Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy xử lý nước thải

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯƠC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN... BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜ

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯƠC

THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

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

-

NGUYỄN KIM ĐÔNG

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯƠC THẢI

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS.PHAN ĐĂNG KHẢI

Hà Nội – Năm 2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯƠC THẢI 8

1.1 Nhiệm vụ của nhà máy xử lý nước thải 8

1.1.1 Các thông số đầu vào và yêu cầu kỹ thuật của nhà máy xử lý nước thải 8

1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 9

1.2 Các quy chuẩn, tiêu chuẩn được áp dụng 9

1.3 Quy trình công nghệ của nhà máy xử lý nước thải 10

1.4 Giải pháp nâng cao độ tin cậy cho nhà máy xử lý nước thải khi có sự cố 16

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 18

2.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện 18

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy 18

2.1.2 Độ tin cậy và các tiêu chí thường dùng để đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 19

2.1.3 Khái niệm về trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện 21

2.2 Độ tin cậy của các phần tử 23

2.2.1 Phần tử không phục hồi 23

2.2.2 Phần tử phục hồi 26

2.3 Nguyên nhân mất điện 31

2.4 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện 32

2.5 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối 33

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI 37

3.1 Mục đích nâng cao độ tin cậy hệ thống cung cấp điện 37

3.2 Biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 38

3.2.1 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao 38

3.2.2 Tự động điều khiển giám sát từ xa: 38

3.2.3 Tự đóng lại khi có điện (TĐL) 39

3.2.4 Tự động đóng nguồn dự trữ (TĐD) 40

3.2.5 Kiểm tra định kỳ, bảo dưỡng thiết bị 53

3.3 Tự động hóa cho hệ thống cung cấp điện nhà máy xử lý nước thải 54

3.3.2 Thuật toán điều khiển 57

3.3.3 Giải pháp cấp điện cho bộ điều khiển PLC và hệ thống giám sát điều khiển Scada khi có sự cố hệ thống cung cấp điện chính 59

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI YÊN SỞ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ SẴN SÀNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 64

4.1 Yêu cầu của hệ thống cung cấp điện nhà máy xử lý nước thải 64

4.2 Xây dựng cầu hình điều khiển của toàn nhà máy 65

4.3 Đánh giá hoạt động của hệ thống điện nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 74

4.3.1 Hệ thống cung cấp điện bằng lưới cung cấp điện thông qua máy biến áp dầu: 75

4.3.2 Hệ thống cung cấp điện bằng máy phát điện dự phòng: 84

KẾT LUẬN LUẬN VĂN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

MỤC LỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Sơ đồ nguyên lý 11

Hình 1 2 Chu kỳ hoạt động của bể SBR……… 15

Hình 2 1 Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện 22

Hình 2 2 Đồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t) 24

Hình 2 3 Đồ thị độ tin cậy được mô tả nhờ λ t 26

Hình 2 4 Hai trạng thái của phần tử: LV-làm việc, H-hỏng 28

Hình 3 1 Mạch động lực ATS lưới – lưới 42

Hình 3 2 Sơ đồ khối cấu trúc của bộ ATS 44

Hình 3 3 Mô tả mặt trước của bộ điề khiển ATS 45

Hình 3 4 Sơ đồ mạch kết nối ATS 50

Hình 3 5 Sơ đồ khối thuật toán điều khiển điện khi chưa có máy phát 57

Hình 3 6 Sơ đồ khối điều khiển điện khi có máy phát 58

Hình 3 7 Chế độ bình thường của bộ lưu điện UPS 60

Hình 3 8 Chế độ backup của bộ lưu điện UPS 61

Hình 3 9 Chế độ Bypass của bộ lưu điện UPS 62

Hình 3 10 Chế độ maintenace pass của bộ lưu điện UPS 63

Hình 4 1 Giám sát hệ thống điện qua Scada 66

Hình 4 2 Sơ đồ kết nối mạch động lực hệ thống điện nhà máy 67

Hình 4 3 Sơ đồ một mạch động lực kết nối lưới tải 68

Hình 4 4 Sơ đồ kết nối của máy phát dự phòng Genset đến lưới 69

Hình 4 5 Cấu hình hệ thống điều khiển 70

Hình 4 6 Hệ thống Scada giám sát điện đầu vào nhà máy 71

Hình 4 7 Hệ thống Scada giám sát điện khu vực xử lý bùn 71

Hình 4 8 Hệ thống Scada giám sát điện khu vực máy thổi khí và bể SBR 72

Hình 4 9 Hệ thống Scada giám sát điện khu vực Admin và xử lý nước đầu ra 72

Hình 4 10 Hệ thống Scada giám sát điện khu vực xử lý nước bùn đầu ra 73

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và có nguồn gốc rõ ràng

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

NGUYỄN KIM ĐÔNG

MỞ ĐẦU

Hiện nay, tốc độ phát triển của nền kinh tế cũng như dân số ngày càng tăng đã dẫn đến nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người gây ra như nước thải các ngành Công nghiệp, sinh hoạt Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai Chính vì vậy, Xử lý nước thải công nghiệp, sinh hoạt đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống, đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên Thế giới

Tại nhiều nước có nền Công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp các

hệ thống xử lý nước thải Công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực Tự động hóa cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật , kinh tế xã hội vô cùng to lớn Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trên cơ sở ứng dụng kỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp có vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý Và kinh nghiệm xử lý nước thải của các quốc gia này là bài học quý báu cho chúng ta

Một hệ thống muốn hoạt động để ổn định và đạt độ tin cậy cao thì cần thiết lựa chọn thiết kế một hệ thống làm việc đảm bảo tính tin cậy và an toàn Xuất phát từ thực tiễn khách quan và sự cần thiết phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải , chính

vì vậy đề tài nghiên cứu được đặt ra: “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin

cậy cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy xử lý nước thải” nhằm đáp ứng yêu

cầu trên.Ở đây tác giả áp dụng nghiên cứu cho nhà máy xử lý nước thải Yên Sở - TP

Hà Nội

KÝ HIỆU & THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Aerotank Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính

BOD Biological Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh học BOD5 Nhu cầu oxy sinh học sau 05 ngày

Bùn dư Là lượng bùn cần phải thải bỏ sau quá trình xử lý Bùn hoạt tính Là bùn trong bể Aerotank mà trong đó chứa phần lớn

là các vi sinh vật

Chỉ danh ô nhiễm Nhằm chỉ các thông số ô nhiễm có trong nước thải bao

gồm nồng độ các chỉ tiêu như BOD, COD, SS, Kim loại nặng, …

COD Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hoá học SBR Sequential basin reactor

Công nghệ phản ứng sinh học dạng mẻ liên tục tuần hoàn bùn

DCS Distributed Control System - Hệ thống điều khiển

phân tán

F/M Food/Microorganism ratio - Tỷ lệ lượng thức ăn (hay

chất thải) trên một đơn vị vi sinh vật trong bể Aerotank

Giá trị giả định Là các chỉ danh thông số đầu vào để làm cơ sở tính

toán, thiết kế

NMXLNT Nhà máy Xử lý Nước thải

ISO International Standard Organisation - Tổ chức tiêu

chuẩn quốc tế

MCRT Mean Cell Residence Time - Thời gian lưu trung bình

của tế bào tính trên thể tích bể Aerotank

MLSS Mixed Liquor Suspended Solids - Nồng độ vi sinh vật

(Hay bùn hoạt tính)

N Nitơ - hay hàm lượng nitơ có trong nước thải để cho vi

Nm3 Mét khối tiêu chuẩn

SS Suspended Solids - Chất rắn lơ lửng

Sự cố nước thải vào Là sự cố khi có các chỉ danh đầu vào cao hơn giá trị

giả định hoặc / và lưu lượng nước thải thay đổi đột ngột hoặc hết nước thải vào

SVI Tỷ số thể tích bùn - Một thông số dùng để xác định

khả năng lắng của bùn hoạt tính

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

TCVN 7222-2002 Tiêu chuẩn Việt Nam Yêu cầu chung về môi trường

đối với các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯƠC THẢI

1.1 Nhiệm vụ của nhà máy xử lý nước thải

1.1.1 Các thông số đầu vào và yêu cầu kỹ thuật của nhà máy xử lý

nước thải

- Các thông số đầu vào của nước thải :

Bảng 1.1: Đặc tính nước thải lựa chọn đối với nước thải đầu vào

- Ngoài nước thải, nhà máy XLNT cũng cho phép tiếp nhận và xử lý phân bùn từ

bể tự hoại các hộ dân cư, văn phòng trong thành phố, tải lượng và tải trọng ô nhiễm

- Nước thải được thu gom về bởi hệ thống đường ống dẫn nước thải và các trạm bơm nâng bậc, bơm tiếp áp,

- Thành phần ô nhiễm trong nước thải thường là ổn định, chủ yếu là COD, BOD,

- Các yêu cầu về chất lượng đầu ra như sau:

Bảng 1.2 : Chất lượng nước sau xử lý

1.1.2 Yêu cầu kỹ thuật

- Công nghệ, thiết bị phải phù hợp với tính chất nước thải và điều kiện của khu vực

- Hệ thống được kiểm soát tự động

- Công tác vận hành đơn giản

- Chi phí vận hành và chi phí bảo trì thấp

- Chi phí đầu tư và chi phí xử lý thấp nhất

- Nước thải đầu ra của nhà máy xử lý phải đạt yêu cầu chất lượng

1.2 Các quy chuẩn, tiêu chuẩn đƣợc áp dụng

- Tất cả các máy móc, đường ống và các vật tư khác sử dụng trong công trình phải đáp phù hợp với điều kiện, đặc tính nước thải và phải đáp ứng theo tiêu chuẩn TCVN 6151, BS3505, JIS K6741, ASTM, JIF và các tiêu chuẩn Việt Nam liên quan khác

- Các máy móc thiết bị động lực lắp đặt cho nhà máy phải có độ bền cao

- Các thiết bị đồng bộ và không gây ồn

- Tiêu chuẩn chất lượng nước thải TCVN 7222-2002

- Hệ thống điện TCVN 027-91

- 11 TCN 4756-89: “Qui phạm nối đất và nối không các trang bị điện”

- TCXDVN 46 : 2007 Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống

- Tiêu chuẩn IEC 60073: Màu cho đèn báo tín hiệu và nút nhấn

- Tiêu chuẩn IEC 60158: Thiết bị điều khiển hạ thế

- Tiêu chuẩn IEC 60186: Biến dòng

- Tiêu chuẩn IEC 61641: Hướng dẫn thử nghiệm phóng hồ quang do sự cố bên trong tủ điện

- Tiêu chuẩn IEC 60185: Biến dòng đo lường và bảo vệ

- Tiêu chuẩn IEC 60529: Cấp bảo vệ kín IP

- Tiêu chuẩn IEC 60605: Chấp thuận và thử nghiệm - yêu cầu chung về thiết bị điện

1.3 Quy trình công nghệ của nhà máy xử lý nước thải

Trạm Xử lý nước thải bao gồm các hạng mục chính sau đây:

- Tiền xử lý bao gồm: chắn rác thô, chắn rác tinh nước thải đầu vào

- Bể lắng cát ngang và tách dầu mỡ nước thải đầu vào

- Xử lý sinh học: Áp dụng công nghệ xử lý sinh học bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục tuần hoàn: bể SBR

- Khử trùng nước thải: Xử lý tiaUV

- Xử lý bùn: bể nén bùn, máy ép bùn li tâm

- Hệ thống phân phối khí và máy thổi khí

- Bơm nước thải, bùn các loại

- Hệ thống điều khiển tự động hoá trung tâm: bao gồm hệ thống điều khiển trung tâm PLC và phần mềm SCADA, hệ thống máy tính, panel hiển thị

- Các thiết bị đo tại hiện trường (Field Instrument) bao gồm: Đo giá trị dòng điện, điện áp, mất pha, lệch pha

- Hệ thống đường ống công nghệ

- Hệ thống điện động lực

- Nhà điều khiển gồm các phòng chức năng: Điều khiển, vận hành, thí nghiệm, hành chính, nghỉ, vv; Nhà để máy thổi khí; nhà đặt máy ép bùn; xưởng cở khí; Nhà đặt máy phát điện dự phòng

- Các thiết bị thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu nước thải đầu vào, đầu ra, ngoài ra còn có Ni tơ, photpho, MLSS, SVI,…

- Thuyết minh sơ đồ công nghệ :

SELECTOR

XỬ LÝ SINH HỌC C-TECH

KHỬ TRÙNG UV

NƯỚC SAU XỬ LÝ ĐẠT TCVN

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải đô thị được chảy tự nhiên từ 2 sông Kim Ngưu và sông Sét vào ngăn tiếp nhận (NTN) nước thải ngay trước kênh đặt máy tách rác Trước khi chảy vào NTN, nước thải được đo lưu lượng bằng thiết bị đo lưu lượng kênh hở, cảm biến được gắn trên kênh dẫn nước trước khi qua máy tách rác Tín hiệu đo lưu lượng được hiển thị ngay tại chỗ và đồng thời được dẫn về hệ thống điều khiển trung tâm PLC đặt tại nhà điều hành Mẫu nước thải đầu vào cũng được một thiết bị lấy mẫu tự động lấy ở ngăn tiếp nhận nước thải

Có 5 song chắn rác cơ khí hoạt động song song Đây là loại máy tách rác cơ khí hoạt động tự động, tích hợp cả bộ phận rửa, tách nước và ép rác Trong thiết kế cũng

bố trí một ngăn chắn rác thủ công cho phép nước thải chảy thẳng không cần qua song chắn rác cơ khí trong trường hợp chắn rác bị hỏng, quá tải, hoặc 1 số trường hợp đặc biệt khác Tại các song chắn rác, các tạp chất rắn có kích thước > 6mm sẽ được tách

ra khỏi nước thải để không gây ảnh hưởng tới quá trình xử lý tiếp theo Rác được song chắn tự động thu gom, được nén và rửa rồi xả ra 1 băng tải thu gom rác từ cả 2 máy tách rác, rồi được đưa tới thùng chứa rác đặt sẵn ở dưới

Sau khi ra khỏi máy tách rác, nước thải chảy chứa vào NTN và được bơm nước lên bể tách rác tinh lần cuối Tại bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực, các hạt chất rắn như cát có khối lượng nặng sẽ có vận tốc lắng cao hơn và do đó sẽ lắng xuống đáy bể, trong khi đó những hạt keo hay huyền phù có khối lượng nhẹ hơn vẫn ở trạng thái lơ lửng và sẽ theo nước thải đi sang bước xử lý tiếp theo Cùng với quá trình tách cặn, váng bọt và các tạp chất nổi trên bề mặt nước thải cũng được thu và gạt về khoang chứa váng bố trí ở cạnh bể lắng cát Các chất rắn lắng dưới đáy bể sẽ được hệ thống cầu gạt đẩy về khoang chứa cặn rồi được các thiết bị vận chuyển cát đưa sang

thùng chứa cát để làm khô và đem thải bỏ

Nước thải sau khi tách rác thô, cặn nặng và dầu mỡ và váng nổi sẽ tự chảy vào các bể C-tech thông qua một kênh phân phối Việc nạp nước vào các bể C-tech này hoàn toàn tự động thông qua các Van motor và chương trình điều khiển trung tâm Đồng thời, một thiết bị đo và truyền tín hiệu liên tục về bộ điều khiển trung tâm cũng được gắn trên kênh phân phối

Có 08 bể C-tech hoạt động song song được thiết kế cho nhà máy xử lý nước thải Yên Sở -Hà Nội Tại các bể này sẽ diễn ra quá trình xử lý chính để làm sạch các chất

ô nhiễm có trong nước thải

Công nghệ C-TECH là công nghệ xử lý nước thải tuần hoàn liên tục theo đó đó các quá trình như oxy hóa cacbon, quá trình nitrat hóa, khử nitơ và khử Photpho bằng phương pháp sinh học được diễn ra đồng thời trong 1 bể duy nhất Việc kiểm soát quá trình này dựa trên việc đo sự hấp thụ oxy trực tuyến để điều khiển hoạt động của máy thổi khí, cùng với việc sử dụng hệ thống khuyếch tán khí loại bọt mịn, hiệu suất cao sẽ cho phép làm giảm đáng kể năng lượng tiêu tốn Phương pháp này không cần đến các bể điều hòa, thiết bị khuấy trộn và loại trừ được trường hợp dòng chảy quá tải như trong hệ thống SBR Quá trình xử lý sẽ diễn ra liên tục khi hệ thống được lắp đặt ít nhất là 4 bể hoạt động song song

Quá trình xử lý sinh học dựa trên công nghệ C-TECH – công nghệ bùn hoạt tính,

sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để oxy hoá các thành phần ô nhiễm có trong nước thải Sự oxi hoá sinh học và tiêu thụ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ được thực hiện bởi vi sinh vật có trong bể hay còn gọi là bùn hoạt tính

Trong suốt quá trình xử lý, bùn hoạt tính sẽ liên tục được sinh ra Loại bùn này không có mùi và không gây nguy hại tới sức khoẻ cho người vận hành và môi trường xung quanh khi bùn được xử lý theo quy trình xử lý bùn đã nêu

Ngoài ra, bể C-TECH này còn có nhiều ưu điểm vượt trội khác so với công nghệ khác, thể hiện ở các điểm sau:

• Không phải sử dụng đến bể lắng thứ cấp

• Trong trường hợp có thêm giai đoạn khử nitơ, hệ thống có thể hoạt

động mà không cần trang bị thêm thiết bị khuấy trộn

• Trong trường hợp có thêm giai đoạn khử Photpho, Photpho sẽ bị loại

bỏ một cách đáng kể mà không cần sử dụng thêm hoá chất bằng cách

sử dụng khả năng khử photpho sinh học của hệ thống

• Toàn bộ quá trình xử lý sẽ diễn ra trong một bể đơn lẻ và do đó có thể

mở rộng công suất của hệ thống bằng cách xây dựng thêm một bể tương tự

• Có thể ngăn chặn được sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi trong hệ

• Ngăn ngừa được dòng chảy quá tải do biến động dòng thải

• Không phải loại cặn lắng

• Quá trình xử lý liên tục, không có váng bọt và không có hệ thống van

điều khiển phức tạp

• Lưu lượng tuần hoàn nhỏ

• Có nhiều công trình xử lý đã áp dụng thành công công nghệ C-TECH

• Ít phát sinh mùi

Quá trình phản ứng ở bể C-tech gồm các giai đoạn sau:

Bước 1: Nước thải vào sẽ trộn với bùn hồi lưu với tỷ lệ F/M cao ở ngăn

SELECTOR Sự kết hợp bể SELECTOR với các bể phản ứng khác nhau tạo nên ưu việt khác biệt giữa công nghệ C-TECH và các bể hoạt động theo công nghệ SBR Đặc điểm này giúp loại bỏ dây chuyền FILL và FILL-ANOXIC-MIX mà thay vào đó

là dây chuyền FILL-AERATE và do đó vận hành hệ thống đơn giản hơn

Hệ thống này đảm bảo quá trình xử lý sinh học sẽ chủ yếu là tạo ra các hạt bùn hoạt tính, và do đó làm tăng độ an toàn trong quá trình vận hành, giảm thiểu sự tập trung dòng thải Bể Selector hỗ trợ quá trình phát triển các vi sinh vật khử photpho và

do đó photpho được khử theo phương pháp sinh học mà không cần thêm hoá chất

Bước 2: Quá trình phản ứng xẩy ra trong bể C-Tech gần tương tự như quá trình SBR

Đây là phương pháp xử lý nước thải tuần hoàn liên tục qua đó các quá trình như oxy hóa cacbon, quá trình nitrat hóa, khử nitơ và khử Photpho bằng phương pháp sinh học được diễn ra đồng thời Việc kiểm soát quá trình này dựa trên việc đo sự hấp thụ oxy trực tuyến và do đó phương pháp này không cần đến các bể điều hòa, thiết bị khuấy trộn và loại trừ được trường hợp dòng chảy quá tải như trong hệ thống SBR Quá trình

xử lý sẽ diễn ra liên tục khi hệ thống được lắp đặt ít nhất là 4 bể hoạt động song song Hai bể C-tech được thiết kế sẽ hoạt động theo các chu kỳ luân phiên nhau, mỗi chu kỳ gồm các pha như sau:

Nạp nước – Sục khí  Fill – Aeration, Aeration ( F/A, A)

Lắng  Settlement (S)

Rút nước  Decanting (D)

Basin - 1 Settling Decanting

Aeration

Aeration

Aeration

Làm việc của các bể theo như chu trình sau:

Hình 1.2: Chu kỳ hoạt động của bể SBR Nước thải sau khi xử lý ở các bể C-Tech đạt tiêu chuẩn theo yêu cầu và được hút

ra bởi các thiết bị thu nước DECANTER, xả vào bể KHỬ TRÙNG có lắp đặt hệ thống khử trùng bằng tia cực tím (UV) Tại đây, nước thải được đi qua ống thuỷ tinh thạch anh và được chiếu sáng bằng đèn phát tia UV có bước sóng 254nm đủ để phần lớn các vi khuẩn có hại bị tiêu diệt

Nước sau khi khử trùng, đạt các tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 24:2009 BTNMT, QCVN 14:2009 mức A, sẽ được xả ra nguồn tiếp nhận qua hệ thống đường ống tự chảy

Bùn hoạt tính sinh ra từ bể C-TECH một phần được hồi lưu về ngăn SELECTOR trong bể C-TECH, phần dư bơm thải vào 04 bể NÉN BÙN SINH HỌC để làm giảm một phần thể tích bùn trước khi được đưa tới các máy làm khô bùn

KẾT THÚC SỤC KHÍ

Bùn trong bể làm đặc bùn sẽ được các bơm bùn bơm tới máy ép bùn li tâm Sau khi đạt độ khô từ 18-22%, bùn sau ép sẽ được đưa tới container chứa bùn cặn và sẽ được định kỳ chuyển lên xe tải thải bỏ

Nước thải ra từ máy ép bùn, nước trong từ bể nén bùn sinh học sẽ được thu gom

về bể GOM NƯỚC THẢI, sau đó được bơm tự động trở lại ngăn tiếp nhận nước thải vào để đem xử lý tiếp, bảo đảm quá trình xử lý là triệt để

Mô tả các quá trình khác:

 Song chắn rác cơ khí: hoạt động tự động khi nước thải đầu vào có

 Bơm bùn hồi lưu, bùn thải: Hoạt động theo chu kỳ cài đặt tự động

 Các van khí, van điều khiển điện từ: Hoạt động theo chu kỳ cài đặt tự động, phù hợp với chế độ hoạt động của các phase bể C-tech

 Máy thổi khí cho bể C-TECH: cung cấp lượng khí dựa trên hàm lượng DO đo được trong bể

 Hệ thống máy ép bùn, bơm bùn, bơm Polime: Hoạt động bán tự động - bằng tay

 Bơm nước róc từ bể nén bùn sinh học, máy ép bùn tới ngăn tiếp nhận nước thải: Tự động hoạt động tuỳ theo mức nước thải trong bể gom nước thải

 Mùi hôi phát sinh trong quá trình xử lý tại công trình đầu vào (Ngăn tiếp nhận, lắng cát & tách dầu mỡ) và bể nén bùn sinh học sẽ được thu gom về hệ thống xử lý mùi trước khi thải ra môi trường

1.4 Giải pháp nâng cao độ tin cậy cho nhà máy xử lý nước thải khi có sự cố

Hệ thống được thiết kế để đảm bảo có thể vận hành được trong hầu hết các trường hợp có sự cố, bao gồm: các sự cố về mất điện, các hư hỏng thiết bị, sửa chữa hay bảo quản 1 thiết bị trong hệ thống,

Về sự cố hỏng thiết bị, hay sửa chữa bảo dưỡng thiết bị trong hệ thống:

- Với thiết kế như trên, toàn bộ hệ thống có thể đảm bảo vẫn có thể vận hành bình thường khi có bất cứ hạng mục thiết bị hay công trình nào bị hỏng hóc hay bảo dưỡng

- Về trường hợp mất điện lớn lâu dài, hoặc có sự cố lớn ( như thiên tai, lũ lụt, bắt buộc phải dừng hệ thống 1 thời gian dài)

Nhà máy có 2 nguồn điện lưới chính dẫn vào bởi 2 lộ khác nhau Được đóng thay đổi tùy theo yêu cầu của điện lực cung cấp Ngoài nguồn điện lưới chính thì nhà máy còn có các máy phát điện riêng cho từng khu vực chia tải Máy phát điện dự phòng được hoạt động khi điện lưới chính các khu vực có sự cố hay mất điện

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.1 Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện

2.1.1 Định nghĩa độ tin cậy

Hệ thống là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt động cũng như tiến tới sự phát triển Đối với hệ thống điện, các phần tử là máy phát điện, máy biến

áp, đường dây tải điện….Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất Về mặt độ tin cậy, hệ thống điện là

hệ thống phức tạp thể hiện trong :

- Cấu trúc phức tạp

+ Số lượng rất lớn các phần tử thuộc nhiều loại khác nhau

+ Sơ đồ lưới điện phức tạp

- Hoạt động phức tạp

- Rộng lớn trong không gian

- Phát triển không ngừng theo thời gian ,sự phức tạp đó dẫn đến sự phân cấp hệ thống điện để có thể quản lý, điều khiển vận hành và phát triển một cách hiệu quả tối đa

Đa số phần tử trong hệ thống điện sau khi xảy ra sự cố hỏng hóc có tính chất có

thể phục hồi sau thời gian nhất định trừ một số phần tử Đa số các phần tử của hệ thống điện còn được bảo dưỡng định kỳ để phục hồi khả năng làm việc đã bị suy giảm sau một thời gian làm việc

Phần tử là những bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định,

được xem như một tổng thể duy nhất không chia cắt được, đặc trưng bởi các thông số

độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài như môi trường chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử Vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống

Ví dụ, máy phát là một hệ thống phức tạp nếu xét riêng, nhưng trong bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện nó chỉ là một phần tử với các thông số như cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi không đổi

Định nghĩa chung có tính chất kinh điển về độ tin cậy của hệ thống nhƣ sau:

Độ tin cậy là xác suất để hệ thống( hoặc phần tử) hoàn thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định Đối với hệ thống điện : độ tin cậy của hệ thống điện hoặc các phần tử trong hệ

thống điện là mức độ hoàn thành nhiệm vụ cung cấp khối lượng điện theo yêu cầu của khách hàng với các thông số chất lượng và kỹ thuật trong phạm vi tiêu chuẩn đã định

Độ tin cậy được đo bằng tần xuất, độ kéo dài và độ lớn các ảnh hưởng xấu đến cung cấp điện: ngừng điện, thiếu điện, điện áp thấp… Độ tin cậy cũng được đo bằng xác suất xảy ra mất điện toàn phần hoặc một phần Xác suất được tính bằng độ sẵn sàng của hệ thống và phần tử

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 tin cậy cụ thể của hệ thống điện bao gồm

2 phương diện: mức độ đầy đủ và mức độ an toàn

- Mức độ đầy đủ: Khả năng của hệ thống điện cung cấp đủ công suất và điện năng

yêu cầu của khách hàng tại mọi thời điểm, có tính đến ngừng điện kế hoạch và ngẫu nhiên ở mức hợp lý của các phần tử của hệ thống

- Mức an toàn: Khả năng của hệ thống điện chịu được các rối loạn đột ngột như

ngắn mạch hoặc mất mát không lường trước được của các phần tử của hệ thống

2.1.2 Độ tin cậy và các tiêu chí thường dùng để đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện

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

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

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

về độ tin cậy

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

- Nghiên cứu bản chất vật lý về độ tin cậy: nhằm khảo sát nguyên nhân sự cố, hiện tượng già cỗi, điều kiện môi trường, độ bền vật liệu.v.v… ảnh hưởng đến độ tin cậy trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau

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

Độ tin cậy là nghiên cứu những nguyên nhân, quy luật của sự cố, những phương pháp tính toán nhằm tìm ra biện pháp nâng cao độ tin cậy Ngoài ra khi lựa chọn độ tin cậy của hệ phải quan tâm đến yếu tố kinh tế để đạt được lời giải tối ưu tổng thể

Mô hình toán học đánh giá định lượng độ tin cậy dựa trên nền tảng lý thuyết xác suất vì các sự cố xẩy ra với hệ là một sự kiện ngẫu nhiên, cũng như khoảng thời gian

hệ làm việc, khoảng thời gian cần thiết để sửa chữa sự cố v.v… đều là những đại lượng ngẫu nhiên

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

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

Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê, do

đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ của hệ thống hay phần tử

Chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất dưới đây:

- Xác xuất thiếu điện cho phụ tải , đó là xác xuất công suất phụ tải lớn hơn khả năng đáp ứng của lưới điện

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

- Điện năng thiếu ( hay điện năng không đáp ứng đủ) cho phụ tải, đó là kỳ vọng điện năng phụ tải bị thiếu hụt do hỏng hóc, khả năng đáp ứng không đủ của hệ thống trong một năm

- Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện hoặc thiếu điện

- Thời gian mất điện trung bình tải trong một năm

- Số lần mất điện trung bình trong một năm

2.1.3 Khái niệm về trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện

2.1.3.1 Trạng thái phần tử

Phần tử của hệ thống điện có thể ở các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật và chức năng của chúng Mỗi trạng thái khác nhau phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật và chức năng của chúng Mỗi trạng thái kéo dài trong khoảng thời gian nhất định

Đặc trưng của trạng thái là thời gian tồn tại của trạng thái , xác xuất trạng thái và tần suất trạng thái Tất cả các trạng thái có thể xảy ra ở phần tử tạo thành tập đủ các trạng thái của phần tử Việc phần tử ở trạng thái nào đó trong tập đủ các trạng thái là đại lượng ngẫu nhiên được cho bởi xác suất phần tử ở trạng thái đó hay gọi tắt là xác suất trạng thái

Tổng xác suất trạng thái của tập đủ các trạng thái bằng 1

Ví dụ máy biến áp có hai trạng thái:

- Trạng thái tốt hay trạng thái làm việc

Xác suất tốt của phần tử chính là độ sẵn sàng , còn xác suất hỏng chính là độ không sẵn sàng của phần tử

2.1.3.2 Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện

Trạng thái hệ thống điện là tổ hơp các trạng thái của tất cả các phần tử tạo thành

nó Nói cách khác, mỗi trạng thái của hệ thống điện là sự xảy ra đồng thời các trạng thái nào đó của các phần tử Do đó xác xuất trạng thái của các phần tử với giả thuyết rằng các phần tử trong hệ thống điện làm việc độc lập với nhau Đối với hệ thống điện, giả thuyết này đúng với hầu hết các phần tử và do đó được áp dụng với hầu hết các bài toán độ tin cậy Các trạng thái của hệ thống điện được phân chia theo tiêu chuẩn hỏng hóc trong hệ thống điện, tiêu chuẩn này được lựa chọn khi nghiên cứu độ

Hình 2 1:Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện

Số các trạng thái của hệ thống điện rất lớn ( bằng 2n ) trạng thái với n là số phần tử, mỗi phần tử tính với trạng thái

 Các trạng thái của hệ thống được đặc trưng bởi:

- Thời gian trung bình hệ thống ở trạng thái đó , gọi là thời gian trạng thái Ti

- Tần suất trạng thái fi , là số lần hệ thống rơi vào trạng thái i trong một đơn vị thời gian

- Xác suất trạng thái Pi là xác suất hệ thống ở trạng thái i , đó chính là thời gian tương đối hệ thống ở trạng thái i

 Các trạng thái của hệ thống điện được chia làm 2 tập:

- Tập trạng thái tốt là tập hợp các trạng thái đảm bảo hệ thống làm việc bình thường

- Tập trạng thái hỏng trong đó hệ thống bị hỏng theo tiêu chuẩn đã chọn

Tổng xác suất của tập đủ các trạng thái hệ thống ∑

Trên hình 2.1 thể hiện mối quan hệ giữa các trạng thái hỏng của 2 phần tử chính của hệ thống điện là máy phát và đường dây ( bao gồm cả máy biến áp) với các trạng thái hỏng của hệ thống điện Trên sơ đồ 2.1 cho thấy các trạng thái hỏng của hệ thống điện, tức là các trạng thái không hoàn thành nhiệm vụ gồm có:

- Hệ thống điện bị sụp đổ, mất điện một phần hoặc toàn bộ hệ thống

Các nguyên nhân trực tiếp khiến phụ tải phải mất điện gồm có:

- Thiếu công suất phát

- Nút tải bị cô lập do sự cố đường dây cung cấp điện trực tiếp đến

- Đường dây bị quá tải hoặc điện áp nút không đạt yêu cầu

- Hệ thống điện bị phân rã

Trạng thái hỏng của máy phát và đường dây có gây ra hỏng hệ thống điện hay không còn phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống điện : độ dư thừa công suất phát , độ dư thừa khả năng tải của lưới điện và chính sơ dồ quan hệ trạng thái này cho thấy cần phải tác động như thế nào tăng độ tin cậy của hệ thống điện

2.2 Độ tin cậy của các phần tử

2.2.1 Phần tử không phục hồi

Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến khi phần hỏng đầu tiên Thời gian làm việc của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hay còn gọi là thời gian phục vụ T là đại lượng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không biết trước

Ta có hàm phân bố là FT(t):

FT(t) = P (T t) (2.1)

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 phần tử hỏng trước hoặc đúng thời điểm t Hàm mật độ là fT(t):

( )

( ) (2.2)

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

Theo lý thuyết xác suất ta có:

( ) ∫ ( )

( ) ( )

(2.3) 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

So sánh (2.1) và (2.4) ta có:

Hàm tin cậy R(t) có tính chất biến thiên từ 1 đến 0 (Hình 2.2)

Hình 2 2 Đồ thị biến thiên hàm tin cậy R(t)

Cường độ hỏng hóc λ(t)

Cường độ hỏng hóc được định nghĩa như sau: Với t thì λ(t) t chính là xác suất để phần tử đã phục vụ đến thời điểm t sẽ hỏng trong khoảng t tiếp theo

( ) ( )

( )

( ) ( ) ( ) Công thức (2.6) 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:

( ) ∫ ( )

(2.7)

Công thức (2.7) 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

Để có thể tính toán dễ dàng hơn thì điều kiện ban đầu trong hệ thống điện là :

λ(t) = λ = hằng số

Do đó:

( ) ; ( ) ; ( )

(2.8)

Luật phân bố này gọi là luật phân bố mũ

Thời gian làm việc trung bình TLV

∫ ( ) ∫ ( )

∫ ( ) ( ) Với λ = hằng số thì R(t)= e-λt ta có:

( ) Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ hoặc là λ(t) hoặc là R(t) Trong thực tế, các phần tử không phục hồi, λ(t) có dạng hình cong (Hình 2.3a và Hình 2.3b), có thể chia làm 3 miền theo các thời kỳ sau:

- Thời kỳ I: Thời kỳ phần tử mới bắt đầu làm việc hay xảy ra hỏng do các khuyết tật khi lắp ráp, λ (t) giảm dần (thời kỳ chạy roda)

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

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

Hình 2 3 Đồ thị độ tin cậy được mô tả nhờ λ (t) Đối với các phần tử không phục hồi của hệ thống điện, các phần tử này có các bộ phận luôn bị già hóa, do đó λ (t) luôn là hàm tăng, bởi vậy người ta phải áp dụng biện pháp bảo dưỡng định kỳ làm cho cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình λ tb

Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử không phục hồi có thể xem như λ (t) là hằng số và bằng λ tb để tính toán độ tin cậy

2.2.2 Phần tử phục hồi

a Sửa chữa sự cố lý tưởng

Trong thực tế, đây là các phần tử hỏng được thay thế rất nhanh bằng phần tử mới (ví dụ như MBA) Phần tử được xem như luôn ở trong trạng thái tốt đại lượng đặc trưng cho hỏng hóc của loại phần tử này là:

Thông số của dòng hỏng hóc (t):

( )

( )

(2.11)

So với định nghĩa λ (t), ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc 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

Tương tự như λ (t) đại lượng (t) t là xác suất hỏng hóc xảy ra trong khoảng (t, t + t)

- Lập công thức tính ( ):

Ta xét khoảng thời gian từ 0 đến t , trong đó phần tử có thể hỏng 1 , 2…k lần Đặt

f1(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu tiên

Xác xuất chung phần tử hỏng trong khoảng (t, t + t) là tổng các khả năng hỏng hóc :

( ) ∑ ( ) ( )

Xét trong trường hợp ( ) công thức (2.8) khi là hằng số, khi

đó thời gian đến lần hỏng k tuân theo quy luật Poisson:

( ) ∑ ( )

∑ ( ) ∑

( )

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 2.4)

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

Hình 2 4 Hai trạng thái của phần tử: LV-làm việc, H-hỏng

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 thái làm việc

FLV(t) và hàm phân bố thời gian phần tử ở trạng thái hỏng FH(t) 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 ở 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 thái làm việc

PLV(t)

- Xác suất phần tử ở trạng thái hỏng ở thời điểm t là PH(t)

Với :

+ Thời gian làm việc trung bình đến khi hỏng : TLV

+ Thời gian hỏng trung bình:

+ Thời gian trung bình của một chu kỳ làm việc – hỏng : TCK= TLV +

c Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ:

Bảo dưỡng định kỳ được thực hiện vì nó làm giảm cường độ hỏng hóc, tăng thời gian làm việc trung bình của phần tử mà chi phí lại ít hơn nhiều so với sửa chữa sự cố hỏng hóc Nếu giả thiết thời gian bảo dưỡng định kỳ ĐK cũng tuân theo luật mũ thì có thể áp

λ ĐK: Cường độ xảy ra bảo dưỡng đinh kỳ

µDK :Cường độ bảo dưỡng định kỳ

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

Nếu giả thiết thêm rằng, thời gian giữa hai lần bảo dưỡng định kỳ TĐK cũng tuân theo luật mũ, thì có thể tìm được xác suất trạng thái bằng mô hình markov Giả thiết này không đúng thực tế, vì bảo dưỡng định kỳ được thực hiện theo kế hoạch tiền định, tuy nhiên mô hình vẫn cho kết quả khá gần thực tế và có thể rút ra từ đó nhiều kết luận hữu ích

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 (A) 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

Xác suất hỏng hóc của một phần tử phục hồi được tính :

( ) Xác suất làm việc của máy hay độ sẵn sàng, độ tin cậy tính theo công thức:

( ) Trong đó λ là cường độ hỏng hóc của thiết bị, là giá trị trung bình số lần xảy ra sự cố của thiết bị trong một đơn vị thời gian ( tính bằng 1 năm =8760 h)

( )

µ là cường độ sửa chữa, là giá trị trung bình số lần sửa chữa thiết bị trong một đơn

vị thời gian ( tính bằng 1 năm)

( ) MTTR ( mean time to repair) : là thời gian sửa chữa trung bình mỗi lần hỏng hóc trong một năm, đơn vị tính bằng giờ

MTTR= 8760 MTTF (mean time to failure) : thời gian làm việc bình thường trung bình trong một năm giữa hai lần sự cố

MTTF= TLV 8760

f : tần số sự cố trung bình

( ) Thông thường, trong các số liệu thông kê như các tính toán , tính chất tin cậy của thiết bị được xác định bởi hai thông số là cường độ hỏng hóc sự cố λ và thời gian sửa chữa trung bình MTTR

2.3 Nguyên nhân mất điện

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 nhân viên vận hành hệ thống điện

 Do nhân viên điều độ hệ thống

 Do nhân viên vận hành nhà máy điện

 Do nhân viên vận hành lưới

Nhìn chung có thể phân chia, sắp xếp lại để có thể giảm thiểu số lượng khách hàng

bị ảnh hưởng của hỏng hóc thiết bị hoặc thời gian mất điện là nhỏ nhất Sẵn sàng hoạt động là sự lựa chọn của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện bằng cách kịp sửa chữa thiết bị hư hỏng

Việc phối hợp lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa với phân tích độ tin cậy có thể rất hiệu quả Việc phân tích sự cố xác định rõ những điểm yếu nhất của hệ thống phân phối và giải quyết nhanh, chính xác các điểm đó Sự phân tích được thực hiện chỉ ở những khúc quan trọng của hệ thống Những thông tin kết quả được sử dụng trong quyết định xây dựng hệ thống tới mức an toàn nào hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

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

hệ thống điện

 Tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân, việc mất điện sẽ gây ra các hậu quả xã hội và kinh tế rất lớn

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

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

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

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

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

sở đã được chuẩn bị )

+ Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống: được tính toán từ tổn thất thật ở phụ tải, nhằm phục vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải và đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện

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

+ Cấu trúc lưới: mạch vòng kín, nhiều lộ song song, trạm nhiếu máy biến áp, sơ đồ trạm và máy biến áp phức tạp…

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

+ Cấu trúc hệ thống quản lý: Hệ thống sẵn sang can thiệp hệ sự cố, dự trữ thiết bị, phương tiện đi lại, tổ chức sửa chữa sự cố, bảo dưỡng định kỳ

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

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

cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch), 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 hay 10MW để đánh giá được một cách toàn diện

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

+ SAIFI (System Average Interruption Frequency Index ) Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống:

SAIFI cho biết thông tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì trên mỗi khách hàng của một vùng cho trước

∑

∑

∑

∑ ( ) i – cường độ sự cố tại nút i

∑

∑

∑

∑ ( )

Đối với khách hàng thực sự trải qua mất điện duy trì, chỉ số này nói lên tổng thời gian trung bình không được cấp điện Đây là thông số hỗn hợp của CAIDI và được chấp nhận tính bằng số khách hàng nhân với số lần mất điện được đếm chỉ một lần

+ ASAI (Average Service Availability Index ) Khả năng sẳn sàng vận hành:

Chỉ tiêu này được biểu diễn dưới dạng phân số của thời gian (thường là phần trăm), nói lên thời gian có điện của khách hàng trong năm hay trong thời gian được định trước

không đa dạng lắm Tương tự như SAIFI, nó cho biết thông tin về tần suất trung bình mất điện duy trì

La(i)- công suất tải trung bình tại nút thứ i

ui- thời gian cắt điện hàng năm

+ AENS (Average Energy Not Supplied).Điện năng trung bình không được cung cấp :

ta có thể đưa ra được độ tin cậy, khả năng sẵn sàng hoạt động của hệ thống

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG

CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Mục đích nâng cao độ tin cậy hệ thống cung cấp điện

Hiện nay ngành công nghiệp xử lý nước thải rất được chú trọng Nó giúp nhằm nâng cao xử lý môi trường ô nhiễm nguồn nước và không chỉ như vậy một số nhà máy còn giúp việc xử lý chống ngập úng cho thành phố , khu dân cư Nên việc nhằm đảm bảo hoạt động liên tục cho nhà máy là một nhiệm vụ rất cần thiết

Vì vậy việc nhằm đảm bảo hoạt động sản xuất liên tục hay không đều liên quan lớn đến hệ thống cung cấp điện Trong các điều kiện bình thường hệ thống điện lưới cung cấp cho nhà máy nhằm hoạt động sản xuất đảm bảo Tuy nhiên có vì một nguyên nhân nào đấy mà hệ thống điện lưới không đảm bảo được hoạt động liên tục cho nhà máy thì

ta phải có các biện pháp khác để nhằm việc phục vụ hoạt động cho nhà máy

Việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện phụ thuộc vào 02 yếu tố: giảm nguyên nhân gây sự cố và giảm thời gian mất điện

a) Các biện pháp làm giảm sự cố (nguyên nhân):

 Tăng cường công tác quản lý vận hành như: thường xuyên theo dõi tình trạng vận hành thiết bị, lập kế hoạch: vệ sinh công nghiệp, kiểm tra định kỳ, thay mới các thiết bị có suất hư hỏng cao hay hết thời gian vận hành

 Nâng cao chất lượng của thiết bị vận hành: sử dụng các thiết bị có chất lượng vận hành tốt và có tính tự động hóa cao

 Trong khâu thiết kế cần xây dựng hệ thống an toàn - đơn giản - linh hoạt, nhằm giảm cường độ hỏng hóc do các phần tử gây ra

 Nâng cao kiến thức vận hành cho đội ngũ vận hành, hạn chế sự cố chủ quan như thao tác nhằm, không tuân thủ quy trình kỹ thuật, biện pháp an toàn

 Bố trí thiết bị hợp lý, tính toán giá trị cài đặt hay chọn chức năng bảo vệ có tính phối hợp và chọn lọc cao Tăng cường khả năng cách điện, giảm thiểu sự cố lưới điện do sét đánh

 Cần trang bị phương tiện phục vụ cho công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng có chất lượng cao…

 Chủ động điều phối phương thức sản xuất ở các doanh nghiệp Sử dụng tụ bù, biến tần hay các bộ khởi động mềm nhằm tránh hiện tượng tăng tải đột ngột… b) Các biện pháp làm giảm thời gian mất điện (cô lập và xử lý sự cố):

Việc nhanh chống tái lập điện cho doanh nghiệp cần: cô lập vùng sự cố (dùng relay số), phân tuyến bằng DCL, thay DCL đầu tuyến bằng REC, phối hợp FCO với REC, xây dựng hệ thống mạch kép (2 mạch), mạch vòng hay phụ tải có nguồn dự phòng vận hành thông qua thiết bị ATS…và công tác khắc phục sự cố nhanh

3.2 Biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

3.2.1 Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao

Độ tin cậy của hệ thống phân phối điện phụ thuộc chủ yếu vào độ tin cậy của các phần tử như: đường dây, máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hoá… Muốn nâng cao độ tin cậy của lưới điện cần sử dụng các phần tử có độ tin cậy cao Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu mới,

đã có nhiều vật liệu và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao Về vật liệu điện có thể kể như: 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 khí SF6, máy cắt chân không , máy cắt không khí … có thể đóng cắt 10 000 lần không phải sửa chữa Các thiết bị bảo vệ và tự động hoá hiện nay sử dụng công nghệ kỹ thuật số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều so với thiết bị sử dụng rơle điện từ trước đây Ngoài ra máy biến áp hiện nay sử dụng vật liệu dẫn từ có tổn hao nhỏ và cách điện tốt nên có độ tin cậy cao

3.2.2 Tự động điều khiển giám sát từ xa:

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

Hệ thống này cho phép thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa Sử dụng hệ thống SCADA trong điều hành lưới phân phối sẽ cho phép nhanh chóng tách đoạn lưới bị sự cố và khôi phục cấp điện cho phân đoạn không bị sự cố, nhờ đó độ tin cậy được nâng cao