Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị tự động đóng lặp lại trong lưới phân phối 469 e1 12 thuộc công ty điện lực hoàn kiến, hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- LUẬN VĂN THẠC SĨ Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị tự động đóng lặp lại trong lưới phân phối 4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết bị tự động đóng lặp lại trong lưới phân phối

469 E1.12 thuộc công ty Điện lực

Hoàn Kiếm, Hà Nội

NGUYỄN VIỆT HẢI

Hai.NV202628M@sis.hust.edu.vn

Chuyên ngành quản lý kỹ thuật và công nghệ

Giảng viên hướng dẫn: TS Lã Minh Khánh

Trường điện – Điện tử, khoa điện

CỘNG 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 Việt Hải

Đề tài luận văn: Đánh giá hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của thiết

bị tự động đóng lặp lại trong lưới phân phối 469 E1.12 thuộc công ty Điện lực Hoàn Kiếm, Hà Nội

Chuyên ngành: Quản lý kỹ thuật công nghệ, chuyên ngành Hệ thống điện

Mã số SV: 20202628M

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 ………… với các nội dung sau:

- Sửa các lỗi chính tả;

- Bổ sung hình vẽ 2.2 và 2.3;

- Bổ sung danh mục các hình vẽ và đồ thị

Ngày …… tháng …… năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn

TS Lã Minh Khánh Nguyễn Việt Hải

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Lã Minh Khánh và các Thầy Cô giáo khoa điện và các Thầy Cô giáo Viện Kinh tế đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo giúp

Em hoàn thành luận văn

Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc chắn còn nhiều khiếm khuyết Em mong muốn nhận được sự chỉ bảo góp ý của các Thầy Cô giáo trong khoa điện

Em trân trọng cảm ơn các Thầy Cô giáo trong trường đã truyền đạt kiến thức trong thời gian chúng em học tập tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Các nội dung sau đã được thực hiện trong luận văn:

- Nghiên cứu tổng quan về yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho

lưới điện phân phối

- Thu thập, thống kê và tổng hợp số liệu thực về sự cố và thời gian xử lý

của lưới điện phân phối Hoàn Kiếm – Hà Nội

- Tính toán phân tích và xây dựng số liệu điển hình tương ứng cho các chỉ

số độ tin cậy của lưới điện phân phối

- Đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật

của các phương án nâng cao độ tin cậy cho xuất tuyến lưới điện phân phối trung

áp 22kV Hoàn Kiếm – Hà Nội

Luận văn thực hiện 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 áp dụng đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối thực tế có sử dụng thiết bị tự

động

HỌC VIÊN

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 10

1.1 Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối 10

1.1.1 Một số khái niệm và định nghĩa 10

1.1.2 Phân loại bài toán độ tin cậy 11

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối điện 13

1.2 Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cho lưới phân phối tại Việt Nam 16

1.2.1 Các quy định của Bộ Công Thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối 16

1.2.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế 17

1.2.3 Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối 18

1.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối 20

1.4 Sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối trung áp 24

1.5 Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 27

2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối trong đánh giá độ tin cậy cung cấp điện 27

2.2 Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối 29

2.2.1 Lưới phân phối không phân đoạn 29

2.2.2 Lưới phân phối phân đoạn 31

2.3 Công cụ tính toán đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối hở 33

2.3.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn 33

2.3.2 Phương pháp tính chung chỉ tỉêu độ tin cậy của lưới phản phối được cấp điện bởi một nguồn 37

2.3.3 Phần mềm tính toán độ tin cậy lưới phân phối 40

2.4 Kết luận chương 2 42

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 22KV HOÀN KIẾM, HÀ NỘI 43

3.1 Đặt vấn đề 43

3.2 Số liệu và hiện trạng vận hành của xuất tuyến trung áp 22kV thuộc lưới điện quận Hoàn Kiếm 46

3.2.1 Mô tả xuất tuyến lưới điện trung áp 22kV của Điện lực Hoàn Kiếm 46

3.2.2 Thống kê số liệu ngừng điện trong lưới điện trung áp quận Hoàn Kiếm 52

3.3 Xác định số phân đoạn tối ưu 53

3.3.1 Lưới điện chưa có thiết bị phân đoạn 53

3.3.2 Lưới điện gồm nhiều phân đoạn 55

3.3.4 Đánh giá các phương án bổ sung để nâng cao độ tin cậy trên cơ sở phân đoạn lưới phân phối 68

3.4 So sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 71

3.4.1 Phương pháp đánh giá 71

3.4.1 Kết quả đánh giá 74

3.5 Nhận xét và kết luận chương 3 77

KẾT LUẬN CHUNG 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC: SƠ ĐỒ MỘT SỢI XUẤT TUYẾN LĐPP 82

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

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 chấp

SAIDI System Average Interruption Duration Index

SAIFI System Average Interruption Frequency Index

TBPĐ Thiết bị phân đoạn

TTSC Thao tác sự cố

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Các dữ liệu tính toán của xuất tuyến LĐPP 46

Bảng 3.2 Kết quả tính toán chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn 67

Bảng 3.3 So sánh hiệu quả giảm lượng điện năng bị mất giữa các phương án 67

Bảng 3.4 So sánh với lưới điện 6 PĐ bằng MC khi chưa có recloser 71

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các bài toán đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện 11

Hình 1.2 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư 19

Hình 1.3 Độ tin cậy và chi phí tối ưu 20

Hình 1.4 Thiết bị tự động đóng lặp lại (reccloser) trong lưới điện trung áp 25

Hình 2.1 Các cấu trúc điển hình của lưới phân phối 29

Hình 2.2 Lưới phân phối hình tia 30

Hình 2.3 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược 35

Hình 2.4 Phần mềm tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối 41

Hình 3.1 Sơ đồ các bước đánh giá cho lưới điện phân phối 22kV Hoàn Kiếm 45

Hình 3.2 Sơ đồ một sợi xuất tuyến lưới điện khảo sát 52

Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị phương án 1 54

Hình 3.4 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới không phân đoạn 55

Hình 3.5 Sơ đồ đẳng trị phương án 2 55

Hình 3.6 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 2 phân đoạn 57

Hình 3.7 Sơ đồ đẳng trị phương án 3 57

Hình 3.8 Sơ đồ đẳng trị phương án 4 59

Hình 3.9 Sơ đồ đẳng trị phương án 5 61

Hình 3.10 Sơ đồ đẳng trị phương án 6 63

Hình 3.11 Sơ đồ đẳng trị phương án 7 65

Hình 3.12: Chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn 68

Hình 3.13 Kết quả tính toán ĐTC phương án sử dụng máy cắt làm thiết bị phân đoạn 70

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các khách hàng đầu cuối ([1]) Trong các công tác quy hoạch, thiết kế, đầu tư xây dựng hệ thống điện, người quản lý vận hành đều cần tính đến việc ra quyết định sao cho đạt được hiệu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất Sự phát triển nhanh chóng gần đây của lưới điện Việt Nam cả về quy mô công suất cũng như phạm vi cung cấp điện càng đỏi hỏi chặt chẽ hơn về đảm bảo chất lượng hoạt động, đặc biệt là đối với tính liên tục cung cấp điện

Chính sách cụ thể của Bộ Công thương cũng đặt ra yêu cầu cụ thể về cung cấp điện và đảm vảo cung cấp điện với chất lượng ngày càng nâng cao từ phía khách hàng cũng như EVN thông qua các quy định về độ tin cậy, chất lượng điện áp, tần số… thúc đấy quá trình tìm kiếm các giải pháp nhằm đảm bảo hoạt động tối ưu đối với các tiêu chí này Cụ thể là Thông tư 39 của Bộ Công thương năm 2015 quy định

về việc vận hành lưới điện phân phối đã đặt ra các yêu cầu đối với chất lượng vận hành của lưới điện phân phối

Tuy nhiên trong các quy hoạch và phát triển lưới điện hiện nay thì mới chỉ tập trung đến việc đánh giá tối ưu đối với các vấn đề kỹ thuật như tổn thất công suất, tổn thất điện năng hay tổn thất điện áp lớn nhất của lưới mà chưa chú trọng đến việc đánh giá tối ưu tới mức độ và cường độ mất điện trong lưới phân phối Việc tính toán và đánh giá định lượng độ tin cậy trong vận hành cũng như phát triển lưới phân phối điện vì thế cần được quan tâm đặc biệt hơn nữa Luận văn đặt vấn đề tìm hiểu phương pháp phân tích định lượng độ tin cậy của lưới điện phân phối trong bài toán quy hoạch nhằm phục vụ yêu cầu so sánh kinh tế để đánh giá được hiệu quả tối ưu khi áp dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Mục đích nghiên cứu của luận văn

Luận văn dự kiến tìm hiểu về các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối, thống kê và thu thập dữ liệu thực tế về sự cố và thời gian xử lý của lưới điện phân phối quận Hoàn Kiếm – Hà Nội, tính toán phân tích và xây dựng

số liệu điển hình tương ứng Từ đó đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của biện pháp nâng cao độ tin cậy cho cấu trúc một lưới điện phân phối trung áp thực tế

Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu

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

đó đối tượng nghiên cứu cụ thể là xuất tuyến lưới phân phối trung áp (22kV) quận Hoàn Kiếm, thành phố Hà Nội dựa trên cơ sở số liệu ngừng điện thực tế thu thập được 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 phân đoạn là máy cắt có chức năng tự động đóng lặp lại (recloser)

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 tế 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:

- Nghiên cứu tổng quan về yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

- Thu thập, thống kê và tổng hợp số liệu thực về sự cố và thời gian xử lý của lưới điện phân phối Hoàn Kiếm – Hà Nội

- Tính toán phân tích và xây dựng số liệu điển hình tương ứng cho các chỉ số

độ tin cậy của lưới điện phân phối

- Đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án nâng cao độ tin cậy cho xuất tuyến lưới điện phân phối trung áp 22kV Hoàn Kiếm – Hà Nội

Trên các cơ sở phạm vi nghiên cứu dự kiến, bản thuyết minh luận văn được chia thành các nội dung như sau:

CHƯƠNG 1 YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG

CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 1.1 Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối

1.1.1 Một số khái niệm và định nghĩa

Theo [2] thì “Độ tin cậy là xác suất để hệ thống hoặc phần tử hoàn thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong một khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành xác định”

Như vậy có thể thấy là 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, tức là gắn với chức năng của hệ thống, hoặc phần tử

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 Trong đó 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

Đối với hệ thống phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc, 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 định lượng khác cũng có tính xác suất

1.1.2 Phân loại bài toán độ tin cậy

Các bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được phân chia thành các bài toán nhỏ theo cấu trúc như sau (theo [2,9]):

Hình 1.1 Các bài toán đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện

Như vậy bài toán đánh giá 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 cụ thể, bài toán độ tin cậy trong hệ thống điện có thể được chia làm 2 nhóm là:

- Bài toán quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện;

Hệ thống nguồn điện

Hệ thống truyền tải điện

Hệ thống phân phối điện

Cấp 1

Cấp 2

Cấp 3

Bài toán đánh giá độ tin cậy của 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 phần 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 ưu

Mỗi loại bài toán về độ tin cậy đều gồm có bài toán quy hoạch và vận hành Mỗi bài toán lại bao gồm loại giải tích và tổng hợp

Bài toán phân tích độ tin cậy có ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện Nội dung bài toán này là tính các chỉ tiêu độ tin cậy của một bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thông 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

Trong nội dung luận văn này, bài toán được áp dụng là đánh giá định lượng độ tin cậy theo cấu trúc của lưới điện phân phối nhằm phục vụ cho các tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật trong quy hoạch (các phương án lưới điện chưa vận hành) trên

cơ sở cách tiếp cận xác suất mất điện cho phụ tải

1.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối điện

Đối với 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

Đối với lưới điện phân phối, trực tiếp cung cấp điện cho các khách hàng sử dụng điện, độ tin cậy cung cấp điện thường được đánh giá theo các tiêu chí hướng tới khách hàng (customer oriented indexes) Một số tiêu chí chủ yếu được định nghĩa trong bộ tiêu chuẩn quốc tế IEEE-P1366 ([10]) như sau

- Thời gian mất điện trung bình của hệ thống: SAIDI = tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải:

TmđTB = SAIDI = ΣriNi/NT (giờ/phụ tải.năm) (1.1)

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

- 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

N

i i

N

n SAIFI

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

- Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải CAIFI 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) (1.4)

Với: CN là số khách hàng bị mất điện

- Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình: ASAI Chỉ tiêu này cho biết thời gian trung bình (tính theo %) mà khách hàng được cấp điện trong một năm

(%) 8760

.

N r 8760

i

i i

(1.6)

Với: CN là số khách hàng bị mất điện

- CEMIn là chỉ số ứng dụng đặc biệt, lấy từ số lượng lớn khách hàng có số lần mất điện lớn hơn quy định Mục đích là nhận ra những khó khăn của khách hàng mà không thể thấy qua các chỉ số trung bình

T

n k

N CN

- Chỉ tiêu thời gian mất điện duy trì của hệ thống ASIDI bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải được kết nối trên tổng công suất tải nối vào hệ thống

T

i i

L

L r

Trong đó Li: là công suất phụ tải mất điện, LT là tổng công suất phụ tải

- Chỉ tiêu tần suất mất điện duy trì ASIFI bằng tổng công suất kết nối của phụ tải bị mất điện trên tổng công suất tải nối vào hệ thống:

T

n k

N

CNT

Trong đó CNT(k>n) là số khách hàng có số lần mất điện lớn hơn n

- Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình: MAIFI Chỉ tiêu này tương

tự như SAIFI, nhưng nó sử dụng sự kiện thoáng qua

T

mi i

N

N IM

Trong đó: La(i) là điện năng bị mất của phụ tải i

- Chỉ tiêu cắt điện trung bình hàng năm: ACCI

ACCI = = ΣLa(i)/ΣNi (1.13)

1.2 Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cho lưới phân phối tại Việt Nam

1.2.1 Các quy định của Bộ Công Thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho

lưới điện phân phối

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 các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối được yêu cầu thống kê và bảo đảm bao gồm:

- 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 đó

- Cục Điều tiết điện lực quy định mẫu báo cáo về độ tin cậy của các Đơn vị phân phối điện

1.2.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến tổn thất kinh tế

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế Việc mất 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

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 hộ: phụ tải loại 1 và loại 3

- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra hậu quả kinh tế: phụ tải loại 2

Đối 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 hàng có thể làm giảm được những chi phí xã hội và đưa lại lợi ích cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân

1.2.3 Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối

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 con 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):

Hình 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

1

0

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 Độ tin cậy và chi phí tối ưu

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 sẽ có chi phí do mất điện càng cao do vậy càng cần thiết phải có độ tin cậy tối ưu

1.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối

Ta cần phải nâng cao độ tin cậy của các phần tử hợp thành lưới thì mới nâng cao được độ tin cậy của toàn lưới phân phối Biện pháp đầu tiên cần phải quan tâm

là sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao Như ta đã biết hệ thống điện có các phần tử cần có độ tin cậy cao trong hệ thống điện như là đường dây, máy biến áp,

min

máy cắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa Ngày naỵ cùng với sự phát triển mạnh của ngành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu

và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao được ứng dụng Về vật liệu có thể kể đến như

là các loại vật liệu cách điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện,

sứ cách điện bằng Silicon về thiết bị điện có thể kể một số loại như máy cắt điện chân không, máy cắt điện SF6 Hiện nay, các thiết bị sử dụng rơle điện từ đã, đang được thay thế bằng các thiết bị bảo vệ và tự động hóa sử dụng công nghệ kỹ thuật

số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều Ngoài ra các máy biến áp hiện nay có tổn hao nhỏ và cách điện tốt, sử dụng vật liệu dẫn từ là thép kỹ thuật điện loại tốt nên độ tin cậy được tăng cao Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư cho lưới điện và ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống Do đó việc sử dụng biện pháp này còn tùy vào điều kiện cụ thể của từng loại phụ tải Đối với những hộ phụ tải không được phép mất điện như hộ phụ tài loại 1 thì chúng ta cần phải đầu tư với khả năng tốt nhất có thể Còn đối với các phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư để từ đó lựa chọn các biện pháp thích hợp Thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu có độ tin cậy thấp đang dần được thay thế bằng những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện đang ngày được nâng cao rõ rệt

Biện pháp thứ hai là sử dụng các thiết bị tự động trên lưới, các thiết bị điều khiển từ xa Chúng ta có thể dùng các thiết bị tự động thường dùng như là tự động đóng nguồn dự phòng, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA), thiết bị tự động đóng lại (TĐL) Theo thống kê, đối với đường dây tải điện trên không (70-80)% tổng số lần sự cố đường đây là do sự cố thoáng qua Nguyên nhân có thể là do sét đánh vào đường dây, cây đổ vào đường dây, vật lạ rơi vào đường dây… Các sự cố này thường tự giải trừ sau 1 hoặc 2 lần phóng điện Do thời gian thời gian đóng lặp lại rất ngắn khoảng từ (2-5)s nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện Vì vậy, nếu sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao Trong khi đó thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng rất hiệu quả với trường hợp khi có 2 nguồn cấp trong đó có 1 nguồn dự phòng, nếu có một nguồn bị sự cố thì nguồn kia lập tức được đưa vào làm việc không gây mất điện cho

phụ tải Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Chúng ta có thể thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa thông qua hệ thống này Hiệu quả cụ thể nhất là trong điều hành lưới phân phối là ta sẽ nhanh chóng tách được đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không sự cố nếu sử dụng hệ thống SCADA Đối với hệ thống lưới phân phối nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới điện trong nội thành thì việc ứng dụng SCADA là hợp lý và hiệu quả, tuy nhiên nếu áp dụng cho lưới điện phân phối ở vùng ngoại thành và nông thôn thì chi phí rất lớn cho hệ thống này

sẽ ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của công trình

Biện pháp thứ ba là tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây lưới điện hợp lý (sử dụng đường dây mạch kép, lưới kín vận hành hở, lưới phân đoạn) Như

ta đã biết lưới hình tia có phân nhánh, có độ tin cậy thấp thường được dùng cho lưới phân phối hiện nay Nhưng bởi lý do về kinh tế nó vẫn được dùng phổ biến ở nước

ta Vì vậy, để khắc phục trường hợp này ta có thể sử dụng những sơ đồ có khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải, từ đó làm tăng độ tin cậy của lưới phân phối

Hiện nay ta có thể dùng các sơ đồ kết dây sau: sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép, sơ đồ lưới kín vận hành hở, sơ đồ lưới có phân đoạn Ta sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải cho sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép Bình thường, hai lộ có thể vận hành song song hoặc vận hành độc lập Khi sự cố một lộ, lộ còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải Trong đó điều kiện quan trọng khả năng mang tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ tải Đặc điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không cho phép mất điện như các hộ phụ tải loại 1

Đối với sơ đồ lưới kín vận hành hở thì ta sử dụng nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, còn các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác sau đó lại được cấp điện bình thường Sơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư không cao có

thế áp dụng cho các hệ thống phân phối điện Tuy nhiên còn tùy thuộc vào tình hình nguồn điện ở từng khu vực

Đối với sơ đồ lưới có phân đoạn, cụ thể là sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì nó có chi phí thấp, sơ đồ lại đơn giản có thể áp dụng rộng rãi Nhược điểm của nó là có độ tin cậy chưa cao Thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt điện, dao cách ly, dao cách ly phụ tải Trong sơ đồ này khi sự cố một phân đoạn thì chỉ những phân đoạn phía sau nó bị mất điện, các phân đoạn đứng trước nó (về phía nguồn) chỉ bị mất điện tạm thời trong thời gian thao tác Trong kiểu sơ đồ này, số lượng và vị trí đặt các thiết bị phân đoạn cũng ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải Vì vậy cần lựa chọn cụ thể cho từng lưới điện cụ thể Kinh nghiệm vận hành cho thấy để giảm thiểu điện năng bị mất do bảo dưỡng định

kỳ và do sự cố cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây Vị trí đặt các thiết bị phân đoạn chia đều chiều dài đường dây Tuy nhiên việc lắp đặt quá nhiều thiết bị phân đoạn sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng phần tử sự cố trên lưới nên đối với lưới trung áp người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ 2-3 km Để sử dụng sơ đồ này có hiệu quả có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng lại, điều khiển từ xa có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối Việc sử dụng các thiết bị này có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và rút ngắn thời gian thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên, nhược điểm của nó là vốn đầu tư khá lớn nên việc sử dụng nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đẩu tư

Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh cũng là một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc tìm và cô lập nhanh sự cố nhằm rút ngắn thời gian mất điện của phụ tải Ở đây cần đảm bảo phải có đủ nhân lực, đủ dụng cụ vật

tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự cố Ngoài ra còn tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất Việc

tổ chức sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu về độ tin cậy của lưới phân phối Bên cạnh đó cũng cần tăng cường đào tạo để nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành Từ đó từng bước nâng cao tỷ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới đang

vận hành) Biện pháp này khá đơn giản không tốn kém và rất hiệu quả để giảm thời gian sự cố mất điện

1.4 Sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối trung áp

Lưới phân phối trung/hạ áp điển hình thường có dạng liên thông, mạch đơn với đường dây trục chính dài qua các khu vực dân cư với nguy cơ gặp sự cố xảy ra thường xuyên, vì thế khả năng cung cấp điện liên tục không cao

Nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, biện pháp cơ bản nhất là phân đoạn lưới phân phối với thiết bị đóng cắt phân đoạn tự động hoặc bằng tay Lưới phân phối trung áp có thể sử dụng thiết kế lưới kín (cấp điện từ 2 nguồn khác nhau), nhưng vận hành hở Thiết kế này đòi hỏi tính toán điểm mở khi vận hành tương ứng với cấu trúc và chế độ làm việc của lưới, cùng với thiết bị phân đoạn và thiết bị chuyển mạch khi có sự cố nhằm cô lập phân đoạn sự cố và đảm bảo cung cấp điện cho các phân đoạn còn lại

Bên cạnh đó đối với lưới điện TA sử dụng đường dây trên không, có thể bổ sung thiết bị tự động đóng lại (recloser) nhằm loại trừ các sự cố thoáng qua Trong tính toán khi bổ sung recloser tại các phân đoạn lưới điện, cường độ ngừng điện duy trì sẽ giảm tuỳ thuộc con số thống kê trước khi bổ sung recloser

Recloser là thiết bị đóng cắt tự động, được tích hợp tủ điều khiển cho phép ghi nhận dữ liệu và tự động đóng lại khi có sự cố Recloser vì thế có thể nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối khi giảm suất sự cố duy trì, cho phép xây dựng quy trình vận hành tự động khi có sự cố (tự động đóng lại, cô lập sự cố, khôi phục nguồn)

Về bản chất, recloser là máy cắt thông thường kèm theo chức năng đóng lặp lại nhiều lần theo yêu cầu xác định trước, đồng thời đo và lưu giữ các thông tin về thời điểm ngắt mạch: t, P, U, I… Recloser hiện đại có thể kết nối và liên lạc thông tin với hệ thống, cho phép giám sát và điều khiển từ xa

Recloser thường được áp dụng cho đường dây trên không Trong lưới điện có recloser có thể đo được thông số mất điện thoáng qua (MAIFI, MAIFIe) Sau khi áp

dụng recloser, cường độ ngừng điện sự cố (duy trì) giảm xuống; và xuất hiện tần suất sự cố thoáng qua Các thông số có thể thống kê để đánh giá hiệu quả của recloser trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Hình 1.4 Thiết bị tự động đóng lặp lại (reccloser) trong lưới điện trung áp

Trong máy cắt điện có chức năng tự động đóng lại (recloser), các yêu cầu đóng lặp lại được cài đặt sẵn:

- Ngay khi ngắn mạch, recloser cắt mạch tự động lần đầu

- Sau khoảng thời gian t1, recloser tự động đóng lại lần 1, nếu ngắn mạch còn tồn tại thì recloser lại cắt do dòng lớn

- Sau thời gian t2, recloser tự đóng lại lần thứ 2

- Quá trình đóng lặp lại có thể được lập trình trên tủ hoặc trung tâm điều khiển, giới hạn max 3-4 lần cắt điện

- Sau đó recloser chuyển sang chế độ khoá và trạng thái cắt mạch được duy trì cho đến khi sự cố được xử lý

1.5 Kết luận chương 1

Có thể thấy rằng đối với hệ thống điện nói chung và lưới phân phối nói riêng,

độ tin cậy là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong công tác quản lý và vận hành Việc đảm bảo các tiêu chí độ tin cậy cung cấp điện trong lưới điện phân phối

là yêu cầu cần thiết trong nhiều bài toán quy hoạch thiết kế cũng như quản lý hệ thống điện Các tổn thất gây ra do mất điện là rất lớn và công tác khắc phục gây nhiều tốn kém Tuy nhiên chi phí đầu tư nâng cao độ tin cậy lại tỷ lệ nghịch với thiệt hại kinh tế này Hiện nay yếu 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 chi 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 Hoàn Kiếm, thuộc TCT Điện lực thành phố Hà Nội

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối trong đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng cung cấp điện cho phụ tải trong toàn bộ

hệ thống năng lượng điện, do các đơn vị điện lực (Power Companies - PCs) quản lý

Cụ thể lưới phân phối bao gồm phần lưới điện bắt đầu từ các trạm biến áp trung gian nằm tại tâm các cụm phụ tải địa phương, cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, thông thường bao gồm phần lưới trung áp (1-35kV) kết nối với lưới hạ áp (380/220kV) qua các trạm biến áp phân phối (theo [1]) Do đó lưới phân phối có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:

- Chi phí cho đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn

- Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống

- Thời gian ngừng điện sự cố và ngừng điện kế hoạch lớn hơn lưới truyền tải nhiều lần

- Lưới phân phối ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng cung cấp cho phụ tải (chủ yếu là chỉ tiêu điện áp)

- Độ tin cậy của lưới phân phối ảnh hưởng trực tiếp nhất đến phụ tải

Có thể thấy rằng việc nghiên cứu độ tin cậy của lưới phân phối là cần thiết và

là một trong những nội dung quan trọng của hệ thống điện nhằm đảm bảo chất lượng hoạt động và khả năng cung cấp điện liên tục

Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp, trong đó các cấp điện áp trung áp được dùng trong lưới phân phối cho đến nay bao gồm (6,

10, 15, 22, 35kV)

Lưới phân phối trung áp truyền tải điện từ các trạm biến áp trung gian cấp điện cho các trạm biến áp hạ áp cấp điện áp thường dùng cho lưới phân phối hạ áp là 0,4kV Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện năng tiêu chuẩn và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép Tuy nhiên do những nguyên nhân về kinh tế và điều kiện kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối hiện nay cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới phân phối

Cấu trúc của lưới phân phối tại các đơn vị điện lực của Việt Nam thường là (theo [1]):

- Lưới phân phối hình tia : (Hình 1.1a) Đặc điểm của nó là đơn giản, chi phí đầu tư nhỏ, nhưng có độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng

- Lưới phân phối hình tia có phân đoạn: (Hình 1.1b) Là lưới phân phôi hình tia được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn Thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly, cầu dao phụ tải, máy cắt phân đoạn các thiết bị này có thể đóng cắt tại chỗ bằng tay hoặc được trang bị hệ thống điều khiển từ xa Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khiển chúng

- Lưới kín vận hành hở: (Hình 1.1c) Lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng Bình thường, lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều chỉnh sơ đồ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện còn các phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường Sơ đồ này có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước đây Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín, nhưng thiết bị bảo

vệ, điều khiển đòi hỏi phải là các thiết bị tốt và đắt tiền Vận hành lưới hở đơn giản

và rẻ hơn nhiều

Hình 2.1 Các cấu trúc điển hình của lưới phân phối

2.2 Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối

2.2.1 Lưới phân phối không phân đoạn

Sơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên (Hình 2.1)

Hình 2.2 Lưới phân phối hình tia

Đối với lưới phân phối hình tia không phân đoạn như (Hình 2.1a), khi xảy ra hỏng hóc, sự cố hay ngừng điện công tác ở bất kỳ vị trí nào thì cũng gây ra mất điện toàn lưới phân phối Toàn lưới phân phối được xem như là một phần tử

Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là:

SC 0

L100

   (2.7)

L – Độ dài lưới phân phối

Cường độ ngừng điện tổng là:

ND SC CT

     (2.8)

Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:

NDSC SC SC

Thời gian ngừng điện công tác là:

NDCT CT CT

Tổng thời gian ngừng điện là:

max i

P TT

T P TA

8760

Điện năng mất do ngừng điện công tác là:

NDCT max max CT

T P TA

8760

2.2.2 Lưới phân phối 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 doạn 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 hường

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 quà kinh tế cao nhất

Đẻ tính toán độ tin cậv 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 (2.12) và (2.13) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới tính theo công thức (2.7) đến (2.11) (Hình 2.1b) là lưới phân phối phân đoạn gồm hai phân đoạn

và (Hình 2.1c) 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:

Đoạn 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

+ Nếu dùng dao cách ly, thì sự cố đoạn II làm ngừng điện đoạn I trong thời gian thao tác cô lập sự cố Ttt, do đó:

λII>I = λ’II; TII>I = Ttt

- Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn lưới I là:

λI = λ’I + λII>I; T1 = T’1 + TII>IĐoạn lưới II: Đoạn II có thể bị ngừng điện do chính nó bị sự cố hoặc do ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn trước nó và sau nó Cụ thể ở đây chỉ có đoạn I ở trước nó

- 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 vào thiết

bị phân đoạn, nghĩa là đoạn II chịu cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng điện của đoạn I:

λI>II = λ’I; TI>II = T’1

- Tổng số lần ngừng điện và tổng thời gian ngừng điện của đoạn lưới II là:

λII = λ’II + λ’I; TII = T’II + T’I

Do đó có thể rút ra kết luận chung như sau:

Các đoạn lưới phía sau chịu ảnh hưởng toàn phần của các đoạn lưới phía trước, còn các đoạn lưới phía trước chỉ chịu ảnh hương không toàn phần của các đoạn lưới phía sau Ảnh hưởng này phụ thuộc thiết bị phân đoạn

Trong tính toán trên bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết

bị phân đoạn không phải bảo dưỡng định kỳ

Sau khi tính được TI và TII thì điện năng mất sẽ tính theo (2.14) và (2.15)

2.3 Công cụ tính toán đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối hở

Nội dung này mô tả phương pháp và công cụ tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối hình tia có số lượng nhánh và nút bất kỳ

2.3.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn

Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp TA/0,4kV Lưới phân phối có thể có cấu trúc hình cây hoặc mạch kín nhưng khi vận hành sẽ cắt ra để vận hành hở Có nghĩa là khi vận hành lưới phân phối chỉ được cấp điện từ một phía

Cấu trúc của lưới điện được mô tả cho máy tính bằng các nhánh và nút

Nút có thể là:

- Điểm đấu phụ tải bao gồm cả máy biến áp phân phối;

- Điểm nối các nhánh rẽ;

- Điểm nối hai đoạn đường dây có tiết diện hay loại dây khác nhau;

- Điểm đấu tụ bù ngang;

- Điểm đấu kháng điện, tụ bù dọc, thiết bị đóng cắt

Các nút được đánh số từ 1 tới N Nút nguồn đánh số 0, số nhỏ gần nguồn hơn

số lớn

Nhánh là đoạn lưới hay phần tử lưới nối giữa hai nút kề nhau Nhánh có thể là:

- Đường dây điện trên không hoặc cáp;

- Máy biến áp lực;

- Kháng điện, tụ bù dọc;

- Thiết bị đóng cắt

Nhánh được đánh số trùng với nút cuối của nó

Cấu trúc của lưới phân phối được nhận dạng đầy đủ nếu cho biết nhánh và nút đầu, nút cuối của mỗi nhánh

Cặp thông số nút dầu NĐ(i) và nút cuối NC(j) của nhánh j được cho như sau: Trước hết đánh số các nút của lưới điện từ nút nguồn đến nút tải cuối cùng, nút nguồn đánh số 0, số nhỏ ở gần nguồn hơn số lớn Lưới phân phối hình tia có số nút

và số nhánh bằng nhau và bằng N

Sau đó đánh số nhánh theo quy tắc số nhánh trùng với nút cuối của nó Cách đánh số này cho phép máy tính hiểu biết dễ dàng mối quan hệ giữa các nhánh và nút, Ví dụ khi biết một nhánh là I có NĐ(i) vả NC(i) thì ta biết ngay nhánh cấp điện cho nhánh này là j = NĐ(i), còn nó cấp điện cho nhánh k có nút đầu là NĐ(k) = NC(i)

Cách mô tả lưới phân phối này gọi là mô tả theo cấu trúc ngược Mô tả được lập cho một đơn vị lưới phân phối, tức là toàn bộ lưới phân phối trực thuộc một trạm trung gian hoặc khu vực Nếu muốn xét đồng thời lưới phân phối của nhiều trạm nguồn thì phải lập nút nguồn giả 0 và các đoạn lưới giả có độ dài 0 km, nối nút nguồn giả có độ dài 0 km, nối nút nguồn giả với các nguồn thật đánh số từ 1,2,3…

Hình 2.3 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược

Ví dụ, cho lưới phân phối như trên hình 2.3, ta có số nút và nhánh như sau:

(3) 3

4 (4)

- Độ dài lưới diện l, km;

- Thiết bị đóng cắt được cho bởi các thông số:

+ K(i) = 1 không có thiết bị đóng cắt hoặc thiết bị đóng cắt là dao cách ly + K(i) = 0 thiết bị đóng cắt là máy cắt

+ M(i) = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt

+ M(i) = 1 nếu có thiết bị đóng cắt

+ Nếu là dao cách ly thì cho thời gian thao tác là tc tính theo giờ, nếu là máy cắt thì tc = 0

+ M(i) dùng để đẳng trị lưới phân phối

Thiết bị phân đoạn được đặt ở đầu các đoạn lưới Máy cắt có thể cắt tự động khi xảy ra sự cố trên các đoạn lưới phía sau nó Như vậy nó bảo vệ hoàn toàn đoạn lưới phía trước nó không bị cắt điện, làm cho sự cố ở các đoạn lưới phía sau không ảnh hường đến đoạn lưới phía trước cả về số lần lẫn thời gian mất điện Dao cách ly không bảo vệ hoàn toàn các đoạn lưới phía trước khi xảy ra sự cố phía sau nó vì nó không thể tự động đóng cắt Khi xảy ra sự cố trên đoạn lưới đặt dao cách ly thì máy cắt đặt gần nhất về phía nguồn sẽ cắt Sau đó dao cách ly mới được cắt ra (do điều

độ viên tại chỗ hoặc từ xa) cô lập đoạn lưới sau dao cách ly, tiếp theo máy cắt sẽ đóng lại cấp điện cho các đoạn lưới lành từ chỗ đặt máy cắt cho đến đoạn lưới trước đoạn lưới đặt dao cách lỵ Tóm lại khi sự cố trên đoạn lưới đặt dao cách ly, thì tất cả các đoạn lưới phía trước nó cho đến dao cách ly gần nhất sẽ chịu ảnh hưởng toàn phần về số lần mất điện, còn về thời gian sự cố thì chúng sẽ mất điện trong thời gian

từ lúc xảy ra sự cố cho đến khi cô lập xong sự cố và đóng trở lại máy cắt, thời gian này gọi là thời gian thao tác tC

Đối với mọi đoạn lưới, dù đặt dao cách ly hay máy cắt thì ảnh hưởng của đoạn lưới phía trước đến các đoạn lưới phía sau là toàn phần, nghĩa là đoạn lưới phía sau chịu số lần mất điện và thời gian mất điện như đoạn lưới phía trước khi trên đoạn lưới phía trước xảy ra sự cố