I. ĐẶT VẤN ĐỀ

    Đường dây truyền tải là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện. Đường dây truyền tải thường có khoảng cách dài và phân bố trên một phạm vi rộng lớn. Luôn luôn tiềm ẩn  nhiều mối đe doạ gây sự cố cho đường dây: do khách quan, môi trường, thời tiết, dây diều của trẻ em, cây trong hành lang mọc nhanh, cây ngoài hành lang đổ vào đường dây, độ võng đường dây tăng, sét đánh cảm ứng qua dây chống sét, sét đánh vào dây ....Hiện nay tại Việt Nam để xác định chính xác tọa độ vị trí điểm sự cố là một công việc khó khăn, tốn nhiều công sức và thời gian.

    Để xác định điểm sự cố trên đường dây truyền tải, thông thường dựa vào thông tin ghi khoảng cách điểm sự cố của bảo vệ khoảng cách, nhưng nó có sai số vô cùng lớn. Kết hợp rải quân băng rừng, lội suối đi kiểm tra từng vị trí trên toàn tuyến đường dây bị sự cố. Với những cách thức như hiện nay chưa đáp ứng được việc khắc phục nhanh sự cố và chưa kinh tế.

    Từ nhiều năm qua, ngành điện của nhiều nước trên thế giới đã áp dụng công nghệ xác định khoảng cách điểm sự cố của đường dây. Thiết bị này có độ chính xác tương đối cao, sai số trong phạm vi một vài khoảng vượt tùy thuộc vào từng hãng chế tạo. Hiện nay trên thế giới có nhiều nhà chế tạo thiết bị này như Hathaway (Qualitrol), Nippon (Japan), Kinkei (Japan), và ISA (Italy).

   Về lý thuyết các hãng đều đưa ra độ chính xác không lớn hơn 500 m, trên thực tế độ chính xác phụ thuộc rất nhiều 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 đòi hỏi cần xem xét, đánh giá thiết bị của các hãng qua kết quả thời gian vận hành thử nghiệm. 

I. SỰ KHÁC NHAU TRONG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CỦA MỘT SỐ HÃNG TRÊN THẾ GIỚI

1.      Công nghệ định vị sự cố của Isa

a.      Đặc tính: Thiết bị định vị sự cố của Isa là một hệ thống định vị sự cố sóng truyền 

TFS (Traveling Wave Fault Location System). Sai số đo khoảng cách điểm sự cố nhỏ hơn 500 m. Sai số này tùy thuộc vào các hệ số sau đây:

-          Điện trở sự cố.

-          Sai số của biến dòng và biến điện áp.

-          Sự không chính xác của các tham số đường dây.

-          Tình trạng trở kháng thứ tự không luôn thay đổi theo độ ô nhiễm môi trường dọc theo hành lang của tuyến đường dây.

-          Dòng tải trên đường dây.

Với công nghệ của các hãng khác, việc xác định điểm sự cố chỉ áp dụng duy nhất cho đường dây AC trên không. Riêng với thiết bị của Isa, có thể sử dụng cho các trường hợp sau:

-          Đường dây truyền tải AC.

-          Đường dây truyền tải HVDC.

-          Đường dây truyền tải có tụ bù nối tiếp.

-          Các đường dây với nhánh T.

-          Các đường dây cáp và dây trên không.

-          Đo khoảng cách sự cố của 1 sự cố 1 pha chạm đất trong hệ thống phân phối trung tính không nối đất.

b. Nguyên lý định vị sự cố: Thiết bị của Isa sử dụng đồng thời cả 3 nguyên lý xác định điểm sự cố cho thiết bị của mình, bao gồm 3 phương pháp sau:

+ Phương pháp kiểu D (áp dụng cho 2 điểm cuối):

Hình 1. Phương pháp kiểu D

Khoảng cách điểm sự cố được xác định bởi sự khác nhau của thời gian truyền tới 2 đầu của đường dây.

+ Phương pháp kiểu A (áp dụng cho 1 điểm cuối): Khoảng cách điểm sự cố được xác định bởi sự phân tích sóng truyền được ghi tại 1 điểm cuối của đường dây. Độ lệch thời gian giữa việc phát hiện sự cố và sự phản hồi từ điểm cuối đường dây tới điểm sự cố và sự phản hồi ngược lại. Nguyên tắc này được sử dụng tính toán khoảng cách đến điểm sự cố X­_L : hình 2

Hình 2. Phương pháp kiểu A

+ Phương pháp kiểu E: hình 3

Phương pháp này sử dụng máy phát truyền tạm thời khi 1 máy cắt được đóng vào 1 đường dây sự cố. Khoảng thời gian giữa xung thứ nhất khởi tạo bởi máy cắt đóng và xung phản chiếu từ mạch vòng của điểm sự cố đã được tính toán cho khoảng cách điểm sự cố.

Hình 3. Phương pháp kiểu E

Trong các phương pháp trên, phương pháp kiểu D đơn giản và đáp ứng rất tốt về độ chính xác và tin cậy trong kết quả thu được. Kiểu loại E rất có khả năng định vị sự cố trong trường hợp sự cố tuột lèo hoặc đứt dây. Kiểu loại A mang lại hiệu quả nhất nhưng độ tin cậy của nó phụ thuộc vào kiểu dạng khác nhau của sự cố như hồ quang và các đường dây bên cạnh.

c. Tần số lấy mẫu (cho bộ chuyển đổi A/D tín hiệu đầu vào)

Với số kênh càng nhiều trong cùng một modul tần số sóng mẫu càng có trị số bé.

d. Thiết bị định vị sự cố điển hình: Hệ thống định vị sự cố TFS-2100. Trong hệ thống này, sử dụng phương pháp kiểu D là chính, ngoài ra bổ sung thêm phương pháp kiểu loại A và E hỗ trợ thêm cho việc đo khoảng cách điểm sự cố.

2.      Công nghệ định vị sự cố của hãng khác (Nippon, Kinkei, Hathaway.....)

a. Đặc tính:

-          Đường dây truyền tải AC, không sử dụng được cho đường DC

-          Đường dây trên không, không sử dụng được cho đường cáp.

b. Nguyên lý xác định khoảng cách điểm sự cố                       

Sử dụng duy nhất 1 phương pháp kiểu loại D, không thể đo được khoảng cách điểm sự cố khi gặp sự cố kiểu loại đứt dây hay tuột lèo cũng như không áp dụng được cho đường dây cụt.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý định vị điểm sự cố của đa số các hãng

1. Tần số lấy mẫu: 10MHz (Kinkei). Tần số là một dải trong khoảng hẹp xung quanh một trị số cố định, không thay đổi trong các modul, không phụ thuộc vào số kênh trong modul.
2. Kết quả sau thử nghiệm của Nippon trên đường dây 220kV Thái Nguyên- Hà Giang

Ghi chú:  đặc tính của thiết bị sai số là ± 400 m.

II. SỰ GIỐNG NHAU TRONG CÔNG NGHỆ CỦA CÁC HÃNG

        Sơ đồ cấu tạo thiết bị của tất cả các hãng cơ bản đều giống nhau, sau đây xin giới thiệu công nghệ của Isa. Hệ thống xác định vị trí sự cố TFS-2100 là một hệ thống hoàn thiện bao gồm các thiết bị: Khối thu nhận sóng truyền TDU-100; Sever xử lý dữ liệu DPS-100; Phần mềm giao diện TDU và DPS; Bộ định vị thời gian GPS; Phần mềm cho máy chủ TAS-2100. Khối có đủ các chức năng xác định khoảng cách điểm sự cố, biểu thị khoảng cách điểm sự cố xuất hiện trong đường dây và chi tiết của vị trí sự cố được biểu thị trên DPS và tại trạm máy chủ (Master station). Khối phân tích dữ liệu sóng truyền (TDU-100 Traveling Wave Data Acquisition Unit) được lắp đặt tại hai đầu ngăn lộ ở hai trạm biến áp mà đường dây kết nối. Thiết bị TDU liên tục thu nhận sóng mẫu đầu ra thứ cấp của biến dòng và biến điện áp và lưu trữ các dữ liệu mẫu đó vào bộ nhớ tạm. Khi khối được khởi động, ví dụ như như có bất cứ tín hiệu đầu vào vượt quá mức độ cài đặt, dữ liệu tạm trước sự cố và dữ liệu thoáng qua trong một khung thời gian trước sự cố, chúng được truyền đến bộ nhớ cố định. Các dữ liệu phân tích được gửi tới trạm máy chủ qua đường truyền mạng để xử lý tiếp.

     Máy tính chủ sử dụng phần mềm TAS-2100 phân tích sóng truyền qua môi trường windows lựa chọn các dự liệu tạm được xử lý phân tích, tính toán tự động ra khoảng cách điểm sự cố.

     Phần mềm TAS-2100 có các chức năng sau :

-          Lựa chọn tự động hoặc điều khiển bằng tay các dữ liệu sự cố và lưu trữ trong máy tính PC.

-          Tự động tính toán khoảng cách điểm sự cố, tự động chỉ ra vị trí cột bị sự cố.

-          Bảo vệ đường dây trên không hoặc đường cáp.

-          Cho phép vận hành tính toán tay để chứng thực kết quả đo lường tự động.

-          Kiểm tra các trạng thái vận hành của TDU 100 và DPS-100 đã được lắp đặt trong các trạm.

-          Cung cấp các sự cố trước và các thông tin kết quả tính toán.

-          Cho phép thay đổi hoặc cài đặt cho các modul TDU-100.

     Sẽ tự ghi nhận các dạng sóng dòng và áp của đường dây, tự phát hiện ra các sóng sự cố và gửi số liệu về trạm chủ TAS 2100, tại đó các số liệu được phân tích và chỉ ra vị trí của điểm sự cố với các thông số thực, như khoảng cách điểm sự cố, thời gian sự cố, ngày tháng của sự cố, kiểu dạng sự cố, trị số của dòng điện sự cố.

     Cấu tạo của hệ thống xác định sự cố bao gồm bộ định vị sự cố, cáp nối mạch dòng, cáp nối mạch áp, máy tính cá nhân, cáp nối với antent, antent GPS, đường truyền mạng từ bộ Server  xử lý dữ liệu tới vị trí đặt máy tính trạm chủ (như hình 5).

Hình 5. Cấu tạo của hệ thống định vị sự cố

     Để xác đinh được điểm sự cố trên một tuyến đường dây kết nối giữa trạm biến áp đầu và trạm biến áp cuối phải lắp đặt 2 bộ định vị (mỗi bộ gồm TDU-100, DPS-100 và GPS) tại ngăn lộ ở 2 trạm biến áp liên kết đó. Mỗi bộ định vị có các đầu vào: cổng antent, cổng nguồn, các đầu vào input là các mạch dòng và mạch áp của ngăn lộ cần giám sát. Với mạch dòng sử dụng các biến dòng trung gian có thể lắp đặt tiện lợi cho các đầu dây của bất cứ cuộn thứ cấp của biến dòng điện qua các biến dòng trung gian kiểu ampe kìm. Mỗi bộ định vị có cổng ra là cổng kết nối mạng LAN.

      Khi trên đường dây có sự cố, các tín hiệu dòng và áp của pha bị sự cố sẽ đạt tới giá trị ngưỡng. Các bộ định vị sẽ gửi tín hiệu về server và máy tính tại trạm chủ cho ta biết các dạng sóng tín hiệu dòng và tín hiệu áp, cho biết chính xác vị trí điểm sự cố của pha bị sự cố trên đường dây. Qua đường truyền mạng và Router, máy tính ở bất cứ nơi nào được kết nối cũng giúp người quản lý sẽ biết được chính xác vị trí điểm sự cố.

     Có thể qua đường truyền mạng LAN, kết nối mạng internet đều có thể kết nối được với bộ định vị. Để tránh truy nhập của người không có chức năng, hệ thống có đặt password phân cấp truy nhập tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Mỗi bộ định vị có thể lắp đặt cho nhiều kênh đo lường, mỗi kênh tương ứng cho một ngăn lộ.

Hình 6. Tín hiệu trên màn hình máy tính PC

III. KẾT LUẬN

     Đây là một công nghệ tiên tiến, kinh tế, đã được ứng dụng trong ngành điện ở rất nhiều nước trên thế giới. Nó đã được ứng dụng cho hệ thống lưới điện trung áp và đặc biệt sử dụng cho tất cả các ngăn lộ của hệ thống lưới điện truyền tải. Thiết bị này giúp nhà quản lý nắm được chính xác và nhanh nhất vị trí điểm sự cố trên các đường dây, qua đó có xử lý nhanh sự cố, giảm chi phí nhân lực tìm kiếm, giảm phương tiện đi lại, nâng cao khả năng sử lý sự cố, rút ngắn thời gian mất điện của hệ thống, tăng khả năng vận hành an toàn tin cậy cho hệ thống điện trung áp, cao áp và siêu cao áp.

    Để thật sự lựa chọn được nhà chế tạo có đủ độ tin cậy, đủ độ chính xác, ổn định trong nhiều dạng sự cố là một việc vô cùng quan trọng. Khi đó các nhà quản lý lựa chọn được công nghệ thật sự mang lại hiệu quả kinh tế. Trong điều kiện đất nước còn hạn hẹp về tài chính, nhất thiết phải qua sử dụng thử nghiệm công nghệ của các hãng mới có đánh giá và yên tâm sử dụng.