế của đường dây

2.2.1 Rơle truyền thống bảo vệ cho đường dây truyền tải

Rơle bảo vệ là các thiết bị thông minh được đặt tại hai đầu của đường dây truyền tải, gần các phát tuyến hay các điểm kết nối khác Chúng cho phép hoạt động ở tốc

độ cao cần thiết để bảo vệ các thiết bị trong mạng điện khi xảy ra sự cố vượt quá giới hạn hoạt động của lưới điện Rơle có thể là bảo vệ chính cho đường dây truyền tải, cũng có thể là bảo vệ dự phòng cho các rơle chính hoặc các relay khác Mặc dù một đường dây truyền tải được bảo vệ bởi các rơle cho mỗi pha, nhưng để đơn giản,

sơ đồ chỉ thể hiện dạng một sợi được kết nối như ở hình 2.6

Phát hiện sự cố trên đường dây, đo lường khoảng cách, và chuỗi điều khiển bao gồm các thiết bị chuyển đổi, rơle khoảng cách và máy cắt Các thiết bị chuyển đổi cung cấp tín hiệu dòng điện và điện áp (qua CT và VT) ở mức phù hợp với các thiết

bị đo lường và tín hiệu sử dụng của rơle Vai trò chính của rơle bảo vệ là nhận ra sự

cố ở khu vực cụ thể trong mạng điện dựa trên tín hiệu điện áp và dòng điện 3 pha đo được Trong thời gian rất ngắn, khoảng 20ms, rơle phải có kết luận đáng tin cậy hay không, xác định loại sự cố xảy ra, và ra lệnh mở máy cắt để ngắt sự cố ở pha phù hợp Trách nhiệm của rơle cho việc bảo vệ một đoạn trong hệ thống điện được định nghĩa bằng khái niệm các vùng bảo vệ Một vùng bảo vệ là một thiết lập được định nghĩa trong các điều khoản về tỉ lệ phần trăm chiều dài đường dây, đo từ vị trí đặt rơle Khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ, hệ thống bảo vệ kích hoạt các máy cắt cô Hình 2.6 Đường dây truyền tải với các thiết bị phát hiện sự cố, đo lường và

điều khiển