Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điệnnăng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện, mọinghiên cứu, tính toán, các kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệt
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phốiđiện năng đến các hộ tiêu thụ, trong đó phải đảm bảo các tiêu chuẩnchất lượng điện năng theo quy định và độ tin cậy cung cấp điện cungcấp điện hợp lý Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điệnnăng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện, mọinghiên cứu, tính toán, các kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệthống điện đều với mục đích đảm bảo hai chỉ tiêu này Khi quyhoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điệnđược phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất.Quá trình quy hoạch hệ thống điện được thể hiện trong phân bố
và dự trữ công suất nguồn, công suất dự phòng, kết cấu lưới nhằmđảm bảo độ tin cậy cần thiết Việc tính toán độ tin cậy của hệ thốngđiện ngày càng được chú ý, rất nhiều công trình nghiên cứu đã chophép đưa ra các thuật toán hiệu quả giải quyết triệt để việc tính toán
độ tin cậy hệ thống điện và được áp dụng tính toán cho các lưới điện
có cấu trúc khá phức tạp
Lưới điện trung áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải chiếm khốilượng đầu tư lớn (khoảng 15% tổng vốn đầu tư), tổn thất trên lướiđiện này rất lớn Đặc biệt ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV lấyqua các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều
áp dưới tải(khoảng 40-50% tổn thất của hệ thống điện), độ tin cậycung cấp điện kém, thường xuyên xẩy ra sự cố, hỏng hóc cần đượctính toán, đề nghị sử dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy đảmbảo các tiêu chuẩn điện năng theo quy định
Trang 2Từ những lý do đó, tác giả đã chọn đề tài "Đánh giá độ tin cậy của lưới điện trung áp, các biện pháp nâng cao độ tin cậy Áp dụng đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang"
Phạm vi của đề tài: Nghiên cứu độ tin cậy lưới điện phân phối
cung cấp điện cho Tỉnh Tuyên Quang
Mục đích của đề tài: Trên cơ sở nghiên cứu xây dựng phương
pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối, áp dụng
để tính toán và đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối TỉnhTuyên Quang trên cơ sở các số liệu thống kê được từ thực tế vậnhành Phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy củalưới điện phân phối nhằm đưa ra những giải pháp nâng cao độ tin cậycủa lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Lý thuyết về độ tin cậy
đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như
cơ khí, viễn thông, điện lực, các phương tiện vận tải Đối với hệthống điện lý thuyết về độ tin cậy đã đóng một vai trò rất quan trọngtrong việc quy hoạch, xây dựng và vận hành Việc nghiên cứuphương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối là rấtcần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lướiđiện phân phối nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội.Nội dung của đề tài là xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậylưới điện phân phối và áp dụng tính toán chọn lọc một số xuất tuyếncủa lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang Từ kết quả tính toán sẽđánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang sovới các tỉnh khác trong khu vực miền Bắc, từ đó đi sâu phân tích
Trang 3những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phânphối Đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ tin cậy củalưới điện phân phối.
Trong phạm vi đề tài, thực hiện các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối Chương 2: Phương pháp phân tính - Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối
Chương 3: Tính toán - đánh giá - phân tích độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang
Chương 4: Áp dụng một số giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Tỉnh Tuyên Quang
Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực của bản thân, tác giả đãnhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của cácThầy, các Cô trong bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện và Khoa đàotạo Sau đại học Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp TháiNguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầyPGS.TS Trần Bách
Mặc dù đã rất cố gắng, xong do hạn chế về trình độ, kiến thức,thời gian thực hiện nên luận văn này không tránh khỏi những thiếusót, khiếm khuyết, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, bổ xung củacác Thầy, Cô
Em xin chân thành cảm ơn !
Trang 4Chương 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 haythanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải
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 kín vận hành hở
+ Hệ thống phân phối điện
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:
- Thiết bị điều chỉnh điện áp
- Thiết bị đo lường
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy
Trang 5- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động
1.1.3 Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối.
Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấutrúc vận hành
+ Cấu trúc tổng thể
+ Cấu trúc vận hành
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 cấpngầm Trong đó lưới điện 22kV chỉ mới được xây dựng tại một sốtỉnh với khối lượng rất 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 ) Cả 3
hệ thống lưới điện 35kV, 10kV, 6kV đều thuộc loại lưới điện trungtính không nối đất trực tiếp, đa số thiết kế theo mạng hình tia, liênkết các đường dây còn yếu, độ linh hoạt kém, khi xẩy ra sự cố mấtđiện 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 thànhnhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điềukiện vận hành nhất định [1]
1.2.2 Độ tin cậy của 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:
Trang 6+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện.
- Các nguyên nhân khác:
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
1.2.3.1 Phần tử không phục hồi.
- Độ tin cậy R(t).
- Cường độ hỏng hóc l(t).
1.2.3.2 Phần tử phục hồi.
a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi t = 0
b Sửa chữa sự cố thực tế, thời gian phục hồi t.
c Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ.
1.3 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy [1].
1.3.1 Phương pháp đồ thị giải tích.
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụngphương pháp giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê,tập hợp để tính toán độ tin cậy
1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái.
Phương pháp không gian trạng thái trong đó sử dụng quá trìnhngẫu nhiên Markov là chính, trong phương pháp này hệ thống điệnđược diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và khả năng chuyển giữacác trạng thái đó
Trang 7Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tửtrong hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên
1.4 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối.
1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối
- Độ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới điện:
+ Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏnghóc của lưới phân phối, thời gian phục hồi
+ Sửa chữa, duy tu bảo dưởng, trung đại tu thiết bị trong vận hành.+ Ngừng điện để thao tác đóng cắt, cải tạo, phát triển lưới điện
+ Sự ghép nối giữa các phần tử trong lưới điện, hình dáng lướiđiện
+ Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằngtay)
Trang 8Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - TÍNH TOÁN
ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1 Phân phối xác suất của chỉ số tin cậy.
- Đối với cường độ mất điện: Thời gian mất điện thông thườngđược biểu thị dạng phân bố theo hàm mũ Cường độ mất điện củalưới điện hình tia chỉ phụ thuộc vào cường độ mất điện của các thànhphần của lưới điện, không phụ thuộc vào thời gian khôi phục
2.2 Các sơ đồ lưới điện dùng để tính toán độ tin cậy
2.2.1 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn.
Khi đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên là:
SAIFI = 2,2 lần mất điện/khách hàng.năm
SAIDI = 6,0 giờ /khách hàng.năm
CAIDI = 2,73 giờ /lần mất điện
ASAI = 0,999315
AENS = 28,0 kWh/khách hàng.năm
2.2.2 Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì.
SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm
SAIDI = 3,91 giờ /khách hàng.năm
CAIDI = 3,39 giờ /lần mất điện
AENS = 18,3 kWh/khách hàng.năm
2.2.3 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở
Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trong trường hợp này đượccải thiện đáng kể so với hệ thống chỉ có một nguồn:
SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm
Trang 9SAIDI = 1,80 giờ /khách hàng.năm
CAIDI = 1,56 giờ /lần mất điện
AENS = 8,4 kWh/khách hàng.năm
Các chỉ tiêu độ tin cậy của toàn hệ thống lúc này sẽ là:
SAIFI = 1,15 lần mất điện/khách hàng.năm
SAIDI = 2,11 giờ /khách hàng.năm
CAIDI = 1,83 giờ /lần mất điện
Nếu mỗi thành phần ở 1 trong 2 trạng thái (làm việc hoặc hỏng hóc) thì sẽ có 24 = 16 trạng thái của hệ thống được xem xét Biểu đồ trạng thái là đầu vào cho kỹ thuật Markov, độ tin cậy có thể được đánh giá dùng kỹ thuật này
2.3 Xây dựng bài toán tính toán đánh giá độ tin cậy [1].
Với sơ đồ lưới điện phân phối đã có gồm các xuất tuyến trung áp
từ các trạm biến áp khu vực hoặc các trạm trung gian, các số liệuthống kê về số lần sự cố, thời gian mất điện do sự cố, số lần ngừngđiện theo kế hoạch, thời gian mất điện theo kế hoạch hàng năm vàcác số liệu về số lượng khách hàng, tải trung bình của từng trạm biến
áp phụ tải chúng ta tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cho từng nút phụ
Trang 10tải (, t, T ) và từng xuất tuyến (SAIDI, SAIFI, CAIDI, ASAI, ENS,AENS ).
2.3.1 Đẳng trị lưới phân phối thành sơ đồ tương đương:
Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bịphân đoạn thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn
2.3.2 Mô tả lưới phân phối theo cấu trúc ngược.
- Thông số nhánh gồm:
+ Cường độ hỏng hóc lo, 1/100km.năm;
+ Thời gian phục hồi sự cố to, h;
+ Chiều dài lưới điện l, km;
+ Thiết bị đóng cắt được cho bởi các thông số:
K(i) = 1 không có thiết bị đóng cắt hoặc TBĐC là dao cách ly.K(i) = 0 thiết bị đóng cắt là máy cắt
M(i) = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt (dùng để đẳng trị lưới).M(i) = 1 nếu có thiết bị đóng cắt
2.3.3 Tính ma trận ảnh hưởng.
Số lần mất điện SL(i) và thời gian mất điện th(i) của mỗi đoạnlưới là do hai nguyên nhân: Hỏng hóc bản thân đoạn lưới và ảnhhưởng hỏng hóc của các đoạn lưới khác
2.3.6 Chương trình tính toán.
Chương trình tính toán được thiết lập bằng ngôn ngữ Delphihướng đối tượng Object Pascal, dễ học, dễ hiểu, phần mền kế thừamọi ưu điểm của Pascal
Tích hợp các công nghệ riêng rẽ để tạo nên môi trường phát triểntoàn diện Công việc nhập và sửa chữa số liệu dễ dàng, rất thuận lợi
để áp dụng cho khối lượng nhập số liệu lớn như tính toán độ tin cậycủa lưới điện phức tạp
Trang 11CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN - ĐÁNH GIÁ - PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH TUYÊN QUANG
3.1 Giới thiệu tổng quát về lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang 3.1.1 Nguồn điện.
Toàn tỉnh Tuyên Quang có 3 trạm biến áp 110kV với tổng dunglượng 113MVA được bố trí như sau - Bảng 3.1
- Trạm biến áp E14.1 cấp điện cho thị xã Tuyên Quang và cáchuyện Yên Sơn, huyện Hàm yên với cấp điện áp là 35kV Cấp điệncho huyện Yên Sơn qua 2 trạm biến áp trung gian Hưng Thành35/10kV Cấp điện cho Phường Tân Hà qua trạm biến áp trung gian
Gò Chẩu 35/10kV và cấp điện cho nhà máy xi măng qua trạm biến
áp trung gian Xi măng 35/6kV
- Trạm biến áp 110kV E14.2 cấp điện cho huyện Chiêm hoá vàHuyện Na Hang với cấp điện áp là 35kV Cấp điện cho huyện HàmYên qua trạm biến áp trung gian Hàm yên 35/10kV, cấp điện chohuyện Na Hang qua 2 trạm biến áp trung gian Na Hang 35/6kV
- Trạm biến áp 110kV E14.3 cấp điện cho trung tâm huyện SơnDương với cấp điện áp là 35kV, cấp điện cho các khu vực còn lại củahuyện qua trạm biến áp trung gian 35/10kV
Toàn tỉnh Tuyên Quang có 9 trạm biến áp trung gian với tổngdung lượng 48.800kVA nhận điện qua 5 trạm biến áp 110kV và được
bố trí như sau
3.1.2 Lưới điện trung áp
Đến cuối năm 2009 có 1,482 km đường dây trung thế (trong đó
có 1,265 km đường dây 35kV, 198,8km đường dây 10 kV và 17 kmđường dây 06 kV) và 1,932 km đường dây hạ thế Hiện nay, Điện
Trang 12lực tỉnh quản lý 1.213,4 km đường dây trung thế, 662 km đường dây
hạ thế; các HTX dịch vụ điện và tổ điện địa phương quản lý 214,3
km đường dây trung thế và 1.270 km đường dây hạ thế Khối lượngtrạm biến áp là 794 và máy biến áp là 806 Điện lực quản lý 538 trạm
và 540 máy, còn lại là các HTX dịch vụ điện và tổ điện địa phươngquản lý Công suất phụ tải cực đại của toàn tỉnh năm 2009 là 45MW,tải trung bình là 36,5MW Sản lượng điện thương phẩm của toàn tỉnhnăm 2009 là 224,09 triệu kWh, điện thương phẩm là 211,43 triệukWh, tổn thất điện năng là 5,64%
- Các xuất tuyến 35kV chủ yếu cấp điện cho các trạm trung gian35/10kV, ngoài ra cũng có xuất tuyến cấp điện trực tiếp cho các trạmbiến áp phụ tải 35/0.4kV
- Các xuất tuyến 22kV được cấp nguồn từ các trạm biến áp110kV và các trạm trung gian 35/22kV
- Các xuất tuyến 10kV được cấp nguồn từ các trạm biến áp trunggian 35/10kV
3.2 Tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Tuyên Quang 3.2.1 Lựa chọn một số xuất tuyến để đưa vào tính toán:
Căn cứ vào quy mô (chiều dài, công suất, số lượng phụ tải), đặcđiểm địa hình và tính chất phụ tải, lựa chọn 5 xuất tuyến mang tínhđại diện của lưới phân phối tỉnh Tuyên Quang để tính toán độ tincậy Các xuất tuyến này có thể có một nguồn cấp hoặc hai nguồn cấpkhác nhau
- Xuất tuyến 375 E14.1 Tuyên Quang: Cấp điện áp 35kV, dài76,7km đi qua vùng địa hình đồng bằng và rừng núi Đầu xuất tuyến
có máy cắt, trên trục chính có phân đoạn bằng máy cắt và dao cách
ly, một số nhánh rẽ có phân đoạn bằng cầu chì tự rơi và dao cách ly.Xuất tuyến này Cấp điện cho 34 trạm biến áp với tổng công suất lắp
Trang 13đặt là 9.017kVA, trong đó có 2 trạm biến áp trung gian 35/10kV GòChẩu và 35/6 Xi Măng.
- Xuất tuyến 373 E14.2 Chiêm Hoá: Cấp điện áp 35kV, dài108,6km đi qua vùng địa hình rừng núi hiểm trở Đầu xuất tuyến cómáy cắt, trên trục chính có phân đoạn bằng máy cắt và dao cách ly,một số nhánh rẽ có phân đoạn bằng cầu chì tự rơi và dao cách ly.Xuất tuyến này Cấp điện cho 40 trạm biến áp với tổng công suất lắpđặt là 4.681kVA, trong đó có 1 trạm biến áp trung gian 35/10kVHàm Yên
- Xuất tuyến 972 trạm trung gian Hưng Thành: Có cấp điện áp10kV, cấp điện cho 39 trạm biến áp phụ tải với tổng công suất lắpđặt 2.930kVA, tổng công suất sử dụng lớn nhất là 1.176,4kW Phụtải chủ yếu là ánh sáng và sinh hoạt Chiều dài của xuất tuyến 39,5km,đầu xuất tuyến có đặt máy cắt, trên tuyến có đặt dao cách ly và cầu trì tự rơi
để phân đoạn Tuyến này không nguồn 2
- Xuất tuyến 973 trạm trung gian Gò Chẩu: Có cấp điện áp 10kV,cấp điện cho 23 trạm biến áp phụ tải với tổng công suất lắp đặt là3.105kVA, tổng công suất sử dụng lớn nhất là 1.071,9kW, phụ tảichủ yếu là ánh sáng sinh hoạt và bơm nông nghiệp Chiều dài củaxuất tuyến là 31,6km Đầu xuất tuyến có đặt máy cắt, trên tuyến cóđặt DCL và cầu chì tự rơi để phân đoạn Tuyến này không nguồn 2
- Xuất tuyến 973 trạm trung gian Sơn Dương: Có cấp điện áp10kV, chiều dài của xuất tuyến là 14,9km đi qua vùng nông thôn chủyếu là ruộng lúa Đầu xuất tuyến có đặt máy cắt, trên tuyến có cầuchì tự rơi để phân đoạn Xuất tuyến này có 14 trạm biến áp phụ tảivới công suất lắp đặt 981,5kVA, tổng công suất sử dụng lớn nhất là362kW
3.2.2 Các số liệu đưa vào tính toán: