Đồng thời hiện nay các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện và yêu cầu tối ưu hóa chế độ vận hành cho lưới trung hạ áp ngày càng được quan tâm và đưa vào chỉ tiêu thi đua của các Điện lực.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Giảng viên hướng dẫn: TS Lã Minh Khánh
HÀ NỘI, 2022
Chữ ký của GVHD
Trang 2CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Ngọc Phú
Đề tài luận văn: Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết
bị phân đoạn trong lưới phân phối 22kV 455 E1.14 quận Ba Đình, Hà Nội
Chuyên ngành: Q uản lý kỹ thuật công nghệ
Mã số SV: 20202733M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 10/08/2022 với các nội dung sau:
- Sửa một số lỗi trình bày, định dạng;
- Sửa chỗ soạn thảo trùng lắp trang 15, 17
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trước đây
Nguyễn Ngọc Phú
Trang 4MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MUCH BẢNG 5
DANH MỤC HÌNH VẼ 6
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI PHÂN PHỐI 10
1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện 10
1.2 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện 11
1.3 Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thiết kế lưới điện 13
1.4 Thông số độ tin cậy phần tử 18
1.5 Quy định về độ tin cậy cho lưới điện tại Việt Nam 20
1.6 Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối 21 1.7 Kết luận chương 1 24
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 26
2.1 Các bài toán độ tin cậy trong hệ thống điện 26
2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối điện 27
2.3 Tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối 29
2.3.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia không phân đoạn 31
2.3.2 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia có phân đoạn 33
2.4 Công cụ tính toán đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối hở 35
2.5 Kết luận chương 2 36
Trang 5CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
22KV BA ĐÌNH, HÀ NỘI 37
3.1 Đặt vấn đề 37
3.2 Số liệu và hiện trạng vận hành của xuất tuyến trung áp 22kV thuộc lưới điện quận Ba Đình 38
3.2.1 Mô tả xuất tuyến lưới điện trung áp 22kV của Điện lực Ba Đình 38
3.2.2 Thống kê số liệu ngừng điện trong lưới điện trung áp quận Ba Đình 41
3.3 Xác định số phân đoạn tối ưu 42
3.3.1 Lưới điện chưa có thiết bị phân đoạn 42
3.3.2 Lưới điện gồm nhiều phân đoạn 44
3.3.4 Đánh giá phương án sử dụng máy cắt để phân đoạn lưới phân phối 54 3.4 Nhận xét và kết luận chương 3 55
CHƯƠNG 4 SO SÁNH KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY ĐỐI VỚI XUẤT TUYẾN 455 E1.14 57
4.1 Phương pháp phân tích kinh tế dự án năng lượng 57
4.1.1 Các chi phí cho công trình điện 57
4.1.2 Thời gian thu hồi vốn đầu tư phụ 57
4.1.3 Giá trị hiện tại ròng 59
4.2 Đánh giá kinh tế các phương án nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 61
4.3 Đánh giá hiệu quả các phương án bổ sung nâng cao độ tin cậy 64
4.4 Kết luận chương 4 67
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CHUNG 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
PHỤ LỤC: SƠ ĐỒ MỘT SỢI XUẤT TUYẾN LĐPP 71
Trang 6DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EVN Electricity of Vietnam (Tập đoàn Điện lực Việt Nam)
FI Fault Indicator (Thiết bị chỉ thị sự cố)
HTĐ Hệ thống điện
LĐPP Lưới điện phân phối
LĐTT Lưới điện truyền tải
MAIFI Momentary Average Interruption Frequency Index
MARR Minimum Attractive Rate of Return (suất thu lợi tối thiểu
SAIDI System Average Interruption Duration Index
SAIFI System Average Interruption Frequency Index
TBPĐ Thiết bị phân đoạn
Trang 7DANH MUCH BẢNG
Bảng 3.1 Các dữ liệu tính toán của xuất tuyến LĐPP 38
Bảng 3.2 Kết quả tính toán chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn 52
Bảng 3.3 So sánh hiệu quả giảm lượng điện năng bị mất giữa các 52
phương án 52
Bảng 4.1 So sánh với lưới điện 6 PĐ bằng MC khi chưa có recloser 65
Bảng 4.2 So sánh với lưới điện 6 PĐ bằng DCL khi chưa có FI 67
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình cường độ hỏng hóc 19
Hình 1.2 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư 23
Hình 1.3 Chi phí tối ưu cho độ tin cậy 23
Hình 2.1 Các yêu cầu phân tích độ tin cậy 26
Hình 2.2 Lưới phân phối hình tia 31
Hình 2.3 Giao diện của chương trình tính toán độ tin cậy 35
Hình 3.1 Sơ đồ một sợi xuất tuyến lưới điện khảo sát 41
Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị phương án 1 43
Hình 3.3 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới không phân đoạn 44
Hình 3.4 Sơ đồ đẳng trị phương án 2 44
Hình 3.5 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 2 phân đoạn 46
Hình 3.6 Sơ đồ đẳng trị phương án 3 46
Hình 3.7 Sơ đồ đẳng trị phương án 4 48
Hình 3.8 Sơ đồ đẳng trị phương án 5 49
Hình 3.9 Sơ đồ đẳng trị phương án 6 51
Hình 3.10: Chỉ số SAIDI và AENS của các phương án phân đoạn 53
Hình 3.11 Kết quả tính toán ĐTC phương án sử dụng máy cắt làm thiết bị phân đoạn 55
Hình 4.1 Biểu đồ dòng tiền tệ 60
Hình 4.2 Thiết bị chỉ thị sự cố FI trong lưới điện phân phối 66
Trang 9Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, lưới điện phân phối cũng không ngừng được nâng cấp mở rộng hoặc xây dựng mới, đi kèm theo là việc phát triển nguồn và lưới để đáp ứng nhu cầu công suất của phụ tải Vấn đề bảo đảm các chỉ tiêu chất lượng hoạt động của lưới điện phân phối trung và hạ áp luôn được quan tâm tại các đơn vị Điện lực Thực tế vận hành cho thấy, sơ đồ kết lưới hiện nay còn khá nhiều khía cạnh chưa thực
sự tối ưu Đồng thời hiện nay các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện và yêu cầu tối ưu hóa chế độ vận hành cho lưới trung hạ áp ngày càng được quan tâm và đưa vào chỉ tiêu thi đua của các Điện lực
Ba Đình là một trong 4 quận trung tâm của thủ đô Đây là nơi tập trung nhiều cơ quan quan trọng của Đảng, Nhà nước nói chung và Hà Nội nói riêng Công ty Điện lực Ba Đình là đơn vị trực thuộc Tổng Công ty Điện lực Thành Phố Hà Nội, được giao nhiệm vụ quản lý vận hành, kinh doanh bán điện, đảm bảo cấp điện liên tục an toàn và ổn định trong địa bàn quận Luận văn lựa chọn hướng nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng vận hành của lưới điện phân phối trung và hạ áp của Điện lực Ba Đình Cụ thể
là nghiên cứu các giải pháp cũng như đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các giải pháp đó nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện thực tế
MỞ ĐẦU
Trang 10Mục đích nghiên cứu của luận văn
Luận văn dự kiến tìm hiểu về yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối Phân tích và đánh giá được hiệu quả kinh tế kỹ thuật khi sử dụng thiết bị phân đoạn trong lưới phân phối kín vận hành hở nhằm nâng cao các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của lưới Ứng dụng tính toán cho lưới điện phân phối thực tế của Điện lực Ba Đình, thành phố
Hà Nội
Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xuất tuyến lưới phân phối trung
áp (22kV) 455 E1.14 của Công ty Điện lực Ba Đình, thành phố Hà Nội dựa trên cơ sở số liệu ngừng điện thực tế thu thập được
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là phương pháp phân tích cũng như các chỉ tiêu áp dụng cho đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối tại Việt Nam Trong nội dung nghiên cứu, các phương án phân đoạn nhằm nâng cao độ tin cậy được dự kiến áp dụng và phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật là sử dụng thiết bị chỉ thị sự cố (Fault Indicator)
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện tại trong các bài toán quy hoạch thiết kế lưới điện phân phối, các tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện còn chưa được quan tâm đánh giá đúng mức Việc định lượng được độ tin cậy cho lưới phân phối sẽ đánh giá được chất lượng lưới phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho phụ tải Từ đó
sẽ chọn lựa được các phương án quy hoạch tối ưu nhất về cả mặt kỹ thuật
và kinh tế, giảm thiểu phát sinh các chi phí sau này để nâng cao khả năng vận hành của lưới
Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam Trên cơ sở chỉ tiêu phù hợp, luận văn dự kiến áp dụng đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối thực
Trang 11tế có sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser) Từ đó tính toán hiệu quả kinh tế áp dụng thiết bị này cho các xuất tuyến với dữ liệu cụ thể
Nội dung nghiên cứu
Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện trong luận văn:
- Tìm hiểu về các khái niệm, chỉ tiêu và yêu cầu bảo đảm độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện nói chung và lưới điện phân phối nói riêng
- Nghiên cứu phương pháp tính toán đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối hình tia được phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly
- Thu thập dữ liệu thực tế của lưới điện phân phối đang vận hành và áp dụng tính toán định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện tương ứng
- Tìm hiểu và áp dụng phương pháp đánh giá kinh tế và phân tích hiệu quả của các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện đã chọn
Trên các cơ sở phạm vi nghiên cứu dự kiến, bản thuyết minh luận văn được chia thành các nội dung như sau:
- Phần mở đầu
- Chương 1 Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện
và lưới phân phối
- Chương 2 Đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối
- Chương 3 Áp dụng tính toán nâng cao độ tin cậy cho xuất tuyến lưới điện trung áp 455 E1.14 quận Ba Đình, Hà Nội bằng phương pháp phân đoạn
- Chương 4 So sánh kinh tế và đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cao độ tin cậy đối với xuất tuyến 455 E1.14
- Nhận xét và kết luận chung
Trang 12CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI PHÂN PHỐI
1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện
Hệ thống điện và các phần tử:
Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định, được xem như một tổng thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc trưng bởi các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử ([1,2]) Bởi vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt động cũng như tiến tới sự phát triển
Khái niệm độ tin cậy ([2]):
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định
Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định
Mức đo độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử)
Xác suất là đại lượng thống kê, do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống (hay phần tử) Đấy là đối với hệ thống (hay phần tử) không phục hồi
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt
Trang 13buộc, vì hệ thống làm việc liên tục Do đó độ tin cậy được đo bởi một đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng
Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ
Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt với tổng thời gian hoạt động Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất để hệ thống (hay phần tử) ở trạng thái hỏng
Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc độ không sẵn sàng chưa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán
cụ thể, do đó phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất Trong hệ thống điện nói chung, độ tin cậy có thể được đánh giá bởi một
số chỉ tiêu như sau ([2,9,11,12]):
- Xác suất thiếu điện cho phụ tải (Loss Of Load Probability), hay là xác suất công suất phụ tải lớn hơn công suất nguồn điện
- Kỳ vọng thiếu điện cho phụ tải (Loss Of Load Expectation), hay là thời gian mất điện trung bình
- Kỳ vọng điện năng thiếu cho phụ tải (Expected Energy Not Supplied),
đó là lượng điện năng trung bình các phụ tải bị cắt do ngừng cung cấp điện
- Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện
1.2 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
Trạng thái của phần tử:
Phần tử của hệ thống điện có thể ở các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật và chức năng của chúng Mỗi trạng thái kéo dài trong khoảng thời gian nhất định
Trang 14Đặc trưng của trạng thái là: thời gian trạng thái, xác suất trạng thái và tần suất trạng thái
Tất cả các trạng thái có thể xảy ra của một phần tử tạo thành tập đủ các trạng thái của phần tử
Việc phần tử ở trạng thái nào trong tập đủ các trạng thái là đại lượng ngẫu nhiên được đo bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác suất trạng thái
Tổng xác suất trạng thái của tập đủ các trạng thái bằng 1
Phần tử bao giờ cũng ở một trong những trạng thái của tập đủ các trạng thái Các trạng thái có xác suất nhỏ có thể bỏ qua trong các bài toán khác nhau
Xác suất trạng thái tốt của phần tử chính là độ sẵn sàng, còn xác suất trạng thái hỏng chính là độ không sẵn sàng
Trạng thái của hệ thống điện:
Trạng thái của hệ thống điện là tổ hợp các trạng thái của tất cả các phần
tử tạo thành nó Nói cách khác, mỗi trạng thái của hệ thống điện là sự xảy
ra đồng thời các trạng thái nào đó của các phần tử Do đó xác suất trạng thái của hệ thống điện chính là tích của các xác suất trạng thái của các phần
tử nếu giả thiết rằng các phần tử của hệ thống điện độc lập với nhau Đối với hệ thống điện giả thiết này là đúng với hầu hết các phần tử và do đó được áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy Các trạng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn hỏng hóc hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ tin cậy, phụ thuộc vào mục đích của bài toán cụ thể
Trang 151.3 Yêu cầu đánh giá độ tin cậy trong vận hành và quy hoạch thiết kế lưới điện
Các nguyên nhân gây mất điện
Hệ thống điện là một hệ thống lớn gồm nhiều phần tử, liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp Hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng
có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho khách hàng cho từng vùng hoặc toàn hệ thống Nguyên nhân gấy mất điện có rất nhiều, người ta phân ra thành bốn nhóm nguyên nhân chính như sau:
- Do thời tiết: lũ lụt, mưa bão, lốc xoáy, giông sét, sóng thần…
- Do hư hỏng các thành phần của hệ thống điện như
+ Phần điện và phần máy;
+ Bảo vệ và điều khiển;
- Do hoạt động của hệ thống như :
+ Do trạng thái của hệ thống (phụ tải, khả năng ổn định, thông số hoạt động…);
+ Do nhân viên vận hành (điều độ, bảo dưỡng…);
- Các nguyên nhân khác (môi trường, tác động của ngoại vật….)
Theo thống kê khoảng 50% sự cố được khôi phục trong khoảng thời gian 60 phút Khoảng 90% sự cố lớn được khôi phục trong khoảng 7 giờ (theo [2])
Kinh nghiệm cho thấy rằng, hầu hết các sự cố của lưới phân phối bắt nguồn từ yếu tố thiên nhiên như: sét, bão, mưa, lũ lụt, động vật… Những
sự mất điện khác có thể quy cho khiếm khuyết của thiết bị, vật liệu và hành động của con người như: xe ôtô đâm phải cột, phương tiện chạm vào dây dẫn, cây đổ, phá hoại, máy đào phải cáp ngầm Một số sự cố nguy hiểm và lan rộng trong hệ thống phân phối do bão, lũ lụt Trong trường hợp đó sự
Trang 16phục hồi cấp điện bị ngăn cản bởi những nguy hiểm, và hầu hết các đơn vị điện lực không có đủ người, phương tiện, máy móc thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp
Nhìn chung, có thể phân chia, sắp xếp lại để giảm thiểu số lượng khách hàng bị ảnh hưởng của hỏng hóc thiết bị hoặc thời gian mất điện là nhỏ nhất Sẵn sàng hoạt động là sự lựa chọn duy nhất của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện, bằng cách kịp thời sửa chữa thiết bị hư hỏng
Việc phối hợp giữa lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố giúp xác định rõ những điểm yếu nhất của hệ thống phân phối và giải quyết nhanh và chính xác các điểm
đó Sự phân tích được thực hiện chỉ ở những khúc quan trọng của hệ thống Những thông tin kết quả được sử dụng trong quyết định xây dựng hệ thống tới mức an toàn nào đó hoặc chấp nhận rủi ro mất điện
Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc lưới điện
Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân Việc mất điện sẽ gây ra các hậu quả xã hội, kinh tế rất lớn Theo hậu quả của mất điện, các phụ tải được chia làm 2 nhóm:
- Nhóm phụ tải mà sự mất điện gây ra các hậu quả mang tính chính trị -
xã hội
- Nhóm phụ tải mà sự mất điện gây ra hậu quả kinh tế
Đối với nhóm trên, các hộ phụ tải cần được cấp điện với độ tin cậy cao nhất có thể (thong thường là cấp điện từ 2 nguồn) Còn đối với các loại thuộc nhóm sau là bài toán kinh tế - kỹ thuật trên cơ sở cân nhắc giữa vốn đầu tư vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do mất điện
Tổn thất kinh tế có thể nhìn từ quan điểm hệ thống điện hoặc quan điểm của khách hàng Tổn thất này được tính toán từ các tổn thất thật ở phụ tải
và theo các quan điểm của hệ thống điện Nó nhằm phục vụ công việc thiết
Trang 17kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn được nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện
Tổn thất do độ tin cậy được tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện một cách riêng biệt Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1 kW hoặc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho
độ dài thời gian mất điện
Phân tích độ tin cậy nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên trong và bên ngoài đến độ tin cậy của hệ thống điện Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện là:
- Độ tin cậy của phần tử:
+ Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi
+ Sửa chữa định kỳ
+ Ngừng điện công tác
- Cấu trúc của hệ thống:
- Sự ghép nối giữa các phần tử trong sơ đồ trạm, hình dáng lưới điện
- Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay)
- Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành:
- Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố
+ Tổ chức lưới lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ
+ Dự trữ thiết bị, sửa chữa
+ Dự trữ công suất trong hệ thống
+ Cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành
+ Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị
- Ảnh hưởng môi trường
Trang 18+ Phụ tải điện
+ Yếu tố thời tiết khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiễm môi trường
- Yếu tố con người: trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hóa vận hành
Trong bài toán giải tích độ tin cậy, các yếu tố trên là yếu tố đầu vào còn đầu ra là chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện
Tuy nhiên việc tính đến mọi yếu tố rất phức tạp, cho nên cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào xét được mọi yếu tố ảnh hưởng
Tùy từng phương pháp mà một số yếu tố bị bỏ qua hoặc đơn giản hóa Nội dung luận văn này chủ yếu tìm hiểu khái niệm và phương pháp đánh giá chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối, là phần hệ thống điện trực tiếp cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ
Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế
Có thể thấy khi phu tải ngừng điện gây ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt và sản xuất, để lại nhiều hậu quả cho kinh tế xã hội Mất điện đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi cần độ an toàn công cộng và môi trường cao như bệnh viện, nhà máy xử lý nước thải, hầm mỏ Những nơi này thường có các nguồn điện dự phòng như máy phát điện tuy nhiên việc mất nguồn điện chính vẫn để lại hậu quả và thiệt hại đáng kể
Như đã nói ở trên, trong các bài toán quy hoạch và thiết kế, dựa theo hậu quả của mất điện, các phụ tải của lưới điện được chia làm 2 loại ([1,2]):
- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra các hậu quả mang tính chính trị
- xã hội khác nhau: các nhóm phụ tải loại 1 và loại 3 với mức độ đầu tư khác nhau
- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra hậu quả kinh tế: nhóm phụ tải loại 2
Trang 19Đối với loại trên, phụ tải cần được cấp điện với cấu trúc định sẵn phù hợp với độ tin cậy (1 hoặc 2 nguồn cấp điện) Còn đối với loại dưới là bài toán kinh tế - kỹ thuật trên cơ sở cân nhắc giữa vốn đầu tư vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do mất điện
Tổn thất kinh tế cho các cơ sở sản xuất, kinh doanh cụ thể Đó là tổn thất kinh tế mà các cơ sở này phải chịu khi mất điện đột ngột hay theo kế hoạch
Khi mất điện đột ngột, sản phẩm sẽ bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây ra tổn thất kinh tế Tổn thất này có thể phụ thuộc số lần mất điện hoặc điện năng bị mất hoặc đồng thời cả hai Khi mất điện theo kế hoạch, tổn thất sẽ nhỏ hơn do cơ sở sản xuất đã được chuẩn bị
Tổn thất này được tính toán cho từng loại xí nghiệp hoặc cơ sở kinh doanh cụ thể để phục vụ việc thiết kế cung cấp điện cho các cơ sở này Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống điện Tổn thất này được tính toán từ các tổn thất thật ở phụ tải và theo các quan điểm của hệ thống điện Nó nhằm phục vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn được nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện
Tổn thất này được tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện một cách riêng biệt Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1 kW hoặc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện
Tổn thất kinh tế do mất điện rất lớn, đồng thời về mặt chính trị - xã hội cũng đòi hỏi độ tin cậy cấp điện ngày càng cao, khiến cho hệ thống điện ngày càng phải hoàn thiện về cấu trúc, cải tiến về vận hành để không ngừng nâng cao độ tin cậy Ảnh hưởng lớn nhất tới độ liên tục cung cấp điện cho khách hàng là lưới phân phối Tăng cường đảm bảo độ tin cậy cho khách
Trang 20hàng có thể làm giảm được những chi phí xã hội và đưa lại lợi ích cho toàn
bộ nền kinh tế quốc dân
1.4 Thông số độ tin cậy phần tử
Phần tử của hệ thống điện thường là phần tử phục hồi, tức là sau khi hỏng hóc có thể đưa ra sữa chữa nhằm phục hồi khả năng làm việc Một phần tử phục hồi được đặc trưng bởi các thông số độ tin cậy bao gồm: cường độ hỏng hóc λ, thời gian làm việc trung bình T0, cường độ phục hồi
μ và thời gian phục hồi trung bình τ0
a Cường độ hỏng hóc của 1 phần tử là số lần hỏng hóc trên 1 đơn vị thời gian Các phần tử của lưới điện trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t) Trong nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong năm
λ được thống kê trên cơ sở quan sát các phần tử:
.T
m n
- Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: λ(t) = hằng số
- Thời kỳ già cỗi λ(t) tăng dần
Trang 21Hình 1.1 Mô hình cường độ hỏng hóc
b Thời gian làm việc trung bình:
Là thời gian giữa hai lần sửa chữa, được tính bằng giá trị nghịch đảo
của cường độ hỏng hóc Tức là trong 2 thông số này chỉ cần thống kê 1 giá
e Độ sẵn sàng: Gọi thời gian sửa chữa sự cố Th .Khi phần tử bị hỏng,
nó được sửa chữa và thay thế bằng phần tử dự trữ, sau đó lại tiếp tục vận
hành Để thể hiện đặc tính này cần sử dụng 1 đại lượng mới và gọi là độ
Trang 22f Thời gian ngừng điện công tác: Các phần tử lưới điện, trong năm còn phải cắt điện một số lần để bảo quản công tác và được đặc trưng bởi số lần ngừng điện năm λCT và thời gian trung bình 1 lần ngừng điện công tác TCT
1.5 Quy định về độ tin cậy cho lưới điện tại Việt Nam
Các quy định của Bộ Công Thương về độ tin cậy cho lưới điện
Bộ Công thương đã ban hành thông tư số 25/2016/TT-BCT quy định về các yêu cầu vận hành đối với hệ thống truyền tải [4] và thông tư số 39/2015/TT-BCT quy định về các yêu cầu vận hành đối với hệ thống phân phối [3] Trong đó tiêu chuẩn về độ tin cậy vận hành của lưới truyền tải và phân phối điện được đánh giá theo từng quý và phê duyệt hàng năm cho các đơn vị trực tiếp quản lý Các thông tư này cũng sử dụng các chỉ số đánh giá độ tin cậy quốc tế tương ứng, đối với lưới phân phối điện sử dụng bộ chỉ số độ tin cậy hướng tới khách hàng nhằm bảo đảm chất lượng phục vụ của các đơn vị phân phối điện theo tiêu chuẩn quốc tế thông dụng là bộ tiêu chuẩn IEEE-P1366 ([10])
Cụ thể thông tư 25/2016/TT-BCT “Quy định hệ thống điện truyền tải”
mô tả các quy định đối với độ tin cậy trong Chương 2 - Yêu cầu trong vận hành hệ thống điện truyền tải, Điều 14:
- Độ tin cậy của lưới điện truyền tải được xác định bằng tỷ lệ sản lượng điện năng không cung cấp được hàng năm (ANĐ)
- Sản lượng điện năng không cung cấp được được tính bằng tích số giữa công suất phụ tải bị ngừng cung cấp điện với thời gian ngừng cung cấp điện tương ứng, trừ các trường hợp sau:
a) Ngừng, giảm cung cấp điện do hệ thống điện quốc gia thiếu nguồn; b) Ngừng, giảm mức cung cấp điện do sự kiện bất khả kháng
Thông tư số 39/2015/TT-BCT quy định về các yêu cầu vận hành đối với
hệ thống phân phối sử dụng các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối quốc tế, được yêu cầu thống kê và bảo đảm, bao gồm:
Trang 23- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIDI);
- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (SAIFI);
- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối (MAIFI)
Trình tự phê duyệt tiêu chuẩn độ tin cậy hàng năm cho lưới điện phân phối
- Trước ngày 15 tháng 9 hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam có trách nhiệm tổng hợp các tính toán độ tin cậy cho năm tiếp theo của các Đơn vị phân phối điện để trình Cục Điều tiết điện lực xem xét, phê duyệt
- Trước ngày 15 tháng 10 hàng năm, Cục Điều tiết điện lực phê duyệt chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối của từng Đơn vị phân phối điện làm cơ sở tính toán giá phân phối điện cho các Đơn vị phân phối điện
Chế độ báo cáo tại các đơn vị điện lực
- Trước ngày 15 tháng đầu tiên hàng quý, Đơn vị phân phối điện có trách nhiệm báo cáo Cục Điều tiết điện lực bằng văn bản về việc thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối trong quý trước
Ngành điện nói chung và các công ty điện lực nói riêng luôn mong đợi
cung cấp điện liên tục, có chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc sử dụng hệ thống và trang bị sẵn có một cách kinh tế Cung cấp điện liên tục được hiểu là cung cấp điện một cách chắc chắn, an toàn cho
Trang 24con người và thiết bị với chất lượng điện năng là điện áp và tần số trong
giới hạn cho phép quanh giá trị danh định
Giá của độ tin cậy được sử dụng cho để xem xét và đánh giá tỷ lệ tăng
trưởng của nó Phân tích kinh tế độ tin cậy của hệ thống có thể là công cụ
kế hoạch rất hữu ích trong quyết định chi tiêu tài chính để cải thiện độ tin
cậy bằng cách cung cấp vốn đầu tư thêm cho hệ thống
Trong môi trường cạnh tranh, các công ty điện lực sẽ phải chịu ngày
càng nhiều các ràng buộc về kinh tế, xã hội, chính trị, môi trường nơi mà các công ty này đang hoạt động Các quyết định quy hoạch, đầu tư tài chính, vận hành, được đưa ra để giúp cho các công ty này luôn duy trì và
mở rộng phạm vi hoạt động trong một hệ thống điện liên kết Tăng cường
độ tin cậy cung cấp điện là một trong những tiêu chí về chất lượng phục vụ của các công ty điện lực Giữa tăng độ tin cậy và chi phí có một quan hệ tạo nên giá thành điện năng đảm bảo kinh doanh có lãi của các công ty điện lực và sự chấp nhận được của khách hàng Do vậy cần thiết phải đánh giá quan hệ giữa chi phí - độ tin cậy - giá thành Đánh giá chi phí độ tin cậy có thể giúp đưa ra một số các chuẩn trong thực tế Tuy nhiên việc tính toán giá thành cho độ tin cậy vẫn còn hết sức khó khăn, mang tính chủ quan và đôi khi không thể đánh giá một cách trực tiếp Việc tính toán thay thế được sử dụng rộng rãi để đánh giá những thiệt hại của khách hàng dùng điện do bị
sự cố Chi phí do mất điện có thể coi là đại diện cho giá thành độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện Như vậy chi phí xã hội cho chất lượng cung cấp điện và độ liên tục cung cấp điện có liên quan tới giá trị và lợi nhuận xã
hội của chất lượng và độ liên tục cung cấp điện
Vấn đề chung của việc quy hoạch một hệ thống điện là việc lựa chọn
một số các phương án khác nhau để phát triển hệ thống dựa trên các chi phí của hệ thống Rất nhiều phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sự cố cung cấp điện đối với khách hàng Thông qua các nghiên cứu ta có đường cong
quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư được thể hiện như (Hình 1.2):
Trang 25Hình 1.2 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư
Như vậy độ tin cậy tiệm cận với giá trị độ tin cậy bằng 1 ở vốn bằng ∞ Nghĩa là độ tin cậy càng cao thì chi phí đòi hỏi càng lớn Nhưng chỉ đến một giá trị nhất định, khi đó cho dù tăng thêm vốn đầu tư độ tin cậy cũng không tăng thêm bao nhiêu, đó là vùng bão hoà của đường cong độ tin cậy
Hình 1.3 Chi phí tối ưu cho độ tin cậy
Còn đồ thị trên hình 1.3 cho thấy khi tăng thêm chi phí đầu tư thì độ tin cậy tăng lên Mặt khác thì độ tin cậy tăng làm cho tổn thất kinh tế do mất điện giảm đi Chi phí tổng cộng do đó bằng tổng hai chi phí này Tại điểm tổng chi phí thấp nhất ta có độ tin cậy tối ưu Như vậy chỉ số độ tin cậy không phải là cố định mà tuỳ thuộc vào điểm thấp nhất của tổng chi phí Hệ thống điện ở một đất nước có nền sản xuất công nghiệp càng phát triển thì
1
0
Trang 26sẽ có chi phí do mất điện càng cao do vậy càng cần thiết phải có độ tin cậy tối ưu
tố độ tin cậy trong bài toán quỵ hoạch phát triển lưới điện chưa được chú trọng xem xét nhằm mục đích tối ưu hóa cấu trúc của lưới điện phân phối ngay từ khâu thiết kế và quản lý Yêu cầu đặt ra là phải định lượng độ tin cậy để làm cơ sở đánh giá công tác vận hành lưới từ đó lập các phương án quy hoạch cụ thể nâng cao chất lượng lưới điện Khả năng định lượng được
độ tin cậy cung cấp điện của một cấu trúc lưới cho phép so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật và quy hoạch tối ưu cấu trúc của lưới điện Để tính được các chỉ số độ tin cậy định lượng cho lưới điện phân phối tương lai đòi hỏi phải thu thập và phân tích được các dữ liệu về lưới điện, phụ tải, các thông tin ngừng điện và nguyên nhân của nó, bao gồm cả ngừng điện có kế hoạch (chủ động) và ngừng điện không có kế hoạch
Trên thực tế, việc đánh giá và định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối Việt Nam được thực hiện theo Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định hệ thống điện phân phối có thể sử dụng các chỉ số độ tin cậy hướng tới khách hàng (IEEE-P1366) Trong đó độ tin cậy của lưới điện phân phối đang vận hành được thống kê và so sánh với chỉ tiêu cấp phát hàng năm của Tổng công ty Điện lực Luận văn dự kiến tìm hiểu phương pháp đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện dựa theo số liệu thực tế, các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối, đánh giá
Trang 27chi tiết hiệu quả kinh tế của các biện pháp này và áp dụng tính toán cho một lưới điện phân phối trung áp điển hình của Công ty Điện lực Ba Đình, thuộc TCT Điện lực thành phố Hà Nội
Trang 28CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN
CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Các bài toán độ tin cậy trong hệ thống điện
Bài toán độ tin cậy được phân chia thành các bài toán nhỏ theo cấu trúc độ tin cậy:
Hình 2.1 Các yêu cầu phân tích độ tin cậy
Như vậy bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại:
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát, chỉ xét riêng các nguồn điện;
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện;
- Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối;
- Bài toán về độ tin cậy của phụ tải
Bên cạnh đó, tùy theo mục đích khảo sát, bài toán độ tin cậy có thể được chia làm 2 nhóm là:
- Bài toán quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện;
- Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện
Còn theo nội dung tính toán phân tích, bài toán đánh giá độ tin cậy có thể được chia thành các loại sau:
- Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của
hệ thống điện có cấu trúc cho trước
- Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thông số của một phân tử nào đó trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các thông số của các
Trang 29phần tử còn lại Bài toán tổng hợp trực tiếp rất phức tạp do đó chỉ có thể
áp dụng trong những bài toán nhỏ, hạn chế
Các bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện vẫn phải dùng phương pháp tổng hợp gián tiếp, tức là lập nhiều phương án rồi tính chỉ tiêu độ tin cậy bằng phương pháp giải tích để so sánh, chọn phương án tối
số độ tin cậy của các phần tử của nó, ví dụ tính độ tin cậy của một trạm biến áp, một phần sơ đồ lưới điện… Các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc (hay tiêu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ) nào
đó do người phân tích độ tin cậy đặt ra
Tuy nhiên các kết quả nói chung cũng vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện
Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện Bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch nhằm xác định việc đưa thêm thiết bị mới, thay đổi cấu trúc hệ thống điện trong các năm tiếp theo Còn bài toán về độ tin cậy phục vụ vận hành nhằm kiểm nghiệm hoặc lựa chọn sách lược vận hành hệ thống điện
có sẵn Hai loại bài toán này có phần cơ bản giống nhau, tức là mô hình chung của hệ thống điện
2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối điện
Lưới điện phân phối trực tiếp cung cấp điện cho hộ tiêu thụ và bảo đảm
độ tin cậy cho các khách hàng sử dụng điện Vì thế khác với nguồn điện và lưới truyền tải, độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối thường được
Trang 30đánh giá theo các tiêu chí thống kê hướng tới khách hàng Bộ tiêu chuẩn của Hiệp hội các kỹ sư điện và điện tử IEEE-P1366 ([10]) định nghĩa một
số chỉ tiêu chính để đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối bao gồm:
a) SAIDI - Thời gian mất điện trung bình của hệ thống, là tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải:
TmđTB = SAIDI = ΣriNi/NT (giờ/phụ tải.năm) (2.1)
Trong đó: ri là thời gian mỗi lần mất điện;
Ni là số lần mất điện;
NT là tổng số khách hàng được phục vụ
b) SAIFI - Tần suất hay số lần mất điện trung bình của hệ thống, là tổng
số lần mất điện của tất cả các phụ tải trên tổng số phụ tải NT Chỉ tiêu này cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi phụ tải trong một khu vực trong một năm
T
N
i i
N
n SAIFI
i
i N r CAIDI (giờ/lần mất điện) (2.3)
Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện; Ni là số lượng khách hàng bị mất điện của mỗi lần mất điện duy trì
d) CAIFI - Tần suất mất điện trung bình của khách hàng bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải Chỉ tiêu này cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi khách hàng
CAIFI = Σni/CN (số lần mất điện/khách hàng.năm) (2.4)
Trang 31Với: CN là số khách hàng bị mất điện
e) ASAI - Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình, cho biết thời gian trung bình (tính theo %) mà khách hàng được cấp điện trong một năm
(%) 8760
.
N r 8760 i
i i
N
N IM MAIFI (2.6)
Trong đó: Imi là số lần mất điện thoáng qua; Nmi là số khách hàng bị mất điện thoáng qua
g) AENS - Chỉ tiêu điện năng trung bình không được cung cấp: bằng tổng điện năng không được cung cấp trên tổng khách hàng
Trong đó: La(i) là điện năng bị mất của phụ tải i
2.3 Tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối
Phương pháp đồ thị giải tích:
Phương pháp đồ thị giải tích lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng giải tích bằng đại số và lý thuyết xác suất tập hợp để tính toán các chỉ số ĐTC Đối với mỗi nút tải, trạng thái tốt là trạng thái trong đó có ít nhất một đường nối từ nút phát đến nút tải đó Đường nối từ nguồn điện đến từng nút tải cần được xác định để đánh giá ảnh hưởng của ngừng điện và thiết bị phân đoạn đến chỉ tiêu độ tin cậy của từng phân đoạn
Ưu điểm của phương pháp:
Trang 32Thích hợp với các HTĐ có cấu trúc đơn giản, hiệu quả trong việc phân tích đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối hoặc hệ thống không phục hồi
Có thể đánh giá định lượng độ tin cậy, xét được ảnh hưởng của cấu trúc
hệ thống tới kết quả tính toán
Nhược điểm:
Đối với HTĐ có cấu trúc phức tạp, việc xây dựng sơ đồ độ tin cậy, tính toán đẳng trị các phần tử hệ thống thành các phần tử tương đương gặp nhiều khó khăn
Sơ đồ độ tin cậy chỉ lập được với giả thiết phần tử chỉ có hai trạng thái hỏng/tốt
Phạm vi ứng dụng của phương pháp: Sử dụng với HTĐ có cấu trúc đơn giản, thường được áp dụng đối với lưới điện phân phối
Sơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên hình vẽ 2.2, trong đó các phần của lưới điện (a) được đẳng trị về từng phần tử (c) được đặc trưng bởi thông số độ tin cậy Quy trình đánh giá độ tin cậy thay đổi tùy theo sơ
đồ, số lượng phân đoạn và cách thức vận hành thiết bị phân đoạn trong lưới điện
Các bước tính toán:
1 Xác định thông số ĐTC của các phần tử hệ thống điện Trong đó mỗi phần tử là một bộ phận của HTĐ với toàn bộ các phụ tải có chung số phận về ĐTC
2 Để diễn tả cấu trúc, ảnh hưởng tương hỗ trạng thái làm việc của các phần tử trong tính toán ĐTC cần thiết lập sơ đồ đẳng trị, với lưới điện tổng quát có thể mô tả qua ma trận kết nối
3 Tính toán độ tin cậy cho từng nhánh của sơ đồ, phù hợp với ảnh hưởng tương hỗ đối với nhánh trước và nhánh sau theo cấu trúc kết nối song song hoặc nối tiếp Tình huống 1 phần tử bị ngừng cung cấp điện dẫn đến toàn bộ phụ tải của phần tử đó mất điện
Trang 334 Tổng hợp các kết quả tính toán cho toàn hệ thống
2.3.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia không phân đoạn
Hình 2.2 Lưới phân phối hình tia
Cụ thể với lưới phân phối trên hình vẽ 2.2.a là lưới phân phối hình tia không phân đoạn Đối với lưới phân phối này, hỏng hóc ở bất kỳ chỗ nào cũng gây mất điện toàn lưới phân phối Khi ngừng điện công tác cũng vậy, toàn lưới phân phối được xem như một phần tử
Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là:
Trong đó: λ = λ + λ
Trang 34λCT – cường độ ngừng điện công tác
λTT – cường độ ngừng điện thao tác
λDK – cường độ ngừng điện định kỳ
Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:
TNĐSC = λSC.TSC (2.10)
TSC-thời gian sửa chữa sự cố
Thời gian ngừng điện công tác là:
TNĐCT = λCT TCT =λTT TTT +λDK TDK
(2.11)
TCT- thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác
TTT- thời gian trung bình một lần ngừng điện thao tác
TDK- thời gian trung bình một lần ngừng điện định kỳ
Tổng thời gian ngừng điện là:
TNĐ = TNĐSC + TNĐCT (2.12) Công suất và thời gian sử dụng công suất lớn nhất của toàn lưới phân phối là:
T P T
max
max max max
.
(2.14) Điện năng mất do sự cố là:
8760
. max max
SC
T P T
A NDSC (2.15)
Điện năng mất do ngừng điện công tác là:
8760
. max max
CT
T P T
A NDCT (2.16)
Trang 352.3.2 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia có phân đoạn
Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng thiết bị đóng cắt có thể là: dao cách ly hoặc máy cắt điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa
Trong trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó máy cắt đầu nguồn sẽ nhảy tạm thời cắt toàn bộ lưới phân phối Dao cách ly phân đoạn được cắt ra cô lập phần tử bị sự cố với nguồn Sau đó nguồn được đóng lại tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn nằm trước phân đoạn bị sự cố về phía nguồn
Như vậy, khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn sự cố và các phân đoạn được cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau nó tính từ nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa phân đoạn sự cố Còn phụ tải của các phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử sự cố Trong trường hợp phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử bị sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần tử trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hưởng
Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn Do đó phân đoạn là một bài toán tối ưu, trong đó cần tìm số lượng, vị trí đặt và loại thiết bị phân đoạn sử dụng sao cho có được hiệu quả kinh tế cao nhất
Để tính toán độ tin cậy của lưới phân phối phân đoạn, trước tiên cần đẳng trị các đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ có một phụ tải nhờ sử dụng các công thức tính (2.6) và (2.7) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới tính theo công thức (2.1) đến (2.5) Trên hình vẽ 2.2.b) là lưới phân phối phân đoạn gồm hai phân đoạn và trên hình vẽ 2.2.c) là lưới phân phối đẳng trị của nó Tính từ nguồn, đoạn lưới I đứng trước đoạn lưới II
Ta tính độ tin cậy của từng đoạn lưới:
Trang 36Đoạn lưới I: Đoạn I có thể bị ngừng điện do bản thân nó bị hỏng hoặc
do ảnh hưởng của sự cố trên đoạn lưới sau
Đoạn I có cường độ ngừng điện là λ’1 và thời gian ngừng điện năm là T’1 (nếu là ngừng điện sự cố hay ngừng điện công tác thì dùng các công thức tương ứng để tính)
Ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn lưới sau nó, ở đây là đoạn II, ảnh hưởng này phụ thuộc thiết bị phân đoạn
+ Nếu dùng máy cắt thì đoạn II hoàn toàn không ảnh hưởng đến đoạn I:
- Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới II là λ’II và thời gian ngừng điện nằm là T’II
- Ảnh hưởng của đoạn I đến đoạn II là toàn phần không phụ thuộc thiết bị phân đoạn, nghĩa là đoạn II chịu cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng điện của đoạn I: