độ tin cậy của lưới điện trung áp. nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp thành phố hà giang

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,

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM NGỌC THẮNG

ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

THÀNH PHỐ HÀ GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

THÁI NGUYÊN – NĂM 2014

Trang 2

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: Độ tin cậy của lưới điện trung áp Nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung áp Thành phố Hà Giang

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 Thành phố Hà Giang

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

Đối tượng nghiên cứu mà đề tài đặt ra là hệ thống cung cấp điện Thành phố Hà Giang

Đề tài đi sâu vào khai thác hiệu quả và các biện pháp nâng cao độ tin cậy đánh giá

độ tin cậy lưới điện trung áp Thành phố Hà Giang - Tỉnh Hà Giang

Trang 3

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về độ tin cậy, kết hợp với

khảo sát đánh giá thực trạng của lưới điện phân phối Trên cơ sở lý thuyết và kết quả khảo sát thực tế đề ra các giải pháp kỹ thuật để nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối

Sử dụng phần mềm ngôn ngữ lập trình Visual Basic áp dụng tính toán cho lưới điện trung áp Thành phố Hà Giang Công cụ nghiên cứu là máy tính và các phần mềm

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

Lời mở đầu

Chương 1 Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối

Chương 2 Các phương pháp nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện và các biện pháp nâng cao độ tin cậy

Chương 3 Sử dụng phần mềm chương trình tính toán độ tin cậy lưới điện trung áp

Chương 4 Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối Áp dụng tính toán cho lưới phân phối Thành phố Hà giang

Chương 5 Kết luận và kiến nghị

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

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 4

Chương 1 Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối

1.1 Tổng quan về lưới phân phối

1.1.1 Định nghĩa và phân loại

Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho 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 gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V

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 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 trung áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội

Trang 5

- 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

Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ:

+ 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, không phân đoạn

+ Lưới phân phối kín vận hành hở

+ Hệ thống phân phối điện

Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối 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 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

Trang 6

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

1.1.2 Phần tử của lưới điện phân phối

Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm:

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

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện)

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát,

hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, 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 động 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 từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt, ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật

Trang 7

Những phần tử có dòng công suất đi qua (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 điện 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 một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện

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 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

1.1.3 Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối bao gồm:

- Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối

- Sơ đồ lưới điện phân phối

- Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối

Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành + Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả 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, 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 một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, ta gọi phần đó là cấu trúc vận hành Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện

Trang 8

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 Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất 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 qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái 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 tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện 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 điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác Đó

là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở

+ Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi

sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện

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 điện 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 Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành 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

- Theo quy hoạch cấu trúc lưới điện phân phối có thể chia thành:

+ 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

Đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã được tính toán tối ưu Khi lưới phân phối bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải của nó chưa bão hoà mà

Trang 9

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

1.1.4 Đặc điểm của lưới điện phân phối miền Bắc

Mạng lưới điện phân phối hiện nay bao gồm nhiều cấp điện áp: 35kV, 22kV, 10kV, 6kV bao gồm đường dây trên không và cấp ngầm Trong đó lưới điện 22kV chỉ mới được xây dựng tại một số tỉnh với khối lượng nhỏ Mạng lưới điện 35kV, 10kV, 6kV được sử dụng cả hai dạng: đường dây cáp ngầm, đường dây trên không ( đường dây cáp ngầm chủ yếu xây dựng trong các thành phố lớn) Cả 3 hệ thống lưới điện 35kV, 10kV, 6kV đều thuộc loại lưới điện trung tính không nối đất trực tiếp, đa số thiết kế theo mạng hình tia, liên kết các đường dây còn yếu, độ linh hoạt kém, khi xẩy ra sự cố mất điện kéo dài

- Mạng lưới điện 35kV hiện có được thiết kế, sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ Cấp điện áp 35kV vừa làm nhiệm vụ truyền tải điện thông qua các trạm trung gian 35/6-10kV vừa đóng vai trò phân phối cho các phụ tải qua các trạm 35/0,4kV

Từ năm 1994, Bộ Năng lượng ra quyết định không xây dựng mới các trạm trung gian 35/6-10kV thì lưới 35kV làm nhiệm vụ phân phối phát triển mạnh ở các tỉnh miền núi: Nghệ An, Cao Bằng, Lai Châu, Hà Giang Lưới 35kV phù hợp với các vùng có bán kính lớn, phụ tải rải rác ( vùng sâu, xa, miền núi ), sử dụng chủ yếu đường dây trên không loại AC-35 đến AC-150 với đặc điểm là bán kính cấp điện tương đối dài (100 - 120km), nhiều đường dây 35kV là đường cấp điện độc đạo nên độ tin cậy cung cấp điện không cao

- Mạng lưới điện 10kV xuất hiện ở miền Bắc sau năm 1954, hiện nay cùng với lưới 35kV Lưới 10kV phát triển rộng khắp các xã, huyện, thành phố ở miền Bắc, tập trung chủ yếu ở miền đồng bằng, trung du Hiện tại, lưới điện 10kV có đường dây phát triển tương đối dài, dây dẫn chắp vá, dây dẫn chủ yếu sử dụng AC-35, AC-50, AC-70 gây tổn thất công suất, tổn thất điện áp lớn Tương lai lưới 10kV sẽ được xoá bỏ, cải tạo sang lưới 22kV

- Mạng lưới 6kV tồn tại từ thời Pháp thuộc và phát triển trong những thời kỳ đầu của mạng lưới điện Việt Nam và được sử dụng tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định (cách đây 30- 40 năm) Ngoài ra lưới điện 6kV còn phát triển tương đối mạnh

ở Bắc Giang, Hà Tây cũ, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang chủ yếu tập trung ở các thị xã, thị trấn Lưới 6kV hiện nay đã trở nên cũ nát, chắp vá không đủ khả năng truyền tải công suất tới các hộ tiêu thụ điện, tỷ lệ tổn thất trên lưới cao, mức độ an toàn thấp Dây dẫn chủ yếu sử dụng loại AC-35 đến AC-120, có bán kính cấp điện lớn Lưới 6kV không

Trang 10

phù hợp với sự gia tăng phụ tải, nhất là các thành phố lớn, trong tương lai lưới 6kV sẽ được xoá bỏ và cải tạo sang lưới 22kV

- Trạm biến áp phân phối miền Bắc: Trạm biến áp phân phối sử dụng các cấp điện

áp 35-10-6/0,4kV sử dụng các loại máy 3 pha với công suất đặt: 50, 100, 160, 180, 250,

320, 560, 630, 1000kVA Các tỉnh có lưới điện phát triển sớm ở miền Bắc hầu như đều

sử dụng các máy biến áp ba pha đặt trong trạm xây hoặc sử dụng trạm bệt, có công suất đặt lớn: 320, 400, 560kVA, các lưới mới xây dựng sử dụng các máy biến áp có công suất nhỏ 50, 75, 100kVA sử dụng kết cấu trạm treo trên hai cột bê tông ly tâm Các trạm biến

áp này có bán kính phụ tải lớn, thường xuyên xẩy ra quá tải, gây sự cố mất điện Các trạm biến áp đa số được cấp điện theo mạng hình tia, thiết bị cũ nát, ít được duy tu bảo dưỡng nên khi xẩy ra sự cố thì thời gian mất điện thường kéo dài

1.2 Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện

1.2.1 Các khái niệm về độ tin cậy

Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định [1]

Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định

Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử

Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê, do đó

độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử

Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó, khái niệm khoảng thời gian không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên tục Do

đó độ tin cậy được đo bởi 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 và tổng thời gian hoạt động Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống hoặc phần tử ở trạng thái hỏng

Trang 11

1.2.2 Độ tin cậy của hệ thống

Như đã giới thiệu ở phần trên, hệ thống điện là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theo những sơ đồ phức tạp Hệ thống điện thường nằm trên địa bàn rộng của một quốc gia hay vùng lãnh thổ Khi các phần tử của hệ thống

hư hỏng có thể dẫn đến ngừng cung cấp điện cho 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 hoạt động của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải,

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

- Các nguyên nhân khác: Do động vật, cây cối, phương tiện vận tải, đào đất, hoả hoạn, phá hoại,

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

1.2.3 Độ tin cậy của phần tử

Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống Các khái niệm

cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống Do đó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết Ở đây sẽ xét cụ thể độ tin cậy của phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi

1.2.3.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử phục hồi chỉ làm việc đến phần hỏng đầu tiên Thời gian làm việc của phần

tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hay còn gọi là thời gian phục vụ T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước

Ta có hàm phân bố là FT(t) 1 :

FT(t) = P (T t) (1.1)

P (T t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 đến thời điểm t bất kỳ; t là biến số Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t

Trang 12

Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trƣng cơ bản của mỗi đại lƣợng ngẫu nhiên

Bây giờ ta xét các đại lƣợng cơ bản khác đặc trƣng cho độ tin cậy của phần tử

- Độ tin cậy R(t)

Theo định nghĩa độ tin cậy thì hàm tin cậy R(t) có dạng:

R(t) = P (T t) (1.4) P (T > t) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng hóc xảy ra ở sau thời điểm t

So sánh (1.1) và (1.4) ta có:

R(t) = 1 - FT(t) (1.5) Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (Hình 1.1)

Hình 1.1

1

FT(t) R(t)

F(t) R(t)

)(

1)

0

t t T t P t t

f

t T

dt

t t

f

dFT T

) ( )

(

Trang 13

- Cường độ hỏng hóc (t)

Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với t đủ nhỏ thì chính là xác suất để

phần tử đã phục vụ đến thời điểm (t) t sẽ hỏng trong khoảng tiếp theo [3]

(1.6) Công thức (1.6) cho quan hệ giữa các đại lượng: Hàm phân bố, hàm mật độ, độ tin

cậy và cường độ hỏng hóc

Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được [1]

(1.7)

Công thức (1.7) là công thức cơ bản cho phép tính được độ tin cậy của phần tử khi

biết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc được xác định nhờ thống kê quá

trình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:

(t) = = hằng số

Do đó:

R(t) = e- t ; FT(t) = 1 - e- t ; fT(t) = e- t (1.8)

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình [1]:

Với (t) = hằng số; R(t) = e- t do đó:

1

TLV (1.9) Công thức (1.9) cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ hỏng hóc của các

phần tử có luật phân bố mũ

Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là (t) hoặc là R(t)

Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, (t) có dạng hình chậu (Hình 1.2a), có

thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:

) ( 1

) ( )

(

) ( )

(

t

t t

R

t t

F

f f

T

T T

0 0

0

)

()

(.)

(

dt

t dR t dt t f

e t

)

)(

Trang 14

- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do các khuyết tật khi lắp ráp, (t) giảm dần (thời kỳ chạy roda)

- Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử: (t) là hàng số

- Thời kỳ III: Thời kỳ già cỗi, (t) tăng dần

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình

tb(Hình 1.2b),

Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như (t) là hằng

số và bằng tb để tính toán độ tin cậy

1.2.3.2 Phần tử phục hồi

a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi = 0

Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví

dụ như MBA) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:

Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc (t)

P t

t

1)

0

Trang 15

So với định nghĩa (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng vì phần

tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời

Tương tự như (t) đại lượng (t) t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t + t)

Với luật phân bố mũ, thông số dòng hỏng hóc (t) là hằng số và bằng cường độ hỏng hóc của phần tử: (t) = [1]

Vì lý do này mà cường độ hỏng hóc và thông số của dòng hỏng hóc thường hiểu là một, trừ các trường hợp riêng khi thời gian làm việc không tuân theo luật mũ thì phải phân biệt

b Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng (Hình 1.3)

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV, phần tử phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hỏng phải sửa chữa Sau thời gian sửa chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc

a)

b)

Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng)

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như mới Ở đây cần hai hàm phân bố xác suất: Hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái làm việc

FLV(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng FH(t) Đó là sự khác nhau cơ bản giữa phần tử không phục hồi và phần tử phục hồi (Đối với phần tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là đủ) Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

Trang 16

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có

thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng thái làm việc

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là

- Thời gian trung bình một chu kỳ làm việc-hỏng là: TCK = TLV +

- Hệ số sẵn sàng:

- Hệ số không sẵn sàng:

Giả thiết TLV và đều tuân theo luật phân bố mũ (trong thực tế tuân theo luật

chuẩn, song giả thiết trên giúp ta có thể áp dụng mô hình Markov, hơn nữa theo kinh

nghiệm kết quả tính toán là chấp nhận đƣợc), ta có [1]:

P t

t

1)

0

LV t X H t t X P t

t

) ( )

( 1

lim]

0

) (

).

( )

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

t

t t LV

t X P

t t LV

t X P

LV t X H t t X P t t

P

q

LV H

LV

T

T T

T

LV LV CK

Trang 17

FT(t) = 1 - e- t (phân bố xác suất của thời gian làm việc)

F (t) = 1 - e- t (phân bố xác suất của thời gian hỏng hóc)

Trong đó 1 là cường độ phục hồi, là thời gian hỏng hóc trung bình

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ (Hình 1.3), trong đó và chính là cường độ

chuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc PLV(t) và xác suất trạng

thái hỏng PH(t)

Ở đây và chính là cường độ chuyển trạng thái của phần tử vì mỗi hỏng hóc hoặc

phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái

TCK = TLV + gọi là chu kỳ xảy ra hỏng hóc, đó là thời gian trung bình giữa hai lần

hỏng kế tiếp Công thức (1.13) cho mối quan hệ giữa thông số dòng hỏng hóc và cường

độ hỏng hóc của các phần tử thực tế Tuy nhiên với hệ thống điện, PLV thường có giá trị

2 ).

(

) (

LV

T A

P

.

LV

T A

Q

LV LV

P

1

Trang 18

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra:

c Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ

Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng thời gian làm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa sự cố Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng định kỳ ĐK cũng tuân theo luật mũ thì có thể áp dụng mô hình trên (Hình 1.4) Trong đó có ba trạng thái:

Trang 19

nhiên mô hình vẫn cho kết quả khá gần thực tế và có thể rút ra từ đó nhiều kết luận hữu

ích

Ở chế độ xác lập (chế độ dừng t = ), ta có:

Ta xét PH, chia tử và mẫu cho số cho ĐK:

Trong thực tế và đều nhỏ hơn 1 nhiều, do đó:

Ta thấy độ không sẵn sàng A đúng cho cả trường hợp này

Tương tư với PH, PĐK hay QĐK là:

K

.

D D

D

D T

P

K K

K

.

D D

D

D DK

P

K K

K

.

D D

D

D H

P

K K

D D H

P

K K

D D

A

K K K K

K

D D

D

D DK

P

Trang 20

Chương 2 Các phương pháp nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện và các biện pháp nâng

cao độ tin cậy

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

Trang 21

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 phân của nó là mức độ hoàn thành nhiệm vụ cung 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

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

Khâu Xí nghiệp sản xuất , truyền tải điện Khách hàng dùng

điện

Trang 22

Sản xuất Mức dự trữ, LPLP,

LOLE, EUE, LOEP,…

Năng lượng sơ cấp Đủ nhiên liệu sơ

cấp…

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

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

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình T của phụ tải

Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn Mặc dù

3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện

độ tin cậy của hệ thống Chẳng hạn các chỉ tiêu trên được đánh giá không thể hiện được tương ứng với 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay 10MW Để đánh giá được một cách toàn diện về sự mất điện của hệ thống, người ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau:

1 Tần suất (số lần) mất điện trung bình của hệ thống:

Bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải SAIFI (system average frequency index)

N

N vu

phuc duoc hang khach so

Tong

hang khach cua

dien mat lan so Tong

Trang 23

Ở đây i là cường độ mất điện và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm

2 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng: CAIFI (Customer average

interruption frequency index):

CAIFI =

Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện đối với khách hàng bị ảnh hưởng

3 Thời gian trung bình mất điện của hệ thống: SAIDI (system average duration index)

bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của hệ thống trong một năm

SAIDI = (giờ/phụ tải.năm)

Trong đó: Ti : Thời gian mất điện trung bình hàng năm

Ni :Số khách hàng của nút phụ tải thứ i;

i

i N

T : Tổng số thời gian mất điện của khách hàng

4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng: CAIDI (Customer average

interruption duration index):

bi hang khach so

Tong

hang khach cua

i

i i

N

N T

i i

N

N T hang

khach cua

hang khach cua

dien mat gian thoi so Tong

Trang 24

5 Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average service

availability (unavailability) index):

ASAI =

Ni * 8760 - Ti Ni =

Ni * 8760

Với: N i* 8760 T i N i : Số giờ khách hàng đƣợc cung cấp điện

N i* 8760: Số giờ khách hàng cần cung cấp điện

Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống

6 Năng lượng không được cung cấp, ENS (Energy not supplied index):

ENS = Tổng số điện năng không đƣợc cung cấp bởi hệ thống

= Pi Ti

Ở đây Pi là tải trung bình đƣợc nối vào nút tải thứ i Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm

7 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS hay mất điện hệ thống trung

bình (Average Energy not supplied index):

Tổng điện năng không cung cấp đƣợc Pi Ti

Sôgiokhach

ngcapdien hangduoccu

Sôgiokhach

8760

*

ASAI 1

ASUI

i

i i

N N T

Trang 25

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm

8 Chỉ số mất điện khách hàng trung bình, ACCI (Average customer curtailment

Có 4 chỉ tiêu được dùng nhiều nhất : SAIDI – SAIFI – CAIDI - ASAI

Các chỉ tiêu độ tin cậy trên được tiêu chuẩn hóa khi áp dụng cho quy hoạch lưới phân phối điện, ví dụ:

a ASAI ≥ 9998, SAIFI < 1, CAIDI < 2h

Trang 26

Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

b ASAI ≥ 99975 cho thành phố, ASAI ≥ 99973 cho nụng thụn, CAIDI < 270 phỳt, SAIDI < 187 phỳt

c SAIFI = 0,75 cho nhà ở; 0,6 cho thương mại, SAIDI = 65 phỳt cho nhà ở, 45 phỳt cho thương mại, SAIDI = 1, SAIFI = 80 phỳt cho cỏc cửa hàng lớn

Cỏc hệ thống điện khỏc nhau cú cỏc chỉ tiờu độ tin cậy khỏc nhau căn cứ vào tỡnh hỡnh địa phương, trờn cơ sở phõn tớch kinh tế cụ thể

2.3 Bài toỏn độ tin cậy và phương phỏp giải

2.3.1 Phõn loại bài toỏn độ tin cậy

- Theo cấu trỳc, bài toỏn độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại:

+ Bài toỏn độ tin cậy của hệ thống phỏt: chỉ xột riờng cỏc nguồn điện

+ Bài toỏn độ tin cậy của hệ thống điện: xột cả nguồn điện đến cỏc nỳt tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện

+ Bài toỏn về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phõn phối

+ Bài toỏn về độ tin cậy của phụ tải

- Theo mục đớch, bài toỏn độ tin cậy chia làm:

+ Bài toỏn quy hoạch: phục vụ quy hoạch phỏt triển hệ thống điện

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

Hình 2.2 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

Trang 27

Bài toán tổng hợp trực tiếp rất phức tạp nên chỉ có thể áp dụng trong những bài toán nhỏ, hạn chế

Bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện phải dùng phương pháp tổng hợp gián tiếp: 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 Mặt khác lại bao gồm loại bài toán 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 của bài toán 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 Các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với các tiêu chuẩn hỏng hóc hay tiêu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ do người phân tích độ tin cậy đặt ra: tiêu chuẩn hỏng hóc của lưới điện có thể là phụ tải mất điện, điện áp thấp hơn giá trị cho phép, dây dẫn quá tải…

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

- Độ tin cậy của phần tử:

+ Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi

- 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:

Trang 28

+ 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

2.3.2 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 phương pháp không gian trạng thái áp dụng rất có hiệu quả cho bài toán độ tin cậy của lưới điện

- Phương pháp không gian trạng thái: Sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov Phương pháp này được sử dụng trong bài toán độ tin cậy của nguồn điện

- Phương pháp cây hỏng hóc: Lập cây hỏng hóc cho mối liên quan giữa hỏng hóc phần

tử và hỏng hóc hệ thống, áp dụng đại số Boole Thích hợp tính toán độ tin cậy của các nhà máy điện

- Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo: Xét đến nhiều yếu tố và có xét đến tác động vận hành đến chỉ tiêu độ tin cậy Sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin cậy của hệ thống điện

Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng, phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị giải tích áp dụng rất có hiệu quả cho bài toán độ tin cậy của lưới điện, còn phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với độ tin cậy của các nhà máy điện Trong bài toán về độ tin cậy của nguồn điện, phương pháp chủ yếu được dùng là phương pháp không gian trạng thái

2.4 Phương pháp phân tích đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối 2.4.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia

Trang 29

a Lưới phân phối hình tia không phân đoạn

Hình 2.3: Lưới phân phối không phân đoạn Toàn bộ lưới phân phối được xem như là một phần tử, khi ngừng công tác hay xảy

ra hỏng hóc ở bất kỳ phần tử nào trong lưới cũng gây mất điện toàn lưới phân phối

- Cường độ hỏng hóc của toàn bộ lưới phân phối:

+ TSC: Thời gian sửa chữa sự cố

+ TCT: Thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác

- Công suất và thời gian sử dụng công suất lớn nhất của toàn lưới phân phối:

1 (1)

L

sc

Trang 30

i max

b Lưới phân phối hình tia phân đoạn

Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng

thiết bị đóng cắt: dao cách ly hoặc máy cắt điện được điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc

điều khiển từ xa

- Phân đoạn bằng máy cắt: Máy cắt sẽ đảm bảo cắt tự động khi xảy ra sự cố trên các đoạn lưới ở phía sau nó Do đó có tác dụng bảo vệ hoàn toàn đoạn lưới phía trước nó không bị cắt điện Như vậy làm cho sự cố ở các đoạn lưới phía sau không ảnh hưởng đến đoạn lưới phía trước cả về số lần lẫn thời gian mất điện

- 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 sự cố về phía nguồn

Như vậy khi xảy ra 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 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

i

i i

P

T P T

max

max max max

8760

PmaxTmaxT

SC

8760

PmaxTmaxT

CT

Trang 31

Số húa bởi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

mất điện và thời gian mất điện như đoạn lưới phớa trước khi trờn đoạn lưới phớa trước xảy

ra sự cố

Hình 2.4: L-ới phân phối phân đoạn bằng dao cách ly

Sử dụng giải phỏp phõn đoạn làm tăng đỏng kể độ tin cậy của lưới phõn phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn Do đú phõn đoạn là một bài toỏn tối ưu, trong đú cần tỡm số lượng, vị trớ đặt và loại thiết bị phõn phối sử dụng sao cho

cú được hiệu quả kinh tế cao nhất

Để tớnh toỏn độ tin cậy của lưới phõn phối phõn đoạn, trước tiờn cần đẳng trị cỏc đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ cú một phụ tải và cỏc thụng số độ tin cậy đẳng trị của cỏc đoạn lưới:

Hình 2.5: Sơ đồ đẳng trị các đoạn l-ới phân đoạn

Tớnh độ tin cậy cho từng đoạn của lưới:

* Độ tin cậy của đoạn lưới I:

Những nguyờn nhõn dẫn đến ngừng cung cấp điện cú thể do bản thõn đoạn lưới I bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trờn đoạn lưới sau

- Đoạn I cú cường độ ngừng điện là ’I và thời gian ngừng điện năm là T’I

- Ảnh hưởng của sự cố trờn cỏc đoạn lưới sau đoạn I phụ thuộc vào thiết bị phõn đoạn: + Phõn đoạn bằng mỏy cắt: đoạn II hoàn toàn khụng ảnh hưởng đến đoạn I

Trang 32

II > I = 0; TII > I = 0 + Phân đoạn bằng dao cách ly: sự cố trên đoạn II làm ngừng điện đoạn I trong thời gian thao tác cô lập sự cố Ttt, ta có:

II > I = ’II; TII > I = Ttt Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn lưới I:

I = ’I + II > I; TI = T’I + TII > I

* Độ tin cậy của đoạn lưới II:

Những nguyên nhân dẫn đến ngừng cung cấp điện có thể do bản thân đoạn lưới II bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trên đoạn lưới trước nó và sau nó

- Đoạn II có cường độ hỏng hóc là ’II và thời gian ngừng điện năm là T’II

- Ảnh hưởng của đoạn lưới I đến đoạn lưới II là toàn phần không phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn, chịu cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng cung cấp điện của đoạn I:

I > II = ’I; TI > II = T’I Tổng số lần ngừng cung cấp điện và tổng thời gian ngừng cung cấp điện của đoạn lưới II:

II = ’II + ’I ; TII = T’II + T’I Như vậy, ta thấy 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 hưởng không toàn phần của các đoạn lưới phía sau, ảnh hưởng này phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn

Trong tính toán bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết bị phân đoạn không phải bảo dưỡng định kỳ

2.4.2 Độ tin cậy của lưới phân phối kín vận hành hở

Như phần trước ta đã xét lưới phân phối hình tia phân đoạn nâng cao độ tin cậy khá

nhiều so với lưới phân phối không phân đoạn Nhưng độ tin cậy vẫn còn rất thấp so với yêu cầu của phụ tải, vì ở lưới phân đoạn, khi một đoạn ngừng cung cấp điện thì tất cả các

đoạn lưới phía sau do nó cấp điện phải ngừng cung cấp điện theo

Đối với lưới phân phối kín vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều đường dây phân đoạn tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì một số máy cắt phân đoạn sẽ cắt ra để tạo thành lưới hở Khi một đoạn lưới ngừng cung cấp điện thì chỉ phụ tải ở đoạn lưới đó mất điện, còn các đoạn lưới khác chỉ tạm ngừng điện trong thời gian ngắn để thao tác, sau đó lại được cấp điện trở lại nếu khả năng tải của lưới đủ

Trang 33

Lưới phân phối kín vận hành hở có độ tin cậy được nâng lên rất nhiều, đặc biệt là khi các thao tác thiết bị đóng cắt và phân đoạn được điều khiển từ xa hoặc tự động

*Các bước tính toán độ tin cậy của lưới phân phối kín vận hành hở:

Bước 1: Khi xảy ra sự cố đồng thời một hoặc hai phân đoạn lưới nào đó, cần phải đưa ra

biện pháp thao tác sao cho có được một sơ đồ lưới điện sau sự cố tốt nhất theo thứ tự ưu

tiên các chỉ tiêu sau:

- Không có phân đoạn nào quá tải

- Chất lượng điện áp đảm bảo

- Số lượng thao tác ít nhất

Sau khi lập được sơ đồ vận hành sau sự cố chuyển sang bước 2

Bước 2: Nếu sơ đồ vận hành sau sự cố mà có đoạn lưới nào đó bị quá tải hay điện áp ở

nút nào đó thấp dưới tiêu chuẩn thì tiến hành giảm đều công suất phụ tải lưới phân phối cho đến khi hết quá tải hoặc điện áp đạt mức cho phép Công suất giảm đi đó chính là công suất bị mất do sự cố Biết xác suất sự cố và công suất mất đi sẽ tính được các chỉ

tiêu độ tin cậy cần thiết

2.5 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối

2.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy

1 Các yếu tố bên trong

- Sơ đồ kết dây lưới phân phối: Có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lưới vì nó ảnh

hưởng đến khả năng dự phòng khi sự cố hoặc bảo dưỡng đường dây, khả năng thay đổi linh hoạt sơ đồ kết dây Một sơ đồ lưới phân phối hợp lý và có khả năng kết nối linh hoạt

có thể giảm cường độ hỏng hóc và giảm thời gian mất điện cho phụ tải

- Chất lượng thiết bị phân phối: Ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của lưới

phân phối Các thiết bị đóng cắt như máy cắt điện, dao cách ly…trước đây có cường độ hỏng hóc và thời gian bảo dưỡng lớn Ngày nay với công nghệ hiện đại các thiết bị đóng

cắt có độ bền cao, cường độ hỏng hóc nhỏ làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối

- Mức độ hiện đại hóa của các thiết bị điều khiển và tự động hóa: Với các thiết bị thế hệ

cũ không có khả năng điều khiển từ xa, việc điều khiển lưới mất nhiều thời gian do phải

đi thao tác tại chỗ đặt thiết bị Hiện nay áp dụng các thiết bị đo lường, điều khiển từ xa và với sự trợ giúp của máy tính các chế độ vận hành được tính toán tối ưu giúp cho việc điều

Trang 34

khiển lưới điện nhanh chóng và hiệu quả, do đó độ tin cậy của lưới phân phối có thể tăng

lên rất nhiều

- Mặt khác các thiết bị tự động như tự động đóng lại ( TĐL ), tự động đóng nguồn dự

phòng ( TĐN )… có thể loại trừ ảnh hưởng của các sự cố thoáng qua hoặc kịp thời cấp

nguồn dự phòng, do đó giảm cường độ hỏng hóc của lưới điện

- Kết cấu đường dây và trạm biến áp: Thời gian sửa chữa bảo dưỡng đường dây và trạm

biến áp phụ thuộc nhiều vào kết cấu, nếu kết cấu hợp lý có thể làm giảm thời gian sửa

chữa phục hồi thiết bị do đó làm giảm thời gian mất điện cho các phụ tải

- Trình độ đội ngũ cán bộ, công nhân làm công tác vận hành và sửa chữa sự cố: Thời

gian tìm và xử lý sự cố phụ thuộc nhiều vào trình độ tổ chức và tay nghề công nhân trong

hệ thống quản lý vận hành lưới phân phối Để giảm thời gian sửa chữa phục hồi cần có

phương pháp tổ chức khoa học và đội ngũ cán bộ công nhân có tay nghề cao

2 Các yếu tố bên ngoài

- Thời tiết: Thời tiết bất thường như mưa, sét ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn vận hành

đường dây và trạm biến áp: mất điện đường dây, hư hỏng cách điện đường dây, hư hỏng trạm biến áp…Hàng năm số lần mất điện do sét đánh ở lưới phân phối rất nhiều, nhất là ở

vùng núi, vùng có mật độ sét cao

- Môi trường: Môi trường ô nhiễm hoặc những vùng ven biển cũng ảnh hưởng đến độ

bền cách điện của các thiết bị phân phối, đường dây và trạm biến áp, do đó có thể làm tăng cường độ hỏng hóc của lưới phân phối

2.5.2 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy

Độ tin cậy cung cấp điện bị giảm là do các nguyên nhân gây ra gián đoạn dịch vụ bao gồm các nguyên nhân sau:

1- Do các nguyên nhân chưa biết hoặc chưa rõ ràng: Sự gián đoạn của khách hàng là do không có nguyên nhân rõ ràng đã góp phần vào việc cắt điện

2- Lịch trình mất điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do ngắt điện ở một thời gian biết trước với mục đích để bảo trì, bảo dưỡng hoặc sửa chữa nguồn điện

3- Mất nguồn cung cấp: Sự gián đoạn của khách hàng là do các vấn đề trong hệ thống điện cung cấp với số lượng lớn

4- Hệ thống kết nối điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi từ kết nối điện tự do với các mạch năng lượng

Trang 35

5- Do các nguyên nhân từ sét: Sự gián đoạn của khách hàng là do sét gây ra hỏng ở hệ thống phân phối dẫn đến sự cố mất điện hoặc bị hỏng ở đèn điện

6- Do các nguyên nhân từ thiết bị bảo vệ: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi của thiết

bị đã được sử dụng trong một thời gian dài mà không được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên liên tục

7- Do thời tiết bất lợi: Sự gián đoạn của khách hàng là do các yếu tố về thời tiết như mưa, băng, tuyết, gió, nhiệt độ khắc nghiệt, mưa lạnh, sương giá hoặc các điều kiện bất lợi khác 8- Do các yếu tố về con người: Sự gián đoạn của khách hàng là do sự kết nối hoặc sự làm việc của các nhân viên với hệ thống điện

9- Do các yếu tố ngoại cảnh khác: Sự gián đoạn của khách hàng là do sự kiểm soát của các thành phần như động vật, xe cộ và các đối tượng khác

2.5.3 Các số liệu thống kê về các nguyên nhân sự cố

Nguyên nhân từ các loài động vật và thời tiết bất lợi cũng làm ảnh hưởng đáng kể đến

độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện cụ thể như sau:

* Động vật

Động vật là một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra cho sự gián đoạn của khách hàng Vấn đề và kỹ thuật giảm thiểu đa dạng như các loài động vật tham gia, mô tả mối quan tâm cải thiện độ tin cậy và phổ biến chiến lược cho các lớp học của động vật như: sóc, chuột, chim…

- Chim

Chim là nguyên nhân phổ biến nhất của các đứt gãy động vật trên hệ thống truyền tải, trạm biến áp cách điện không khí Các loại khác nhau của các loài chim gây ra các lỗi khác nhau, có nhiều loại chim khác nhau như chim làm tổ, chim ăn thịt, chim gõ kiến…Chim lồng thường làm tổ trên tháp lưới mắt cáo, cột, và trong trạm biến áp Vật liệu làm tổ có thể gây ra lỗi và phân chim có thể gây ô nhiễm chất cách điện

Trang 36

* Thời tiết bất lợi chủ yếu là do mưa bão gây nên

Trong mùa mưa bão năm 2004 và 2005 các cơn bão đã đổ bộ và gây ra thiệt hại lan rộng hệ thống phân phối, cơn bão đã trở thành một chủ đề quan trọng đối với độ tin cậy phân phối điện Dưới đây là hình ảnh của hệ thống phân phối bị thiệt hại gây ra bởi cơn bão Điều này nhấn mạnh phạm vi thiệt hại mà cơn bão có thể không bao gồm hệ thống chi phí thiệt hại, tổn thương hệ thống ngầm và lũ lụt

H2.6:Hệ thống phân phối điện bị thiệt hại H2.7:Đường dây trên không bị thiệt hại

H2.8: Trạm biến áp bị hư hỏng H2.9: Cột bê tông bị phá vỡ trong cơn bão

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

Sự khác biệt giữa lưới cáp ngầm và đường dây trên không

Trang 37

- Đường dây trên không chịu tác động của môi trường là chính

Hình 2.11: Nguyên nhân sự cố đường dây trên không

Ta thấy nguyên nhân sự cố 2 loại đường dây khác nhau nhiều

Vật liệu già hóa là nguyên nhân cao nhất gây sự cố cáp Hư hại do đào bới vào cáp

và phá hoại là nguyên nhân quan trọng thứ 2 gây sự cố, tiếp theo là quá tải hoặc liên quan đến tải Các yếu tố ảnh hưởng đến hỏng cáp cần lưu ý là: yếu tố sản xuất, công nghệ sản xuất, năm sản xuất, lịch sử bảo quản cáp và cách thức đào lấp cáp Sự cố đường dây trên không do các yếu tố khách quan là chính, liên quan đến cây cối và thời tiết

Về thời tiết yếu tố ảnh hưởng là vị trí địa lý, nhiệt độ trung bình và lượng mưa hàng năm

2.5.5 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện

Mục đích nâng cao độ tin cậy: Nâng cao độ tin cậy là một trong những việc làm rất cần thiết nhằm đáp ứng yêu cầu của phụ tải điện, đạt được mức tin cậy hợp lý của lưới phân phối điện

2.5.5.1 Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện

Trang 38

1 Tái cấu trúc hệ thống phân phối điện

Tái cấu trúc bao gồm các công việc nhằm nâng cao khả năng tải, nâng cao độ tin cậy Khả năng tải của lưới phân phối điện thể hiện ở giới hạn điện áp các nút tải, giới hạn tải theo nhiệt độ ở đường dây và máy biến áp

Độ tin cậy thể hiện ở các chỉ tiêu đã nêu trên Nâng cao khả năng tải cũng là nâng cao

độ tin cậy vì khi khả năng tải cao hơn thì nguy cơ vi phạm khả năng tải trong vận hành dẫn đến cắt điện cũng thấp hơn

Tái cấu trúc bao gồm các loại công việc sau:

- Đặt tụ điện

- Tăng tiết diện dây, làm thêm đường dây mới

- Thay đổi sơ đồ lưới điện, đặt thêm thiết bị phân đoạn, thiết bị tự động như tự đóng lại, dao cách ly tự động

- Tự động hóa điều khiển vận hành

- Cải tiến hệ thống điều chỉnh điện áp

- Đặt thêm nguồn phân tán (ĐG)

2 Khôi phục phục vụ (service restoration) nhanh

Hệ thống khôi phục phục vụ bao gồm các thiết bị thực hiện đặt trên lưới điện như: máy cắt, dao cách ly, tự đóng lại…và bộ phận điều khiển nhằm khôi phục nhanh cung cấp điện cho khách hàng

Tùy theo cấu trúc mà hệ thống phục hồi có thể:

- Phục hồi cấp điện một phần hay toàn phần phụ tải điện

- Thời gian phục hồi có thể rất nhanh hoặc chậm

Một công việc khó khăn là phải tìm kiếm sự cố gồm phần tử sự cố và vị trí sự cố

Có 2 phương pháp tìm sự cố: chẩn đoán và kiểm tra

Chẩn đoán dùng thiết bị đo đánh giá khách quan tình hình, kiểm tra có tính chủ quan dựa vào kinh nghiệm của kiểm tra viên

Đối với lưới điện nhiều cáp ngầm phương pháp khách quan hiệu quả hơn Một nửa số

hư hỏng cáp là do già hóa Dùng phương pháp chẩn đoán có thể thấy trước nguy cơ sự cố

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	1,39 MB