Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối từ liêm thành phố hà nội

Hình 1.1 Các cấu trúc lưới phân phối 1.2 Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện Không chỉ hệ thống điện, khái niệm độ tin cậy được áp dụng cho bất kỳ một phần tử hoặc hệ thống vận hành trê

NGUYỄN NGỌC VIỆT

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

TỪ LIÊM – THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÃ MINH KHÁNH

Hà Nội – 2017

Tác giả xin cam đoan: Nội dung của luận văn tốt nghiệp này là công trình khoa học thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở tổng hợp và nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, áp dụng vào thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học

của TS Lã Minh Khánh

Các kết quả trong bản luận văn này hoàn toàn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào từ trước đến nay Số liệu và trích dẫn đều được chỉ rõ nguồn trong danh mục các tài liệu tham khảo

Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung của bản luân văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Việt

CHƯƠNG I YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN

1.1 Đặc điểm cấu trúc của lưới phân phối điện 4

1.2 Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện 6

1.3 Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải

của lưới phân phối 9

1.4 Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối 12

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN

2.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối hướng đến khách hàng 15

2.2 Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối 18

2.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 23

CHƯƠNG 3 NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI PHÂN PHỐI

3.3 Xác định số phân đoạn tối ưu 44

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

LĐPP Lưới điện phân phối

LĐTT Lưới điện truyền tải

TBA Trạm biến áp

TTCS Tổn thất công suất

TTĐN Tổn thất điện năng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Số liệu tính toán lộ 372 E1.6 ………35 Bảng 3.2 Kết quả tính toán chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn …… 67 Bảng 3.3 Kết quả tính toán hiệu quả NPV khi sử dụng

TBPĐ là dao cách ly……….73 Bảng 3.4 Kết quả tính toán hiệu quả NPV khi sử dụng

TBPĐ là máy cắt ……… 73

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các cấu trúc lưới phân phối ………6

Hình 1.2 Phân loại bài toán độ tin cậy………7

Hình 1.3 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư ………13

Hình 1.4 Độ tin cậy và chi phí tối ưu ……… 13

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia ………16

Hinh 2.2 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược ………25

Hình 2.3 Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối ………28

Hình 2.4 Chương trình tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối …… 30

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình tính toán ……….34

Hình 3.2 Sơ đồ một sợi lưới 372 E1.6……… 39

Hình 3.3 Sơ đồ một sợi phương án 1………41

Hình 3.4 Sơ đồ đẳng trị phương án 1……… …….42

Hình 3.5 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới không phân đoạn …43 Hình 3.6 Sơ đồ một sợi phương án 2………44

Hình 3.7 Sơ đồ đẳng trị phương án 2……… …….45

Hình 3.8 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 1 phân đoạn ………46

Hình 3.9 Sơ đồ một sợi phương án 3………47

Hình 3.10 Sơ đồ đẳng trị phương án 3……… 48

Hình 3.11 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 2 phân đoạn ……49

Hình 3.12 Sơ đồ một sợi phương án 4 ………51

Hình 3.13 Sơ đồ đẳng trị phương án 4……… ….52

Hình 3.14 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 3 phân đoạn ……54 Hình 3.15 Sơ đồ một sợi phương án 5 ………55 Hình 3.16 Sơ đồ đẳng trị phương án 5……… ….56 Hình 3.17 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 4 phân đoạn ……58 Hình 3.18 Sơ đồ một sợi phương án 6 ………59 Hình 3.19 Sơ đồ đẳng trị phương án 6……… ….60 Hình 3.20 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 5 phân đoạn ……62 Hình 3.21 Sơ đồ một sợi phương án 7 ………63 Hình 3.22 Sơ đồ đẳng trị phương án 7……… ….64 Hình 3.23 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án lưới 6 phân đoạn ……67 Hình 3.24 Chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn ………68 Hình 3.25 Kết quả tính toán độ tin cậy phương án sử dụng máy

cắt làm thiết bị phân đoạn……….70

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Trong thời gian gần đây, hệ thống điện Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc Lưới điện truvền tải và phân phối đã và đang phát triển rộng khắp bao phủ khắp mọi miền đất nước Khả năng cung cấp điện của hệ thống ngày càng được cải thiện rõ rệt Tuy nhiên cùng với sự phát triển kinh kế trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu sử dụng điện cho sinh hoạt và sản xuất cũng tăng trưởng vô cùng mạnh mẽ

Cùng với sự phát triển nhanh chóng cả về quy mô công suất cũng như phạm vi cung cấp điện thì chất lượng điện năng cũng như việc đảm bảo độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện cũng đòi hỏi phải được nâng cao Việc tính toán và đánh giá độ tin cậy trong bài toán quy hoạch và phát triển lưới điện vì thế cần được quan tâm đặc biệt hơn nữa Trong các quy hoạch và phát triển lưới điện hiện nay thì mới chỉ tập trung đến việc đánh giá các tổn thất về mặt điện năng như tổn thất điện áp, tổn thất công suất mà chưa chú trọng đến việc đánh giá tới mức độ và cường độ mất điện trong lưới phân phối Chính vì những lý do đó, đề tài của bản luận văn được chọn để nghiên cứu các chỉ tiêu, yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối và dùng các kết quả đó để áp dụng vào bài toán quy hoạch phát triển lưới điện

Mục đích nghiên cứu của luận văn

Luận văn dự kiến tìm hiểu về các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối, thống kê và thu thập dữ liệu thực tế về sự cố và thời gian xử lý của lưới điện phân phối Từ Liêm – Hà Nội, tính toán phân tích và xây dựng số liệu điển hình tương ứng Từ đó đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối

Từ Liêm

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là các chỉ tiêu áp dụng cho nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện phân phối tại Việt Nam

Đối tượng nghiên cứu là các phương pháp tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối, áp dụng cho một lưới phân phối cụ thể và áp dụng các phương pháp đánh giá cho lưới phân phối

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện tại trong các bài toán quy hoạch thiết kế lưới điện phân phối, các tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện còn chưa được quan tâm đánh giá đúng mức Việc định lượng được độ tin cậy cho lưới phân phối sẽ đánh giá được chất lượng lưới phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho phụ tải Từ đó sẽ chọn lựa được các phương án quy hoạch tối ưu nhất về cả mặt kỹ thuật và kinh tế, giảm thiểu phát sinh các chi phí sau này để nâng cao khả năng vận hành của lưới

Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam Trên cơ sở chỉ tiêu phù hợp, luận văn dự kiến áp dụng đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối thực tế Từ đó tính toán hiệu quả kinh tế áp dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện

Nội dung nghiên cứu

Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện trong luận văn:

- Nghiên cứu tổng quan về yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

- Thu thập, thống kê và tổng hợp số liệu thực về sự cố và thời gian xử lý của lưới điện phân phối Từ Liêm – Hà Nội

- Tính toán phân tích và xây dựng số liệu điển hình tương ứng cho các chỉ số

độ tin cậy của lưới điện phân phối

- Đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối Từ Liêm – Hà Nội Trên các cơ sở phạm vi nghiên cứu dự kiến, bản thuyết minh luận văn được chia thành các nội dung như sau:

- Mở đầu

- Chương 1 Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cho lưới điện phân phối Việt Nam

- Chương 2 Phương pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lưới điện phân phối

- Chương 3 Tính toán nâng cao độ tin cậy cho xuất tuyến lưới phân phối Từ Liêm – thành phố Hà Nội

- Kết luận chung

CHƯƠNG I YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP

ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI TẠI VIỆT NAM

1.1 Đặc điểm cấu trúc của lưới phân phối điện

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng cung cấp điện cho phụ tải trong toàn bộ

hệ thống năng lượng điện, do các đơn vị điện lực (PCs) quản lý Cụ thể lưới phân phối bao gồm phần lưới điện bắt đầu từ các trạm biến áp trung gian nằm tại tâm các cụm phụ tải địa phương, cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, thông thường bao gồm phần lưới trung áp (1-35kV) kết nối với lưới hạ áp (380/220kV) qua các trạm biến áp phân phối (theo [1]) Do đó lưới phân phối có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:

- Chi phí cho đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn

- Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống

- Thời gian ngừng điện sự cố và ngừng điện kế hoạch lớn hơn lưới truyền tải nhiều lần

- Lưới phân phối ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng cung cấp cho phụ tải (chủ yếu là chỉ tiêu điện áp)

- Độ tin cậy của lưới phân phối ảnh hưởng trực tiếp nhất đến phụ tải

Có thể thấy rằng việc nghiên cứu độ tin cậy của lưới phân phối là cần thiết và

là một trong những nội dung quan trọng của hệ thống điện nhằm đảm bảo chất lượng hoạt động và khả năng cung cấp điện liên tục

Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp, trong đó các cấp điện áp trung áp được dùng trong lưới phân phối cho đến nay bao gồm (6,

10, 15, 22, 35kV)

Lưới phân phối trung áp truyền tải điện từ các trạm biến áp trung gian cấp điện cho các trạm biến áp hạ áp cấp điện áp thường dùng cho lưới phân phối hạ áp là 0,4kV Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện năng tiêu chuẩn và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép Tuy nhiên do những nguyên nhân về kinh tế và điều kiện kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối hiện nay cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới phân phối

Cấu trúc của lưới phân phối tại các đơn vị điện lực của Việt Nam thường là (theo [1]):

- Lưới phân phối hình tia : (Hình 1.1a) Đặc điểm của nó là đơn giản, chi phí đầu tư nhỏ, nhưng có độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng

- Lưới phân phối hình tia có phân đoạn: (Hình 1.1b) Là lưới phân phôi hình tia được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn Thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly, cầu dao phụ tải, máy cắt phân đoạn các thiết bị này có thể đóng cắt tại chỗ bằng tay hoặc được trang bị hệ thống điều khiển từ xa Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khiển chúng

- Lưới kín vận hành hở: (Hình 1.1c) Lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng Bình thường, lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều chỉnh sơ đồ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện còn các phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường Sơ đồ này có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước đây Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín, nhưng thiết bị bảo

vệ, điều khiển đòi hỏi phải là các thiết bị tốt và đắt tiền Vận hành lưới hở đơn giản

và rẻ hơn nhiều

Hình 1.1 Các cấu trúc lưới phân phối

1.2 Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện

Không chỉ hệ thống điện, khái niệm độ tin cậy được áp dụng cho bất kỳ một phần tử hoặc hệ thống vận hành trên thực tế Theo [2], khái niệm chung có tính chất kinh điển về độ tin cậy vận hành của một hệ thống như 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”

Như vậy độ tin cậy luôn gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định Trong đó có thể định lượng được độ lớn của độ tin cậy như là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian xác định Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử)

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

Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của

nó, 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, đó là độ sẵn sàng 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 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 với 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

Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc độ không sẵn sàng chưa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đó phải

sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất

Các bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được phân chia thành các bài toán nhỏ theo cấu trúc như sau (theo [2]):

Hình 1.2 Phân loại bài toán độ tin cậy

Như vậy bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại:

- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát, chỉ xét riêng các nguồn điện;

- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện;

- Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối;

- Bài toán về độ tin cậy của phụ tải

Bên cạnh đó, tùy theo mục đích khảo sát cụ thể, bài toán độ tin cậy trong hệ thống điện có thể được chia làm 2 nhóm là:

- Bài toán quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện;

- Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện

Còn theo nội dung tính toán phân tích, bài toán đánh giá độ tin cậy có thể được chia thành các loại sau:

- Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện có cấu trúc cho trước

- Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thông số của một phân tử nào đó trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các thông số của các phần tử còn lại Bài toán tổng hợp trực tiếp rất phức tạp do đó chỉ có thể áp dụng trong những bài toán nhỏ, hạn chế

Các bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện vẫn phải dùng phương pháp tổng hợp gián tiếp, tức là lập nhiều phương án rồi tính chỉ tiêu độ tin cậy bằng phương pháp giải tích để so sánh, chọn phương án tối ưu

Mỗi loại bài toán về độ tin cậy đều gồm có bài toán quy hoạch và vận hành Mỗi bài toán lại bao gồm loại giải tích và tổng hợp

Bài toán phân tích độ tin cậy có ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết

kế cũng như vận hành hệ thống điện Nội dung bài toán này là tính các chỉ tiêu độ tin cậy của một bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thông số độ tin cậy của các phần tử của nó, ví dụ tính độ tin cậy của một trạm biến áp, một phần sơ đồ lưới điện… Các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc (hay tiêu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ) nào đó do người phân tích độ tin cậy đặt ra

Tuy nhiên các kết quả nói chung cũng vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện

Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch cũng như vận hành hệ thống điện Bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch nhằm xác định việc đưa thêm thiết bị mới, thay đổi cấu trúc hệ thống điện trong các năm tiếp theo Còn bài toán về độ tin cậy phục vụ vận hành nhằm kiểm nghiệm hoặc lựa chọn sách lược vận hành hệ thống điện có sẵn Hai loại bài toán này có phần cơ bản giống nhau, tức là mô hình chung của hệ thống điện

Trong nội dung luận văn này, bài toán được áp dụng là đánh giá định lượng độ tin cậy theo cấu trúc của lưới điện phân phối nhằm phục vụ cho các tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật trong quy hoạch (các phương án lưới điện chưa vận hành) trên

cơ sở cách tiếp cận xác suất mất điện cho phụ tải

1.3 Yêu cầu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải của lưới phân phối

1.3.1 Độ tin cậy và tổn thất kinh tế do mất điện

Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế Việc mất điện gây ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt và sản xuất, để lại nhiều hậu quả cho kinh tế xã hội Mất điện đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi cần độ an toàn công cộng và môi trường cao như bệnh viện, nhà máy xử lý nước thải, hầm mỏ Những nơi này thường có các nguồn điện dự phòng như máy phát điện tuy nhiên việc mất nguồn điện chính vẫn

để lại hậu quả và thiệt hại đáng kể

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

- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra các hậu quả mang tính chính trị - xã hội

- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra hậu quả kinh tế

Đối với loại trên, phụ tải cần được cấp điện với độ tin cậy cao nhất có thể Còn đối với loại dưới là 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

Tổn thất kinh tế cho các cơ sở sản xuất, kinh doanh cụ thể Đó là tổn thất kinh

tế mà các cơ sở này phải chịu khi mất điện đột ngột hay theo kế hoạch

Khi mất điện đột ngột, sản phẩm sẽ bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây ra tổn thất kinh tế Tổn thất này có thể phụ thuộc số lần mất điện hoặc điện năng bị mất hoặc đồng thời cả hai Khi mất điện theo kế hoạch, tổn thất sẽ nhỏ hơn do cơ sở sản xuất đã được chuẩn bị

Tổn thất này được tính toán cho từng loại xí nghiệp hoặc cơ sở kinh doanh cụ thể để phục vụ việc thiết kế cung cấp điện cho các cơ sở này

Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống điện Tổn thất này được tính toán

từ các tổn thất thật ở phụ tải và theo các quan điểm của hệ thống điện Nó nhằm phục vụ công việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn được nhu cầu về độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện Tổn thất này được tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện một cách riêng biệt Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1

kW hoặc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện

Tổn thất kinh tế do mất điện rất lớn, đồng thời về mặt chính trị - xã hội cũng đòi hỏi độ tin cậy cấp điện ngày càng cao, khiến cho hệ thống điện ngày càng phải hoàn thiện về cấu trúc, cải tiến về vận hành để không ngừng nâng cao độ tin cậy Ảnh hưởng lớn nhất tới độ liên tục cung cấp điện cho khách hàng là lưới phân phối Tăng cường đảm bảo độ tin cậy cho khách hàng có thể làm giảm được những chi phí xã hội và đưa lại lợi ích cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân

1.3.2 Các quy định của Bộ Công Thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho lưới điện phân phối

Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương quy định về các yêu cầu vận hành đối với hệ thống phân phối [5], trong đó tiêu chuẩn về độ tin cậy vận hành của lưới điện phân phối được đánh giá theo từng quý và phê duyệt hàng năm cho các đơn vị điện lực trong toàn quốc Trong đó sử dụng các chỉ số đánh giá độ tin cậy

hướng tới khách hàng nhằm bảo đảm chất lượng phục vụ của các đơn vị phân phối điện theo bộ tiêu chuẩn quốc tế thông dụng IEEE-P1366

Cụ thể các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối được yêu cầu thống kê và bảo đảm bao gồm:

- Chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Duration Index - SAIDI);

- Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối (System Average Interruption Frequency Index - SAIFI);

- Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối (Momentary Average Interruption Frequency Index - MAIFI)

Trình tự phê duyệt tiêu chuẩn độ tin cậy hàng năm cho lưới điện phân phối được quy định như sau:

- Trước ngày 15 tháng 9 hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam có trách nhiệm tổng hợp các tính toán độ tin cậy cho năm tiếp theo của các Đơn vị phân phối điện để trình Cục Điều tiết điện lực xem xét, phê duyệt

- Trước ngày 15 tháng 10 hàng năm, Cục Điều tiết điện lực phê duyệt chỉ tiêu

độ tin cậy cho lưới điện phân phối của từng Đơn vị phân phối điện làm cơ sở tính toán giá phân phối điện cho các Đơn vị phân phối điện

Chế độ báo cáo tại các đơn vị điện lực:

- Trước ngày 15 tháng đầu tiên hàng quý, Đơn vị phân phối điện có trách nhiệm báo cáo Cục Điều tiết điện lực bằng văn bản về việc thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối trong quý trước đó

- Cục Điều tiết điện lực quy định mẫu báo cáo về độ tin cậy của các Đơn vị phân phối điện

1.4 Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối

Ngành điện nói chung và các công ty điện lực nói riêng luôn mong đợi cung cấp điện liên tục, có chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc sử dụng

hệ thống và trang bị sẵn có một cách kinh 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 là điện áp và tần số danh định trong giới hạn cho phép

Giá của độ tin cậy được sử dụng để xem xét và đánh giá tỷ lệ tăng trưởng của

nó Phân tích kinh tế độ tin cậy của hệ thống có thể là công cụ kế hoạch rất hữu ích trong quyết định chi tiêu tài chính để cải thiện độ tin cậy bằng cách cung cấp vốn đầu tư thêm cho hệ thống

Trong môi trường cạnh tranh, các công ty điện lực sẽ phải chịu ngày càng nhiều các ràng buộc về kinh tế, xã hội, chính trị, môi trường nơi mà các công ty này đang hoạt động Các quyết định quy hoạch, đầu tư tài chính, vận hành, được đưa ra

để giúp cho các công ty này luôn duy trì và mở rộng phạm vi hoạt động trong một

hệ thống điện liên kết Tăng cường độ tin cậy cung cấp điện là một trong những tiêu chí về chất lượng phục vụ của các công ty điện lực Giữa tăng độ tin cậy và chi phí

có một quan hệ tạo nên giá thành điện năng đảm bảo kinh doanh có lãi của các công

ty điện lực và sự chấp nhận được của khách hàng Do vậy cần thiết phải đánh giá quan hệ giữa chi phí - độ tin cậy - giá thành Đánh giá chi phí độ tin cậy có thể giúp đưa ra một số các chuẩn trong thực tế Tuy nhiên việc tính toán giá thành cho độ tin cậy văn còn hết sức khó khăn, mang tính chủ quan và đôi khi không thể dánh giá một cách trực tiếp Việc tính toán thay thế được sử dụng rộng rãi để đánh giá những thiệt hại của khách hàng dùng điện do bị sự cố Chi phí do mất điện có thể coi là đại diện cho giá thành độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện Như vậy chi phí xã hội cho chất lượng cung cấp điện và độ liên tục cung cấp điện có liêu quan tới giá trị và lợi nhuận xã hội của chất lượng và độ liên tục cung cấp điện

Vấn đề chung của việc quy hoạch một hệ thống điện là việc lựa chọn một số các phương án khác nhau để phát triển hệ thống dựa trên các chi phí của hệ thống

Rất nhiều phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sự cố cung cấp điện đối với khách hàng Thông qua các nghiên cứu ta có đường cong quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư được thể hiện như (Hình 1.3):

1

0

Hình 1.3 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư

Như vậy độ tin cậy tiệm cận với giá trị độ tín cậy bằng 1 ở vốn bằng ∞ Nghĩa

là độ tin cậy càng cao thì chi phí đòi hỏi càng lớn Nhưng chỉ đến một giá trị nhất định, khi đó cho dù tăng thêm vốn đầu tư độ tín cậy cũng không tăng thêm bao nhiêu, đó là vùng bão hoà của đường cong độ tin cậy

Hình 1.4 Độ tin cậy và chi phí tối ưu

(Hình 1.4) cho thấy khi tăng thêm chi phí đầu tư thì độ tin cậy tăng lên Mặt khác thì độ tin cậy tăng làm cho tổn thất kinh tế do mất điện giảm đi Chi phí tổng cộng do đó bằng tổng hai chi phí này Tại điểm tổng chi phí thấp nhất ta có độ tin cậy tối ưu Như vậy chỉ số độ tin cậy không phải là cố định mà tuỳ thuộc vào điểm thấp nhất của tổng chi phí Hệ thống điện ở một đất nước có nền sản xuất công nghiệp càng phát triển thì sẽ có chi phí do mất điện càng cao do vậy càng cần thiết phải có độ tin cậy tối ưu

1.5 Kết luận chương 1

Qua các phân tích ở trên có thể thấy rằng đối với lưới điện nói chung và lưới phân phối nói riêng, độ tin cậy là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong việc vận hành lưới Các tổn thất gây ra do mất điện là rất lớn và công tác khắc phục gây nhiều tốn kém Tuy nhiên chi phí đầu tư nâng cao độ tin cậy lại tỷ lệ nghịch với thiệt hại kinh tế này Hiện nay yếu tố độ tin cậy trong bài toán quỵ hoạch phát triển lưới điện chưa được chú trọng xem xét nhằm mục đích tối ưu hóa cấu trúc của lưới điện phân phối ngay từ khâu thiết kế và quản lý Yêu cầu đặt ra là phải định lượng

độ tin cậy để làm cơ sở đánh giá công tác vận hành lưới từ đó lập các phương án quy hoạch cụ thể nâng cao chất lượng lưới điện Trên thực tế, việc đánh giá và định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối Việt Nam được thực hiện theo Thông tư 39/2015/TT-BCT quy định hệ thống điện phân phối có thể sử dụng các chỉ số độ tin cậy hướng tới khách hàng (IEEE-P1366) Trong đó độ tin cậy của lưới điện phân phối đang vận hành được thống kê và so sánh với chỉ tiêu cấp phát hàng năm của Tổng công ty Điện lực Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối điện, các biện pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối, đánh giá chi tiết hiệu quả kinh tế của các biện pháp này và áp dụng tính toán quy hoạch cho một lưới điện phân phối điển hình

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ

TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối hướng đến khách hàng

Đối với lưới điện phân phối, khi không xét đến ảnh hưởng của sự cố tại nguồn điện, và là nơi trực tiếp cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, các chỉ tiêu phân phối phổ biến sau được sử dụng: tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI), thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI), tần suất mất điện trung bình của khách hàng (CAIFI), thời gian mất điện trung bình của khách hàng (CAIDI), tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI), khả năng sẵn sàng phục vụ trung bình (ASAI)…

2.1.1 Tần suất mất điện trung bình của hệ thống SAIFI (System average interruption frequency index)

Chỉ số SAIFI được tính bằng tổng số lần mất điện của các khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ điện, mua điện của các đơn vị phân phối điện (hay tổng số lần mất điện của tất cả các phụ tải trên tổng số phụ tải NT)

1

T

N i i T

N SAIFI

2.1.2 Thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI (System average interruption duration index)

SAIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện của các khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bản lẻ điện mua điện của các đơn vị phân phối điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện, các đơn vị phân phối và bán lẻ diện, mua điện của các đơn vị phân phối điện (hay tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải)

SAIDI thường được tính theo một trong hai hàng tháng hoặc hàng năm; Tuy nhiên, nỏ cũng có thể dược tính toán hàng ngày, hoặc cho bất kỳ khoảng thời gian khác

i i T

r N SAIDI

vị phân phối điện Chỉ tiêu này được nhà cung cấp và quản lý hệ thống quan tâm vì

nó phản ánh khả năng làm việc tin cậy của một hệ thống Hệ thống mất điện trong thời gian ngắn hay dài Để từ đó tìm ra biện pháp khắc phục và tăng cường độ tin cậy cho lưới điện

2.1.3 Tần suất mất điện trung bình của khách hàng CAIFI (Customer average interruption frequency index)

CAIFI cho biết số lần mất điện trung bình cho trên mỗi khách hàng

i

N CAIFI

CN

Trong đó: CN – số khách hàng bị mất điện

Chỉ số này khác với SAIFI phần mẫu số Chỉ số này rất có ích khi so sánh giữa các năm với nhau, khi mà không phải tất cả các khách hàng bị ảnh hưởng và nhiều khách hàng vẫn được cung cấp điện Giá trị CAIFI rất tiện lợi khi xét theo thời gian của một hệ thống phân phối cụ thể

Chỉ tiêu này diễn tả được sự kỳ vọng của khách hàng sử dụng điện, nếu chỉ số này thấp chứng tỏ số lần mất điện trung bình khách hàng là ít, ít ảnh hưởng tới sinh hoạt của khách hàng Khi áp dụng các chỉ số này các khách hàng bị ảnh hưởng chỉ được tính một lần bất kể số lần mất điện mà khách hàng này phải chịu trong năm

2.1.4 Thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI (Customer average interruption duration index)

CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình của mỗi lần mất điện cho trên mỗi khách hàng

i i i

r N CAIDI

N



Trong đó: ri – thời gian mỗi lần mất điện

Ni – số khách hàng bị mất điện của mỗi lần mất điện duy trì Chỉ số CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình trong một năm cho một khách hàng dùng điện Chỉ tiêu này diễn tả được sự kỳ vọng của khách hàng sử dụng điện, nếu chỉ số này thấp chứng tò trung bình khách hàng chỉ bị mất điện trong khoảng thời gian ngắn, ít ảnh hưởng tới sinh hoạt của khách hàng

2.1.5 Tần suất mất điện thoáng qua trung bình MAIFI (Momentary average interruption frequency index)

Chỉ tiêu MAIFI tương tự như SAIFI, nhưng nó sử dụng sự kiện thoáng qua Chỉ tiêu này thể hiện số lần mất điện thoáng qua trung bình đối với mỗi khách hàng của đơn vị cung cấp điện

mi mi T

I NMAIFI

N

Trong đó: Imi – số lần mất điện thoáng qua

Nmi – số khách hàng bị mất điện thoáng qua MAIFI được nhà cung cấp và quản lý hệ thống quan tâm vì phản ánh khả năng làm việc của các thiết bị đóng lặp lại trong trường hợp mất điện thoáng qua xảy ra

2.1.6 Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình ASAI (Average service availability index)

Chỉ số ASAI cho biết thời gian trung bình tính theo % mà khách hàng được cấp điện trong một năm Chỉ tiêu này được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và số giờ khách hàng yêu cầu (8760 giờ)



i

N 8760 r NASAI

Trong đó: ri – thời gian mỗi lần mất điện

Ni – số khách hàng bị mất điện

NT – tổng số phụ tải khách hàng được phục vụ ASAI là chỉ tiêu được cả khách hàng và nhà cung cấp điện quan tâm Với khách hàng, ASAI thể hiện được phần trăm thời gian khách hàng được phục vụ là nhiều hay ít để từ đó chọn ra được nhà cung cấp tốt nhất Đối với nhà cung cấp, ASAI là chỉ số cho biết hệ thống của mình hoạt động có tin cậy hay không để từ đó

có những biện pháp tăng cường phù hợp

2.2 Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối

2.2.1 Lưới phân phối không phân đoạn

Sơ đồ lưới phân phối hình tia được thể hiện trên (Hình 2.1)

Hình 2.1 Lưới phân phối hình tia

Đối với lưới phân phối hình tia không phân đoạn như (Hình 2.1a), khi xảy ra hỏng hóc, sự cố hay ngừng điện công tác ở bất kỳ vị trí nào thì cũng gây ra mất điện toàn lưới phân phối Toàn lưới phân phối được xem như là một phần tử

Cường độ hỏng hóc toàn lưới phân phối là:

SC 0

L100

Trong đó: λ0 – Cường độ hỏng hóc cho 100km

L – Độ dài lưới phân phối Cường độ ngừng điện tổng là:

ND SC CT

Trong đó: λ0 – Cường độ ngừng điện công tác

Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm là:

NDSC SC SC

Trong đó: TSC – Thời gian sửa chữa sự cố

Thời gian ngừng điện công tác là:

NDCT CT CT

Trong đó: TCT – Thời gian trung bình một lần ngừng điện công tác

Tổng thời gian ngừng điện là:

max i

P TT

A

8760

2.2.2 Lưới phân phối phân đoạn

Để tăng cường độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng thiết bị đóng cắt có thể là: dao cách ly hoặc máy cắt điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa

Trong trường hợp phân đoạn bằng dao cách ly, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó máy cắt đầu nguồn sẽ nhảy tạm thời cắt toàn bộ lưới phân phối Dao

cách ly phân đoạn được cắt ra cô lập phần tử bị sự cố với nguồn Sau đó nguồn được đóng lại tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn nằm trước phân đoạn bị sự cố về phía nguồn

Như vậy, khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn

sự cố và các phân đoạn được cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau nó tính

từ nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa phân đoạn sự cố Còn phụ tải của các phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử sự cố

Trong trường hợp phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử bị sự cố, máy cắt phân doạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần tử trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hường

Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn Do đó phân đoạn là một bài toán tối ưu, trong đó cần tìm số lượng, vị trí đặt và loại thiết bị phân đoạn

sử dụng sao cho có được hiệu quà kinh tế cao nhất

Đẻ tính toán độ tin cậv của lưới phân phối phân đoạn, trước tiên cần đẳng trị các đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ có một phụ tải nhờ sử dụng các công thức tính (2.12) và (2.13) Các thông số độ tin cậy đẳng trị của các đoạn lưới tính theo công thức (2.7) đến (2.11) (Hình 2.1b) là lưới phân phối phân đoạn gồm hai phân đoạn

và (Hình 2.1c) là lưới phân phối đẳng trị của nó Tính từ nguồn, đoạn lưới I đứng trước đoạn lưới II

Ta tính độ tin cậy của từng đoạn lưới:

Đoạn lưới I: Đoạn I có thể bị ngừng điện do bản thân nó bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trên đoạn lưới sau

- Đoạn I có cường độ ngừng điện là λ’1 và thời gian ngừng điện năm là T’1(nếu là ngừng điện sự cố hay ngừng điện công tác thì dùng các công thức tương ứng

để tính)

- Ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn lưới sau nó, ở đây là đoạn II, ảnh hưởng này phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn

+ Nếu dùng máy cắt thì đoạn II hoàn toàn không ảnh hưởng đến đoạn I:

λII>I = 0; TII>I = 0 + Nếu dùng dao cách ly, thì sự cố đoạn II làm ngừng điện đoạn I trong thời gian thao tác cô lập sự cố Ttt, do đó:

λII>I = λ’II; TII>I = Ttt

- Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn lưới I là:

λI = λ’I + λII>I; T1 = T’1 + TII>IĐoạn lưới II: Đoạn II có thể bị ngừng điện do chính nó bị sự cố hoặc do ảnh hưởng của sự cố trên các đoạn trước nó và sau nó Cụ thể ở đây chỉ có đoạn I ở trước nó

- Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới II là λ’II và thời gian ngừng điện nằm là T’II

- Ảnh hưởng của đoạn I đến đoạn II là toàn phần không phụ thuộc vào thiết

bị phân đoạn, nghĩa là đoạn II chịu cường độ hỏng hóc và thời gian ngừng điện của đoạn I:

λI>II = λ’I; TI>II = T’1

- Tổng số lần ngừng điện và tổng thời gian ngừng điện của đoạn lưới II là:

λII = λ’II + λ’I; TII = T’II + T’I

Do đó có thể rút ra kết luận chung như sau:

Các đoạn lưới phía sau chịu ảnh hưởng toàn phần của các đoạn lưới phía trước, còn các đoạn lưới phía trước chỉ chịu ảnh hương không toàn phần của các đoạn lưới phía sau Ảnh hưởng này phụ thuộc thiết bị phân đoạn

Trong tính toán trên bỏ qua hỏng hóc của thiết bị phân đoạn và sử dụng thiết

bị phân đoạn không phải bảo dưỡng định kỳ

Sau khi tính được TI và TII thì điện năng mất sẽ tính theo (2.14) và (2.15)

2.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Ta cần phải nâng cao độ tin cậy của các phần tử hợp thành lưới thì mới nâng cao được độ tin cậy của toàn lưới phân phối Biện pháp đầu tiên cần phải quan tâm

là sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao Như ta đã biết hệ thống điện có các phần tử cần có độ tin cậy cao trong hệ thống điện như là đường dây, máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động hóa Ngày naỵ cùng với sự phát triển mạnh của ngành công nghệ vật liệu mới, đã có nhiều vật liệu

và thiết bị điện có độ tin cậy rất cao được ứng dụng Về vật liệu có thể kể đến như

là các loại 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 điện SF6 Hiện nay, các thiết bị sử dụng rơle điện từ đã, đang được thay thế bằng các thiết bị bảo vệ và tự động hóa sử dụng công nghệ kỹ thuật

số có độ tin cậy cao hơn rất nhiều Ngoài ra các máy biến áp hiện nay có tổn hao nhỏ và cách điện tốt, sử dụng vật liệu dẫn từ nên độ tin cậy được tăng cao Tuy nhiên việc sử dụng thiết bị có độ tin cậy cao đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư cho lưới điện và ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế của hệ thống Do đó việc sử dụng biện pháp này còn tùy vào điều kiện cụ thể của từng loại phụ tải Đối với những hộ phụ tải không được phép mất điện như hộ phụ tài loại 1 thỉ chúng ta cần phải đầu tư với khả năng tốt nhất có thể Còn đối với các phụ tải khác phải dựa trên

sự so sánh giữa tổn thất do mất điện và chi phí đầu tư để từ đó lựa chọn các biện pháp thích hợp Thực tế lưới phân phối hiện nay còn sử dụng nhiều thiêt bị cũ, công nghệ lạc hậu có độ tin cậy thấp đang dần được thay thế bằng những thiết bị hiện đại

có độ tin cậy cao, do đó độ tin cậy của lưới điện đang ngày được nâng cao rõ rệt Biện pháp thứ hai là sử dụng các thiết bị tự động trên lưới, các thiết bị điều khiển từ xa Chúng ta có thể dùng các thiết bị tự động thường dùng như là tự động

đóng nguồn dự phòng, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA), thiết bị tự động đóng lại (TĐL) Theo thống kê, đối với đường dây tải điện trên không (70-80)% tổng số lần sự cố đường đây là do sự cố thoáng qua Nguyên nhân có thể là do sét đánh vào đường dây, cây đổ vào đường dây, vật lạ rơi vào đường dây… Các sự cố này thường tự giải trừ sau 1 hoặc 2 lần phóng điện Do thời gian thời gian đóng lặp lại rất ngắn khoảng từ (2-5)s nên phụ tải không bị ảnh hưởng mất diện Vì vậy, nếu sử dụng thiết bị tự động đóng lặp lại thì tỷ lệ đóng lại thành công rất cao Trong khi đó thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng rất hiệu quả với trường hợp khi có 2 nguồn cấp trong đó có 1 nguồn dự phòng, nếu có một nguồn bị sự cố thì nguồn kia lập tức được đưa vào làm việc không gây mất điện cho phụ tải Ngày nay với sự phát triển của công nghệ thông tin, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp Chúng ta có thể thu thập dữ liệu, phân tích và điều khiển các đối tượng từ xa thông qua hệ thống này Hiệu quả cụ thể nhất là trong điều hành lưới phân phối là ta sẽ nhanh chóng tách được đoạn lưới sự cố và khôi phục cấp điện cho các phân đoạn không sự cố nếu sử dụng hệ thống SCADA Đối với hệ thống lưới phân phối nhiều nguồn và kết dây phức tạp như lưới điện trong nội thành thì việc ứng dụng SCADA là hợp lý và hiệu quả, tuy nhiên nếu áp dụng cho lưới điện phân phối ở vùng ngoại thành và nông thôn thì chi phí rất lớn cho hệ thống này

sẽ ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của công trình

Biện pháp thử ba là tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây lưới điện hợp lý (sử dụng đường dây mạch kép, lưới kín vận hành hở, lưới phân đoạn) Như ta đã biết lưới hình tia có phân nhánh, có độ tin cậy thấp thường được dùng cho lưới phân phối hiện nay Nhưng bởi lý do về kinh tế nó vẫn được dùng phổ biến

ở nước ta Vì vậy, để khắc phục trường hợp này ta có thể sử dụng những sơ đồ có khả năng chuyển đổi kết dây linh hoạt nhằm hạn chế thấp nhất khả năng ngừng cấp điện cho phụ tải, từ đó làm tăng độ tin cậy của lưới phân phối

Hiện nay ta có thể dùng các sơ đồ kết dây sau sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép, sơ đồ lưới kín vận hành hở, sơ đồ lưới có phân đoạn Ta sử dụng hai đường đây

cấp điện cho phụ tải cho sơ đồ sử dụng đường dây mạch kép Bình thường, hai lộ có thể vận hành song song hoặc vận hành độc lập Khi sự cố một lộ, lộ còn lại cấp điện cho toàn bộ phụ tải Trong đó điều kiện quan trọng khả năng mang tải của mỗi lộ phải đảm đương được toàn bộ tải Đặc điểm của sơ đồ này là có độ tin cậy cao nhưng chi phí đầu tư khá lớn chỉ thích hợp cho những phụ tải quan trọng không cho phép mất điện như các hộ phụ tải loại 1

Đối với sơ đồ lưới kín vận hành hở thì ta sử dụng nhiều nguồn và nhiều phân đoạn đường dây tạo thành lưới kín nhưng khi vận hành thì các máy cắt phân đoạn cắt ra tạo thành lưới hở Khi một đoạn ngừng điện thì chỉ phụ tải phân đoạn đó mất điện, còn các phân đoạn khác chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác sau đó lại được cấp điện bình thường Sơ đồ này có ưu điểm là chi phí đầu tư không cao có thế áp dụng cho các hệ thống phân phối điện Tuy nhiên còn tùy thuộc vào tình hình nguồn điện ở từng khu vực

Đối với sơ đồ lưới có phân đoạn cụ thể là sơ đồ lưới hình tia có phân đoạn được sử dụng nhiều nhất hiện nay vì nó có chi phí thấp, sơ đồ lại đơn giản có thể áp dụng rộng rãi Nhược điểm của nó là có độ tin cậy chưa cao Thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt điện, dao cách ly, dao cách ly phụ tải Trong sơ đồ này khi sự cố một phân đoạn thì chỉ những phân đoạn phía sau nó bị mất điện, các phân đoạn đứng trước nó (về phía nguồn) chỉ bị mất điện tạm thời trong thời gian thao tác Trong kiểu sơ đồ này, số lượng và vị trí đặt các thiết bị phân đoạn cũng ảnh hưởng đến thời gian mất điện của phụ tải Vì vậy cần lựa chọn cụ thể cho từng lưới điện cụ thể Kinh nghiệm vận hành cho thấy để giảm thiểu điện năng bị mất do bảo dưỡng định

kỳ và do sự cố cần nhiều thiết bị phân đoạn trên đường dây Vị trí đặt các thiết bị phân đoạn chia đều chiều dài đường dây Tuy nhiên việc lắp đặt quá nhiều thiết bị phân đoạn sẽ làm tăng vốn đầu tư, tăng phần tử sự cố trên lưới nên đối với lưới trung áp người ta thường chọn chiều dài các phân đoạn đường dây từ 2-3 km Để sử dụng sơ đồ này có hiệu quả có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng lại, điều khiển từ xa có thể nâng cao đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối Việc sử dụng các thiết bị này có thể loại trừ ảnh hưởng của sự cố thoáng qua và rút ngắn thời gian

thao tác trên lưới, nhờ thế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên, nhược điểm của nó là vốn đầu tư khá lớn nên việc sử dụng nó cần so sánh tổn thất do mất điện và chi phí đẩu tư

Tổ chức tìm và sửa chữa sự cố nhanh cũng là một giải pháp quan trọng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Việc tìm và cô lập nhanh sự cố nhằm rút ngắn thời gian mất điện của phụ tải Ở đây cần đảm bảo phải có đủ nhân lực, đủ dụng cụ vật tư, thiết bị dự phòng và phương tiện thường trực sẵn sàng cho mọi tình huống sự

cố Ngoài ra còn tổ chức thu thập thông tin, phân tích và cô lập sự cố nhanh nhất Việc tổ chức sửa chữa nhanh các sự cố trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện của phụ tải, giảm điện năng bị mất do sự cố, góp phần nâng cao chỉ tiêu về

độ tin cậy của lưới phân phối Bên cạnh đó cũng cần tăng cường đào tạo để nâng cao kiến thức tay nghề cùng tính kỷ luật cao cho nhân viên vận hành Từ đó từng bước nâng cao tỷ lệ sửa chữa lưới điện bằng hình thức hot-line (sửa chữa khi lưới đang vận hành) Biện pháp này khá đơn giản không tốn kém và rất hiệu quả để giảm thời gian sự cố mất điện

2.4 Công cụ tính toán đánh giá độ tin cậy

Nội dung này mô tả phương pháp và công cụ tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối hình tia có số lượng nhánh và nút bất kỳ

2.4.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn

Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp TA/0,4kV Lưới phân phối có thể có cấu trúc hình cây hoặc mạch kín nhưng khi vận hành sẽ cắt ra để vận hành hở Có nghĩa là khi vận hành lưới phân phối chỉ được cấp điện từ một phía

Cấu trúc của lưới điện được mô tả cho máy tính bằng các nhánh và nút

Nút có thể là:

- Điểm đấu phụ tải bao gồm cả máy biến áp phân phối;

- Điểm nối các nhánh rẽ;

- Điểm nối hai đoạn đường dây có tiết diện hay loại dây khác nhau;

- Điểm đấu tụ bù ngang;

- Điểm đấu kháng điện, tụ bù dọc, thiết bị đóng cắt

Các nút được đánh số từ 1 tới N Nút nguồn đánh số 0, số nhỏ gần nguồn hơn

số lớn

Nhánh là đoạn lưới hay phần tử lưới nối giữa hai nút kề nhau Nhánh có thể là:

- Đường dây điện trên không hoặc cáp;

- Máy biến áp lực;

- Kháng điện, tụ bù dọc;

- Thiết bị đóng cắt

Nhánh được đánh số trùng với nút cuối của nó

Cấu trúc của lưới phân phối được nhận dạng đầy đủ nếu cho biết nhánh và nút đầu, nút cuối của mỗi nhánh

Cặp thông số nút dầu NĐ(i) và nút cuối NC(j) của nhánh j được cho như sau: Trước hết đánh số các nút của lưới điện từ nút nguồn đến nút tải cuối cùng, nút nguồn đánh số 0, số nhỏ ở gần nguồn hơn số lớn Lưới phân phối hình tia có số nút và số nhánh bằng nhau và bằng N

Sau đó đánh số nhánh theo quy tắc số nhánh trùng với nút cuối của nó Cách đánh số này cho phép máy tính hiểu biết dễ dàng mối quan hệ giữa các nhánh và nút, Ví dụ khi biết một nhánh là I có NĐ(i) vả NC(i) thì ta biết ngay nhánh cấp điện cho nhánh này là j = NĐ(i), còn nó cấp điện cho nhánh k có nút đầu là NĐ(k) = NC(i) = i

Cách mô tả lưới phân phối này gọi là mô tả theo cấu trúc ngược Mô tả được lập cho một đơn vị lưới phân phối, tức là toàn bộ lưới phân phối trực thuộc một trạm trung gian hoặc khu vực Nếu muốn xét đồng thời lưới phân phối của nhiều

trạm nguồn thì phải lập nút nguồn giả 0 và các đoạn lưới giả có độ dài 0 km, nối nút nguồn giả có độ dài 0 km, nối nút nguồn giả với các nguồn thật đánh số từ 1,2,3…

Hình 2.2 Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược

Ví dụ, cho lưới phân phối như trên hình 2.2, ta có số nút và nhánh như sau:

Thông số nhánh gồm:

- Cường độ hỏng hóc λ0, 1/100 km.năm;

- Thời gian phục hồi sự cố t0, h;

- Độ dài lưới diện l, km;

- Thiết bị đóng cắt được cho bởi các thông số:

+ K(i) = 1 không có thiết bị đóng cắt hoặc thiết bị đóng cắt là dao cách ly

+ K(i) = 0 thiết bị đóng cắt là máy cắt

+ M(i) = 0 nếu không có thiết bị đóng cắt

+ M(i) = 1 nếu có thiết bị đóng cắt

+ Nếu là dao cách ly thì cho thời gian thao tác là tc tính theo giờ, nếu là máy cắt thì tc = 0

+ M(i) dùng để đẳng trị lưới phân phối

Thiết bị phân đoạn được đặt ở đầu các đoạn lưới Máy cắt có thể cắt tự động khi xảy ra sự cố trên các đoạn lưới phía sau nó Như vậy nó bảo vệ hoàn toàn đoạn lưới phía trước nó không bị cắt điện, làm cho sự cố ở các đoạn lưới phía sau không ảnh hường đến đoạn lưới phía trước cả về số lần lẫn thời gian mất điện Dao cách ly không bảo vệ hoàn toàn các đoạn lưới phía trước khi xảy ra sự cố phía sau nó vì nó không thể tự động đóng cắt Khi xảy ra sự cố trên đoạn lưới đặt dao cách ly thì máy cắt đặt gần nhất về phía nguồn sẽ cắt Sau đó dao cách ly mới được cắt ra (do điều

độ viên tại chỗ hoặc từ xa) cô lập đoạn lưới sau dao cách ly, tiếp theo máy cắt sẽ đóng lại cấp điện cho các đoạn lưới lành từ chỗ đặt máy cắt cho đến đoạn lưới trước đoạn lưới đặt dao cách lỵ Tóm lại khi sự cố trên đoạn lưới đặt dao cách ly, thì tất cả các đoạn lưới phía trước nó cho đến dao cách ly gần nhất sẽ chịu ảnh hưởng toàn phần về số lần mất điện, còn về thời gian sự cố thì chúng sẽ mất điện trong thời gian

từ lúc xảy ra sự cố cho đến khi cô lập xong sự cố và đóng trở lại máy cắt, thời gian này gọi là thời gian thao tác tC

Đối với mọi đoạn lưới, dù đặt dao cách ly hay máy cắt thì ảnh hưởng của đoạn lưới phía trước đến các đoạn lưới phía sau là toàn phần, nghĩa là đoạn lưới phía sau chịu số lần mất điện và thời gian mất điện như đoạn lưới phía trước khi trên đoạn lưới phía trước xảy ra sự cố

2.4.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính

a) Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối TA/HA:

N1 Pi

i 1 tb

SLSL

Trong đó: SLPi – số lần cắt điện trạm phân phối i trong một năm

N1 – số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính

b) Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm:

N1 hPi

i 1 htb

tt

Trong đó: thPi – thời gian cắt điện một trạm phân phối một năm

c) Điện năng mất của toàn lưới phân phối:

Thời gian phục hồi trung bình của đoạn lưới j là:

m 0i i

i 1 max j

max j

P TT

(3+7)

4

(2+6)

0

Lưới phân phối gốc

Lưới phân phối đẳng trị (1+5)

Hình 2.3 Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối