Nghiên cứu phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới phân phối điện áp dụng nghiên cứu nâng cao độ tin cậy của lưới điện Lào

Nghiên cứu phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới phân phối điện áp dụng nghiên cứu nâng cao độ tin cậy của lưới điện Lào Nghiên cứu phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới phân phối điện áp dụng nghiên cứu nâng cao độ tin cậy của lưới điện Lào luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

CHERTA HOUALEE

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN, ÁP DỤNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN LÀO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN BÁCH

NÀ NỘI – 2008

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu ring tôi Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn này là trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác

Lời cam đoan

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vễ

Nội dung Trang LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: Khái quát về lưới phân phối điện……… 4

1.1 Tổng quan về lưới phôn phối……….… 4

1.1.1 Khái niệm vềlưới phôn phối điện……….… 4

1.1.2 Đặc điểm và phân loại của lưới phân phối……….… 5

1.1.2.1 Một số đặc điểm của lưới phân phối … 5

1.1.2.2 Phân loại lưới diện phân phối trung áp 5

1.1.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuận đánh giá chất lượng của lưới phân phối điệ 5

1.1.4 Các phần tử trong lưới phân phối 6

1.1.5 Phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 7

1.1.5.1 Phương pháp phân phối điện trung áp 7

1.1.5.2 Nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn 8

1.1.5.2.1 Trung tính không nối đất: Z = ∞ .8

1.1.5.2.2 Trung tính nối đất trực tiếp: Z = 0 9

1.1.5.2.3 Trung tính nối đất qua tổng trở hay điện kháng: (Z=R;Z=R+jX) 9

1.1.5.2.4 Phương pháp nối đất qua cuộn dặp hồ quang 10

1.1.6 Sơ đồ lưới diện phân phối 11

1.1.6.2.1 Sơ đồ lưới điện phân phối trung áp trên không 13

1.1.6.2.2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp 14

1.1.6.2.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện 18

1.1.6.2.4 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp 19

1.1.7 Trạm biến áp phân phối 21

Chương 2 Phương giải thích độ tin cậy của lưới điện và trạm biến áp 23

2.1 Tổng quan về độ tin cậy 23

2.1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy 23

2.1.2 Nguyên nhân mất điện 24

2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện 26

2.1.3.1 Tổn thất kinh tế do mất điện 26

2.1.3.2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc của hệ thống điện 27

2.1.4 Độ tin cậy hợp lý 27

2.1.5 Đặc điệm và các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới phân phối 31

2.2 Chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối 32

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới phối 32

2.2.1.1 Các yếu tố bên trong 32

2.2.1.2 Các yếu tố bên ngoài 33

2.2.2 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới phân phối .34

2.2.2.1 Đối với lưới phân phối 34

2.2.2.2 Đối với trạm phân phối 38

2.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối 38

2.3: Phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới phân phối điện 40

2.3.1 Phân tích độ tin cậy của lưới phân phối hình tia có 1 nguồn 40

2.3.1.1 Sơ đồ tổng quát lưới điện: 40

2.3.1.2 Tính các chỉ tiệu độ tin cậy: 42

2.3.1.2.1 Do sự cố bản thân phân đoạn: λ’I và T’mđi 43

2.3.1.2.2 Do ảnh hưởng của các phân đoạn khác: .43

2.3.1.2.3 Ví dụ áp dụng: 47

2.3.1.2.3.1.Tính toán theo số liệu đã cho, không có tự đóng lại 47

2.3.1.2.3.2- Trương hợp có đặt tự đóng lại ở đầu đường dây với q = 0,3 52

2.3.2 Lưới điện có 2 nguồn cung cấp điện (hình 2.4): 54

2.4 Tính độ tin cậy của máy biến áp 56

2.4.1 Khái quát chung 56

2.4.2 Dự trữ và thay thế máy biến áp 58

2.4.2.1 Mô hình toán học 58

2.4.2.2 Hệ phương trình tóan học của qúa trình ngẫu nhiên Markov 61

2.4.2.3 Giải bài toán dự trữ thay thế trên máy tính 61

2.4.2.4 Kết luận .63

Chương III Áp dụng cho lưới điện cụ thể của Lào 64

3.1 Giới thiệu chung về lười điện của Lào 64

3.2.Sơ đồ lưới phân phối điện được phân tích độ tin cậy 76

3.2.1.Sơ đồ lưới điện: 76

3.2.2.Nội dung nghiên cứu 80

3.2.2.1-Phân tích độ tin cậy của các đường dây 80

3.3 Phân tích độ tin cậy của các đường dây khi chưa có thiết bị phân đoạn 84

3.3.1.Tính độ tin cậy của đường dây MSS 4-1 khi chưa có thiết bị phân doạn 84

3.3.2 Tính độ tin cậy của đường dây MSS 4-2 khi chưa có thiết bị phân đoạn.84 3.3.3.Tính độ tin cậy của đường dây MSS 4-3 khi chưa có thiết bị phân đoạn.85 3.4 Nâng cao độ tin cậy của các đường dây bằng thiết bị phân đoạn 85

3.4.1 Phương pháp chọn vị trí đặt dao cách ly 85

3.4.2 Tính độ tin cậy của đường dây MSS 4-1 khi dùng thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly 85

3.4.3 Tính đọ tin cậy của đường dây MSS 4-2 khi có thiết bị phân đoạn 88

3.4.4 Tính đọ tin cậy của đường dây MSS 4-3 khi có thiết bị phân đoạn 92

3.5 Tính và hiệu qủa kinh tế khi đặt dao cách ly 96

3.5.1 Hiệu qủa kinh tế được tính bằng Hiệu giá NPV 96

3.5.2 Sử dụng phần mềm tính toán NPV để phân tích hiệu quả kinh tế 96

3.5.3 Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây MSS 4-1 khi đặt 6 dao cách ly 99

3.5.4- Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây MSS 4 - 2 khi đặt 8 dao cáh ly: 102

3.5.5- Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây MSS 4 - 3 khi đặt 7 dao cáh ly 104

3.6.Kết luận: 107

KẾT LUẬN CHUNG CHO LUẬN VĂN 107

LPP: Lưới phân phối

MBA: Máy biến áp

TBPĐ: Thiết bị phân đoạn

TĐL: Tự động đóng lại đường dây

2.2 Thông số đường dây trong ví dụ áp dụng 47

2.3 B(i,j) 51

2.4 AS(i,j) 51

2.5 AH(i,j) 52

2.6 AS(i,j) 52

2.7 AH(i,j) 53

2.8 AS(i,j) 53

2.9 AH(i,j) 54

2.10 AS(i,j) 55

2.11 AS(i,j) 56

2.12 AH(i,j) 56

2.13 Các trạng thái máy biến áp 59

3.1 Số liệu đường dây MSS 4-1 sau khi đẳng trị 87

3.2 Kết quả tính toán độ tin cậy cho các nhánh đương dây MSS 4-1 87

3.3 Các trường hợp dùng từ 1 đến 6 cho trong bảng sau 88

3.4 Số liệu đường dây MSS 4-2 sau khi đẳng trị 90

3.5 Kết quả tính toán độ tin cậy cho các nhánh đường dây MSS 4-2 90

3.6 Các trường hợp dùng từ 1 đến 8 cho trong bảng sau 91

3.7 Số liệu đường dây MSS 4-3 sau khi đẳng trị 93

3.8 Kết quả tính toán độ tin cậy cho các nhánh đường dây MSS 4-3 94

3.9 Các trường hợp dùng từ 2 đến 7 cho trong bảng sau 95

3.10 Hệ số hiện đại hoá 97

3.11 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế ( NPV ) của đường dây MSS 4-1 100

3.14 Các trường hợp đặt từ 1 đến 8 dao cách ly có kết quả trong bảng sau 103

3.15 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế ( NPV ) của đường dây MSS 4-3: 105

3.16 Các trường hợp dùng 2 đến 6 dao cách ly cho trong bảng sau 106

3.17 Các thông số đường dây MSS 4-1 109

3.18 Các thông số đường dây MSS 4-2 114

3.19 Các thông số đường dây MSS 4-3 119

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ HÌNH VẼ Trang 1.1 Hình lưới điện 3 pha trung tính máy biến áp nối đất qua tổng trở 7

1.2 Lưới điện 3 pha và 1 dây trung tính 8

1.3 Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia 13

1.4 Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín 15

1.5 Cung cấp điện bằng 2 đường dây song song 16

1.6 Mạch liên nguồn 16

1.7 Cung cấp điện thông qua trạm cắt 17

1.8 Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung 17

1.9 Sơ đồ hệ thống phân phối điện 19

1.10 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp điện cho phụ tải 1 pha .20

1.11 Đường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng đường đi 21

1.12 Sơ đồ trạm biến áp phân phối 21

2.1 Mức đồ tin cậy hợp lý 30

2.2 Sơ độ tự động đóng nguồn dự phòng 35

2.5 Mô hình hệ thông máy biến áp 57

2.6 Hệ thống máy biến áp mô tả nhờ xích Markov 60

3.1 Nhà máy thủy điện Nằm măng 3 69

3.2 Trạm trung gian ở trên nhà máy thủy điện Nằm ngừm 115 MW 70

3.3 Nhà máy thủy điện Nằm ngừm 71

3.4 Trạm trung gian 115 kV Tỉnh Luộng pra bang 72

3.5 Trạm trung gian Phôn tọng 115/22kV (30x40 = 120 MVA 73

3.6 Trạm trung gian phố Tha khách tỉnh Khăm muốn 115/22 kV ( 30x2 = 60MVA) .73

3.7 Trạm trung gian Khốc xa at thủ đô Viêng chăn 115/22 kV ( 30x2 = 60 MVA) 74

3.8 Trạm trung gian Băng yo tỉnh Pác sê 115/22kV ( 8x2 + 25x1 = 41 MVA) 74

3.9 Đường dây 115 kV từ nhà máy thủy điện Sê xết 74

3.10 Đường dây MSS 4-1 22 kV của trạm cắt Đông na sốc 77

3.11 Đường dây MSS 4-2 22 kV của trạm cắt Đông na sốc 78

3.12 Đường dây MSS 4-3 22 kV của trạm cắt Đông na sốc 79

3.13 Giao diện chương trình tính toán độ tin cậy 81

3.14 Giao diện nhập số liệu từ bàn phím 81

3.15 Giao diện đọc số liệu trước khi tính độ tin cậy của lưới phân phối 83

3.16 Giao diện tính độ tin cậy của lưới phân phối 83

3.17 Sơ dồ đẳng trị của đường dây MSS 4-1 86

3.18 Đường cong về giảm điện năng mất của đường dây MSS 4-1 khi dùng 6 dao cách ly 88

cách ly 92 3.21 Sơ đồ đẳng trị của đường dây MSS 4-3 93 3.22 Đương cong về gỉm điện năng mất của đường dây MSS 4-3 khi ta dùng 7 dao cách ly 95 3.23 Giao diện chinh của chương trình tính toán hiệu quả kinh tế ( NPV ), khi ta dùng thiết bị phân đoạn bằng dao cách ly 98 3.24 Giao diện nhập số vào của chương trình tính toán hiệu quả kinh tế ( NPV ) 98

3.26 Đương cong quan hệ giữa NPV và số dao cách ly của đường dây MSS 4-1 .101 3.27 Đương cong quan hệ giữa NPV và số dao cách ly của đương dây MSS 4-2.104 3.28 Đương cong quan hệ giữa NPV và số dao cách ly của đương dây MSS 4-3.106

LỜI MỞ ĐẦU

kinh tế, xã hôi của đất nước Do đó ngành điện cần phải được phát triển mạnh để đáp ứng được nhu cầu về điện năng ngày càng cao của đất nước Phụ tải ngày càng lớn lên, quan trọng lên, do đó vấn dề phát triển thêm các nhà máy điện hoặc nhà máy thủy điện và hoàn thiện lưới điện đang được tiến hành một cách nhanh chóng

tải và ngày càng đỏi hỏi cao về chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.Việc giải quyết đúng đắn vấn để kinh tế - kỹ thuật từ thiết kế, cũng như vận hành nhà máy điện, hệ thống điện và lưới điện phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để Để đảm bảo cho có được các phương án dự phòng hợp lý và tối ưu trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xẩy ra sự cố Đối với những người làm công tác kỹ thuật ngành điện phải ý thức rõ được điều đó và luôn luôn cố gắng nhằm góp phần nhỏ bé của mọi người vào công việc chung của ngành Để đáp ứng yêu cầu cung cấp điện cho kháck hàng về chất lượng điện năng, mới có thể phát triển kinh tế xã hội trong tương lai càng ngày càng cao

Lưới điện phân phối thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35 KV, phân phối cho các tạm phân phối chung áp, hạ áp và phụ tải trung áp Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ Để nâng cao được độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng hợp lý luận văn tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán đọ tin cậy của lưới điện phân phối, từ kết qủa tính toán được đưa ra các biện pháp giảm thiệt hại về kinh tế

và thời gian mất địện đối với hộ phụ tải

Mục đích nghiên cứu: cơ sở lý thuyết về lưới phân phối và các pương pháp

phân tích độ tin cậy về lưới phân phối và áp dụng các phương pháp vào các lưới điện cụ thể của Lào

hưởng của các đường dây đến độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải

pháp nghiên cứu và tính toán độ tin cậy

Vận dụng kết qủa nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy của lưới phân phối và áp dụng tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối thành phố Viêng Chăn

điện, áp dụng nghiên cứu nâng cao độ tin cậy của lưới điện Lào

Bố cục luận văn: Luận văn thực hiện bố cục nội dung như sau

Chương 1: Khái quát về lưới phân phối điện

Chương 2: Pương pháp giải tích độ tin cậy của lưới điện và trạm biến áp

Chương 3: Áp dụng cho các lưới điện cụ thể của Lào

Kết luận chung

trình làm đề tài này tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáu đặc biệt nhất

Bách Khoa Hà Nội Đại học kỹ thuật Lào đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá

trình tham gia khóa học Các bạn bè sinh viên Lào học cùng lớp và các cán bộ kỹ

Do hạn chế và thời gian, trình độ nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót Tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn, góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng như

Chương 1:Khái quát về lưới phân phối điện

1.1 Tổng quan về lưới phôn phối

1.1.1 Khái niệm về lưới phôn phối điện

Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện Trong đó hệ thống bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống

Hệ thống lưới phân phối điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm khu vực hay thanh cái nhà máy địện ) cho các phụ tải

Lưới phân phối điện gồm 2 phần:

điện áp trung bình từ 6- 35 kV.Trong đó điện áp thường sử dụng là 6, 10, 22, 35

KV, phân phối điện cho các trạm trung áp, hạ áp, phụ tải trung áp và lưới hạ áp cấp diện cho các phụ tải hạ áp

tới hộ dùng điện

hoặc mạch vòng cung cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, do đó những nguyên nhân ảnh hưởng đến qúa trình truyền tải của lưới phân phối đều liên quan trực tiếp cho các hộ tiêu thụ

sao cho đảm bảo cho được chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp lý khi xảy ra

sự cố, nhằm giảm xác xuất xảy ra sự cố và những thiết hại về kinh tế đối với các hộ tiêu thụ

1.1.2 Đặc điểm và phân loại của lưới phân phối

1.1.2 1 Một số đặc điểm của lưới phân phối

- Lưới phân phân phối trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải

- Giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải: Mỗi một sự cố trên lưới phân phối trung áp đều ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội

- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: Khoảng (40%- 50%) trên lưới phân phối -Các hộ phụ tải sử dụng trực tiếp điện năng từ lưới phân phối nên vấn đề an toàn điện rất quan trọng

1.1.2 2 Phân loại lưới diện phân phối trung áp

Lưới phân phối thành phố

Lưới phân phối nông thôn

Lưới phân phối cáp ngồm

- Theo cấu trúc hình dáng

Hệ thống phân phối điện

1.1.3 Các chỉ tiêu và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của lưới phân phối điện

Hiệu qủa đối với các doanh nghiệp điện

Chất lượng điện áp

Độ tin cậy cung cấp điện

Ảnh hưởng tới môi trường (cảnh quan, ảnh hưởng đến đường dây điện

thoại )

1.1.4 Các phần tử trong lưới phân phối

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, thiết bị chống sét, cầu chì,

hệ thống bảo vệ Rơle, áp tô mát

bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, tụ bù ngang,

bù dọc, thiết bị đối xứng hoá, thiết bị lọc sóng hài bậc cao

- Thiết bi đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng

hồ đo điện áp, dòng điện , thiết bị tuyền thông tin đo lượng

dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn

- Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị

việc khác nhau tùy theo chức năng và tình trạng vận hành cụ thể Tất cả những

nguyên nhân ảnh hưởng đến chế độ làm việc của mỗi phần tử đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải Do đó trong công tác thiết kế, vận hành cần phải đặc biệt quan tâm

1.1.5 Phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn

trung áp của máy biến áp nguồn

1.1.5 1 Phương pháp phân phối điện trung áp

Có 2 Phương pháp phân phối điện trong lưới pân phối điện trung áp:

- Phương pháp dùng lưới điện 3 pha: Điện năng được truyền tải bằng hệ thống

3 dây pha, máy biến áp trung áp có cuồn trung áp đấu sao và trung tính nối đất qua tổng trở z, không có dây trung tính đi theo lưới điện

Hình 1.1 Lưới điện 3 pha trung tính máy biến áp nối đất qua tổng trở

- Phương pháp lưới điện 3 pha và một dây trung tính: Là phương pháp truyền tải

mà ngoài 3 dây pha còn có thêm 1 dây trung tính đi theo lưới điện, cứ khoảng 300m thực hiện nối đất lặp lại

Trong lưới điện này, cuộn trung áp của máy biến áp nối sao và trung tính nối đất trực tiếp

A

B

C

Z

1.1.5 2 Nối đất trung tính cuộn trung áp của máy biến áp nguồn

1.1.5.2.1 Trung tính k hông nối đất: Z = ∞

- Ưu điểm: Khi xảy ra chạm đất một pha mạng điện vẫn vận hành được trong

một khoảng thời gian nhất đình để tìm và khác phục sự cố, do đó độ tin cậy của mạng điện được nâng cao

- Nhược điểm:

+ Tăng giá thành của lưới điện do cách điện của lưới điện được chế tạo phải chịu được điện áp dây

giá trị giới hạn Nếu dòng điện điện dung lớn hơn giá trị giới hạn thì hồ quang sinh

ra khi chạm đất một pha sẽ lặp lại và duy trì, gây ra qúa điện áp nguy hiểm cho lưới điện

áp và cộng hưởng nguy hiểm cho cách điện

- Phạm vi áp dụng: Thường dùng cho lưới phân phối 6, 10 KV, còn lưới có cấp điện áp từ (15÷35KV) chỉ dùng nếu độ dài lưới điện ngắn

1.1.5.2.2 Trung tính nối đất trực tiếp: Z = 0

▪ Khi xảy ra chạm đất một pha sẽ gây ra ngắn mạch một pha Bảo vệ Rơle sẽ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi lưới, bảo vệ an toàn cho người và thiết bị

cách điện pha nên giá thành của lưới điện hạ

Dòng điện ngắn mạch một pha có thể rất lớn, gây tác hại cho thiết bị trong trạm biến áp và đường dây, tăng độ giá hóa của máy biến áp và cáp, gây điện áp cảm ứng lớn trên đường dây bên cạnh và đường dây điện thoại

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này được áp dụng cho lưới điện ở cấp điện áp (15÷20 KV), nếu các tác hại khi xảy ra ngắn mạch một pha được hạn chể ở mức cho phép

1.1.5.2 3 Trung tính nối đất qua tổng trở hay điện kháng: (Z=R;Z=R+jX)

- Ưu điểm: Hạn chế nhược điểm của phương pháp nối đất trực tiếp khi dòng

ngắn mạch qúa cao, dòng ngắn mạch được hạn chế trong koảng (1000÷1500 A) Cho phép diều khiển dòng ngắn mạch pha - đất ở mức hợp lý

- Nhược điểm:

+ Gây qúa điện áp trong lưới cao hơn trường hợp nối đất trực tiếp, ảnh hưởng đến cách điện của các phần tử của lưới, do đó cách điện phải cao hơn nên giá thành lưới điện tăng

+ Hệ thống nối đất đắt tiền và cần có sự bảo quẩn đình kỳ

+ Z1,X1: Tổng trở thứ tự thuận của máy biến áp nguồn và lưới điện

1.1.5.2 4 Phương pháp nối đất qua cuộn dặp hồ quang

Z=jX=j

C

ω1

khiến cho dòng điện điện dung ở trong giới hạn cho phép cho dù độ dài lưới phân phối rất lớn

+ Sự cố cách điện có thể gây dao động hồ quang điện, gây qúa áp trên cách điện của các pha không bị sự cố

+ Cuộn dây hồ quang phải điều chỉnh được để thích ghi với cấu trúc vận hành thay đổi của lưới

+ Hệ thống bảo vệ sự cố chạm đất phức tạp, khó tìm chỗ sự cố, giá thành cao, bảo quản phức tạc

+ Áp dụng với lưới cáp không hiệu qủa vì sự cố trong lưới đa số là do hư hỏng

vĩnh cửu cách điện

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp thường áp dụng cho lưới 35KV,

yếu trong tương lai

1.1.6 Sơ đồ lưới diện phân phối

1.1.6 1 Phương án nối dây trong mạng điện phân phối

nối dây như: Hình tia, phân nhánh hoặc mạch vòng kín Việc sử dụng sơ đồ

nối dây nào tùy thuộc vào mức độ yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện của mỗi một loại hộ phụ tải và tùy thuộc vào cấp điện áp mà sử dụng sơ đồ cho phù hợp

- Sơ đồ hình tia một lộ dùng nhiều nhất cho các mạng thắp sáng hoặc động lực ở điện áp thấp Các trạm 6, 10, 22, 35 KV cũng thường dùng loại sơ đồ hình tia để cung cấp điện

- Sơ đồ kiểu phân nhánh thường đựơc dùng ở các đường dây cung cấp điện cho một số phụ tải gần nhau

phố và các mạng điện phân xưởng với điện áp 6, 10, 22, 35 KV Những mạng điện này thường có cấu trúc mạch kín nhưng vận hành hở, khi sự cố phần lưới phân phối

sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn, bảo vệ đặt tại máy cắt đầu nguồn

sẽ tác động cắt mạch điện bị sự cố, sau khi cô lập đoạn lưới bị sự cố, phần lưới bị

sự cố còn lại sẽ được đóng điện trở lại để tiếp tục vận hành cung cấp điện cho các

hộ phụ tải chỉ có đoạn lưới bị sự cố là mất điện và mất điện

cho đến khi sự cố được xử lý xong

dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp

1.1.6 2 Áp dụng các phương pháp nối dây trong lưới diện phân phối

Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của mạng điện phân phối phụ thuộc rất

nhiều vào sơ đồ nối điện của mạng Do đó sơ đồ phải được chọn sao cho có chi phí

là nhỏ nhất, đảm bảo mức độ tin cậy cung cấp điện cần thiết, đảm bảo chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phu tải, thoận tiện và an toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới

nhánh hay mạch vòng kín nối trên, việc dùng sơ đồ có dự phòng hay không phụ thuộc vào tính chất của hồ phụ tải:

- Phụ tải loại I: Phải được cung cấp điện từ hai nguồn độc lập không được mất điện dù chỉ là tạm thời,nếu mất điện sẽ ảnh hưởng đến chính trị, tính mạng con người, thiệt hại về kinh tế… do đó thời gian ngừng cung cấp điện đối với hộ phụ tải loại I chỉ cho phép bằng thời gian tự động đóng nguồn dự trữ

trên kết qủa so sánh kinh tế giữa khoản tiền phải đầu tư thêm khi có đặt thiết bị dự phòng với khoản tiền thiệt hại do mất điện các hộ phụ tải loại II cho phép ngừng cung cấp điện trong thời gian cần thiết nhân viên vận hành đóng nguồn dự trữ

một thời gian để sửa chũa sử cố, thay thế các phần tử hư hỏng của mạng điện nhưng không quá 1 ngày

Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống, người thiết kế cũng như người quẩn

lý vận hành lưới điện phải có tính toán, dự kiến mọi khả năng để cho xác suất sự cố mất điện là thấp nhất, và thời gian mất điện là thấp nhất

1.1.6.2.1 Sơ đồ lưới điện phân phối trung áp trên không

Lưới điện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng lưới điện nông thôn thường không đòi hỏi cao về độ tin cậy, không bị hạn chế vì điều kiện an toàn và

mỹ quan như ở lưới phân phối khu vực thành phố Mặt khác, mật độ pụ tải của mạng điện nông thôn không cao, phân tán, đường dây khá dài, do đó sử dụng lưới điện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm điểm sự cố và khác phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp

Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ đồ hình tia, các trạm biến áp phân phối được cung cấp điện từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông qua các đừơng trục chính

1 máy cắt có tự động đóng lại, điều khiển tự xa;

- Biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ;

+ Các đường trục chính được phân đoạn bằng các thiết bị phân đoạn như: Máy cắt, máy cắt có tự động đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển tự xa

+ Các đường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau

có thể được nối liên thông để dự phòng khi bị sự cố, khi ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc

được mở trong khi làm việc để vận hành hở

tải điện dự phòng cho các trục khác khi bị sự cố

1.1.6.2 2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp

Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng điện thành phố do mức đòi hỏi cao

về độ tin cậy, mật độ phủ tải lớn, đường dây ngắn, bị hạn chế vì điều kiện an

toàn và mỹ quang độ thị do đó không được phép đi dây trên không mà phải chọn xuống đất tạo thành lưới phân phối cáp

Nhược điểm của lưới phân phối cáp là đắt tiền, sơ dồ phức tạp dẫn đến việc tìm điểm sự cố khó khăn, sửa chữa sự cố lâu và việc đấu nối được hạn chế đến mức tối

đa vì xác suất hỏng các chỗ nối là rất cao

▪ Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín

Sơ dồ lưới phân phối mạch vòng kín cung cấp điện cho các trạm phân phối có một máy biến áp Các trạm phân phối được đấu liên thông, mỗi máy biến áp đều có hai dao cách ly ở hai phía và có thể được cấp điện tự hai nguồn khác nhau lấy từ hai phân đoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp được cấp điện tự một phía

Ký hiệu ▼ chỉ dao cách ly được mở ra để vận hành hở Ưu điểm của vận hành hở làm cho lưới điện rẻ hơn, độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn về hệ thống về Rơle và thiết bị đóng cắt nếu muốn đặt độ tin cậy

▪ Cung cấp bằng hai đường dây song song

Hai đường dây song song cung cấp điện cho các trạm biến áp phân phối Các đường dây có thể được lấy điện từ hai trạm nguồn khác nhau để tạo thành mạch nguồn

Phụ tải Phụ tải

Hình 5.5: Cung cấp điện bằng 2 đường dây song song

▪ Mạch liên nguồn

Các trạm phân phối được cung cấp từ nhiều nguồn lấy điện từ thanh góp hạ áp của các trạm biến áp rung gian.Trong chế độ làm việc bình thường được tách ra để vận hành hở mạch

▪ Mạng phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt

cung cấp điện thông qua trạm cắt Người ta sử dụng hai đường dây liên lạc giữa trạm cắt và hai phần đoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian, sau đó các đường dây phân phối được cung cấp điện từ trạm cắt

▪ Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

Khi mật độ các trạm phân phối nhiều, để tiết kiệm vốn đầu tư mà vẫn đảm bảo được độ tin cậy có thể sử dụng sơ đồ như sau:

Trạm cắt Đường dây cung cấp

Thanh cái TBA

trung gian

Hình 1.7 Cung cấp điện thông qua trạm cắt

2.Trạm cắt

Dây dẫn của các đường dây phân phối được chọn đủ cho các trạm phân phối mà nó cấp điện, vì đã có đường dây dự phòng chung cho tất cả các đường dây phân phối

1.1.6.2 3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Trong qúa trình vận hành bình thường các mạch kín này được tách ra tại các điểm cắt của lưới để vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân đoạn Các điểm cắt này được thay đỏi thường xuyên trong qúa trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi

tính điện tử từ các số liệu đo xa đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân phối điện Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử sẽ tính toán đưa ra phương án vận hành thay thế tốt nhất Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối ưu đó bằng các thiết

bị điều khiển tử xa

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

TG1,TG2, TG3, TG4: Thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian

Nếu kông có thiết bị điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm, bằng cách tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện

1.1.6.2 4 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp

điện tạo thành lưới phân phối hạ áp 3 pha 4 dây Cấu trúc lưới phân phối hạ áp có thể được thực hiện bằng đường dây trên không, hoặc dùng dây cáp vằn xoắn Tuỳ theo yêu cầu đọ tin cậy các hộ phụ tải mà có thể sử dụng phương pháp có hay không nối dây dự phòng, có thể lấy điện từ cùng một trạm phân phối hoặc từ 2 trạm phân phối khác nhau:

đi cấp điện cho các phụ tải 1 pha có thể 3 dây (2 dây + trung tính) hoặc 2 dây (1 pha + trung tính)

Phụ tải 1 pha hoặc 3 pha

Hình1.11: Đường dây cung cấp kết hợp với chiếu sáng đường đi 1.1.7 Trạm biến áp phân phối

biến đổi điện áp trung áp xuống hạ áp để cung cấp điện cho lưới điện phân phói hạ

áp

3 Pha

Trung tính Chiếu sáng

Hình 1.12 Sơ đồ trạm biến áp phân phối

- Phía cao thế được đóng cắt bằng cầu dao cao thế, bảo vệ ngắn mạch bằng cầu

chỉ (hình 1.12a) hoặc cầu chỉ tự rời (hình 1.12b) bảo vệ chống qúa điện thế do sóng

sét lan chuyển tử đường dây vào trạm dùng chống sét van

- Phía hạ áp đóng cắt và bảo vệ bằng áp tô mắt

điện năng hữu công , vô công

Kết cấu của trạm biến áp thường là trạm treo trên cột hoặc trạm kiểu kiốt nếu ở thành phố

sửa chữa, thay thế lớn, không đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng

CD

CC CSV

AB 3

A A A AB

Chương 2 Phương pháp giải tích độ tin cậy của lưới điện và trạm biến áp 2.1 Tổng quan về độ tin cậy

2.1.1 Khái niệm chung về độ tin cậy

Trong sự phát triển về khoa học và kỹ thuật, độ tin cậy đã trở thành chỉ tiêu then chốt, đặc biệt đối với những hệ có cấu trúc phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực công việc khác nhau

Lý thuyết độ tin cậy thuộc ngành khoa học trẻ và phát triển theo những hướng chụ yếu như sau:

- Nghiên cứu cơ sở toán học về độ tin cậy Nhằm đưa ra quy luật và nhữg 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 và số liệu và đưa ra những đặc trưng thống kê về những 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: Nằm khảo sát nguyên nhân của 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

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 của các hệ kỹ thuật

Độ tin cậy bao gồm các vấn để về lý thuyết và thực tế nhằm nghiên cứu: Những nguyên nhân, quy luật của sự cố, những phương pháp tính toán và 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 xảy ra đối 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

điện Mô tả, đánh giá và điều kiển hành vi đó là một trong những nhiệm vụ chủ yếu

khi thiết kế và điều khiển hệ thống điện

2.1.2 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 thường nằm trên địa bàn rộng của

một quốc gia hay vùng lĩnh thổ Khi các phần tử của hệ thống hư hỏng có thể dẫn

đến ngừng cung cấp điện cho khách hàng cho từng vùng hoặc toàn hệ thống

Nguyên nhân gây mất điện có rất nhiều, người ta phân ra thành 4 nhóm chính như:

● Bảo vệ và điều khiển như: Hỏng rơle, hỏng đường truyền tín hiệu, hỏng

- Qúa tải đường đây, máy biến áp

- Tải không cân bằng

- Do nhân viên vận hành nhà máy điện

- Do nhân viên vận hành lưới

Khoảng 90% sự cố lớn được khôi phục trong khoảng 7 giờ

Kinh nghiệm cho thấy rằng, hầu hết các sự cố của lưới phân phối bắt nguồn từ yếu tố thiên nhiên, như: sét, bão, mua, lũ lụt, động vật… những sự mất điện khác

có thể quy cho khiếm khuyết của thiết bị, vật liệu và hành động của con người như:

xe ôtô đâm phải cột, phương tiện chạm vào dây dẫn, cây đổ, phá hoại, máy đào phải cáp ngầm Một số sự cố nguy hiểm và lan rộng trong hệ thống phân phối do

hiểm, và hầu hết các đơn vị điện lực không có đù người, phương tiện, máy móc thiết bị để phục hồi nhanh lưới điện trên một vùng địa lý rộng lớn và phức tạp Nhìn chung: Có thể phân chia, sắp xếp lại để giảm thiểu số lượng khách hàng bị ảnh hưởng của hỏng hóc thiết bị hoặc thời gian mất điện là nhỏ nhất Sẵn sàng hoạt động là sự lựa chọn duy nhất của ngành điện để nâng cao độ tin cậy Giảm thiểu thời gian mất điện, bằng cách kịp 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 qủa Việc phân tích sự cố xác định rõ những điểm yếu nhất của hệ thống phân phối và giải quyết nhanh và chính xác các điểm đó Sự phân tích được thực hiện chỉ

ở những khúc quan trọng của hệ thống Những thông tin kết qủa được sử dụng trong quyết định xây dựng hệ thống tới mức an toàn nào hoặc chấp nhận rủi ro mất điện

2.1.3 Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến

cấu trúc của hệ thống điện

2.1.3 1 Tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân, việc mất điện sẽ

+ Loại phụ tải mà khi mất điện gây ra mang tính chính trị - 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 qủa 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

ngột (sản phầm bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ ) hay theo kế hoạch (tổn thất nhỏ do

cơ sở sản xuất đã được chuẩn bị )

phụ tải, nhằm phụ vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thoả mãn được nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải và đảm bảo hiệu qủa kinh tế của hệ thống điện

2.1.3 2 Ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc 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 nhiều máy biến áp, sơ

đồ trạm và máy điện phức tạpdd

thông tin, hệ thống điều khiển tự động, phương thức vận hành…

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

2.1.4 Độ tin cậy hợp lý

tế Cung cấp điện liên tục được hiểu là cung cấp điện một cách chắc chắn, an toàn cho con người và thiết bị với chất lượng điện năng điện áp và tần số danh định trong giới hạn cho phép Để dịch vụ bảo trì chắc chắn tới khách hàng, ngành điện phải có dư công nhân để ngăn chặn các sự cố ở các bộ phận mất điện của khách

cậy, thiết hại do sự cố phải được xác định rõ

Bảng 2.1 cho ví dụ để giá mất điện các dịch vụ công ngiệp

Giá độ tin cậy được sử dụng để xem xét và đánh giá tỷ lệ tăng trưởng của nó Phân tính kinh tế độ tin cậy của hệ thống có thẻ là công cụ kế hoạch rát hữu ích trong guyết định chỉ tiêu tài chính để cải thiện độ tin cậy bằng cách cung cấp vốn đầu tư thêm cho hệ thống

Bẳng 2.1: Ví dụ về giá mất điện các dịch vụ công nghiệp

Các nghiên cứu về độ tin cậy đã chỉ ra rằng: Độ tin cậy là mong muốn tránh các

sự cố thiết bị hoặc tổ hợp thiết bị mà dẫn đến mất ngừng cung cấp diện Mức độ của độ tin cậy được coi là hợp lý khi thiết hại do mất điện tăng thêm tránh được

hợp lý từ góc độ người tiêu dùng có thể được định nghĩa là mức độ tin cậy khi tổng chi phí đầu tư và thiệt hại do mát điện là nhỏ nhất Hình 2.1 cho phác hoạ về điều

tuyến tính và độ tin cậy hợp lý của hệ thống phù hợp với tổng chi phí nhỏ nhất Vấn

đề đặt ra là vốn đầu tư ban đầu làm tăng độ tin cậy như thế nào? Vốn đầu tư tiếp theo đặt vào đâu để đặt được độ tin cậy cao nhất ?

Hình 2.1: Mức đo tin cậy hợp lý