Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối áp dụng phân tích và nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối thực tế việt nam

4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Viết tắt Giải thích 1 SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa 3 SAIDI Thời gian mất điện trung bình của lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Lê Việt Anh

NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ÁP DỤNG PHÂN TÍCH VÀ NÂNG

CAO ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển,

áp dụng vào thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Lã Minh Khánh Những số liệu được sử dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào từ trước đến nay

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn

Lê Việt Anh

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ YÊU

CẦU BẢO ĐẢM CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN

1.1 Khái niệm về độ tin cậy

10 1.2 Các nguyên nhân gây mất điện

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 20

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện và lưới phân phối

điện

22

2.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN

CẬY CHO XUẤT TUYẾN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV CỦA

3.2 Các phương án nâng cao độ tin cậy

42 3.3 Xây dựng chương trình đánh giá độ tin cậy trên máy tính

4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Viết tắt Giải thích

1 SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa

3 SAIDI Thời gian mất điện trung bình của lưới phân phối

4 SAIFI Tần suất hay số lần mất điện trung bình của hệ thống

5 CAIDI Thời gian mất điện trung bình của khách hàng

6 CAIFI Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng

7 MAIFI Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình

8 ASAI Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình

9 LOLP Xác suất thiếu điện cho phụ tải

10 LOLE Kỳ vọng mất điện trung bình năm trong hệ thống điện

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Số liệu các nút và nhánh của sơ đồ cấu trúc ngược Bảng 3.2 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 1

Bảng 3.3 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 2

Bảng 3.4 Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 3

6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia

Hình 3.1 Sơ đồ một sợi phương án 1

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc ngược đẳng trị phương án 1

Hình 3.3 Sơ đồ một sợi phương án 2

Hình 3.4 Sơ đồ đánh số thứ tự ngược phương án 2

Hình 3.5 Sơ đồ một sợi phương án 3

Hình 3.6 Sơ đồ thứ tự ngược đẳng trị phương án 3

Hình 3.7 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược

Hình 3.8 Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối

Hình 3.9 Thuật toán tìm ma trận đường nối

Hình 3.10 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 1

Hình 3.11 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2

Hình 3.12 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 3

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của mạng lưới điện Việt Nam hiện nay cả về quy mô công suất cũng như phạm vi cung cấp điện nên đòi hỏi phải nâng cao chất lượng điện năng cũng như đảm bảo độ tin cậy trong việc vận hành Tuy nhiên việc tính toán và đánh giá độ tin cậy chưa được quan tâm đúng mức đặc biệt là trong bài toán quy hoạch

và phát triển lưới điện Các bài toán quy hoạch và phát triển lưới điện hiện nay mới chỉ

đề cập đến đánh giá tổn thất điện áp, đánh giá tổn thất công suất mà chưa đánh giá tới mức độ mất điện trong lưới phân phối Hiện nay bộ công thương đã đưa ra thông tư 32 nhưng thông tư này chỉ có ý nghĩa trong vận hành còn không có ý nghĩa lắm trong việc quy hoạch phát triển lưới điện

Các nghiên cứu hiện nay chưa xét tới bài toán quy hoạch phát triển lưới điện tương lai để đánh giá nó và xem xét việc xây dựng bài toán quy hoạch phát triển lưới điện tương lai như thế nào Đó là lý do chọn đề tài cho nên luận văn dự kiến sẽ nghiên cứu về các chỉ tiêu, các yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối, và dùng để ứng dụng cho bài toán quy hoạch phát triển lưới điện

Mục đích nghiên cứu của luận văn

Luận văn dự kiến áp dụng mô phỏng tính toán cho một xuất tuyến lưới phân phối thực tế ở Việt Nam để phân tích và nâng cao độ tin cậy cho lưới điện, cụ thể các mục đích của luận văn bao gồm:

- Tìm hiểu yêu cầu nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối và mối quan hệ giữa độ tin cậy với tổn thất kinh tế, từ đó đánh giá chi phí cho độ tin cậy cho một phương án lưới điện phân phối

- Nghiên cứu các phương pháp và chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối, lựa chọn chỉ tiêu thích hợp cho bài toán quy hoạch phát triển lưới điện

8

- Thu thập số liệu và tính toán mô phỏng cho lưới điện thực tế (cụ thể là xuất tuyến 22kV 471E9.9 Điện lực thành phố Thanh Hóa)

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu trong luận văn là các chỉ chỉ tiêu áp dụng cho nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện phân phối tại Việt Nam

Đối tượng nghiên cứu là lưới phân phối cụ thể đã được lựa chọn từ bài toán quy hoạch phát triển lưới điện phân phối và áp dụng các phương án nâng cao chỉ tiêu độ tin cậy phù hợp

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Xác định được độ tin cậy cho lưới phân phối sẽ đánh giá được chất lượng lưới phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho các phụ tải Tuy nhiên việc thống kê dữ liệu về lưới phân phối phục vụ cho tính toán độ tin cậy gặp không ít khó khăn, do đó trong các bài toán quy hoạch thiết kế hay vận hành thường không xét đến chỉ tiêu độ tin cậy, phương án được lựa chọn có thể không đảm bảo tối ưu về mặt độ tin cậy cũng như tổn thất kinh tế gây ra do mất điện

Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam Trên cơ sở chỉ tiêu phù hợp, luận văn dự kiến áp dụng đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối thực tế Từ đó tính toán hiệu quả áp dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện,

Nội dung nghiên cứu

Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện trong luận văn:

- Tìm hiểu các khái niệm về độ tin cậy nói chung và độ tin cậy của lưới phân phối nói riêng, các yêu cầu về đánh giá độ tin cậy lưới phân phối

- Nghiên cứu phương pháp và các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

- Áp dụng và phân tích độ tin cậy cho 1 lưới điện phân phối thực tế, quy trình tính toán, kết quả

- Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối Việt Nam, tính toán chi phí và so sánh

Trên cơ sở trên nội dung nghiên cứu tính toán trong bản thuyết minh được chia thành các phần như sau:

10

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ YÊU CẦU BẢO ĐẢM CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI

ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Khái niệm về độ tin cậy

Để hiểu về độ tin cậy trong hệ thống điện trước tiên ta tìm hiểu về định nghĩa

về độ tin cậy Về cơ bản độ tin cậy chính là xác suất để hệ thống hoàn thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất

định (theo [1])

Có nghĩa là độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định Như vậy mức độ độ tin cậy là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống

Xác suất là đại lượng thống kê, không có giá trị chính xác vì vậy đặc điểm của

độ tin cậy cũng có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống Đấy là ta nói riêng với hệ thống không phục hồi

Còn đối với độ tin cậy trong hệ thống điện thì hơi khác biệt hơn chút ít bởi vì

hệ thống điện là hệ thống có tính chất phục hồi cho nên khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc, bởi do tính chất của hệ thống điện làm việc liên tục

Do đó độ tin cậy trong hệ thống điện sẽ dùng một đại lượng khác để đo thích hợp hơn ta gọi đó là độ sẵn sàng Độ sẵn sàng trong hệ thống điện (hay độ tin cậy trong hệ thống điện) là xác suất để hệ thống hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ không phải trong thời gian nhất định nữa mà là trong thời điểm bất kỳ(theo[1])

Như vậy đặc điểm của 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 với tổng thời gian hoạt động (Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng,

đó là xác suất để hệ thống ở trạng thái hỏng)

Đối với hệ thống điện, độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc

độ không sẵn sàng chưa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đó phải sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất

1.2 Các nguyên nhân gây mất điện

Ở đây, khái niệm mất điện được hiểu là việc mất cung cấp điện ngắn hạn hoặc dài hạn trong một khu vực

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố mất điện trong mạng lưới điện như hỏng tại các trạm biến điện, hỏng các đường truyền tải hoặc hỏng các bộ phận khác nhau của mạng lưới phân phối điện, đoản mạch, hoặc đường điện chính bị quá tải

Mất điện đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi cần độ an toàn công cộng và môi trường cao như bệnh viện, nhà máy xử lý nước thải, hầm mỏ, và những nơi này thướng có các nguồn điện dự trữ như máy phát điện tự động tức là khi nguồn điện chính bị mất máy sẽ tự động chạy Các hệ thống nguy hiểm khác như viễn thông, cũng cần nguồn điện dự phòng

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 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 khách hàng cho từng vùng hoặc toàn hệ thống Có 1 số nguyên nhân gấy mất điện như các nguyên nhân do thời tiết: lũ lụt, mưa bão, lốc xoáy, giông sét, sóng thần…Các nguyên nhân từ hoạt động của hệ thống như: do trạng thái của hệ thống; khả năng làm việc ổn định của hệ thống; điện áp cao/thấp; tần số cao/thấp; quá tải đường dây, máy biến áp;tải không cân bằng Do nhân viên vận hành, do nhân viên điều độ hệ thống điện;lỗi do bảo trì Do hư hỏng các thành phần của hệ thống điện như phần điện và phần máy:hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu, hỏng phần động lực (phát động), hỏng máy biến áp; hỏng thiết bị đóng cắt; hỏng phần dẫn điện; hỏng chất cách điện của đường dây tải điện, trạm biến áp, chống sét

12

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…; hỏng bảo vệ và điều khiển như: hỏng rơle, hỏng đường truyền tín hiệu, hỏng mạch điều khiển

Theo thống kê khoảng 50% sự cố được khôi phục trong khoảng thời gian 60 phút Khoảng 90% sự cố lớn được khôi phục trong khoảng 7 giờ

Kinh nghiệm cho thấy rằng, hầu hết các sự cố của lưới phân phối bắt nguồn từ 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 ôtô 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 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 duy nhất của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện, bằng cách kịp thời sửa chữa thiết bị hư hỏng

Việc phối hợp giữa lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy

có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố giúp xác định rõ những điểm yếu nhất của

hệ thống phân phối và giải quyết nhanh và 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 đó hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

1.3 Sự tác động của độ tin cậy đến việc xây dựng cấu trúc lưới

Việc mất điện sẽ gây ra những hậu quả xã hội, kinh tế rất lớn Những hậu quả này được chia làm 2 loại chính là các hậu quả mang tính chính trị - xã hội, các hậu

quả mang tính kinh tế Ứng với từng loại hậu quả lại có từng loại phụ tải khác nhau (theo [1])

Đối với loại mất điện mang lại hậu quả mang tính chất chính trị xã hội, chúng

ta cần tìm những giải pháp để phụ tải được cấp điện với độ tin cậy cao nhất có thể Bởi vì khi mất điện ở loại phụ tải này có thể ảnh hưởng tới an ninh quốc gia, bất ổn

xã hội Chúng ta có thể tăng độ tin cậy cho loại phụ tải này bằng sử dụng lộ đường dây kép hoặc nguồn dự phòng

Còn đối với loại mất điện mang lại các hậu quả kinh tế thì ta cần xem xét đến 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 Trong đó tổn thất kinh tế là tổn thất mà các cơ sở này phải chịu khi mất điện đột ngột hay theo kế hoạch Sản phẩm sẽ bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây ra tổn thất kinh tế khi mất điện đột ngột Đặc điểm của tổn thất này là phụ thuộc số lần mất điện hoặc điện năng bị mất và có thể là do đồng thời cả hai Tổn thất sẽ nhỏ hơn nếu mất điện theo kế hoạch vì lúc này các cơ sở sản xuất đã được báo trước và đã lên phương án chuẩn bị, khắc phục

Đối với từng loại xí nghiệp hoặc cơ sở kinh doanh cụ thể lại có cách tính toán tổn thất riêng từ đó phục vụ việc thiết kế cung cấp điện thích hợp cho các cơ sở này Tổn thất này được tính toán từ các tổn thất thật ở phụ tải và theo các quan điểm của

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

Tổn thất này cũng được phân chia riêng biệt khi tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1kW hoặc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện Tổn thất kinh tế do mất điện rất lớn, đồng thời về mặt chính trị - xã hội cũng đòi hỏi độ tin cậy cấp điện ngày càng cao, khiến cho hệ thống điện ngày càng phải hoàn thiện về cấu trúc, cải tiến về vận hành để không ngừng nâng cao độ tin cậy

14

Yếu tố độ tin cậy có ảnh hưởng đến quyết định cấu trúc hệ thống điện gồm có: Với cấu trúc nguồn điện cần quan tâm đến độ dự trữ công suất, các tổ máy dự trữ lạnh… Với cấu trúc lưới cần có những mạch vòng kín, nhiều lộ song song, trong trạm cần nhiều máy biến áp, sơ đồ trạm và nhà máy điện phức tạp… Như vậy mới làm tăng độ tin cậy cho lưới Với cấu trúc hệ thống điều khiển để tăng cường độ tin cậy cần có các thiết bị bảo vệ, thiết bị chống sự cố, hệ thống thông tin, hệ thống điều khiển tự động, phương thức vận hành…Với cấu trúc hệ thống quản lý cần có

hệ thống sẵn sàng can thiệp khi sự cố, dự trữ thiết bị, phương tiện đi lại, tổ chức sửa chữa sự cố và bảo dưỡng định kỳ…

Tóm lại cần có lượng vốn đầu tư rất lớn để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện, do đó độ tin cậy không phải được nâng cao bằng mọi giá Mà chúng ta cần nghiên cứu tính toán để tìm ra những giải pháp nâng cao độ tin cậy phù hợp với tình hình kinh tế xã hội ở nước ta Ta sẽ chọn lựa phương án với nguyên tắc sao cho đầu

tư vào nâng cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả khi mức giảm tổn thất kinh tế do nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao độ tin cậy

Khi xây dựng hàm mục tiêu của các bài toán xác định cấu trúc nguồn điện, lưới điện và nguồn điện ta cần lưu ý đến thành phần tổn thất do độ tin cậy được tính theo tổn thất kinh tế đã nói trên

Tuy nhiên việc tính toán có liên quan đến thành phần đó rất phức tạp và cũng gặp phải rất nhiều khó khăn Vì vậy chúng ta còn có thể tính toán với yếu tố độ tin cậy như là điều kiện biên của bài toán, tức là dùng chỉ tiêu gián tiếp về độ tin cậy như là độ tin cậy( xác suất không xảy ra mất điện) phải bằng hoặc lớn hơn giá trị nào đó, độ rủi ro (xác suất xảy ra mất điện) phải nhỏ hơn giá trị nào đó Các chỉ tiêu này được xác định trên cơ sở phân tích kinh tế - kỹ thuật hệ thống điện

1.4 Đảm bảo độ tin cậy trong bài toán kinh tế

Yêu cầu của ngành điện là cần cung cấp điện liên tục, chất lượng điện năng được đảm bảo (về cả tần số và điện áp) cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc

sử dụng hệ thống và trang bị sẵn có một cách kinh tế Khái niệm cung cấp điện liên

tục có nghĩa là cung cấp điện một cách chắc chắn, an toàn cho con người và thiết bị với chất lượng điện năng là điện áp và tần số danh định trong giới hạn cho phép (theo [1])

Một công cụ kế hoạch rất hữu ích trong quyết định chi tiêu tài chính đó là phân tích kinh tế độ tin cậy của hệ thống cụ thể là cải thiện độ tin cậy bằng cách cung cấp vốn đầu tư thêm cho hệ thống

Mức độ của độ tin cậy chỉ được coi là hợp lý và chấp nhận được khi thiệt hại

do mất điện tăng thêm tránh được vượt quá hậu quả của sự mất điện khách hàng Từ

đó ta thấy mức độ tin cậy hợp lý từ góc độ người tiêu dùng có thể được định nghĩa

là mức độ tin cậy khi tổng chi phí đầu tư và thiệt hại do mất điện là nhỏ nhất Chúng

ta cũng cần lưu ý rằng sự cải thiện độ tin cậy của hệ thống và vốn đầu tư không phải

là quan hệ tuyến tính và độ tin cậy hợp lý của hệ thống phù hợp với giá tối ưu… tổng chi phí nhỏ nhất Do đó vấn đề quan trọng nhất đặt ra là cần vốn đầu tư ban đầu như thế nào để làm tăng độ tin cậy? Và vốn đầu tư tiếp theo đặt vào đâu để đạt được độ tin cậy cao nhất Đây là bài toán kinh tế kỹ thuật đòi hỏi cần sự nghiên cứu, tìm hiểu thấu đáo từ đó để tìm ra phương án thích hợp

1.5 Những biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Ta cần phải nâng cao độ tin cậy của các phần tử hợp thành lưới thì mới nâng cao độ tin cậy của toàn lưới phân phối Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao

có thể là biện pháp cần được ưu tiên Như ta đã biết hệ thống điện có các phần tử cần có độ tin cậy cao trong hệ thống điện như là đường dây, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa… Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh của ngành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao được ứng dụng Cụ thể là những vật liệu cách điện có cường độ cách điện cao như các loại giấy cách điện, sứ cách điện bằng silicon… Về thiết bị điện có thể kể một số loại như máy cắt điện chân không, máy cắt điện SF6 Hiện nay, các thiết bị sử dụng rơle điện từ đã, đang được thay thế bằng các thiết bị bảo vệ và tự động hóa sử dụng công nghệ kỹ thuật số có độ tin cậy cao hơn rất

cố gắng đầu tư với khả năng tốt nhất cho phép Còn đối với các phụ tải khác phải dựa trên sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư để từ đó lựa chọn các biện pháp thích hợp Thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, có độ tin cậy thấp đang dần được thay thế bằng những thiết bị hiện đại có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện đang ngày được nâng cao

rõ rệt

Việc sử dụng các thiết bị tự động trên lưới, các thiết bị điều khiển từ xa là biện pháp thứ hai chúng ta có thể tính đến Chúng ta có thể dùng các thiết bị tự động thường dùng như là tự động đóng nguồn dự phòng, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA), thiết bị tự động đóng lại …

Theo thống kê, đối với đường dây tải điện trên không (70-80)% tổng số lần sự

cố đường dây là do sự cố thoáng qua Nguyên nhân có thể là do sét đánh vào đường dây, cây đổ vào đường dây, vật lạ rơi vào đường dây… Các sự cố này thường tự giải trừ sau một hoặc 2 lần phóng điện Do thời gian thời gian đóng lặp lại rất ngắn khoảng từ (2-5)s nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất điện Vì vậy, nếu sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao Trong khi đó thiết

bị tự động đóng nguồn dự phòng rất hiệu quả với trường hợp khi có 2 nguồn cấp trong đó có 1 nguồn dự phòng, nếu có một nguồn bị sự cố thì nguồn kia lập tức được đưa vào làm việc không gây mất điện cho phụ tải Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Chúng ta

có thể thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa thông qua hệ

thống này Hiệu quả cụ thể nhất là trong điều hành lưới phân phối là ta sẽ nhanh chóng tách đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không sự cố nếu sử dụng hệ thống SCADA Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống SCADA còn căn

cứ vào tình hình cụ thể đối với hệ thống lưới phân phối ở các vùng nông thôn ngoại thành… thì chi phí cho hệ thống này là khá lớn ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của công trình Còn đối với hệ thống lưới phân phối nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới điện trong các thành phố thì việc sử dụng hệ thống SCADA là rất hiệu quả

và hợp lý

Biện pháp thứ ba là tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây lưới điện hợp lý (sử dụng đường dây mạch kép, lưới kín vận hành hở, lưới phân đoạn) Như ta đã biết lưới hình tia có phân nhánh, thường có độ tin cậy thấp thường được dùng cho lưới phân phối hiện nay Nhưng bởi lý do về kinh tế nó vẫn được dùng phổ biến ở nước ta Vì vậy, để khắc phục trường hợp này ta có thể sử dụng những

sơ đồ có khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải, từ đó làm tăng độ tin cậy của lưới phân phối

Hiện nay ta có thể dùng các sơ đồ kết dây sau sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép, sơ đồ lưới kín vận hành hở, sơ đồ lưới có phân đoạn Ta sử dụng hai đường dây cấp điện cho phụ tải cho sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép Bình thường, hai lộ có thể vận hành song song hoặc vận hành độc lập Khi sự cố một lộ, lộ còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải Trong đó điều kiện quan trọng khả năng mang tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ tải Đặc điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn, chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không cho phép mất điện như các hộ phụ tải loại 1

Đối với sơ đồ lưới kín vận hành hở thì ta sử dụng nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, còn các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác, sau đó lại được cấp điện bình thường Sơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư không cao,

kỳ và do sự cố cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây Vị trí đặt các thiết bị phân đoạn chia đều chiều dài đường dây Tuy nhiên việc lắp đặt quá nhiều thiết bị phân đoạn sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng phần tử sự cố trên lưới nên đối với lưới 10kV người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ 2-3 km Để sử dụng sơ đồ này có hiệu quả có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng lại, điều khiển từ xa… có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối Việc sử dụng các thiết bị này có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và rút ngắn thời gian thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên, nhược điểm của nó là vốn đầu tư khá lớn nên việc sử dụng nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư

Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh cũng là một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc tìm và cô lập nhanh sự cố nhằm rút ngắn thời gian mất điện của phụ tải Ở đây cần đảm bảo phải có đủ người, đủ dụng cụ, vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự

cố Ngoài ra còn tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất Việc tổ chức sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu về

độ tin cậy của lưới phân phối

Tăng cường công tác kiểm tra bảo dưỡng đường dây, thiết bị vận hành trên lưới để ngăn ngừa sự cố chủ quan cũng là một trong những biện pháp đáng lưu ý Trong đó chúng ta cần trang bị đầy đủ các phương tiện phục vụ công tác quản lý vận hành như xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng… Bên cạnh đó cần đào tạo để nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành Từ đó, từng bước nâng cao tỷ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới đang vận hành) Biện pháp này khá đơn giản không tốn kém và rất hiệu quả để giảm thời gian sự cố mất điện

1.6 Kết luận chương 1

Có thể thấy độ tin cậy cho lưới điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong việc vận hành lưới điện Mất điện sẽ gây ra những tổn thất rất lớn Hiện nay yếu tố độ tin cậy trong bài toán quy hoạch phát triển lưới điện chưa được xét tới nên

ở các chương sau của luận văn dự kiến sẽ tìm hiểu các phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện và ứng dụng cho các bài toán về độ tin cậy Trên thực tế hiện nay tại lưới điện phân phối Việt Nam, việc đánh giá và định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy được thực hiên theo thông tư Thông tư 32/2010/TT-BCT quy định hệ thống điện phân phối Trong đó độ tin cậy của lưới điện phân phối đang vận hành được thống kê và so sánh với chỉ tiêu cấp phát hàng năm của tổng công ty điện lực Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện, các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối, và đánh giá chi tiết hiệu quả của các biện pháp này

20

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN

CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Giới thiệu chung về chỉ tiêu độ tin cậy

Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử (IEEE) đã nêu ra định nghĩa chung nhất các chỉ tiêu độ tin cậy chấp nhận chung tại tiêu chuẩn số P1366 trong "Hướng dẫn về chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối" Chỉ tiêu về độ tin cậy là thành phần quan trọng để đánh giá khả năng có ích trong việc xác định hiệu suất sử dụng điện dài hạn Hơn nữa, IEEE1366 là chuẩn phổ biến cho việc tính toán chỉ số độ tin cậy Điều này không có nghĩa là tiêu chuẩn IEEE1366 là cách duy nhất để tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối Đơn giản là bởi vì mức độ chấp nhận chung của IEEE1366 trở nên thông dụng như một điểm chuẩn để xác định giá trị trung bình lâu dài của hệ thống như là Thời gian mất điện trung bình của lưới phân phối (SAIDI), Thời gian mất điện trung bình của khách hàng (ký hiệu là CAIDI), Tần suất hay số lần mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI), Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng (CAIFI), Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI), và Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình (ASAI)… Các chỉ tiêu này đã đánh giá một cách toàn diện về chỉ tiêu độ tin cậy của một lưới điện

phân phối

Một cách nào đó cũng có thể xem chỉ tiêu về độ tin cậy cũng như là chỉ tiêu về sức khỏe của một con người Dựa vào chỉ số về nhịp tim, huyết áp … để biết người

đó có sức khỏe tốt hay xấu Tương tự như vậy, các chỉ tiêu về độ tin cậy sẽ cho biết

là hệ thống lưới phân phối sẽ trở nên tốt hơn hay kém đi theo thời gian Tất nhiên vì tất cả các hệ thống đều có những yếu tố khác nhau nên khó có thể so sánh hợp pháp giữa hai hệ thống Nhưng điều này có nghĩa chỉ tiêu độ tin cậy cũng mang tính chất

tự nhiên và sẽ thể hiện dựa trên các cơ sở khác nhau tùy thuộc vào các yếu tố nội tại bên trong chúng ảnh hưởng đến hệ thống

Với các số liệu thống kê về độ tin cậy có thể giúp cải thiện các hệ thống lưới điện Tuy nhiên, khi chúng ta chỉ theo đuổi cải thiện độ tin cậy mà không quan tâm đến các yếu tố khác thì sẽ là một cách tiếp cận hạn chế và có thể gây ra ảnh hưởng

nguy hại về lâu dài Chính vì vậy các nhà quản lý nên là tổ hợp bao gồm tất cả các phòng ban có liên quan trong một kế hoạch tổng thể để hiểu và hành động dựa trên

dữ liệu độ tin cậy

Có nhiều cách khác nhau để tiếp cận một cách triết học nhằm thu thập dữ liệu

về độ tin cậy Ví dụ, nhà quản lý có thể chọn hoặc loại bỏ bất kỳ sự kiện mất điện trong khi máy tính được lập trình xử lý tất cả các hiện tượng mất điện có thể được giải quyết hoặc giảm thiểu dựa trên quá trình tính toán được lập sẵn Cách tiếp cận này có một số ích lợi Nó cho phép tập trung cao vào phục hồi sau sự cố và đặt trách nhiệm hơn để phục hồi sau khi các sự kiện lớn về quản lý hệ thống Cùng với đó, các tiêu chuẩn IEEE 1366 cho phép các nhà quản lý loại bỏ sự cố lớn trong ngày và phân tích chúng một cách riêng biệt từ 99% của các dữ liệu thông thường khác Tuy nhiên cùng với việc xử lý các sự cố lớn theo quan điểm như trên cũng kéo theo tiềm tàng các mối nguy hiểm khác Nó có thể chỉ hữu dụng khi dùng cho hai loại phép đo lường về độ tin cậy đó là loại trừ các sự cố lớn trong phân tích dài hạn phân tích và tổng hợp chúng, và có thể dựa vào đấy để cho cái nhìn chi tiết để xử lý các sự cố lớn đó Có nhiều phương pháp khác nhau để phân tích và tính toán ngày sự cố lớn,

nó cũng rất quan trọng trong việc xem xét đánh giá độ hữu ích của nó trong việc điều khiển kết quả chất lượng dịch vụ cung cấp điện

Việc chia tách các dữ liệu sự kiện cũng cho phép để đánh giá xu hướng dài hạn cũng như đánh giá các dữ liệu trong hai chế độ sự cố và bình thường Ngoài các

sự cố lớn, một số sự cố mất điện, chẳng hạn như cắt điện theo kế hoạch sẽ cung cấp một lượng dữ liệu chính xác với độ tin cậy cao hữu ích Tại thời điểm mất điện, máy móc có thể ghi lại số liệu cắt điện theo kế hoạch như một phần của các số liệu thống kê của việc cắt điện theo kế hoạch và phân nó thành các thể loại riêng để phân tích

Chỉ tiêu về độ tin cậy cũng rất có ích cho nhiều quá trình ra quyết định Chỉ tiêu về độ tin cậy có thể hình thành dựa trên cơ sở xem xét hiệu quả hoạt động hàng ngày và ra quyết định Mức độ quản lý hệ thống và các hoạt động kỹ thuật là dựa trên các chỉ tiêu về độ tin cậy sẽ bị ảnh hưởng bởi sự chính xác và tính hợp lệ của

22

dữ liệu thu thập được Việc thu thập các dữ liệu hữu ích có thể liên quan đến việc sử dụng các số liệu báo cáo được chuẩn hóa Trong hoạt động, nó cũng tùy thuộc vào từng tác dụng để quyết định tần số hữu ích của việc đánh giá dữ liệu và thiết lập mục tiêu có ý nghĩa Nhiều thông tin có giá trị được đánh giá trên một cơ sở hàng tháng

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện và lưới phân phối điện

Để đánh giá hệ thống điện tổng quát bao gồm cả nguồn điện, các chỉ tiêu chính sau thường được sử dụng (theo [1]):

- Xác suất thiếu điện cho phụ tải (LOLP – Loss Of Load Probability), đó là xác suất công suất phụ tải lớn hơn công suất nguồn điện Chỉ tiêu này thể hiện khả năng mất điện do thiếu công suất trong hệ thống

- Kỳ vọng mất điện trung bình năm trong hệ thống điện (LOLE - Loss Of Load Expectation) LOLE thể hiện thời gian (tính bằng ngày hoặc giờ) mà phụ tải của một hệ thống điện chịu cắt điện do thiếu công suất

- Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại

- Điện năng thiếu hay điện năng mất cho phụ tải (đó là kỳ vọng điện năng phụ tải bị cắt do hỏng hóc hệ thống trong một năm)

- Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện

Tuy nhiên đối với lưới điện phân phối, khi không xét đến ảnh hưởng của sự cố tại nguồn điện, và là nơi trực tiếp cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, các chỉ tiêu sau được sử dụng (theo [5]) Các chỉ số phân phối phổ biến nhất bao gồm thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI), Thời gian mất điện trung bình của khách hàng (ký hiệu là CAIDI), Tần suất hay số lần mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI), Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng (CAIFI), Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI), và Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục

vụ trung bình (ASAI)…

2.2.1 SAIDI

Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (ký hiệu là SAIDI - System Average Interuption Duration Index) SAIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện của các khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện (hay tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải)

Chỉ số thể hiện thời gian mất điện trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn

vị phân phối điện

SAIDI thường được tính theo một trong hai hàng tháng hoặc hàng năm; Tuy nhiên, nó cũng có thể được tính toán hàng ngày, hoặc cho bất kỳ khoảng thời gian khác

SAIDI = ΣriNi/NT (giờ/phụ tải.năm) (2.1) Trong đó: ri là thời gian mỗi lần mất điện;

Ni là số lần mất điện;

NT là tổng số khách hàng được phục vụ

2.2.2 SAIFI

Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (ký hiệu là SAIFI

- System Average Interuption Frequency Index) SAIFI được tính tính bằng tổng số lần mất điện của các khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện (hay tổng số lần mất điện của tất cả các phụ tải trên tổng số phụ tải NT)

Là chỉ số thể hiện số lần mất điện trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn

vị phân phối điện

T

N

i i

N

n SAIFI

24

SAIFI được định nghĩa là tổng số lần mất điện trung bình của khách hàng bị mất điện trên tổng số khách hàng được phục vụ Mà trong đó tổng số khách hàng bị mất điện được định nghĩa là tổng trên hệ thống được coi là giá trị trung bình tỷ lệ thất bại của từng yếu tố nhân với số lượng khách hàng bị mất điện của yếu tố đó Việc tính toán tổng số khách hàng mất điện đầu tiên đòi hỏi tính trung bình tỷ lệ thất bại của mỗi yếu tố trong đó mô hình mạch Tỷ lệ thất bại trung bình cho một phần tử được xác định như số lượng bị mất điện trong một năm mà một khách hàng trên yếu tố đó sẽ được dự kiến sẽ kinh nghiệm Tổng hợp số lượng khách hàng bị gián đoạn cho tất cả các yếu tố trong định hệ thống / mô hình cho tổng số khách hàng bị gián đoạn

Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện; Ni là số lượng khách hàng bị mất điện của mỗi lần mất điện duy trì

2.2.4 CAIFI

Tần suất (số lần) mất điện trung bình của khách hàng bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải (CAIFI- Customer Average Interruption Frequency Index) Chỉ tiêu này cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi khách hàng CAIFI = Σni/CN (số lần mất điện/khách hàng.năm) (2.4)

Với: CN là số khách hàng bị mất điện

2.2.5 MAIFI

Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI) Chỉ tiêu này tương

tự như SAIFI, nhưng nó sử dụng sự kiện thoáng qua

T

mi i

N

N IM

Trong đó: IMi là số lần mất điện thoáng qua; Nmi là số khách hàng bị mất điện thoáng qua

Mất điện tạm thời không phải là một hiện tượng mang tính phổ biến Các yếu

tố cơ bản bao gồm các tính năng kỹ thuật tại cố hữu trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện tiện ích hiện đại, tăng độ nhạy cảm của các thiết bị sử dụng cuối cùng nhất định để gián đoạn tạm thời, và khó khăn trong việc theo dõi đáng tin cậy gián đoạn tạm thời

Khả năng của một hệ thống cung cấp điện để đảm bảo độ tin cậy, được đo bằng sự liên tục của dịch vụ điện, phụ thuộc vào việc thiết kế và vận hành hệ thống, cũng như các điều kiện bên ngoài (ví dụ, thời tiết), trong đó hệ thống được dự kiến hoạt động Một yếu tố kỹ thuật quan trọng của hệ thống phân phối điện hiện đại là thiết bị tự động bảo vệ hệ thống khỏi bị hư hại trong một sự xáo trộn và sau đó, sau

sự xáo trộn, khôi phục dịch vụ điện Các thiết bị cảm và cô lập các phần của một hệ thống tự động để ngăn chặn một sự xáo trộn (ví dụ như bị sét đánh) làm hư hại hệ thống Khi làm như vậy, các thiết bị dịch vụ cho các phần của hệ thống đó là "hạ lưu" của các rối loạn gián đoạn Bởi vì phần lớn các rối loạn là tạm thời, các thiết bị này cũng được thiết kế để kết nối các phần riêng biệt của hệ thống (ví dụ, reclose mạch mở) tự động sau một thời gian xác định trước Nếu sự xáo trộn đã trôi qua, kết nối lại sẽ thành công và dịch vụ sẽ được phục hồi Nếu sự xáo trộn đã không được thông qua, thiết bị sẽ tự động lại một lần nữa cô lập mà phần của hệ thống Trình tự này có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần Tại một số điểm, thường là dưới một phút, các thiết bị, theo một quy luật xác định trước, sẽ không còn cố gắng kết nối lại phần

bị cô lập của hệ thống Tại thời điểm này, các tiện ích phải thực hiện các bước bổ

N r 8760 i

i i

N

N

 (NT là tổng số khách hàng) (2.6)

* Nhận xét về những chỉ tiêu của độ tin cậy cho lưới điện phân phối

Mặc dù những chỉ tiêu này ít có ý nghĩa khi nó đứng cô lập một mình, và nó chỉ trở nên có ý nghĩa khi xác định xu hướng của chỉ tiêu này trong nhiều năm Từ

đó mới xác định rõ được độ tin cậy của lưới điện phân phối là cao hay thấp dựa trên

có đồ thị các chỉ tiêu theo nhiều năm, tháng

Khi khảo sát về CAIDI ta cũng cần lưu ý Như đã đề cập CAIDI là thước đo

độ dài của thời gian mất điện trung bình của khách hàng Nhiều người có thể nghĩ rằng cải thiện CAIDI cũng có nghĩa là phục hồi độ tin cậy cho lưới điện Tuy nhiên,

Có nhiều khả năng cải thiện CAIDI chỉ đơn giản có nghĩa là thời gian mất điện trung bình của khách hàng ngắn hơn

Các chỉ tiêu SAIDI, SAIFI và MAIFI cung cấp một giải pháp tổng thể cho độ tin cậy của lưới điện bởi vì nó nắm bắt những tính năng chính của khoảng mất điện của người sử dụng điện Các chỉ tiêu SAIDI, SAIFI đo thời gian và tần số, tương ứng, mất điện lâu dài, trong khi MAIFI đo tần số gián đoạn tạm thời Các định nghĩa cho sự mất điện tạm thời cũng như duy trì và phụ thuộc lẫn nhau

Bảng tổng kết so sánh đánh giá về các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

STT Chỉ tiêu Định nghĩa Công thức Đặc điểm

1 SAIDI Thời gian mất

điện trung bình của lưới điện phân phối

SAIDI= Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng/Tổng số khách hàng sử dụng điện

- Chỉ số thể hiện thời gian mất điện trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn vị phân phối điện

- Chỉ tiêu này được nhà cung cấp và quản lý hệ thống quan tâm vì nó phản ánh khả năng làm việc tin cậy của

hệ thống Hệ thống mất điện trong thời gian ngắn hay dài

Để từ đó tìm ra biện pháp khắc phục và tăng cường độ tin cậy cho lưới điện

2 SAIFI Số lần mất điện

trung bình của lưới điện phân phối

SAIFI= Tổng số lần mất điện trung bình của khách hàng/Tổng

số khách hàng sử dụng điện

- Là chỉ số thể hiện

số lần mất điện trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn vị phân phối

28

điện

- Chỉ tiêu này được nhà cung cấp và quản lý hệ thống quan tâm vì nó phản ánh khả năng làm việc tin cậy của

hệ thống Hệ thống mất điện nhiều lần Nếu số lần mất điện quá nhiều nhà cung cấp có thể dựa vào

đó tìm ra biện pháp khắc phục và tăng cường độ tin cậy cho lưới điện

3 CAIDI Thời gian mất

điện trung bình của khách hàng

CAIDI= Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng/

Tổng số khách hàng bị mất điện của mỗi lần mất điện duy trì

- Chỉ tiêu này cho biết thời gian mất điện trung bình đối với mỗi khách hàng

- Chỉ tiêu này diễn

tả được sự kỳ vọng của khách hàng sử dụng điện, nếu chỉ

số này thấp chứng

tỏ trung bình khách hàng chỉ bị mất

điện trong khoảng thời gian ngắn, ít ảnh hưởng tới sinh hoạt của khách hàng

4 CAIFI Tần suất (số lần)

mất điện trung bình của khách hàng

CAIFI= tổng số lần mất điện trung bình của khách hàng/ tổng

số khách hàng bị mất điện

- Chỉ tiêu này cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi khách hàng

- Chỉ tiêu này diễn

tả được sự kỳ vọng của khách hàng sử dụng điện, nếu chỉ

số này thấp chứng

tỏ số lần mất điện trung bình khách hàng là ít, ít ảnh hưởng tới sinh hoạt của khách hàng

5 MAIFI Chỉ tiêu tần suất

mất điện thoáng qua trung bình

- Chỉ tiêu này tương

tự như SAIFI, nhưng nó sử dụng

sự kiện mất điện thoáng qua Là chỉ

số thể hiện số lần mất điện thoáng qua trung bình đối

30

với mỗi khách hàng của đơn vị phân phối điện

- Chỉ tiêu này được nhà cung cấp

và quản lý hệ thống quan tâm vì nó phản ánh khả năng làm việc của hệ thống Đặc biệt trong trường hợp mất điện thoáng qua, hệ thống sẽ có thiết bị tự động đóng lặp lại tác động

6 ASAI Chỉ tiêu khả

năng sẵn sàng phục vụ trung bình

(%) 8760

.

N r 8760 i

i i

N

N

 - Chỉ tiêu này cho

biết thời gian trung bình (tính theo %)

mà khách hàng được cấp điện trong một năm Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và tổng

số giờ khách hàng yêu cầu (số giờ khách hàng yêu

ngày*365 ngày =

8760 giờ )

- ASAI là thước đo

độ tin cậy của lưới điện

- Khách hàng và nhà cung cấp đều quan tâm đến chỉ tiêu này Bởi vì đối với khách hàng họ

sẽ nắm được phần trăm thời gian họ được phục vụ điện

là lớn hay bé để có thể từ đó lựa chọn nhà cung cấp tốt nhất Còn đối với nhà cung cấp dựa vào chỉ số này để biết hệ thống của mình hoạt động có tin cậy không và từ

đó có những biện pháp tăng cường độ

32

tin cậy

2.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

2.3.1 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia không phân đoạn

Sơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia

Lưới phân phối trên hình 2.1 a) là lưới phân phối hình tia không phân đoạn Đối với lưới phân phối này, hỏng hóc ở bất kỳ chỗ nào cũng gây mất điện toàn lưới phân phối Khi ngừng điện công tác cũng vậy, toàn lưới phân phối được xem như một phần tử

Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là:

100 0 SC

L



λ0 – cường độ hỏng hóc cho 100km; L – độ dài lưới phân phối

λND = λSC + λCT (2.8)

λCT – cường độ ngừng điện công tác

Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:

TSC-thời gian sửa chữa sự cố

Thời gian ngừng điện công tác là:

TNĐCT = λCT TCT (2.10)

TCT- thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác

Tổng thời gian ngừng điện là:

P

T P T

max

max max max

T P T

Điện năng mất do ngừng điện công tác là:

8760

. max maxCT

T P T

2.3.2 Độ tin cậy của lưới phân phối hình tia có phân đoạn

Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng thiết bị đóng cắt có thể là: dao cách ly hoặc máy cắt điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa

34

Trong trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó máy cắt đầu nguồn sẽ nhảy tạm thời cắt toàn bộ lưới phân phối Dao cách ly phân đoạn được cắt ra cô lập phần tử bị sự cố với nguồn Sau đó nguồn được đóng lại tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn nằm trước phân đoạn bị sự cố về phía nguồn

Như vậy, khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn

sự cố và các phân đoạn được cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau nó tính

từ nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa phân đoạn sự cố Còn phụ tải của các phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử sự cố

Trong trường hợp phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử bị sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần tử trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hưởng

Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn Do đó phân đoạn là một bài toán tối ưu, trong đó cần tìm số lượng, vị trí đặt và loại thiết bị phân đoạn

sử dụng sao cho có được hiệu quả kinh tế cao nhất

Để tính toán độ tin cậy của lưới phân phối phân đoạn, trước tiên cần đẳng trị các đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ có một phụ tải nhờ sử dụng các công thức tính (2.12) và (2.13) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới tính theo công thức (2.7) đến (2.11) Trên hình vẽ 2.1b là lưới phân phối phân đoạn gồm hai phân đoạn và trên hình vẽ 2.1c là lưới phân phối đẳng trị của nó Tính từ nguồn, đoạn lưới I đứng trước đoạn lưới II

Ta tính độ tin cậy của từng đoạn lưới:

Đoạn lưới I: Đoạn I có thể bị ngừng điện do bản thân nó bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trên đoạn lưới sau

- Đoạn I có cường độ ngừng điện là λ’1 và thời gian ngừng điện năm là T’1(nếu là ngừng điện sự cố hay ngừng điện công tác thì dùng các công thức tương ứng

- Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới II là λ’II và thời gian ngừng điện nằm là T’II

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

36

Các đoạn lưới phía sau chịu ảnh hưởng toàn phần của các đoạn lưới phía trước, còn các đoạn lưới phía trước chỉ chịu ảnh hưởng không toàn phần của các đoạn lưới phía sau Ảnh hưởng này phụ thuộc thiết bị phân đoạn

Trong tính toán trên bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết

bị phân đoạn không phải bảo dưỡng định kỳ

Sau khi tính được TI và TII thì điện năng mất sẽ tính theo (2.14) và (2.15)

2.4 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối

2.4.1 Đánh giá độ tin cậy bằng Phương pháp Monte Carlo

Đây là phương pháp mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như

1 quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt động của các phần tử và của hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các phương pháp đánh giá thống kê để phân tích rút ra các kết luận độ tin cậy của phần tử và hệ thống

Phương pháp này có thể áp dụng cho hệ thống phức tạp mà các phương pháp khác không áp dụng được Phương pháp Monte Carlo cho phép tính được ảnh hưởng của các hoạt động vận hành đến độ tin cậy của hệ thống vì vậy nó ngày càng

có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện Trong trường hợp các thông số độ tin cậy là bất định, tức là biến thiên trong 1 miền nào đó với hàm phân bố cho trước thì đây là phương pháp duy nhất để giải quyết bài toán Các bước thực hiện tính toán:

a Chuẩn bị

Máy phát thì được diễn tả bằng mô hình 2 trạng thái, cho biết cường độ hỏng hóc và cường độ phục hồi, từ đó tính được xác suất trạng thái tốt PT và xác suất trạng thái hỏng PH ( Thời gian làm việc theo phân phối mũ, còn thời gian phục hồi theo phân phối chuẩn) Ngoài ra còn cho biết giới hạn công suất phát max, min và chi phí sản xuất giờ

Máy biến áp dùng mô hình 2 trạng thái và các thông số tương ứng