Tính toán và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

Vì vậy việc tính toán và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh là vô cùng cấp thiết..  Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ THÀNH TÍN

TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ TỊNH MINH

TS PHAN ĐÌNH CHUNG

Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH

Phản biện 2: GS TS NGUYỄN HỒNG ANH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học

Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 6 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

-Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

và liên tục Các khách hàng sử dụng điện, nhất là các khách hàng đầu

tư nước ngoài ngày càng đòi hỏi cao hơn về chất lượng điện năng và

độ tin cậy cung cấp điện

Để đáp ứng theo chỉ tiêu đề ra, Điện lực Sơn Tịnh đã thực hiện được chỉ tiêu độ tin cậy từ năm 2013-2017 như bảng 0.2 Từ bảng số liệu này, ta thấy hiện nay độ tin cậy của lưới điện thuộc Điện lực Sơn Tịnh còn thấp

Bảng 0.2 tổng hợp thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy – Điện lực

2 Tịnh thực hiện theo Bảng 0.3; Điện lực Sơn Tịnh phải có các giải pháp mang tính thực thi để đạt được các chỉ tiêu này

Vì vậy việc tính toán và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh là vô cùng cấp thiết

Bảng 0.3: Chỉ tiêu thực hiện độ tin cậy – Điện lực Sơn Tịnh – Năm

2 Mục tiêu nghiên cứu:

 Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

 Đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh (theo kết quả tính toán)

 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phốiĐiện lực Sơn Tịnh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

 Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Độ tin cậy của lưới điện phân phối

 Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Độ tin cậy sự cố của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

4 Phương pháp nghiên cứu:

 Xây dựng sơ đồ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

 Thống kê và tính toán các phần tử lưới điện bị sự cố

 Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy sự cố

3

 Đánh giá kết quả tính toán độ tin cậy sự cố tính toán so với kết quả thực hiện và mục tiêu thực hiện ĐTC đến năm 2020 của Điện lực Sơn Tịnh

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Trước những yêu cầu ngày càng cao về cung cấp điện đảm bảo chất lượng, an toàn và liên tục, việc tính toán độ tin cậy cung cấp điện và xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh là yêu cầu rất cần thiết đối với thực tế hiện nay

- Từ kết quả tính toán của đề tài, đánh giá được độ tin cậy sự

cố cung cấp điện của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh nhằm

định lượng được tính liên tục cung cấp điện, từ đó đề xuất những

giải pháp hợp lý nhất về mặt kinh tế, kỹ thuật, cũng như quản lý vận hành; đảm bảo độ tin cậy của lưới điện ngày càng được nâng cao, đáp ứng nhu cầu phát triển chung của xã hội

6 Dàn ý nội dung chính:

Phần mở đầu

- Lý do chọn đề tài:

- Mục tiêu nghiên cứu:

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu:

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

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

Điện lực Sơn Tịnh

Chương 2: Các phương pháp tính toán độ tin cậy trong hệ

thống điện

4

Chương 3: Tính toán, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng

Chương 4: Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện

phân phối Điện lực Sơn Tịnh

Kết luận và kiến nghị

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC SƠN TỊNH

1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên xã hội

Lưới điện phân phối thuộc Điện lực Sơn Tịnh được trải dài ở nhiều khu vực gồm: 11 xã thuộc huyện Sơn Tịnh; 01 phường và 09

xã thuộc thành phố Quảng Ngãi; 03 xã miền núi Trà Bùi, Trà Tân thuộc huyện Trà Bồng; xã Sơn Nham thuộc huyện Sơn Hà; trong đó

có 03 khu phụ tải tập trung gồm Khu Công nghiệp (KCN) Tịnh Phong, KCN VSIP Quảng Ngãi và Cụm Công nghiệp - Làng nghề (CCN-LN) Tịnh Ấn Tây

1.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh:

- Lưới điện của Điện lực Sơn Tịnh là lưới điện phân phối mạng kín, vận hành hở

- Quy mô lưới điện:

+ Đường dây trung áp: 413 km, gồm 08xuất tuyến 22KV được cấp điện qua 01 TBA 110kV Tịnh Phong (E17.2)

+ Trạm biến áp phân phối: 423 trạm biến áp với tổng dung lượng 119,512MVA

+ Đường dây hạ áp: 152 km

+ Sản lượng điện thương phẩm của Điện lực Sơn Tịnh năm

2017 là 205,17 triệu kWh, chiếm 20,27% tổng sản lượng toàn Công

ty Điện lực Quảng Ngãi (1012 triệu kWh) Tổng số khách hàng của Điện lực Sơn Tịnh là 54.837 khách hàng (trong đó có 24.113 khách

5 hàng của Điện lực ST, còn lại là khách hàng của Công ty Cổ phần Điện và Môi trường Sơn Tịnh)

- Các vị trí liên lạc (LL) giữa các xuất tuyến (XT): Gồm 14

LL

- Các vị trí phân đoạn (PĐ) xuất tuyến: Gồm 14 PĐ

+ XT 470/E17.2: 04 phân đoạn

+ XT 474/E17.2: 05 phân đoạn

+ XT 475/E17.2: 02 phân đoạn

+ XT 476/E17.2: 01 phân đoạn

+ XT 478/E17.2: 02 phân đoạn

1.2 Thực trạng về các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

1.2.1 Tổng hợp sự cố và độ tin cậy thực tế trong từ năm 2013 đến

2017 của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh

1.2.2 Thiệt hại kinh tế do ảnh hưởng của độ tin cậy hiện trạng

Thiệt hại ngừng cấp điện phải được xác định đầy đủ bao gồm: Thiệt hại từ Công ty Điện lực và thiệt hại của khách hàng dùng điện

- Thiệt hại với các Công ty Điện lực: Các thiệt hại bao gồm: Giảm lợi nhuận tương ứng với phần điện năng bị giảm do khách hàng bị ngừng cấp điện, tăng chi phí do phải sửa chữa các hư hỏng lưới điện Ngoài ra còn các thiệt hại không tính toán được bao gồm:

Sự không hài lòng của khách hàng, ảnh hưởng bất lợi đến kinh doanh

và gây dư luận xã hội không tốt về ngành Điện

- Thiệt hại với khách hàng:

+ Với khách hàng là các doanh nghiệp sản xuất, các cơ sở kinh doanh dịch vụ có thể tính toán bao gồm: Thiệt hại do dây chuyền sản xuất bị ngừng làm việc; một số thiết bị có thể hư hỏng; sản phẩm bị thiếu hụt, hư hại do ngừng điện; chi phí sản xuất tăng cao do phải trả lương cho công nhân trong thời gian mất điện, do

6 thiết bị sản xuất bị hư hại, chi phí bảo dưỡng tăng thêm.v.v

+ Với khách hàng sinh hoạt, các cơ quan chính quyền, bệnh viện, trường học, giao thông công cộng v.v : Những thiệt hại khó tính toán được như sinh hoạt bị đảo lộn; các hoạt động của cơ quan

bị đình trệ; cản trở các hoạt động chính trị, văn hoá, xã hội đang diễn ra; gián đoạn các hoạt động dịch vụ, vui chơi giải trí Một số trường hợp ngừng điện có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như: Mất trật tự xã hội, tai nạn giao thông v.v

Một số nước qui định mức đền bù thiệt hại cho khách hàng

bị mất điện hay giá mất điện cho từng loại phụ tải, giá mất điện do sự

cố, giá mất điện theo kế hoạch v.v

1.2.3 Độ tin cậy của một số nước trên thế giới:

- Philippin [Công ty Truyền tải quốc gia - The National Transmission Corporation (TransCo)]:

Bảng 1.7: Độ tin cậy cung cấp điện tại Philippin

Năm SAIFI (lần/KH.năm) SAIDI (giờ/KH.năm)

- Úc [Độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện cho khách hàng tại New South Wale của Cục Điều tiết và Giá cả New South Wale - Independent Pricing and Regulatory Tribunal (IPART)]:

Bảng 1.8: Độ tin cậy cung cấp điện tại Úc

Năm SAIFI (lần/KH.năm) SAIDI (phút/KH.năm)

2002 2003 2004 2002 2003 2004 Trung tâm thành phố 0,16 0,17 0,1 48 106 10

Nông thôn 3,73 4,06 3,16 423 568 507

7

- Bang Indiana, Mỹ [Báo cáo độ tin cậy năm 2002 đến năm

2009 của Indiana Utility Regulator Commission]:

Bảng 1.9: Độ tin cậy cung cấp điện tại Bang Indiana, Mỹ

Năm 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 SAIFI

(lần/KH.năm) 1,15 1,45 1,24 1,24 1,4 1,06 1,11 0,88 SAIDI

(phút/KH.năm) 196 350 238 238 317 180 199 140 CAIDI

Nhìn chung các chỉ tiêu độ tin cậy trên lưới điện Điện lực Sơn Tịnh có xu hướng giảm dần theo từng năm, việc giảm này là do hàng năm chú trọng áp dụng các giải pháp nâng cao độ tin cậy, tuy nhiên các chỉ tiêu độ tin cậy vẫn còn cao so với mục tiêu đặt ra đến năm

2020 và các giải pháp nâng cao độ tin cậy đã áp dụng rất nhiều và

tốn kém, vì vậy cần thiết phải có các giải pháp hữu hiệu hơn để nâng cao độ tin cậy trong thời gian đến, cần tối ưu hóa trong quản lý vận hành, giảm thời gian cắt điện và khu vực cắt điện để công tác là yêu

cầu cần thiết của việc nâng cao ĐTC CCĐ

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy trên lưới điện:

8

a) Yếu tố khách quan:

b) Yếu tố chủ quan:

1.3 Các giải pháp đã áp dụng để nâng cao độ tin cậy:

1.3.1 Đối với đường dây trung áp:

1.3.2 Đối với các TBA phụ tải:

1.3.3 Đối với các thiết bị đóng cắt (TBĐC), cụm bù trung áp, tủ bù

hạ áp:

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Khái niệm về độ tin cậy (ĐTC):

2.1.1 Độ tin cậy của các phần tử:

2.1.1.1 Phần tử không phục hồi:

2.1.1.2 Phần tử phục hồi

2.1.1.3 Độ tin cậy của phần tử phục hồi trong một số trường hợp:

a) Sửa chữa sự cố:

b) Sửa chữa sự cố, và sữa chữa định kỳ:

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE 1366:

Các chỉ tiêu được sử dụng phổ biến nhất là SAIFI, SAIDI,

MAIFI.Đây cũng chính là các chỉ tiêu để tính toán độ tin cậy cho

lưới phân phối ở luận văn này

+ Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình hệ thống (SAIFI: System Average Interruption Frequency Index):

SAIFI cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp điện vĩnh cửu bao nhiêu lần trong thời kỳ báo cáo (thường là trong một

9 năm)

SAIFI = Tổng số lần mất điện khách hàng của hệ thống

Tổng số khách hàng của hệ thống Công thức tính toán:

∑

+ Chỉ tiêu thời gian ngừng cấp điện trung bình hệ thống

(SAIDI: System Average Interruption Duration Index):

SAIDI cho biết trung bình một khách hàng bị ngừng cấp

điện vĩnh cửu bao nhiêu giờ trong thời kỳ báo cáo (thưòng là trong

một năm)

SAIDI = Tổng số giờ mất điện khách hàng của hệ thống

Tổng số khách hàng của hệ thống Công thức tính toán:

∑

+ Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình thoáng qua

(MAIFI: Momentary Average Interruption Frequency Index):

MAIFI = Tổng số khách hàng ngừng điện thoáng qua

Tổng số khách hàng của hệ thống Công thức tính toán:

∑

- Phương pháp cấu trúc nối tiếp - song song

- Phương pháp không gian trạng thái

- Phương pháp cây hỏng hóc

- Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo

11

Chương 3: TÍNH TOÁN, ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC SƠN TỊNH HIỆN TRẠNG 3.1 Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng:

3.1.1 Thu thập số liệu các phần tử trên lưới điện:

3.1.2 Tính toán xác suất hỏng hóc và thời gian sửa chữa do sự cố bằng excel:

Để tính toán sác xuất hỏng hóc các phần tử trên lưới điện, ta lấy số liệu sự cố và số lượng các phần tử trên trên lưới điện toàn tỉnh Quảng Ngãi từ năm 2012 đến năm 2017 (6 năm) để tính toán

Bảng 3.4: Số lượng từng phần tử trên lưới điện tỉnh Quảng Ngãi

 Cường độ hỏng hóc vĩnh cữu được tính toán như sau:

Trong đó:

Avc: Tổng số lần sự cố vĩnh cữu trong thời gian thu thập B: Tổng số thiết bị hiện có trên lưới điện

12 N: Số năm thu thập

 Cường độ hỏng hóc thoáng qua được tính toán như sau:

Trong đó:

Atq: Tổng số lần sự cố thoáng qua trong thời gian thu thập B: Tổng số thiết bị hiện có trên lưới điện

TSC: Tổng thời gian sửa chữa sự cố vĩnh cữu

Avc: Tổng số lần sự cố vĩnh cữu trong thời gian thu thập

 Căn cứ vào số liệu thống kê trên ta tính toán được như sau:

Bảng 3.5: Kết quả tính toán xác suất hỏng hóc và thời gian sửa chữa

do sự cố

Tên thiết bị

Cường độ hỏng hóc vĩnh cữu (λvc)

Cường độ hỏng hóc thoáng qua (λtq)

Thời gian sửa chữa (r)

13

3.1.3.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEP:

3.1.3.2 Phương pháp tính toán độ tin cậy bằng phần mềm PSS/ADEP:

Giới thiệu phương pháp tính toán:

Qua các số liệu được thu thập, tính toán cho lưới điện khu vực Điện lực Sơn Tịnh và Module DRA của phần mềm PSS/ADEPT chưa hổ trợ đầy đủ cho việc tính toán độ tin cậy trên lưới điện nêu ở trên, luận văn thực hiện việc tính toán độ tin cậy theo các bước sau:

1 Tính toán độ tin cậy lưới điện do sự cố bằng Module DRA phần mềm PSS/ADEPT:

 Xây dựng sơ đồ nguyên lý lưới điện trên phần mềm PSS/ADEPT

 Nhập các thông số cường độ hỏng hóc vĩnh cữu ( vc), cường độ hỏng hóc thoáng qua( tq), thời gian sửa chữa(r) cho các thiết bị

 Chạy Module DRA cho các phương án (trừ mạch vòng)

3.1.3.3 Tính toán độ tin cậy sự cố của lưới điện phân phối Điện lực

Sơn Tịnh hiện trạng:

Để tính toán độ tin cậy sự cố của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng, tác giả sử dụng Module DRA của phần mềm PSS/ADEPT cho từng xuất tuyến của lưới điện Điện lực Sơn Tịnh Kết quả tính toán về chỉ số độ tin cậy (SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI) được thể hiện chi tiết trên giao diện Module DRA của phần mềm PSSE/ADEPT Các chỉ tiêu này được tổng hợp như bảng 3.6

14

Bảng 3.6: Kết quả các chỉ tiêu độ tin cậy sự cố của lưới điện phân

phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng

TT Xuất tuyến Số KH SAIFI (lần) SAIDI (h)

Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy sự cố của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng có khác với số liệu thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy sự cố của Điện lực Sơn Tịnh là do:

15

- Trong những năm 2012 – 2017, do chương trình Quản lý lưới điện (OMS) mới đưa vào vận hành nên các số liệu ĐTC CCĐ còn chưa được giám sát kỹ, còn nhiều sai lệch Tuy nhiên từ năm

2018 đến nay, theo chỉ đạo của EVNCPC các dữ liệu đã được cập nhật đầy đủ, qua đó đánh giá chính xác được các chỉ tiêu ĐTC CCĐ

- Các thông số đầu vào để tính xác suất hỏng hóc, luận văn

sử dụng số liệu sự cố trên lưới điện toàn tỉnh Quảng Ngãi từ năm

2012 đến năm 2017 (6 năm) để tính toán như Bảng 3.3

Chương 4: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC SƠN TỊNH

4.1 Các nguyên tắc đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy:

Hiện nay, có rất nhiều giải pháp nâng cao ĐTC CCĐ, tuy nhiên thực tế với lưới điện phân phối Điện lực Sơn Tịnh hiện trạng có mật độ khách hàng tập trung ở một vài khu vực cụ thể, số lượng thiết bị đóng cắt phân đoạn (PĐ) còn ít, các thiết bị bảo vệ phân đoạn chưa có nhiều và còn chưa có đường dây liên lạc tại các khu dân cư mới phát triển… do đó các giải pháp nhằm nâng cao ĐTC CCĐ tập trung ở các nội dung chính gồm thay thế các thiết bị PĐ có ĐTC thấp bằng thiết bị có ĐTC cao hơn hoặc bổ sung thiết bị phân đoạn trên lưới điện và bổ sung mạch liên lạc giữa các tuyến trung áp

Trong chương này sẽ đề xuất các giải pháp cụ thể đối với từng tuyến trung áp, so sánh sự thay đổi về các chỉ tiêu ĐTC CCĐ