Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật 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

Lý do chọn đề tài 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

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

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 quy hoạch,thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện được pháttriển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất

Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng được chú ý,rất nhiều công trình nghiên cứu đã cho phép đưa ra các thuật toán hiệuquả 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 Với ứngdụng phần mềm tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối, tác giả đã lựa

chọn 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”

để làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn của mình

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nêu cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp đánhgiá độ tin cậy cung cấp điện, các giải pháp nâng cao độ tin cậy củalưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới điện cụ thể củaThành phố Hà Giang

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về độ tin cậy, kết hợp với khảo sátđánh giá thực trạng của lưới điện phân phối Trên cơ sở lý thuyết vàkết quả khảo sát thực tế đề ra các giải pháp kỹ thuật để nâng cao độ tincậy của lưới điện phân phối

Sử dụng phần mềm ngôn ngữ lập trình Visual Basic áp dụng tínhtoán cho lưới điện trung áp Thành phố Hà Giang Công cụ nghiên cứu

-Đề xuất cần nghiên cứu chọn điểm đấu hợp lý của TĐ và lướiphân phối điện

5 Cấu trúc của luận văn

Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương:

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.

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo

PGS.TS Trần Bách – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi

hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – TrườngĐại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điềukiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo, xin chân thành cám

ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạonhững điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóahọc

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 08 năm 2014

Người thực hiện

Phạm Ngọc Thắng

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

1.1 Tổng quan về lưới phân phối.

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

1.2.2 Độ tin cậy của hệ thống.

1.2.3 Độ tin cậy của phần tử.

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

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 điệnhoặc bộ phân của nó là mức độ hoàn thành nhiệm vụ cung khối lượngcấp điện yêu cầu cho khách hàng với các thông số chất lượng và kỹthuật trong phạm vi tiêu chuẩn đã định

Độ tin cậy được đo bằng tần xuất, độ kéo dài và độ lớn cúa cácảnh hưởng xấu đến cung cấp điện: ngừng điện, thiếu điện, điện ápthấp… Độ tin cậy cũng được đo bằng xác suất xảy ra mất điện toànphần hoặc một phần Xác suất được tính bằng độ sẵn sàng của hệ

thống và phần tử

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 khidùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình  (do sựdo sự

cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (do sựsửa chữa) trung bình t,thời gian mất điện hàng năm trung bình T của phụ tải.

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

Bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải SAIFI (do sựsystemaverage frequency index)

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

(do sựCustomer average interruption frequency index):

CAIFI =

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

3 Thời gian trung bình mất điện của hệ thống: SAIDI (do sựsystem

average duration index) bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải trêntổng số phụ tải Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của

hệ thống trong một năm

SAIDI = (do sựgiờ/phụ tải.năm)

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

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

T i N i : Tổng số thời gian mất điện của khách hàng

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

(do sựCustomer average interruption duration index):

CAIDI =

Trong đó:i : Là cường độ mất điện

Ti : Là thời gian mất điện trung bình hàng năm

N

N vu

phuc duoc hang khach so

Tong

hang khach cua

dien mat lan so

huong anh

bi hang khach so

Tong

hang khach cua dien mat lan so Tong





i

i i

N

N T







i i

i i

N

N T hang

khach cua dien mat lan so Tong

hang khach cua dien mat gian thoi so Tong



Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình củamột khách hàng trong một năm cho một lần mất điện.

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

(do sựASUI) (do sựAverage service availability (do sựunavailability) index):

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 được Pi Ti

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

customer curtailment index):

Tổng số điện năng không cung cấp được

gcapdien hangcancun

Sôgiokhach

ngcapdien hangduoccu

ASAI 1

ASUI

i

i i

N N T

ACCI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

2.2.2 Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế.

2.3 Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải.

2.3.1 Phân loại bài toán độ tin cậy.

2.3.2 Phương pháp giải tích độ tin cậy của hệ thống điện.

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.

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

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.

2.5.2 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy.

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

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

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

2.5.5.1 Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện.

2.5.5.2 Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý.

2.5.5.3 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao.

2.5.5.4 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 2.5.5.5 Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây

2.5.5.6 Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh.

Chương 3 Phần mềm chương trình tính toán độ tin cậy lưới điện trung áp

3.1 Tính các chỉ tiêu độ tin cậy.

3.2 Ví dụ áp dụng.

Sơ đồ lưới điện như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát của lưới điện hình tia

Sơ đồ này được đẳng trị : Các phụ tải giữa 2 TBPĐ kề nhau được gộplại thành 1 phụ tải Kết quả là sơ đồ đẳng trị sau trên h3.2

Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị của lưới điện hình tia

Tính toán theo số liệu đã cho, không có tự đóng lại với sơ đồđiện đẳng trị như hình 3.2, với các số liệu cho trong bảng dưới đây

Bảng 3.1: Bảng số liệu tính toán lưới điện hình tia

Thông số đoạn 1Phân đoạn 2Phân đoạn 3Phân đoạn 4Phân

TBPĐ 3

TBPĐ 4

TBPĐ 4

TBPĐ 3

4 4

3km 3 5km

TBPĐ 2 3km 1

3.3 Phần mềm tính toán độ tin cậy lưới phân phối trung áp

KẾT QUẢ TÍNH THEO CHƯƠNG TRÌNH TRÊN MÁY TÍNH:KET QUA TINH DO TIN CAY cña líi ®iÖn 1 nguån

File sè liÖu: vd1.dat

File kÕt qu¶: out.tex

nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Solan MD(1/nam)

1 7.000 1598 2.800

2 12.600 2158 2.800

8 , 2 4

8 , 2 4

mdi md

pd

T T

N



3 19.600 3580 2.800

4 15.400 1758 2.800

Tổng điện năng mất-kWh: 9093.6

Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải -h: 7,7

Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải -1/năm: 2.80

Ma trận đờng nối: B(i,j)=

phõn phối Thành phố Hà giang 4.1 Hiện trạng lưới điện phõn phối Thành phố Hà giang, tỉnh Hà giang.

4.2 Tớnh toỏn cho lưới điện thực tế Thành phố Hà giang.

4.2.1.Nghiên cứu ảnh hưởng của thiết bị phân đoạn đến độ tin cậy của lưới phân phối điện

Dưới đây sẽ phân tích ảnh hưởng của các thiết bị phân đoạnbằng dao cách ly (do sựDCL) đến độ tin cậy của lưới phân phối điện trên ví

h.4.2.1 Sơ đồ ví dụ lưới hình tia

Lưới phân phối điện 22 kV có 6 nhánh , 6 phụ tải như nhau.Nhánh có các thông số:

dài 5 km; cường độ hỏng hóc λ0=10 1/100km,n, thời gian sửa chữa sự

cố Tc=10h Đây là các số liệu thông thường của lưới phân phối điện trung áp

Phụ tải có thông số:

Pmax=500kW, Tmax=3000h

Máy cắt đặt ở đầu nguồn sẽ cắt khi sự cố bất kỳ phần tử nào của lưới phân phối điện

1-Tính độ tin cậy ban đầu:

Lưới phân phối điện được đẳng trị thành lưới phân phối điện mộtđường dây 1 phụ tải như trên h.4.2.2

1 0

(1)

h.4.2.2 Sơ đồ đẳng trị

Độ dài đường dây tải điện là 30km, Pmax= 3000kW

Số lần hỏng hóc 1 năm là:λ= 30*10/100= 3 1/n Một đường dây

có số lần sự cố là 0,5 1/n

Thời gian mất điện cho một phụ tải 1 năm: Tmđ=SAIDI=

λ.TTc=3.T10=30h.T

Ta thấy chỉ cần đặt 1 DCL phân đoạn độ tin cậy đẵ tăng lên nhiều.

Thay đổi vị trí của DCL từ nhánh 2 đến nhánh 6 ta được kết quả sau:

Bảng 4.4: Kết quả khi thay đổi vị trí của DCL

DCL ở

nhánh

KhôngDCL

Nếu đặt 2 DCL thì cách làm tương tự, lựa chọn tổ hợp vị trí rồitính độ tin cậy để chọn vị trí tốt nhất

4.2.2.Phân tích ảnh hưởng của nguồn dự phòng đến độ tin cậy của lưới phân phối điện

Nguồn dự phòng là nguồn điện chờ, sẽ được đóng vào lưới phânphối điện hình tia 1 nguồn khi nguồn chính mất điện hay khi một

đường dây nào đó trên đường nối giữa nguồn dự phòng và nguồn

chính (do sựh.4.2.4) NDP là lưới phân phối điện gần với lưới phân phốiđiện xét, nó cấp điện cho phụ tải riêng nhưng khi sự cố sẽ làm dựphòng cho lưới phân phối điện xét(do sựh.4.2.5) Hai lưới phân phối điện

dự phòng lẫn cho nhau

(6) 6

NDP-nguồn dự phòng DCL

h.4.2.4 Sơ đồ khi có thêm NDP

(6) 6 NDP

h.4.2.5 NPD cấp cho tải riêng và dự phòng cho nguồn chính

So sánh giữa xác xuất mất điện nguồn chính và sự cố đường dây tảiđiện trung áp ta thấy khả năng mất điện nguồn chính rất nhỏ so vớikhả năng mất điện do sự cố đường dây tải điện Do đó NDP chủ yếu

để cấp điện khi sự cố đường dây tải điện nối trên đường nối

Để NDP hoạt động hiệu quả các đường dây tải điện đều phải có 2DCL ở 2 đầu để có thể cô lập đường dây khi bị sự cố Trong khi đó ởlưới phân phối hình tia chỉ cần đặt DCL ở đầu đường dây phía nguồn

là đủ

Nếu không có NDP khi sự cố đường dây (do sự2) thì tất cả phụ tải sau nómất điện

Nếu có NDP đấu vào nút 3 tình hình sẽ khác

Ví dụ: khi đường dây tải điện (do sự2) sự cố thì máy cắt đầu nguồn sẽ cắt,phải cô lập đường dây này, sau khi thao tác nút tải 1 được cấp điện bởinguồn điện chính 1, còn toàn bộ các phụ tải còn lại do NDP cấp điện.Phụ tải mất điện trong thời gian thao tác NDP thay vì mất điện chođến khi sửa xong đường dây sự cố Như vậy thời gian mất điện củaphụ tải không phụ thuộc vào thời gian mất điện của đường dây đườngdây, phụ tải chỉ mất điện trong thời gian thao tác, ảnh hưởng thời giancủa sự cố đường dây đến các phụ tải khác cũng bằng thời gian thao tácchứ không phải thời gian sửa sự cố

Nếu sự cố đường dây (do sự4) hay(do sự6) hay (do sự6) thì NDP không có tác dụng.Hiệu quả của NDP phụ thuộc vào điểm đấu NDP, ta thấy đường nốicàng dài càng tốt, tốt nhất là đấu vào cuối lưới phân phối Nếu lướiphân phối có nhiều nhánh có nhiều điểm cuối thì phải tính so sánhchọn điểm đấu tốt nhất

Kết quả tính lưới phân phối điện có NDP khi NDP đấu vào nút 3: file số liệu:

so nhanh nut co nguon thu 2

trong file số liệu cho DCL trên tất cả các đường dây

a-Kết quả tính khi không có NDP:

Kết quả độ tin cậy:

nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Solan MD(1/nam)

Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải-SAIDI -h: 16.54

Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải-1/năm: 3.00

b-kết quả tính khi có NDP đầu vào nút 3:

Ma trận ảnh hưởng thời gian mất điện (do sựbảng 4.5) :ah(do sựi,j)=

Do có NDP thời gian ngừng điện năm của các phụ tải 1,2,3 do sự cốđường dây 1,2,3, không đổi và bằng thời gian thao tác x số lần sự cố

=0,5.0,5=0,25h

Phụ tải 4, 5,6 không được NDP hỗ trợ nên thời gian ngừng điện năm

là 5h,

Các đường dây còn lại ảnh hưởng đến các phụ tải khác 0,25h phụ tải

5 [r sau đường dây 4 nên chịu ảnh hưởng toàn phần 5h Nhìn bảngtrên ta thấy các phụ tải 1,2,3 chỉ mất điện 1,5h năm, phụ tải 5 mất điệnnhiều nhất 11 h năm

Kết quả độ tin cậy:

nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Solan MD(1/nam)

Thời gian mất điện trung bình năm cho một nút tải-SAIDI-h: 3.62

Số lần mất điện trung bình năm cho một nút tải-1/năm: 3.00

So với SAIDI của lưới phân phối điện ban đầu =30h, ta thấy hiệu quảcủa NDP rất cao đối với độ tin cậy của lưới phân phối điện Nếu tất

cả các nhánh đều có DCL nhưng không có NDP ta tính đượcSAIDI=16,54h

Khi NDP đấu vào các nút khác:

Bảng 4.6: Kết quả khi NDP đấu vào các nút khác nhau

4.2.3 Phân tích độ tin cậy của lộ 373 lưới phân phối điện Hà Giang:

1-Sơ đồ lưới phân phối điện và bảng số liệu :

Do khối lượng tính toán nhiều và điều kiện hạn chế nên trong luậnvăn tập trung phân tích ĐTC của 1 lộ điển hình là lộ 373

- Phụ lục 1: Sơ đồ lưới điện 35kV thành phố Hà giang

- Phụ lục 2: Thống kê phụ tải của xuất tuyến

- Phụ lục 3: Thông số đường dây 373 E22.1

Để nhập số liệu, lưới điện được đánh số nút và nhánh theo cáchsau Đánh số nút từ 1 đến N, nút nguồn đánh số 0 Nhánh có 2 nút: nútđầu về phía nguồn, nút cuối về phía tải Số nhánh trùng với số nút cuốicủa nhánh Các thông số cần cho khác là thông số chỉ thiết bị phânđoạn k và m

k: Mã thiết bị đóng cắt; k = 0 nếu là máy cắt, k =1 nếu là dao cách

ly hoặc không có

m: Mã thiết bị phân đoạn; m = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt,

m = 1 nếu có thiêt bị đóng cắt

Tiếp theo là thông số về độ tin cậy của lưới điện và phụ tải điện:

Độ dài các đoạn lưới điện đơn vị tính là km theo sơ đồ

T c : Thời gian sửa chữa sự cố, trong luận văn lấy là 10h.

T tt : Thời gian thao tác thiết bị phân đoạn, tách đoạn lưới sự cố,

phục hồi đoạn lưới tốt Nếu đoạn lưới nào có dao cách ly phân đoạnmới có thông số này

Cường độ hỏng hóc λ0 = 10 (do sự1/100km.n)

P max (kW): Công suất phụ tải nhánh (do sự nếu không có thì cho số 0).

Lấy theo số liệu trên sơ đồ

T max (h) : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất Thông số này phụ

thuộc vào phụ tải: Nếu phụ tải mang tính công nghiệp thì Tmax lớn, nếuphụ tải mang tính nông nghiệp thì Tmax nhỏ Phụ tải có công suất từ750kW trở lên thì Tmax = 4500h, phụ tải có công suất từ 500kW đến700kW thì Tmax= 3500h, phụ tải có công suất từ 500kW trở xuống thì

Tmax= 2500h

2-Vận hành: Thủy điện vận hành song song với nguồn chính, đườngnối có các nhánh sau: 1,2,3,4,5,6, TĐ nối vào nút 6, nhánh 7 cấp điệncho tất cả các phụ tải phía sau