tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NÂNG CAO độ TIN cậy lưới điện PHÂN PHỐI BẰNG THIẾT bị tự ĐỘNG ĐÓNG lặp lại

Việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị tự động trên lưới điện phân phối góp phần nâng cao chất lượng điệnnăng.. Từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nâng cao độ tincậy lưới điện phân

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BẰNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẶP LẠI

VÀ DAO PHÂN ĐOẠN TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện

Mã số : 605250

THÁI NGUYÊN - 2012

1Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Côngnghiệp Thái Nguyên.

Phản biện 1 : TS Ngô Đức Minh

Phản biện 2 : TS Trần Xuân Minh

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họptại: Phòng cao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpThái Nguyên

Vào 16 giờ 30 phút ngày 25 tháng 07 năm 2012

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại họcThái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệpThái Nguyên

2

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống điện bao gồm sản xuất, truyền tải và phân phối điệnnăng đến các hộ tiêu thụ Để đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượngđiện năng theo qui định và độ tin cậy cung cấp điện thì việc nângcao chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là haichỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện Mọi nghiêncứu, tính toán, áp dụng các máy móc, thiết bị công nghệ cao cho hệthống điện đều cho mục đích nêu trên Khi quy hoạch, thiết kế, đầu

tư xây dựng hệ thống điện đều tính đến việc vận hành đạt hiệu quảtối ưu nhất

Trên cơ sở đó để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất,nâng cao độ tin cây cung cấp điện Việc đầu tư, lắp đặt các thiết bị

tự động trên lưới điện phân phối góp phần nâng cao chất lượng điệnnăng

Từ những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “Nâng cao độ tincậy lưới điện phân phối bằng thiết bị tự động đóng lặp lại và daophân đoạn tự động”

Nội dung của đề tài là tìm hiểu về lưới điện phân phối, độ tincậy cung cấp điện, các yếu tố, phương pháp đáng giá độ tin cậy.Tìm hiểu về các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối Tìmhiểu về các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện phân phối Ứng dụngcác thiết bị này để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thốngđiện TP Thái Nguyên

3Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: Lưới điện phân phối và các thiết bị đóng cắt tự độngChương 3: Các chỉ số tin cậy của hệ thống điện phân phối

Chương 4: Ứng dụng với lưới điện phân phối TP TháiNguyên

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Lời cảm ơn

Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn đã hoànthành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với sự

giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Đăng Toản Xin chân

thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa hệ thống điện - TrườngĐại học Điện lực và các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Côngnghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốtquá trình tham gia khóa học Xin chân thành cảm ơn Khoa sau đạihọc, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôihoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 28 tháng 07 năm 2012

Đỗ Việt Hưng

đó, lưới điện gặp nhiều các sự cố, với các nguyên nhân từ tự nhiên, sự hư hỏng, già hoáthiết thiết bị, và cả các sai sót của con người trong vận hành Và một thách thức nữa đó là

sự xuất hiện các nguồn điện phân tán ở phía tải Chính vì vậy mà hệ thống điện phân phốingày càng trở lên phức tạp trọng quản lý, vận hành, đặc biệt là có thể dẫn đến các sự cốmất điện trong thời gian dài, gây ra những tổn thất về kinh tế

Với sự phát triển của công nghệ, hiện nay người ta đã và đang áp dụng các thiết bị

tự động trong hệ thống điện (HTĐ) phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện(thường biết đến là DAS: Distribution Automation System Hệ thống tự động lưới phânphối) Bước đầu tiên của việc tự động lưới phân phối chính là sự lắp đặt các thiết bị đóngcắt tự động như là: AutoRecloser, Dao phân đoạn tự động Vì vậy trong luận văn này, tácgiả sẽ dành để phân tích các ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng, nâng cao độ tin cậy tronglưới phân phối với sự có mặt của AutoRecloser và Dao phân đoạn tự động Phân tích kinh

tế, sự hiệu quả khi đầu tư sử dụng các thiết bị tự động đóng cắt trên lưới điện phân phối

tự động đường dây cho lưới điện phân phối

1.4 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

5

CHƯƠNG 2: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT TỰ ĐỘNG 2.1 Tìm hiểu về lưới điện phân phối

2.1.1 Định nghĩa

- Lưới điện phân phối là một phần của HTĐ

- Làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực haythanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải

- Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đếnngười tiêu dùng.Lưới điện phân phối gồm hai phần:

- Lưới điện phân phối trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV; 10kV; 22kV; 35kVphân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung áp

- Lưới điện phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải hạ áp

2.1.2 Vai trò của lưới điện phân phối

- Phân phối điện năng từ các trạm trung gian; trạm khu vực hay thanh cái của các nhàmáy điện cho các phụ tải

- Đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộtiêu thụ

- Đảm bảo cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, lưới phải đảm bảo cho nhucầu phát triển của phụ tải

- Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp tronggiới hạn cho phép

2.1.3 Các phần tử chính trong lưới điện phân phối

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

- Thiết bị dẫn điện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ

- Thiết bị điều chỉnh điện áp

- Thiết bị đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động

2.1.4 Cấu trúc của lưới điện phân phối

- Cấu trúc tổng thể

- Cấu trúc vận hành

- Cấu trúc tĩnh

- Cấu trúc động không hoàn toàn

- Cấu trúc động hoàn toàn

6

2.1.5 Đặc điểm lưới điện phân phối

- Phân bố trên diện rộng

- Thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn

2.2 Các thiết bị đóng cắt tự động

2.2.1 Máy cắt tự động

Khái niệm:

- Dùng để đóng, cắt mạch khi có dòng phụ tải và khi có dòng ngắn mạch

- Thiết bị chỉ tự động cắt khi có sự cố trên đường dây, thao tác đóng lại được thao tácbằng tay

Nguyên lý cắt của máy cắt: Dập tắt hồ quang

- Khi ngắt mạch, trong máy cắt xảy ra 2 quá trình cơ bản là:

- Dập tắt hồ quang

- Phục hồi độ bền về điện giữa các khoảng trống tiếp điểm

- Phạm vi ứng dụng của máy cắt: nhà máy, xí nghiệp, trạm biến áp trung gian nơi cóngười trực vận hành

2.2.2 Thiết bị đóng lặp lại tự động Autoreclosers

- Mục đích sử dụng: tăng cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải

- Cho phép lập trình số lần đóng cắt lặp đi lặp lại theo yêu cầu đặt trước

- Đo và lưu trữ 1 số đại lượng cần thiết như: U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch

Nguyên lý làm việc:

- Khi đường dây đang tải bình thường, các tiếp điểm của RC liền mạch (CLOSE)

- Khi có dòng sự cố đi qua đường dây các tiếp điểm của RC sẽ hở mạch (RC sẽ TRIP)

- Khi bị cúp điện hồ quang tại nơi sự cố coi như bị dập tắt, sau thời gian cúp điệnđường dây trở lại bình thường ở dạng vật lý

- Nếu sự cố vẫn tiếp tục duy trì RC sẽ cắt (TRIP) tiếp tục

- Sau số lần đóng lại (theo lập trình) mà vẫn không phục hồi được sự cố, RC sẽ cắtvĩnh viễn (look out) chờ người sửa chữa đến kiểm tra phục hồi sự cố

Phạm vi ứng dụng:

- Recloser thường được trang bị cho những đường trục chính công suất lớn và đườngdây dài đắt tiền

7

- Cho phép theo dõi một cách tin cậy nhất các tình trạng tác động của thiết bị, tìnhtrạng hoạt động của phụ tải trong một khoảng thời gian lớn

2.2.3 Dao phân đoạn tự động

Áp dụng cho lưới hìnhtia một nguồn cung cấp có phân nhánh

Ở đầu đường dây ta sử dụng máy cắt có trang bị rơle tự đóng lại hoặc sử dụngRecloser Tại đầu mỗi phân nhánh, ta đặt một dao cách ly tự động (DCLTĐ) Khi xảy ra sự

cố trên một nhánh rẽ nào đó, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt Trong khoảng thời gian khôngđiện dao cách ly tự động ở đầu nhánh rẽ bị sự cố được tự động cắt ra, tách phần tử sự cố rakhỏi lưới điện

Sau khi dao cách ly tự động đã tách nhánh sự cố, rơle tự đóng lại đặt ở đầu đườngdây đóng trở lại máy cắt nguồn, khôi phục cấp điện cho các nhánh không bị sự cố.Các dao ngắn mạch (DNM) được dùng để gây ngắn mạch nhân tạo phía trước máybiến áp với mục đích tăng độ nhậy cho bảo vệ đầu đường dây

Hìnhvẽ 2-1: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố

Thời gian mất điện của phụ tải được giảm xuống nhiều lần so với phươngpháp thủ công

8

CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ SỐ TIN CẬY CỦA

HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1.1 Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện

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

- Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi 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 độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợphơn là độ sẵn sàng

3.1.2 Độ tin cậy của hệ thống

- HTĐ là một hệ thống phức tạp, gồm nhiều phần tử, các phần tử liên kết với nhau theonhững 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 từngvùng hoặc toàn hệ thống

3.1.3 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 kháiniệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết Ở đây sẽ xét cụ thể độ tin cậycủa phần tử phục hồi và phần tử không phục hồi

1)

( lim0 P t T t t

t t

( ( ) (3.3)

dt

t t

T

) ( )

( 

Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng cơ bản của mỗi đại lượng ngẫunhiên Bây giờ ta xét các đại lượng cơ bản khác đặc trưng cho độ tin cậy của phầntử

) ( )

(

)

( )

(

t

t t

R

t t

F

f f

T

T T

F(t) R(t)

e t

)

)(

l (3.7)Công thức (3.7) là công thức cơ bản cho phép tính được độ tin cậy của phần tử khibiết cường độ hỏng hóc của nó, còn cường độ hỏng hóc được xác định nhờ thống kê quátrình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:

l(t) = l = hằng số

Do đó: R(t) = e-lt ; FT(t) = 1 - e-lt ; fT(t) = l.e-lt (3.8)Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình [1]:

0

).

( )

( ).

(

dt

t dR t dt t f

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

Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, l(t) có dạng hìnhchậu (Hình3.2a), có thểchia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:

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

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

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

Hìnhvẽ 3-3: Cường độ hỏng hóc l(t)

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 l(t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡngđịnh kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình ltb(Hình3.2b),

11Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như l(t) là hằng

số và bằng ltb để tính toán độ tin cậy

3.1.3.2 Phần tử phục hồi

a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi t = 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 chohỏng hóc của loại phần tử này là:

Thông số của dòng hỏng hóc w(t) [1]:

P t

0

w (hỏng xảy ra trong khoảng (t, t + t) (3.10)

So với định nghĩa l(t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc tốt từđầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng vì phần tửluôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời

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

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

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc và trạngthái hỏng (Hình3.3)

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

(a) (b)

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

12phân bố thời gian là đủ) Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đạilượng Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- 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 suấttrạng thái làm việc PLV(t)

- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là Ph(t)

(1

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

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

Hay: w(t) = qLV-H(t).PLV(t) (3.11)

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là t

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

T

LV

LV CK

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

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

13

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ (Hình1.3), trong đó l và m chính là cường độchuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc PLV(t) và xác suất trạng tháihỏng PH(t)

e

ml

lml

lml

m l m l

tm

t l t

t m l

Q (khi TLV >> t, l << m) (3.12b)

Khi đó:

LV LV

P

1 l t m

1, nên có thể coi gần đúng w  l

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng l 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 gianlàm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa sự cố

14Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng định kỳ tĐK cũng tuân theo luật mũ thì có thể ápdụng mô hìnhtrên (Hình3.4) Trong đó có ba trạng thái:

lĐK: Cường độ xảy ra bảo dưỡng đinh kỳ

mĐK: Cường độ bảo dưỡng định kỳ

Ta thấy khi phần tử đang bảo dưỡng định kỳ thì không thể xảy ra hỏng hóc, còn bảodưỡng định kỳ không thể bắt đầu khi phần tử ở trạng thái hỏng

Nếu giả thiết thêm rằng, thời gian giữa hai lần bảo dưỡng định kỳ TĐK cũng tuân theoluật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hìnhmarkov Giả thiết này khôngđúng thực tế, vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy nhiên môhìnhvẫn 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:

K K

K

K

D D

D

D T

P

lmmlmm

mm







K K

K

K

D D

D

D DK

P

lmmlmm

lm







K K

K

K

D D

D

D H

P

lmmlmm

ml

D D H

P

m

lmlm

l (3.14)

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

Tương tư với PH, PĐK hay QĐK là:

K K K K

K

D D

D

D DK

mm

llm

PĐK còn gọi là hệ số bảo dưỡng định kỳ

Các biểu thức (3.14) và (3.15) cho phép tính được xác suất của trạng thái H và bảodưỡng định kỳ

3.2 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy

- Phương pháp đồ thị giải tích

- Phương pháp không gian trạng thái

- Phương pháp cây hỏng hóc

- Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo

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

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơbản, đó là cường độ mất điện trung bình λ (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mấtđiện (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 củaphân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn Mặc dù 3 chỉ tiêutrên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin cậycủa hệ thống Chẳng hạn các chỉ tiêu trên được đánh giá không thể hiện được tương ứngvới 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay10MW Để đánh giá được một cách toàn diện về sự mất điện của hệ thống, người ta cònđánh giá thêm các chỉ tiêu sau:

3.3.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống- SAIFI