Nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối và giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh hưng yên

Việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đ ánh giá đ ộ tin cậy của một lưới đ iện phân phối cụ thể dựa trên các số liệu thực tế vận hành là rất thiết thực, đ ể từ đ ó đ ưa ra các giải pháp

-

THÁI VĂN LUÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

SVTH: Thái Văn Luân

MỤC LỤC Trang bìa phụ

Lời cam đoan

Danh mục kí hiệu viết tắt

Danh mục hình vẽ và bảng biểu

Mở đầu .1

Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy của lưới điện phân phối 3

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 3

1.1.1 Định nghĩa và phân loại .3

1.1.2 Phần tử của lưới điện phân phối 4

1.1.3 Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối .5

1.1.4 Đặc điểm của lưới phân phối……… .7

1.2 Tổng quan về độ tin cậy 7

1.2.1 Các khái niệm về độ tin cậy 7

1.2.2 Độ tin cậy của hệ thống……… 8

1.2.3 Độ tin cậy của phần tử… 9

1.3 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy 18

1.3.1 Phương pháp đồ thị giải tích 18

1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái 20

1.3.3 Phương pháp cây hỏng hóc 20

1.3.4 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo 21

1.4 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối … 21

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối .24

Chương 2: Phương pháp phân tích-Tính toán và các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối… … … … … … 25

2.1 Phân bố chỉ số độ tin cậy 25

2.2 Các sơ đồ lưới điện dùng để tính toán độ tin cậy 26

2.2.1 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn 28

2.2.2 Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn 30

2.2.3 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở 34

SVTH: Thái Văn Luân

2.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân

phối 40

2.3.1 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 40

2.3.2 Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa 41

2.3.3 Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây 41

2.3.4 Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố 42

2.3.5 Đối với các TBA phân phối 42

Chương 3: Đặc điểm tự nhiên và hiện trạng lưới điện trung áp tỉnh Hưng Yên 43

3.1 Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội của tỉnh Hưng Yên 43

3.3.1 Đặc điểm tự nhiên 43

3.3.2 Hiện trạng kinh tế xã hội 43

3.3.3 Định hướng phát triển các ngành đến năm 2015 45

3.2 Hiện trạng nguồn và lưới điện trung áp tỉnh Hưng Yên 46

3.2.1 Nguồn nhận 46

3.2.2 Lưới điện trung áp……… ……… 48

3.3 Quản lý vận hành lưới điện … … 53

Chương 4:Tính toán độ tin cậy cung cấp điện lưới điện trung áp tỉnh Hưng Yên 54

4.1 Tổng quan về phần mềm pss-adep 54

4.1.1 Các chức năng cơ bản của phần mềm 54

4.1.2 Các cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT……… …….…54

4.1.3 Dữ liệu phục vụ tinh toán 57

4.2 Tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên 63

4.3 Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên… ….….65

4.3.1 Thiệt hại do mất điện……….……… 65

4.3.2 Đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên ………… 67

4.4 Phân tích độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên……… …… 68

4.4.1 Khái quát độ tin cậy lưới điện phân phối miền Bắc………… ……68

SVTH: Thái Văn Luân

4.4.2 Phân tích độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên…… ….…69

Chương 5: Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện Hưng Yên 72

5.1 Tính chọn phương án vận hành tối … 72

5.1.1 Phương pháp tìm điểm mở tối ưu các mạch vòng 72

5.1.2 Kết quả tính toán lưới điện 22kV thành phốHưng Yên……… … 72

5.2 Lắp đặt chống sét để nâng cao độ tin cậy………… …… 73

5.2.1 Lựa chọn vị trí lắp đặt chống sét van trên trạm biến áp…… … 73

5.2.2 Lắp đặt chống sét trên đường dây để nâng cao độ tin cậy……… 76

5.3 Tái cấu trúc lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên… 76

5.3.1 Chuyển toàn bộ lưới điện trung áp sang cấp điện áp 22kV… 76

5.3.2 Xây dựng các mạch vòng để cấp điện 2 nguồn……… 79

5.3.2 Lắp đặt thiết bị phân đoạn bằng máy cắt Recloser……….….81

5.3.4 Lắp đặt thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly……….82

Kết luận……….……… …… 85 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Lời cam đoan

Kính th-a các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và các bạn đọc!

Sau một thời gian dài tìm hiểu, nghiên cứu đ-ợc sự giúp đỡ của thầy giáo h-ớng dẫn trực tiếp và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, cùng với các bạn

đồng nghiệp tôi đã hoàn thành Luận văn nghiên cứu này Tôi cam đoan bản luận văn do tôi thực hiện Các số liệu thống kê, báo cáo, các tài liệu khoa học trong Luận văn đ-ợc sử dụng của các công trình khác đã nghiên cứu, đ-ợc chú thích đầy đủ, đúng quy định

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014

Tác giả luận văn

Thỏi Văn Luõn

SVTH: Thái Văn Luân

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t

DSM Demand Side Management (qu¶n lý nhu cÇu ®iÖn n¨ng)

PSS/ADEPT PhÇn mÒm tÝnh to¸n vµ ph©n tÝch l-íi ®iÖn

SVTH: Thái Văn Luân

Hình 1.1: Hàm tin cậy R(t) 10

Hình 1.2: Hàm cường độ hỏng hóc (t) .12

Hình 1.3: Mô hình và giản đồ chuyển trạng thái (LV-làm việc, H-hỏng) .13

Hình 1.4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử .17

Hình 1.5: Sơ đồ nối tiếp 19

Hình 1.6: Sơ đồ song song 19

Hình 1.7: Sơ đồ hỗn hợp 19

Hình 2.1 : Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn .28

Hình 2.3: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ bằng cầu chì 31

Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt .33

Hình 2.5: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở .34

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lưới điện song song 38

Hình 4.1.Mµn h×nh giao diÖn ch-¬ng tr×nh PSS/ADEPT 56

Hình 4.2 Thiết lập thông số mạng lưới 58

Hình 4.3 Hộp thoại network properties 59

Hình 4.4 Hộp thoại thuộc tính nút Source 60

Hình 4.5 Hộp thoại thuộc tính nút tải 60

Hình 4.6 Hộp thoại thuộc tính đoạn đường dây 61

H×nh 4.7 Hép tho¹i thuéc tÝnh m¸y biÕn ¸p 61

Hình 4.8 Hộp thoại thuộc tính nút tải điện năng 62

Hình 4.9 Hộp thoại thuộc tính thiết bị đóng cắt 62

Hình 4.10 Các chọn lựa cho các bài toán độ tin cậy cung cấp điện 63

Hình 5.1: Sơ đồ bố trí chống sét van phía trước cầu chì tự rơi 74

Hình 5.2: Sơ đồ bố trí chống sét van phía sau cầu chì tự rơi 75

SVTH: Thái Văn Luân

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm .7

Bảng 2.1: Xác suất xuất hiện số lần mất điện 26

Bảng 2.2 : Thông số của hệ thống .29

Bảng 2.3: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải .29

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.1 29

Bảng 2.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.2 31

Bảng 2.6: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.3 32

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.4 34

Bảng 2.8: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống Hình 2.5 trong trường hợp không hạn chế công suất chuyển tải .35

Bảng 2.9: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống Hình 2.5 trong trường hợp hạn chế công suất chuyển tải .36

Bảng 2.10: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ Hình 2.1 đến Hình 2.5 37

Bảng 2.11: Dữ liệu về độ tin cậy của hệ thống hình 2.6 40

Bảng 3.1: Tình trạng mang tải các trạm 220-110kV hiện có của tỉnh Hưng Yên 47

Bảng 3.2: Tình trạng mang tải các trạm biến áp trung gian 48

Bảng 3.3: Thông kê đường dây trung áp và hạ áp hiện trạng 49

Bảng 3.4: Tình trạng mang tải các đường dây trung áp sau trạm 110kV 50

Bảng 3.5: Tổng dung lượng bù lưới điện trung và hạ áp 52

Bảng 3.6: Khối lượng các trạm biến áp phân phối hiện có của tỉnh Hưng Yên .52

Bảng 4.1: Kết quả độ tin cậy cung cấp điện 65

Bảng 4.2 Quy định giá mất điện ở Australia 66

Bảng 4.3 Quy định giá mất điện ở Canada 66

Bảng 4.4: Phân loại sự cố vĩnh cửu năm 2011 của lưới điện Hưng Yên 70

Bảng 5.1: Kết quả tìm điểm mở tối ưu ở chế độ tải trung bình (Ptb) 73

Bảng 5.2: Kết quả tìm điểm mở tối ưu ở chế độ tải lớn nhất (Pmax) 73

Bảng 5.3: Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy khi không có nguồn 2 79

Bảng 5 4 : Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy khi có nguồn 2 80

Bảng 5.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy của tuyến 371 E28.7 khi chưa lắp và có lắp DCL

SVTT: Thái Văn Luân Page 1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây nền kinh tế của Việt Nam ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu sử dụng điện gia tăng rất lớn với yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao Luật điệ n lực và những Nghị định của Chính phủ đã ra đời quy định về hoạt đ ộng đ i ệ n lực và sử dụng điện, quy đ ịnh xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực đ iện lực Trong khi đ ó, hầu hết lưới đ iện phân phối của Việt Nam hiện nay có kết cấu đ ơn giản, đ ộ tin cậy thấp chưa đ áp ứng được yêu cầu cung cấp đ iện ngày càng cao của xã hội Đã có rất nhiều đ ề tài nghiên cứu về đ ộ tin cậy cung cấp đ iện, tuy nhiên những đ ề tài này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở lý thuyết mà chưa được áp dụng tính toán thực tế cho một lưới đ iện cụ thể Việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đ ánh giá đ ộ tin cậy của một lưới đ iện phân phối cụ thể dựa trên các số liệu thực tế vận hành là rất thiết thực, đ ể từ đ ó đ ưa ra các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về cung cấp điện

Từ những lý do đ ó, l u ậ n v ă n đã chọn đề tài "Nghiên cứu phương pháp tính

toán, đánh giá độ tin cậy và giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên”

- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:

+ Mục đích: Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối, áp dụng để tính toán và đánh giá độ tin cậy cho lưới điện

phân phối tỉnh Hưng Yên trên cơ sở các số liệu thống kê được từ thực tế vận hành

Phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối

nhằm đưa ra những giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Hưng

Yên

+ Đối tượng: Lưới điện phân phối trung áp

+ Phạm vi: Lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên

- Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:

Lý thuyết về độ tin cậy đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trên thế giới như cơ khí, máy tính, viễn thông, điện lực, các phương tiện vận

SVTT: Thái Văn Luân Page 2

thống điện lý thuyết độ tin cậy đã đóng một vai trò rất quan trọng trong việc quy hoạch, xây dựng và vận hành Việc nghiên cứu phương pháp tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối là rất cần thiết để từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội

Nội dung của đề tài là nghiên cứu phương pháp tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối và áp dụng vào tính toán chọn lọc một số xuất tuyến của lưới điện phân phối

tỉnh Hưng Yên Từ kết quả tính toán, sẽ đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối tỉnh Hưng Yên so với các tỉnh khác trong khu vực miền Bắc và các chỉ tiêu về độ tin

cậy từ đó đi sâu phân tích những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối Đưa ra những giải pháp cụ thể nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân

phối tỉnh Hưng Yên và áp dụng cho lưới điện phân phối nói chung

Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè Tác giả vô cùng biết ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của Phó giáo sư Tiến sĩ Đặng Quốc Thống trong thời gian làm luận văn

Tác giả xin chân thành cám ơn Bộ môn Hệ thống điện, Viện điện, Viện đào tạo Sau đại học và các thầy cô của trường đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp

đỡ, tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo điện lực Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi,

cung cấp các thông tin, tư liệu cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này

SVTT: Thái Văn Luân Page 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI Đ I Ệ N PHÂN PHỐI

1.1 Tổng quan về lưới phân phối

1.1.1 Định nghĩa và phân loại

Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng 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 gồm lưới trung áp và lưới hạ áp Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V

Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành phố, lưới phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên không và lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng: Gồm có lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn; Lưới phân phối kín vận hành hở và hệ thống phân phối điện

Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối trên 3 lĩnh vực đó là sự phục vụ đối với khách hàng, ảnh hưởng tới môi trường và hiệu quả kinh tế đối với các đơn vị cung cấp điện

Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:

- Chất lượng điện áp

- Độ tin cậy cung cấp điện

SVTT: Thái Văn Luân Page 4

- 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

1.1.2 Phần tử của lưới điện phân phối

Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm:

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

- Thiết bị dẫn điện: đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện)

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, 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,

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 5

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 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

1.1.3 Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối bao gồm các phần tử tạo thành lưới điện phân phối, sơ

đồ lưới điện phân phối và hệ thống điều khiển lưới điện phân phối

- Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm:

+ Cấu trúc tổng thể: Gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa

+ Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể đủ đáp ứng nhu cầu trong một chế độ vận hành nhất định Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện

Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự

cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn

SVTT: Thái Văn Luân Page 6

mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi

+ Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ

đồ vận hành Ở cấu trúc này khi bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện Đó là lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

+ Cấu trúc động không hoàn toàn: đ â y l à lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở Trong cấu trúc này có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là cắt điện để thao tác

+ Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện

Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ

- Theo quy hoạch cấu trúc lưới điện phân phối có thể chia thành:

+ Cấu trúc phát triển: đ ó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn tăng trưởng theo thời gian và trong không gian Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ

đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương lai

+ Cấu trúc bão hoà: đ ó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian

Đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã được tính toán tối ưu Khi lưới phân phối bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối cùng của trạng thái bão hoà Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà

SVTT: Thái Văn Luân Page 7

1.1.4 Đặc điểm của lưới điện 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 Thời gian ngừng cấp điện cho phụ tải trong một năm do các nguyên nhân khác nhau được thống kê như sau:

Bảng 1.1: Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm

- 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

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 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

SVTT: Thái Văn Luân Page 8

Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong một thời gian nhất định và trong một hoàn cảnh nhất định

Mức đo độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử

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

1.2.2 Độ tin cậy của hệ thống

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,

- Do hư hỏng các phần tử của hệ thống điện

- Do hoạt động của hệ thống:

+ Do trạng thái của hệ thống: độ ổn định, tần số, điện áp, quá tải,

+ Do nhân viên vận hành hệ thống điện

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 9

Khi xảy ra sự cố hệ thống sẽ gây mất điện trên diện rộng, một số sự cố nguy hiểm và lan rộng do lụt, bão, khi đó các đơn vị điện lực không đủ người, phương tiện, máy móc, thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp

1.2.3 Độ tin cậy của phần tử

Độ tin cậy của phần tử có ý nghĩa quyết định độ tin cậy của hệ thống Các khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống Do đó nghiên cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết

1.2.3.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến lần 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

P (T >t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 đến thời điểm t bất kỳ;

t là biến số Đó cũng là xác suất để phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t

t t

SVTT: Thái Văn Luân Page 10

Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng cơ bản của mỗi đại lượng ngẫu nhiên Bây giờ ta xét các đại lượng cơ bản khác đặc trưng 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

Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với t đủ nhỏ thì chính là xác

)(1)(

)()(

t f

t f t

R

t f t

T

T T







SVTT: Thái Văn Luân Page 11

Công thức (1.6) cho quan hệ giữa các đại lượng: Hàm phân bố, hàm mật độ,

độ tin cậy và cường độ hỏng hóc

Nếu lấy logarit của R(t) rồi đạo hàm theo t, sẽ được:

Công thức (1.7) 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 được xác định nhờ thống kê quá trình hỏng trong quá khứ của phần tử

Trong hệ thống điện thường sử dụng điều kiện đầu:

Do đó:

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình:

SVTT: Thái Văn Luân Page 12

Công thức (1.9) cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ

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

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

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

Đối với các phần tử phục hồi như hệ thống điện, các phần tử này có các bộ

biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một

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

1.2.3.2 Phần tử phục hồi

a Sửa chữa sự cố lý tưởng, có thời gian phục hồi = 0

Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần

tử mới (ví dụ như máy biến áp) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái

SVTT: Thái Văn Luân Page 13

tốt Đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:

Thông số của dòng hỏng hóc (t) :

P t

0

tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng nó được phục hồi tức thời

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

Phần tử chịu một quá trình ngẫu nhiên hai trạng thái: Trạng thái làm việc

và trạng thái hỏng (Hình 1.3)

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 14

Ta cũng giả thiết rằng sau khi sửa chữa sự cố, phần tử được phục hồi như mới Ở đây cần hai hàm phân bố xác suất: Hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng

Đó là sự khác nhau cơ bản giữa phần tử không phục hồi và phần tử phục hồi (đối với phần tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là đủ) Để đánh giá về lượng độ tin cậy của phần tử phục hồi cần có hai đại lượng Các đại lượng

và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:

- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc tại thời điểm t (ở mỗi thời điểm phần

tử có thể ở một trong hai trạng thái: Làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là xác suất trạng

- Thông số dòng hỏng hóc:

P t

).

( ] ) ( [

).

( ]

) ( [

]}

) ( [ ] ) ( {[

).

(

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 15

LV T

T T

T A

A 1

chuẩn, song giả thiết trên giúp ta có thể áp dụng mô hình Markov, hơn nữa theo kinh nghiệm kết quả tính toán là chấp nhận được), ta có:

1



là cường độ chuyển trạng thái, sẽ tính được xác suất của trạng thái làm việc

SVTT: Thái Văn Luân Page 16

hóc hoặc phục hồi làm phần tử chuyển trạng thái

( )

Q

LV

T >> ,  ) (1.12b) Khi đó:

LV LV

lần hỏng kế tiếp Công thức (1.13) cho mối quan hệ giữa thông số dòng hỏng hóc

Đối với phần tử phục hồi thường thống kê được:



1



LV T



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

SVTT: Thái Văn Luân Page 17

thời gian làm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa

sự cố

Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng định kỳ

ĐK

thì có thể áp dụng mô hình trên (Hình 1.4) Trong đó có ba trạng thái:

Hình 1.4: Mối liên hệ giữa các trạng thái của phần tử

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

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 18

DK DK

DK

DK T

ĐK

ĐK ĐK

DK

DK H

DK DK DK DK

DK

DK DK

Các biểu thức (1.14) và (1.15) cho phép tính được xác suất của trạng thái

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởng

SVTT: Thái Văn Luân Page 19

của hư hỏng phần tử đến hư hỏng hệ thống Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút (nguồn, tải, trung gian) và các nhánh Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối nút nguồn và nút tải của sơ đồ Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất một đường nối từ nút nguồn đến nút tải Khi nút nguồn và nút tải bị tách rời do hỏng các phần tử thì hệ thống ở trạng thái hỏng Các dạng sơ đồ độ tin cậy như sau:

SVTT: Thái Văn Luân Page 20

- Sơ đồ nối tiếp (Hình 1.5): Hệ thống hỏng khi có một phần tử hỏng

- Sơ đồ song song (Hình 1.6): Hệ thống hỏng khi tất cả các phần tử hỏng

- Sơ đồ hổn hợp (Hình 1.7): Hệ thống thể hỏng khi một số phần tử

hỏng

Trên cơ sở phân tích sơ đồ độ tin cậy và các tính toán giải tích ta tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống

1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái

Trong phương pháp này hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và các khả năng chuyển giữa các trạng thái đó

Trạng thái hệ thống được xác định bởi tổ hợp các trạng thái phần tử Mỗi tổ hợp trạng thái phần tử cho một trạng thái hệ thống Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau, chẳng hạn tốt, hỏng hay bảo dưỡng định kỳ Sự thay đổi trạng thái của phần tử sẽ dẫn đến thay đổi trạng thái của hệ thống Nếu phần tử có 2 trạng

một trong các trạng thái có thể của không gian trạng thái, nên tổng các xác suất trạng thái bằng 1

Phương pháp không gian trạng thái có thể sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ đó tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

1.3.3 Phương pháp cây hỏng hóc

Phương pháp cây hỏng hóc được mô tả bằng đồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên cơ sở hàm đại số Boole Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản của các phần tử Cây hỏng hóc mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử và từng mãng của hệ thống, giữa các hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc hệ thống Phương pháp cây hỏng hóc là phương pháp rất hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của các hệ thống phức tạp, có thể áp dụng cho hệ thống điện

SVTT: Thái Văn Luân Page 21

1.3.4 Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo

Phương pháp Monte - Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống như một 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 về độ tin cậy của phần tử và hệ thống

Mỗi phương pháp đều có ưu thế riêng cho từng loại bài toán Phương pháp Monte-Carlo được sử dụng chủ yếu cho giải tích độ tin cậy của hệ thống điện Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với độ tin cậy của các nhà máy điện Các bài toán về

độ tin cậy của nguồn điện thường sử dụng phương pháp không gian trạng thái Bài toán độ tin cậy của lưới điện sử dụng phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị - giải tích rất có hiệu quả Ở đây chúng ta sử dụng phương pháp

đồ thị - giải tích cho việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối

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

Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái

thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình T của phụ tải

Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin cậy của hệ thống Chẳng hạn các chỉ tiêu trên được đánh giá không thể hiện được tương ứng với 1 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay10MW Đ ể đánh giá được một cách toàn diện về

sự mất điện của hệ thống, người ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau:

1.4.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống, SAIFI (System average

interruption frequency index):

SVTT: Thái Văn Luân Page 22

Ở đây

i

tiêu này xác định số lần mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm

1.4.2 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng, CAIFI

(Customer average interruption frequency index):

Tổng số lần mất điện của khách hàng CAIFI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

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

1.4.3 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống, SAIDI (System average

interruption duration index):

của nút phụ tải thứ i Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm

1.4.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng, CAIDI (Customer

average interruption duration index):

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

SVTT: Thái Văn Luân Page 23

1.4.5 Tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng, CTAIDI

(Customer total average interruption duration index):

1.4.6 Độ sẳn sàng (không sẳn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI)

(Average service availability (unavailability) index):

Số giờ khách hàng được cung cấp điện ASAI =

1.4.7 Năng lượng không được cung cấp, ENS (Energy not suppliedindex): ENS

= Tổng số điện năng không được cung cấp bởi hệ thống

= ∑Pi Ti

Ở đây Pi là tải trung bình được nối vào nút tải thứ i Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất đối với hệ hống trong một năm

1.4.8 Điện năng trung bình không được cung cấp, AENS hay mất điện hệ

thống trung bình (Average Energy not supplied index):

Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm

SVTT: Thái Văn Luân Page 24

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

curtailment index):

Tổng số điện năng không cung cấp được ACCI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng bị ảnh hưởng trong một năm

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối

- Độ tin cậy của các phần tử tạo nên lưới điện:

+ Chất lượng của thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hỏng hóc của lưới phân phối, thời gian phục hồi

+ Sửa chữa, duy tu bảo dưỡng, trung đại tu thiết bị trong vận hành

+ Ngừng điện để thao tác đóng cắt, cải tạo, phát triển lưới điện

- Cấu trúc lưới điện: Sơ đồ cấu trúc lưới điện có ý nghĩa rất lớn đối với độ tin cậy của lưới điện, ảnh hưởng đến khả năng thay đổi sơ đồ kết dây và dự phòng

+ Sự ghép nối giữa các phần tử trong lưới điện, hình dáng lưới điện

+ Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay)

- Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành:

+ Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố

+ Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ

+ Dự trữ thiết bị, dự trữ nguồn

+ Cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành

+ Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị

- Ảnh hưởng môi trường:

+ Phụ tải điện

+ Yếu tố thời tiết, khí hậu, nhiệt độ và độ ô nhiểm của môi trường

- Yếu tố con người: Trình độ của nhân viên quản lý vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự động hoá vận hành

SVTT: Thái Văn Luân Page 25

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH - TÍNH TOÁN

VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO

ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Phân bố chỉ số độ tin cậy

Các chỉ số về độ tin cậy nêu ở chương 1 là những giá trị trung bình Vì sự cố

và quá trình phục hồi mang tính ngẫu nhiên, nên những chỉ số này đối với năm bất

kỳ sẽ sai lệch xung quanh các giá trị trung bình này Sự sai lệch được thể hiện bằng các phân phối xác suất và điều này có ích cho việc đánh giá hệ thống hiện tại và tiến

trình nâng cấp trong tương lai

dạng phân bố theo hàm mũ Cường độ mất điện của lưới điện hình tia chỉ phụ thuộc

vào cường độ mất điện của các thành phần lưới điện, không phụ thuộc vào thời gian khôi phục Do vậy thời gian khôi phục không ảnh hưởng phân bố cường độ mất điện

Trong điều kiện này, cường độ mất điện của nút tải đối với hệ thống hình tia tuân

theo phân bố Poisson,đó là xác suất xuất hiện n lần mất điện trong khoảng thời gian t:

(  t)n.e-t

n!

Biểu thức trên có thể dùng để đánh giá xác suất của bất kỳ số sự cố trong

độ mất điện trung bình của các nút tải A, B, C là 1; 1.2; 1.4 thì xác suất mất điện xuất hiện 0, 1, 2, 3, 4, 5 lần trong một năm tại các nút tải sẽ như Bảng 2.1

SVTT: Thái Văn Luân Page 26

Bảng 2.1: Xác suất xuất hiện số lần mất điện

2.2 Các sơ đồ lưới điện để tính toán độ tin cậy

Nhiều hệ thống phân phối được thiết kế và xây dựng theo dạng hình tia Một số

hệ thống khác được xây dựng mạch vòng nhưng vận hành hở như mạng hình tia Mục đích của những điểm thường mở là giảm đi sự mất điện của hệ thống, khi hệ thống bị sự cố hay trong quá trình bảo dưỡng, điểm thường mở này có thể được đóng và điểm khác được mở để giảm tối thiểu tải tổng bị mất điện

SVTT: Thái Văn Luân Page 27

Thực tế ở Việt Nam lưới điện phân phối hầu hết có dạng hình tia, trên trục chính

và các nhánh rẽ có thể có hoặc không có các thiết bị đóng cắt Một trong những nhiệm

vụ quan trọng của các thiết bị này là phân đoạn lưới điện nhằm hạn chế số lần và thời gian mất điện khi lưới điện bị sự cố hoặc sửa chữa Các thiết bị phân đoạn thường được sử dụng trên lưới điện gồm các loại chính sau:

- Máy cắt điện: Là một thiết bị dùng trong mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải và cắt dòng điện ngắn mạch, có thể tự động đóng cắt hoặc điều khiển từ xa Khi mạng điện có sự cố máy cắt phân đoạn sẽ tự động tách đoạn bị sự cố

ra khỏi mạng điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các hộ phụ tải ở các đoạn đường dây không bị sự cố Đây là loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, nhưng giá thành cao nên máy cắt chỉ được dùng ở những nơi quan trọng

- Dao cách ly (DCL): Là loại thiết bị có nhiệm vụ tạo ra một khoảng cách trông thấy giữa bộ phận mang điện và bộ phận không mang điện nhằm đảm bảo an toàn khi công tác trên lưới điện Dao cách ly chỉ dùng để đóng, cắt khi không có dòng điện Khi có sự cố trên đoạn đường dây, dao cách ly phân đoạn sẽ tách đoạn đường dây này ra khỏi mạng điện chính, đảm bảo cho các hộ phụ tải khác không bị ảnh hưởng và giúp cho việc xác định sự cố được tiến hành dễ dàng, sau khi sự cố được khắc phục đoạn đường dây bị sự cố được đóng trở lại vào mạng điện Cơ cấu phân đoạn này cũng được sử dụng để cắt điện khi sửa chữa định kỳ và kiểm tra thiết

bị

- Cầu chì: Là một khí cụ điện dùng để bảo vệ khi có ngắn mạch trên lưới điện Cầu chì là loại khí cụ bảo vệ đơn giản, rẻ tiền, nhưng độ nhạy kém Nó chỉ tác động khi dòng điện lớn hơn định mức nhiều lần, chủ yếu là khi xuất hiện dòng điện ngắn mạch

Trong tính toán độ tin cậy, lưới điện hình tia gồm các phần tử mắc nối tiếp trên cùng một đoạn lưới liền nhau, nên các chỉ số trung bình cơ bản về độ tin cậy của hệ thống được tính như sau:

SVTT: Thái Văn Luân Page 28

/ ) (

/

) 3 2 (

) 2 2 (

s s s

i s

i s

t T

t

t T

của hệ thống trong một năm (lần/năm)

và của hệ thống cho một lần mất điện (giờ/lần)

2.2.1 Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn

Xét sơ đồ lưới điện như Hình 2.1, các sự cố xảy ra trên mỗi đoạn 1,2,3,4 hoặc trên các nhánh rẽ a, b, c, d đều làm máy cắt đầu nguồn tác động và toàn

hệ thống sẽ bị mất điện sau khi sự cố được khắc phục máy cắt sẽ được đóng lại để phục hồi việc cấp điện Trên cơ sở các số liệu về suất sự cố trung bình và thời gian mất điện trung bình ta tính được các chỉ tiêu về độ tin cậy cho các nút tải A, B, C, D và sẽ

SVTT: Thái Văn Luân Page 29

Trong thực tế cho thấy rằng sự mất điện trên đường dây có tỷ lệ tương ứng với chiều dài của nó Giả sử cho suất sự cố bình quân trên các đoạn tuyến trục chính là

0

chiều dài đường dây, số lượng khách hàng và tải bình quân cho ở Bảng 2.2 và Bảng 2.3, ta sẽ được kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút phụ tải cho ở Bảng 2.4

SVTT: Thái Văn Luân Page 30

Khi đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống trên là:

2.2.2 Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn

2.2.2.1 Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì

Hình 2.2: Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì

Thực tế đối với lưới điện phân phối hiện nay tại đầu mỗi nhánh rẽ thường được lắp đặt các cầu chì tự rơi như trong Hình 2.2 Khi ngắn mạch xảy

ra trên các nhánh rẽ thì cầu chì sẽ tác động, nhánh rẽ bị sự cố được tách ra, không làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác Do đó các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống sẽ được thay đổi Trong trường hợp này các chỉ tiêu về độ tin cậy sẽ được cải thiện cho tất cả các nút tải, mặc dù việc cải thiện này là khác nhau cho mỗi nhánh Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải cho ở Bảng 2.5

Các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống sẽ là:

ang.năm

SVTT: Thái Văn Luân Page 31

Bảng 2.5: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 2.2

ly đoạn sự cố, máy cắt được đóng lại để cấp điện cho các phụ tải trước đoạn bị sự

cố Trong trường hợp này những chỉ tiêu độ tin cậy của các nút tải A, B, C được cải thiện Mức độ cải thiện sẽ lớn hơn đối với những điểm gần nguồn và ít hơn nếu xa nguồn, chỉ tiêu tại nút D không thay đổi