Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng các thiết bị phân đoạn cho lưới điện phân phối huyện vụ bản, tỉnh nam định

Để nâng cao độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng hợp lý, luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu ứng dụng thiết bị phân đoạn từ đó tính toán độ tin cậy của lưới

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015

Người cam đoan

Trần Hồng Quang

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đặng Quốc Thống, người

đã định hướng, chỉ bảo và hết lòng tận tụy, dìu dắt tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học Nếu không có những sự giúp đỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản thân tác giả sẽ không thể thu được những kết quả như mong đợi

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 9

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 11

1.1 Khái niệm về lưới điện phân phối 11

1.2.1 Một số đặc điểm của lưới phân phối 12

1.2.2 Phân loại lưới điện phân phối trung áp 12

1.2.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của lưới điện phân phối 13

1.3 Các phần tử trong lưới phân phối 14

1.4 Phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 15

1.4.1 Phương pháp phân phối điện trung áp 15

1.4.2 Nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 16

1.5 Sơ đồ lưới điện phân phối 18

1.5.1 Phương án nối dây trong mạng điện phân phối 18

1.5.2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới điện phân phối 19

1.6 Trạm biến áp phân phối 26

Chương 2: 27

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 27 2.1 Tổng quan về độ tin cậy 27

2.1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy 27

2.1.2 Nguyên nhân mất điện 38

2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện 40

2.1.4 Độ tin cậy hợp lý 41

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối 42

2.2.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối 42

2.2.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy của trạm biến áp phân phối 44

2.3 Phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới phân phối 45

2.3.1 Phân tích độ tin cậy của lưới phân phối không phân đoạn 45

2.3.2 Lưới điện có 2 nguồn cung cấp điện 51

2.4 Độ tin cậy của các trạm biến áp 52

2.4.1 Khái quát chung 52

2.4.2 Bài toán dự trữ và thay thế máy biến áp 52

2.4.3 Giải bài toán dự trữ thay thế bằng máy tính 55

Chương 3: 57

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY 57

CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN 57

3.1 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lưới điện 57

3.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy 57

3.1.2 Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy 58

3.1.3 Các số lượng thống kê về các nguyên nhân sự cố 59

3.1.4 Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không 60

3.2 Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện 60

3.2.1 Các giải pháp hoàn thiện cấu trúc lưới điện 60

3.2.2 Giải pháp hoàn thiện hệ thống quản lý 63

3.2.3 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 63

3.2.4 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 64

3.2.5 Tăng cường dự phòng bằng sơ đồ kết dây 65

3.2.6 Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh 66

CHƯƠNG 4: 67

TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN 67

HUYỆN VỤ BẢN-TỈNH NAM ĐỊNH 67

4.1 Tổng quan về lưới điện phân phối huyện Vụ Bản 67

4.1.1 Đặc điểm vị trí địa lý 67

4.1.2 Giới thiệu chung về lưới điện huyện Vụ Bản 67

4.2 Sơ đồ lưới điện phân phối được phân tích độ tin cậy 69

4.2.1 Sơ đồ lưới điện 69

4.2.2 Nội dung nghiên cứu 69

4.2.3 Giao diện chương trình tính toán độ tin cậy và giới thiệu chương trình 69

4.3 Phân tích độ tin cậy của các đường dây khi chưa có thiết bị phân đoạn 73

4.3.1 Tính toán độ tin cậy của đường dây 472 khi chưa có thiết bị phân đoạn 73

4.3.2 Tính toán độ tin cậy của đường dây 475 khi chưa có thiết bị phân đoạn 74

4.4 Nâng cao độ tin cậy của các đường dây bằng thiết bị phân đoạn 75

4.4.1 Phương pháp chọn vị trí dao cách ly 75

4.4.2 Tính toán độ tin cậy của đường dây 472 khi có thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly 75

4.4.3 Tính toán độ tin cậy của đường dây 475 khi có thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly 82

4.5 Tính hiệu quả kinh tế khi đặt dao cách ly 88

4.5.1 Hiệu quả kinh tế được tính bằng hiệu giá NPV 88

4.5.2 Các thông số cần thiết tính toán NPV để phân tích hiệu quả kinh tế 89

4.5.3 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây 472-E3.1 khi đặt DCL 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

PHỤ LỤC 1 97

PHỤ LỤC 2 98

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CCĐ : Cung cấp điện DCL : Dao cách ly ĐDK : Đường dây trên không

ĐK : Bảo dưỡng định kỳ HTĐ : Hệ thống điện MBA : Máy biến áp MHCĐ : Mô hình cường độ NPV : Net present value

MC : Máy cắt SCĐD : Sự cố đường dây SCMC : Sự cố máy cắt SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition TĐL : Tự động đóng lại

TĐN : Tự động đóng nguồn dự phòng TBA : Trạm biến áp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Lưới điện 3 pha trung tính máy biến áp nối đất qua tổng trở 15

Hình 1.2: Lưới điện 3 pha và một dây trung tính 16

Hình 1.3: Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia 20

Hình 1.4: Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín 22

Hình 1.5: Cung cấp điện bằng 2 đường dây song song 22

Hình 1.6: Mạch liên nguồn 23

Hình 1.7: Cung cấp điện thông qua trạm cắt 23

Hình 1.8: Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung 24

Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống phân phối điện 24

Hình 1.10: Sơ đồ phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp cho phụ tải 1 pha 25

Hình 1.11: Đường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng đường đi 26

Hình 2.1: Đồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t) 29

Hình 2.2: Mô hình cường độ hỏng hóc 32

Hình 2.3: Trạng thái làm việc 34

Hình 2.4: Bảo dưỡng 37

Hình 2.5: Mức độ tin cậy hợp lý 42

Hình 2.6: Lưới điện hình tia 46

Hình 2.7: Lưới điện có 2 nguồn cung cấp điện 52

Hình 4.1: Giao diện chương trình tính toán độ tin cậy 70

Hình 4.2: Giao diện nhập số liệu 71

Hình 4.3: Giao diện đọc số liệu trước khi tính độ tin cậy 72

Hình 4.4: Giao diện tính độ tin cậy 72

Hình 4.5: Đồ thị mối quan hệ giữa điện năng mất và số DCL đường dây 472-E3.1 81 Hình 4.6: Đồ thị mối quan hệ giữa điện năng mất và số DCL đường dây 475-E3.15 87

Hình 4.7: Đồ thị mối quan hệ giữa hiệu quả kinh tế NPV 93

và số DCL đường dây 472-E3.1 93

Hình 4.8: Đồ thị mối quan hệ giữa hiệu quả kinh tế NPV 94

và số DCL đường dây 475-E3.15 94

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bài toán dự trữ và thay thế máy biến áp 53

Bảng 4.1: Số liệu đường dây 472-E3.1 sau khi đẳng trị 73

Bảng 4.2: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh đường dây 472-E3.1 73

Bảng 4.3: Số liệu đường dây 475-E3.15 sau khi đẳng trị 74

Bảng 4.4: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh đường dây 475-E3.15 74

Bảng 4.5: Số liệu đường dây 472-E3.1 thêm 1 DCL sau khi đẳng trị 76

Bảng 4.6: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 1 DCL 76

Bảng 4.7: Số liệu đường dây 472-E3.1 thêm 2 DCL sau khi đẳng trị 77

Bảng 4.8: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 2 DCL 77

Bảng 4.9: Số liệu đường dây 472-E3.1 thêm 3 DCL sau khi đẳng trị 78

Bảng 4.10: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 3 DCL 78

Bảng 4.11: Số liệu đường dây 472-E3.1 thêm 4 DCL sau khi đẳng trị 79

Bảng 4.12: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 4 DCL 79

Bảng 4.17: Số liệu đường dây 475-E3.15 thêm 1 DCL sau khi đẳng trị 82

Bảng 4.18: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 1 DCL 82

Bảng 4.19: Số liệu đường dây 475-E3.15 thêm 2 DCL sau khi đẳng trị 83

Bảng 4.20: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 2 DCL 83

Bảng 4.21: Số liệu đường dây 475-E3.15 thêm 3 DCL sau khi đẳng trị 84

Bảng 4.22: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 3 DCL 84

Bảng 4.23: Số liệu đường dây 475-E3.15 thêm 4 DCL sau khi đẳng trị 85

Bảng 4.24: Kết quả tính độ tin cậy của các nhánh khi thêm 4 DCL 86

Bảng 4.25: Bảng tổng hợp kết quả các trường hợp dùng từ 0 đến 4 dao cách ly 86

Bảng 4.26: Hệ số hiện đại hóa cho các năm 89

Bảng 4.27: Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 2 DCL 90

Bảng 4.28: Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 3 DCL 90

Bảng 4.29: Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 4 DCL 91

Bảng 4.30: Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi dùng 5 DCL 92

Bảng 4.31: Bảng tổng hợp kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV lộ 472-E3.1 92

Bảng 4.32: Bảng tổng hợp kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV lộ 475-E3.15 93

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Điện năng có vai trò hết sức quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và phát triển kinh tế xã hội của đất nước Do đó ngành điện cần phải được phát triển mạnh để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao về điện năng của đất nước Việc giải quyết đúng đắn vấn đề kinh tế - kỹ thuật từ thiết kế cũng như vận hành nhà máy điện, hệ thống điện và lưới điện phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để Để đảm bảo cho có được các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế độ làm việc bình thường cũng như xảy ra sự cố

Lưới điện phân phối thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 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 độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng hợp

lý, luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu ứng dụng thiết bị phân đoạn từ đó tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối Dựa trên các kết quả tính toán đưa ra các biện pháp giảm thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với phụ tải

2 Phạm vi của đề tài: Nghiên cứu và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng các

thiết bị phân đoạn cho lưới điện phân phối huyện Vụ Bản - tỉnh Nam Định Trong luận văn tác giả sử dụng dao cách ly phân đoạn để nâng cao độ tin cậy CCĐ

3 Mục đích của đề tài (các kết quả cần đạt được):

Nêu cơ sở lý thuyết về lưới điện phân phối, các phương pháp phân tích độ tin cậy về lưới phân phối và áp dụng các phương pháp đó vào lưới điện cụ thể của huyện Vụ Bản - tỉnh Nam Định

4 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết về lưới phân phối, các phương pháp nghiên cứu và tính toán độ tin cậy

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

Vụ Bản - tỉnh Nam Định khi dùng thiết bị phân đoạn (dao cách ly phân đoạn)

5 Nội dung của đề tài:

Chương 1: Khái quát về lưới điện phân phối

Chương 2: Các vấn đề chung độ tin cậy của lưới điện và trạm biến áp

Chương 3: Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện Chương 4: Tính toán độ tin cậy lưới điện huyện Vụ Bản - tỉnh Nam Định Trong luận văn này đề cập đến vấn đề mang tính thực tiễn, các kết quả tính toán dựa trên cơ sở số liệu thống kê từ lưới điện thực tế, các giải pháp đề ra dựa trên

cơ sở lý thuyết và thực tiễn, phù hợp với điều kiện kinh tế hiện nay ở các chi nhánh Điện lực tỉnh Nam Định Thiết bị kỹ thuật sử dụng trong đề tài này là những thiết bị

có sẵn trên thị trường thiết bị điện Việt Nam

Để hoàn thành luận văn được hoàn thành nhờ sự hướng dẫn, giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầy PGS.TS Đặng Quốc Thống

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 thiếu sót, khiếm khuyết, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo, bổ sung của các Thầy, Cô

Tác giả xin chân thành cảm ơn !

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Khái niệm về lưới điện phân phối

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

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

Lưới phân phối điện gồm 2 phần:

- Lưới phân phối trung áp: có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện

và có điện áp trung bình từ 6-35 kV Trong đó điện áp thường sử dụng là 6, 10, 22,

35 kV, phân phối điện cho các trạm trung áp, hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp

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

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

Như vậy trong thiết kế và vận hành lưới phân phối cần phải đưa ra các phương án sao cho đảm bảo được chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp lý khi xảy ra sự cố, nhằm giảm xác xuất xảy ra sự cố và những thiệt hại về kinh tế đối với các hộ tiêu thụ

1.2 Đặc điểm và phân loại của lưới điện phân phối

1.2.1 Một số đặc điểm của lưới phân phối

Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:

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

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

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

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

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

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

+ Do sự cố lưới điện hạ áp : 2.0x10-4

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

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

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

- Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống

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

1.2.2 Phân loại lưới điện phân phối trung áp

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

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

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:

- 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

1.3 Các phần tử trong lưới 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 rơle, 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

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

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

1.4.1 Phương pháp phân phối điện trung áp

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

- Phương pháp dùng lưới điện 3 pha: điện năng được truyền tải bằng hệ thống 3 dây pha, máy biến áp trung áp có cuộn trung áp đấu sao và trung tính nối đất qua tổng trở Z, không có dây trung tính đi theo lưới điện:

Hình 1.1: Lưới điện 3 pha trung tính máy biến áp nối đất qua tổng trở

- Phương pháp lưới điện 3 pha và 1 dây trung tính: là phương pháp truền tải

mà ngoài 3 dây pha ra còn có 1 dây trung tính đi theo lưới điện, cứ khoảng 300m thực hiện nối đất lặp lại

Trong lưới điện này, cuộn dây trung áp của máy biến áp nối sao và trung tính nối đất trực tiếp

Hình 1.2: Lưới điện 3 pha và một dây trung tính

1.4.2 Nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn

1.4.2.1 Trung tính không nối đất: Z = ∞

- Ưu điểm: Khi xảy ra chạm đất 1 pha mạng điện vẫn vận hành được trong 1 khoảng thời gian nhất định để tìm và khắc phục sự cố, do đó độ tin cậy của mạng điện được nâng cao

+ Khi xảy ra chạm đất 1 pha, điện áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá

áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách điện

- Phạm vi áp dụng: Thường dùng cho lưới phân phối 6, 10 kV còn lưới điện

áp từ (15-35kV) chỉ dùng nếu độ dài lưới điện ngắn

1.4.2.2 Trung tính nối đất trực tiếp: Z = 0

- Nhược điểm:

+ Dòng điện ngắn mạch 1 pha có thể rất lớn, gây tác hại cho thiết bị trong trạm biến áp và đường dây, tăng độ già hoá máy biến áp và cáp, gây điện áp cảm ứng lớn trên đường dây bên cạnh và đường dây điện thoại

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

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này được áp dùng cho lưới điện ở cấp điện áp (15-20 kV), nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch 1 pha được hạn chế ở mức cho phép

1.4.2.3 Trung tính nối đất qua tổng trở hay điện kháng: (Z = R; Z = R+jX)

- Ưu điểm: Hạn chế nhược điểm của phương pháp nối đất trực tiếp khi dòng ngắn mạch quá cao, dòng ngắn mạch được hạn chế trong khoảng (1000-1500A) Cho phép điều khiển dòng ngắn mạch pha - đất một cách hợp lý

- Nhược điểm:

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

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

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

- Hạn chế các nhược điểm, nối đất thực hiện có hiệu quả khi:

0 1

f dm

1.4.2.4 Phương pháp nối đất qua cuộn dập hồ quang

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

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

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

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

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

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

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp thường áp dụng cho lưới 35kV, có dùng cho lưới 22kV khi cần độ tin cậy cung cấp điện cao, là biện pháp chủ yếu trong tương lai

1.5 Sơ đồ lưới điện phân phối

1.5.1 Phương án nối dây trong mạng điện phân phối

Sơ đồ nối dây của mạng điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây như sau: hình tia, phân nhánh, hoặc mạch vòng kín Việc sử dụng sơ

đồ nối dây nào tùy thuộc vào mức độ yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cho mỗi một loại hộ phụ tải và tùy thuộc vào cấp điện áp mà sử dụng sơ đồ cho phù hợp

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

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

- Sơ đồ mạch vòng kín được dùng nhiều ở các mạng trung áp trong thành phố và các mạng điện phân xưởng với điện áp 6, 10, 22, 35 kV Những mạng điện này thường có cấu trúc mạch kín nhưng vận hành hở, khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn, bảo vệ đặt tại máy cắt đầu nguồn sẽ tác động cách mạch điện bị sự cố, sau khi cô lập đoạn lưới bị sự cố, phần lưới còn lại sẽ được đóng điện trở lại để tiếp tục vận hành cung cấp điện cho các hộ phụ tải Chỉ có đoạn lưới bị sự cố là mất điện và mất cho đến khi sự cố được xử lý xong

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

dự phòng riêng cho đường dây trung áp và hạ áp

1.5.2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới điện phân phối

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

là nhỏ nhất đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần thiết, đảm bảo chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

Theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, trong các loại sơ đồ hình tia, phân nhánh hay mạch vòng kín nối trên, việc dùng sơ đồ có dự phòng hay không phụ thuộc vào tính chất của hộ phụ tải:

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

- Phụ tải loại II: có thể được cung cấp điện bằng 1 hay 2 nguồn phải dựa trên kết quả so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư thêm khi có đặt thiết bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại do mất điện Các hộ phụ tải loại II cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết để nhân viên vận hành đóng nguồn dự trữ

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

Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, người thiết kế cũng như người quản lý vận hành lưới điện phải có tính toán, dự kiến mọi khả năng để cho xác suất

sự cố mất điện là thấp nhất và thời gian mất điện là thấp nhất

1.5.2.1 Sơ đồ nối điện phân phối trung áp trên không

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

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

Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ đồ hình tia, các trạm biến áp phân phối được cung cấp điện từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông qua các đường trục chính

Hình 1.3: Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia

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

2 Máy cắt nhánh; 3 Dao cách ly

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

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

từ xa

+ Các đường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi bị sự cố, khi ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở

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

1.5.2.2 Sơ đồ phân phối cáp trung áp

Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng điện thành phố do đòi hỏi mức

độ tin cậy cao, mật độ phụ tải lớn, đường dây ngắn, bị hạn chế về điều kiện an toàn

và mỹ quan đô thị do đó không được đi dây trên không mà phải dùng cáp ngầm tạo thành lưới phân phối cáp

Nhược điểm của lưới phân phối cáp là đắt tiền, sơ đồ phức tạp dẫn đến việc tìm kiếm sự cố khó khăn, sửa chữa lâu và việc đấu nối được hạn chế đến mức tối đa

vì xác suất hỏng tại các chỗ nối là rất cao

a) Sơ đồ phân phối mạch vòng kín

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

từ hai phân đoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp được cấp điện từ một phía

Hình 1.4: Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín

Ký hiệuchỉ dao cách ly được mở ra để vận hành hở Ưu điểm của vận hành

hở làm cho lưới điện rẻ hơn, độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn về hệ thống, về rơle và thiết bị đóng cắt nếu muốn đạt độ tin cậy

b) Cung cấp bằng cả hai đường dây song song

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

Hình 1.5: Cung cấp điện bằng 2 đường dây song song c) Mạch liên nguồn

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

áp của các trạm biến áp trung gian Trong chế độ làm việc bình thường được tách

ra để vận hành hở mạch

Hình 1.6: Mạch liên nguồn d) Trạm phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt

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

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

Hình 1.7: Cung cấp điện thông qua trạm cắt Lưu ý: Trong các sơ đồ đã trình bày, tiết diện cáp phải được chọn có tính đến

dự phòng cho toàn bộ mạch vòng

e/ Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

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

Hình 1.8: Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

1 Thanh góp trạm biến áp trung gian - 2 Trạm cắt Dây dẫn của các đường dây phân phối được chọn đủ cho các trạm phân phối

mà nó cấp điện, vì đã có đường dây dự phòng chung cho tất cả các đường dây phân phối

1.5.2.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Trong quá trình vận hành bình thường các mạch kín này được tách ra tại các điểm cắt của lưới để vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân đoạn Các điểm cắt này được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi

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

Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống phân phối điện TG1, TG2, TG3, TG4: thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian

: Điểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành

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

1.5.2.4 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp

Lưới phân phối hạ áp được cung cấp điện trực tiếp từ các máy biến áp phân phối ba pha Trung tính của hạ áp được nối đất trực tiếp và dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới phân phối hạ áp 3 pha 4 dây Cấu trúc lưới phân phối hạ áp

có thể được thực hiện bằng đường dây trên không, hoặc dùng dây cáp vằn xoắn Tùy theo yêu cầu độ tin cậy của hộ phụ tải mà có thể sử dụng phương pháp có hay không nối dây dự phòng, có thể lấy điện từ 1 trạm phân phối hoặc từ 2 trạm phân phối khác nhau

Đường trục chính của lưới phân phối hạ áp có 4 dây (hình 1.10b), các nhánh

rẽ đi cấp điện cho các phụ tải 1 pha có thể 3 dây (2 dây + trung tính) hoặc 2 dây (1 pha + 1 trung tính)

Hình 1.10: Sơ đồ phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp cho phụ tải 1 pha Lưới phân phối ở nông thôn, để tiết kiệm vốn đầu tư người ta thường dùng đường dây hạ áp có 5 dây: 3 dây pha cấp điện sinh hoạt, dây trung tính và 1 dây pha riêng phục vụ cho chiếu sáng đường phố

Hình 1.11: Đường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng đường đi

1.6 Trạm biến áp phân phối

Các trạm biến áp phân phối thường chỉ có 1 máy biến áp và làm nhiệm cụ biến đổi điện áp trung áp xuống hạ áp để cung cấp điện cho lưới điện phân phối hạ

áp

- Phía cao thế đóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì hoặc cầu chì tự rơi bảo vệ chống quá điện thế do sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm dùng chống sét van

- Phía hạ áp đóng cắt và bảo vệ bằng Aptomat

- Để đo được các đại lượng dùng các đồng hồ đo như đồng hồ đo dòng điện, điện áp, điện năng hữu công, vô công

Kết cấu của trạm biến áp thường là trạm treo trên cột hoặc trạm kiểu kiốt nếu

ở thành phố

Độ tin cậy cung cấp điện của các trạm biến áp phân phối không cao Thời gian sửa chữa, thay thế lớn, không đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng

Chương 2:

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Tổng quan về độ tin cậy

2.1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy

Trong các công việc cũng như trong các hệ thống độ tin cậy trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng

Lý thuyết độ tin cậy tồn tại và phát triển theo những hướng như sau:

- Nghiên cứu cơ sở toán học về độ tin cậy nhằm đưa ra những quy luật và những tính toán định lượng về độ tin cậy, đây là hướng xuất phát để tạo nên khoa học về độ tin cậy

- Nghiên cứu thống kê về độ tin cậy: Nhằm thu thập, xử lý tín hiệu và đưa ra những đặc trưng thống kê về chỉ tiêu độ tin cậy Dựa trên tính chất đám đông của số liệu thống kê nhằm đưa ra những yếu tố ảnh hưởng đến những chỉ tiêu cơ bản về độ tin cậy

- Nghiên cứu bản chất vật lý về độ tin cậy: nhằm khảo sát nguyên nhân sự

cố, hiện tượng già cỗi, điều kiện môi trường, độ bền vật liệu v.v… ảnh hưởng đến

độ tin cậy trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau

- Ngoài ra, mỗi ngành kỹ thuật đều xây dựng cho mình những cơ sở ứng dụng về lý thuyết độ tin cậy, trong đó sử dụng những phương pháp hiệu lực để tính toán cùng những biện pháp hợp lý nhằm nâng cao độ tin cậy

Độ tin cậy bao gồm các vấn đề về lý thuyết và thực tế nhằm nghiên cứu những nguyên nhân, quy luật của sự cố, những phương pháp tính toán và biện pháp nâng cao độ tin cậy Ngoài ra khi lựa chọn độ tin cậy của hệ thống phải quan tâm đến yếu tố kinh tế để đạt được lời giải tối ưu tổng thể

Mô hình toán học đánh giá định lượng độ tin cậy dựa trên nền tảng lý thuyết xác suất vì các sự cố xảy ra với hệ thống là một sự kiện ngẫu nhiên, cũng như khoảng thời gian hệ thống làm việc, khoảng thời gian cần thiết để sửa chữa sự cố v.v… đều là những đại lượng ngẫu nhiên

Độ tin cậy cung cấp điện là 1 chỉ tiêu chất lượng quan trọng của HTĐ

Mô tả đánh giá và điều khiển hành vi đó là một trong những nhiệm vụ chủ yếu khi thiết kế và điều khiển hệ thống điện

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

2.1.1.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử không 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

1 lim0

fT(t) t là xác suất để thời gian phục hồi T nằm trong khoảng (t, t+t) với t đủ nhỏ

Theo lý thuyết xác suất ta có:

dF

f T t)  T t)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:

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 (2.1) và (2.4) ta có:

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (hình 2.1)

Hình 2.1: Đồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t)

 / 

P t   T t t Tt là xác suất có điều kiện của 2 sự kiện:

o Phần tử hỏng trong khoảng (t,t +t) (sự kiện A)

o Làm việc tốt đến t (sự kiện B)

Theo công thức về xác suất của sự kiện giao giữa hai sự kiện A và B ta có:

P(AB) = P(A).P(B/A) = P(B).P(A/B) Hay:

) (

) (

) / (

B P

B A P B A

Nếu sự kiện A bao sự kiện B (xảy ra a đương nhiên xảy ra B, nghĩa là muốn làm việc trong khoảng (t, t+t) thì đương nhiên phải làm việc đến t) như trường hợp đang xét ta có:

P(A/B) = 1 và P(AB) = P(A) Như vậy:

) ( )

(

) (

) (

)) ( ) ((

) /

t R

t f t

T P

t t T t P t

T P

t T t t T t P t T t t

1)()(

t T

t T t

T

F

f t R

f t

) ( )

(

) ( )

(

) ( )) ( ln(

'

t R

t f t

R

t F t

R

t R t R dt





t

dt t

e t

)

) (



Công thức 2.9 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 thì được xác định nhờ thống kê quá trình hỏng hóc của phần tử trong quá khứ

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện:

(t) =  = hằng số

Do đó:

R(t) = e-t ; FT(t) =1- e-t ; fT(t) = .e-t (2.10) Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình

T LV T t

Với (t) = hằng số, R(t) = e-t do đó:

Công thức 2.11 rất quan trọng, cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường

độ hỏng hóc của phần tử có luật phân bố mũ

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

Thời kỳ II: Thời kỳ làm việc bình thường của phần tử , (t) = hằng số

Thời kỳ III Thời kỳ già cỗi, (t) tăng dần

Hình 2.2: Mô hình cường độ hỏng hóc Đối với các phần tử phục hồi như ở hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hoá, do đó (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ, để phục hồi độ tin cậy của phần tử Sau khi bảo dưỡng định kỳ độ tin cậy của phần tử trở lại vị trí ban đầu (hình 2.2b) Bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb

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

2.1.1.2 Phần tử phục hồi

Giả thiết rằng sửa chữa xong, thiết bị như mới Trong thực tế, đây là các trường hợp phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng những phần tử mới (ví dụ như máy biến áp) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc ở trường hợp này là:

Thông số của dòng hỏng hóc (t):

t)) t khoang(t, trong

(hong

1 lim )

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

Thời điểm bảo dưỡng

tb

Dưới đây thiết lập công thức tính (t):

Ta xét trong khoảng thời gian từ (o,t) trong đó phần tử có thể hỏng 1lần, 2 lần, đến k lần Đặt f1(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu tiên:

t f

0

1 1

) ( )

(

k

k t f t

Xét trường hợp fT = e-t khi đó thời gian đế lần hỏng thứ k tuân theo quy luật Poisson:

t k

k

k

t t

1

và:

t k k

k

k

t e

e k

t t

f t

)!

1 (

) (

)!

1 ( )

( )

(

1

1 1

mũ thì phải phân biệt

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên 2 trạng thái: Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng hóc (hình 2.3a)

Nếu khởi đầu phần tử ở trạng thái làm việc, thì sau thời gian làm việc TLV

phần tử bị hỏng và chuyển sang trạng thái hƣ hỏng phải sửa chữa Sau thời gian sửa chữa xong , phần tử trở lại trạng thái làm việc

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự

cố phần tử đƣợc phục hồi nhƣ mới Ở đây

cần 2 hàm phân bố xác suất: Hàm phân bố

thời gian phần tử ở trạng thái làm việc

FLV(t) và hàm phân bố thới gian phần tử ở

trạng thái hỏng FH(t) Đó là sự khác nhau

giữa phần tử phục hồi và không phục hồi

Để đánh giá về độ tin cậy của phần tử

phục hồi cần có hai đại lƣợng thay vì một

đối với phần tử không phục hồi

Các đại lƣợng và chỉ tiêu cần thiết để mô

việc (trạng thái tốt) ở thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần tử có thể ở một trong 2 trạng thái làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng thái làm việc

t t khoang trong

hong P t

Theo lý thuyết xác suất : P(AB) = P(A/B)P(B) từ đây

P(A/B) = P(AB)/P(B), áp dụng cho cường độ chuyển trạng thái và thông số dòng hỏng hóc ta được:

(

).

( )

(

) ( )

( ).

(

t P

t t LV

t X P

t t LV

t X P

LV t X H t t X P t t q

LV H

- Thời gian làm việc trung bình là TLV

- Thời gian hỏng trung bình là 

- Thời gian trung bình của một chu kỳ làm việc - hỏng hóc bằng:

LV

T

T T

T A

Giả thiết rằng TLV và  đều tuân theo quy luật phân bố mũ ta có:

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 (thời gian phục hồi phần tử hỏng)

Áp dụng quá trình Markov cho sơ đồ hình 2.2a, 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):

T

T A

A

Khi đó:

LV LV

TLV thường có giá trị xấp xỉ 1, do đó có thể coi gần đúng  =

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:

- Số lần hỏng hóc  trong một đơn vị thời gian, từ đó tính ra: TLV =1/

- Thời gian sửa chữa sự cố trung bình ,

từ đó tính ra:  = 1/

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 sự cố

Nếu giả thiết thời gian sửa chữa định kỳ

cũng tuân theo quy luật mũ thì có thể áp dụng

mô hình (hình 2.4) trong đó có ba trạng thái:

Nếu giả thiết rằng thời gian giữa hai lần bảo dưỡng định kỳ TĐK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hình Markov Giả thiết này không đúng thực tế vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy 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:

DK DK

D T

DK DK

D DK

K

.

.

DK DK

D H

D DK

2.1.2 Nguyên nhân mất điện

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,

Hỏng chất cách điện của đường dây tải điện, trạm biến áp, chống sét van, hỏng cáp điện lực

Hỏng thiết bị điều khiển điện áp: thiết bị điều chỉnh điện áp của các máy phát điện, thiết bị điều khiển tụ bù…

+ Bảo vệ và điều khiển như: hỏng rơle, hỏng đường truyền tín hiệu, hỏng mạch điều khiển

- Do hoạt động của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: Độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải đường dây, quá tải máy biến áp, tải không cân bằng…

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện Do nhân viên điều độ hệ thống

Do nhân viên vận hành nhà máy điện Do nhân viên vận hành lưới

Do lỗi bảo trì…

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

Kinh nghiệm cho thấy rằng, hầu hết các sự cố của lưới phân phối bắt nguồn

từ các yếu tố thiên nhiên như: sét, bão, mưa, lũ lụt, động vật… những sự mất điện khác có thể quy cho khiếm khuyết của thiết bị, vật liệu và hành động của con người như: xe ô tô đâm phải cột, phương tiện chạm vào dây dẫn, cây đổ, phá hoại, máy đào phải cáp ngầm… Một số sự cố nguy hiểm và lan rộng trong hệ thống phân phối

do bão, lũ lụt Trong trường hợp đó sự phục hồi cấp điện bị ngăn cản bởi những nguy hiểm và hầu hết các đơn vị điện lực không có đủ người, phương tiện, máy móc thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

Nhìn chung có thể phân chia, sắp xếp lại để có thể giảm thiểu số lượng khách hàng bị ảnh hưởng của hỏng hóc thiết bị hoặc thời gian mất điện là nhỏ nhất Sẵn sàng hoạt động là sự lựa chọn của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện bằng cách kịp sửa chữa thiết bị hư hỏng

Việc phối hợp lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố xác định rõ những điểm yếu nhất của hệ thống phân phối và giải quyết nhanh, chính xác các điểm đó Sự phân tích được thực hiện

chỉ ở những khúc quan trọng của hệ thống Những thông tin kết quả được sử dụng trong quyết định xây dựng hệ thống tới mức an toàn nào hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

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

hệ thống điện

2.1.3.1 Tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân, việc mất điện

sẽ gây ra các hậu quả xã hội và kinh tế rất lớn

- Theo hậu quả mất điện, phụ tải được chia làm 2 loại:

+ Loại phụ tải mà khi mất điện gây ra các hậu quả kinh tế - xã hội cần phải được cấp điện với độ tin cậy cao nhất có thể

+ Loại phụ tải mà khi mất điện gây ra các hậu quả kinh tế: bài toán kinh tế kỹ thuật trên cơ sở cân nhắc giữa vốn đầu tư vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do mất điện

- Hai khái niệm về tổn thất kinh tế do mất điện:

+ Tổn thất kinh tế là các cơ sở sản xuất, kinh doanh phải chịu mất điện đột ngột (sản phẩm hỏng, sản xuất bị ngừng trệ) hay theo kế hoạch (tổn thất nhỏ do các

cơ sở đã được chuẩn bị)

+ Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống: được tính toán từ tổn thất thật

ở phụ tải, nhằm phục vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải và đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện

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

- Cấu trúc nguồn điện: độ dự trữ công suất, các tổ máy dự trữ lạnh…

- Cấu trúc lưới: mạch vòng kín, nhiều lộ song song, trạm nhiều máy biến áp,

sơ đồ trạm và máy biến áp phức tạp…

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