Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy của các phương thức bảo vệ đường dây 220kv trạm sơn tây

CHƯƠNG I :CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ 1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ Nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động cắt phần tử hư hỏng

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

-

CHU QUANG TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 220KV

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

-

CHU QUANG TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC

PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 220KV

TRẠM SƠN TÂY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS NGUYỄN XUÂN TÙNG

Hà Nội –2019

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các Quý Thầy/Cô đã giảng dạy trong chương trình cao học Kỹ thuật điện – trường Đại học Bách khoa Hà Nội, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích về Kỹ thuật điện, làm cơ

sở cho tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Xuân Tùng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, cho tôi nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực hiện đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô đang giảng dạy tại Viện Điện – trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các anh, chị quản lý vận hành Trạm biến áp 220kV Sơn Tây đã giúp đỡ tôi trong việc trong quá trình thu thập dữ liệu, thông tin của luận văn, đóng góp ý kiến và bổ sung những thiếu sót cho luận văn của tôi

Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình học cũng như thực hiện luận văn

Do thời gian có hạn, kinh nghiệm nghiên cứu chưa có nên còn nhiều thiếu xót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý Thầy/Cô và các anh chị học viên

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của

ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung luận văn có tham khảo, sử dụng và trích dẫn các tài liệu, thông tin đã đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo

và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

Chu Quang Toàn

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I :CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ 2

1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ 2

1.2 Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ 4

1.3 Một số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ 7

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất ghiên cứu 9

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 11

2.1 Các chỉ tiêu phổ biến để đánh giá độ tin cậy 11

2.1.1 Giới thiệu chung 11

2.1.2.Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của các phần tử 11

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ 13

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ 17

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy 17

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố 19

3.4 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản 21

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 24

4.1 Giới thiệu về trạm biến áp 220 kV Sơn Tây và phương thức bảo vệ 24

4.1.1 Giới thiệu về trạm biến áp 24

4.1.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ của ngăn lộ đường dây 272 tại trạm 27

4.1.3 Ma trận cắt hiện đang sử dụng 28

4.2 Các kịch bản đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn lộ đường dây 272 tại trạm biến áp 220kV Sơn Tây 31

4.2.2 Các giả thiết khi tính toán độ tin cậy của các sơ đồ bảo vệ đường dây 31

4.2.3 Các kịch bản so sánh độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây 32 4.3 Giá trị không sẵn sàng của một số phần tử trong sơ đồ phương thức bảo vệ rơle 33 4.4 Giới thiệu phần mềm OpenFTA tính toán cây sự cố 37

4.5 Kết quả đánh giá và các nhận xét 39

4.5.2 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 3 39

4.5.3 Xây dựng cây sự cố và đánh giá xác suất không sẵn sàng của Sơ đồ 2 (sơ đồ mở rộng) 42

4.5.4.Đánh giá kết quả 46

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 51

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ phương thức đường dây 6

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ không có dự phòng 15

Hình 2.2 Hệ thống bảo vệ có dự phòng 15

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp 19

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song 20

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây 22

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng 23

Hình 4.1 Sơ đồ một sợi trạm 220kV Sơn Tây 24

Hình 4.2 Sơ đồ phương thức bảo vệ ngăn lộ 272 25

Hình 4.3 Ma trận cắt của phương thức bảo vệ đường dây 272 Trạm 220kV Sơn Tây 30

Hình 4.4 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ tiêu chuẩn) 32

Hình 4.5 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 33

Hình 4.6 Giao diện chính của phần mềm 37

Hình 4.7 Các biểu tượng có sẵn trong phần mềm 38

Hình 4.8 Giao diện quản lý dữ liệu của OpenFTA 38

Hình 4.9 Các chức năng hỗ trợ phân tích, tính toán cây sự cố 39

Hình 4.10 Sơ đồ phương thức bảo vệ 1 (sơ đồ rút gọn) 40

Hình 4.11 Cây sự cố với sơ đồ 3 (sơ đồ rút gọn) 40

Hình 4.12 Sơ đồ phương thức bảo vệ 2 (sơ đồ mở rộng) 43

Hình 4.13 Cây sự cố với sơ đồ 2 (sơ đồ mở rộng) 44

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố 19Bảng 4.1 Thống kê các chỉ số độ không sẵn sàng của một số phần tử 36Bảng 4.2 So sánh mức độ không sẵn sàng của các sơ đồ phương thức bảo vệ khác nhau với ngăn lộ đường dây 46Bảng 4.3 Mức độ đóng góp của các hư hỏng tới độ không sẵn sàng của sự kiện đỉnh 46

MỞ ĐẦU

Hệ thống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạt động với độ tin cậy cao, tuy nhiên

do hệ thống gồm nhiều thiết bị hợp thành nên vẫn có những sự cố xảy ra và có thể dẫn tới những thiệt hại lớn cho hệ thống

Có thể thấy phương thức bảo vệ của các thiết bị chính trong hệ thống đã được qui định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu nối các thiết bị và mạch nhị thứ còn khác nhau giữa các trạm Việc khác nhau của hệ thống nhị thứ là do quan điểm thiết kế của các hãng không giống nhau Vấn đề cần được thảo luận là phương thức bảo vệ và hệ thống mạch nhị thứ nào sẽ có độ tin cậy cao hơn và phù hợp về mặt kinh tế

Xuất phát từ lý do này, luận văn đã đi sâu nghiên cứu cách thức đánh giá định lượng

độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây, phương pháp sử dụng là phương pháp cây sự cố Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn đối với phương thức bảo vệ đường dây 220kV vì đây là phần tử phổ biến trên lưới điện và mang tính chất quang trọng Phần tính toán áp dụng kết quả nghiên cứu sẽ thực hiện đối với sơ đồ phương thức bảo vệ của đường dây 272 - Trạm 220kV Sơn Tây – Truyền tải điện Hòa Bình

Về mặt cấu trúc luận văn được chia ra thành 5 chương

Chương I: Giới thiệu chung về cấu hình và các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo

vệ; đồng thời giới thiệu các sơ đồ phương thức chung bảo vệ đường dây 220kV & 500kV và các hư hỏng thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ Trong chương này cũng đặt ra mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Chương II: Giới thiệu các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của hệ

thống điều khiển bảo vệ và các giải pháp để nâng cao độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ

Chương III: Giới thiệu phương pháp cây sự cố dùng để đánh giá mức độ không

sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

Chương IV: Áp dụng phương pháp cây sự cố để đánh giá mức độ không sẵn sàng

loại trừ sự cố trong vùng đối với một số sơ đồ bảo vệ đường dây phổ biến với mức

độ dự phòng tăng dần Phạm vi áp dụng là với sơ đồ bảo vệ đường dây 272 – Trạm 220kV Sơn Tây – Truyền tải điện Hòa Bình Phần mềm OpenFTA được sử dụng để xây dựng và đánh giá mức độ không sẵn sàng

Chương V: Đánh giá chung và đưa ra các hướng nghiên cứu trong tương lai

CHƯƠNG I :CẤU HÌNH CHUNG VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG

RƠLE BẢO VỆ 1.1 Các yêu cầu đối với hệ thống rơle bảo vệ

Nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, ghi nhận phát hiện ra tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử hư hỏng trong hệ thống điện Tùy vào mức độ tình trạng làm việc bất thường mà rơle bảo vệ có thể chỉ cảnh báo tín hiệu hoặc tác động cắt máy cắt

Các yêu cầu chính đối với hệ thống rơle bảo vệ:

a) Tính chọn lọc

Tác động của bảo vệ đảm bảo chỉ cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện được gọi là tác động chọn lọc Khi có nguồn cung cấp dự trữ cho hộ tiêu thụ, tác động như vậy tạo khả năng cho hộ tiêu thụ tiếp tục được cung cấp điện

Yêu cầu tác động chọn lọc cũng không loại trừ khả năng bảo vệ tác động như là bảo

vệ dự trữ trong trường hợp hỏng hóc bảo vệ hoặc máy cắt của các phần tử lân cận Cần phân biệt hai khái niệm chọn lọc

+ Chọn lọc tương đối: Theo nguyên tắc tác động của mình, bảo vệ có thể làm việc như là bảo vệ dự trữ khi ngắn mạch phần tử lân cận

+ Chọn lọc tuyệt đối: Bảo vệ chỉ làm việc trong trường hợp ngắn mạch ở chính phần tử được bảo vệ

b) Tác động nhanh

Càng cắt nhanh phần tử bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại của phần tử ấy, càng giảm được thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ và càng có khả năng giữ ổn định của hệ thống điện Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơle Tuy nhiên trong một số trường hợp

để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau

c) Độ nhạy

Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với những hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệ thống điện Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn Đối với các bảo vệ làm việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch, hệ số độ nhạy được xác định bằng

tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (ví dụ: dòng ngắn mạch nhỏ nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (tức dòng khởi động)

d) Đảm bảo độ tin cậy

Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc chắn trong tất

cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình trạng làm việc không bình thường đã định trước Mặt khác bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài Nếu bảo vệ có nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo

vệ chính đặt gần chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động Để tăng tính đảm bảo của bảo

vệ cần:

+ Dùng rơle có chất lượng cao

+ Chọn sơ đồ bảo vệ rơle đơn giản nhất

+ Các bộ phận phụ (cực nối, dây dẫn, rơle trung gian) dùng trong sơ đồ phải chắc chắn, tiếp xúc tốt

+ Thường xuyên kiểm tra sơ đồ bảo vệ

e) Tính kinh tế

Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong HTĐ không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra để có những tác động chuẩn xác Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của công trình Vì vậy yêu cầu về kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thoả mãn được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện

Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà

máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí thấp nhất

1.2 Các qui định về cấu hình hệ thống rơle bảo vệ

Hiện nay, hệ thống đường dây và các máy biến áp truyền tải điện năng đóng một vai trò quan trọng trong việc đưa điện năng sản xuất được đến hộ tiêu thụ Số lượng đường dây và các trạm biến áp truyền tải điện tăng lên không ngừng do phải đáp ứng nhu cầu tăng rất nhanh của phụ tải Việc xây dựng thêm các đường dây ở các cấp điện áp 500, 220, 110kV trong hệ thống truyền tải điện ngày càng nhiều chính

vì vậy mà phương thức sử dụng dùng để bảo vệ cho các tuyến đường phần tử quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Bên cạnh các yêu cầu kỹ thuật, các yêu cầu về tính kinh tế ngày càng được quan tâm nhằm nâng cao độ tin cậy để bảo vệ đường dây truyền tải điện tốt hơn và tối ưu về mặt kinh tế

Việc phát hiện và loại trừ nhanh sự cố trên đường dây giúp tăng khả năng cung cấp điện liên tục,tin cậy cho toàn hệ thống điện Theo quy định mới của EVN ban hành năm 2016 về cấu hình hệ thống và quy cách kỹ thuật của rơle bảo vệ cho hệ thống đường dây truyền tải điện 500kV; 220kV và 110kV như sau (trích lược): Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây 220 kV

1 Cấu hình rơ le bảo vệ

a Đường dây 220 kV được trang bị mỗi đầu các thiết bị rơ le bảo vệ đường dây với cấu hình như sau:

 Thiết bị rơ le bảo vệ số 1: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 87L, SOTF, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL

 Thiết bị rơ le bảo vệ số 2: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N, 68 (B/T), SOTF, 67/67N, 50/51, 50/51N, 85, FR, FL

 Các chức năng bảo vệ và tự động 25/79, 27/59 không phải dự phòng

và được tích hợp vào một trong hai thiết bị rơ le bảo vệ trên hoặc sử dụng thiết bị bảo vệ rơle riêng

b Thiết bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2 phải lấy tín hiệu dòng điện từ các cuộn dòng (thứ cấp biến dòng điện) khác nhau và phải có mạch cắt độc lập với nhau Tín hiệu điện áp được lấy từ biến điện áp đường dây

c Các chức năng bảo vệ 87L, 21/21N, POTT, PUTT 79 và các mạch nhị thứ

đi kèm phải đảm bảo khả năng tác động riêng rẽ từng pha để có thể thực hiện tự động đóng lại 1 pha và 3 pha trên đường dây 220 kV

d Cô lập thiết bị rơ le bảo vệ số 1 (hoặc số 2) không được ảnh hưởng đến bất

kỳ chức năng nào của thiết bị rơ le bảo vệ số 2 (hoặc số 1 tương ứng)

2 Phương thức truyền tín hiệu

a Chức năng rơle bảo vệ 87L của thiết bị rơ le bảo vệ số 1 được truyền tín hiệu giữa hai đầu đường dây bằng một trong ba phương thức sau:

- Sử dụng sợi quang nối trực tiếp vào rơ le ở hai đầu đường dây

- Kênh truyền dẫn quang

- Kênh thuê riêng

b Chức năng bảo vệ sử dụng kênh truyền của thiết bị rơ le bảo vệ số 2 (POTT, PUTT ) được truyền tín hiệu giữa hai đầu đường dây bằng một trong ba phương thức sau:

- Kênh truyền tải ba

- Kênh truyền dẫn quang thiết lập bằng thiết bị truyền dẫn và sợi quang độc lập vật lý với kênh truyền dẫn quang dùng cho chức năng rơle bảo vệ 87L của thiết

bị rơle bảo vệ số 1

- Kênh thuê riêng (trong trường hợp cả kênh truyền tín hiệu cho thiết bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2 đều là kênh thuê riêng thì hai kênh này cũng phải độc lập vật lý

về sợi quang và thiết bị truyền dẫn)

c Các chức năng bảo vệ, tín hiệu liên động khác ở hai đầu đường dây như: 27, 59, 50BF, DTT phải được truyền đồng thời trên hai kênh truyền tín hiệu của hai thiết

bị rơ le bảo vệ số 1 và số 2

Ví dụ về sơ đồ phương thức bảo vệ đối với các ngăn lộ đường dây 220kV:

Hình: 1.1: Sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây

21/21N: Bảo vệ khoảng cách đường dây

67/67N: Bảo vệ quá dòng có hướng /bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng 85: Truyền cắt,nhận thông tin phối hợp tác động từ bảo vệ đầu đối diện 27/59: Bảo vệ kém áp/quá áp

25/79: Kiểm tra đồng bộ/Tự động đóng lại AR

FL/FR: Định vị sự cố/ghi sự cố

50BF: Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt

74: Rơle giám sát mạch cắt

1.3 Một số sự cố thường gặp với hệ thống rơle bảo vệ

Hệ thống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạt động với độ tin cậy cao, tuy nhiên do hệ thống gồm nhiều thiết bị hợp thành nên vẫn có những sự cố xảy ra như liệt kê sau đây:

a) Hư hỏng phần cứng của rơle bảo vệ

Bảo vệ cho các đường dây là hệ thống các rơle bao gồm rơle số, rơle điện cơ Về mặt cấu tạo các rơle kỹ thuật số bao gồm các linh kiện điện tử, các phần tử bảng mạch như IC, chíp, điốt, transitor, tụ điện…Các linh kiện điện tử này được tổ hợp thành các đầu vào input và đầu ra output để thực hiện cơ cấu tác động mỗi khi rơle thực hiện chức năng bảo vệ Rơle bảo vệ luôn luôn hoạt động 24/24h trong ngày luôn luôn sẵn sàng để tác động khi có sự cố xảy ra trên đường dây, mặt khác các linh kiện điện tử cũng có tuổi thọ nhất định chính vì vậy mà có xác suất hư hỏng nhất định dẫn đến nguyên nhân làm rơle không tác động khi có sự cố xảy Bên cạnh các rơle kỹ thuật số bảo vệ hệ thống đường dây còn có rơle điện cơ, các rơle cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, được cấu tạo từ các cuộn dây, mạch điện từ

và các tiếp điểm Qua quá trình hoạt động lâu dài rơle cơ cũng bị ảnh hưởng và hư hỏng như đứt dây, già hóa mạch điện từ, các tiếp điểm của rơle tiếp xúc kém

b) Hư hỏng nguồn làm việc cho rơle bảo vệ

Trong bất cứ trạm biến áp nào cũng luôn luôn có hệ thống nguồn AC/DC cung cấp cho toàn bộ hệ thống mạch bảo vệ cũng như điều khiển của các thiết bị máy cắt, dao cách ly…Khi có sự cố xảy ra cho dù rơle có hoạt động đúng và tác động nhưng nếu thiếu hệ thống nguồn DC cung cấp thì máy cắt cũng không thể cắt được, chính vì lẽ

đó mà hệ thống nguồn AC/DC trong trạm biến áp rất quan trọng Theo quy chuẩn của EVN thì trong trạm biến áp thường có hai hệ thống nguồn DC riêng biệt và hoạt động độc lập với nhau Nguồn DC được dự phòng nóng bằng hai hệ thống acquy độc lập Hai hệ thống acquy độc lập này được phụ nạp bằng hai hệ thống điện AC riêng biệt của trạm Một nguồn lấy từ nguồn tự dùng địa phương bên ngoài trạm, một nguồn AC lấy qua máy biến áp tự dùng trong trạm điện Với thiết kế hệ thống

nguồn AC/DC như vậy đảm bảo cho hệ thống mạch nhị thứ điều khiển bảo vệ hoạt động tin cậy giúp cho rơle sẵn sàng tác động cô lập phần tử bị hư hỏng khi có sự cố xảy ra Tuy nhiên xác suất hư hỏng hệ thống nguồn AC, DC vẫn có thể xảy ra như

hư hỏng acquy, hư hỏng tủ chỉnh lưu AC/DC, hư hỏng các máy biến áp tự dùng cung cấp điện từ 22/0,4kV, hư hỏng attomat v.v Chính vì vậy khi xét đến tổng quan

về độ tin cậy của cả hệ thống rơle bảo vệ cho các đường dây cần phải xét tới hệ thống DC này

c) Hư hỏng mạch dòng điện, điện áp cấp tới cho rơle

Các biến dòng điện và biến điện áp cung cấp tín hiệu để rơle liên tục kiểm tra và phát hiện các tình trạng làm việc bất thường hoặc sự cố Khi có sự cố xảy ra, các giá trị dòng điện và điện áp này vượt quá (hoặc giảm thấp hơn) giá trị cài đặt trong rơle thì rơle sẽ tác động gửi lệnh tới cắt các máy cắt để cô lập điểm sự cố Xác xuất hư hỏng biến dòng điện và biến điện áp là rất nhỏ và chiếm một tỷ lệ thấp trong thực

tế

d) Hư hỏng, đấu sai mạch nhị rơle bảo vệ

Bên cạnh những nhân tố khách quan thì nhân tố chủ quan của con người cũng là một trong nguyên nhân gây ra sai sót khiến rơle tác động nhưng không cắt được khi

có sự cố xảy ra Rơle muốn làm việc được cần phải đấu các mạch điện nhị thứ liên quan như mạch lực dòng điện, điện áp cấp cho rơle, mạch nguồn DC nuôi, mạch các input đầu vào nhị phân, các đầu ra output tiếp điểm làm việc đi cắt các máy cắt Rơle hoạt động cắt đúng được máy cắt theo yêu cầu chỉ khi các mạch này đúng với nguyên lý thiết kế của rơle Thực tế cho thấy xác suất xảy ra việc đấu sai mạch nhị thứ này là khá nhiều, lý do có thể là do trình độ, do kỹ năng và cả do hiểu sai về nguyên lý hoạt động của rơle dẫn đến nhầm lẫn

e) Sai sót khi cài đặt phiếu chỉnh định và cấu hình rơle

Một nguyên nhân khá phổ biến dẫn tới hệ thống rơle bảo vệ không hoạt động như mong muốn là do sai sót khi cấu hình rơle, cài đặt giá trị tác động, cài đặt các output, input cho rơle bảo vệ Như chúng ta đã biết rơle là một sản phẩm điện tử thông minh của con người dùng để bảo vệ cho các thiết bị điện, tuy nhiên tùy vào đối tượng bảo vệ mà nó cần phải được cài đặt các thông số phù hợp theo tính toán trước Công việc này đòi hỏi người cài đặt và cấu hình rơle phải có chuyên môn,

trình độ và được đào tạo Công việc cài đặt không đúng sẽ dẫn đến rơle làm việc sai, làm việc không đúng gây ảnh hưởng tới tuổi thọ của thiết bị điện nói riêng và ảnh hưởng đến các thiết bị khác lân cận Ngày nay dưới tác động của khoa học và

kỹ thuật các loại rơle kỹ thuật số phát triển không ngừng cả về số lượng và chất lượng, ngày càng có nhiều hãng rơle và nhiều chủng loại rơle khác nhau, sử dụng nhiều loại phần mềm khác nhau để cài đặt cũng như cấu hình chức năng bảo vệ Chính vì thế khi một chủng loại hay một hãng rơle mới đưa vào vận hành trên hệ thông lưới điện công việc cài đặt cũng như thí nghiệm đôi khi cũng xảy ra sai sót dẫn đến nguyên nhân không cắt được máy cắt khi có sự cố xảy ra

f) Hư hỏng của bản thân máy cắt

Một yếu tố quan trọng chính dẫn tới việc hệ thống rơle không loại trừ được sự cố chính là do hư hỏng của bản thân máy cắt Mặc dù rơle bảo vệ đã tác động, mạch nhị thứ làm việc tốt, các cuộn cắt đã làm việc nhưng máy cắt vẫn không cắt được đó

là do nguyên nhân như hư hỏng chính cuộn cắt, cuộn cắt bị hỏng, các cơ cấu cơ khí của máy cắt bị kẹt làm cho các trụ cực của máy cắt không thể tách rời tiếp điểm chính của máy cắt Xác suất hư hỏng này nói chung xảy ra khá ít và hiếm khi gặp trong thực tế

1.4 Sự cần thiết phải đánh giá độ tin cậy của hệ thống rơle bảo vệ và đề xuất nghiên cứu

Hệ thống rơle bảo vệ được thiết kế để hoạt động với độ tin cậy cao, tuy nhiên do hệ thống gồm nhiều thiết bị hợp thành nên vẫn có những sự cố xảy ra và có thể dẫn tới những thiệt hại lớn cho hệ thống

Có thể thấy phương thức bảo vệ của các thiết bị chính trong hệ thống đã được qui định khá rõ ràng; tuy nhiên phần đấu nối các thiết bị và mạch nhị thứ còn khác nhau giữa các trạm Cấu hình của các hệ thống nhị thứ có thể khác nhau tùy theo quan điểm thiết kế của các hãng Vấn đề cần quan tâm đối với đơn vị sử dụng là phương thức bảo vệ và hệ thống mạch nhị thứ nào sẽ có độ tin cậy cao hơn và phù hợp về mặt kinh tế

Xuất phát từ lý do này, luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu cách thức đánh giá định lượng độ tin cậy của các sơ đồ phương thức bảo vệ dựa trên phương pháp cây sự cố Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn đối với phương thức bảo vệ đường dây vì đây là

phần tử quan trọng, có suất sự cố lớn và gây ảnh hưởng nhiều đến hệ thống Phần tính toán áp dụng kết quả nghiên cứu sẽ thực hiện đối với sơ đồ phương thức bảo vệ ngăn lộ đường dây 272 (Vĩnh Tường – Sơn Tây) tại trạm 220kV Sơn Tây thuộc Truyền tải điện Hòa Bình

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ

THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

2.1 Các chỉ tiêu phổ biến để đánh giá độ tin cậy

2.1.1 Giới thiệu chung

Độ tin cậy của hệ thống (hoặc phần tử) là xác suất để hệ thống hoặc phần tử hoàn thành các nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian xác định và điều kiện nhất định Độ tin cậy và các chỉ số liên quan là một đại lượng xác suất, phụ thuộc thời gian; tuy nhiên trong nhiều trường hợp có thể sử dụng giả thiết các chỉ số không phụ thuộc thời gian để tính toán độ tin cậy Đây chỉ là phương pháp gần đúng nhưng khả thi để có thể áp dụng trong thực tế

Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của nó thì khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc vì hệ thống làm việc liên tục Do đó độ tin cậy được đo bởi một đại lượng thích hợp hơn là độ sẵn sàng

“Độ sẵn sàng là xác suất để để hệ thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ”

Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất để hệ thống (hay phần tử) ở trạng thái hỏng

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của các phần tử

Độ tin cậy của các phần tử là yếu tố quyết định độ tin cậy của cả hệ thống, do vậy

để đánh giá độ tin cậy phải xuất phát từ các phần tử cấu thành hệ thống

Một số chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá độ tin cậy của phần tử với giả thiết tỷ lệ

hư hỏng và sửa chữa là đại lượng không đổi theo thời gian như sau [1]:

- Tần suất sự cố (λ): là số lần thiết bị bị sự cố trong một đơn vị thời gian Dữ liệu này được thống kê từ thực tế hoặc qua các thử nghiệm

- Cường độ phục hồi (μ): Tổng số sửa chữa chia cho tổng số đơn vị thời gian làm việc hoặc thời gian hoạt động

- Thời gian trung bình giữa các sự cố (MTTF): Thời gian trung bình giữa thời gian bắt đầu hoạt động hoặc hoạt động trở lại sau khi sửa chữa và lần hư hỏng tiếp theo Với giả thiết tần suất sự cố là hằng số theo thời gian thì MTTF = λ-1

- Thời gian sửa chữa trung bình (MTTR): Thời gian trung bình để sửa và khôi phục lại sự hoạt động của thiết bị Thời gian này bao gồm cả thời gian chuẩn bị, thời gian bảo trì chủ động và thời gian dành cho các khâu hậu cần Với giả thiết cường

độ phục hồi là hằng số theo thời gian thì MTTR = μ -1

- Thời gian trung bình giữa các lần hư hỏng (MTBF): Thời gian trung bình giữa các lần bị sự cố hư hỏng của thiết bị tính đến khi được sửa xong và đưa trở lại hoạt động

MTBF là tổng của MTTF và MTTR Vì MTTR là thường nhỏ so với MTTF, chúng

ta giả định rằng MTBF là xấp xỉ bằng MTTF và MTBF = λ-1

Các rơle bảo vệ và hệ thống bảo vệ được thiết kế để sửa chữa được (hệ thống phục hồi), do đó các chỉ số đo độ tin cậy cần bao gồm khả năng hư hỏng và khả năng sửa chữa

Mức 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, là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ (là tỉ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động) Phương trình (1) minh họa phương thức tính mức độ sẵn sàng:

)1(

MTTR MTBF

MTBF MTTR

MTTF

MTTF A

kỳ % sự cố mà các thành phần, thiết bị hoặc hệ thống không sẵn sàng thực hiện các chức năng của mình như phương trình (2)

)2(

MTBF

MTTR A

- Giảm thời gian trung bình sửa chữa: tăng cường thí nghiệm, kiểm tra rơle, tăng cường thiết bị rơle dự phòng

- Giảm thời gian trung bình hư hỏng: sử dụng các thiết bị có tỷ lệ hư hỏng thấp, thiết kế chắc chắn tin cậy

Các chỉ số đánh giá mức độ sẵn sàng và không sẵn sàng đều không có đơn vị, tuy nhiên có thể qui đổi ra thành các đại lượng thời gian khi tính cho một năm

2.2 Các giải pháp nâng cao khả năng sẵn sàng của hệ thống rơle bảo vệ

Hệ thống bảo vệ bao gồm các rơle và các thiết bị phụ trợ, khi có sự cố các rơle sẽ tác động cắt các máy cắt để loại trừ sự cố Với lưới điện trung thế có thể sử dụng cầu chì và các thiết bị tự đóng lại để loại trừ sự cố

Do có vai trò quan trọng nên hệ thống bảo vệ được thiết kế dựa trên nguyên tắc phải đảm bảo luôn sẵn sàng phát hiện và loại trừ các sự cố Để tăng cường mức độ sẵn sàng thì hệ thống rơle thường được thiết kế theo nguyên tắc

- Sử dụng hệ thống có các rơle tại chỗ dự phòng cho nhau

- Hệ thống rơle luôn có các bảo vệ dự phòng cấp trên để đảm bảo loại trừ được

sự cố khi các bảo vệ tại chỗ bị hư hỏng (có vùng chồng lấn giữa bảo vệ giữa bảo vệ tại chỗ và bảo vệ dự phòng từ xa)

Giải pháp tăng cường dự phòng là phương thức sử dụng thêm một hoặc nhiều các thiết bị bảo vệ dự phòng bên cạnh bảo vệ chính để tránh việc hệ thống cùng bị một loại hư hỏng dẫn tới không cắt được sự cố trên lưới Hệ thống bảo vệ có dự phòng được sử dụng chủ yếu ở lưới điện truyền tải vì lý do: nếu không có hệ thống dự phòng thì khi hư hỏng thiết bị sẽ dẫn tới phải cắt sự cố bằng các bảo vệ cấp trên và dẫn tới kéo dài thời gian loại trừ sự cố Việc kéo dài thời gian loại trừ sự cố có thể dẫn tới các hậu quả nghiêm trọng như mất ổn định, rã lưới Hệ thống bảo vệ dự phòng cũng được sử dụng phổ biến đối với máy phát điện và máy biến áp công suất lớn

Các phương thức thiết kế hệ thống bảo vệ dự phòng bao gồm:

- Sử dụng hai bộ rơle bảo vệ (Main 1 và Main 2)

- Sử dụng thêm các kênh thông tin dự phòng

- Thiết kế các hệ thống mạch dòng điện và mạch điện áp riêng biệt cho hai bộ rơle bảo vệ

- Sử dụng hệ thống nguồn điện một chiều riêng

- Sử dụng máy cắt có hai cuộn cắt, các cuộn cắt được điều khiển bằng các mạch cắt riêng với nguồn DC độc lập với nhau

Riêng với máy cắt điện do không thể đầu tư máy cắt dự phòng nên cần được trang

bị bảo vệ dự phòng hư hỏng máy cắt

Ngày nay việc áp dụng hệ thống bảo vệ dự phòng ở các cấp điện áp đã trở nên kinh

tế hơn vì các rơle hiện nay đã được tích hợp sẵn nhiều tính năng bảo vệ trong một rơle Tuy nhiên việc tăng cường các rơle bảo vệ cũng có thể dẫn tới khả năng hệ thống bị mất an toàn do các tác động không mong muốn của hệ thống này; để tránh các trường hợp này thì với các hệ thống có nhiều rơle cần xem xét thiết kế logic cắt máy cắt chỉ khi có ít nhất 2 bảo vệ cùng tác động

Một giải pháp khác nâng cao độ an toàn là sử dụng các rơle các hãng khác nhau để tránh việc xảy ra cùng một lỗi hư hỏng Một số kỹ sư cho rằng việc sử dụng các rơle với các nguyên tắc hoạt động khác nhau và sử dụng nền tảng phần cứng khác nhau

sẽ làm giảm nguy cơ hoạt động sai của rơle vì thế đã đề nghị khi thiết kế sơ đồ dự phòng thì sử không sử dụng cùng một loại rơle bảo vệ của cùng một hãng Tuy nhiên hiện nay các rơle có thể sử dụng chung các thiết bị phần cứng của một số nhà sản xuất dẫn tới việc sử dụng các rơle của các hãng khác nhau có thể không cần thiết, thực tế cho thấy xác suất cùng một phần tử bị hư hỏng cùng một thời điểm với hai rơle giống nhau là rất thấp

Việc sử dụng rơle giống hệt nhau trong một hệ thống bảo vệ chính có những ưu điểm sau:

- Hai hệ thống giống nhau cho phép các kỹ sư thiết kế một hệ thống và sử dụng được hai lần: giảm nhân công khi cài đặt, cấu hình; tránh được các lỗi khi cài đặt; giảm xác suất nhầm lẫn của con người

- Đảm bảo sự phối hợp bảo vệ tốt hơn do hai hệ thống bảo vệ giống nhau

- Giảm chi phí và giá thành tích hợp vào hệ thống tự động hóa trạm

- Các nhân viên vận hành sẽ dễ sử dụng hệ thống hơn do có chung giao diện

- Các kỹ sư có thể phân tích dữ liệu với cùng một loại công cụ và kỹ năng

- Nhân viên có thể chỉ cần đào tạo chuyên sâu về một loại rơle thay vì phải học cách sử dụng hai rơ le cho cùng một mục đích

- Xử lý sự cố đơn giản hơn vì dễ dàng hơn cho người sử dụng để so sánh các báo cáo của hai rơle giống hệt nhau cho cùng một sự cố

Ví dụ minh họa về phương thức bảo vệ đường dây không có/có dự phòng:

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ không có dự phòng

Hình 2.2 Hệ thống bảo vệ có dự phòng

Phương thức bảo vệ trong Hình 2.2 sử dụng sơ đồ bảo vệ kép bao gồm hai rơle bảo

vệ cho đường dây Tín hiệu dòng điện cấp cho rơle lấy từ các cuộn riêng rẽ của BI hoặc lấy từ các BI khác nhau đối với bảo vệ so lệch,với bảo vệ khoảng cách đường dây lấy cả tín hiệu dòng điện và điện áp Hệ thống rơle bảo vệ sử dụng hai nguồn

Line Protection Relay

điện một chiều độc lập và các máy cắt ngăn lộ đường dây đều có hai cuộn cắt dự phòng cho nhau Khi có sự trên đường dây một hoặc cả hai bảo vệ rơle tác động gửi lệnh cắt cắt máy cắt hoặc máy cắt đầu dối diện cô lập điểm sự cố Trong sơ đồ dự phòng thường giả thiết các thiết bị dự phòng có chất lượng tương đương nhau về các chỉ số như độ nhạy và về tốc độ hoạt động

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẢO VỆ

3.1 Giới thiệu phương pháp cây sự cố đánh giá độ tin cậy

Phương pháp cây sự cố (Fault Tree Analysis - FTA) là một công cụ hữu dụng

để phân tích rủi ro và đánh giá độ tin cậy; giúp các kỹ sư có thể hiểu một hệ thống

có thể bị hư hỏng dừng hoạt động do các yếu tố nào; nhận dạng được cách thức tốt nhất để giảm rủi ro hoặc cũng đánh giá được tỷ lệ có thể xảy ra các sự kiện với hệ thống đang quan tâm [1]

Phương pháp cây sự cố được phát triển từ năm 1962 tại Bell Laboratories, Mỹ và nhanh chóng được phát triển và công nhận như một công cụ hữu hiệu đối với các chuyên gia phân tích độ tin cậy Trong giai đoạn đầu phát triển, công cụ được dùng chủ yếu trong các nhiệm vụ quốc phòng, tuy nhiên sau đó đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hàng không vũ trụ, hóa chất, hạt nhân….và nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác

FTA dựa trên phương thức phân tích từ trên xuống, bắt đầu với sự kiện không mong muốn có thể xảy ra sau đó xác định sự kiện cơ sở (Base event - BE) Trạng thái không mong muốn của hệ thống được diễn tả bởi Top Event (TE) TE và

BE được kết hợp với nhau thông qua các cổng logic (AND gate, OR gate) Cây sự

cố là công cụ để nhận dạng và đánh giá các tổ hợp của các sự kiện không mong muốn có thể dẫn tới trạng thái không mong muốn của hệ thống

Sự kiện không mong muốn được coi là Top Event của cây sự cố Ví dụ: máy cắt không cắt được khi có sự cố được coi là một sự kiện không mong muốn đối với

hệ thống rơle bảo vệ (TOP EVENT) Truy xuất ngược từ việc máy cắt không cắt được có thể do hai nguyên nhân: hư hỏng của bản thân máy cắt hoặc hư hỏng của bản thân rơle; hai điều kiện này hợp thành lôgic OR (HOẶC) Xem xét tiếp việc hư hỏng của rơle có thể do hư hỏng phần cứng hoặc lỗi của phần mềm; hai điều kiện này lại hợp thành một lôgic OR Để tránh việc rơle bị hư hỏng có thể sử dụng hai rơle dự phòng lẫn nhau, điều kiện này hợp thành logic AND do việc hư hỏng rơle gây ra ảnh hưởng tới việc không cắt máy cắt chỉ xảy ra khi hai rơle cùng hư hỏng

Một phần tử có thể xuất hiện tại nhiều chỗ trong cây sự cố nếu phần tử này có liên

hệ và ảnh hưởng tới nhiều phần tử khác trong cùng hệ thống

Cây sự cố thường được diễn tả dưới dạng đồ họa sử dụng các phần tử logic AND, OR…để dễ phân tích tính toán

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố:

Sự kiện cơ bản: hư hỏng hoặc lỗi trong một phần tử của

hệ thống (ví dụ: nguồn DC bị hỏng)

Sự kiện bên ngoài: sự kiện thuộc diện mong đợi có thể

xảy ra (không phải hư hỏng của bản thân phần tử)

Sự kiện chưa phát triển: sự kiện có thể không gây ra hệ

quả hoặc sự kiện chưa có đủ thông tin để đánh giá

Sự kiện điều kiện: các điều kiện mà gây ảnh hưởng hoặc

hạn chế tới đầu ra của các cổng logic (ví dụ: chế độ vận

hành có thể ảnh hưởng tới việc hư hỏng của BI dẫn tới

hệ thống bảo vệ mất tín hiệu dòng điện)

Sự kiện trung gian: sự kiện đạt được tại đầu ra của các

cổng logic

Các biểu tượng thông dụng diễn tả các logic trong phương pháp cây sự cố

OR: đầu ra xuất hiện nếu bất cứ đầu vào nào xuất hiện

AND: đầu ra xuất hiện nếu tất cả các đầu vào xuất hiện

(các đầu vào độc lập với nhau)

OR chuyên biệt: đầu ra xuất hiện nếu một đầu vào chỉ

định trước xuất hiện

AND ưu tiên: đầu ra chỉ xuất hiện nếu tất cả các đầu vào

xuất hiện tại một bước nào đó được chỉ định trước (bước

chỉ định trước này do sự kiện điều kiện quyết định)

Biểu tượng chuyển tiếp: dùng để liên kết đầu vào đầu ra

của các cây sự cố (ví dụ liên kết từ hệ thống con tới hệ

thống lớn)

Chuyển tiếp vào

Chuyển tiếp

ra

Bảng 3.1.Các biểu tượng thông dụng diễn tả các sự kiện trong phương pháp cây sự cố

Mỗi cây hỏng hóc được thành lập cho một sự kiện đỉnh

Ưu điểm: cây sự cố là phương pháp hiệu quả để nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống phức tạp Phương pháp này cho phép đánh giá về chất lượng cũng như số lượng trên quan điểm độ tin cậy Về mặt chất lượng cây sự cố cho hình ảnh rõ ràng về nguyên nhân, cách thức xảy ra hỏng hóc và các hành vi của hệ thống Hơn nữa, phương pháp cây sự cố cho phép tính được các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống

3.2 Phương thức kết nối các phần tử trong cây sự cố

- Kết nối kiểu nối tiếp:

Hệ thống hoạt động tốt nếu tất cả các phần tử của hệ thống hoạt động tốt (Hình )

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối kiểu nối tiếp

Nếu các phần tử không tương tác với nhau thì các sự cố là độc lập với nhau và độ tin cậy của hệ thống bằng tích các độ tin cậy của các phần tử hợp thành:

PHT=P1.P2.P3…Pn

Trong đó Pi: là xác suất của phần tử thứ I ở trạng thái tốt

Từ đó cũng có thể tính được xác suất trạng thái hỏng của hệ thống nối tiếp là:

Ví dụ của kiểu kết nối này là BI – Rơle – Máy cắt: tín hiệu cắt máy cắt khi sự cố chỉ

có được nếu tất cả các phần tử như BI và Rơle và bản thân Máy cắt hoạt động tốt

- Kết nối kiểu song song:

Các phần tử được nối song song, tạo ra khả năng dự phòng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống Hệ thống chỉ gặp sự cố khi tất cả các phần tử cấu thành của nó ngừng hoạt động (Sơ đồ Hình ):

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kiểu song song

Nếu biết cường độ phục hồi μ1 và μ2 và tần suất hư hỏng λ1 và λ2 của các phần tử thì có thể tính được cường độ phục hồi μHT và tần suất hư hỏng λHT của hệ thống như sau:

μ=μ1 + μ2 (

) Còn nếu biết xác suất trạng thái hỏng của phần tử là Q1 và Q2 thì:

QHT=Q1*Q2

PHT=1-QHTThời gian trung bình giữa các hư hỏng (MTTF) của hệ thống gồm hai phần tử song song như sau:

1

2

3

Phương pháp lát cắt tối thiểu:

Lát cắt bao gồm các phần tử mà khi các phần tử này đồng thời hỏng thì hệ thống sẽ hỏng Với giả thiết rằng mỗi phần tử đều có khả năng đáp ứng nhu cầu tải Lát cắt tối thiểu là lát cắt bao gồm số lượng tối thiểu các phần tử Hệ thống chỉ tốt khi tất cả các lát cắt tối thiểu đều tốt, nếu chỉ một lát cắt tối thiểu hỏng thì hệ thống sẽ hỏng Một lát cắt tối thiểu hỏng khi tất cả các phần tử của nó hỏng Như vậy lát cắt được

mô tả bằng sự nối song song các phần tử của nó, còn sơ đồ độ tin cậy của hệ thống

sẽ là sự ghép nối tiếp của các lát cắt tối thiểu

3.4 Ví dụ áp dụng phương pháp cây sự cố với trường hợp đơn giản

Xét một hệ thống bảo vệ rơle đơn giản gồm một máy cắt, rơle quá dòng điện, biến dòng điện cung cấp tín hiệu cho rơle và hệ thống nguồn thao tác dc (Hình ) Áp dụng cây sự cố để phân tích khả năng hệ thống bảo vệ này không sẵn sàng để loại trừ được sự cố trên đường dây được bảo vệ

Sự kiện cần quan tâm là hệ thống không loại trừ được sự cố được coi là sự kiện đỉnh (Top Event) Để đơn giản giả thiết các sự kiện hỏng hóc xảy ra độc lập với nhau

Hình 3.3 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây

Sự kiện đỉnh được giả thiết là “Không cắt được máy cắt khi có sự cố trong vùng được bảo vệ” Phương pháp cây sự cố được bắt đầu từ sự kiện đỉnh, sau đó phụ thuộc vào mối quan hệ logic của các sự kiện đỉnh với các sự kiện sự cố thành phần (thân, cành, lá….), thành lập cây sự cố thông qua các sự cố trung gian và các cổng logic Cổng OR ở Hình chỉ ra rằng bất cứ sự cố thành phần nào đều dẫn tới sự cố đỉnh

- 0,0001 cho kênh truyền

Do các phần tử nối với nhau qua logic OR nên tần suất xuất hiện sự kiện đỉnh bằng tổng tần suất của các sự kiện nhánh và bằng:

0.01+0.001+0.001+0.01+0.0001=0.0221

Có thể nâng cao độ tin cậy của hệ thống (giảm tần suất xuất hiện sự kiện đỉnh) bằng cách thiết kế hệ thống bảo vệ với sơ đồ có dự phòng (Hình )

Hình 3.4 Cây sự cố cho mạch bảo vệ đường dây có rơle dự phòng

Vẫn với sơ đồ trên, bổ sung thêm một rơle dự phòng (rơle quá dòng có thời gian 51) Cây sự cố trong trường hợp này có thêm cổng AND Cổng AND này thể hiện

cả hai rơle hỏng mới gây ra sự kiện “cả hai rơle không tác động” với cường độ hư hỏng là 0,001×0,001 = 0,000001 Tần suất sự cố của sự kiện đỉnh trong trường hợp này sẽ là 0,0202 Như vậy độ tin cậy ở sơ đồ này đã được cải thiện do có thêm rơle

dự phòng (cải thiện 8,6%)

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CÂY SỰ CỐ ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TIN CẬY HỆ THỐNG RƠLE BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY

4.1 Giới thiệu về trạm biến áp 220 kV Sơn Tây và phương thức bảo vệ

4.1.1 Giới thiệu về trạm biến áp

Sơ đồ nối điện chính trạm biến áp 220kV Sơn Tây( Phía 220kV)

Hình 4.1 Sơ đồ một sợi trạm 220kV Sơn Tây

Sơ đồ phương thức bảo vệ đường dây 272 của trạm 220kV Sơn Tây