Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện

Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là phát triển phương pháp mới sử dụng nhữngthuật toán hiện đại cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện không phâ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

DƯƠNG HÒA AN

Tên đề tài :

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI NHẬN DẠNG SỰ CỐ NGẮN MẠCH TRÊN

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa.

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Bản luận án “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đạinhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện” là công trình nghiên cứucủa riêng tôi được hoàn thành dưới sự chỉ bảo tận tình của tập thể thầy giáo hướng dẫnkhoa học Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, một phần được công bốtrên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của các đồng tác giả, phần cònlại chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019

Nghiên cứu sinh

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện - Trường Đại học

Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và các đồng nghiệp ở trường Đại học

Kỹ thuật Công nghiệp và gia đình đã có những ý kiến đóng góp quí báu và tạo cácđiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Côngnghiệp Thái Nguyên, Phòng Đào tạo - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Công tylưới điện cao thế Miền Bắc, Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia - Tập đoàn ĐLVN

đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này

Tác giả luận án

MỤC LỤCMỤC LỤC ivChương 1: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢIĐIỆN 6Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP CỦA LUẬN ÁN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH CÁC THÀNHPHẦN SÓNG LAN TRUYỀN 19Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TDR XÁC ĐỊNH SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY 41

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TDR Time Domain Reflectometry Phản xạ trong miền thời gianTFDR TFDR - Time Frequency

Domain Reflectometry Phản xạ trong miền thời gian vàtần sốANNs Artificial Neural Networks Mạng noron nhân tạo

ATP Alternative Transient Program Phần mềm mô phỏng ATPFFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

MATLAB Matrix Laboratory Chương trình Matlab

FT Fourier Transform Biến đổi phổ Fourier

FPGA Field-Programmable Gate

Array

Mảng cổng lập trình được dạngtrường

ISE Interative Softwave

Engineering

Phần mềm ISE

ADC Analog-to-Digital Converter Bộ biến đổi tương tự số

DAC Digital to Analog Converter Bộ biến đổi số tương tự

VHDL Very High Speed integrated

circuit hardware Description Language

Ngôn ngữ lập trình dùng để diễn tả phần cứng tích hợp tốc

độ cao

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xẩy ra

sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấpđiện, chất lượng điện năng và gây thiệt hại lớn về kinh tế Vì vậy, nội dung của đề tài

đề cập đến “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn

mạch trên đường dây truyền tải điện” nhằm hỗ trợ quá trình định vị và khắc phục các

sự cố trên đường dây truyền tải điện, qua đó giảm bớt những thiệt hại về kinh tế vànâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Bài toán phát hiện dạng sự cố và vị trí của sự cố trên đường dây truyền tải điện làmột bài toán kinh điển của lý thuyết mạch và hệ thống điện Hiện nay, có nhiều nghiêncứu đã và đang được thực hiện về vấn đề này Tuy nhiên các kết quả vẫn còn nhiều hạnchế do có nhiều trường hợp sự cố và giá trị phần tử gây sự cố gây ra các hiện tượngtương tự như tham số của đường dây nên các phương pháp như rơle tổng trở sẽ gây sai

số lớn Việc phát triển của các thiết bị đo mới cũng như của các thuật toán xử lý tínhiệu mới có khả năng để tiếp tục cải thiện được các kết quả phân tích

Việc xây dựng thành công một giải pháp phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố

sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đưa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao

về mặt kinh tế - kỹ thuật do tăng cường được độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trìnhkhắc phục sự cố được nhanh hơn

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận án là phát triển phương pháp mới sử dụng nhữngthuật toán hiện đại cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện( không phân nhánh và có nhiều nhánh rẽ) một cách chính xác hơn

Phương pháp đề xuất trong luận án sử dụng tín hiệu đo được sau khi chủ độngphát xung (điện áp/ dòng điện) vào đầu đường dây truyền tải điện Để ước lượng vị trí

sự cố luận án trình bày 2 phương pháp phân tích sóng phản xạ: Phương pháp thứ nhất

sử dụng phân tích wavelet để phân tích thời điểm thay đổi đột ngột của tín hiệu từ đó

trích mẫu để xem xét Tín hiệu trích mẫu được đưa vào mạng TSK để huấn luyện ướclượng vị trí sự cố Các thông số trong mạng TSK được điều chỉnh dựa trên bộ cơ sở tínhiệu mẫu tạo ra nhờ sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng quá trình quá độ trênđường dây gây ra bởi một số sự cố ngắn mạch (ngắn mạch 1 pha, 2 pha, 2 pha chạmđất và ngắn mạch 3 pha) khi thay đổi các thông số điện trở sự cố, vị trí sự cố, điện cảm

sự cố Phương pháp thứ 2 sử dụng thuật toán so sánh hàm tương quan giữa tín hiệu tới

và tín hiệu phản xạ để ước lượng vị trí sự cố

Mô hình sử dụng mạng nơron TSK sẽ được huấn luyện để ước lượng được vị trí

sự cố với sai số nhỏ hơn so với những phương pháp trước dây Mô hình sử dụng thuậttoán hàm tương quan sẽ được xây dựng để ước lượng vị trí sự cố trên đường dây cónhiều nhánh với sai số nhỏ và ít thiết bị đo nhất có thể Từ đó làm giảm thời gian tìmkiếm và khắc phục sự cố, nâng cao hiệu quả trong vận hành hệ thống điện và giảmthiệt hại về kinh tế

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra phương pháp xác định vị trí sự cố trênđường dây truyền tải điện không phân nhánh và có phân nhánh

Các phần mềm sử dụng trong luận án: Matlab, ISE

Phạm vi nghiên cứu:

Ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng các dạng ngắn mạch trên đường dây truyền tảiđiện không phân nhánh và có nhiều nhánh

Nghiên cứu lý thuyết truyền sóng trên đường dây truyền tải điện

Lập trình các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ matlab, wavelet,mạng nơron, hàm tương quan, phân tích tín hiệu trên miền thời gian và tần số để xácđịnh vị trí sự cố, dạng sự cố trên đường dây truyền tải không phân nhánh và đường dâytruyền tải có nhiều nhánh

Nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở, điện cảm sự cố trên đường dây đến sai số củaphương pháp

Tìm hiểu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với một vài dạng sự cố nhằm kiểmchứng các thuật toán đã đề xuất.

4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp để xác định vị trí sự cố trên đường dây

truyền tải điện có nhiều nhánh với sai số nhỏ hơn sai số của các phương pháp hiện nayđang áp dụng đồng thời sử dụng ít thiết bị đo nhất có thể

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Phương pháp của luận án góp phần bổ xung cho các giải pháp xác định vị trí sự

cố trên đường dây truyền tải có một hoặc nhiều nhánh Phương pháp chỉ yêu cầu sửdụng ít nhất các tín hiệu đo từ các đầu của đường dây truyền tải điện, nên các khâu đolường và thu thập số liệu cũng đơn giản, tính kinh tế cao

5 Những đóng góp của luận án

Luận án có những đóng góp sau:

Đã khảo sát và đề xuất phân tích sóng phản xạ chủ động trên miền thời gian và tần sốkết hợp với phương pháp sử dụng hàm tương quan để làm cơ sở phát hiện thời điểm sự

cố trên đường dây truyền tải

Đã khảo sát và đề xuất phân tích sóng phản xạ chủ động trên miền thời gian kết hợpvới phương pháp sử dụng phân tích wavelet và mạng nơron logic mờ TSK để làm cơ

sở phát hiện thời điểm sự cố trên đường dây truyền tải

Xây dựng được thuật toán sử dụng ít số lượng thiết bị đo và không yêu cầu đồng bộ vềthời gian giữa các tín hiệu Sai số của phương pháp đề xuất của luận án đảm bảo yêucầu kỹ thuật của ngành điện Phương pháp đề xuất có thể áp dụng với đường dâytruyền tải không phân nhánh, phân nhánh

Xây dựng được mô hình truyền sóng trên đường dây truyền tải điện sử dụng phầnmềm Matlab- Simulink với các dạng sự cố khác nhau là ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch

3 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn mạch 2 pha chạm đất với các thông số điện trở sự cố vàđiện cảm sự cố thay đổi Áp dụng phương pháp phân tích sóng phản xạ chủ động đểxác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 110kV Lào Cai có nhiều nhánh

Thiết kế mạch thực nghiệm sử dụng chip FPGA nhận dạng sự cố trên đường dâytruyền tải điện để kiểm nghiệm 1 phần nội dung của luận án.

6 Cấu trúc của luận án

Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu,

những đóng góp và bố cục của luận án

Chương 1: Tổng quan về nhận dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện

Trong chương này sẽ trình bày các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dâytruyền tải điện và đề xuất phương pháp nghiên cứu trong luận án

Chương 2: Các giải pháp của luận án trên cơ sở phân tích các thành phần của sóng lantruyền

Chương này trình bày các vấn đề về truyền sóng trên đường dây truyền tải và các yếu

tố ảnh hưởng tới quá trình truyền sóng từ đó đề xuất các giải pháp cho luận án

Chương 3: Phương pháp TDR xác định sự cố trên đường dây truyền tải

Trong chương này trình bày phương pháp phân tích sóng phản xạ chủ động trên miềnthời gian dựa trên phân tích wavelet và mạng nơron để xác định vị trí sự cố đối vớiđường dây không phân nhánh

Chương 4 Phương pháp TFDR xác định sự cố trên đường dây truyền tải

Nội dung chính của chương này trình bày phương pháp và các thuật toán phân tíchsóng phản xạ chủ động trên miền thời gian và tần số để xác định vị trí sự cố trênđường dây không phân nhánh và đường dây có nhiều nhánh Ứng dụng phần mềm môphỏng Matlab- Simulink mô phỏng quá trình truyền sóng trên đường dây 110kV LàoCai với các vị trí sự cố khác nhau, tại các nhánh rẽ khác nhau, với nhiều giá trị điệntrở, sự cố, điện cảm sự cố và các trường hợp sự cố khác nhau

Phần Kết luận bao gồm kết luận và các kiến nghị của luận án, các hướng nghiêncứu tiếp theo Cuối cùng là các công trình công bố liên quan đến luận án, các tài liệutham khảo và phần phụ lục

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về các phương pháp nhận dạng sự cốtrên đường dây truyền tải điện, ưu và nhược điểm của các phương pháp này từ đó tácgiả đề xuất các mục tiêu và giải pháp trong luận án.

1.1 Giới thiệu chung

Một hệ thống điện bao gồm máy phát, hệ thống truyền tải và phân phối điệnnăng Các nhà máy phát điện và phụ tải thường ở xa nhau do đó cần phải có một hệthống truyền tải gồm nhiều đường dây và trạm biến áp

Sự tăng trưởng nhanh chóng của hệ thống điện trong vài thập kỷ qua đã dẫn đếntăng một lượng lớn số lượng các đường dây và tổng chiều dài của nó Những đườngtruyền này gặp nhiều sự cố do sét, ngắn mạch, thiết bị lỗi, lỗi do vận hành, tình trạngquá tải và lão hóa Nhiều lỗi do phá hủy về cơ khí, mà cần phải có sửa chữa trước khiđưa hệ thống trở về để phục vụ Sự cố có thể được giải quyết nhanh nếu vị trí sự cốđược ước tính với độ chính xác hợp lý Sự cố gây ra ngắn mạch có thể gây mất điệndài hạn cho khách hàng và có thể dẫn đến thiệt hại lớn cho các ngành công nghiệp sảnxuất cũng như ảnh hưởng đến an ninh, văn hóa, chính trị Phát hiện nhanh chóng, côlập, định vị và sửa chữa các sự cố là ưu tiên trong việc duy trì một hệ thống điện tincậy , ,

Theo hiện nay lưới điện 110kV có nhiều đoạn có nhiều nhánh rẽ khác nhau, đặcbiệt là các tỉnh trung du và miền núi, việc xác định vị trí sự cố gặp nhiều khó khăn dođịa hình đồi núi phức tạp, thêm vào đó là đường dây có nhiều nhánh rẽ gây khó khăncho việc xác định chính xác vị trí sự cố Thời gian phục hồi cũng bao gồm thời gian đểtìm ra vị trí sự cố Quá trình phục hồi sẽ nhanh hơn khi việc xác định chính xác vị trí

sự cố xẩy ra với thời gian ngắn nhất có thể

Các quy trình sửa chữa và bảo trì nhanh chóng, hiệu quả sẽ trực tiếp dẫn đến cảithiện độ tin cậy cung cấp điện cho mạng lưới, do đó nâng cao hiệu quả tổng thể của hệthống Trong một thị trường hướng đến cạnh tranh từ nguồn cấp, truyền tải đến phân

phối điện thì tiết kiệm thời gian, công sức và giảm thời gian mất điện có thể làm giảmchi phí hoặc làm tăng lợi nhuận

Trong luận án này đã phát triển phương pháp phân tích sóng phản xạ chủ độngtheo miền thời gian và tần số để định vị sự cố trong đường truyền tải điện có nhiềunhánh rẽ Phương thức này cho thấy một giải pháp kinh tế kỹ thuật đầy hứa hẹn chongành điện

1.2 Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây tải điện

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì ngày càng có nhiềuphương pháp định vị sự cố đã được đề xuất áp dụng đối với đường dây truyền tải điện,mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và có phạm vi áp dụng nhất định tùytheo cơ sở hạ tầng sẵn có của trạm và đường dây Ta có thể thấy có các phương phápđịnh vị chính sau đây:

Định vị sự cố chỉ dựa trên tín hiệu đo lường từ một phía của đường dây , , , , , ,

Định vị sự cố dựa trên tín hiệu đo lường từ cả hai phía của đường dây , , , , , , ,

Phương pháp sử dụng mạng nơron , , , , , , , , , ,

Phương pháp định vị sự cố dựa trên hiện tượng sóng lan truyền từ điểm sự cố , , , Phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện dựa trên sóng lan truyền từđầu đường dây , , , , , , ,

1.3 Phương pháp đo lường từ một phía

Trong phương pháp này vị trí sự cố được xác định từ các kết quả đo lường từ 1đầu của đường dây , Để xác định dạng sự cố giá trị điện áp và dòng điện ở tất cả cácpha phải được xác định Xét sự cố xảy ra tại điểm F, cách trạm A một khoảng là m (%)trên đường dây AB như trong Hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây có 2 nguồn cấp

Hình 1.2: Sơ đồ thay thế minh họa sự cố trên đường dây có 2 nguồn cấp

trong đó:

x - phần trăm khoảng cách đến điểm sự cố (khoảng cách từ đầu đường dây dến điểm

sự cố/ tổng khoảng cách của đường dây)

VA- điện áp tại đầu nguồn A

ZL- tổng trở của đường dây

IF- dòng điện sự cố

RF- điện trở sự cố

Từ đó có thể dẫn ra một số phương pháp như phương pháp điện kháng đơn, phươngpháp Takagi, phương pháp Takagi cải tiến

1.3.1 Phương pháp điện kháng đơn

Trong phương pháp điện kháng đơn , , các giá trị dòng điện và điện áp đo được

sẽ được sử dụng để xác định trở kháng của đường dây đến vị trí sự cố, căn cứ vào đóxác định được vị trí sự cố theo công thức:

A L A F F

V&=xZ I&+R I&

Từ biểu thức dẫn tới vị trí sự cố được tính theo công thức

Im(V / I )Im(Z )

A A L

x= & &

1.3.2 Phương pháp Takagi

Để nâng cao độ chính xác so với phương pháp điện kháng đơn, nhằm giảm bớtsai số do ảnh hưởng của điện trở sự cố và dòng tải Phương pháp Takagi xét các tínhiệu trước và sau khi xuất hiện sự cố theo Vị trí sự cố được xác định theo biểu thức

∆ −& phức liên hợp của∆I& A

1.3.3 Phương pháp Takagi cải tiến

Theo phương pháp Takagi cải tiến không sử dụng đến các tín hiệu tại thời điểmtrước khi có sự cố mà sử dụng dòng điện thứ tự không Vị trí sự cố trong phương phápnày được xác định theo biểu thức

I&là dòng điện thứ tự không, I&*R là số phức liên hợp của dòng điện thứ tự không.

Phương pháp điện kháng đơn có ưu điểm là đơn giản trong tính toán, dễ dàng cholắp đặt nhưng có độ chính xác không cao do không xét đến ảnh hưởng của dòng điệnthứ tự không cũng như hỗ cảm giữa các đường dây

Phương pháp Takagi có độ chính xác cao hơn phương pháp điện kháng đơnnhưng lại phải xét cả tín hiệu trước và sau sự cố dẫn đến phức tạp cho thiết bị Phươngpháp Takagi cải tiến đã giúp đơn giản hóa phương pháp Takagi nhưng lại yêu cầu xácđịnh góc pha của dòng điện thứ tự không Các sai lệch do yêu cầu thông số tín hiệutrước sự cố hay góc pha dòng điện thứ tự không dẫn tới sai số của 2 phương pháp này

Phương pháp đo lường từ một đầu đường dây được sử dụng trong xác định vị trí

sự cố trong các rơle khoảng cách được nhiều hãng trên thế giới sử dụng, áp dụng rộngrãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam

Bảng 1 1: Tổng hợp sự cố ở đường dây truyền tải điện 110kV của Công Ty Lưới điện Cao thế miền Bắc - chi nhánh Thái Nguyên năm 2013 và 2012

Lầ

n

Bảo vệ khoảng cách báo (km) Sự cố cột Nguyên nhân sự cố Sai số (m)

Theo kết quả thực tế báo sự cố của Công ty Lưới điện Cao thế miền Bắc – chinhánh Thái Nguyên và cho thấy đối với các lộ đường dây có 1 nguồn cấp, có kết cấuđơn giản không có các nhánh rẽ, với các sự cố đơn giản cho kết quả xác định vị trí sự

cố khá chính xác

Đối với sự cố phức tạp như có hồ quang lớn hay đường dây phức tạp như cónhiều nhánh rẽ, có nhiều lộ trên một hệ thống cột, có nhiều nguồn cấp thì phương phápđiện kháng đơn cho độ chính xác thấp, nhiều trường hợp nhầm lẫn, không xác địnhđược vị trí sự cố

1.4 Phương pháp đo lường từ hai đầu

Theo các tài liệu , , , , , , , phương pháp đo lường tín hiệu từ hai đầu đường dâyyêu cầu tín hiệu phải được đo lường và đồng bộ từ cả hai đầu đường dây Phương phápnày có độ chính xác cao hơn các phương pháp đo lường từ một phía , vì không bị ảnh

hưởng của tổng trở nguồn cũng như ảnh hưởng của điện trở sự cố Xét sự cố xảy ra tạiđiểm F, cách trạm A một khoảng là x (%) trên đường dây AB như trong hình 1.3.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp

Sơ đồ thay thế đơn giản (bỏ qua tổng dẫn) của đường dây trên trong trường hợp

sự cố như trên Hình 1.4

Hình 1.4: Sơ đồ thay thế của đường dây sự cố

Các dòng điện I&, A I& và các điện áp B U& , A U& đo tại hai trạm được đồng bộ về B

U& =U& − × − ×I& x Z

trong đó ZD là tổng trở của toàn bộ đoạn đường dây AB

Trừ hai phương trình cho nhau:

U& −U& +I&×Z = × ×x Z I&+I&

Khoảng cách đến điểm sự cố được tính ra từ phương trình trên:

đất một pha (N(1)) thì điện áp sử dụng là của pha A, tuy nhiên dòng điện đưa vào tính

toán cần phải bù thành phần thứ tự không Trong thực tế, rất khó xác định đúng điệnkháng thứ tự không của đường dây, do đó việc tính toán hệ số bù dòng thứ tự không sẽkhông chính xác và có thể gây sai số cho quá trình định vị

Để tránh trường hợp này, nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng các thành phần dòngđiện và điện áp thứ tự thuận hoặc nghịch (tính toán dựa trên thành phần thứ tự nghịchchỉ áp dụng được với các sự cố không đối xứng) Trong thực tế còn nhiều biến thể củaphương pháp này, tùy theo tín hiệu đo lường có đầy đủ hay không đầy đủ, có cầnthông tin của tổng trở đường dây hay không

1.5 Phương pháp sử dụng mạng nơron

Mạng nơron ANN được giới thiệu năm 1943 bởi nhà thần kinh học WarrenMcCulloch và nhà logic học Walter Pits Những năm gần đây mạng nơron ANN ngàycàng phát triển và các nghiên cứu ứng dụng đã được thực hiện trong nhiều ngành nhưđiện, điện tử, kỹ thuật chế tạo, y học, quân sự, kinh tế Có rất nhiều mô hình và thuậttoán sử dụng mạng nơron đã được đề xuất và ứng dụng như mạng truyền thẳng nhiềulớp MLP (Multi Layer Perceptron) và mạng nơ ron tự tổ chức SOM (Self OrganizingMaps) Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng mạng nơron để xác định vị trí sự cốtrong và ngoài nước Những tài liệu trong nước có thể tìm thấy ở , , những tài liệunước ngoài có thể tìm thấy ở , , , , , , , ,

Tài liệu đã nghiên cứu và xây dựng được mô hình xác định vị trí sự cố, dạng sự

cố và điện trở sự cố trên đường dây 3 pha với nguồn cung cấp từ một phía, không rẽnhánh sử dụng mạng nơron MLP Trong đó mạng nơron nhân tạo MLP sử dụng đầuvào là các đặc tính thời gian và đặc tính tần số xác định từ các tín hiệu đo tức thờixung quanh thời điểm xảy ra những thay đổi (xuất hiện sự cố) trong các tín hiệu (thờiđiểm này được xác định nhờ sử dụng phép phân tích sóng nhỏ wavelet) Luận án cũng

xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác để xác định dạng sự cố và điện trở sựcố.

Theo nghiên cứu phương pháp ứng dụng Fuzzy logic, Wavelet, ANN và ANFIS

để phân loại dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện, đồng thời đề xuất sử dụngphương pháp WT là phù hợp cho việc chọn giá trị dòng điện, điện áp lúc sự cố làm dữliệu đầu vào, nhằm huấn luyện cho ANN, ANFIS thực hiện chức năng định vị sự cố.Mạng nơron dựa vào kỹ thuật định vị sự cố cho đường dây 1 nguồn được nghiêncứu bởi Chen và Maun Ljupko Teklic và Ivan Pavicic đã nghiên cứu sử dụng mạngnơron để phát hiện các sự cố trên đường dây truyền tải với 2 nguồn cấp Kezunovic đã

đề xuất một kỹ thuật mới để phát hiện vị trí của sự cố tốc độ cao bằng cách sử dụngcác mạng nơron trong khi Zhao, Song và ChenSong sử dụng các mạng nơron cho xácđịnh vị trí sự cố trên một chuỗi các đường dây cần được bù

1.6 Phương pháp sóng lan truyền

Phương pháp sóng lan truyền trên đường dây truyền tải điện là phương pháptương đối mới đang được nghiên cứu và thử nghiệm Hiện nay có hai hướng nghiêncứu chính là phương pháp dựa trên sóng lan truyền từ điểm sự cố và phương pháp chủđộng phát xung vào đầu đường dây sau đó phân tích sóng phản xạ từ điểm sự cố hoặccuối đường dây

1.6.1 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự

Sơ đồ biểu diễn quá trình phản xạ, khúc xạ của các sóng lan truyền thể hiện trênHình 1.5 dựa theo chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu được tại hai đầu (∆t) có thểxác định được vị trí điểm sự cố bằng phương trình:

2

l c t

x= − ×∆

trong đó: x - khoảng cách đến điểm sự cố

l - tổng chiều dài đường dây

c - vận tốc truyền sóng

Hình 1.5: Sự lan truyền và phản xạ của sóng dòng điện trên đường dây

Đặc điểm của phương pháp này:

• Phải có các thiết bị ghi tín hiệu được đồng bộ thời gian với độ chính xác cao, chỉmột sự sai lệch rất nhỏ về thời gian có thể dẫn tới sai số lớn về khoảng cách tínhđược

• Thiết bị ghi tín hiệu sự cố phải có tần số lấy mẫu rất cao để có thể ghi nhận cáctín hiệu xung phản xạ

• Phần mềm phải có khả năng đồng bộ hóa tín hiệu, lọc nhiễu và trích xuất tínhiệu mong muốn Đặc biệt với các sự cố gây ra do sét có thể gây các nhiễu điện

từ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép lọc tín hiệu

Theo , ngành điện nhiều nước trên thế giới như Qualitrol (Hathaway InstrumentsDivision - Anh), Nippon (Nhật Bản), Kinkei (Nhật Bản), và Isa (Italia) đã áp dụngcông nghệ xác định khoảng cách đến điểm sự cố của đường dây Độ chính xác đạt

được tương đối cao, sai số trong phạm vi một vài khoảng vượt, tùy thuộc vào thiết bịcủa từng hãng chế tạo Nói chung các hãng đều đưa ra sai số lý thuyết về xác địnhđiểm sự cố không lớn hơn 500m, nhưng trên thực tế, độ chính xác còn phụ thuộc rấtnhiều vào các điều kiện thực tế khi lắp đặt và vận hành, đặc biệt phụ thuộc nhiều vào

độ tin cậy công nghệ của từng hãng Để lựa chọn ra công nghệ có độ chính xác cao,đáp ứng tin cậy trong vận hành, cần xem xét, đánh giá thiết bị của các hãng

Bảng 1 2: Kết quả thử nghiệm phương pháp sóng phản xạ từ điểm sự cố của Nippon trên đường dây 220kV Thái Nguyên - Hà Giang theo

Sai số (m)

2 21-6-2012 13:33:08 No 365 No 363 Sét đánh 996

3 23-7-2012 14:45:55 No 287 No 282 Sét đánh 2.282Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố có

ưu điểm là lấy ngay sóng sự cố để đo lường nên không yêu cầu thiết bị phát xungnhưng lại yêu cầu đồng bộ về thời gian và phải đo lường từ nhiều đầu đường dây

1.6.2 Phương pháp sóng lan truyền từ đầu đường dây

Để giảm mức độ phụ thuộc vào việc đồng bộ thời gian các thiết bị đo trong hệthống, hiện nay một phương pháp mới đang được quan tâm phát triển là các giải phápdựa trên việc phân tích sóng phản xạ khi ta chủ động phát một xung điện áp vào đầuđường dây bị sự cố [27, 30, 36, 41]

Nội dung của phương pháp sóng lan truyền từ đầu đường dây là sử dụng mộtmạch phát xung (điện áp/dòng điện) vào đầu đường dây bị sự cố Sau khi có xungđược phát vào đường dây, ta tiến hành ghi lại các tín hiệu phản xạ Dựa trên việc phântích tín hiệu phản xạ mà ta có thể xác định được vị trí cũng như một số thông số củađường dây, của điểm sự cố và của tải cuối đường dây Phương pháp này có nhiều lợiđiểm so với các phương pháp tổng trở hay phương pháp dựa trên sóng lan truyền từđiểm sự cố do sử dụng thiết bị ở một đầu nên không cần phải đồng bộ về thời gian.Thời gian sóng phản xạ dài gấp đôi (do cần lan truyền thuận trước khi phản xạ ngượctrở lại) nên sai lệch tương đối về thời gian cũng nhỏ hơn

Phương pháp TDR - Time Domain Reflectometry, sử dụng một mạch phát một

xung vào đầu đường dây truyền tải điện Phương pháp này đơn giản nhưng trong một

số trường hợp (như điện cảm của sự cố lớn hoặc đường dây có nhiều nhánh rẽ) thì cósai số lớn hoặc không thực hiện được

Để giảm sai số do điện cảm của sự cố, và các nhiễu do cảm ứng của các đườngtruyền tải khác trên cùng một cột tác giả đề xuất phương pháp phân tích sóng phản xạ

chủ động trên miền thời gian và tần số (TFDR - Time Frequency Domain Reflectometry).

Phương pháp TFDR sử dụng mạch phát tín hiệu chirp (tín hiệu có biên độ và tần

số thay đổi theo thời gian) vào đầu đường dây sau đó phân tích tín hiệu phản xạ để xácđịnh vị trí sự cố Để xác định thời điểm tín hiệu phản xạ từ cuối đường dây (hoặc vị trí

rẽ nhánh, sự cố) luận án đề xuất sử dụng phương pháp phân tích hàm tương quan giữatín hiệu mẫu (xung tới) và tín hiệu phản xạ

Trong trường hợp đường dây không bị sự cố, tín hiệu tới cuối đường dây gặp tảihoặc gặp các nhánh rẽ sẽ phản xạ về Căn cứ vào thời gian phát xung tới, thời điểm tínhiệu phản xạ về và chiều dài đường dây sẽ xác định được vận tốc truyền sóng trênđường dây truyền tải điện Trong trường hợp đường dây có sự cố, sẽ có thêm thànhphần phản xạ về từ điểm sự cố Căn cứ vào phương pháp phân tích tín hiệu phản xạ sẽxác định được thời điểm tín hiệu phản xạ từ điểm sự cố về đầu đường dây Biết thờiđiểm phát xung, thời gian xung phản xạ từ điểm sự cố, vận tốc truyền tín hiệu trênđường dây sẽ suy ra vị trí sự cố

Đã có một số công trình nghiên cứu , sử dụng tín hiệu xung vuông phát vào đầuđường dây, trong luận án này sẽ thử nghiệm phương pháp TDR và TFDR với xung đầuvào ở dạng xung vuông và tín hiệu chirp, căn cứ vào phân tích giá trị của hàm tươngquan giữa tín hiệu mẫu và tín hiệu phản xạ để xác định vị trí của sự cố trên đường dâytruyền tải điện

Các công trình liên quan đến lĩnh vực xác định vị trí sự cố bằng các sử dụng sóngphản xạ trên đường dây truyền tải điện, phương pháp TDR có thể tìm thấytrong , , , , , , , Phương pháp TFDR có thể tìm thấy trong , , ,

Một số công trình đề cập đến vấn đề phân tích sóng có thể được liệt kê như sau: Trong tài liệu trình bày về phương pháp sóng phản xạ chủ động trên miền thờigian, khi phát xung vào đầu đường dây truyền tải điện trong các trường hợp không tải,

hở mạch, tải thuần trở, tải điện trở song song điện cảm, tải điện trở nối tiếp điện cảm,tải điện trở song song với điện dung sẽ cho thấy các hình dạng sóng phản xạ khácnhau

Bài báo đã trình bày một phương pháp phân tích tín hiệu dòng và áp ở đầuđường dây sử dụng các hàm biến đổi wavelet Daubechies để xác định thời điểm xảy ra

sự cố Dựa vào đặc tính là trong khai triển tín hiệu theo các hàm wavelet bao gồm cảhai thông tin về tần số và thời điểm xuất hiện ta có thể sử dụng wavelet để phát hiệnthời điểm sự cố là thời điểm xảy ra biến đổi tức thời lớn về biên độ của tín hiệu

Bài báo trình phương pháp sóng phản xạ chủ động theo miền thời gian để xácđịnh vị trí sự cố dựa trên phân tích Fourier của tín hiệu tới và tín hiệu phản xạ để xácđịnh vị trí sự cố Các kết quả thử nghiệm với đường dây dài 10,2m, 20,2m và 84m vớicác dạng sự cố hở mạch và ngắn mạch với sai số tương đương gần 4%

Bài báo trình bày những vấn đề cơ bản trong phân tích sóng phản xạ theo miềnthời gian TDR, theo miền tần số FDR và theo miền thời gian và tần số TFDR đồngthời so sánh những thuận lợi và khó khăn của cả 3 phương pháp

Bài báo trình bày phương pháp sử dụng thiết bị đo điện áp và dòng điện từ mộtđầu của đường dây nhưng yêu cầu phải có dữ liệu dòng điện ngay trước và ngay sauthời điểm xẩy ra sự cố Bài báo đã thử nghiệm 9 trường hợp sự cố khác nhau từ25,7km đến 90,7km Các kết quả cho thấy sai số nhỏ hơn 1km trong đó có 2 trườnghợp không phát hiện ra vị trí sự cố

Bài báo trình bày phương pháp xác định vị trí sự cố dựa trên đo lường tín hiệu từ

2 đầu đường dây Tín hiệu đo từ 2 đầu đường dây sẽ được đồng bộ Báo cáo đã sử

dụng phần mềm ATP (Alternative Transient Program) để mô phỏng các trường hợp sự

cố 1 pha, 2 pha và 3 pha Các kết quả cho thấy với đường dây 173km sai số xấp xỉ0,6%

Tài liệu sử dụng phương pháp phân tích sóng phản xạ theo miền thời gian và tần

số với 2 dạng sự cố là ngắn mạch và hở mạch tại các vị trí sự cố 10, 20, 30 và 40m Theo sử dụng một dải phổ tín hiệu từ 4MHz đến 75MHz phát vào đầu đườngdây, sóng phản xạ về được đưa qua bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao để phân tíchthời điểm tín hiệu phản xạ từ điểm sự cố Sai số trung bình của phương pháp xấp xỉ6%

Tài liệu sử dụng phương pháp Artificial Neural Networks (ANNs) kết hợp vớiphân tích FFT (Fast Fourier Transform) sử dụng tần số cao để phân tích sự cố Sử dụngcông cụ Matlab để mô phỏng đường dây dài 128km với các trường hợp sự cố ở 5, 32,

64, 96, 123km kết quả cho thấy sai số trung bình nhỏ hơn 5%

Có nhiều phương pháp để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện,phương pháp đơn giản thì cho độ chính xác không cao, phương pháp phức tạp như đolường từ nhiều đầu và yêu cầu đồng bộ tín hiệu về thời gian cho độ chính xác cao hơnnhưng phức tạp, chi phí lại cao, độ chính xác phụ thuộc vào đồng bộ tín hiệu từ cácđầu Ngoài ra hệ thống truyền tải điện ngày nay cũng hết sức đa dạng với nhiều cấutrúc khác nhau Hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu và thử nghiệm trên đường dây cónhiều nhánh rẽ do đó luận án tập trung nghiên cứu mô hình xác định vị trí sự cố cho cảđường dây không phân nhánh và đường dây có nhiều nhánh rẽ

1.7 Kết luận chương 1

Qua trình bày về phân tích các phương pháp xác định vị trí sự cố có thể tóm tắthiện nay có các phương pháp xác định sự cố kinh điển như phương pháp dựa trên đolường từ một đầu đường dây, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây Cácphương pháp mới như phương pháp sử dụng mạng nơron, phương pháp sóng lantruyền Mỗi một phương pháp, thuật toán khác nhau vì vậy có ưu nhược điểm riêng.Đối tượng đường dây truyền tải điện rất đa dạng, đường dây truyền tải với các cấpđiện áp khác nhau, có một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp, đường dây đơn, đườngdây kép, đường dây có một hoặc nhiều nhánh rẽ Tính chất của sự cố cũng khác nhaunhư điện trở, điện cảm sự cố thay đổi Do đó một phương pháp không thể áp dụng

chung cho tất cả các dạng đường dây truyền tải điện Các giải pháp đơn giản nhưphương pháp điện kháng đơn dễ thực hiện như có độ chính xác không cao, phươngpháp đo lường từ hai đầu đường dây hay phương pháp dựa trên sóng từ điểm sự cố có

độ chính xác cao hơn nhưng sử dụng nhiều thiết bị và yêu cầu đồng bộ về thời giandẫn tới phức tạp, chi phí tốn kém

Luận án tập trung nghiên cứu để đưa ra các giải pháp cho các hệ thống tải điện bapha không phân nhánh và có nhánh rẽ Với yêu cầu sử dụng ít thiết bị đo nhất có thể

và không yêu cầu đồng bộ về thời gian

Trong các chương tiếp theo luận án sẽ tập trung nghiên cứu phương pháp chủđộng phát xung từ đầu đường dây truyền tải để xác định sự cố Do phương pháp sửdụng ít thiết bị, không yêu cầu đồng bộ về thời gian Luận án nghiên cứu các giải phápphát xung chủ động theo miền thời gian (TDR) và phương pháp phát xung chủ độngtheo miền thời gian và tần số (TFDR)

Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP CỦA LUẬN ÁN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN SÓNG LAN TRUYỀN

Trong chương một luận án đã trình bày tổng quan về các phương pháp xác định

vị trí sự cố Căn cứ vào đó trong chương này sẽ đề xuất phương pháp xác định vị trí sự

cố chính xác hơn Để có thể thực hiện các giải pháp này cần có mô hình toán học mô

tả sóng lan truyền trên đường dây truyền tải điện và mô hình mô phỏng để giải các bàitoán đề xuất Trong chương 2 luận án sẽ trình bày các nội dung chính:

Mô hình toán học sóng lan truyền trên đường dây truyền tải điện không có sự cố vàtrên đường dây có sự cố trong các trường hợp phụ tải khác nhau để phát hiện sự cố

Đề xuất một số giải pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải

2.1 Mô hình toán học sóng lan truyền trên đường dây

2.1.1 Mô hình đường dây truyền tải điện

Để mô phỏng đường dây truyền tải theo, và thường sử dụng mô hình Π và môhình đường dây thông số phân tán (Distributed Parameter Line)

Mô hình Π thực hiện một đường truyền một pha với các thông số gộp trong cácđoạn Π Đối với đường dây truyền tải, điện trở, điện cảm, và điện dung được phân bốđều trên đường dây Một mô hình gần đúng của đường tham số được phân bố bằngcách xếp chồng lên một vài phần Π giống hệt nhau như thể hiện trong hình dưới đây

Hình 2 1: Mô hình đường dây truyền tải hình Π một pha

Không giống như mô hình đường dây phân bố thông số phân tán, có một sốlượng vô hạn các phần tử, mô hình tuyến tính phần Π có một số hữu hạn các trạng tháicho phép tính số mô hình tuyến tính không gian trạng thái Số phần tử sẽ được sử dụngphụ thuộc vào dải tần số và được biểu diễn theo công thức sau :

max 8

N f

= , với L (H), C (F)

- l là chiều dài dây (km)

Với đường dây có phân đoạn ngắn thông số RLC của mỗi phân đoạn được tínhnhư sau:

0 sec; 0 sec; 0 sec

R r l = × L l l = × C C l = ×trong đó: lsec là chiều dài một phân đoạn hình Π, r0 (Ω/km), l0 (H/km), C0 (F/km) lầnlượt là điện trở, điện cảm, điện dung trên một đơn vị chiều dài

Mô hình đường dây ba pha hình Π là mô hình mà các tham số đường dây thểhiện như hình Π Ngược lại với mô hình đường dây thông số rải, trong đó điện trở,điện cảm, và điện dung được sử dụng trong các vi phân đoạn của đường dây Mô hình

Π ba pha với các tham số trong một phân đoạn Π như thể hiện trong hình bên dưới

Hình 2 2: Mô hình một phân đoạn đường dây truyền tải hình Π ba pha

trong đó: - Rs, Rm là điện trở và điện trở tương hỗ của đường dây ba pha

- Ls, Lm điện cảm và hỗ cảm của đường dây dây ba pha

- Cp, Cg là điện dung thay thế như hình 2.2

Các thông số thứ tự thuận và thứ tự không của đường dây được tính như sau:

1 1 sec 1 1 1 sec 1 1 1 sec 1

0 0 sec 0 0 0 sec 0 0 sec 0

dây chính xác ở tần số xác định Các thông số RLC của mỗi đoạn hình Π được xácđịnh như sau:

b) Mô hình đường dây thông số rải

Khi khảo sát quá trình điện từ trên đường dây mô tả bởi một số hữu hạn các phần

tử điện trở R, điện cảm L nối với nhau Các mô tả như vậy gọi là mạch có thông số tậptrung và chỉ đúng nếu tần số tín hiệu trên đường dây đủ thấp tương ứng với độ dàibước sóng đủ lớn Khi đường dây làm việc với tần số đủ cao, chiều dài đường dâytương đối đáng kể so với bước sóng, sóng điện từ lan truyền dọc đường dây đã thểhiện một phần đáng kể của bước sóng, lúc này cách mô tả như trên không đúng nữa vìkhi đó tại mỗi thời điểm điện áp và dòng điện đã thay đổi dọc theo chiều dài đườngdây Trong trường hợp này, để phù hợp ta coi đường dây được ghép bởi vô số các viphân chiều dài dx ghép xâu chuỗi nhau, mỗi vi phân bao gồm vi phân điện trở dR, viphân điện cảm dl, vi phân điện dẫn dG, vi phân điện dung dC mô tả như hình dưới

Hình 2 3: Sơ đồ thay thế đường dây có thông số rải

trong đó: Vi phân điện trở dR và vi phân điện cảm dL đặc trưng cho quá trình tiêu tán

và từ trường trên mỗi vi phân đường dây; vi phân điện dẫn dG, vi phân điện dung dCđặc trưng cho dòng điện dịch và dòng điện rò Cách mô tả như vậy gọi là đường dây

có thông số rải hay còn gọi là đường dây dài

Theo hệ phương trình trạng thái của đường dây dài đều là:

trong đó: R, L, C, G là các thông số của đường dây trên một đơn vị chiều dài.

Hệ phương trình mô tả đường dây dài đều là hệ phương trình đạo hàm riêng theokhông gian, thời gian, nghiệm của nó phụ thuộc vào điều kiện biên x1, x2 và sơ kiện t0

Để giải bài toán này với đường dây một pha và ba pha cần sử dụng phương pháp

số như trình bày ở Khi đó mô hình thông số dải sẽ được thay thế bằng mạng 2 cửanhư trên hình dưới:

Hình 2 4: Sơ đồ thay thế mạng 2 cửa của đường dây truyền tải 1 pha

Với đường dây không có tổn thất (R0 = G0 = 0):

(x,t) (x, t)

L(x,t) (x, t)

1 2

- [u(t)] là vectơ cột điện áp nút tại thời điểm t

- [i(t)] là vectơ cột dòng điện bơm vào nút tại thời điểm t

Với đường dây truyền tải nhiều pha sơ đồ thay thế như hình bên dưới

Hình 2 5: Sơ đồ thay thế của đường dây truyền tải ba pha

Mô hình đường dây thông số dải ba pha theo ta có:

2.1.2 Nguyên lý lan truyền sóng trên đường dây

Theo , sóng lan truyền trên đường dây bao gồm sóng thuận u+(x,t) và sóngngược u-(x,t), các thông số đặc trưng cho sự truyền sóng trên đường dây dài bao gồm:Tổng trở sóng ZC, hệ số tắt α, hệ số pha β , vận tốc truyền sóng v

được tính như sau:

trong đó: - α [nep/km]- gọi là hệ số tắt tức là tốc độ giảm của biên độ nep/km

- β [rad/km] - hệ số pha nói lên độ biến thiên góc pha của sóng khi truyềndọc đường dây

c) Vận tốc truyền sóng:

Sóng thuận và sóng ngược lan truyền với vận tốc như nhau:

β β

= = × = ×trong đó: λ là bước sóng, f là tần số

Các đường dây trong thực tế thường có giá trị điện trở, điện dẫn thường rất nhỏ

so với điện cảm và điện dung Khi xét đường dây dài ở chế độ truyền sóng, nếu bỏ quathành phần điện trở của đường dây, ta có các thông số truyền sóng được xác định nhưsau:

C

= là điện trở thuần

Ta có nhận xét về các thông số của đường dây dài không tiêu tán:

Tổng trở sóng là số thực (thành phần ảo bằng 0) nên tương đương với điện trở thuần.Vận tốc truyền sóng không phụ thuộc vào tần số nên đường dây không tiêu tán cũng làđường dây không méo

Tín hiệu truyền sóng trên đường dây không tiêu tán chỉ bị trễ (hay hệ số pha thay đổi)coi như không bị suy giảm về biên độ

2.1.3 Sóng điện từ trên đường dây tải điện không sự cố

Giả sử tại thời điểm t=0 ta đóng vào đầu đường dây một nguồn áp Vinc( ) t Khi

có năng lượng truyền vào, không gian dọc đường dây sẽ hình thành một trường điện từbiến thiên Sóng điện từ sẽ lan truyền từ đầu đường dây tới cuối đường dây và khi gặp

các điểm phân nhánh, sự cố hoặc khi gặp điểm cuối đường dây, một phần năng lượngcủa sóng sẽ phản xạ ngược trở lại thành sóng lan truyền ngược, phần còn lại sẽ khúc

xạ vào tải hoặc vào đường dây phía sau điểm phân nhánh hoặc sự cố

Để xác định được hai thành phần này, ta có thể áp dụng mô hình thuật toánPetersen , Ý tưởng của mô hình Petersen được giới thiệu trên Hình 2.6 (lấy ví dụtrường hợp sóng lan truyền đến cuối đường dây) Khi sóng lan truyền tới cuối đườngdây ta có:

( , ) ( , )( , ) ( , )

Do tổng trở sóng Z0là thuần trở nên:

0 0

( ) ( , ) ( , )( ) ( , ) ( , )

Hình 2.6: Mô hình Petersen tương đương để giải bài toán truyền sóng

Theo khi đường dây có tổng trở sóng Z0 và tải cuối đường dây Z2 thì các hệ sốkhúc xạ α và phản xạ β được tính theo:

β = = −

+

trong đó Vref – biên độ sóng phản xạ, Vinc – biên độ sóng tới

Nếu đường dây không có sự cố thì thời gian từ lúc bắt đầu đóng nguồn vàođường dây cho đến khi có sóng phản xạ là:

Từ 2.19 ta có α β= +1 và có hai trường hợp đặc biệt là:

Khi hở mạch cuối đường dây (tương đương Z2 = ∞): ta có α = 2 và β =1 (hay

ref inc

V =V ), hay còn gọi là hiện tượng phản xạ dương toàn phần Khi sóng này lan

truyền ngược về đầu đường dây, tín hiệu điện áp đo được đầu đường dây sẽ là:

1 2 inc

V = × V

Khi ngắn mạch cuối đường dây (tương đương Z2 = 0): ta có α =0 và β = −1 (hay

ref inc

V = −V ), hay còn gọi là hiện tượng phản xạ âm toàn phần Khi sóng này lan

truyền ngược về đầu đường dây ta sẽ có: V1= 0

a) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây thuần trở:

Hình 2.7: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần trở

Theo khi đóng một nguồn điện áp Vinc vào đầu đường dây có tổng trở sóng Z0 vàtải cuối đường dây thuần trở Rt thì thành phần phản xạ cuối đường dây là:

0 0

b) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R

nt L):

Hình 2.8: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải R nối tiếp L

Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản

t

L T

Z

α - hằng số khúc xạKhi t = 0 ta có: Vtd(0) 2 = × Vinc

Tương tự như trên ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạvề:

d

1

t T

Hình 2.10: Mô hình Petersen tương đương của mạch R song song C

Giải mạch Hình 2.10 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản

Hình 2.11: Mô hình Petersen tương đương của mạch R nối tiếp C

Giải mạch Hình 2.11 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản

2.1.4 Sóng điện từ trên đường dây tải điện khi có điểm sự cố:

Khác với trường hợp đường dây không có sự cố, khi có điểm sự cố thì sóng tớichạy từ đầu đường dây đến vị trí sự cố sẽ xuất hiện thành phần phản xạ quay lại đầuđường dây Trong đó, xét trường hợp sự cố ngắn mạch có điện trở và điện cảm sự cố là

0

1 1

02

t t

sẽ tăng lên (1 + β1) lần nên tổng cộng lại, so với trường hợp không có điểm sự cố, biên

độ của thành phần phản xạ được điều chỉnh tăng 2

Với v là tốc độ truyền sóng trên đường dây