Nghiên cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối điện, áp dụng cho lưới điện huyện tiên du, tỉnh bắc ninh

Phụ tải điện ngày càng cao và quan trọng do đó vấn đề phát triển thêm các nhà máy điện hoặc nhà máy thuỷ điện và hoàn thành lưới điện đang được tiến hành một cách nhanh chóng cấp thiết,

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp hà nội

-*** -

Nguyễn thị hiền

Nghiên cứu các phương pháp nâng cao

độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối điện - áp dụng cho lưới điện huyện tiên du - tỉnh bắc ninh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hiền

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu đến nay luận văn ”Nghiên cứu các

phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối điện-

Áp dụng cho lưới điện huyện Tiên Du- Tỉnh Bắc Ninh” đã được hoàn

thành Trong quá trình làm đề tài này Tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp đặc biệt là sự hướng dẫn tận

tình và chu đáo của thầy PGS.TS Trần Bách

Tôi xin chân thành cảm ơn và xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến

Thầy PGS.TS Trần Bách, các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo trong bộ môn Cung cấp

và sử dụng điện khoa Cơ - Điện của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ Tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp và cán bộ của chi nhánh điện lực Tiên Du, điện lực Bắc Ninh đã giúp đỡ Tôi hoàn thành luận

văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hiền

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iii

Danh mục bảng………vi

Danh mục hình………vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI 3

1.1 Cấu trúc lưới phân phối 3

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối 3

1.1.2 Đặc điểm và phân loại lưới phân phối điện 4

1.1.3 Phần tử lưới phân phối 6

1.1.4 Cấu trúc lưới phân phối 7

1.1.5 Sơ đồ lưới phân phối trung áp và hạ áp 10

1.2 Phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 12

1.2.1 Phương pháp phân phối điện trung áp 12

1.2.2 Phương pháp nối đất trung tính cuộn trung áp của MBA nguồn 13

1.3 Sơ đồ lưới điện phân phối 16

1.3.1 Phương án nối dây trong mạng điện phân phối 16

1.3.2 Các phương pháp nối dây trong lưới điện phân phối 17

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 23

2.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện 23

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy 23

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện và quan điểm về độ tin cậy 25

2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện 25

2.1.4 Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải 30

2.1.5 Độ tin cậy của các phần tử 33

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối 34

2.2.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện 34

2.2.2 Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế 38

2.3 Phương pháp phân tích đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối 39

2.3.1 Độ tin cậy của lưới phân phối 39

2.3.2 Sơ đồ tổng quát lưới điện 44

2.3.3 Tính các chỉ tiêu độ tin cậy 47

2 3.4 Ví dụ áp dụng 52

Chương 3 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 60

3.1 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lưới điện 60

3.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy 60

3.1.2 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy 61

3.1.3 Các số liệu thống kê về các nguyên nhân sự cố 62

3.1.4 Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không 65

3.2 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện 66

3.2.1 Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện 66

3.2.2 Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý 69

3.2.3 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 69

3.2.4 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 70

3.2.5 Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây 72

3.2.6 Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh 73

Chương 4 74

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN HUYỆN TIÊN DU- TỈNH BẮC NINH 4.1 Ảnh hưởng độ tin cậy của đường dây trung áp đến độ tin cậy của phụ tải 74

4.2 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối điện trung

áp 74

4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới phân phối điện đến độ tin cậy của phụ tải 75

4.3.1 Tính độ tin cậy lưới phân phối điện không có thiết bị phân đoạn , thời gian sử lý sự cố là 8 h 75

4.3.2 Tính ảnh hưởng của thời gian sửa chữa sự cố 76

4.3.3 Tính ảnh hưởng của 1 thiết bị phân đoạn 76

4.4 Áp dụng tính toán cho lưới điện thực tế huyện Tiên Du 77

4.4.1 Giới thiệu chung về lưới điện huyện Tiên Du 77

4.4.2 Sơ đồ lưới phân phối được phân tích độ tin cậy 79

4.4.3 Số liệu để nhập vào từ bàn phím 80

4.4.4 Phân tích độ tin cậy của đường dây 384 trạm 110kV (E74) khi chưa có thiết bị phân đoạn 81

4.4.5 Nâng cao độ tin cậy của các đường dây bằng thiết bị phân đoạn 84

4.4.6 Kết luận 91

4.5 Tính hiệu quả kinh tế khi đặt dao cách ly 92

4.5.1 Hiệu quả kinh tế được tính bằng hiệu giá NPV( net present value) 92

4.5.2 Các thông số cần thiết tính toán NPV để phân tích hiệu quả kinh tế 93

4.5.3 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây 384(E74) khi đặt dao cách ly 94

4.5.4 Kết luận 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

Phụ lục 108

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng chỉ tiêu độ tin cậy 25

Bảng 2.2 Bảng giá tiền 1kWh điện năng mất ở Australia .28

Bảng 2.3 Bảng giá tiền 1kWh điện năng mất ở Canada .29

Bảng 2.4: Bảng số liệu tính toán lưới điện hình tia 53

Bảng 4.1: Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 83

Bảng 4.2 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 84

Bảng 4.3: Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 85

Bảng 4.4 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 85

Bảng 4.5 Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 86

Bảng 4.6 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 86

Bảng 4.7 Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 87

Bảng 4.8 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 87

Bảng 4.9 Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 88

Bảng 4.10 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 88

Bảng 4.11 Số liệu đường dây 384(E74) sau khi đẳng trị như sau: 89

Bảng 4.12 Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh: 90

Bảng: 4.13 Bảng tổng hợp kết quả các trường hợp dùng từ 0 đến 6 dao cách ly .90

Bảng 4.14 Hệ số hiện đại hoá cho các năm t 93

Bảng 4.15 Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 2 dao cách ly 95

Bảng 4.16 Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 3 dao cách ly 97

Bảng 4.17 Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 4 dao cách ly 99

Bảng 4.18 Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 5 dao cách ly 101

Bảng 4.19 Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 6 dao cách ly 103

Bảng 4.20: Bảng tổng hợp kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV 104

DANH MỤC HèNH

Hỡnh 1a: Lưới phõn phối hỡnh tia khụng phõn đoạn 11

Hỡnh 1b: Lưới phõn phối hỡnh tia cú phõn đoạn 11

Hỡnh 1c: Lưới phõn phối kớn vận hành hở 12

Hỡnh 1.2.1.a Lưới điện 3 pha trung tớnh mỏy biến ỏp nối đất qua tổng trở 12

Hỡnh 1.2.1.b Lưới điện 3 pha và 1 dõy trung tớnh 13

Hỡnh 1.3.1 Sơ đồ lưới phõn phối trờn khụng hỡnh tia 18

Hỡnh 1.3.2 Sơ đồ lưới phõn phối mạch vũng kớn 19

Hỡnh 1.3.3 Cung cấp điện bằng 2 đường dõy song song 20

Hỡnh 1.3.4 Mạch liờn nguồn 20

Hỡnh 1.3.5 Cung cấp điện thụng qua trạm cắt 21

Hỡnh 1.3.6 Sơ đồ sử dụng đường dõy dự phũng chung 21

Hỡnh 1.3.7 Sơ đồ hệ thống phõn phối điện 22

Hình 2.1 Cấu trúc độ tin cậy của hệ thống điện 31

Hình 2.2 Đường quan hệ R(t) theo thời gian 34

Hỡnh 2.3: Lưới phõn phối khụng phõn đoạn 39

Hình 2.4: Lưới phân phối phân đoạn bằng dao cách ly 41

Hình 2.5: Sơ đồ đẳng trị các đoạn lưới phân đoạn 42

Hỡnh 2.6: Sơ đồ tổng quỏt lưới điện hỡnh tia 45

Hỡnh 2.7a: Sơ đồ tổng quỏt của lưới điện hỡnh tia 52

Hỡnh 2.7b: Sơ đồ đẳng trị của lưới điện hỡnh tia 52

Hỡnh 3.2: Sơ đồ tự động đúng nguồn dự phũng 71

Hỡnh 4.4 Đồ thị mối quan hệ giữa điện năng mất và số DCL đường dõy 384 91

Hỡnh 4.5 Đồ thị mối quan hệ giữa hiệu quả kinh tế NPV và số dao cỏc ly đường dõy 384……… 103

LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng có vai trò rất quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá và phát triển kinh tế, xã hội của đất nước Do đó ngành điện cần phải được quan tâm, phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu về điện năng ngày càng cao của đất nước Phụ tải điện ngày càng cao và quan trọng do đó vấn đề phát triển thêm các nhà máy điện hoặc nhà máy thuỷ điện và hoàn thành lưới điện đang được tiến hành một cách nhanh chóng cấp thiết, sao cho đáp ứng được sự phát triển không ngừng theo thời gian của phụ tải và ngày càng đòi hỏi cao về chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện Đảm bảo cho có được các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho khách hàng về chất lượng điện năng, mới có thể phát triển kinh tế xã hội trong tương lai ngày càng cao

Lưới điện phân phối thường có cấp điện áp là 6kV, 10kV, 22kV, 35 kV phân phối cho các trạm phân phối trung áp, hạ áp và phụ tải trung áp Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy

ra bất kỳ sự cố nào trong lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ Để nâng cao được độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng đảm bảo cho các phụ tải điện, luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối nhằm phân tích, tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối, từ kết quả tính toán được đưa ra các biện pháp giảm thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải

Tên đề tài: Nghiên cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung

cấp điện của lưới phân phối điện- Áp dụng cho lưới điện huyện Tiên Du- Tỉnh Bắc Ninh”

Mục đích của đề tài: Nêu cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các

phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới điện cụ thể của huyện Tiên Du

Đối tượng nghiên cứu: Các đường dây phân phối cấp điện áp trung áp,

sự ảnh hưởng của các đường dây đến chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về lưới phân phối,

phân tích và tính toán độ tin cậy Vận dụng kết quả nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy của lưới điện huyện Tiên Du

Bố cục luận văn: Luận văn thực hiện bố cục nội dung như sau:

Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan về lưới phân phối

Chương 2: Các phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối Chương 3: Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới

phân phối

Chương 4: Áp dụng tính toán cho lưới phân phối điện huyện Tiên Du

Do điều kiện thực hiện luận văn có hạn, khối lượng công việc lớn nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI

1.1 Cấu trúc lưới phân phối

1.1.1 Khái niệm về lưới phân phối

Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện Trong đó hệ thống bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải và

phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống

Hệ thống lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc trạm khu vực hay thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối

Lưới phân phối điện gồm 2 thành phần:

- Lưới phân phối trung áp: Có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và có điện áp trung bình từ (6-35) kV Trong đó điện áp thường sử dụng

là (6, 10, 22, 35) kV, phân phối điện cho các trạm trung áp, hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp

- Lưới phân phối hạ áp: Có cấp điện áp thấp (380/220V hay 220/110V) đưa điện năng tới hộ dùng điện

Lưới phân phối có chiều dài tương đối lớn, đường dây phân nhánh, hình tia hoặc mạch vòng cung cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, do đó những nguyên nhân gây ảnh hưởng đến quá trình truyền tải của lưới phân phối đều liên quan trực tiếp cho các hộ tiêu thụ

Như vậy trong thiết kế và vận hành lưới phân phối cần phải đưa ra các phương án sao cho đảm bảo được chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp

lý khi xảy ra sự cố, nhằm giảm xác xuất xảy ra sự cố và những thiệt hại về kinh tế đối với các hộ tiêu thụ

1.1.2 Đặc điểm và phân loại lưới phân phối điện

1.1.2.1 Một số đặc điểm của lưới phân phối

Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ

tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:

- Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu là điện áp)

- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Mỗi một sự cố trên lưới phân phối trung áp đều ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội

- Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do ngừng điện được thống kê như sau:

+ Do ngừng điện lưới 110kV trở lên : (0.1-0.3)x10-4

+ Do sự cố lưới điện trung áp : 4.5x10-4

+ Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp : 2.5x10-4

+ Do sự cố lưới điện hạ áp : 2.0x10-4

+ Do ngừng điện kế hoạch lưới hạ áp : 2.0x10-4

- Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối chiếm 98% Ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân phối trung áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội

- Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

- 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

- Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất quan trọng

1.1.2.2 Phân loại lưới điện phân phối trung áp

Lưới điện phân phối trung áp được phân theo 3 dạng sau:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: có 3 loại

+ Lưới phân phối thành phố

+ Lưới phân phối nông thôn

+ Lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lưới phân phối trên không

+ Lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng:

+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn + Lưới phân phối kín vận hành hở (LPP K/H)

+ Hệ thống phân phối điện

Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối trung áp được quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành Các tiến bộ khoa học thường được áp dụng vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối trung áp Sự quan tâm đến lưới phân phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các công trình nghiên cứu khoa học được công bố trên các tạp chí khoa học

Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch , vận hành và đảm bảo độ tin cậy lưới phân phối người ta đưa

ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối

1.1.2.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của lưới phân phối điện

Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên

3 mặt:

- Sự phục vụ đối với khách hàng

- Ảnh hưởng tới môi trường

- Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện

Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:

- Chất lượng điện áp

- Độ tin cậy cung cấp điện

- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất)

- Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn)

- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin)

Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối

1.1.3 Phần tử lưới phân phối

Các phần tử của lưới phân phối điện bao gồm:

- Máy biến áp trung gian, máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện gồm dây dẫn và phụ kiện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, hệ thống bảo

vệ rơle, aptômát, bảo vệ chống quá điện áp, giảm dòng ngắn mạch

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải trong trạm trung gian, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hoá, thiết bị lọc sóng hài bậc cao…

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện…, thiết bị truyền thông tin đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn

dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch…

- Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa

Mỗi phần tử trên đều có các thông số đặc trưng (như công suất và điện

áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện trở, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt, kích thước…) được chọn trên cơ

sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất đi qua (như máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù…) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng

để tính toán chế độ làm việc của lưới phân phối

Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái làm việc và không làm việc Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi đang mang điện (dưới tải) như: máy cắt, aptomat, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi trạng thái khi cắt điện như: dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ có các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia làm nhiều phần tử lưới Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác Ví dụ như tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử lưới không làm việc để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất

1.1.4 Cấu trúc lưới phân phối

- Các phần tử tạo thành lưới phân phối

- Sơ đồ lưới phân phối

+ Sơ đồ trạm: là sự ghép nối các phần tử với nhau của các trạm biến áp

và trạm phân phối

+ Sơ đồ lưới phân phối: là các đường dây nối các trạm biến áp phân phối

Sơ đồ nối điện còn được gọi là hình dáng của lưới phân phối, có ảnh hưởng rất lớn đến các tiêu chuẩn chất lượng của lưới phân phối Do đó, việc lựa chọn sơ

đồ lưới phân phối là nội dung quan trọng của quy hoạch lưới phân phối Còn trong vận hành chọn được sơ đồ tối ưu sẽ cho hiệu quả kinh tế rất lớn

- Hệ thống điều khiển lưới phân phối

* Cấu trúc lưới phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận

hành

Cấu trúc tổng thể của lưới bao gồm các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là

cấu trúc thừa Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, và thừa về

khả năng lập sơ đồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa, trong đó quan trọng nhất là các máy biến áp tự hành, để thay thế cho bất kỳ máy biến áp phân phối nào bị hỏng hóc hoặc cần phải đưa ra bảo dưỡng

Ví dụ: Để cung cấp điện cho một phụ tải chỉ cần 1 đường dây, 1 máy biến

áp, nhưng muốn có độ tin cậy cao thì phải dùng 2 đường dây và 2 máy biến

áp, như vậy là thừa về số phần tử mỗi đường dây hoặc máy biến áp phải có

đủ khả năng tải để khi sự cố có thể tải được cả công suất, như vậy là thừa về khả năng tải các hệ thống phân phối điện hiện đại người ta còn làm nhiều mạch vòng, mỗi trạm phân phối có thể được cấp điện từ nhiều nguồn, và như vậy là thừa về sơ đồ

Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành Mỗi cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện

Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn Khi có thể có nhiều cấu trúc vận hành thoả mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế, ví dụ: sao cho tổn thất điện năng nhỏ nhất

Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển sang cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi trạng thái các phần tử cần thiết cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

* Cấu trúc lưới phân phối có thể là:

- Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới phân phối không thể thay đổi sơ đồ

vận hành Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện Đó là lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới phân phối có

thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối bị cắt điện, đó là cấu trúc lưới kín vận hành hở

- Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới phân phối có thể thay

đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện Cũng 2 mức cấu trúc động hoàn toàn, ở mức thấp trong khi thay đổi cấu trúc gây ra mất điện tạm thời ngắn hạn, còn ở mức cao sự thay đổi cấu trúc không gây ra mất điện Lưới điện phân phối của các nước phát triển cao hiện đang ở mức thấp và đang thử nghiệm ở mức cao

Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện

Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Còn cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành kinh tế lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ

* Cấu trúc của lưới phân phối còn chia ra:

- Cấu trúc phát triển: Đó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn

tăng trưởng theo thời gian và trong không gian Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương lai

- Cấu trúc bão hoà: Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện

cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian, ví dụ lưới phân phối của một xí nghiệp không có dự kiến phát triển, của một phân xưởng, của một nhà cao tầng, của một nhà ở gia đình, chiếu sáng một đường phố, cấp điện một khu dân cư đã hoàn chỉnh (ở các nước phát triển)…

Đối với lưới phân phối bão hoà người ta có các sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu

đã được tính toán tối ưu Khi lưới phân phối bão hoà bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối cùng của trạng thái bão hoà

Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà

Cấu trúc của lưới phân phối nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng, mỗi tiêu chuẩn chất lượng ảnh hưởng chủ yếu đến việc lựa chọn một số phần tử hoặc sơ đồ lưới phân phối Nói khác đi, khi chọn một phần tử nào đó phải tính toán theo tiêu chuẩn chất lượng tương ứng

1.1.5 Sơ đồ lưới phân phối trung áp và hạ áp

Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp

- Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ (6÷35)kV, đưa điện năng từ các trạm trung gian hoặc trạm khu vực tới trạm phân phối hạ áp

- Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 380V/220V hay 220V/110V, 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

Về cấu trúc lưới phân phối thường là:

- Lưới phân phối hình tia không phân đoạn (hình 1a): Đặc điểm của nó là

đơn giản, rẻ tiền nhưng có độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng

Hình 1a: Lưới phân phối hình tia không phân đoạn

- Lưới phân phối hình tia có phân đoạn (hình 1b): Là lưới phân phối 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

Hình 1b: Lưới phân phối hình tia có phân đoạn

- Lưới kín vận hành hở (hình 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 có hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết

bị đóng cắt để điều chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện còn các phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường

Hình 1c: Lưới phân phối kín vận hành hở

Sơ đồ lưới kín vận hành hở 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

1.2 Phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn

1.2.1 Phương pháp phân phối điện trung áp

Có 2 phương pháp phân phối điện trong lưới phân phối điện trung áp:

* Phương pháp dùng lưới điện 3 pha:

- Điện năng được truyền tải bằng hệ thống 3 dây pha, máy biến áp trung áp

có cuộn trung áp đấu sao và trung tính nối đất qua tổng trở Z, không có dây trung tính đi theo lưới điện

Hình 1.2.1.a Lưới điện 3 pha trung tính máy biến áp nối đất qua tổng trở

* Phương pháp dùng lưới điện 3 pha và 1 dây trung tính

Là phương pháp truyền tải mà ngoài 3 dây pha ra còn có 1 dây trung tính đi theo lưới điện, cứ khoảng 300m thực hiện nối đất lặp lại 1 lần Trong lưới điện này, cuộn dây trung áp của máy biến áp nối sao và trung tính nối đất trực tiếp

Hình 1.2.1.b Lưới điện 3 pha và 1 dây trung tính 1.2.2 Phương pháp nối đất trung tính cuộn trung áp của MBA nguồn

1.2.2.1 Trung tính không nối đất( Z=∞)

* Ưu điểm: Khi xẩy ra chạm đất 1 pha mạng điện vẫn vận hành được trong 1

khoảng thời gian nhất định để tìm và khắc phục sự cố, do đó độ tin cậy của

mạng điện được nâng cao

hồ quang sinh ra khi chạm đất một pha sẽ lặp lại và duy trì, gây ra quá điện áp

và nguy hiểm cho lưới điện

+ Khi xảy ra chạm đất 1 pha, điện áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách điện

*Phạm vi áp dụng: Trong thực tế trung tính không nối đất thường dùng cho

lưới phân phối 6kV, 10 kV, còn lưới điện áp từ (15kV÷35kV) chỉ dùng nếu

độ dài lưới điện ngắn

1.2.2.2 Trung tính nối đất trực tiếp( Z=0)

+ Độ tin cậy cung cấp điện giảm vì khi chạm đất lưới điện bị cắt ra

* Phạm vi áp dụng: Trung tính nối đất trực tiếp được áp dung cho lưới điện

ở cấp điện áp (15kV÷20 kV), nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch 1 pha được hạn chế ở mức cho phép

1.2.2.3 Trung tính nối đất qua điện trở hoặc điện kháng( Z=R hoặc Z=R+jX)

* Ưu điểm:

Hạn chế nhược điểm của phương pháp nối đất trực tiếp khi dòng ngắn

mạch quá cao, dòng ngắn mạch được hạn chế trong khoảng (1000A-1500A) Cho phép điều khiển dòng ngắn mạch pha-đất một cách hợp lý

* Nhược điểm:

+ Gây quá điện áp trong lưới cao hơn nối đất trực tiếp, ảnh hưởng đến cách điện của các phần tử của lưới, do đó cách điện phải cao hơn nên giá thành lưới điện tăng

+ Hệ thống nối đất đắt tiền và cần có sự bảo quản định kỳ

* Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này dùng phổ biến cho lưới điện 22 kV

Để hạn chế các nhược điểm, thực hiện nối đất có hiệu quả khi:

4 3

Trong đó:

U f1 : Điện áp pha lành

U dm,U fmd : Điện áp dây và điện áp pha định mức

Tổng trở thứ tự không :

1.2.2.4 Phương pháp nối đất qua cuộn dập hồ quang

Nối đất qua cuộn dập hồ quang hay còn gọi là nối đất cộng hưởng:

wC j jX

Z= = 1 Điện kháng của cuộn dập hồ quang được lựa chọn để bù dòng điện điện dung khiến cho dòng điện điện dung ở trong giới hạn cho phép cho dù độ dài lưới phân phối rất lớn

+ Khi chạm đất điện áp các pha không bị sự cố lên quá điện áp dây

+ Sự cố cách điện có thể gây dao động hồ quang điện, gây quá áp trên cách điện của các pha không bị sự cố

+ Cuộn dập hồ quang phải điều chỉnh được để thích nghi với cấu trúc vận hành thay đổi của lưới

+ Hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất phức tạp, khó tìm chỗ sự cố, giá thành cao, bảo quản phức tạp

+ Áp dụng với lưới cáp không hiệu quả vì sự cố trong lưới đa số là do hư hỏng cách điện vĩnh cửu

* Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này thường được áp dụng cho lưới 35kV,

là biện pháp chủ yếu trong tương lai

1.3 Sơ đồ lưới điện phân phối

1.3.1 Phương án nối dây trong mạng điện phân phối

Sơ đồ nối dây của mạng điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây như sau: hình tia, phân nhánh, hoặc mạch vòng kín Việc sử dụng sơ đồ nối dây nào tùy thuộc vào mức độ yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cho mỗi một loại hộ phụ tải và tùy thuộc vào cấp điện áp mà sử dụng sơ

đồ cho phù hợp

- Sơ đồ hình tia một lộ dùng nhiều nhất cho các mạng thắp sáng hoặc động lực ở điện áp thấp Các trạm 6kV, 10kV, 22kV, 35kV cũng thường sử dụng sơ đồ hình tia để cung cấp điện

- Sơ đồ kiểu phân nhánh thường được dùng ở các đường dây cung cấp điện cho một số phụ tải gần nhau

- Sơ đồ mạch vòng kín được dùng nhiều ở các mạng trung áp trong thành phố và các mạng điện phân xưởng với điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV Những mạng điện này thường có cấu trúc mạch kín nhưng vận hành hở, khi

sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn, bảo vệ đặt tại máy cắt đầu nguồn sẽ tác động cát mạch điện bị sự cố, sau khi

cô lập đoạn lưới bị sự cố, phần lưới còn lại sẽ được đóng điện trở lại để tiếp tục vận hành cung cấp điện cho các hộ phụ tải Chỉ có đoạn lưới bị sự cố là mất điện và mất cho đến khi sự cố được sử lý xong

Đối với các hộ phụ tải quan trọng đòi hỏi độ tin cậy cao phải có phương

án dự phòng riêng cho đường dây trung áp và hạ áp

1.3.2 Các phương pháp nối dây trong lưới điện phân phối

Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của mạng điện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ nối điện của mạng Do đó sơ đồ phải được chọn sao cho

có chi phí là nhỏ nhất đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết, đảm bảo chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới Theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, trong các loại sơ đồ hình tia, phân nhánh hay mạch vòng kín nối trên, việc dùng sơ đồ có dự phòng hay không phụ thuộc vào tính chất của hộ phụ tải:

- Phụ tải loại I: Phải được cung cấp điện từ 2 nguồn độc lập không được mất điện dù chỉ là tạm thời, nếu mất điện sẽ ảnh hưởng đến chính trị, tính mạng con người, thiệt hại về kinh tế…do đó thời gian ngừng cung cấp điện đối với hộ phụ tải loại I chỉ cho phép bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại II: có thể được cung cấp điện bằng 1 hay 2 nguồn phải dựa trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư them khi có đặt thiết

bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại do mất điện Các hộ phụ tải loại II cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để nhân viên vận hành đóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại III: Chỉ cần 1 nguồn cung cấp điện là đủ Cho phép mất điện trong 1 thời gian để sủa chữa sự cố, thay thế các phần tử hư hỏng của mạng điện nhưng không quá 1 ngày

Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, người thiết kế cũng như người quản lý vận hành lưới điện phải có tính toán, dự kiến mọi khả năng để cho xác suất sự cố mất điện là thấp nhất và thời gian mất điện là thấp nhất

1.3.2.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không

- Lưới điện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng điện nông thôn thường không đòi hỏi cao về độ tin cậy, không bị hạn chế về điều kiện an toàn

và mỹ quan như ở khu vực thành phố Mặt khác, mật độ phụ tải của mạng điện nông thôn không cao, phân tán, đường dây khá dài, do đó sử dụng lưới điện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm hiểu sự cố và khắc phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cao áp

- Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ đồ hình tia, các trạm biến

áp phân phối được cung cấp điện từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông qua các đường trục chính

Hình 1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia

1 Máy cắt có tự động đóng lại, điều khiển từ xa

2 Máy cắt nhanh; 3 Dao cách ly

- Biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ:

+ Các đường trục chính được phân đoạn bằng các thiết bị phân đoạn như: Máy cắt, máy cắt có tự động đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa

+Giữa các đường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi bị sự cố, khi

ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở

- Các dây dẫn đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện dự phòng cho các trục khác khi bị sự cố

1.3.2.2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp

- Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng điện thành phố do đòi hỏi mức độ tin cậy cao, mật độ phụ tải lớn, đường dây ngắn, bị hạn chế về điều kiện an toàn và mỹ quan đô thị do đó không được đi dây trên không mà phải chọn xuống đất tạo thành lưới phân phối cáp

- Nhược điểm của lưới phân phối cáp là đắt tiền, sơ đồ phức tạp dẫn đến việc tìm kiếm sự cố khó khăn, sửa chữa lâu và việc đấu nối được hạn chế đến mức tối đa vì xác suất hỏng tại các chỗ nối là rất cao

a Sơ đồ phân phối mạch vòng kín

Sơ đồ phân phối mạch vòng kín cung cấp điện cho các trạm phân phối có một máy biến áp Các trạm phân phối được đấu liên thông, mỗi máy biến áp đều có hai dao cách ly ở hai phía và đều có thể được cấp điện từ hai nguồn khác nhau lấy từ hai phân đoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp được cấp điện từ một phía

Hình 1.3.2 Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín

Ký hiệu chỉ dao cách ly được mở ra để vận hành hở Ưu điểm của vận hành hở làm cho lưới điện rẻ hơn, độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn về hệ thống bảo vệ rơ le và thiết bị đóng cắt nếu muốn đạt độ tin cậy

b Trạm phân phối được cung cấp bằng cả hai đường dây song song

Hai đường dây song song cung cấp điện cho các trạm biến áp phân phối Các đường dây có thể được lấy điện từ hai mạch nguồn khác nhau để tạo thành mạch nguồn

Hình 1.3.3 Cung cấp điện bằng 2 đường dây song song

c Sơ đồ mạch liên nguồn

Các trạm phân phối được cung cấp từ nhiều nguồn lấy điện từ thanh góp

hạ áp của các trạm biến áp trung gian Trong chế độ làm việc bình thường được tách ra để vận hành hở mạch

Hình 1.3.4 Mạch liên nguồn

d Trạm phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt

Khi trạm biến áp trung gian ở xa trung tâm phụ tải thì mạng điện phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt Người ta sử dụng hai đường dây liên lạc giữa trạm cắt và hai phân đoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, sau đó các đường dây phân phối được cung cấp điện từ trạm cắt

Sơ đồ này áp dụng cho cả lưới phân phối cáp và lưới phân phối trên không

Hình 1.3.5 Cung cấp điện thông qua trạm cắt

Lưu ý: Trong các sơ đồ đã trình bày, tiết diện cáp phải được chọn có tính đến dự phòng cho toàn bộ mạch vòng

e Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

Khi mật độ các trạm phân phối nhiều, để tiết kiệm vốn đầu tư mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy có thể sử dụng sơ đồ sau:

Hình 1.3.6 Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

1 Thanh góp trạm biến áp trung gian 2 Trạm cắt

Dây dẫn của các đường dây phân phối được chọn đủ cho các trạm phân phối mà nó cấp điện, vì đã có đường dây dự phòng chung cho tất cả các

1.3.2.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Trong quá trình vận hành bình thường các mạch kín này được tách

ra tại các điểm cắt của lưới để vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân đoạn Các điểm cắt này được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi

Để lựa chọn được sơ đồ vận hành tối ưu nhất thường sử dụng tính toán trên máy tính điện tử từ các số liệu đó ta đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân phối điện Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử sẽ tính toán đưa ra phương án vận hành thay thế tốt nhất Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối ưu đó bằng các thiết bị điều khiển từ xa

Hình 1.3.7 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

TG1, TG2, TG3, TG4: Thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian

: Điểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành

Nếu không có thiết bị điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thề vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm, bằng cách tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP

ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy

Hệ thống 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

Đối với hệ thống điện, các phần tử là máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện….Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất

Về mặt độ tin cậy, hệ thống điện là hệ thống phức tạp thể hiện trong:

- Cấu trúc phức tạp

+ Số lượng rất lớn các phần tử thuộc nhiều loại khác nhau

+ Sơ đồ lưới điện phức tạp

- Hoạt động phức tạp

- Rộng lớn trong không gian

- Phát triển không ngừng theo thời gian

Sự phức tạp đó dẫn đến sự phân cấp hệ thống điện để có thể quản lý, điều khiển vận hành và phát triển một cách hiệu quả tối đa

Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, các phần tử của hệ thống điện sau khi

bị hỏng hóc của hệ thống cũng được phục hồi sau thời gian nhất định

Đa số các phần tử của hệ thống điện còn được bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau một thời gian làm việc

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 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 Vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống Ví

dụ, máy phát là một hệ thống phức tạp nếu xét riêng, nhưng trong bài toán về

độ tin cậy của hệ thống điện nó chỉ là một phần tử với các thông số như cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi không đổi

Định nghĩa chung có tính chất kinh điển về độ tin cậy của hệ thống như sau:

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

Cụ thể hóa đối với hệ thống điện: độ tin cậy của hệ thống điện hoặc bộ phận của nó là mức độ hoàn thành nhiệm vụ cung cấp khối lượng cấp điện yêu cầu cho khách hàng với các thông số chất lượng và kỹ thuật trong phạm

vi tiêu chuẩn đã định

Độ tin cậy được đo bằng tần xuất, độ kéo dài và độ lớn cúa các ảnh hưởng xấu đến cung cấp điện: ngừng điện, thiếu điện, điện áp thấp… Độ tin cậy cũng được đo bằng xác suất xảy ra mất điện toàn phần hoặc một phần Xác

suất được tính bằng độ sẵn sàng của hệ thống và phần tử

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 tin cậy cụ thể của hệ thống điện bao gồm 2 phương diện: mức độ đầy

đủ và mức độ an toàn

Mức độ đầy đủ: Khả năng của hệ thống điện cung cấp đủ công suất và điện

năng yêu cầu của khách hàng tại mọi thời điểm, có tính đến ngừng điện kế hoạch và ngẫu nhiên ở mức hợp lý của các phần tử của hệ thống

Mức an toàn: Khả năng của hệ thống điện chịu được các rối loạn đột ngột như

ngắn mạch hoặc mất mát không lường trước được của các phần tử của hệ thống

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện và quan điểm về

độ tin cậy

Các chỉ tiêu độ tin cậy được tính cho 3 khâu: sản xuất, truyền tải và phân phối và khâu cung cấp năng lượng sơ cấp, và được nhìn nhận theo 2 khu vực liên quan:

- Doanh nghiệp điện: Trong đó chia ra quy hoạch và vận hành

- Khách hàng sử dụng điện

Bảng 2.1 Bảng chỉ tiêu độ tin cậy

Khách hàng dùng điện

Sản xuất Mức dự trữ,

LPLP, LOLE, EUE, LOEP,…

Truyền tải, Phân

phối

SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI…

Năng lượng sơ

Bị Cắt điện:

-Tần xuất

- Độ kéo dài -Thời gian (mùa trong năm…) -Mức độ mất điện

thống hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho từng vùng hoặc toàn

hệ thống Có thể chia thành 4 nhóm nguyên nhân gây mất điện như sau:

- Do thời tiết: Giông sét, lũ lụt, mưa, bão, lốc xoáy,

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện:

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

Do nhân viên điều độ hệ thống

Do nhân viên vận hành nhà máy điện

Do nhân viên vận hành lưới

Do lỗi bảo vệ…

- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào

đất, hoả hoạn, phá hoại,

Kinh nghiệm cho thấy rằng, hầu hết các sự cố của lưới phân phối bắt nguồn từ các 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 ô tô 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 phục 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 có thể 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 của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện bằng cách kịp sửa chữa thiết bị hư hỏng Việc phối hợp lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy

có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố xác định rõ những điểm yếu nhất của

hệ thống phân phối và giải quyết nhanh, 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 hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

2.1.3.2 Tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân Việc mất điện sẽ gây ra các hậu quả về kinh tế và xã hội rất lớn Trên quan điểm phân loại hậu quả mất điện, người ta phân phụ tải thành 2 loại :

- Loại phụ tải mà khi mất điện có thể gây ra các hậu quả mang tính chính trị,

xã hội

- Loại phụ tải mà khi mất điện gây ra các hậu quả về kinh tế

Đối với loại phụ tải thứ nhất phụ tải cần được cấp điện với độ tin cậy cao nhất Còn đối với loại thứ hai 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 do mất điện được nhìn nhận từ hai góc độ:

1 Tổn thất kinh tế cho cơ sở sản xuất kinh doanh cụ thể Đó là tổn thất kinh tế mà các cơ sở này phải chịu khi mất điên đột ngột hay theo kế hoạch Khi mất điện đột ngột , các sản phẩm bị hư hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây

ra tổn thất kinh tế Tổn thất này phụ thuộc vào số lần mất điện và thời gian mất điện Khi mất điện theo kế hoạch tổn thất kinh tế sẽ nhỏ hơn do cơ sở sản xuất đã được chuẩn bị trước

Tổn thất này được tính toán cho từng loại xí nghiệp cụ thể hoặc từng cơ sở kinh doanh cụ thể để phục vụ việc thiết kế cấp điện cho các cơ sở này

2 Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống Tổn thất này được tính toán từ các tổn thất thật ở phụ thải theo quan điểm hệ thống Nó nhằm phục

vụ cho công tác thiết kế quy hoạch hệ thống điện sao cho thoả mãn nhu cầu

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 1kW hoăc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện

Sau đây là giá tiền 1kWh điện năng mất:

- Ở Australia (Power distribution technologies & design standards for Vietnam Hanoi 1993) Tính bằng tiền Australia

Bảng 2.2 Bảng giá tiền 1kWh điện năng mất ở Australia

- Ở Pháp năm 1998 sử dụng giá mất điện như sau: Ở lưới phân phối: 14,5 F/kWh chung, không phân biệt theo phụ tải; ở lưới truyền tải có hai cấp giá là: 7,5 F/kWh nếu công suất mất nhỏ hơn 8%, 14,5F/kWh nếu công suất mất lớn hơn 8% ( EDF Interrnational – Hanoi 1990 )

- Ở Canada sử dụng bảng giá sau đây cho quy hoạch thiết kế hệ thống điện (USD/kWh)

Bảng 2.3 Bảng giá tiền 1kWh điện năng mất ở Canada

Thời gian

mất điện

Hộ tiêu thụ lớn

Công nghiệp

Thương mại

Nông nghiệp

2.1.3.3 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện

- Cấu trúc nguồn điện: Độ tin cậy ảnh hưởng đến độ dự trữ công suất, các

tổ máy dự phòng lạnh

- Cấu trúc lưới: Độ tin cậy ảnh hưởng đến sơ đồ lưới điện như: Mạch vòng kín, nhều lộ song song, trạm nhiều máy biến áp sơ đồ trạm biến áp và nhà máy điện phức tạp

- Cấu trúc hệ thống điều khiển: Thiết bị bảo vệ, thiết bị chống sự cố, hệ thống thông tin, hệ thống điều khiển tự động, phương thức vận hành

- Cấu trúc hệ thống quản lý: Hệ thống sẵn sàng can thiệp khi sự cố, dự trữ

thiết bị, phương tiện đi lại, tổ chức bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa sự cố

Để nâng cao độ tin cậy đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, do đó độ tin cậy được

nâng cao bằng mọi giá Đầu tư vào nâng cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả khi

mức giảm tổn thất kinh tế do nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao

độ tin cậy

Trong hàm mục tiêu của các bài toán xác định cấu trúc nguồn điện cũng

như lưới điện đều có thành phần tổn thất do độ tin cậy được tính theo tổn thất

kinh tế đã nói trên Tuy nhiên việc tính như vậy cũng gặp rất nhiều khó khăn

Do đó người ta còn có thể tính toán với yếu tố độ tin cậy như là điều kiện

biên của bài toán, tức là dùng chỉ tiêu gián tiếp về độ tin cậy như:

- Xác suất không xảy ra mất điện (độ tin cậy) phải bằng hoặc lớn hơn một

giá trị nào đó

- Xác suất xảy ra mất điện (độ rủi ro) phải nhỏ hơn giá trị nào đó

Các chỉ tiêu này được xác đinh trên cơ sở phân tích kinh tế - kỹ thuật của

hệ thống điện

2.1.4 Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải

2.1.4.1 Phân loại bài toán độ tin cậy

- Theo cấu trúc, bài toán độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn

loại:

+ Bài toán độ tin cậy của hệ thống phát: chỉ xét riêng các nguồn điện

+ Bài toán 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

- Theo mục đích, bài toán độ tin cậy chia làm:

+ Bài toán quy hoạch: phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện

+ Bài toán vận hành: phục vụ vận hành hệ thống điện

1 2 3 4

Phụ tải Nguồn điện Lưới hệ thống Lưới truyền tải

Hệ thống phát

Hệ thống điện Lưới điện

Lưới phân phối

Hình 2.1 Cấu trúc độ tin cậy của hệ thống điện

- Theo nội dung, bài toỏn độ tin cậy chia làm:

+ Bài toỏn giải tớch: tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu độ tin cậy của hệ thống điện cú cấu trỳc cho trước

+ Bài toỏn tổng hợp: xỏc định trực tiếp thụng số của một phần tử bất kỳ nếu cho trước yờu cầu độ tin cậy và cỏc thụng số của cỏc phần tử cũn lại

Bài toỏn tổng hợp trực tiếp rất phức tạp nờn chỉ cú thể ỏp dụng trong những bài toỏn nhỏ, hạn chế

Bài toỏn tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện phải dựng phương phỏp tổng hợp giỏn tiếp: lập nhiều phương ỏn rồi tớnh chỉ tiờu độ tin cậy bằng phương phỏp giải tớch để so sỏnh, chọn phương ỏn tối ưu

Mỗi loại bài toỏn về độ tin cậy đều gồm cú bài toỏn quy hoạch và vận hành Mặt khỏc lại bao gồm loại bài toỏn giải tớch và tổng hợp

Bài toỏn phõn tớch độ tin cậy cú ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện Nội dung của bài toỏn là tớnh cỏc chỉ tiờu độ tin cậy của một bộ phận nào đú của hệ thống điện từ cỏc thụng số

độ tin cậy của cỏc phần tử của nú Cỏc chỉ tiờu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với cỏc tiờu chuẩn hỏng húc hay tiờu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ do người phõn tớch độ tin cậy đặt ra: tiờu chuẩn hỏng húc của lưới điện cú thể là phụ tải mất điện, điện ỏp thấp hơn giỏ trị cho phộp, dõy dẫn quỏ tải…

* Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện:

- Độ tin cậy của phần tử:

- Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố:

+ Tổ chức mạng 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:

+ Phụ tải điện

+ Yếu tố thời tiết khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiễm của môi trường

- Yếu tố con người: trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hoá 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 Việc tính đến mọi yếu tố rất phức tạp nên tùy từng phương pháp một số yếu tố bị bỏ hoặc đơn giản hóa Kết quả được sử dụng trong quy hoạch và 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 của hệ thống điện trong các năm tiếp theo

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

2.1.4.2 Phương pháp giải tích độ tin cậy của hệ thống điện

- Phương pháp đồ thị: Giải tích sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xác suất các tập hợp, đại số Boole, lý thuyết Graph Phương pháp này phối hợp với