Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch

Luận văn nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện phân phối thuộc địa bàn huyện Quảng Trạch.. Do đó, việc tính toán độ tin cậy cung cấp điện của lưới điệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN XUÂN VĂN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ VĂN DƯỠNG

Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH

Phản biện 2: TS VÕ NHƯ QUỐC

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 22 tháng 12 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu và Truyền thông Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ở hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển, ngoài vấn đề chất lượng điện năng thể hiện ở các chỉ tiêu điện áp, tần số, mà còn một chỉ tiêu rất quan trọng đó

là tổng số giờ mất điện bình quân của khách hành trong một năm

Trong những năm qua tốc độ phát triển kinh tế xã hội nước ta nói chung và địa bàn huyện Quảng Trạch nói riêng tăng cao Vì vậy nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo Vì vậy để nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định, liên tục và chất lượng Phục vụ chính trị, an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế xã hội và nhu cầu sinh hoạt của nhân dân thì việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là một vấn đề cấp thiết và cực kỳ quan trọng Luận văn nghiên cứu các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện phân phối thuộc địa bàn huyện Quảng Trạch

Công ty Điện lực Quảng Bình là doanh nghiệp có 100% vốn Nhà nước do Tổng Công ty Điện lực Miền Trung làm Chủ sở hữu Công ty hoạt động theo Điều lệ của Công ty, theo phân cấp của Tổng Công ty và theo Luật Doanh nghiệp Công ty Điện lực Quảng Bình thực hiện nhiệm vụ sản xuất kinh doanh điện năng trên địa bàn thành tỉnh Quảng Bình, với mục tiêu đảm bảo cung cấp điện cho các hoạt động kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng của tỉnh Quảng Bình

Địa bàn quản lý của Điện lực Quảng Trạch bao gồm huyện Quảng Trạch và thị xã

Ba Đồn tỉnh Quảng Bình Lưới điện Thị xã Ba Đồn cơ bản được kết lưới mạch vòng đảm bảo tiêu chí N-1, thiết bị đóng cắt tương đối đầy đủ; còn lưới điện huyện Quảng Trạch là lưới điện phân phối trãi dài từ biển lên vùng đồi núi đa số hình tia, có liên kết mạch 1 số mạch vòng, thiết bị đóng cắt tương đối còn ít, lưới điện được tiếp nhận từ các xã bàn giao nên cải tạo đầu tư còn chắp vá Quy mô lưới điện huyện Quảng Trạch gồm, đường dây trung áp: 211,85 km đường dây trên không Đường dây hạ áp: 308 km Trạm biến áp phân phối: 222 trạm biến áp với tổng dung lượng 52.248 KVA, trong đó tài sản khách hàng 70 TBA với dung lượng 26.805 KVA Thiết bị đóng cắt gồm : 15 Recloser (REC), 05 dao cắt có tải (LBS), 45 dao cách ly 1 pha (LTĐ) Công suất cực đại 16,5MW được nhận từ XT 473, 477, 478 trạm biến áp 110KV Ba Đồn, XT 472,

474, 476, 478 trạm biến áp 110KV Hòn La Phụ tải điện của huyện Quảng Trạch gồm nhiều thành phần từ sinh hoạt, công nghiệp xây dựng, thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng, nông nghiệp… với tổng số 29.400 khách hàng

Để vận hành tối ưu đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu về sản xuất kinh doanh và năng suất lao động của Tổng công ty Điện lực miền Trung có xét đến năm 2020 trong

đó bao gồm các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện, tổn thất điện năng, suất sự cố, chỉ

số tiếp cận điện năng, điện thương phẩm/ lao động sản xuất điện, nâng cao hiệu quả tài chính… Trong đó các vấn đề liên quan đến độ tin cậy cung cấp điện trên hệ thống điện lưới phân phối được cấp trên quan tâm

Do đó, việc tính toán độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện ngày càng được Công ty Điện lực Quảng Bình quan tâm, rất nhiều công trình nghiên cứu đã đưa ra các thuật toán hiệu quả giải quyết triệt để việc tính toán độ tin cậy của lưới điện được áp dụng cho nhiều hệ thống điện phức tạp

- Việc nghiên cứu dựa trên các phương pháp và tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện và đưa ra các giải pháp nhằm đánh giá độ tin cậy là rất cần thiết cho huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch trong công tác sản xuất và kinh doanh

- Xuất phát từ thực tế đó, đề tài luận văn được lựa chọn là:”Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch”

2 Mục đích nghiên cứu

- Phân tích các chế độ làm việc của lưới điện huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch;

- Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện hiện trạng huyện Quảng Trạch;

- Đề xuất giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy làm việc của lưới điện huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch

- Đề tài s xây dựng chương trình tính toán, tận dụng dữ liệu cấu trúc LPP có sẵn trong chương trình P /AD PT để tính toán cho mô hình thực tế lưới điện phân phối

do huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch quản lý vận hành, để tìm ra các giải pháp đáp ứng đồng thời các mục tiêu trên

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các phương pháp tính toán và đánh giá độ tin cậy lưới điện

- Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy

- Tính toán cụ thể cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch

- Đề xuất các giải pháp để nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối đáp ứng việc cải thiện các chỉ tiêu trong hoạt động sản xuất kinh doanh của lưới điện huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về đặc điểm kinh tế xã hội và kết cấu lưới điện hiện trạng trên địa bàn của huyện Quảng Trạch quản lý

- Thu thập dữ liệu và các thông số vận hành thực tế của lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch quản lý qua chương trình PSS/ADEPT

- Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy của LPP

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là nhiệm vụ trọng tâm của ngành Điện, được tập trung chỉ đạo thực hiện, với các chỉ tiêu, nhiệm vụ cụ thể cho từng Đơn vị thành viên Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện nằm trong nỗ lực chung của ngành Điện cũng như các đơn vị thành viên nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp, quản

lý tốt các nguồn lực của Nhà nước vì mục tiêu phát triển bền vững, đáp ứng các yêu cầu cấp bách cũng như những mục tiêu trung và dài hạn mà Chính phủ yêu cầu đối với Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Với việc nghiên cứu của đề tài đặt trọng tâm vào việc nghiên cứu, tính toán, đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy, thì đề tài s góp phần quan trọng trong công tác sản xuất kinh doanh của các Công ty Điện lực phân phối, góp phần giảm vốn đầu mới xây dựng mới, giảm giá thành điện năng, đóng góp chung vào sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và Kết luận kiến nghị, luận văn gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch quản lý

Chương 2: Các phương pháp đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối

Chương 3: Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch thuộc Điện lực Quảng Trạch quản lý bằng phần mềm P / AD PT

Chương 4: Các Giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN QUẢNG TRẠCH THUỘC

ĐIỆN LỰC QUẢNG TRẠCH QUẢN LÝ

1.1 LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN QUẢNG TRẠCH THUỘC ĐIỆN LỰC

Khối lượng lưới điện do Điện lực Quảng Trạch quản lý như sau:

Bảng 1.1: Khối lượng huyện Quảng Trạch

- Tổng số khách hàng: 29.400 công tơ

Lưới điện huyện Quảng Trạch nhận điện lưới từ các TBA 110kV Ba Đồn, Hòn La

1.1.2 Đặc điểm

- Lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch chủ yếu là lưới hình tia, và một số xuất tuyến khép vòng nhưng vận hành hở trải dài phân bố qua nhiều địa hình ( 35% miền núi, 65% trung du) phần lớn được tiếp nhận từ lưới điện trung áp nông thôn

Các thiết bị sau được sử dụng nhiều trên lưới điện phân huyện Quảng Trạch + Dao cắt có tải LB kiểu kín có tủ điều khiển

+ Dao cắt có tải LB kiểu kín không tủ điều khiển

+ Dao cắt có tải LB kiểu hở

+ Cầu chì tự rơi (FCO)

Bảng 1.2 Khối lượng các xuất tuyến 22kV Điện lực Quảng Trạch quản lý

TT Xuất tuyến

Tổng chiều dài (km)

Loại dây Trạm biến áp Dây

trần (km)

Dây bọc (km)

Số lượng

Công suất đặt (MVA)

+ T2-25000 kVA-110/35/22kV cấp tải cho các xuất tuyến 22 cụ thể như sau:

- Xuất tuyến 473 nhận nguồn từ thanh cái C41, Pmax 4MW, liên kết mạch vòng với XT 478 Ba Đồn vận hành mở tại MC 488 Pháp Kệ

- Xuất tuyến 477 nhận nguồn từ thanh cái C41, Pmax: 3MW, liên kết mạch vòng với XT 478 Ba Đồn vận hành mở tại L1 Quảng Xuân, FCO 9-4 Quảng Hưng, MC 471 Ròn

- Xuất tuyến 478 nhận nguồn từ thanh cái C42, Pmax: 4,5MW, qua cấp XT 475 Ròon và thông qua TC Roòn cấp nguồn cho xuất tuyến 473, 474 Roòn, liên kết mạch vòng với XT 473 Ba Đồn vận hành mở tại MC 488 Pháp Kệ; liên kết mạch vòng với

XT 477 Ba Đồn vận hành mở tại L1 Quảng Xuân, FCO 9-4 Quảng Hưng, MC 471 Ròn; liên kết mạch vòng XT 478 Hòn La vận hành mở tại MC 472 Ròn

* TBA 110kV Hòn La:

+ T2-25000 kVA-110/35/22kV cấp tải cho các xuất tuyến 22kV cụ thể như sau:

- Xuất tuyến 472 nhận điện từ thanh cái C42, Pmax: 0,2MW, XT đi độc lập

- Xuất tuyến 474 nhận điện từ thanh cái C42, Pmax: 0,4MW, XT đi độc lập

- Xuất tuyến 476 nhận điện từ thanh cái C42, Pmax: 1,0MW, XT đi độc lập

- Xuất tuyến 478 nhận điện từ thanh cái C42, Pmax: 3,0MW, liên kết mạch vòng với XT 478 Ba Đồn vận hành mở tại MC 472 Ròn

ơ đồ nguyên lý các xuất tuyến của huyện Quảng Trạch được trình bày ở Hình 1

1.1.3 Đánh giá chung độ tin cậy cung cấp điện của huyện Quảng Trạch

Theo quy định của Tổng công ty Điện lực miền trung, độ tin cậy của lưới điện phân phối được đánh giá qua chỉ tiêu suất sự cố (cường độ mất điện trung bình do sự cố), được phân theo đường dây và trạm biến áp, chia thành sự cố thoáng qua và sự cố vĩnh cửu

Chỉ tiêu Tổng Công ty Điện lực miền Trung giao cho các công ty điện lực thành viên theo lộ trình đến năm 2020

Bảng 1.3: Kế hoạch EVN CPC giao cho Công ty Điện lực Quảng Bình đến năm 2020

Kế hoạch giao độ tin cậy của QBPC đến năm 2020

MAIF

I (lần)

SAID

I (phút)

SAIF

I (lần)

MAIF

I (lần)

SAID

I (phút)

SAIF

I (lần)

MAIF

I (lần)

SAID

I (phút)

SAIF

I (lần)

Bảng 1.4: Thực hiện độ tin cậy của Điện lực Quảng Trạch năm 2016- 2018

hiện

Kế hoạch

Thực hiện

Kế hoạch

Thực hiện

Kế hoạch

- Các thiết bị đóng cắt, bảo vệ có trục chính, nhánh r đang còn thiếu

- Từ năm 2016 đến năm 2018: các chỉ tiêu ĐTCCCĐ có xu hướng giảm dần đều theo từng năm Việc chỉ tiêu giảm cho thấy các giải pháp nâng cao ĐTCCCĐ hiện nay đều

đã phát huy được hiệu quả, tuy nhiên vẫn chưa ổn định, các chỉ số độ tin cậy chưa đạt mục tiêu của Công ty Điện lực Quảng Bình giao Do đó, cần có đề xuất các giải pháp

để tiếp tục cải thiện ĐTCCCĐ trong thời gian tới

- ố liệu thống kê cho thấy các chỉ số AIDI, AIFI, MAIFI cao, thời gian mất điện nhiều do nhiều nguyên nhân chủ quan cũng như khách quan Do vậy việc nâng cao độ

tin cậy cung cấp điện là điều hết sức quan trọng trong thời điểm hiện nay

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY

2.1.1 Định nghĩa

Độ tin cậy là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là khi xuất hiện những hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau

Độ tin cậy của phần tử hoặc cả hệ thống được đánh giá một cách định lượng dựa trên hai yếu tố cơ bản: tính làm việc an toàn và tính sữa chữa được

Độ tin cậy của hệ thống điện được hiểu là khả năng của hệ thống đảm bảo việc cung cấp đầy đủ và liên tục điện năng cho các hộ tiêu thụ với chất lượng hợp chuẩn

Độ tin cậy của các phần tử là yếu tố quyết định độ tin cậy của hệ thống Có hai loại phần tử: phần tử không phục hồi và phần tử phục hồi Trong hệ thống điện thì các phần

tử được xem là các phần tử phục hồi Với hệ thống nói chung và hệ thống điện nói riêng độ tin cậy được định nghĩa chung có tính chất kinh điển như sau:

Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ dưới các điều kiện vận hành đã được thử nghiệm

Đối với hệ thống điện, độ tin cậy được đánh giá thông qua khả năng cung cấp điện liên tục và đảm bảo chất lượng điện năng

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

Hệ thống điện là hệ thống phục hồi, nên khái niệm về khoảng thời gian xác định không còn mang ý nghĩa bắt buộc vì hệ thống làm việc liên tục Do vậy độ tin cậy được

đo bởi một đại lượng thích hợp hơn đó là độ sẵn sàng

Hệ thống điện và các phần tử:

Hệ thống là tập hợp những phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất sự hoạt động cũng như sự phát triển

2.1.2 Biểu thức tính toán độ tin cậy và các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE-1366

Các thông số cơ bản:

2.1.2.1 Các chỉ tiêu ngừng cấp điện vĩnh cửu

2.1.2.1.1 Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình hệ thống SAIFI

Công thức tính toán :

T T

i N

CI N

N SAIFI (2)

Trong đó:

Ni : số khách hàng bị ngừng cấp điện vĩnh cửu đối với sự kiện i

NT : tổng số khách hàng được cấp điện, được xác định bằng tổng số khách hàng của hệ thống phân phối

CI : tổng số lần mất điện khách hàng của hệ thống

2.1.2.1.2 Chỉ tiêu thời gian ngừng cấp điện trung bình hệ thống (SAIDI)

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

(3) Tổng số khách hàng của hệ thống

Công thức tính toán :

T T

i i

N

CMI N

N r SAIDI (4)

2.1.2.1.3 Chỉ tiêu thời gian ngừng cấp điện trung bình của khách hàng (CAIDI)

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

(5) Tổng số khách hàng bị ngừng cấp điện

Công thức tính toán :

SAIFI

SAIDI N

N r CAIDI

i

i i

(6)

2.1.2.1.4 Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình khách hàng (CAIFI)

Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình của khách hàng cho biết số lần bị ngừng cấp điện vĩnh cửu trung bình đối với một khách hàng có bị ngừng cấp điện

CAIFI =

Tổng số lần mất điện khách hàng của hệ

Tổng số khách hàng có bị ngừng cấp điện Công thức tính toán:

CN

N CAIFI i (10)

NT x ( ố giờ/năm)

2.1.2.2 Các chỉ tiêu đối với ngừng điện thoáng qua

2.12.2.1 Chỉ tiêu tần suất ngừng cấp điện trung bình thoáng qua (MAIFI)

MAIFI = Tổng số khách hàng ngừng điện thoáng qua

(19) Tổng số khách hàng của hệ thống

Công thức tính toán:

T

mi i N

N IM MAIFI (20)

2.2 KHÁI NIỆM VỀ TRẠNG THÁI HỎNG VÀ HÓC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.1 Trạng thái của phần tử

Phần tử (PT) của hệ thống điện có thể ở những trạng thái khác nhau trong những khoảng thời gian nhất định khác nhau và mỗi trạng thái được đặc trưng bởi: Thời gian trạng thái, xác suất trạng thái và tần suất trạng thái

2.2.2 Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện

Trạng thái của hệ thống điện chính là tổ hợp các trạng thái của tất cả các PT tạo nên nó Nếu giả thiết các PT trong hệ thống điện là độc lập với nhau thì xác suất trạng thái của hệ thống chính là tích của xác suất của các PT Đối với hệ thống điện, giả thiết này là đúng với hầu hết các PT nên nó được áp dụng trong hầu hết các bài toán độ tin cậy (ĐTC)

2.3 BÀI TOÁN ĐỘ TIN CẬY

Bài toán ĐTC được phân chia thành các bài toán nhỏ

Hình 2.1: Phân chia bài toán ĐTC theo cấu trúc

2.4 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

2.4.1 Phương pháp đồ thị - giải tích

2.4.2 Phương pháp không gian trạng thái

2.4.3 Phương pháp cây hỏng hóc

- Phương pháp Monte – Carlo:

- Phương pháp tính toán độ tin cậy bằng phần mềm P /AD PT:

Nguồn điện Lưới hệ thống truyền tải Lưới Lưới phân phối Phụ tải

Hệ thống phát